Brevet FR2010192A1 — publié le 19700213

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur comportant une électrode métallique déposée sur un corps semi-conducteur, ainsi qu'aux dispositifs obtenus par ce procédé, et a trait notamment à un 5 procédé pour fabriquer un dispositif semi-conducteur utilisant du palladium ou un alliage à base de palladium comme composant principal de l'électrode métallique, et aux dispositifs résultants. Il est connu de produire une électrode métallique, par 10 exemple une électrode d'aluminium, faisant un contact ohmique sur un corps semi-conducteur, tel que le silicium, le germanium ou l'arséniure de gallium, ou de produire une électrode métallique formant une barrière de potentiel ou une jonction du type Schottky sur un corps semi-conducteur en faisant adhérer un 15 métal tel que le molybdène, le tungstène, le nickel, le platine, l'or ou le palladium sur celui-ci. Plus précisément, des diodes exploitant la conduction unidirectionnelle de la barrière Schottky sont effectivement utilisées en haute fréquence. En outre, les dispositifs du type planar sont bien connus pour la 20 facilité avec laquelle ils peuvent être scellés et, partant, pour leur excellente stabilité. Selon le procédé classique de fabrication d'une diode du type à barrière Schottky, on forme d'abord une pellicule isolante constituée par de l'oxyde de silicium, sur un corps semi-25 conducteur et on découpe une fenêtre ayant la forme désirée dans cette pellicule isolante afin de découvrir la partie sous-jacente du corps semi-conducteur. Ensuite, une pellicule de métal formant une barrière ou une jonction est amenée au contact du corps semi-conducteur par vaporisation sous vide, pulvérisation anodi-30 que ou par dépôt en phase de vapeur» Une pellicule formant électrode est prévue sur cette première pellicule et un fil de connexion est fixé à la pellicule d'électrode pour obtenir une diode du type planar. Quand on utilise du platine, de l'or ou du palladium pour la mince pellicule métallique, l'adhérence 35 entre elle et la couche sous-jacente d'oxyde de silicium est faible. C'est la raison pour laquelle il a été nécessaire d'interposer une couche intermédiaire entre la pellicule métallique et la couche d'oxyde, cette couche intermédiaire adhérant fermement à la pellicule et à la couche d'oxyde étant, par exemple, 40 en chrome ou en titane. Il est bien évident qu'un tel procédé de 69 18408 2 2010192 fabrication est forcément compliqué. La présente invention apporte un procédé industriel pour produire un dispositif semi-conducteur ayant une grande stabilité en utilisant notamment le palladium. 5 L'invention apporte aussi un dispositif semi-conducteur comprenant un corps semi-conducteur, une pellicule d'oxyde de silicium déposée sur ce corps et qui est percée d'au moins une fenêtre de contact et une pellicule de palladium contiguë au corps à travers ladite fenêtre. 10 Le procédé de la présente invention consiste à former une pellicule d'oxyde de silicium sur l'une des surfaces d'un corps semi-conducteur, à percer au moins une fenêtre de contact dans cette pellicule d'oxyde afin de découvrir la surface sous-jacente du corps semi-conducteur et/ou à couvrir une partie de la pelli-15 cule d'oxyde avec une matière adhérant au corps semi-conducteur ou à la pellicule d'oxyde, au besoin, puis à déposer sous vide une pellicule métallique de palladium sur toute la surface et à exposer la pellicule métallique de palladium à un gaz contenant de l'hydrogène afin de détacher ou de peler la pellicule métal-20 lique dans la région adjacente à la pellicule d'oxyde de silicium, mais en laissant la partie de la pellicule adjacente au corps semi-conducteur ou à la matière adhérant à la pellicule d'oxyde de silicium. Selon une autre forme de l'invention, un procédé pour pro-25 duire un dispositif semi-conducteur consiste à former une pellicule d'oxyde de silicium sur un corps semi-conducteur, à percer, au moins, une fenêtre de contact dans cette pellicule d'oxyde afin de découvrir le corps semi—conducteur par une technique de photogravure connue, puis à déposer sur toute la surface du 30 corps semi-conducteur une pellicuie de palladium et, au besoin, une pellicule métallique d'électrode, par exemple, en aluminium, et à exposer l'ensemble à un gaz contenant de l'hydrogène, afin de détacher la pellicule de palladium conjointement avec la pellicule d'électrode de la pellicule d'oxyde de silicium, mais 35 en laissant la pellicule de palladium dans ladite fenêtre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel ï 40 - la fig. 1 est une représentation schématique en coupe 69 18408 3 2010192 d'un dispositif semi-conducteur classique du type diode; - la