Brevet FR2083459A1 — publié le 19711217

La présente invention concerne un procédé pour réaliser des plages semi-conductrices isolantes pour un circuit semiconducteur monolithique. Dans la revue "Electronics", Juin 1964, page 23, on a 5 indiqué un procédé pour réaliser des parties isolantes de circuits intégrés» A cet effet, on part d'une pastille de silicium monocristallin. Dans la surface de cette pastille on réalise, par corrosion et à l'aide de la technique habituelle de masquage, des rainures qui correspondent à l'image de la structure sou-10 haitée pour les différentes zones ou plages isolées entre elles, la surface ainsi réalisée est recouverte d'une couche de bioxyde de silicium ayant une épaisseur de 1 à 5 p. Sur cette couche agissant comme un isolant, on dépose, dans un four, du silicium qui croît de façon polycristalline. Par rodage ou par attaque 15 chimique on enlève ou on supprime la pastille ayant initialement servi de support, à l'exception des zones qui se situent entre les gorges ou rainures. Les zones monocristallines ainsi obtenues et isolées les unes des autres servent à recevoir des composants, par exemple une diode par réalisation d'une jonction 20 pn. C'est surtout les dernières phases opératoires du procédé qui vient d'être décrit qui sont particulièrement critiques. La formation des différentes couches sur la pastille, par exemple la formation de la couche de masquage servant à réaliser les 25 rainures, ou la couche sus-mentionnée en bioxyde de silicium, fait que la surface de la pastille n'est plus plane mais présente l'aspect d'une calotte» Un tel dispositif est représenté en coupe dans la figure 1 et il sera explicité plus en détail dans ce qui suit. Kais étant donné que les machines de rodage ou de 30 polissage qui sont utilisées pour enlever la couche monocristalline, donnent essentiellement des surfaces planes, il en résulte que 1'enlèvement de la matière est différent au milieu du disque bombé et dans les parties marginales de celui-ci. Il est aisé de concevoir que ceci est peu souhaitable compte tenu de la pré-35 cision que l'on recherche dans la réalisation des circuits intégrés. Ainsi que cela a déjà été indiqué, il a été proposé, dans la revue "Electronics", d'enlever par corrosion les zones ou plages semi-conductrices monocristallines. Dans la pratique, 40 ce procédé est toutefois peu utilisé car, en raison de la vitesse 71 09674 2 2083459 de la corrosion qui est la même en tous les points, la pastille bombée, introduite dans le liquide corrosif, est attaquée suivant un plan et par ailleurs les profondeurs de corrosion qui peuvent être atteintes sont difficiles à contrôler. 5 On a également proposé d'isoler électriquement entre eux des composants d'un circuit intégré par des jonctions pn„ un inconvénient d'un tel dispositif réside dans le fait qu'il faut constamment appliquer une polarisation à la jonction pn pour obtenir avec le succès voulu l'isolation souhaitée. 10 la présente invention a pour objet un procédé qui per met de réaliser de façon simple des zones semi-conductrices isolées. Plus particulièrement ce procédé doit permettre d'éviter les inconvénients sus-mentionnés. Le procédé conforme à l'invention est essentiellement 15 caractérisé par le fait qu'il consiste : a) à déposer un masque fait avec une substance isolante sur un substrat semi-conducteur présentant un type de conductivité, b) à déposer épitaxialement des zones monocristallines présentant l'autre type de conductivité sur les zones non recouver- 20 tes par le masque de la surface du substrat semi-conducteur, c) à revêtir le dispositif ainsi réalisé d'une couche isolante, d) à déposer une substance semi-conductrice sur la couche isolante de façon à ce que se forme une couche polycristalline, e) à enlever par corrosion le substrat semi-conducteur. 25 Les plages ou zones semi-conductrices isolées sont réalisées de telle façon que l'opération de corrosion pour l'enlèvement du substrat semi-conducteur ou de la couche monocristalline cesse automatiquement à la limite prévue ou ralentisse très fortement. Pour un choix correct du milieu approprié pour 30 réaliser la corrosion et qui est différent suivant -ue le substrat semi-conducteur est du type de conductivité r. ou ùu type de conductivité p, suivant qu'il est fortement ou faible:- 'nt dopé, l'opération de corrosion cesse très précisément lorsque la jonction pn est atteinte, car la vitesse de la corrosion pour la 35 substance suivante, de dopage contraire, est considérablement plus faible. A l'aide de ce procédé on peut enlever complètement le substrat semi-conducteur même dans le cas d'une pastille ou d'un disque bombé ou gauchi, en sorte que ne subsistent que les plages de croissance monocristallines, isolées les unes des 40 autres et qui sont noyées dans la couche polycristalline. __bad original 71 09674 3 2083459 Suivant une forme d'exécution de l'invention, on dépose sur le substrat seir.i.