Brevet FR2128103A1 — publié le 19721020

La presente invention concerne un procédé d'isolement diéléctrique dans un circuit intégré et notamment un procédé pour réaliser des isolés au ger manjuni. La fabrication de circuits monolithiques a plusieurs phases est connue quand le matériau de depart est une rondelle de silicium monocristallin. Des évidements sont créés à la surface du silicium monocristallin, par le moyen de techniques habituelles de masquage et d'attaque chimique dans des zones prédétermonées puis la surface ces évidements est recouverte de silice grâce a des procédés d'oxydation puis la rondelle est disposée dans un reacteur d'epitaxie afin de faire croître du silicium polycflstallin a partir de la couche de silice Un rodage ;ecanique execute à- partir de la face arriere de la rondelle permet alors de réaliser des caissons de silicium monocristallins isoles par une. couche de silice du substrat en silicium polycristallin. Si l'on voulait obtenir des caissons de germanium, un procede semblable ne peut être applique à partir de la méthode précédente. En effet l'oxydation thermique du-germanium donne un oxyde de germanium ne presentant pas de qualites dielectriques et ayant pour inconvenients d'entre soluble dans l'eau, d'entre instable et de rendre impossible le masquage vis a As des impuretes de dopage. Il est impossible de se servir de l'oxyde de germanium pour isoler électriquement les uns des autres divers ilôts de germanium. Le procédé selon la présente invention permet de remedier à cet inconvenient. Dans celui-ci en effet il est possible d'utiliser le germanium dans la fabrication de circuits integres à plusieurs phases tout en obtenant un isolement efficace entre les différents caissons de germanium. L'invention a pour objet un procede d'isolement électrique dans un circuit intégré selon lequel on réalise des caissons de germanium isolés électriquement les uns des autres procédé caractérisé en ce que lon creuse des évidements sur une face "avant" d'un bloc de germanium monocristallin puis sur cette face "avant" l'on dépose par une premiere épitaxie une couche de silicium monocristallin de manière à réaliser la continuité des réseaux cristallins puis l'on dispose une couche de silice sur ladite couche de silicium monocristallin l'épaisseur de ces deux couches étant inférieure d la profondeur desdits évidements puis '-on dépose par une seconde épitanie une niasse de silicium polcristallin sur ladite couche Je silice pui iton, abrase la face "arrière" du bloc de germanium jusqu 1a mettre a nu ladite masse de silicium polycristellin au fond desdits évidements de manière . > réallse. lesdite caissons de germanium. isoées entre eux et de ladite niasse. En se référanI: aux figures schématiques I à 6 ci-jointes on va décrire ciaprès un exemple de mise en oeuvre de la présente invention7 exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les memes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. Les figures 1 à 6 représentent des coupes du substrat à des stades différents de sa fabrication. Dans la 'figure l.on voit une plaque de germanium I monocristallin de type n dont la résistivité et le dopage ont des valeurs voulues. Dans la figure 2 on voit la même plaque dans laquelle on a creusé des évide-men ts 2, 3, 4, 5. Ce résultant est obteau par les techniques habituelles photorésistives suivies d'une attaque chimique ou-de tout autre procédé donnant le même résultat (phase vapeur, rêtropulvérisaton) .- La plaque munie -de ses évidements se présente alors comme sur la figure 2. Dans la figure3 on voit-la face de la plaque sur laquelle se. présentent les évidements recouverts d'une couche de silicium 6 monocristallin, de type N+ de 0,5 micron d'épaisseur. Ce résultat-.est obtenu par croissance épitaxiale dans un réacteur-. On peut en effet faire croître du silicium monocristallin sur du germanium monocristallin dont les cristaux sont orientes dans le plan 111. Le procédé utilisé consiste à envoyer dans le réacteur d'épitaxie un mélange de gaz tel. que du silane Si 114 et d'hydrogène ou de l'hexachlorodisilane et de l'hydrogène. Le silicium produit de la réaction se dépose sur la plaquette de germanium. La température de la réaction ne doit pas dépasser la température de fusion du germanium. Le suscepteur supportant les plaquettes de germanium est chauffé par induction HF dans une enceinte en quartz. Min d'obtenir ua tapage de type n, un dopant donneur-tel que du gaz phosphine PH2 ou de l'arsine AsH2 est introduit en même temps que le mèlange de silane.et d'hydrogène Le dopage doit être suffisamment concentré pour réaliser du silicium de type n . Cette couche de silicium permet l'obtention d'une couche de silice de bonne qualité diélectrique et mécanique, sert de plus à pallier les défauts de courbure dus aux différentes etapes de