fig. 2 est une vue schématique en coupe d'un autre dispositif semi-conducteur classique du type diode; - la fig. 3 est une coupe schématique d'un dispositif semi-5 conducteur du type diode fabriqué conformément à l'invention; - la fig. 4 est une coupe schématique montrant une étape intermédiaire de la fabrication du dispositif semi-conducteur de la fig. 3; - la fig. 5 est un diagramme illustrant les résultats d'une expérience sur le phénomène de pelage; - les fig. 6 à 9 montrent schématiquement les étapes successives de la fabrication d'un dispositif semi-conducteur conformément à l'invention; - la fig. 10 montre schématiquement le dispositif semi-15 conducteur obtenu par les étapes 6 à 9; - et les fig. 11 et 12 montrent schématiquement comment se présente le dispositif semi-conducteur au cours de diverses étapes du procédé de fabrication selon l'invention. Sur toutes les figures du dessin annexé, les mêmes référen-20 ces désignent les mêmes éléments. En se référant à la fig. 1, on voit un dispositif semiconducteur classique sous la forme d'une diode à jonction ou à barrière Schottky comprenant un corps semi-conducteur de silicium 1, une couche isolante 2 formée sur le corps 1 et consti-25 tuée par de l'oxyde de silicium, cette pellicule isolante étant percée d'une fenêtre qui découvre la surface du corps semiconducteur, une pellicule métallique 3 déposée sur le corps 1 et sur la pellicule isolante 2, une pellicule formant électrode 4 produite sur la pellicule métallique 3 et un fil de connexion 5. 30 Quand on utilise le platine, l'or ou le palladium pour la pellicule 3, l'adhérence entre celle-ci et la pellicule d'oxyde de silicium est si faible que, en particulier dans le cas d'une pellicule de palladium, cette dernière pèle facilement. En conséquence, il est nécessaire d'interposer une couche intermédiaire 6, 35 par exemple en chrome ou en titane, qui adhère fortement aux deux couches (voir fig. Z.', . Cette opération supplémentaire peut être éliminée par la présente invention. La fig. 3 est une coupe schématique d'une diode fabriquée conformément à l'invention. Cette diode comprend un corps de 40 silicium 1 de type n comprenant un corps de silicium 1' ayant 69 18408 4 2010192 une résistivité spécifique* de 0,005/l.cm couvert d'une couche épitaxique de silicium 1" d'une résistivité spécifique de 0.1-1 ZI cm et d'une épaisseur de 1 à 5 Une couche d'oxyde de silicium 2 d'une épaisseur d'environ 5000 Â est formée sur le 5 corps de silicium 1, par exemple par décomposition thermique d'un organo-oxysilane. Ensuite, une fenêtre de contact d'environ 30 de diamètre est percée pour découvrir le corps de silicium 1. Après que la surface d'un tel ensemble a été nettoyée par un traitement approprié, une pellicule de palladium d'épaisseur 10 convenable est déposée par vaporisation sous un vide poussé —6 d'environ 4.10 torr. Dans le vide poussé, la pellicule de palladium et la couche d'oxyde de silicium adhèrent fermement sans peler. Par contre, quand on expose la pellicule de palladium à un gaz contenant de l'hydrogène (), la pellicule de palladium 15 3" déposée sur la couche d'oxyde de silicium commence à peler au bord, comme le montre la fig. 4. La raison de ce phénomène n'est pas claire, mais on considère que la pellicule de palladium absorbe de l'hydrogène et ainsi se dilate en développant des contraintes internes, tandis que l'hydrogène ainsi absorbé peut at-20 teindre la couche d'oxyde et réduire celle-ci. Ainsi, la faible liaison entre la couche d'oxyde de silicium et la pellicule de palladium est encore affaiblie, ce qui permet à cette dernière de se détacher. On a trouvé, par des expériences, que le temps nécessaire pour que la pellicule commence à peler devient extrême-25 ment court quand la teneur en hydrogène de l'azote dépasse 10%. La fig. 5 est un diagramme illustrant les résultats d'une telle expérience. Comme véhicule destiné à contenir l'hydrogène, on peut également utiliser d'autres gaz inertes que l'azote, ou de l'air. 30 Par contre, la pellicule de palladium 3' déposée directement sur le silicium adhère fermement et ne se détache pas, même en l'exposant a l'hydrogène. La pellicule de palladium forme une barrière de potentiel du type Schottky à l'interface avec le corps de silicium et présente des propriétés de redressement. 