Brevet FR2079263A1 — publié le 19711112

L'invention concerne un. procédé -ie facrz.es.-icn d'un dispositif semiconducteur comportant ut* oorps ser^icoiiduo- dans lequel est forme au moins un composant s£ïr.iconûueteur, alors que l'on pratique d'un côte, dans un corps semiconducteur utilisé au départ au moins une cavité a^rès quoi on dépose de je côté da matériau semiconducteur et l'en forme dans la cavité une .jonction semiconductrice entre le corps utilisé au départ et le matériau qui y a été déposé épitaxialement. L'invention concerne par ailleurs un dispositif semiconducteur obtenu par la sise en oeuvre de es procédé. La jonction semiconductrice peut être une fonction pn, une jonc- «L f tion pp ou une jonction nn et/ou une hétéro-ionction entre des matériaux semiconducteurs de compositions chimiques différentes. Un procédé du genre envisage ci-dessu.3 e^t décrit notamment dans le brevet britannique Ko. I.u72.703 et y est désigné sous la dénomination de "dépôt de contour". Dans ce cas, le matériau semiconducteur déposé du côté d'un corps semiconducteur en forme de disque,là où était pratiquée la cavité formait une couche avec une surface qui avait plus ou moins la forme de la surface du corps utilisé au départ après que la cavité ait été pratiquée et avant que le matériau semiconducteur ait été déposé. Ensuite, de façon à pouvoir former l'élément semiconducteur dans la cavité, la matériau semiconducteur dépesé enlevé do .telle façon que l'on obtenait une surface avec une partie appartenant au corps utilisé au départ et une partie appartenant au matériau déposé aans la cavité. L'enlèvement de matériau semiconducteur se faisait par voie mécanique, par polissage. On a constaté qu'il était assez Difficile d'enlever les irrégularités de la ocuene de matériau semiconducteur déposé,parallèlement à la .ïurfr-.ce du corps utilisé au départ, nêste lorsque la couche n'est eni.rvve que partiellement car polissage il y a un écart entre la position parallèle du disque de polissage par rapport à la surface du cor"? utilicé au départ et cela se traduit par un enlèvement inionple i d1; matériau yesiccnduct'rur et/ou par une attaque du corps utilisé au épart -in matériau nemicoiiaucteur déposé dans les ca- Cs ;-e présente sartout pour de grands disques aans lesquels on pratique plusieurs cavités. L'invention vise ,_otaii.nent à .vappriayr ce ùrolâeme, du moins en grande partie. Selon l'invention un procédé la pinre envz.;:.ic~ dans 13 ?ré- bad original 7; 03788 2079263 ambtCs es* earaciir^.eé c-n ce -.va le deuxième cô-é du corps utilisé au départ,•duquel le matériau semiconducteur est enlevé peut être planifié au préalable d'une façon connue» la surface envisagée pouvant rester plane pendant l'en-10 lèves en t Cet enlèvement peut se faire de façon usuelle par exemple par voie mécanique, par polissage. Dans ce cas, le corps utilisé au départ ne doit pas comporter de*ix surfaces parallèles entre elles comme c'est le cas pour le procédé connu. 15 Avec le procédé connu décrit ci-dessus on donne au corps semi conducteur utilisé au départ deux, surfaces parallèles entre elles et le matériau semiconducteur dépesé doit être enlevé parallèlement par rapport au côté opposé -du eprps. Par contre avec 1s procédé conforme à l'invention l'obtention de 20 de\::-: -surfaces exactement parallèles entre elles n'est pas nécessaire étant donné que dans ce cas après le dépôt de matériau semi-ccnduc'•eur? du :»a±é ,-i.au -emiconducteur est enlevé du côté opposé du corr-s utilisé au •/'écart. L'invention n'est pas 1 irritée à l'enlèvement mécanique de maté-25 ri au ?. emic revins t eur z partir du deuxième côté du corps semiconducteur» Le matériau semiconducteur peut également être enlevé au moyen d'un processus de décapage. Avec une fr.rrse is réalisation préférée du procédé conforme à l'invention cela ere fait aussi bien