Brevet FR2085894A1 — publié le 19711231

La présente invention se rapporte à des dispositifs semiconducteurs comprenant un substrat isolant et un certain nombre de composants formés sur ce substrat. Certains types de dispositifs semiconducteurs, tels que 5 les circuits intégrés du type "silicium sur saphir", comprennent une ou plusieurs couches extrêmement minces, par exemple de quelques microns, de matières semiconductrices placées sur un substrat isolant, ces diverses couches contenant des régions ayant des caractéristiques de conduction différentes produisant un certain 10 nombre de composants semiconducteurs individuels, par exemple des transistors et des diodess L'un des avantages de ces dispositifs réside en ce que, par suite de la minceur des couches semiconductrices et du fait que celles-ci sont supportées par un substrat de matière isolante, 15 le degré de couplage électrique entre les divers composants est faible. Toutefois, l'une des difficultés auxquelles on se heurte dans l'utilisation de ces couches semiconductrices minces est celle de la réalisation de ces diverses régions de façon à leur conférer le mode ou le degré de conduction particulier désiré. 20 Plus précisément, les diverses opérations de traitement utilisées jusqu'à présent ont tendance à réagir les unes sur les autres et à influencer tous les composants du substrat, de sorte qu'il était difficile jusqu'ici de fabriquer des dispositifs ayant des composants étroitement rapprochés présentant des caractéris-25 tiques de conduction très différentes. De plus, alors que l'un des principaux avantages de ces dispositifs est l'isolement électrique pouvant être obtenu entre les divers composants situés sur le substrat, il est néanmoins des cas où un isolement plus complet que celui réalisable jusqu'à présent est nécessaire. 30 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 figs.l à 6 sont des vues schématiques en coupe illus-35 trant les opérations successives de fabrication d'un dispositif semiconducteur conforme à 1'invention. En se référant à la fig.l, on voit un substrat isolant 10 portant une première couche 12 de matière semiconduatrice. Dans le cas présentj le substrat 10 est un monocristal de saphir 71 11874 -2- 2085894 tandis que la couche de matière semiconductrice est une couche epitaxique de silicium monocristallin» D'une manière plus générale, le substrat 10 peut être constitué par un certain nombre de matières sur lesquelles une 5 matière semiconductrice, telle que le silicium, le carbure de silicium et de germanium, divers composés III-V, etc.. peuvent être déposés. Comme exemples de matières appropriées pour le substrat, on peut citer le saphir, la spinelle, le diamant et le carbure de silicium. Sans pour autant y être limitée, la 10 présente invention concerne plus particulièrement la fabrication de dispositifs utilisant des matières semiconductrices monocristallines déposées par épitaxie et en particulier le silicium, le germanium et l'arséniure de gallium. Avec les techniques actuelles, la déposition épitaxiale de couches monocristallines de 15 ces matières exige l'utilisation d'un substrat monocristallin dont le réseau présente un espacement analogue à celui du réseau cristallin de la matière à déposer, par exemple des substrat de saphir ou de spinelle pour des dépôts par épitaxie de silicium ou de germanium. 20 En se reportant à la fig.l, la couche 12 a des caractéris tiques de conduction qui dépendent du dispositif particulier à fabriquer. Par "caractéristiques de conduction", on entend à la fois le degré de conduction et le mode de conduction et l'expression "différentes caractéristiques de conduction" utilisée ci-25 après, entend comprendre à la fois les différences dans le mode de conduction et les différences dans les degrés de conduction d'un même mode de conduction. Aux fins d'illustration, la couche 12 est constituée, dans le présent exemple de réalisation, par une couche de silicium P 30 de 1 ohm-cm ayant une épaisseur de un micron. En ayant recours à des techniques photolithographiques connues, incluant l'utilisation de couches de masquage et de résines photosensibles, on enlève certaines parties de la couche 12 en laissant une unique région 14 de silicium P, comme le mon-35 tre la fig.2. Pour la commodité de la représentation et de la description, on n'a représenté qu'une seule région P, mais il est bien évident que dans la réalité un certain nombre de régions P espacées sont généralement formées sur le substrato 71 11874 -3- 2085894 Ensuite, on forme une couche de masquage 16, comme le montre la fig.3, sur la région P 14» Dans un mode de réalisation préféré, la couche 16 est constituée par l'oxyde de la matière constituant la région 14, oxyde produit par exemple par des 5 techniques de croissance thermique,, En utilisant ces techniques, toutes les surfaces découvertes de la région P sont couvertes de la couche de masquage 16. Ceci évite tout contact entre la matière semiconductrice de la région P 14 avec la couche de matière semiconductrice appelée à être déposée ensuite, comme 10 décrit ci-après. En variante, une couche de masquage, par exemple d'oxyde de silicium, de nitrure de silicium, ou analogue, peut être appliquée sous la forme d'une couche séparée couvrant tout le substrat et la région 14, cette couche étant ensuite délimitée 15 par voie photolithographique de manière à ne couvrir que la région P 14. Ensuite, on dépose par voie épitaxique sur le substrat 12, y compris sur la région 14, une seconde couche 20 (fig.4) de matière semiconductrice, dans le présent exemple de silicium mono-20 cristallin N de 2 ohm-cm. Par suite de la présence de la couche de masquage 16, il n'y a aucun contact entre les deux couches 20 et 12 et, par conséquent, le risque d'une migration réciproque d'impuretés est faible. De plus, du fait que la seconde couche 20 est produite indépendamment de la première couche 12, 25 les caractéristiques de conduction de cette seconde couche 20, ainsi que son épaisseur, peuvent être choisies indépendamment des caractéristiques de conduction de la première couche 12, et selon les besoins du dispositif particulieE à