Brevet FR2077319A1 — publié le 19711022

-i- 2077319 La présente invention se rapporte aux circuits intégrés monolithiques et concerne plus particulièrement une structure de condensateurs pour de tels circuits et un procédé pour produire des condensateurs dans de tels circuits intégrés. 5 La technique classique consiste à produire des cir cuits intégrés faits d'un corps de silicium monocristallin ayant une surface plane près de laquelle plusieurs éléments de circuit sont fabriqués et sur laquelle des conducteurs de liaison sont disposés. Une structure de condensateur connue utilisée dans cer-10 tains circuits intégrés comprend une jonction p—n ayant une surface prédéterminée formée dans le corps, près de sa surface. La région dépeuplée de la jonction constitue l'isolant et les deux régions semiconductrices situées de part et d'autre de la jonction forment les armatures du condensateur. Une autre structure 15 de condensateur classique est le condensateur MOS (métal-oxyde— semiconducteur) qui comporte une région constituant l'une des armatures, une couche superficielle oxydée constituant l'isolant et un dépôt conducteur constituant la seconde armatureo Une gamme considérable de valeurs de capacité peut 20 être obtenue avec les structures connues. Toutefois, pour un circuit ayant une complexité donnée, il existe généralement une limite supérieure pratique de la valeur des condensateurs utilisés dans ce circuit. La valeur des condensateurs des deux structures de la technique antérieure est directement liée à la constante 25 diélectrique de la matière comprise entre les armatures et à 11 aire de ces armatures et est fonction inverse de la distance séparant les armatures. La constante diélectrique est, dans les deux cas, déterminée par le choix des matières. L'espacement des armatures est imposé par la tension appliquée au condensateur. 30 Dans le condensateur MOS existe une limite inférieure pratique de l'épaisseur de la couche d'oxyde, limite au-dessous de laquelle la présence de trous d'épingles peut être la cause de courts cir«* cuits. En conséquence, l'aire des armatures est généralement le facteur sur lequel on joue pour obtenir des différentes capacités; 35 plus précisément, les condensateurs de grande valeur sont grands, et occupent une grande surface de la plaquette, tandis que les condensateurs de faible valeur ont des dimensions réduites en rapport. Or, une utilisation efficace de l'aire de la surface de la plaquette est un facteur primordial dans la conception des 71 02283 -2- 2077319 circuits intégrés et pour un circuit et une dimension de plaquette donnés, une limite est imposée à la fraction de l'aire de la surface qui peut être dévolue aux condensateurs. La gamme des valeurs de capacité disponibles pour un 5 circuit et les dimensions des plaquettes données est étendue par la présente invention. La capacité par unité de surface dans le plan de la surface principale de la plaquette est augmentée dans le présent condensateur, de sorte que les valeurs de capacité plus élevées peuvent être obtenues pour une aire de surface 10 donnée sur la plaquette. La présente structure de condensateur comprend deux armatures espacées situées près de la surface principale de la plaquette et qui ont une forme irrégulière. Une partie de la surface de la plaquette est irrégulière et les armatures ont chacune 15 une forme effective qui est déterminée par celle de la surface.» Le présent procédé comporte une étape pour former une surface irrégulière sur une plaquette monocristalline en amenant cette plaquette au contact d'une substance décapante anisotropique de sorte qu'une formation contrôlée de la forme de la surface est 20 obtenue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : 25 la fig.l est une vue en coupe d'un condensateur MOS conforme à la technique antérieure; la fig.2 est une vue en coupe d'un nouveau condensateur MOS; la fig.3 est une vue en coupe d'un condensateur à jonc— 30 tion antérieur; la fig.4 est une vue en coupe d'un condensateur à jonction selon l'invention; la fig.5 est une vue en plan d'une partie d'une plaquette de circuit intégré à un stade préliminaire du présent procédé; 35 la fig.6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la fig.5; la fig.7 est une vue en plan de la plaquette après l'étape de décapage; et la fig.8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la fig.7. 