Brevet FR2007954A1 — publié le 19700116

Les procédés de dépât de matériaux utilisés pour former des contacts électriques sur un substrat, comprennent le dépôt électrolytique, le dépât sous phase vapeur, le dépôt sous vide, la pulvérisation, le trempage, et les procédés de revêtement en général. 5 Les dispositifs électriques devenant de plus en plus compliqués, à leur tour, les matériaux de contact électrique le sont devenus. La largeur et la longeur de tels contacts électriques sont souvent de quelques microns, et leur épaisseur peut être mesurée en microns. Cela est particulièrement vrai dans le domaine des dispositifs semiconducteurs, où un petit dispositif semiconr i -]□ ducteur de l'ordre de 0,76 x 0,76 millimètres carrés de surface peut contenir plusieurs dispositifs actifs, chacun d'eux devant être connectés à d'autres dispositifs similaires. Ces contacts électriques, dans le passé, ont souvent été obtenus par utilisation de dépôt de bande d'aluminium. Cette bande d'aluminium ayant été déposée au moyen de dépôt par vapeur suivant les méthodes 15 les plus communes. En général, un tel contact est formé sur le dispositif semiconducteur puis transféré le long des couches d'isolant, afin de former un dispositif multicouches par lequel le plus souvent le matériau de contact électrique pénétré à travers plusieurs couches isolantes et protectrices pour faire contact 20 avec une zone active d'un tel dispositif. □n peut contrôler en général de façon précise les dépôts par vapeur, mais l'adhésion du matériau déposé sur le substrat a toujours été un problème. Souvent cette zone est entourée par un matériau isolant. Lorsque la température du substrat est augmentée durant un tel dépôt, l'adhérence s'améliore 25 nettement. Cependant, suivant les matériaux choisis, il peut se produire une réaction chimique, par exemple formant alliage, qui altère la résistance de contact entre le métal déposé et la zone à contacter. On peut s'en apercevoir car la résistance de contact augmente. Cette dégradation de la zone de contact est vraiment indésirable. Cependant, si l'on choisit des températures infé-30 rieures, l'adhésion peut être médiocre. De plus, comme on utilise les dispositifs semiconducteurs à des températures de plus en plus élevées, il est nécessaire d'utiliser des matériaux de contact stable à la température et qui ne réagissent pas avec le matériau formant la zone active ou avec tout autre contact de ladite zone active, à ces températures élevées. Similaire-35 ment, on doit pouvoir déposer un revêtement suffisamment épais de matériau de contact électrique de telle sorte que la conductivité soit adaptée aux buts qui lui sont destinés. Ainsi, dans le dépôt de tels contacts ohmiques sur un dispositif semiconducteur, ou sur tout matériau en général, une première nécessité est 69 07924 2007954 que la résistance de contact soit aussi basse que possible entre les deux matériaux.Réciproquement, on doit déployer tous ses efforts pour éliminer ou éviter toute réaction altérant un contact, particulièrement toutes réactions englobant réactions chimiques ou physiques causant une augmentation de 5 la résistance électrique à la jonction de contact entre les matériaux que l'on dépose et le matériau de la zone si l'on désire former le contact. Ainsi, c'est un objet de cette invention d'éliminer les problèmes de résistance de contacts par un procédé de dépôt en deux étapes.- Un autre objet de cette invention est de permettre aux métaux déposés 10 d'avoir une bonne adhésion à la zone sur laquelle ils çont déposés sans altérer la résistance de contact. Un autre objet de cette invention est de permettre le dépôt d'un matériau conducteur ou de haute conductivité électrique sur une zone donnée, tout en conservant une bonne adhésion et une basse résistance de contact. 15 Ces autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit.Brièvement, cette méthode comprend deux étapes : Premièrement, dépôt par vapeur d'un matériau de contact électrique sur un substrat maintenu à une première température qui permet une bonne adhésion,* 20 et ensuite. Deuxièmement, continuation du dépôt alors que la température du substrat est abaissée et maintenue à une seconde température inférieure à la dite premiè-te température, le dépôt étant continué durant un temps tel que, à ladite seconde température, aucune réaction d'altération de contact ne se produise, et 25 jusqu'à ce que l'épaisseur désirée du matériau déposé soit obtenus, et ensuite, on refroidit. Par ce procédé, par exemple, on peut obtenir des contacts adhérents de molybdène sur un contact en slliciure de platine précédemment déposé sur une zone active d'un dispositif semiconducteur. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention 30 ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence à un mode de réalisation préféré de celle-ci. On sait depuis longtemps que dans le dépôt de métal, ou d'un conducteur électrique en général, sur un dispositif semiconducteur, on obtient le plus souvent une bonne adhésion et une bonne conductivité du métal déposé quand 35 le dépôt est effectué à une température relativement élevée. Cependant, des résistances de contact médiocres, définies comme les résistances de contact élevées, accompagnent le plus souvent de tels dépôts. Réciproquement, on obtient des conductlvltés modérées avec une adhésion médiocre quand de tels dépôt sont effectués à basse température. 