fabriquer. Ensuite, on définit une seconde région 24 (fig.5) comprenant 30 du silicium N par des techniques photolithographiques classiques incluant une étape de décapage pour éliminer les parties de la couche de silicium 20 non-protégées par une couche définie de résine photosensible Cnon-représentée). De préférence, on utilise un décapant qui n'attaque pas la couche de masquage 16 couvrant 35 la première région 14, de sorte que cette région 14 n'est pas perturbée par la production de la seconde région. Cette protection de la première couche 14 pendant les étapes de formation de la seconde région 24 est l'un des avantages de la présente invention. On a trouvé qu'en raison de l'extrême 71 11874 2085894 minceur des couches utilisées, il est difficile d'enlever la seconde couche de la première sans dissoudre en même temps cette première couche. Diverses combinaisons de matières de masquage, de résines 5 photosensibles et de décapants pour l'exécution des étapes de traitement décrites ci-dessus sont connues pour diverses matières semiconductrices• Comme mentionné, l'un des avantages résultant du fait qu'on couvre toutes les surfaces découvertes de la première région 14 10 avec la couche de masquage 16 est qu'il n'y a aucun contact entre la seconde couche 20 et la première couche 12 le long des côtés de la région 14. L'expérience montre qu'il est difficile de séparer complètement deux corps de la même matière semiconductrice dont le réseau cristallin a la même structure ou une structure 15 similaire, tant du point de vue de la reproductibilité que du contrôle de l'opération0 La structure résultante, comprenant deux régions 14 et 24 pratiquement indépendantes et espacées l'une de l'autre, est représentée sur la fig.5. La couche de masquage 16 peut être enle-20 vée ou laissée en place, selon la nature du dispositif à fabriquer. Dans les deux régions 14 et 24 ainsi produites, on forme un composant semiconducteur différent. En se référant à la fig.6, on voit un exemple d'un type de dispositif semiconducteur pouvant 25 être formé dans chaque région. Plus précisément, le composant 30, formé dans la région 14, est un transistor à effet de champ ayant une région de source 32 de type N, une région de canal 34 de type P eà une région de drain 36 de type N. La surface 40 de la région 14 est couverte d'une couche isolante 42 qui peut 30 être constituée par la couche de masquage 16 initialement prévue sur la région 14, bien que ce ne soit pas indispensable. A travers des ouvertures ménagées dans la couche 42 s'étend une électrode 44 reliée à la région de source 32, ainsi qu'une électrode 46 connectée à la région de drain 36. Une électrode de commande 35 50 est prévue sur le dessus de la couche 42 couvrant la région de canal 34. Le composant 56 formé dans la région 24 est identique au composant 30, sarâf que les modes de conduction des diverses régions de source, de drain et de canal ont le signe contraire 71 11874 "5~ 2085894 de celles du composant 30. On ne s'étendra pas davantage ici sur les détails de la fabrication des composants individuels 30 et 56, à partir des régions 14 et 22, puisque diverses techniques pour fabriquer 5 divers composants semiconducteurs, y compris des composants différents des composants 30 et 56 représentés ici sous la forme de films minces de matière semiconductrice sont universellement connues• Toutefois, ce qui importe ici est le fait que des films 10 ou des régions individuelles de matière semiconductrice peuvent être produites sur un substrat d'une manière simple et reproductible, les diverses régions étant formées indépendamment les unes des autres et ayant des caractéristiques de conduction et l'épaisseur nécessaire pour produire les composants semiconduc-15 teurs voulus. De plus, l'espace compris entre les régions 14 et 24 peut être rempli, de préférence avec une matière isolante, par exemple avec du bioxyde de silicium, ou avec une matière semiconductrice renfermant une jonction d'arrêt, mais dans l'exemple représenté sur la fig.6, cet espace est laissé vide. 20 Ceci diminue le couplage électrique entre les composants semiconducteurs des différentes régions, comparativement à des dispositifs oà des régions ayant des caractéristiques de conduction différentes se touchent. Dans l'exemple représenté, les deux régions 14 et 24 sont 25 formées d'une matière semiconductrice analogue, mais des matières semiconductrices différentes, par exemple du silicium et de l'arsénirue de gallium, pourraient être utilisées pour chaque région. La seule condition nécessaire est que chacune des matières utilisées soit compatible avec le substrat 10. 71 11874 -6— 2085894 REVENDICATIONS 1) Procédé pour produira aas composants semiconducteurs individuels ayant des caractéristiques de conduction électrique différentes sur un substrat isolant qui consiste à former une 5 première région comprenant une première couche de matière semi-conductrice sur une partie dudit substrat, à couvrir cette première région avec une couche de masquage, à couvrir cette première région, cette couche de masquage et d'autres parties dudit substrat avec une seconde couche de matière semiconductrice 10 ayant dés caractéristiques de conduction différentes de celles de ladite première couche, à enlever certaines parties de cette seconde couche pour produire une seconde région comprenant une partie de ladite seconde couche sur ledit substrat, à une certaine distance de ladite première région et à former un composant 15 semiconducteur dans chacune desdites régions, le composant de la première région étant différent de celui de la seconde. 2) Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite étape de formation comprend une étape consistant à former la dite couche de masquage sur tous les côtés de ladite première 20 région qui ne sont pas au contact dudit substrat afin d'éviter tout contact entre la seconde couche et la première. 3) Procédé selon la revendication 1 dans lequel la seconde couche a une épaisseur différente de celle de la première. 4) Procédé selon la revendication 1 dans lequel la seconde 25 couche est formée d'une matière différente de celle de la première.