71 02283 "3" 2077319 Sur la fig.l on voit une partie d'un circuit intégré comportant un condensateur MOS 10 conforme à la technique antérieure. Ce circuit intégré comprend un substrat 11 de silicium monocristallin, généralement du type p, sur lequel est formée 5 une couche épitaxiale n 12 dans laquelle les divers dispositifs du circuit sont formés. La couche épitaxiale 12 a une surface supérieure plane 14 à travers laquelle sont diffusées les diverses impuretés destinées à former les diverses régions du dispositif. L'une des armatures du condensateur 10 est constituée par une 10 région n+ diffusée dans la couche 12, près de la surface 14o L'autre armature du condensateur est constituée par une couche conductrice 18 disposée près de la surface 14 et qui en est isolée par une couche 20 de matière isolante, généralement de bioxyde de silicium. Un contact est établi avec la région 16 au moyen d*un 15 conducteur métallique 22 qui s'étend à travers une ouverture 24 de l'isolant 20. La capacité du condensateur 10 est fonction de l'aire des armatures 16 et 18 ét de la constante diélectrique, ainsi que de l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium 20. Le condensateur selon l'invention, dans son mode de 20 réalisation MOS est désigné par la référence 25 sur la fig.2. Plus précisément, il comprend un corps 26 de matière semiconduc— trice, qui peut être une couche épitaxiale de silicium sur un substrat approprié 28. Le corps 26 a une surface supérieure 30 qui est plate ou plane sur la majeure partie de son aire, c'est 25 à dire sur l'aire qui n'est pas occupée par le condensateur et dont la plus grande partie n'est pas représentée sur la fig.2. Dans l'aire occupée par le condensateur 25, la surface 30 est irrégulière, en ce sens qu'elle n'est pas plane ou plate. La forme irrégulière de la surface 30 est, dans ce mode de réalisation, 30 constituée par un dessin en relief d'un ensemble régulier de mé-sas 32 qui sont, de préférence, produites par un processus de décapage contrôlé q^ti sera décrit ci-après<> Près des mésas 32 se trouve une région diffusée 34 qui constitue l'une des armatures du condensateur 25. Un revêtement 36 36 de matière isolante est formé au-dessus des mésas 32 et un conducteur 38 est déposé sur le revêtement isolant 36. Un contact est établi avec l'armature 34 de manière classique au moyen d*un conducteur 40 qui s'étend à travers une ouverture appropriée 42 du revêtement isolant 36. 71 02283 4 2077319 Les armatures 34- et 38 ont chacune une forme effective qui est déterminée par celle du dessin en relief de la surface 30* A cause de cette forme , l'aire effective du condensateur 25 est plus grande que l'aire de la projection plane du 5 dessin en relief sur le plan général de la surface 30 » de sorte que le condensateur 25 peut avoir une capacité supérieure à celle du condensâteur 10 de la technique antérieure , sans occuper pour autant davantage de place à la surface de la plaquette . 10 La Fig.3 illustre une autre forme connue d'un conden sateur de circuit intégré qui, en l'occurrence, est un condensateur à jonction 43 • Le condensateur 43 comporte un substrat 44 sur lequel est formée une couche épitaxiale 45 ayant une surface supérieure 45 . Dans la couche épitaxiale 45 est diffusée 15 une région 47, ayant le mode de conduction contraire de celui de la couche 45 , qui définit une jonction p-n 48. La région dépeuplée de la jonction 48 constitue l'isolant du condensateur 43, tandis que la région 47 et la matière voisine de la couche 45 forme ses armatures . Un contact est établi avec chacune de ces 20 armatures , de manière classique , par des conducteurs 49 et 50 . L'aire de la jonction 48 est sensiblement égale à celle de la partie de la surface 46 qui est occupée par le condensâteur 4-3. La Fig.4 montre un condensateur à jonction 51 perfec-25 tionné selon l'invention . Le condensateur 51 comprend un corps 52 de matière semiconductrice qui peut être une couche épitaxiale produite sur un substrat 53 • Le corps 52 a une surface supérieure 54- qui présente -une partie irrégulière , par exemple , un dessin en relief de mésas 55, analogues aux mésas 32 du mode 30 de réalisation de la Fig.2 . Dans le corps 52 a été produite , par diffusion à travers le dessin en relief de mésas 55 « une région 56 qui définit une jonction p-n 57 avec la matière de la couche 52 . Cette jonction a , comme représenté , une forme qui. est imposée ou