Brevet FR2487124A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne un procédé de fabrication de plusieurs composants sur un seul corps semi-conducteur, et les objets manufacturés formés par sa mise en oeuvre. Jusqu'à présent, on a couramment fabriqué un certain nombre de composants électriquement actifs à semi- conducteur sur une seule plaquette monocristalline de sili- cium ou d'une autre matière semi-conductrice. Après fabri- cation, les régions individuelles de la plaquette qui rem- plissent les fonctions électriques de ces composants doivent être isolées, et des connexions électriques doivent être réalisées entre diverses régions et à partir de celles-ci. Le procédé sans doute le plus courant d'isolement électrique des composants intégrés- sur une paillette de silicium est l'isolement par un oxyde isoplanaire tel que décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 648 125. On utilise les techniques photolithographiques bien connues pour la formation de gorges entre les éléments actifs, ces gorges étant pratiquement remplies avant que les connexions électriques soient établies. Si les gorges ne sont pas rem- plies, les connexions électriques appliquées ultérieurement n'ont pas une surface lisse et elles sont très affaibliesdans les passages dans les gorges non remplies. On a essayé de remplir des gorges d'isolement avec de la silice par croissance directe de l'oxyde sur le corps semi-conducteur sur une épaisseur qui provoque un rem- plissage pratiquement complet de la région des gorges. Ce- pendant, les températures extrêmement élevées qui sont né- cessaires à la formation de telles couches épaisses d'oxyde sont nuisibles aux composants actifs du circuit intégré à semi-conducteur et provoquent des phénomènes de migration. D'autres tentatives d'isolement des composants actifs placés sur un seul corps semi-conducteur ont comporté le dopage de zones non actives avec formation de diodes polari- sées en inverse. Cette technique présente les inconvénients d'introduire des fuites dans les diodes et une capacité as- sociée aux jonctions. En outre, un isolement convenable né- cessite que la région dopée soit large si bien que le nombre de composants actifs pouvant être formés sur un seul corps semi-conducteur est réduit. L'invention concerne l'isolement électrique des composants d'un circuit intégré à semi-conducteur, placé sur un seul corps semi-conducteur, sans les inconvénients précédents. Elle concerne aussi la formation de connexions électriques avec des composants d'un circuit intégré, for- mées sur un seul corps semi-conducteur, par formation d'un substrat pratiquement lisse, d'une manière simple et commode, permettant le support des connexions électriques. Plus précisément, l'invention concerne la formation de plusieurs composants sur un circuit intégré formé sur un seul corps à semi-conducteur, ce procédé comprenant la for- mation de régions électriquement fonctionnelles dans le corps semi-conducteur et l'isolement électrique des diffé- rents composants du circuit intégré les uns des autres par attaque de gorges dans le corps semi-conducteur et remplis- sage des gorges par une résine isolantede l'électricité.- La résine forme une surface sensiblement lisse permettant la formation commode des connexions électriques au-dessus des régions des gorges. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe d'un corps semi- conducteur portant des éléments actifs adjacents formant des structures de transistors adjacents; - la figure 2 est une coupe des composants de la figure 1, après isolement électrique par découpe d'une gorge; - la figure 3 représente le dispositif de la fi- gure 2 sur lequel une couche d'oxyde a été formée; - la figure 4 est une coupe de la structure de la figure 3 dans laquelle la gorge est remplie d'une résine se- lon l'invention; - la figure 5 est une coupe de la structure de la figure 4 dans laquelle des ouvertures ont été découpéesdans les couches de résine et d'oxyde; et - la figure 6 représente la structure de la fi- gure 5 portant une connexion électrique disposée sur la gorge remplie selon l'invention. La figure l représente les structures de transis- tors adjacents formées dans un seul corps semi-conducteur comprenant un substrat 7, une région diffusée de type P dis- posée sous la couche épitaxiale l et une région de type N. A l'interface, des régions de type N 3 et 3A jouent le rôle de collecteurs. Les éléments restants