dans des corps utilisés au dé-30 part pr'sentant ou non deu;-: faces parallèles du fait que le corps utilise au départ comporte un substrat à résistance ohmicue basse" su_r une surface dent itne couche est formée de matériau semiconducteur à résistance ohmique élevéef couche dans laquelle la cavité est pratiquée et après le gép.5t de matériau semiconducteur au moins la 35 partie contiguë à la couche à résistance ohmique élevée du substrat est enlevée par décapage électrolytique sélectif avec conservation de la couche à résistance ohmique élevée qui est enlevée par décapage chimique jusqu'à ce que le matériau semiconducteur déposé dans la cavité soit au moins mis à nu» 40 Dans ce cas le processus de décapage sélectif s'arrête en effet bad original g& 71 03788 -3- 2079263 à la couche à résistance ohrnique élevée à laquelle on peut donner une épaisseur régulière par exemple en l'élaborant par dépôt épi-taxial et dont la surface a la même forme que celle du substrat sur lequel cette couche a été formée primitivement et h laquelle on peut 5 donner une forme plane de façon usuelle.En utilisant pour la couche à résistance ohmique élevée nui doit encore être enlevée partiellement, une couche de faible épaisseur il ne faut pas enlever beaucoup de matériau lors du décapage chimique, de sorte que la forme plane est conservée. 10 Le décapage électrolytique sélectif est un procédé connu en soi et est notamment décrit dans la demande de brevet français N°. 1.562.282, mise à la disposition du public, le décapage électrolytique sélectif est par exemple possible avec un substrat en silicium de type n comportant une couche à haute résistance ohmique du type 15 n ou du type p et pour tin substrat de type p avec une couche à résistance ohmique élevée de type n. Le décapage électrolytique sélectif d'hétérojonction est notamment connu dans la demande de brevet français îT°. 1.530„718 dans laquelle est décrit l'enlèvement de G-e par rapport au Cds élaboré sur le Ge par croissance. 20 Là où ci-dessus on parle, par rapport au décapage, de résistance ohmique basse ( le substrat) et de résistance ohmique élevée ( la couche) il y a lieu de voir ces expressions par rapport au comportement différent lors du décapage électrolytique et non en ce qui concerne les propriétés dans un dispositif semiconducteur. 25 Avec une deuxième forme préférée de réalisation du procédé con forme à l'invention, du premier côté du corps semiconducteur avant que le matériau semiconducteur y soit déposé on munit la surface du corps semiconducteur d'une couche de matériau polyerista !. lin ou amorphe, excepté à 1'endroit où est pratiquée la cavité. 30 Cette forme de réalisation préférée présente l'avantage suivant par rapport au procédé connu décrit oi-desHUs. Avec ce procédé cité en dernior lieu les composants qui sont formés à 11 extérieur du matériau semiconducteur déposé dans 1er. cavités,ne sont pas isolés entre eux. 35 Avec la forme de réaJ isntion préférée décrite en dernier lieu le matériau ternieonducteur, nui est déposé sur cette couche "oly-cristailine ou amorphe en même ternes que le matériau semiconducteur déposé épitaxialement dans la cavité, est de caractère polycristal-lin et peut présenter une grande résistance. 40 Avec des variantes de la forme de réalisation préférée citée en _oA > bad original gox / 71 03788 -4- 2079263 dernier lieu une ouverture dans la couche polycristalline ou amorphe est entourée à l'endroit où est élaborée la cavité, par la couche polycristalline ou amorphe où cette ouverture entoure une partie de la couche polycristalline ou amorphe. 