déterminée par celle de la surface 54 . La jonc-35 tion 57 a une aire plus grande que celle de la jonction 48 de la structure antérieure représentée sur la Fig.3, sans occuper pour autant davantage de place dans le plan de la surface 54. Ici encore , des contacts sont établis , de manière classique , au moyen-de conducteurs 58 et 59 aboutissant aux deux régions 71 02283 2077319 >2 ec pô à travers les cuver"juras nonagces dans un revêtement isolant de protection ou . Les dessins en relief des deux condensateurs 2? et 51 peuve. ~j êcre produits par un processus de décapage anisotropique qui est illustré par les i'ig. 5 à fa. Ce procédé est très précis et; contrôlable , de sorte que le relief peut être obtenu avec une précision reproductible et sans diminution appréciable du rendement . La première étape du procédé illustré par les £'ig. 5 et 6 consiste à former , par un processus pnotolitiio-graphique classioue , un masque résistant aux acides à la surface de la plaquette , par exemple , sur la surface 30. Dans ce mode de réalisation , où la matière de la plaquette est le silicium, on s'arrange pour que la surface 30 soit pratiquement parallèle, c'est à dire , à environ 0,5°- près , aux plans cristallograpïiiques (100) du silicium . De préférence , le masque délimite un ensemble de carrés 6^ de bioxyde de silicium qui sont orientés avec leurs côtés respectivement parallèles (111) , (11-1) et (111) du silicium . Les carrés 62 sont espacés l'un de l'autre d'une distance prédéterminée qui est liée à la profondeur de décapage désirée . L'étape suivante du nouveau procédé consiste à amener les aires découvertes de la surface 30 au contact d'une substance de décapage anisotropique . Une substance préférée est un mélange d'eau , d'un agent caustique , tel que l'nyaroxy-de de sodium , et d'un alcool tel que le N-propanol . Plus précisément , la substance de décapage peut être un mélangé d'environ 61 moles (/o d'eau , d'environ 35 moles % d'hydroxyde de sodium et d'environ 4 moles a- de N-propanol . Cette substance décape le silicium dans la direction (100) quelle que soit la résistivité de celui-ci , à une vitesse d'environ 60/u/h. à une temperature d'environ 85°C . Dans les mêmes conditions , elle décape le silicium dans la direction (110) à la vitesse d'environ 36/u/h. et dans la direction (111) seulement à la vitesse de 3,6/u/tL. Les diverses directions qui ont des propriétés analogues à celles des directions (110) et (111) notamment , celles qui sont décrites par les inaices de ailler (101) ,(110) ,(101) , (111) et (111) sont affectées de la même façon . Cette substance n'attaque pas facilement le bioxyde de silicium . Le résultat du traitement de la surface 30 avec la substance de décapage anisotropique décrite ci-dessus gAD ORIGINAL- 71 02283 6 2077319 est représenté sur les Fig. 7 et 8 . ^uana on utilise des éléments de masquage carrés , on'obtient des pyramides à huit côtés ou des mésas gui sont limitées par les divers plans cristallo-graphigues mentionnés ci-dessus et représentées sur la Fig.7 • 5 Les faces (110) et analogues apparaissent à cause de la vitesse de décapage relativement élevée (Jô/u/k dans ces directions). En ce gui concerne les faces (111) et analogues , le processus est auto-limitatif et s'arrête effectivement quand la ligne d'intersection entre les faces (111) des mé-10 sas adjacentes est atteinte . Toutefois, il est préférable d'arrêter le décapage en enlevant les substances de décapage guand une profondeur est atteinte gui est inférieure à ce maximum afin d'éviter l'angle relativement vif entre les faces (111) découvertes gui, autrement apparaîtrait . 15 Quand l'étape de décapage est achevée, on enlève les carrés de masguage 62 et on utilise un procédé classique pour fabriguer un. condensateur à jonction ou un condensateur MOS . Dans chague cas , en raison de la plus grande aire totale de la surface du relief , la capacité est supérieure à 20 celle gui aurait pu être obtenue avec une structure classigue occupant la même aire de la surface du silicium . Les structures de condensateurs selon l'invention peuvent être réalisées avec des semiconducteurs autres gue le silicium et le présent procédé peut être pratigué avec des 25 substances de décapage anisotropiques autres gue celle décrite ci-dessus . D'autres solutions de décapage appropriées pour le silicium comprennent celles composées d'eau , d'une aminé , ( telle gue