Brevet FR2056965A1 — publié le 19710507

La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer des dispositifs semiconducteurs au silicium et concerne plus particulièrement un procédé pour former des ré gions d'oxyde de silicium dans ou sur un corps de silicium Dans de nombreux dispositifs semiconducteurs au silicium , a est utile de produire une pellicule d'oxyde de si licium au dessus de certaines régions déterminées de la surface d'un corps de silicium monocristallin . Une telle pellicule sert de masque pour diffuser une impureté et/ou de couche de passiva tion pour les jonctions p-n s'étendant à la surface du corps de silicium .Jusqu'à présent, il-était d'usage de produire cette pellicule d'oxyde de silicium en couvrant d'abord toute la sur face du corps de silicium avec une pellicule d'oxyde . Ensuite on apposait une couche de masquage d'une matière résistante aux acides au-dessus des parties de la pellicule d'oxyde de silicium devant être conservées . On enlevait ensuite les parties décou vertes de la pellicule d'oxyde de silicium , généralement par un décapage chimique, puis on enlevait la couche de masquage . Cette technique a le défaut que la couche de masquage contamine souvent la pellicule d'oxyde de silicium et que son enlèvement produit des trous d'épingle indésirables dans cette dernière .De plus quand on décape les parties superflues de la pellicule d'oxyde . de silicium , la solution de décapage a tendance à creuser la couche de masquage , de sorte que les parties restantes de la pellicule d'oxyde de silicium ne'sont pas définies- avec préci sion Un autre type de dispositif semiconducteur au sili cium comprend des régions d'une pellicule de silicium monocris tallin espacées sur la surface d'un substrat fait d'une matière isolante , telle que le saphir. Jusqu a présent, on formait ces dispositifs en produisant une pellicule de silicium monocristal lin sur toute la surface du substrat , puis en enlevant les par ties inutiles de cette pellicule .Pour enlever ces parties inu tiles , on apposait une couche de masquage sur les parties de la pellicule de silicium devant être conservées et on enlevait par un décapage chimique les parties superflues de celle-ci Etant donné que la pellicule de silicium est relativement épaisse, le décapage profond nécessaire pour enlever les parties inutiles de cette pellicule pose un problème , en particulier pour que les parties restantes de la pellicule de silicium soient bien défi nies . De plus, dans le dispositif résultant, les surfaces des régions conservées de la pellicule au silicium s'élèvent audessus des parties de la surface du substrat où la pellicule de silicium a été enlevée .Cette surface à plusieurs niveaux rend plus difficile l'application du tracé de métallisation destiné à interconnecter les régions espacées de la pellicule de silicium , en particulier lorsque le tracé de métallisation doit croiser une région de la pellicule de silicium 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 les Fig. 1 à 5 sont des vues schématiques en coupe montrant les étapes successives de la fabrication d'un dispositif semiconducteur conforme à l'invention et, les Fig. 6 à 10 sont des vues analogues montrant les étapes successives de la fabrication d'un autre type de dispositif semiconducteur conforme à l'invention La présente invention se rapporte à un procédé pour fabriquer un dispositif semiconducteur dans lequel une configuration de régions définies d'oxyde de silicium est produite dans ou sur la surface d'un corps de silicium monocristallin .D'une manière générale, le procédé consiste à former d1 abord sur l'une des surfaces du corps de silicium , une mince pellicule de masquage d'une matière qui empoche l'oxydation de la partie sousåacente du corps de silicium et qui peut être décapée au moyen d'un agent n'ayant que peu ou pas d'effet sur l'oxyde de silicium . Cette pellicule de masquage sera qualifiée ci-après n pellicule de masquage d'oxydation " car.elle est utilisée comme masque pendant une étape ultérieure au cours de laquelle les régions non-masquées du substrat de silicium sont oxydées pour produire la configuration voulue de réglons d'oxyde de silicium .La pellicule de masquage d'oxydation peut Btre faite d'une