Brevet FR2607966A1 — publié le 19880610

i La présente invention un arrangement de circuits à semi-conducteur du type comprenant un grand nombre d'élé- ments individuels formés dans un substrat commun ou sur un tel substrat. De tels dispositifs forment des réseaux de portes ainsi appelés car les éléments individuels sont souvent des dispositifs logiques ou des commutateurs, mais sont parfois appelés circuits prédiffusés. Lorsqu'un grand nombre d'éléments individuels est formé dans un corps commun d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium, les éléments individuels doivent en général être séparés les uns des autres dans une certaine mesure afin que la probabilité d'apparition de courants indésirables de fuite entre eux soit réduite, dans le corps du matériau semi- conducteur, au cours du fonctionnement. La densité d'implantation des éléments dans un réseau de portes peut être accrue par formation d'îlots séparés et isolés de matériau semiconducteur formés sur un substrat isolant. Actuellement, un tel arrangement est constitué par exemple de petits îlots de silicium formé par épitaxie, supportés par un substrat commun de saphir qui est un matériau isolant inerte ayant un coefficient de dilatation thermique et une structure cristalline qui sont compatibles avec ceux du silicium. Habituellement, les interconnexions électriques des éléments individuels sont réalisées soit par espacement des éléments en rangées de manière qu'il reste des canaux relativement larges entre eux pour la disposition des pistes électriques, soit par disposition de pistes électriques sur des éléments à semi- conducteur qui sont sacrifiés à cet effet. Dans ce dernier cas, des difficultés supplémentaires de traitement appa- raissent étant donné que la continuité électrique d'une piste conductrice doit être conservée lorsqu'elle passe au- dessus de la paroi latérale relativement abrupte des îlots localisés du matériau semi-conducteur. Le premier procédé annule en grande partie les avantages de la réalisation d'un arrangement de portes ayant une grande densité d'im- plantation d'éléments logiques puisqu'une grande partie de la surface disponible est affectée préalablement aux inter- connexions électriques, et un espace suffisant doit être disponible pour les fonctions qui peuvent être affectées à l'arrangement. La présente invention concerne la réalisa- tion d'un arrangement perfectionné à semi-conducteur. Dans un premier aspect, l'invention concerne un arrangement de circuits à semi-conducteur comprenant un substrat isolant plan portant un réseau régulièrement or- donné de cellules à semi-conducteur, dans lequel une cer- taine proportion des cellules est supprimée afin qu'un réseau partiellement rempli et une répartition complémen- taire de sites vacants soient formés, et un dessin de pistes conductrices servant à l'interconnexion des cellules qui constituent le réseau, les pistes recoupant au moins partiellement les sites vacants. Dans un second aspect, l'invention concerne un pro- cédé de fabrication d'un arrangement de circuits à semi- conducteur, comprenant la formation d'un réseau régulier et très dense de cellules à îlots semi-conducteurs, chaque cellule comprenant un dispositif à semi-conducteur et étant formée sur un substrat isolant, la suppression de cellules choisies afin qu'il reste un réseau partiellement rempli, et la formation d'interconnexions conductrices de l'élec- tricité pour les cellules restantes, les interconnexions recouvrant au moins en partie les sites des cellules supprimées. Ainsi, pour une dimension donnée de substrat iso- lant, ce dernier peut en principe porter le nombre maximal de cellules disposées sous forme d'un réseau très dense, chaque cellule pouvant contenir plusieurs dispositifs à semi-conducteur formés dans un îlot de matériau semi- conducteur qui dépasse de la surface du substrat. La dis- tance comprise entre les cellules adjacentes doit être seulement suffisante pour qu'elle assure un bon isolement électrique entre elles, et en pratique, elle peut être très faible pourvu que le substrat choisi soit un très bon isolant et que sa surface soit suffisamment propre ou passivée. Lorsqu'un réseau complet de cellules à semi- conducteur a été formé mais n'a pas été interconnecté, il est de préférence recouvert d'une couche inerte d'un maté- riau isolant, par exemple un oxyde de silicium ou analogue. Le réseau terminé peut alors être conservé jusqu'à ce qu'il soit nécessaire. A ce moment, l'arrangement de circuits à semi-conducteur n'a pas une fonction affectée mais est d'emploi universel et est constitué d'un réseau régulier complètement rempli. Lorsque la fonction que le réseau de portes doit remplir a été affectée à