Brevet FR2011844A1 — publié le 19700313

La présente invention est relative à des dispositifs semiconducteurs et en particulier à des dispositifs du type circuits intégrés et à un ensemble d'interconnexion et de contacts métalliques résistant à la corrosion pour de tels dispositifs . ^ Dès le tout début de l'industrie des semiconducteurs, des recherches continuelles et poussées ont été effectuées pour découvrir les moyens les meilleurs et les moins coûteux pour mettre sous boîtier des dispositifs semiconducteurs.Jusqu'à une date récente, c'est-à-dire jusqu'à l'avènement de l'enrobage plastique 10 des dispositifs planar, la technique le plus couramment utilisée pour mettre sous boîtier les dispositifs semiconducteurs a été de monter le dispositif sur un support en métal et en verre et de compléter ensuite l'opération par un boîtier métallique.Le procédé utilisaht le support et le boîtier est très coûteux,le 15 coût du support et du boîtier dépassant quelquefois celui du dispositif semiconducteur lui-même . Depuis l'ây&iement des transistors, des d'iodes et des circuits intégrés à enrobage en matière plastique, l'industrie des semiconducteurs a constamment accru le volume et la variété des types 20 de dispositifs conditionnés de cette manière.En fait, un pourcentage très important des circuits intégrés au silicium produit actuellement par l'industrie est enfermé dans des enceintes en matière plastique , un conditionnement en matière plastique étant sensiblement moins coûteux que la combinaison d'un support et 25 d'un boîtier .Beaucoup de dispositifs sont enrobés dans des polymères époxydes ou aux silicones par des procédés de moulage par transfert, le coulage étant également une technique courante .Des techniques légèrement plus coûteuses consistent à fixer un chapeau métallique sur une base en matière céramique au moyen d'un adhé-30 sif organique robuste tel qu'une résine époxy .Indépendamment du procédé exact de fermeture, il est généralement reconnu que l'é-tanchéité obtenu® n'est pas complète et est de l'ordre de celle rencontrée dans un transistor enfermé dans une capsule de verre —T 0 ^ et de métal pour lequel des fuites de l'ordre de 10" cm /s 35 d'hélium ou moins sont courantes . Non seulement la matière plastique présente des vitesses de pénétration relativement élevées pour les divers gaz, mais le transfert des gaz ambiants le long du joint conducteur métallique-mat1ère plastique vers le dispositif actif a posé un problème particulier à l'industrie . 40 Avec les dispositifs planar stabilisés actuels, la pénétra 69 15845 •2 2011844 tion de l'atmosphère ambiante dans les capsules ne pose certainement pas un problème sérieux en ce qui concerne les modifications éventuelles de surface du dispositif proprement dit qui peuvent conduire à ûne dégradation des caractéristiques électriques .Des ^ problèmes beaucoup plus importantes sont ceux associés à la corrosion des couches métalliques minces utilisées pour constituer les contacts et interconnecter les différentes régions d'un dispositif semiconducteur , corrosion qui est due à la pénétration de la vapeur d'e.au ambiante dans la capsule .La corrosion des 10 couches métalliques minces est réduite à une valeur minimale dans les dispositifs simples en raison de la quantité réduite de pellicule métallique, mais la corrosion apparaît à l'emplacement situé à la jonction du plot de connexion et du conducteur si des métaux différents sont utilisés . Par ailleurs un dispositif à circuits intégrés du type monolithique, peut comporter un certain nombre de composants actifs et passifs, tels que des transistors et des résistances, formés par diffusion sous une surface ou une face principale d'une pastille semiconductrice ,une couche isolante étant disposée sur la 20 face de la pastille et des couches métalliques situées sur la couche isolante interconnectant les résistances et les diverses régions des transistots suivant une configuration désirée traversant des trous de la couche isolante .En raison de la nécessité d'interconnecter..un grand nombre de régions semiconductrices dif-25 férentes de la pastille, la longueur de la couche métallique mince située sur la surface de la pastille semiconductrice doit être grande, beaucoup plus que pour un dispositif individuel.il est clair que les risques de corrosion sont d'autant plus grands qu' une superficie plus importante des Interconnexions est exposée à l'environnement. Lorsque la complexité des configurations d'interconnexions augmente il devient nécessaire de .— former plusieurs niveaux d'interconnexions avec une isolation électrique convenable entre les divers niveaux aux points de croisement; la couche la plus haute ou dernière couche d'interconnexion 35 est encore exposée à l'environnement, les niveaux inférieurs de l'interconnexion étant protégés par les couches isolantes disposées dessus . Afin d'estimer le degré d'étanchélté assuré par les boîtiers en matière plastique, un test d'environnement couramment utili#jé 40 consiste à soumettre des dispositifs sous boîtier à un environ- 69 15645 5 2011844 nement à forte température et de forte humidité pendant une certaine durée, jusqu'à un millier d'heures par exemple .De plus,le dispositif est mis ordinairement âous une tension de polarisation pendant la période d'essai .Des défaillances se présentant sous 5 la forme de circuits ouverts, sont courantes et résultent ordinairement de la corrosion des conducteurs .Comme expliqué précédemment, les circuits intégrés sont particulièrement sujets à ce