des transistors, comprenant des émetteurs 6, 6A constitués par des régions de type N++ entourées par des régions de base ou de type P , 5A,sont disposés près de la surface de la région 1. Des régions 4, 4A représentent des collecteurs de type N près des zones précitées. Une couche 2 d'oxyde recouvre toute la structure et joue le rôle d'une barrière isolante formée pratiquement sur tout le corps semi-conducteur. Comme indiqué sur la figure 2, la première étape de l'isolement des composants actifs est l'attaque d'une ouverture 8 délimitée par des parois 10, sur une profondeur suffisante pour qu'elle dépasse la couche épitaxiale l com- me indiqué par la référence 9. Cette attaque peut être ré- alisée par mise en oeuvre des techniques classiques avec utilisation des réserves photographiques, bien connues des hommes du métier. La profondeur et la largeur exactes de la gorge 8 ne sont pas primordiales, car il suffit simplement que les composants actifs soient isolés électriquement les uns des autres. Il faut noter qu'un isolement plus complet existe lorsque la gorge 8 est formée totalement à travers la couche épitaxiale 1, comme représenté sur les dessins. Dans un exemple donné à titre purement illustratif, les plaquettes ont une épaisseur de l'ordre de 600 microns alors que la couche épitaxiale a une épaisseur qui est en général inférieure à 5 microns environ. Comme l'indique la-figure 3, l'étape suivante du procédé est la formation d'une couche d'oxyde 2 sur les parois latérales 10 de la gorge 8. C'est cette couche qui a pour rôle essentiel d'isoler les éléments actifs lorsque la gorge 8 est remplie. Comme indiqué précédemment, les tech- niques connues mettent en oeuvre la formation d'une couche d'oxyde qui remplit complètement la gorge 8. Cette technique, bien qu'elle donne un excellent isolement électrique, pré- sente l'inconvénient de nécessiter des températures élevées pour la formation de la structure épaisse d'oxyde. Une fa- brication à température élevée provoque une migration des diverses régions dopées et peut provoquer une détérioration importante des composants actifs. Cette couche 2 d'oxyde se- lon l'invention, réalisée sur une épaisseur d'environ 5000 A, se forme à quelques centaines de degrés Celsius et sa forma- tion ne contribue pas à une migration. L'étape de la suivante de la fabrication est re- présentéesur la figure 4 sur laquelle la gorge 8 est totale- ment remplie d'une résine isolante. On choisit diverses ré- sines destinées à la mise en oeuvre de l'invention, les seuls critères fixés étant que chaque résine puisse être utilisée à basse température (quelques centaines de degrés Celsius), soit isolante de l'électricité, ne présente pra- tiquement pas de trous de piqûres après polymérisation, pos- sède une viscosité lui permettant de remplir des gorges re- lativement petites, et possède une surface relativement lis- se après polymérisation. Parmi les résines qui possèdent les propriétés précitées, les plus avantageuses sont les résines thermodurcissables du type polyimide. Ces résines sont bien connues des hommes du métier et elles ont la formule chimi- que suivante: fCO /CO _ CO CO n dans laquelle R1 et R2représentent des radicaux d'un grou- pe aromatique tétravalent et d'un groupe aromatique bivalent respectivement, n étant un nombre entier positif. Cette ré- sine polyimide est préparée par synthèse d'une diamine aro- matique et d'un dianhydride d'acide aromatique, et elle est 2 487 124 habituellement formée par utilisation de "Pyre-ML" (mar- que de fabrication de E.I. duPont de Nemours and Co) ou "Torayniece" de Toray Kabushikikaisha par exemple. La résine polyimide, ainsi que son procédé de fabrication, sont décrits en détail dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique n0 3 179 634 et son utilisation dans les dis- positifs à semi-conducteur est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 700 497. La figure 4 et les figures suivantes représentent l'application de la résine isolante 11 non seulement dans la gorge 4 mais aussi comme revêtement de tout le corps semi- conducteur. Il faut cependant noter que la résine isolante n'a pas à être appliquée au-delà de la gorge 8 dans la me- sure o la surface supérieure de la résine 11 se trouve pratiquement au niveau du reste de la structure de la pla- quette, représenté dans le cab considéré par la surface de la couche 2 d'oxyde. Les étapes suivantes de la fabrication, c'est-à- dire