-conaucteur, avant le dépôt du masque en une substance isolante, une couche semi-conductrice de l'autre type de conductivité et ayant de préférence une épaisseur de 2 à 5 p- » et après enlèvement par corrosion du substrat semiconducteur, on enlève par corrosion cette couche semi-conductrice» Ce procédé est particulièrement avantageux lorsque les zones monocristallines déposées doivent être du tjpe de conductivité p. Bans ce cas, la couche semi-conductrice présente une conductivité de type n alors que le substrat semi-conducteur présente une conductivité du type p. L'expérience a en effet montré que l'enlèvement par corrosion s'arrête plus facilement au passage d'une zone de conductivité p à une zone de conductivité n que dans le cas d'une suite de couches inverses. Par l'insertion de la couche semi-conductrice on forme, =entre le substrat semi-conducteur qui est à enlever par corrosion en premier et la couche semi-conductrice, '-Me telle .jonction pn. a la limite entre le substrat semi-conû.ucteur et la couche semi-conductrice l'enlèvement par corrosion cesse automatiquement ou ralentit au point que les différences entre les vitesses de corrosion sur le substrat semi-conducteur s'égalisent automatiquement. Ensuite, la couche semi-conductrice qui forme -une couche intermédiaire mince est enlevée par corrosion, a l'aide d'un agent non sélectif, et en utilisant éventuellement l'action de freinage exercée par la jonction pn sur la corrosion, l'enlèvement par corrosion se faisant de la couche semi-conductrice de conductivité de type n en direction du substrat semi-conducteur de conductivité de t-.yre p„ Une faible différence dans les vitesses de la corrosion, dans le cas de la suite indiquée des couches, est peu -gênante en raison de la faible épaisseur de la couche intermédiaire. Suivant une variante du procédé fie l'invention, on applique une tension de polarisation dans la direction de blocage de la jonction pn formée entre la couche semi-condictrice et le substrat semi-conducteur pendant l'enlèvement par corrosion du substrat semi-confucteur. On peut ainsi renforcer l'action de freinage que la jonction pn exerce sur le processus de corrosion. Il est avantageux d'utiliser pour le masque et pour la couche isolante du.bioxyde de silicium ou le l'oxyde d'aluminium eu encore un mélange de ces deux oxydes. En outre, il est avan- BAD ORIGINAL * 71 09674 4 2083459 tageux de prévoir sur le côté polycristallin une couche de protection qui empêche l'agent corrosif d'attaquer la substance polycristallineo Ce résultat est obtenu dans de bonnes conditions au moyen des couches qui ont été indiquées. Enfin, il convient de noter que l'invention n'est pas limitée à l'enlèvement du substrat semi-conducteur uniquement par corrosion. L'invention s'étend également au cas dans lequel une partie du substrat semi-conducteur est enlevée mécaniquement, par exemple par rodage, la partie du substrat semi-conducteur voisine de la couche polycristalline étant ensuite enlevée par corrosion. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé différentes formes d'exécution de l'objet de 1'invention. La figure 1 est une coupe par une couche semi-conductrice bombée. Les figures 2 à 5 ainsi que la figure 10 représentent, à l'aide de coupes, un premier mode d'exécution du procédé conforme à l'invention. Les figures b à 10 représentent, en coupe, un second mode d'exécution de l'objet de 1*invention„ La figure 11 est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Dans la figure 1 on a représenté en coupe une pastille semi-conductrice bombée. Entre une couche 11 en silicium polycristallin et un substrat semi-conducteur 1 en silicium monocristallin, se trouve une couche isolante 9. La couche isolante 9 présente des parois intermédiaires 10 en forme de nervures oui pénètrent dans le substrat semi-conducteur *. et doivent servir pour isoler les diverses plages ou zones. Si le suostr&t semiconducteur 1 de cette pastille est enlevé au-dessus ùU nlan