Brevet FR2058343A1 — publié le 19710528

-1- 2058343 La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'un article semiconducteur et à l'article ainsi produit et se rapporte plus particulièrement à un procédé de décapage de la surface d'un corps de silicium monocristaLlin . 5 Au cours de la fabrication de divers dispositifs semicon ducteurs, il est nécessaire de former des rainures ou des trous dans la surface d'un corps de matériau semiconducteur monocristal-lin . On forme de telles rainures ou trous en appliquant à la surface du corps semiconducteur un masque comportant des ouvertures "10 qui délimitent les zones du corps semiconducteur dans lesquelles les rainures ou trous doivent être formés. On forme ensuite les rainures ou trous au moyen d'une attaque chimique qui décape le matériau semiconducteur mais n'attaque pas le masque . Il est bien connu que la manière dont le décapage du maté-15 riau semiconducteur monocristallin s'effectue dépend de la présentation cristallograpliique de la surface du matériau semiconducteur attaqué . S'il n'existe pas de sélection cristallograpliique de la surface attaquée, le décapage se produit non seulement perpendiculairement à la surface du corps de matériau semiconducteur 20 mais également parallèlement à sa surface . Il en résulte un découpage du masque qui se trouve sur la surface attaquée. Si des rainures ou trous étroitement espacés sont attaqués, ce découpage du masque limite la profondeur des rainures ou des trous à la moitié environ de la distance séparant les rainures ou trous . 25 Pour remédier au problème de la dépouille du masque, il a été proposé d'utiliser un corps en matériau semiconducteur dont la surface à décaper est orientée selon le plan cristallograpliique 100 et de décaper les rainures selon les plans 111 qui coupent la surface orientée 100 . Bien que ce mode de décapage élimine sen-pO siblement la dépouille du masque en raison de l'orientation angulaire des plans par rapport à la surface d'orientation 100, les rainures ainsi décapées ont la forme d'un V et leur profondeur est limitée à 0,7 fois environ la largeur du trou du masque .Pour beaucoup de types de dispositifs semiconducteurs, il est souhai-table de décaper des rainures ou des trous dont la profondeur est sensiblement plus grande que la largeur de ces rainures ou ces trous • 70 29852 -2- 2058343 Il est fourni un corps de silicium monocristallin ayant une surface plate qui est orientée dans le plan cristallograpliique 110 et qui est décapé selon un plan cristallograpliique 111 s*étendant perpendiculairement à la surface plane .-5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront au cours de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la fig.1 représente une vue en perspective d'un article semiconducteur formé par le procédé de l'invention, 10 la fig.2 représente une vue en coupe d'un autre article semiconducteur formé par le procédé de l'invention; la fig.3 représente une vue en plan par dessus de l'article semiconducteur de la fig.2 ; la fig.4 représente une vue en coupe d'un réseau de tra-15 versée formé par le procédé de l'invention; la fig.5 représente une vue en plan par-dessus du réseau de traversée de la fig.4; la fig.6 représente une vue en' coupe d'un stade du procédé de fabrication du réseau de traversées; 20 la fig.7 représente une vue en perspective d'un autre ar ticle semiconducteur fabriqué selon le procédé de l'invention. En vue du procédé de l'invention, un corps de silicium semiconducteur monocristallin est muni d'une surface plate orientée selon un plan cristallograpliique 110. Le corps de silicium 25 doit présenter deux jeux ^-e plans cristallographiques 111 qui sont perpendiculaires à la surface d'orientation 110 . L'un des jeux de plans 111'croise l'autre jeu, de sorte que le contour de ces plans sur la surface 110 présente la forme d'un losange dans lequel les angles sigus ont chacun 70,53° et les angles obtus 30 109,47°. La surface d'orientation 110 du corps est attaquée ensuite selon les pleins 111 . Le corps de silicium peut être attaqué avec une solution caustique chaude, telle qu'une solution aqueuse et en ébullition à 25% d'hydroxyde de potassium ou d'hy-droxyde de sodium . Afin de délimiter la zone attaquée, on re-35 couvre la surface du corps d'une couche de masquage en matériau de réserve, tel que de l'oxyde de silicium, du nitrure de silicium ou du carbure de silicium ) La couche de masquage compor 70 29852 -Ù- 2058343 tant des trous définissant les aones de la surface à décaper. Gomme les plans 111 du silicium résistent