l'établissement des connexions électriques, sont indi- quées sur les figures 5 et 6 sur lesquelles des orifices sont d'abord formés dans la couche 11 de résine et dans la couche 2 d'oxyde, comme indiqué par les références 12 et 13 au-dessus du collecteur 4 et de la base 5A. Les orifices formés dans ces couches peuvent être réalisés par mise en oeuvre des techniques photographiques classiques bien que divers procédés de formation d'ouvertures dans des résines polyimides soient décrits dans les brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 700 497 et 3 395 057. Lorsque les orifices 12 et 13 sont formés, la cou- che métallique 15 peut être réalisée par mise en oeuvre d'une technique bien connue, par exemple par pulvérisation d'un métal à travers un cache ou par application d'une couche conductrice uniforme et par attaque sélective des zones in- désirables. La configuration particulière de l'élément con- ducteur 15 montre que la résine 11 forme un pont qui présente une surface lisse pour la formation d'une connexion électri- que au-dessus d'une gorge isolante. En l'absence de la résine isolante, des techniques relativement élaborées auraient été nécessaires pour l'obtention d'une intégrité électrique con- venable, par exemple par mise en oeuvre des techniques à fils- poutres métalliques, ces dernièresétant coûteuses et leur fabrication étant complexe. 2 4 87124 REVENDICATIONS l. Procédé de fabrication de plusieurs composants de circuit intégré sur un seul corps semi-conducteur, le- dit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la for- mation de régions électriquement fonctionnelles constituant les composants du circuit intégré, l'attaque de gorges dans le corps semi- conducteur jusqu'à une profondeur telle que les composants du circuit intégré sont pratiquement isolés électriquement, le remplissage des gorges par une résine isolantede l'électricité, et la formation de connexions électriques avec lesdites régions fonctionnelles. 2. Procédé d'isolement électrique de composants d'un circuit intégré formé sur un seul corps semi-conducteur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'at- taque de gorges dans, le corps semi-conducteur entre les composants jusqu'à une profondeur telle que ces composants sont pratiquement isolés électriquement, le remplissage des gorges par une résine isolante de l'électricité, et la formation de connexions électriques avec les composants. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la réine isolante est une résine polyimide. 4. Procédé selon l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce qu'une couche de silice est formée entre le corps semi-conducteur et la résine isolante._ - 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la silice et la résine isolante sont retirées sélec- tivement du corps semi-conducteur avant la formation des connexions électriques. - 6. Procédé selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que la surface de la résine isolante est pratiquement lisse. 7. Procédé selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce que la résine isolante est appliquée non seulement afin qu'elle remplisse les gorges mais aussi afin qu'elle revête la surface environnante du corps semi- conducteur. 8. Objet manufacturé, caractérisé en ce qu'ilcomprend a. un corps semiconducteur (1),- b. plusieurs composants de circuit intégré formés dans le corps, c. des gorges (8) formées dans le corps semi-con- ducteur entre les composants du circuit intégré, ces gorges étant formées jusqu'à une profondeur telle qu'elles assurent pratiquement l'isolement électrique des composants du circuit intégré, d. une résine isolante qui remplit pratiquement les gorges (8), et e. des connexions électriques (15) avec les régions fonctionnelles des composants du circuit intégré. 9. Objet manufacturé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la résine isolante est une résine polyimide. 10. Objet manufacturé selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'une couche (2) de silice est disposée entre le corps semi-conducteur et la résine isolante. 11. Objet manufacture selon la revendication 8, caracté- risé en ce que la surface de la résine isolante estpratique- ment lisse. 12. Objet manufacturé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la résine isolante non seulement remplit pratiquement les gorges mais encore revêt la surface environ- nante du corps semi-conducteur.