matière telle que le nitrure de silicium ou l;oxyde d'alu- minium et est formée sur les parties de la surface du corps de silicium ôù I oxyde de silicium ne doit pas être produit . Les partiés découvertes du corps de silicium sont ensuite oxydées pour former soit une couche d'oxyde de silicium sur la surface découverte du corps de silicium , soit une région d'oxyde de silicium dans ce corps X Etant donné que la couche de masquage empoche l'oxydation de la partie de la couche de silicium sousjacente , elle définit la forme de la couche d'oxyde de silicium formée dans ou sur le corps de silicium .L'oxyde de silicium ainsi formé test pas contaminé et est exempt de trous d'épingle. De plus, la forme de la couche d'oxyde est nettement définie, puisqu'aucun décapage de cette couche n'est nécessaire Pour décrire plus en détail le procédé de la présente invention, on va se référer d'abord aux Fig. 1 à 5 qui montrent les étapes de la formation d'une pellicule définie d'oxyde de silicium sur un corps de silicium monocristallin . Comme le montre la Big.1 , une mince pellicule de masquage d'oxydation 10 est produite sur toute la surface du corps 12 de silicium monocristallin .Une pellicule de masquage d'oxydation 10 de nitrure de silicium peut être formée sur le corps 12 en plaçant celui-ci dans une chambre en faisant passer un gaz contenant- du silicium et de l'azote dans cette chambre et en chauffant cette dernière à une température à laquelle une réaction se produit pour former du nitrure de silicium qui se dépose à la surface du corps 12. Le gaz utilisé peut & re un mélange de silane et de vapeur d'ammoniac qui réagissent à une température comprise entre 600 et 12000C en formant du nitrure de silicium Lorsque la pellicule de masquage d'oxydation 10 est en oxyde d'aluminium , elle peut titre formée sur le corps de silicium dans une chambre en faisant passer à travers celle-ci un gaz contenant de l'aluminium et de l'oxygène et en chauffant cette chambre à la température à laquelle une réaction se produit en formant de l'oxyde d'aluminium qui se-dépose à l-a surface du corps 12. Le gaz utilisé peut etre un mélange de chlorure d'aluminium , de bioxyde de carbone et d'hydrogène qui réagit à une température légèrement supérieure à 9000C en formant de l'oxyde d'aluminium . La pellicule de masquage peut aussi être formée par oxydation due à l'action d'un plasma . Celle-ci peut être réalisée en couvrant d'abord la surface du corps de silicium 12 d'une couche d'aluminium métallique pur, par exemple , par évaporation sous vide . On place ensuite le corps de silicium ainsi revêtu dans une chambre contenant une anode et une cathode qui sont espacées d'environ 75 mm et un contact électrique est établi avec la couche d'aluminium . On introduit ensuite de l'oxygène sec dans la chambre sous une pression partielle de l'ordre de 0,2 mm de mercure . On produit une décharge luminescente à travers l'oxygène , entre l'anode et la cathode > en utilisant une tension d'allumage d'environ 1000 volts et en polarisant la couche d'aluminium positivement à environ 20V par rapport à l'anode .Cette décharge électrique ionise l'oxygène et les ions oxygène réagissent avec la couche d'aluminium pour former la couche d'oxyde d'aluminium Comme le montre la Fig.2, une mince couche de masquage de décapage ( c'est à dire , une couche de masquage pour l'étape de d-écapage qui suit ) d'oxyde de silicium est déposée au-dessus drune partie de la pellicule de masquage d'oxydation 10. La partie de la pellicule 10 couverte par la couche de masquage de décapage 14 est celle qui doit être conservée pour empêcher la formation d'oxyde de silicium à la surface du corps de silicium 12. La couche 14 est formée en couvrant toute la surface de la pellicule de masquage d'oxydation 10 avec du bioxyde de silicium , par exemple en exposant la couche 10 à un gaz contenant du silicium et de l'oxygène et en chauffant ce gaz à une température à laquelle une réaction a lieu pour former de l'oxyde de silicium qui se dépose sur la pellicule de masquage d'oxydation . Ce gaz peut être un mélange de silane et soit d'oxygène ; soit de vapeur d'eau , et réagit à une température comprise entre environ 200 et 4000C en formant de l'oxyde de silicium .Une