l'arrangement de circuits à semm-conducteur, les cellules qui permettent l'obtention de cette fonction de la manière la plus effi- cace ou commode sont sélectionnées afin qu'elles soient conservées et les cellules occupant des sites qui sont nécessaires à l'interconnexion aux cellules choisies sont alors supprimées. Les cellules sont retirées, habituelle- ment à l'aide d'un procédé d'attaque chimique ou par un plasma de type convenable, afin que les sites vacants laissent une surface lisse et plate n'ayant pas de gradins importants ou nets. Par exemple, le matériau semi-conduc- teur est totalement retiré de ces sites afin qu'il expose la surface plate d'origine du substrat plan. Cette surface plate convient très bien au support de pistes conductrices, notamment de dessins d'interconnexions à deux couches, avec le minimum de complexité de traitement. Les sites vacants qui sont utilisés pour les dessins d'interconnexions peuvent être choisis afin qu'ils permet- tent l'utilisation la plus efficace du réseau disponible de portes, et le dessin des cellules retenues et le dessin des sites vacants peuvent être optimisés pour chaque fonction ou critère différent du circuit. Cette approche permet une utilisation très efficace du nombre disponible de cellules individuelles à semi-conducteur à obtenir, sans la nécessi- té d'utilisation de techniques complexes ou peu fiables d'interconnexion. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente un réseau régulier partielle- ment rempli de portes; et la figure 2 est une coupe d'une petite partie d'un tel réseau. On se réfère aux figures 1 et 2; elles représentent un substrat 20 de saphir sur lequel a été formée une multi- tude de portes au silicium. Des réseaux de portes totale- ment remplis sont bien connus dans la technique, et la description détaillée du procédé de formation d'un dessin de cellules séparées formées d'îlots de silicium épitaxial sur un substrat isolant, par exemple de graphite, est superflue. En résumé, un substrat plan, bien plat et net- toyé formé de saphir, est utilisé comme base sur laquelle du silicium épitaxial est formé par croissance par dépôt en phase vapeur à partir d'un gaz convenable. La structure cristalline du saphir est suffisamment semblable à celle du silicium monocristallin pour que la formation convenable de la structure cristalline soit favorisée dans la couche de silicium épitaxial lorsqu'elle croit. Bien qu'elle ne puis- se pas former une structure parfaitement régulière dans le plan de contact avec le saphir, la structure cristalline du silicium épitaxiale a une qualité qui augmente néanmoins avec l'épaisseur et prend un degré de régularité acceptable lorsque la couche est suffisamment épaisse. Des réseaux logiques constitués de grands nombres de transistors à effet de champ et de résistances peuvent être formés dans le silicium épitaxial par les techniques clas- siques et bien connues de traitement des semi-conducteurs, comprenant la disposition d'un masque et la diffusion. Lorsque toutes les cellules ont été terminées et lorsque la fabrication des dispositifs à semi-conducteur y a été ter- minée, des gorges longitudinales sont formées par attaque chimique dans le silicium épitaxial le long de lignes 21 et 22 afin que la couche de silicium épitaxial soit séparée en un grand nombre de petits îlots électriquement séparés, qui sont donc isolés électriquement les uns par rapport aux S autres par le substrat de saphir sur lequel ils sont dispo- sés. Après la fin de cette étape, la totalité de la surface de silicium et la face supérieure du saphir sont recouverts d'une couche de passivation, par exemple à base d'un oxyde de silicium. Lorsque cette couche inerte de passivation est en place, l'arrangement de circuits à semi-conducteur peut être conservé tel quel, sans détérioration de ses proprié- tés électriques. Les réseaux de portes sont en principe des disposi- tifs d'emploi universel et leurs fonctions sont déterminées essentiellement par l'interconnexion des portes individuel- les et la manière dont sont réalisées les interconnexions externes. Ainsi, un réseau donné de portes peut remplir des fonctions électriques d'une très grande variété. Il est souhaitable que les dispositifs disponibles à semi-conduc- teur qui constituent le réseau soient utilisés de la ma- nière la plus efficace possible afin que les déchets superflus soient évités. Selon l'invention, des cellules choisies de l'arran- gement de circuits à semi-conducteur sont retirées afin qu'elles laissent la place à des dessins d'interconnexion électrique dont les chemins sont choisis, une fois affectée la fonction de l'arrangement de circuits à semi-conducteur. En général, le dessin d'interconnexions est