5 Avec la structure ainsi obtenue on peut former des composants isolés entre eux dans le matériau semiconducteur déposé dans les cavités. Des composants isolés entre eux peuvent bien entendu être également formés dans le corps semiconducteur. La formation de composants isolés entre eux sera encore décrite plus en détail par la 10 suite. L'invention concerne par ailleurs un dispositif semiconducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés,fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 15 Les fig. 1 à 8 sont des coupes schématiques d'une partie d'un premier dispositif semiconducteur à des stades successifs de sa fabrication à l'aide du procédé conforme à l'invention. Les fig. 5 et 6 sont des coupes schématiques d'une partie d'un deuxième dispositif semiconducteur à des stades successifs de sa 20 fabrication à l'aide du procédé conforme à l'invention. Les fig. 7, 8 et 9 sont des coupes schématiques d'une partie d'un troisième dispositif semiconducteur à des stades successifs de sa fabrication à l'aide du procédé conforme à l'invention. La fig. 10 est une vue en plan de la partie du troisième disposi-25 tif semiconducteur au stade de sa fabrication représenté sur la fig» 8. EXEMPLE 1 ; Le corps 1 utilisé au départ (fig.l) comporte un substrat en silicium en forme de disque à faible résistance ohmique 2 ayant un 30 diamètre de 3 cm et une épaisseur de 200 microns. Au moins une des A grandes surfaces du substrat est une surfacef 100 S (5). Par dopage à l'aide de As le substrat est doué d'une conduction de type n et présente une résistivité de 0,01 Ohm.cm. Sur le substrat 2 on forme du côté de la surface 5 une couche à haute résistance ohmique 3,qui 35 est constituée par du silicium de type p à résistivité de 0,5 ohm.cm et présentant une épaisseur de 20 microns. Dans la couche 3 on pratique des cavités 4 ayant une profondeur de 10 microns. Ensuite (voir fig.2) on dépose sur le premier côté du corps utilisé au départ;,, où les cavités 4 sont pratiquées, du silicium de manière épi-40 taxiale, sous la forme d'urte couche 6 qui forme une jonction pn 7 BAD ORIGINAL 71 03788 -s- 2079263 avec la couche 3. la partie de la couche 6 contxguë à la jonction pn 7 est de type n et présente une résistivité de 4 ohm.cm. la couche 6, du moins la partie de cette couche qui est contiguë à la jonction pn 7 est déposée de façon usuelle par décomposition thermi-5 que de silane à partir d'un courant gazeux qui contient, outre le silane, du PH^, à 1050°C à une vitesse de 1 micron par minute. La couche 6 a une épaisseur de 150 microns. Il n'est pas nécessaire que toute la couche soit déposée épitaxialement. Il est également possible de ne déposer que la partie de la couche 6 qui est contiguë à 10 la jonction pa jusqu'à par exemple 30 microns et ensuite de faire croître la couche jusqu'à 150 microns par dépôt par évaporation de silicium polycristallin alors que le corps semiconducteur est maintenu à une température de 950°C et que la vitesse de dépôt par évaporation est de 10 microns par minute. Ensuite le substrat 2 est en-15 levé sélectivement et électrochimiquement jusqu'au plan 5 à l'aide d'un procédé tel que celui décrit d~"s la Demande de brevet français publiée sous le N°. 2.020.229 . Ensuite la couche à haute résistance ohmique 3 est enlevée par décapage de façon usuelle à l'aide d'une solution qui contient du HP, du HNO^ et de l'acide acétique, 20 jusqu'à ce qu'une couche de 2 ju du silicium déposé dans les cavités ait été enlevée, l'endroit où s'arrête le décapage chimique est indiqué par la ligne en pointillé 8. Dans ce ea_i on obtient la .configuration représentée sur la fig. 3» constituée par une couche 6 de type n renfermant des régions de type p 39 qui subsistent de la cou-2 5 che 3 à haute résistance ohmique. A l'aide d'une telle configuration on peut par exemple réaliser une structure de transistor MCS complémentaire â'une façon usuelle comme le représente la fig.4. Sur cette figure les références 31 et 35 désignent une région 30 d'électrodes d'alimentation de type p, 32 et 36 des régions d'électrodes d'évacuation de type p, 33 une région d'électrode