représenté dans la figure 1 par le trait interrompu 13, cet enlèver.ent pouvant se faire par rodage, seules les parois intermédiaires 10 qui se situent au milieu de la pastille se situeront à la surface. Il est évident- qu'il est ainsi impossible d'obtenir une isolation des zones marginales de la pastille, car en ces endroits les parois intermédiaires 10 ne se situent pas au niveau de la surface déterminée par la ligne 13» Dans ce qui suit, l'invention sera explicitée à l'aide de deux exemples d'exécution, et on montrera que suivant l'in- bad original 71 09674 5 2083459 vention le substrat d'une pastille semi-conductrice bombée peut être enlevé régulièrement, à peu près jusqu'à la surface d'une calotte sphérique indiquée dans la figure 1 par la ligne 15 tracée en trait mixte. Dans les figures 2 à 11, les éléments 5 identiques à ceux de la figure 1 seront désignés par les mêmes références. Tout d'abord on dépose sur un substrat semi-conducteur 1, constitué par du silicium monocristallin de conductivité p, un masque en bioxyde de silicium ou en une autre matière iso-10 lante appropriée, telle que l'oxyde d'aluminium (figure 2), ledit masque laissant dégagées les plages ou zones qui seront plus tard nécessaires pour les composants. Sur les surfaces qui ne sont pas recouvertes par la substance isolante du masque 3, on dépose (figure 3), à l'aide d'une épitaxie sélective, une ou 15 plusieurs zones monocristallines 5 éventuellement dopées différemment les unes des autres. Ensuite, la surface de ce dispositif, telle que représentée dans la figure 4, est revêtue d'une couche isolante 7 en bioxyde de silicium, résistante à la chaleur. Ceci peut se faire par exemple par oxydation, par évapo-20 ration, par saupoudrage ou par décomposition pyrolytique. La couche isolante 7 se lie au masque 3 pour former une couche isolante 9. Ensuite on dépose sur cette couche isolante 9 du silicium. Celui-ci croît de façon polycristalline et forme ainsi la couche polycristalline 11. La couche 11 doit avoir une épais-25 seur telle qu'elle puisse ensuite porter à elle seule des zones monocristallines isolées les unes des autres (figure 5). Dans une dernière phase opératoire, on enlève par corrosion le substrat semi-conducteur monocristallin (figure 10). Si l'on choisit correctement le produit corrosif qui doit être différent 30 suivant que le substrat semi-conducteur 1 présente une conductivité n, une conductivité p ou suivant qu'il est fortement ou faiblement ohmique, le processus de corrosion cesse lorsque l'on atteint la jonction pn entre le substrat semi-conducteur 1 et les zones 5 ou cette corrosion se ralentit au point que l'on 35 puisse également réaliser des surfaces bombées. La couche 11 doit être protégée par une couche qui résiste au milieu corrosif. A l'aide des figures 6 à ";G on explicitera un second mode d'exécution de l'invention. D'abord on recouvre par voie épitaxiale le substrat 40 semi-conducteur 1 qui est à nouveau supposé avoir une conducxi- 71 09674 6 2083459 vite p d'une mince couche semi-conductrice 2 de conductivité n et ayant une épaisseur de quelques microns, et sur cette couche on dépose, comme cela a été décrit à propos du premier mode d'exécution, le masque 3 (figure 6). A l'aide de .11épitaxie 5 sélective on réalise les zones monocristallines (figure 1) ; ensuite ce dispositif est revêtu de la couche isolante 7 qui forme avec le masque 3 une couche isolante 9 (figure 8). Enfin, on dépose sur la couche isolante 9 la couche polycristalline 11. Ces dernières phases opératoires correspondent entièrement aux 10 phases opératoires décrites dans le premier mode d'exécution. Elles se distinguent uniquement par la couche semi-conductrice 2 qui agit comme couche intermédiaire. La couche semi-conductrice 2 a pour but d'arrêter l'opération de corrosion. Mais l'expérience a montré que cela 15 est plus facile si la corrosion s'effectue d'une zone de conductivité p en direction d'une zone de conductivité n. C'est la raison pour laquelle on enlève par corrosion d'abord le substrat semi-conducteur 1 de conductivité p jusqu'à la limite de la couche semi-conductrice 2 de conductivité n. A 20 cette limite cesse automatiquement, comme cela a déjà été indiqué, l'enlèvement par corrosion ou bien cet enlèvement par corrosion se poursuit a une vitesse extrêmement lente en sorte que des différences éventuelles dans la vitesse de la corrosion se corrigent automatiquement. 