choisi afin qu'il optimise le regroupement des cellules opérationnelles qui restent dans le réseau partiellement rempli, et, par exemple, de blocs de cellules adjacentes contribuent à une fonction commune de traitement ou analogue. Sur la figure 1, les rectangles hachurés représentent des sites vacants dont les îlots de silicium ont été supprimés afin qu'ils laissent la place à un dessin d'interconnexions élec- triques. De courtes rangées ou colonnes de sites vacants sont avantageusement formées afin qu'elles pénètrent pro- fondément à l'intérieur de l'arrangement et permettent un accès électrique facile et commode aux cellules utilisées placées les plus à l'intérieur. Un site vacant entouré par des cellules opérationnelles peut avantageusement être utilisé comme point commun de connexion électrique. Sur la figure 2, le substrat 20 de saphir est repré- senté avec trois îlots localisés 30, 31 et 32 de silicium, bien que des îlots bien plus nombreux soient présents en pratique évidemment. La couche de passivation du matériau isolant n'est pas représentée, mais les pistes 33 d'inter- connexion électrique sont représentées. Le site vacant 35 est représenté comme étant occupé par trois pistes longitu- dinales 35, 36 et 37 d'interconnexion électrique et par une piste 38 de recouvrement qui en est séparée par une mince couche isolante 39. Cet arrangement est appelé métallisa- tion à couche double car les pistes sont invariablement formées d'un métal. Une liaison 40 est disposée à travers la couche 39 afin qu'elle relie électriquement les deux couches de métallisation. Comme ces pistes essentiellement constituées d'aluminium ou d'or sont formées sur un substrat plat, leur fabrication est relativement simple et commode. En pratique, une interconnexion à deux niveaux est très utilisée. Les trous de la couche de passivation formés au-dessus des cellules actives restantes sont ainsi formées et le dessin d'interconnexion par une double couche de métallisation est formé dans une étape ultérieure. REVENDICATIONS 1. Arrangement de circuits à semi-conducteur, carac- térisé en ce qu'il comprend un substrat isolant plan (20) portant un réseau régulier de cellules à semi-conducteur (30-32) dans lequel une certaine proportion des cellules est supprimée afin qu'un réseau partiellement rempli et qu'une distribution complémentaire de sites vacants soient formés, et un dessin de pistes conductrices (35-38) desti- nées à interconnecter les cellules qui constituent le réseau, les pistes recoupant au moins partiellement les sites vacants. 2. Arrangement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche double de pistes conductrices (35-38) est formée sur le substrat et est supportée par celui-ci aux sites vacants, les couches doubles de pistes conduc- trices étant séparées par une couche intermédiaire (39) d'un matériau isolant. 3. Procédé de fabrication d'un arrangement de cir- cuits à semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un réseau régulier et dense de cellules sur des îlots semi-conducteurs, chaque cellule (30-32) comprenant un dispositif à semi-conducteur et étant formée sur un substrat isolée (20), la suppression de cellules choisies afin qu'un réseau partiellement rempli soit formé, et la réalisation d'interconnexions (35, 38) conductrices de l'électricité destinées aux cellules restantes, les inter- connexions recouvrant au moins en partie les sites des cellules supprimées. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cellules choisies sont retirées afin que la surface du substrat isolant (20) soit exposée. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les interconnexions conductrices de l'électricité sont sous forme de pistes métalliques (35-37) qui sont au contact de la surface du substrat afin qu'elles constituent une première couche d'interconnexions. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une seconde couche (38) d'interconnexions est formée par réalisation d-'une autre couche de pistes métalliques (38) sur une couche isolante (39) qui recouvre la première couche (35-37) d'interconnexions. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications. 4 à 6, caractérisé en ce que, après la formation du réseau régulier dense de cellules formées par des îlots semi- conducteurs, les cellules sont revêtues d'une couche de passivation formée d'un matériau inerte et isolant. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, après l'affectation à l'arrangement d'une fonction de circuit et la suppression des cellules choisies, des ouvertures sont formées dans la couche de passivation afin qu'elles permettent une connexion électrique entre les cellules restantes et les interconnexions conductrices de l'électricité.