fortement à l'attaque d'une solution caustique tandis que les autres olans cristallographiques sont attaqués, facilement, le décapage suit les plans 5 Les plans 111 qui sont perpendiculaires à la surface du corps de silicium deviennent ainsi les parois des parties du corps qui ne sont pas éliminées par décapage . Ceci est"représenté à la fig.1 qui montre un corps 10 en silicium monocristallin ayant une surface plane 12 qui est orientée selon le plan 110. Une partie de la 10 surface 12 est éliminée., par décapage selon deux jeux de plans 111 qui sont perpendiculaires à la surface 12. Ceci munit le corps 10 d'une partie en saillie 14- en forme de losange dont la surface supérieure est la surface 12 d'orientation 110, dont des parois latérales parallèles 16 s'étendent selon un jeu de plans 111 et -15 dont des parois latérales parallèles 16 et 18 sont sensiblement perpendiculaires à la surface 12. La surface supérieure en forme de losange de la partie en saillie 14- comporte une diagonale qui est plus longue que l'autre . Comme représenté aux fig.2 et' 5, on peut utiliser le pro-20 cédé décrit ci-dessus pour former deux jeux de rainures étroites 20 et 22 dans la surface 24- d'un corps 26 de silicium monocris-callin . Four former les rainures 20 et 2^ on oriente la surface 24- du corps de silicium 2b selon le plan cristallographique 110. Une courbe de masquage en matière de réserve est déposée sur la 25 surface 24 et il est formé des trous étroits et allongés qui s'étendent selon les lignes d'intersection des plans cristallographiques 111 qui sont perpendiculaires à la surface 24. Les parties à découvert de la surface 24 sont attaquées ensuite au moyen d'une solution caustique chaude, telle qu'une solution pO aqueuse et à l'ébullition de 25/o d'hydroxyde de potassium ou d'hydroxyde de sodium pour former les rainures 20 et 22. Comme le décapage, suit les plans 111, les parois des rainures dà et 22 sont sensiblement perpendiculaires à la surface 2-4- du corps 26. Bien que les plans 111 soient fortement résistants à l'attaque j>5 des solutions caustiques, il a été découvert qu'un certain décapage des plans 111 se produit, ce qui provoque une légère dépouille de la couche de masquage au niveau de la surface 24. On a constaté que la dépouille de la couche de masquage au niveau des BAD ORIGINAL 70 29852 -4- 2058343 parois des rainures atteignait une profondeur comprise entre 1/25 et 1/50 de la profondeur des rainures attaquées. Ainsi, bien que les parois des rainures 20 et 22 ne soient pas exactement perpendiculaires à la surface 24- du corps 26, l'écart par rapport à la 5 perpendiculaire est si faible qu'il est encore possible d'obtenir des rainures profondes et étroitement espacées . Par exemple, il a été décapé des rainures ayant une profondeur de 0,0508 mm et une largeur de 0,0178 mm sur des centres de 0,0254- mm de façon à fournir des îlôta de silicium entre les rainures ayant line lar-10 geur de 0,00838 à raison de mille îlots par 25/)- mm. Ce procédé de décapage de rainures dans un corps de silicium monocristallin peut être utilisé pour fabriquer divers types d'articles semiconducteurs • Par exemple, dans les circuits intégrés, il est souvent intéressant de fournir une isolation 15 diélectrique entre des régions discrètes du corps du silicium dans lequel les éléments du circuit sont formés . Avec le procé-* dé de l'invention, on peut former par décapage des rainures très étroites et profondes dans le corps de silicium autour de^ régions à isoler . Les rainures as'surent ensuite l'isolation diélectrique 20 entre les régions . Toutefois, les rainures peuvent être remplies d'une matière électriquement isolante, tel que de l'oxyde de silicium, du verre ou de la matière plastique, pour augmenter la tension de claquage et pour munir le corps de silicium d'une surface régulière sur laquelle des réseaux métallisés"d'interconnexion 25 peuvent être formés facilement . Comme ce procédé permet de former par décapage des rainures très étroites, ces rainures occupent une superficie minimale du corps de silicium, de sorte qu'une plus grande partie de la surface peut être ainsi utilisée pour les éléïïient'3 de circuit. De plus, le corps de silicium destiné à 30 des circuits intégras comprend généralement un substrat en silicium monocri_tallxn à haute résistivité, une couche de silicium monocristallin à faible résistivité étant formée pui' épitaxie sur une surfaire du substrat . Les éléments du circuit sont formés dans la oo->che épitaxiale et l'isolation diélectrique traverse la 35 couche épitaxiale jusqu'au substrat . Comme le procédé de l'invention permet de former par décapage des rainures profondes pour constituer l'isolation diélectrique, le corps de silicium peut être muni d'une couche épitaxiale plus épaisse dans laquelle les éléments du circuit peuvent être formés . bad original 70 29852 -5- 2058343 Une autre utilisation de ce procédé de décapage consiste à diviser une pastille de silicium monocristallin en petits morceaux . Beaucoup de types de dispositifs semiconducteurs, tels que des diodes, des transistors et des circuits intégrés sont 3- fabriqués en formant une série de dispositifs dans une pastille plate unique et relativement grande de silicium monocristallin . Qn divise ensuite la pastille selon des lignes s'étendant entre les dispositifs pour séparer ces derniers, oomme le procédé de l'invention permet de former des rainures profondes par décapage, 10 : en formant deux jeux de rainures entrecroisées dans la pastille de ••la manière décrite précédemment en relation avec les fig.2 et ' • 5 .jusqu'à ce que les rainures traversent complètement la pastille, •; on peut la diviser en une série de petits morceaux . Les petits morceaux ainsi formés présentent des côtés qui sont sensiblement 15 perpendiculaires aux faces des morceaux, de sorte que ces derniers •. peuvent être manipulés facilement et notamment par un appareillage automatique . De plus, comme indiqué précédemment, les faces des morceaux ont la forme de losanges ayant une diagonale " plus longue que l'autre . Cette forme unique permet d'orienter 20 facilement les morceaux . En se référant aux fig.4 et 5, il est représenté un réseau, de traversées 28 qui peut être formé au moyen du procédé de décapage de l'invention . Le réseau de traversées 28 comprend line feuille plate d'une matière électriquement isolante, tel que 25 du verre ou de la matière plastique, et une série de conducteurs espacés 32 en silicium monocristallin qui sont incorporés et s'étendent dans la feuille 50. Les extrémités des conducteurs 52 arrivent au ras de la surface de la fuuille 30. Pour fabriquer le réseau de traversées 28, on utilise oO comme matériau de départ un corps de silicium monocriscallin ayant une surface plate orientée selon le plan cristallographique 110, tel que le corps 20 représenté aux fig.2 et 5- On décape ensuite deux jeux de rainures entrecroisées, telles que les rainures 20 et 22 dans la surface du corps de la manière décrite 55 précédemment: en relation avec les fig.2 et 5- Les rainures sont décapées à une profondeur égale à la longueur désirée des conducteurs 52 . Ainsi, les îlots du corps 20 compris encre les rainures BAD ORIGINAL 70 29852 -6- 2058343 constituent les conducteurs 32. Comme représenté à la fig.6, une feuille 30 de matériau isolant de l'électricité, qui est plus épaisse que la longueur des conducteurs 32, est liée ensuite à la surface décapée du corps 20 par application de chaleur et de 5 pression, de sorte que la matière de la feuille 30 s'écoule dans les rainures du corps et les remplit . Ainsi, chacun des conducteurs 32 est entouré par le matériau de la feuille 30. Le corps 20 est poli ou meulé jusqu'au fond des rainures et la feuille 30 est polie ou meulée jusqu'aux extrémités des conducteurs 32 . Il 10 en résulte que les conducteurs espacés 32 sont incorporés dans la feuille 30, les extrémités des conducteurs arrivant au ras des surfaces de la feuille . Etant donné que , comme décrit précédemment, le procédé de l'invention permet de décaper des rainures étroites qui sont é-15 troitement espacées, il peut être fourni un réseau de traversées comportant un grand nombre de conducteurs par centimètre carré. Les conducteurs du réseau de traversées peuvent également être fournis en nombre quelconque et suivant une disposition quelconque désirée en donnant à la couche de matière de réserve utilisée 20 comme masque de décapage une configuration convenable . Ainsi ce procédé fournit un degré élevé de souplesse et de précision relativement au nombre et à l'emplacement des conducteurs . En se référant à la fig.16, il est représenté un corps 34-en silicium monocristallin comportant une sérfë de barreaux 36 25 allongés et espacés sur une surface . Cet agencement s'obtient en munissant le corps 34- d'une surface orientée selon le plan cristal lographique 110 . Une couche demasquage en matière de réserve est déposée sur la surface et comporte une série d'ouvertures allongées, étroites et espacées qui s'étendent selon les intersec-30 tions d'un jeu de plans 111 qui sont perpendiculaires à la surface . La partie à découvert de la surface