pellicule de matière résistante au décapage est appliquée sur les régions de la couche de masquage de décapage qui doivent être conservées, par exemple en utilisant des techniques photolithographiques classiques , et les- couches découvertes de la couche de masquage de décapage sont enlevées, par exemple , par un décapage à l'acide fluorhydrique La pellicule inattaquable peut ensuite titre enlevée au moyen d'un solvant approprié . Comme le montre la Fig.3, la partie découverte de la pellicule de masquage d'oxydation 10 est ensuite enlevée afin de découvrir la surface du corps de silicium 12 .Le nitrure de silicium et l'oxyde d'aluminium peuvent tous deux eAtre enlevés par un décapage avec de l'acide phosphorique à environ 18OC . La couche de masquage de décapage 14 peut-ensuite autre enlevée, par exemple par un décapage à l'acide fluorhydrique On oxyde ensuite la surface découverte corps de silicium 12 pour former une couche' d'oxyde de silicium 16 à la surface de celui-ci comme le montre la Fig.4. Ceci peut autre réa lisé en plaçant le corps 12 dans un four contenant une atmosphère d'oxygène et en le chauffant à-une température comprise entre 900 et 12000C .Comme représenté, la couche d'oxyde de silicium 16 est généralement plus épaisse que la pellicule de masquage d'oxydation 10, dont l'épaisseur peut être inférieure & 200 Â . oa enlève ensuite la pellicule 10 pour découvrir la partie sousjacente de la surface du corps de silicium 12, comme le montre la Fig.5 . Les pellicules de masquage d'oxydation en nitrure de silicium ou-en oxyde d'aluminium peuvent-être enlevées par décapage avec de l'acide phosphorique chaud qui n' a que peu d'effet sur la couche d'oxyde de silicium 16 Le dispositif est ensuite pret à subir les autres traitements nécessaires pour former le dispositif semiconducteur voulu .C'est ainsi, par exemple , que la couche d'oxyde de silicium peut servir de masque pour la diffusion d'une impureté dans la surface découverte du corps de silicium 12 afin de former une diode , un transistor , etc. Etant donné que la couche de masquage inattaquable ne sert pas à définir le contour de la couche d'oxyde de silicium 16,-cette dernière n1 est pas contaminée et est exempte de trous d'épingle . Ainsi, quand la couche de silicium 16 sert de masque de diffusion , il ne se produit aucune contamination du corps de silicium 12 ou de l'impureté qui est diffusée dans ce corps , et il ne se forme aucune région diffusée indésirable comme oe pourrait tre le cas à travers les trous d'épingle de la couche d'oxyde de silicium .Dé plus, puisque la pellicule de masquage d'oxydation 10 est mince, la forme dé la partie conservée peut être définie avec précision par décapage . Etan.t;.donné que la forme de la couche d'oxyde de silicium 16 est définie par la pellicule de masquage d'oxydàtion 10, cette couche 16 sera, elle aussj, -définie de façon-précise -En se référant aux Fig. 6 à 10, on voit les étapes successives de l'application du procédé de la présente invention à la production d'un-dispositif semiconducteur comportant des régions espacées de silicium monocristallin sur un substrat isolant; par exemple , de saphir . En partant drun substrat plat 18 de saphir portant sur l'une de ses-faces une 'couche 20 de silicium monocristallin , on produit une mince pellicule dé masquage d'oxyda- tion 22 , par exemple de nitrure de-sil-icium ou d'oxyde d'aluminium , sur toute la surface de la couche de silicium, comme le montre la Fig.6 . Cette pellicule de masquage 22 est produite de la manière décrite ci-dessus .Comme le montre la Fiv.7 , une couche de masquage de décapage 24 en oxyde de silicium est produite sur les parties de la pellicule de masquage d'oxydation 22 qui s'étendent au-dessus des régions de la couche de silicium 20 devant être conservées . Les parties découvertes de la pellicule de masquage d'oxydation 22 sont ensuite enlevées, par exemple par un-décapage à l'acide phosphorique chaud, puis la couche de masquage' de décapage 24 est enlevée avec de l'acide fluorhydrique , comme le montre la Fig.8 Les parties découvertes de la couche de silicium 20 sont ensuite oxydées par un chauffage dans une atmosphère d'oxygène . Pour ce dispositif , l'oxydation est poursuivie jusqu'à ce que