la croissance et est utilisée comme couche enterrée de forte conductibilité. Dans la figure 4 on voit une couche de silice 7 déposée sur la couche de silicium 6. Elle recouvre les saillies et les évidements 2, 3, 4, 5. La couche de silice 7 est obtenue dans le même réacteur dans lequel on injecte du silane et de 1'oxygène. La température de réaction est comprise entre 250- et 800 . Pour obtenir une couche de silice on peut également effectuer une déposition par pyrolyse du tétraéthylsilicate (C2 H5)4 Si 04 à basse température. La plaquette est alors chauffée entre 300' et 750 et reçoit des vapeurs de (C2 115)4 Si 04 obtenue8 en faisant barboter de de l'azote dans le tétraéthylsilicate liquide. Celui-ci se décompose par cracking et le bioxyde de silicium se dépose à chaud sur la plaquette, L'adhérence de la silice sur le silicium est de bonne qualité, Dans la figure 5 on voit un dépôt de silicium polycristallin 8 de quelques centaines de microns au dessus de la couche de silice 7. La croissance polycris tallina est obtenue dans le même réacteur d'épitaxie dans lequel on injecte du silane et de l'hydrogène à basse température. Etant donné la présence de la silice Si O2 comme matériau de base le silicium déposé est polycristallin.Le silicium polycristallin ne sert qu'à élaborer une couche cristalline servant de support mécanique à la structure finale. Dans La figure 6 on voit une plaquette retournée dans laquelle la couche de silicium polycris tai lin 8 se retrouve en dessous. On peut voir des: caissons de germanium monocristallin I possédant une couche enterrée de silicium monocristallin n+, 6. Chacun des caissons est isolé des autres caissons par une couche de silice 7. Ce résultat est obtenu en rodant mécaniquement jusqu'à la ligne AA-' la face arriere de la plaquette représentée dans- la figure 5. On enlève ainsi la couche de germanium monocristallin 1 Jusqu'a atteindre dans les évidements la couche de silicium polycristallin 8. Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir des caissons de germanium monocristallin, isolés entre eux et possédant une couche enterrée de forte conduc- tivité. Les applications particulièrement interessantes peuvent être d-u domaine des circuits optoélectroniques au germaniums notamment des photodiodes au germanium ayant une réponse a une longueur d'onde plus haute que celle du silicium ainsi que des circuits à transistors de commutation rapide. Bien que le procédé qui vient d'entre décrit paraisse le plus avantageux oncomprendra que diverses modifications peuvent lui etre apportées sans sortir du cadre de l'invention, certaines des étapes du procédé peuvent être remplacées par d'autres susceptibles d'y assurer la meme fonction technique. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'isolement électrique dans un circuit intégré selon lequel on réalise des caissons de germanium isolés électriquement les uns des autres procédé carac terse en ce que lton creuse des évidements sur une 'face "avant" d'un bloc de germanium monocristallin puis sur cette face "avant" l'on dépose par une première épitaxie une' couche de silicium monocristallin de manière à réaliser la continuité des réseaux monocristallins puis l'on dépose une couche de silice sur ladite couche de silicium monocristallin l'épaisseur de ces deux couches étant inférieure à la profondeur desdits évidements puis l'on dépose par une seconde épitaxie une masse de silicium polycristallin sur ladite couche de silice puis- l'on abrase la face "carrière" du bloc de germanium jusqutà mettre à nu ladite masse de silicium polycristallin au fond desdits évidements de manière à réaliser lesdits caissons de germanium isolés entre eux et de ladite masse. 2/ Procédé selon la revendication I caractérisé-ence que un au moins desdits dépôts de silicium est effectué par réaction du silane et de l'hydrogène à une température comprise entre 700- et 900'. 3/-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que i'ún åu moins desdits dépôts de silicium est effectué par réaction de l'hexachlorodisilane et de l'hydrogène a une température comprise entre 700- et 900-. 4/- Procédé selon la revendication 1 caractérisa en ce que ladite couche de 81ii- cium monocristallin est dopée avec des impuretés lui donnant le meme type de conductivité que le germanium avec une forte concentration. 5/- Plaquette de circuit intégré pouvant etre obtenue selon le procédé décrit par la revendication 1 constituée d'un substrat de silicium polycristallin et comportant sur une face des évidements remplis de germanium monocristal-lin le germanium étant séparé du silicium polycristallin par deux couches disposées dans tordre suivant en .allant du germanium vers le silicium polycristallin : une couche de silicium monocristallin en continuité cristalline avec le germanium puis une couche de silice.