l'hydrazine , 11éthylène-diamine, etc) et un agent de complexage , tel gue le pyrocatéchol . L'arséniure de gallium 30 et le germanium répondent tous deux anisotropiguement à des mélanges d'acide fluorhydrigue , d'acide nitrique et d'eau . BAD ORIGNAL 71 02283 7 2077319 iÉÏJÎKiJXOAÏIOHB 1 . Circuit intégré caractérisé en ce qu'il comprend un corps de matière semiconductrice ayant une surface dont une partie , au moins , a une forme irrégulière , et un élément capacitif adja- 5 cent à cette partie de.sa surface , cet élément capacitif incluant des moyens définissant deux armatures ou plaques conductrices espacées , chacune desdites armatures ayant une forme déterminée par celle de ladite partie de ladite surface . 2 . Circuit intégré selon la revendication 1 dans lequel l'une 10 dLesdites armatures est constituée par une région ayant une conductibilité relativement élevée et qui est située dans ledit corps près de ladite partie de ladite surface , l'autre desdites armatures étant constituée par urte couche conductrice disposée près de ladite partie de ladite surface et qui en est isolée . 15 5 • Circuit intégré selon la revendication 1 dans lequel l'une desdites armatures est constituée par une région située dans ledit corps , prés de ladite partie de ladite surface et définissant -une jonction p-n dont la forme est déterminée par celle de ladite partie de ladite surface . 20 4- . Elément capacitif pour un circuit intégré qui comprend un corps de matière semiconductrice ayant une surface pratiquement plane , une partie , au moins, de cette surface présentant un dessin en relief , ce qui fait que l'aire totale de sa surface est plus grande que celle de la projection de cette partie sur 25 le plan général de ladite surface , et des moyens adjacents à ladite partie de laaite surface définissant deux armatures de condensateur espacées , lesdites armatures ayant chacune une forme déterminée par belle ae ladite partie de ladite surface . 5 . Elément capacitif selon la revendication 4 dans lequel l'line 30 desdites armatures est constituée par une région ayant une conductibilité relativement élevée et qui est située dans ledit corps près de laciite partie de ladite surface et qui définit une jonction p-n avec la matière adjacente audit corps , ladite jonction ayant une forme correspondant pratiquement à celle de ladite 35 partie de ladite surface . 6 . Condensateur selon la revendication 4 dans lequel l'une des dites armatures est constituée par une couche conductrice dis 71 02283 8 2077319 posée sur ladite surface et isolée de celle-ci , la forme de cette couche conductrice correspondant pratiquement à celle de ladite partie de ladite surface . 7 . Elément capacitif selon la revendication 6 dans lequel ledit 5 dessin en relief forme un ensemble de mésas . 8 . Procédé pouyfrroduire un élément capacitif dans un circuit intégré comprenant un corps de matière semiconductrice ayant une surface qui consiste à former un masque résistant aux acides sur ladite surface suivant un dessin prédéterminé , laissant certai- 10 nés parties de ladite surface découvertes , à amener lesdites parties découvertes de ladite surface au contact d'une substance de décapage anisotropique afin de former un dessin en relief sur cette surface-, et à former deux plaques ou armatures espacées près de ladite surface , la forme de chacune desdites armatures 15 étant déterminée par celle dudit dessin en relief . 9 • Procédé selon la revendication 8 dans lequel la matière semi-conductrice est le silicium et ladite surface est pratiquement parallèle aux plans cristallographiques (100) dudit silicium . 10 . Procédé selon la revendication 9 dans lequel ledit masque 20 délimite un ensemble régulier de carrés espacés , l'un des côtés de chaque carré étant orienté parallèlement à un plan cristallo-graphique (111) dudit silicium . 11 . Procédé selon la revendication 9 dans lequel l'étape de formation desdites armatures est exécutée en formant un revête- 25 ment isolant sur ledit dessin en relief et en déposant oui coi.duc-teur sur ce revêtement isolant . 12 . Procédé selon la revendication 9 dans lequel l'étape de formation desdites armatures est exécutée en diffusant des impuretés modifiant le mode de conduction dans ledit corps à travers 30 ledit dessin en relief afin de former , dans ce corps , une jonction p-n dont la forme est déterminée par celle dudit dessin en relief .