toute l'épaisseur des parties découvertes de la couche de silicium 20 soit transformée en oxyde de silicium. Selon l'épaisseur de la couche de silicium 20, il peut être nécessaire d'enlever une partie de cette couche , par exemple , par un décapage à l'aide fluorhydrique, avant de poursuivre l'oxydation de façon à transformer toute l'épaisseur des parties découvertes de cette couche en oxyde de silicium . On peut déterminer si oui ou non les parties découvertes de la couche de silicium ont été complètement oxydées en mesurant la résistance entre les parties non-oxydées adjacentes de-la couche de silicium qui sont couvertes par la pellicule de masquage d'oxydation 22 .De plus, si le substrat est une matière transparente , telle que le saphir , l'achèvement de l'oxydation peut hêtre déterminé par un examen visuel , puisque les parties oxydées de la couche de silicium , quand elles ont été oxydées jusqu'au substrat , sont plus transparentes que les parties non-oxydées Comme le montre la Fig.9 , on obtient ainsi sur le substrat de saphir 18 des régions 26 d'oxyde de silicium espacées par des régions 28 de silicium monocristallin En se référant à la Fig.10 , on voit que l'épais- seur de la région d'oxyde de silicium 26 peut être réduite à celle des régions de silicium 28, par exemple , par un décapage à l'acide fluorhydrique , et que la pellicule de masquage d'oxydation 22 peut être enlevée , par exemple , par un décapage à 14 acide phosphorique chaud . Le dispositif est alors pr8t aux traitements ultérieurs pour former le dispositif semiconducteur désiré O C'est ainsi, par exemple X que les dispositifs semi conducteurs actifs peuvent être trouvés dans les régions de silicium 28 et qu'un tracé de métallisation peut être appliqué pour interconnecter ces dispositifs actifs . On voit donc que le procédé de l'invention permet de produire' des régions précisément défiles de silicium qui sont isolées électriquement l'une de l'autre par des régions non-contaminées, exemptes de trous d'épingle en oxyde de silicium . On obtient également une surface plane sur laquelle les tracés de métallisation peuvent être facilement appliqués REVENDICATIONS 1 . Procédé pour fabriquer un dispositif semiconducteur qui consiste à produire une pellicule de masquage d'oxydation sur certaines parties de la surface d'un corps de silicium monocristallin, cette pellicule étant une matière qui empoche l'oxy- dation des parties sousjacente du corps de silicium et gui peut être décapée en utilisant une substance n' ayant que peu ou pas d'effet sur l'oxyde de silicium , puis en oxydant les parties non-couvertes de la surface du corps de silicium 2 .Procédé selon la revendication 1 dans lequel la pellicule de masquage d'oxydation est produite en revttQwt toute la surface du corps de silicium puis en enlevant certaines parties de la matière constituant la pellicule de masquage d'oxydation 3 . Procédé selon la revendication 2 dans lequel la pellicule d'oxydation est faite d'une matière telle que le nitrure de silicium et l'oxyde d'aluminium 4 . Procédé selon la revendication 3 dans lequel on enlève les parties voulues de la pellicule de masquage d'oxydation par un décapage avec de l'acide phosphorique chaud 5 .Procédé selon la revendication 4 dans lequel avant d'enlever les parties voulues de la pellicule de masquage d'oxydation, on produit une couche de masquage de décapage en oxyde de silicium sur les parties de la pellicule de masquage d!oxydation qui doivent eatre conservées , et on enlève les parties découvertes de la pellicule de masquage d'oxydation par un décapage 6 . Procédé selon la revendication 1 dans lequel on oxyde les parties non-couvertes du corps de silicium pour former une couche d'oxyde de silicium à la surface de celui-ci 7 . Procédé selon la revendication 1 dans lequel on oxyde les parties découvertes du corps de silicium pour former des régions d'oxyde de silicium dans celui-ci 8 . Procédé selon la revendication 7 dans lequel le corps de silicium est une couche de silicium monocristallin située sur un substrat et les régions découvertes du corps de silicium sont oxydées pour former des régions d'oxyde de silicium qui s'étendent de part en part à travers toute l'épaisseur de cette couche de silicium