69 07924 3 2007954 Bes réactions d'altération de contact peuvent comprendre, par exemple, l'alliage simultané entre le matériau qui est déposé et le matériau formant la zone sur laquelle le conducteur électrique est déposé. Cet alliage peut provenir de la formation de plusieurs phases différentes de matériaux, mais 5 le résultat est une augmentation de la résistance de contact. Celle-ci n'est que l'une des nombreuses possibilités par lesquelles des résistances de contact élevées sont produites. Parmi les matériaux ayant une haute conductivité comparés à la plupart des autres matériaux on trouve : l'or, l'argent, le molybdène, le tungstène 10 et l'aluminium. Le molybdène et le tungstène sont tous les deux relativement stable à haute température et, conjointement possèdent une bonne conductivité électrique , ces matériaux, sont naturellement souhaitables pour utilisation comme matériaux de contact sur des dispositifs tels que les dispositifs monolithiques semiconducteurs. On obtient la meilleure adhésion du molydène 15 sur un dispositif semiconducteur à haute température, mais si le dépôt de molybdène est effectué à une température supérieure à 550-60Q°C, la résistance ds contact dûe à l'alliage entre le molybdène et le dispositif semiconducteur lui-même créent des problèmes innombrables. Dans une disposition de dispositif semiconducteur, des trous ont été gravés dans les couches isolantes 20 protectrices, sur les zones actives dudit dispositif, ils sont remplis avec du slllciure de platine ou du siliclure de palladium, comme contact initial avec de telles zones. Quand le dépât du contact doit déborder sur l'isolant des alentours, habituellement du SiO^, comme c'est souvent le cas, l'adhérence à cet isolant doit aussi être bonne. 25 II est souhaitable d'utiliser le molybdène comme un matériau pour contac ter ces matériaux de contacts initiaux. Ainsi, afin de faire un contact de molybdène sur un contact de siliciure de platine ou de siliciure de palladium, sur une zone active d'un substrat en pastille de silicium, nous avons trouvé que commencer par chauffer le 30 substrat à une température initiale dans le domaine de 575 - 625°C, avec 6D0°C comme température de préférence, tout en déposant quelques centaines d'Angs-troems de molybdène à l'aide d'une réaction de réduction du pentachlorure de molybdène avec de l'hydrogène, entraîne une très bonne adhérence du molybdène sur le siliciure de platine et les isolants environnants ïels que Si02 35 SigN4» ou les autres oxydes ou nitrures. Cette réaction est: 2 MoC1^ + 5 -*■ 2Mo + 1QHC1. Après ce dépôt initial, dont la durée, naturellement, dépend du taux d8 dépôt, la température de la zone sur le substrat sur laquelle on réalise le déopôt, ici, la zone de siliciure de platine, est abaissée aussi rapidement que possible dans un domaine compris entre 475 - 550°C, avec 69 07924 4 2007954 une température préférée de 525°C, tout en continuant le dépôt jusqu'à ce qu'une épaisseur finale comprise entre 1/2 - 2 microns, de molybdène ait été déposée sur cette zone. Des dépôts plus épais ou plus fins, naturellement, peuvent être déposés si on le désire. Le dépôt est alors arrêté et le substrat 5 refroidi à la température ambiante. Quand on utilise du siliciure de palladium, au lieu de siliciure de platine, on pourrait utiliser des températures inférieures en comparaison de celles utilisées avec le siliciure de platine. Bien que les exemple précédants montrent l'utilisation de molybdène 10 sur du siliciure de platine, ou du siliciure de paladium, on doit énoncer certaines généralités à caractère obligatoire dans un procédé à deux étapes Ces impératifs sont la température initiale qui doit être choisie telle afin qu'une bonne adhérence se produise entre le matériau de contact électrique qui est déposé et le matériau comprenant la zone désirée du substrat; le temps 15 d8 dépôt à cette première température doit être choisi de telle sorte qu'il ne se produise aucune réaction d'altération de contact; la température doit ensuite être descendue à une seconde température inférieure, opération pendant laquelle le dépôt doit être continué, cette seconde température étant maintenue durant une durée suffisante pour permettre un dépôt d'épaisseur désirée de 20 matériau de contact électrique, et Insuffisant par combinaison de temps et de température pour permettre des réactions d'altération de contact entre le matériau de contact électrique déposé initialement 8t le matériau de la zone sur laquelle le dépôt se produit. Ces températures varieront avec les matériaux concernés, et pour certains matériaux, ne seront pas possibles. 