du corps 34- est éliminée par décapage au moyen d'une solution caustique chaude pour former les rainures 38 qui suivent les plans 111. Ceci constitue les barreaux 36 qui présentent des surfaces latérales sensible-35 ment perpendiculaires aux surfaces supérieures des barreaux . Outre le décapage des rainures dans la surface d'un corps de silicium monocristallin, le procédé de l'invention peut égale- 70 29852 -7- 2058343 ment être utilisé pour décaper les trous dans ou à travers un tel corps . Pour décaper un trou dans le; corps, on forme dans la couche de masquage, sur la surface d'orientation 110 du corps une ouverture en forme de losange qui suit le contour en forme 5 de losange des deux jeux de plans entrecroisés 111 qui sont perpendiculaires à la surface . La partie à découvert de la surface . du corps est attaquée au moyen d'une solution caustique chaude. Le décapage suit les plans, de façon à former un trou ayant des parois qui sont sensiblement perpendiculaires à la surface du 10 corps . 70 29852 -8- 2058343 - REVENDICATIONS - 1.- Article semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un corps de silicium moaocrisfcallin ayant une surface dans le plan cristallograpliique "110 et un évidement dans le corps coicpor-tant au moins une paroi se trouvant dans un plan cristallogra-phl- 5 que 111 qui s'étend perpendiculairement à la surface . 2.- Article semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'évidement est une rainure ménagée dans la surface du corps de silicium, les parois latérales de la rainure étant dans des plans cristallographiques 111 qui sont perpendicu- 10 laires à la surface 3«- Article semiconducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une série de rainures ménagées dans la surface du corps de silicium, les parois latérales de chacune des rainures se trouvant dans des plans cristallographiques 111 qui 15 sont perpendiculaires à la surface. 4.- Article semiconducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois latérales des rainures se trouvent dans des plans cristallographiques 111 qui sont espacés et parallèles, de sorte que les rainures sont également espacées et paral-20 lèles . 5-~ Article semiconducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parois latérales de l'une B.es rainures se trou_ vent dans des plans cristallographiques 111 qui croisent les plans cristallographiques 111 des parois latérales d'une autre 25 rainure . ô.- -ârricle semiconducteur selon la revendication 3, caractérisé en es qu'il comprend deux jeux de rainures ménagées dans la surface du corps de silicium, les parois des rainures de chaque jeu se trouvant dans des plans cristallographiques 111 espa-30 cés et parallèles et les rainures d'un jeu croisent les rainures de 1*autre . 7'- Arsicle semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'évidement est un trou en forme de losange menacé dans la surface du corps de silicium, chaque paroi latérale lu 35 trou se trouvant dans un plan cristallographique 111 qui est perpendiculaire à la surface du corps . à.- "Procédé de fabrication d'un article semiconducteur, , BAD ORIGINAL 70 29852 -9- 2058343 caractérisé en ce qu'il consiste à former un corps de silicium monocristallin comportant une surface plane orientée dans le plan cristallographique 110 et à décaper la surface selon un plan cristallographique 111 qui s'étend perpendiculairement à 5 ladite surface. . 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il .consiste à décaper deux jeux de rainures dans les surfaces du corps de silicium, les parois des rainures de chaque jeu s'étendant dans des plans cristallographiques 111 parallèles et espa- 10 cés et les rainures d'un jeu croisant les rainures de l'autre jeu . - 10.- Procédé selon la revendication 9» caractérisé en ce qu'il consiste à former par décapage des rainures traversant complètement le corps de silicium pour séparer les parties du corps déli- 15 mitées par les rainures. 11.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à lier une feuille de matière isolante de l'électricité à la surface décapée du corps de silicium, le matériau isolant remplissant les rainures et entourant les parties du corps déli- 20 mitées par les rainures, à éliminer la partie de la matière isolante qui recouvre la surface du corps de silicium jusqu'à la dite surface du corps et à éliminer la partie du corps de la surface opposée à la surface décapée jusqu'au fond des rainures, de façon à fournir une feuille de matière isolante dans laquelle 25 les parties du corps de silicium sont incorporées et la traversent .