d'alimentation de type a, 34 une région d'électrode d'évacuation de type n,37 me couche d'oxyde isolante, 38, 40 et 42 des couches d'oxyde qui servent à l'isolation de la porte et 44, 41 et 43 des électrodes de 35 porte métalliques. EXEMPLE 2 : L'exemple décrit ci-après s'écarte du précédent du fait qu'après avoir pratiqué les cavités on diffuse sur toute la surface du premier côté une impureté du type n de sorte que l'on obtient une zone à résistivité de 0,01 ohm,cm, après quoi du silicium de type p est bad original déposé-de façon ëï^itaxiale sur le premier côté. Après le décapage au cours duquel le substrat sst enlevé ainsi qu'une partie de la couche à résistance ohmique élevée, on obtient la configuration représentée sur la fig.5» dans laquelle la référence 51 désigne la 5 couche formée par le silicium de type p déposé épitaxialement,52 la zone formée par la diffusion d'une impureté de type n et 53 des régions de type p qui subsistent de la couche à résistance ohmique élevéeo Â 15 aide de cette configuration on peut obtenir avec un nombre 10 d'opérations relativement petit une structure de transistor telle que représentée sur la fig.6. Dans ce cas une région de type p 53 remplit la fonction de base (avec une région de contact 54 de type p), la zone 52 remplit la fonction de collecteur (avec une région de contact 55) et une région de type n+ 56 remplit la fonction d'é-15 metteur. La référence 57 désigne une couche d'oxyde. EXEMPLE 3 Les cavités peuvent être pratiquées dans la couche à résistance ohmique élevée par décapage, une couche de matériau amorphe,par exemple d'un oxyde,, pouvant servir de masque.Si l'on veut obtenir 20 les structures décrites dans les deux premiers exemples,cette couche d'oxyde doit être enlevée après la formation des cavités par décapage o ■ Dans l'exemple suivant la couche d'oxyde obtenue de façon usuelle,, par exemple par oxydation à température élevée,n'est pas enlevée. 25 La situation ainsi obtenue après le décapage est représentée sur 1a. figo7 dans laquelle la référence 71 désigne un substrat n5* à faible résistance ohmique, 72 une couche de type n à résistance ohmique élevée, 73 les cavités et 74» la couche d'oxyde amorphe. Le dépôt de silicium de type p se fait de façon épitaxiale dans 30 les cavitésf mais de façon polycristalline sur la couche d'oxyde 74= On obtient ainsi la configuration représentée sur la fig.8 dans laquelle la référence 81 désigne les parties monocristallines et la référence 82 les parties polycristallines de la couche formée par le dépôt de matériau semiconducteur. 35 Ensuite on enlève par décapage comme décrit dans le premier exemple, le substrat 71 et une partie de la couche 72 et l'on réalise de façon usuelle une structure analogue à la structure représentée sur la figo 4 (voir fig. 9). Sur cette figure les références 91 et 92 ou 93 et 94 désignent 40 respectivement des régions d'électrodes d'alimentation et des ré- 71 03788 -7- 2079263 gions d'électrodes d'évacuation de type n ou de type p respectivement, la référence 95 désignant une couche d'oxyde isolante, 96 et 98 des couches d'oxyde qui servent à l'isolation d'électrodes de porte et 97 et 99 désignent des électrodes de porte métalliques. 5 L'avantage d'une structure de ce genre est que l'on peut réali ser des transistors MOS isolés entre eux.Les parties 82 polycristal-lines présentent par rapport aux parties monocristallines 81 une ré sistivité très élevée.Le transistor MOS représenté à gauche est du type à appauvrissement. Oe transistor est noyé dans une partie mono 10 cristalline 81 et isolé par une partie polycristalline contiguë 82 (et par des régions de type p monocristallines 90)d'autres régions de type a monocristallines non représentées dans lesquelles sont formés des transistors MOS du type à appauvrissement. Un avantage annexe est que par suite de l'isolation par du 15 