25 Dans l'exemple spécifique et préféré donné ci-dessus, du molybdène déposé sur du siliciure de platine par exemple, l'environnement réducteur provenant de la réaction du pentachlorure de molydène prévient les oxydations. L'introduction d'azote ou d'oxygène dans le système a un effet nuisible et doit être évitée. Des sections des contacts faits- par le procédé ci-dessus montrent 30 des contacts électriques excellents entre le molybdène déposé et le siliciure de platine, sans aucun alliage visible) et une excellente conductivité du molydène déposé. Le fait le plus Important de la réalisation ci-dessus, et de l'invention en général, est que l'on ne permet aucune réaction d'altération de contact, ce qui entraîne une très basse résistance de contact, donc, 35 très souhaitable, et antérieurement à cette invention, très difficile à obtenir régulièrement. On pense aussi que les effets de nucléation du dépoôt initial à haute température influencent la conductivité ultérieure du matériau déposé ensuite de telle sorte que le film résultant a une conductivité meilleure que celle 69 07924 5 2007954 qui serait obtenue par dépât unique à la température la plus basse comme on le faisait dans l'art antérieur. On ne peut pas décrire avec certitude le mécanisme causant ces propriétés. Les résistances de contact de dépât de molybdène sur des contacts de 5 siliciure de platine formés sur une zone émetteur et une zone base où le dépât fut effectué par le procédé conventionnel était approximativement de 0,5 ohms sur un émetteur N+ et 6 ohms sur un contact de base de P+, pour un trou de contact de diamètre de 50 microns, où la température de dépât était de 525°C. L'adhérence à cette température mesurée par un essai adéquat 1q d'arrachement était limite. L'adhérence à une température de dépôt de 575°C était bonne, mais la résistance de contact était élevée, avec des signes visi'r bles d'alliage dans la région de contact. Les mesures de résistance furent effectuées en utilisant le procédé "double L" avec une sonde à quatre points. En utilisant le procédé à 2 étapes de cette invention, on obtient les 15 résultats représentés ci-dessous. L'adhérence est bonne . On fera la comparaison avec les contacts d'émetteur et de base du paragraphe antérieur. : Température Température Epaisseur Emetteur R Base R Haute Basse (microns) (ohms) (ohms) 600°C 525°C 0,6 p 0,09 ohm 6,6 ohm 575°C 500°C 0,6 0,12 7,0 575°C 500°C 0,6 0,13 5,6 575°C 500°C 1,5 0,13 5,3 575°C 500°C 0,6 0,11 5,7 575°C 500°C 1,3 0,10 5,4 25 Une amélioration significative est obtenue régulièrement par utilisation du procédé de cette invention. Bien que l'on ait particulièrement décrit cette invention pour son utilisation sur des dispositifs semiconducteurs, il est clair que cette procédure à deux étapes peut être utilisée dans un grand domaine de produits ou 30 l'on désire déposer un contact électrique sur une zone ou partie donnée d'un produit donné. Par exemple, le dépôt de métaux réfractaires dans des buts de résistance à l'usure sur des matériaux de contact généraux peut être fait par cette manière. D'autres exemples viendront immédiatement à la pensée des personnes 35 compétentes. De plus, les procédés de dépôt comprennent clairement la pulvérisation et le dépôt sous vide conventionnel. A la fois le molybdène et le tungstène peuvent être déposés de cette-façon• Le tungstène est aussi un autre conducteur excellent pour utilisation telle que l'on l'a montrée avec le molybdène, 69 07924 6 2007954 ci-dessus. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, 11 est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention» 69 07924 7 O 2007954 REVENDICATIONS 1.- Procédé de formation d'un contact ohmique à couches métalliques multiples sur un substrat semiconducteur ayant déjà un pré-contact ohmique métallique 5 réalisé au cours d'étapes de métallurgie caractérisé en ce que le procédé de dépât comprend deux étapes: a) dépôt sous phase vapeur d'un matériau de contact électrique sur un substrat maintenu à une première température de telle sorte qu'une bonne adhésion soit réalisée entre ledit matériau de contact électrique et le composé métalli- 10 que du précontact ohmiquej b) continuation du dépôt pendant que la température du substrat est abaissée jusqu'à une seconde température, inférieure à ladite première température, et maintenue à cette valeur jusqu'à l'obtention de l'épaisseur désirée, cette seconde température n'autorisant pas de réactions chimiques ou physiques parasi- 15 tes à se produire, et enfin refroidissement après avoir arrêté le dépôt. 2.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau de contact électrique est du molybdène et que la réaction utilisée pour le dépôt est celle de la réduction du pentachlorure de 20 molybdène par de l'hydrogène. 3.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 2 dans lequel le contact pré-ohmique est au siliciure de platine. 25 4.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 2 dans lequel le contact pré-ohmique est un siliciure de palladium. 5.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 2 dans lequel ladite première température est comprise dans la zone 575°C-625°Cj et 30 ladite seconde température est comprise dans la zone 475°C-550°C. 6.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 5 dans lequel ladite première température est 600°Q et ladite seconde température est 525°C. 35 7.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 2 dans lequel l'épaisseur du dépôt est comprise dans la zone 0,5-2 microns. 8.- Procédé de formation d'un contact ohmique selon la revendication 1 ca - 40 ractérisé en ce que le matériau de contact électrique est choisi dans le groupe 69 07924 8 2007954 chimique comportant le molybdène 8t le tungstène. S.- A titre de produit, le dispositif semiconducteur ayant au moins un con tact ohmique fabriqué selon le procédé défini par la revendication 1.