Brevet FR2116424A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne tua procédé de réalisation d'un composant semi-conducteur ou d'un circuit intégré qui comportent un substrat en matériau isolant électrique recouvert en partie d'une couche semi-conductrice. 5 On peut, comme on le sait, fabriquer par masquage des transistors à effet de champ comportant une électrode de commande en métal séparée du corps semi-conducteur par une couche isolante électrique, c'est-à-dire ce que l'on appelle des transistors à effet de champ métal-oxyde-semi-10 conducteur, dits aussi par abréviation T.E.C. MOS. D'après l'ouvrage "Characteristics and Opération of MOS Pield-Effect Devices", MacGraw-Hill Book Company, p. 85, on dépose sur un corps semi-conducteur de type p une couche d'oxyde de silicium SiÛ2 servant de masque et recouverte de vernis photosen-15 sible, puis, après insolation par rayons ultraviolets également à travers un masque, on enlève une partie de la couche de vernis et de la couche isolante de dessous aux emplacements du corps semi-conducteur auxquels on créera ensuite, par diffusion intérieure d'une substance de dopage, des zones de conduction oppo-20 sée précédant les électrodes du composant et reliées au corps semi-conducteur par une jonction pn. Selon la prépublication allemande n° 1614 272, on dépose de même, par exemple par oxydation thermique de la surface, une couche isolante électrique sur1 le corps semi-conduc-25 teur, dopé à faible concentration, d'un transistor à effet de champ et, par moyen connu de photogravure, on établit dans cette couche des ouvertures pour la diffusion des électrodes» Ce transistor à effet de champ peut aussi renfermer un substrat isolant électrique, de préférence monocris-30 tallin, muni d'une couche semi-conductrice déposée par épitaxie et formant à la surface dudit substrat un îlot. Le substrat peut être en monocristal de saphir, en oxyde de magnésium ou de béryllium ou encore en spinelle. La couche semi-conductrice monocristalline de silicium, germanium ou arséniure de gallium est en 35 outre dotée de zones de conduction opposée obtenuespar diffusion. Après sa croissance épitaxiale, elle est réduite à la forme d'un îlot par suppression, suivant masquage connu approprié, de ses parties inutiles au composant. La croissance épitaxiale de couches semi-^0 conductrices sur un substrat isolant est donnue, quant à elle, 71 42813 2 2116424 de par la prépublication allemande n° 1.544.201. „ On a cependant constaté que lors de 1'apport de la couche semi-conductrice mince, et en particulier de la croissance épitaxiale de cette couche sur un isolant monocristal-5 lin, des différences de dilatation thermique des deux matériaux peuvent engendrer, aussi bien dans ladite couche que dans le substrat, des contraintes mécaniques inadmissibles provoquant l'éclatement du cristal de ce dernier. L'invention a pour objet un procédé de réa-10 lisation de tels composants semi-conducteurs, à substrat isolant recouvert en partie d'une couche semi-conductrice, qui évite un tel inconvénient. Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on munit le substrat d'une couche semi-conductrice uniquement aux emplacements auxquels la suite des opérations d' achèvement des 15 composants nécessitera la présence de matériau semi-conducteur. Ce revêtement partiel du substrat est réalisable par masquage pendant la croissance épitaxiale. L'apport de l'îlot semi-conducteur sur le substrat peut par exemple s'effectuer par dépôt à partir d'un 20 composé semi-conducteur à l'état gazeux, évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique. On munit le substrat d'un masque approprié résistant aux températures nécessaires à la croissance et, le cas échéant, aussi à des gaz agressifs utilisés en même temps. Les masques servant à réaliser les îlots peu-25 vent être constitués par de l'oxyde ou du nitrure de silicium, matériaux préférés en raison de leur bonne adhérence au substrat, ou par un film métallique que l'on enlève ensuite, par exemple par attaque chimique, ou encore par des couches multiples. L'invention sera mieux comprise à l'aide de 30 la description détaillée de deux modes de mise en oeuvre pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel : les figures la à ld marquent les diverses étapes de la réalisation d'un îlot semi-conducteur au moyen d'un 35 masque de photogravure. Les figures 2a à 2d correspondent à l'utilisation de couches multiples en tant que masque. On dépose, suivant la figure la, sur un substrat 2 en matériau isolant électrique, par exemple en spi-ne lie, me couche de masquage 4 constituée par exemple par de 71 42813 * 3 2116424 l'oxyde de silicium SiOg et adhérant bien à la surface du spi-nelle* On attaque ce revêtement 4 suivant un procédé de photogravure en sorte que seules en subsistent, comme sur la figure 1b, des parties de masquage 6 entre lesquelles soient remises à 5 nu les parties de la surface qui doivent être revêtues plus tard d'un îlot de matériau semi-conducteur. On dépose ensuite, d'après la figure le, une couche semi-conductrice dont les parties 10 croissent épitaxialement sur le substrat, tandis que les parties 11 ont en général une structure polycristalline et peuvent 10 renfermer des pores.On enlève enfin par un autre processus d'attaque chimique le masque 6 ainsi que les parties 11 de la couche semi-conductrice placées sur lui. Il ne reste plus alors sur le substrat, comme on le voit d'après la figure Id, que les îlots semi-conducteurs 10. 