35 Une pellicule de palladium ainsi pelée sur une couche d'oxy de de silicium peut être facilement enlevée en soufflant de l'azote ou de l'air. Seule la pellicule de palladium 3' qui adhère au corps de silicium résiste à ce soufflage. Ensuite, une pellicule métallique formant électrode 4, par 40 exemple en aluminium, d'une épaisseur d'environ 5000 A est 69 10408 5 2010192 déposée, comme le montre la fig. 3, et un fil de connexion 5 est fixé à cette pellicule pour compléter la diode de la fig. 3. Les expériences ont montré que l'épaisseur de la pellicule de palladium déposée a une certaine importance et que les meilleurs ré-5 sultats s'obtiennent quand son épaisseur est approximativement la même que celle de la couche d'oxyde de silicium. En particulier, une pellicule de palladium dont l'épaisseur est inférieure O à 1000 A est instable. La pellicule métallique 4 fait également fonction de couche 10 de passivation pour la jonction sous-jacente. La pellicule de palladium ne doit pas nécessairement être constituée par du palladium pur, mais pourrait également être formée d'un alliage de palladium. Il est à noter qu'une seule couche de métal est soumise à 15 un décapage chimique dans le procédé ci-dessus, alors que deux ou plusieurs couches doivent être enlevées dans les procédés classiques illustrés par les fig. 1 et 2. On va décrire maintenant une autre forme de réalisation du présent procédé en se référant aux fig. 6 à 10. 2o Habituellement, les électrodes d'un dispositif semi-conduc teur sont produites par un dépôt en phase de vapeur d'aluminium sur un corps semi-conducteur tel que le silicium pour former une électrode, puis en connectant un fin fil d'or à cette pellicule d'aluminium par thermocompression. Toutefois, une telle 25 structure n'est pas avantageuse en ce qu'il se produit un alliage de la pellicule d'aluminium et du fil d'or à leur point de contact, ce dont résulte un phénomène connu sous le nom de "peste rouge"(purple plague) à l'interface entre le corps de silicium et l'alliage ainsi formé. Dans ce cas, l'ensemble d'élec-30 trode peut facilement se détacher. Cette difficulté peut être éliminée par le procédé suivant. On forme une pellicule d'oxyde de silicium 12 sur un corps semi-conducteur 11, par exemple en silicium, à une épaisseur d'environ 5000 A par un procédé connu, par exemple par décompo-35 sition thermique d'un organô-oxysilane et on perce une ouverture ou une fenêtre 13 ayant la forme désirée dans cette pellicule d'oxyde 12 afin de dénuder le corps semi-conducteur, comme le montre la fig. 6. On forme une pellicule d'aluminium 14 au-dessus de la pellicule d'oxyde 12 et du corps semi—conducteur découvert. 40 Ensuite, comme le montre la fig. 7, on décape la pellicule 69 18408 6 2010192 d'aluminium 14 pour produire une électrode ayant la forme voulue, en utilisant comme masque une pellicule de résine photosensible 15. Ce masque est enlevé après le décapage. Après cela, on couvre toute la surface du dispositif d'une 5 pellicule de palladium 16, comme le montre la fig. 8. Quand un tel dispositif est exposé à une atmosphère inerte, mais qui contient de l'hydrogène, la partie 16' de la pellicule de palladium qui est directement sous contact de la pellicule d'oxyde de silicium 12 se détache, ne laissant subsister que la partie qui 10 est au contact de la pellicule d'aluminium 14, comme le montre la fig. 9. L'expérience montre que même une pellicule de palla- O dium dont l'épaisseur est comprise entre 2000 A et 1 j|l, pèle en l'espace d'environ une minute quand on l'expose à une atmosphère d'azote contenant environ 10% d'hydrogène. Une pellicule de pal-15 ladium 16' ainsi détachée peut être facilement enlevée par soufflage d'un courant d'azote ou d'air. Ensuite, un fin fil d'or 17 peut être lié par thermocompression à la double couche aluminium-palladium pour obtenir le dispositif que montre la fig. 10. La demanderesse a soumis à des essais des dispositifs ainsi 20 formés et utilisant un corps de silicium de type n ayant une résistivité spécifique de 0,1A cm, et n'a pu constater aucune détérioration des électrodes due à la thermocompression d'ûn fin fil d'or. Elle a constaté que les dispositifs conservaient un bon contact ohmique. Elle a trouvé qu'une pellicule de palladium, o 25 d'une épaisseur inférieure à 1000 A était incapable d'empêcher l'alliage de l'or et de l'aluminium pendant la thermocompression et les essais effectués sur un tel dispositif étaient instables. Par contre, les dispositifs comportant une pellicule de palladium o d'une épaisseur de 2000 A à 1 ont donné de bons résultats. 30 La fig. 11 montre une étape intermédiaire d'un autre mode de réalisation dans lequel un dispositif semi-conducteur intermédiaire comprend un corps de silicium 21 de type n ayant une résistivité spécifique de 0,1 à lyicm, une pellicule d'oxyde de sili- o cium 22 ayant une épaisseur d'environ 5000 A , par exemple pro-35 duite par décomposition thermique d'un organo-oxysilane, et qui est percée d'une ouverture 23, une pellicule de palladium 24 r r * —6 étant déposée sous un vide meilleur que 4. 