matériau semiconducteur polycristallin les transistors MOS décrits peuvent être soumis à différentes tensions par rapport aux parties dans lesquelles ils sont formés. Les exemples envisagés ci-dessus ne donnent qu'une sélection de structures qui peuvent être réalisées à l'aide du procédé confor-20 me à l'invention. C'est ainsi que l'on pourra obtenir une grande densité de dispositifs semiconducteurs sur un disque en pratiquant à l'aide d'un agent décapant spécifique connu en soi, des cavités étroites et se terminant en pointe dans le corps semiconducteur utilisé au départ. 25 On peut également déposer du matériau semiconducteur dans les cavités en utilisant par exemple du tétrachlorure de silicium et de l'hydrogène. Avec cette méthode on ne dépose pas de matériau polycristallin sur l'oxyde qui se trouve du premier côté du corps semiconducteur, à côté des cavités. Ce matériau polycristallin peut 30 être déposé sur toute la surface du premier côté de façon usuelle après le remplissage épitaxial des cavités.Ensuite on peut réaliser avec une telle configuration des structures dites "flatland". Le matériau semiconducteur peut aussi être déposé à partir d'une solution, par exemple du silicium dans l'étain. 35 Le corps semiconducteur utilisé au départ présente avec le procé dé conforme à l'invention,le phénomène de gauchissement dans une me sure notablement moindre qu'avec des procédés connus avec lesquels les cavités sont également remplies de matériau semiconducteur poly cristallin. 71 03788 -8- 2079263 Revendications ; 1.- Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur comportant un corps semiconducteur dans lequel est formé au moins un composant semiconducteur, alors que l'on pratique d'un côté, dans un corps semiconducteur utilisé au départ au moins une cavité après 5 quoi on dépose de ce côté du matériau semiconducteur et l'on forme dans la cavité une jonction semiconductrice entre le corps utilisé au départ et le matériau qui y a été déposé épitaxialement, ce procédé étant caractérisé en ce qu'à partir d'un deuxième côté du corps semiconducteur qui est situé à l'opposé du premier côté où la cavi-10 té est pratiquée, on enlève du matériau semiconducteur jusqu'à ce que le matériau semiconducteur déposé dans la cavité soit au moins mis à nu, après quoi on forme dans ce matériau semiconducteur et/ou dans le corps semiconducteur,au moins un composant semiconducteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 15 corps utilisé au départ comporte un substrat à résistance ohmique basse sur une surface dont une couche est formée de matériau semiconducteur à résistance ohmique élevée, couche dans laquelle est pratiquée la cavité et après le dépôt de matériau semiconducteur au moins la partie contiguë à la couche à résistance ohmique élevée,du 20 substrat, est enlevée par décapage électrolytique sélectif avec conservation de la couche à résistance ohmique élevée, qui est enlevée par décapage chimique jusqu'à ce que le matériau semiconducteur déposé dans la cavité soit au moins mis à nu. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 25 du premier côté du corps semiconducteur, avant que le matériau semiconducteur y soit déposé, la surface du corps semiconducteur est munie d'une couche de matériau polycristallin ou amorphe,sauf à l'endroit où la cavité est pratiquée. 4o- Procédé selon la revendication 3,caractérisé en ce qu'à l'en-30 droit où est pratiquée la cavité, une ouverture dans la couche polycristalline ou amorphe entoure une partie de la couche polycristalline ou amorphe. 5.- Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'-à l'endroit où la cavité est pratiquée une ouverture dans la couche 35 polycristalline ou amorphe est entourée par la couche polycristalline ou amorphe. 6.- Dispositif semiconducteur obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 , 4 ou 5.