15 On peut aussi utiliser pour constituer le masque, au lieu de l'oxyde de silicium, un autre matériau photo-rongeable, par exemple le nitrure de silicium Si^N^, ou encore un film métallique que l'on retire après la formation des îlots. Le dépôt épitaxial de couches semi-conduc-20 trices sur un isolant par évaporation sous vide poussé ou ultra-poussé implique des températures relativement élevées dudit isolant. Elles sont généralement obtenues par chauffage de rayonnement, mais le film métallique précité permet de les atteindre beaucoup plus facilement du fait que, contrairement à l'isolant, 25 il absorbe en majeure partie le rayonnement thermique. L'utilisation en tant que masque de couches multiples selon les figures 2a à 2d permet non seulement de réaliser les îlots, mais aussi de combler en même temps de matériau isolant leurs intervalles , si bien que l'on n'a pas à sur-50 monter de dénivellations lors de l'interconnexion des divers composants sur leurs îlots. On dispose selon la figure 2a entre le revêtement 4, par exemple en oxyde de silicium, et l'isolant, de préférence monocristallin, qui sert de substrat une couche intermédiaire 3 adhérant bien à la surface de ce substrat 2 et 35 formée par exemple de nitrure de silicium Si^N^ « On enlève par procédé de photogravure des parties de cette double couche et remet ainsi à nu, comme sur la figure 2b, toutes les parties de la surface du substrat sur lesquelles on fera croître épitaxialement un îlot de matériau semi-conducteur. On dépose ensuite, 40 d'après la figure 2c,une couche semi-conductrice épitaxiale 12 71 42813 2116424 sur lesdites parties à nu et généralement aussi un matériau semiconducteur polycristallin 13 sur les parties 8. On enlève enfin les couches partielles 8 et 13 par un processus d'attaque chimique n'agissant pas sur les couches 7 et 12. On obtient ainsi, 5 comme on le voit sur la figure 2d, une surface essentiellement plane de la structure stratifiée. Les exemples de réalisation selon les figures la. à ld et 2a à 2d comportent aussi le dépôt de matériau semiconducteur 11, 13 sur les éléments de masquage 6, 8, mais on ^ peut également se borner , pour la réalisation des îlots 10, 12, à un tel dépôt sur les parties de la surface du substrat 2 mises à nu. Les parties semi-conductrices 11 ou 13 étant ainsi supprimées, le processus d'attaque chimique final porte alors uniquement sur les éléments de masquage 6, 8. 15 Ces mêmes exemples ont trait à la réalisa tion. par le procédé selon l'invention d'un composant tel qu'une diode, m transistor classique ou un transistor à effet de champ. On peut cependant fabriquer aussi par ledit procédé des conducteurs ou des résistances en matériau semi-conducteur, de préfé-20 rence dopé , sur substrat en matériau isolant électrique, dans un circuit intégré. 71 42813 5 2116424 REVENDICATIONS Procédé de réalisation d'un composant semi-conducteur ou d'un circuit intégré qui comportent un substrat en matériau isolant électrique revêtu en partie d'une couche semi-conductrice caractérisé par le fait que l'on dépose-une 5 couche semi-conductrice sur le substrat uniquement aux emplacements auxquels la suite des opérations de réalisation du composant nécessitera la présence de matériau semi-conducteur. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'on réalise les revêtements semi-conduc- 10 teurs par croissance en forme d'îlot à l'aide d'un masquage particulier. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'on recouvre d'un masque adhérant au substrat les parties de la surface de ce dernier qui n'ont pas été 15 munies d'un revêtement semi-conducteur. 4-, Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que l'on utilise comme masque un film métallique facile à retirer après le dépôt du revêtement semi-conducteur. 20 5» Procédé selon la revendication 4- caracté risé par le fait que l'on utilise le film métallique pour le chauffage du substrat. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que l'on utilise des cou-25 ches multiples comme masque pour la réalisation des revêtements semi-conducteurs. 7- Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la réalisation de conducteurs ou interconnexions, en matériau semi-conducteur dans ion circuit 50 intégré.