25 Ensuite on enlève par corrosion la mince couche semi- conductrice 2« Ceci peut être effectué à l'aide d'un milieu corrosif non sélectif ou encore en mettant à profit l'action de freinage de la jonction pn entre la couche semi-conductrice 2 et les zones 5. Les différences dans la vitesse de la corrosion ne 30 sont pas gênantes en raison de la faible épaisseur de la couche semi-conductrice 2 pour les zones isolées. De cette manière on obtient, comme dans le premier exemple d'exécution, le dispositif tel qu'il se trouve représenté dans la figure 1G„ Dans la figure 11 on a représenté un dispositif pour 35 la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention» Dans un dispositif de support 15 susceptible d'être déplacé suivant la double flèche 1b, est serrée une pastille semi-conductrice pendant l'enlèvement par corrosion du substrat semi-conducteur 1= Le liquide corrosif 17 se trouve dans un bac 40 19 fait avec un matériau isolant qui n'est pas susceptible d'être 71 09674 n i 2083459 attaqué par le liquide corrosif. En outre, et pour augmenter l'effet de freinage exercé par la jonction pn entre le substrat semi-conducteur 1 et la couche semi-conductrice 2 contre l'action de corrosion, cette jonction pn est polarisée dans la direction de blocage. A cet effet on prévoit sur le fond du bac iy une électrode 21 alors qu'un contact 25 est prévu sur la couche seir.i-conductrice 2. Etant donné que le substrat semiconducteur 1 est de conductibilité p et que la couche semi-conductrice est de conductibilité n, l'électrode 21 est reliée au pôle négatif et le contact 25 au pôle positif d'une batterie 27. & l'aide du procédé indiqué par l'invention on peut enlever complètement le substrat semi-conducteur même dans le cas d'une pastille gauchie, en sorte que seules subsistent les zones monocristallines isolées les unes des autres et noyées dans la substance polycristalline„ 71 09674 8 2083459 REVENDICATIONS 1o Procédé pour préparer des zones semi-conductrices isolées pour un circuit monolithique à serai-conducteurs, caractérisé par le fait qu'il consiste : a) à déposer un masque fait avec une substance isolante sur un substrat semi-conducteur présentant un type de conductivité, b) à déposer épitaxialement des zones monocristallines présentant l'autre type de conductivité sur les zones non recouvertes par le masque de la surface du substrat semi-conducteur, c) à revêtir le dispositif ainsi réalisé d'une couche isolante, d) à déposer une substance seml-conduct-rice sur la couche isolante de façon à ce que se forme une couche polycristalline, e) à enlever par corrosion le substrat semi-concucteur. 2» Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avant le dépôt du masque fait avec une substance isolante on dépose sur le substrat semi-conducteur une couche semi-conductrice présentant l'autre type de conductivité et ayant une épaisseur de préférence de 2 à 5 et qu'après l'enlèvement par corrosion du substrat semi-conducteur on enlève par corrosion la couche semi-conducxrice. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérise par" le fait que pendant l'enlèvement par corrosion du substrat semiconducteur la fonction pn formée entre la couche semi-conductrice et le substrat semi-conducteur est polarisée dans la direction de blocage. 4. Procédé suivant la revendication 2 et/ou la revendication 3, caractérisé par le fait que le substrat semi-conducteur est dopé en p et la couche semi-conductrice est dopée en n. 5o Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ±'on utilise un masque en bioxyde de silicium. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on utilise un masque en oxyde d'aluminium. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on utilise une couche isolante en bioxyde de silicium. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on utilise une couche eàd original 71 09674 9 2083459 isolante en oxyde d'aluminium. y0 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on utilise une couche isolante faite avec un mélange de "bioxyde de silicium et d'oxyde 5 d'aluminium. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à S, caractérisé par le fait que l'enlèvement par corrosion du substrat semi-conducteur est effectué avec un agent corrosif qui est approprié pour le substrat semi-ccndueteur 10 considéré. 11 » Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'on enlève par voie mécanique uniquement des parties du substrat semi-conducteur qui sont voisines de la couche polycristalline.