10~ torr sur ce corps O et sur la pellicule d'oxyde à une épaisseur de 2000 à 6000 A ainsi qu'une pellicule d'aluminium 25 déposée sur la pellicule de 40 palladium et ayant une épaisseur analogue. Les pellicules cornpo- 69 18408 7 2010192 sites 24 et 25 adhèrent au corps de silicium et à la pellicule d'oxyde quand on les dépose sous vide, mais quand elles sont exposées à un gaz contenant de l'hydrogène, la partie attenante à la pellicule d'oxyde de silicium se détache au bord, comme le 5 montre la fig. 12. Par contre, la partie qui est directement au contact du corps de silicium reste fermement attachée au dispositif . En vérifiant les propriétés électriques de ces dispositifs semi-conducteurs, en utilisant une aiguille de contact sur la 10 pellicule d'aluminium, on constate l'excellence de la diode à jonction obtenue. Toutefois, on peut également obtenir un contact ohmique en augmentant la concentration superficielle d'impuretés dans le silicium. En outre, une pellicule d'électrode doit être déposée sur la 15 pellicule de palladium en utilisant une matière classique, telle que l'or ou le nickel. Les résultats obtenus avec ces matières sont analogues à ceux de l'aluminium. En outre, on constate un phénomène de pelage analogue quand un métal ayant une faible force de liaison avec une couche d'oxyde 2o de silicium est déposé sur un dispositif pour établir un contact avec un corps semi-conducteur dans une fenêtre de contact, une pellicule de palladium étant déposée au-dessus de cette couche, et quand un tel dispositif est exposé à un gaz contenant de l'hydrogène. 25 Un dispositif conforme à l'invention peut être produit soit avec un contact ohmique, soit avec un contact redresseur, par un choix judicieux du métal formant le contact ainsi que de la nature et de la concentration des impuretés dans le corps semiconducteur. 30 Comme il a été décrit ci-dessus, conformément à l'invention, une électrode constituée par une pellicule de métal peut être faite facilement sur un corps semi-conducteur sans avoir recours à un procédé de décapage chimique. Il va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux 35 diodes, mais qu'elle s'applique à tous les dispositifs semiconducteurs. 69 18408 2010192 REVENDICATIOMS 1. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur comportant une pellicule d'oxyde de silicium et une couche d'électrode constituée principalement par du palladium, caractérisé en ce que l'on forme une pellicule d'oxyde de.silicium sur un 5 corps semi-conducteur; on enlève une partie de la pellicule d'oxyde de silicium afin de découvrir le corps semi-conducteur; on dépose une couche de métal composée principalement de palladium sur la partie découverte dudit corps et sur la pellicule d'oxyde; et l'on expose ladite couche de métal à un gaz contenant de 10 l'hydrogène afin de détacher ou de peler la partie de ladite couche métallique qui est au contact de ladite couche d'oxyde de silicium. 2. Procédé selon la revendication 1, 'caractérisé en ce que l'on couvre une partie de la pellicule d'oxyde de silicium avec 15 une matière adhérant fortement à cette dernière, au lieu d'enlever une partie de ladite pellicule d'oxyde de silicium. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on couvre la partie découverte du corps semi-conducteur d'une matière adhérant fortement à la pellicule d'oxyde. 20 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en outre, on dépose une autre couche métallique sur la première couche de métal, formant ainsi une électrode métallique ayant une structure feuilletée ou stratifiée. 5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit gaz 25 contient plus de 10% d'hydrogène, le reste étant un gaz tel que l'azote," l'air, ou un autre gaz inerte. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel ladite matière est l'aluminium, un alliage d'aluminium, -l'or ou le nickel. 30 7.Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, en outre, on dépose une autre couche de métal sur là première couche de métal afin de former ainsi une électrode composite ayant une structure feuilletée ou stratifiée. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, dans le- 35 quel ledit gaz contient plus de 10 % d'hydrogène, le reste étant un gaz tel que l'azote, l'air, ou un autre gaz inerte. 9. Dispositif semi-conducteur qui comprend un corps semiconducteur, une pellicule d'oxyde de silicium formée sur ce corps et une électrode formée également sur ledit corps et qui 18408 9 2010192 adhère fortement à celui-ci, ce dispositif comportant au moins une couche composée principalement d'une matière telle que le palladium, l'or et le platine. 10. Dispositif semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8.