type de défaillance en raison du fait que la majeure partie de la pastille de silicium est recouverte par des couches métalli-10 ques électrochlmiquement actives .Bien que la validité de cet essai particulier de durée de vie accélérée permettant de prévoir ou d'évaluer les défaillances possibles dans des conditions réelles d^utilisation soit extrêmement douteuse, l'essai est néanmoins largement utilisé et constitue un obstacle majeur pour le fabri-15 caht de dispositifs semiconducteurs qui utilise des enceintes en matière plastique . Trois métaux utilisés couramment pour former des contacts pour des dispositifs semiconducteurs sont 1'aluminium, le molybdène et le tungstène par exemple . L'aluminium est beaucoup uti-20 Usé dans les dispositifs Individuels , tandis que le tungstène en combinaison avec de l'or et le molybdène en combinaison avec de l'or constituent des groupes de métaux excellents pour les circuits Intégrés . Dans les dispositifs individuels comportant des plots de connexion en aluminium, des fils d'or sont couramment 25 utilisés pour connecter le plot en aluminium à tin conducteur qui permet d'établir un contact électrique avec l'extérieur .Lorsque l'aluminium est utilisé dans un environnement non hermétique, des courants de conduction Ionique s'établissent entre les métaux différents , l'aluminium et l'or, lorsqu'une quantité de vapeur 30 Au cours des stades initiaux de la réaction, l'aluminium 35 (Al), étant anodique s'oxyde jusqu'à Al^+ , tandis qu'à la cathode un dégagement d'hydrogène (H2) apparaît . L'ion Al ainsi libéré réagit immédiatement avec l'eau suivant la réaction : £~ai5+ + 3H2O»AI2O5 + 6H+ qui forme de l' Al^O^ Insoluble et Isolant. La formation de cet-40 te pellicule Isolante ralentit naturellement la réaction et tend 69 15845 2011844 à protéger l'anode contre une nouvelle dissolution.Malheureusement, l'oxyde anodique a toutefois une perméabilité suffisante et présente des imperfections telles que l'oxydation se poursuit. Ordinairement, l'attaque a lieu en des points localisés au voi-5 sinage de la cathode, ce qui provoque un piquage ,1'aluminium étant éliminé sous la forme d'ions A10~" La corrosion de 1'aluminium peut également se produire d'une manière différente. Comme la solution entourant la cathode devient basique, les régions non polarisées voisines, se dissolvent 10 suivant la réaction : Al + 2QH" ->A102" + 2H+ + >" Dans ce cas, aucune pellicule protectrice ne se forme .Cette réac tlon se poursuit jusqu'à ce qu'un circuit ouvert sols produit . L'aluminium dissous ne se redépose pas sous la forme de métal 15 à la cathode du fait que le dégagement d'hydrogène est plus favorable .L'application d'une tension de polarisation externe à l'en semble, provoque l'accélération de dégagement d'hydrogène dans les zones à polarisation cathodique, tandis que les réglons métal liques polarisées négativement ne se corrodent pas.Les réactions 20 anodlques sont également accélérées par le dégagement d'oxygène qui devient un processus d'électrode concurrentiel ,une partie de l'oxygène migrant vers la oathode dans laquelle II est réduit de nouveau en eau .L'utilisation d'un fil conducteur en aluminium au lieu d'or offre une protection contre 1'autopolarisation ou 25 la nature de cellule galvanique de l'ensemble, mais un conducteur en aluminium peut se corroder lorsqu'une polarisation externe est appliquée . L'ensemble molybdène-or se comporte quelque peu différemment Comme certains des oxydes du molybdène (Mo) sont solubles dans j50 l'eau ( la forme hydratée de Mo/?o^ par exekple ) le métal ne peut pas être passlvé aussi facilement que 1'aluminium .En conséquence, le système s'autopolarise et se corrode facilement, le molybdène se dissolvant au niveau de l'anode jusqu'à ce qu'un clr cuit ouvert soit engendré .L'application d'une tension de polarl-35 satlon accélère ces deux processus .A moins que des tensions de polarisation extrêmement élevées soient appliquées (au-dessus de 5 V), le dégagement d'oxygène ne devient pas notablement compétitif du fait que la dissolution du molybdène est plus favorable électrochimiquement .On peut s'en rendre compte en considérant 40 les potentiels d'électrode simple suivants : 69 15845 5 2011844 Mo -*Mo5+ + Je" 0,2 V Mo+3H20»Mo05+6H+ + 6e" -0,1 V 40H" 2H 02 + 4e" -0,4 V 2H20 * 4H + 02 + 4e" -1,2 V 5 En outre-, pour des polarisations externes élevées, la dissolution de l'or (Au) au niveau de l'anode devient compétitive, mais comme le potentiel de l'oxydation de l'or est extrêmement négatif, le dégagement d'oxygène est prédominant . Néanmoins, une partie de l'or peut se dissoudre au niveau de l'anode, selon la réaction 10 suivante : Au + XHgO ->Au+(aq) + e~ -1,68 V L'or ne forme naturellement pas d'oxyde stable, de sorte que l'or qui se dissout anodiquement est enlevé uniformément sur la totalité de la surface de l'anode sans qu'il en résulte de piquage . 15 L'ion or est transporté dans 1'électrolyfce jusqu'à la région cathodique la plus proche dans laquelle il se^dépose sous la forme de métal . me_nt Principalement en raison de la solubilité notable/" réduite des oxydes de tungstène (M) dans les milieux aqueux en comparai-20 son des oxydes du molybdène, le couple WAu est; notablement plus résistant à la corrosion que MoAu . Par exemple W0^ est soluble uniquement dans les solutions chaudes et à pH très élevé ,tandis que Mo0^ est soluble dans l'eau à la température ambiante .Ainsi, des vitesses de corrosion induites par 1'auto^ôlarisation sont 25 très faibles, du fait que le tungstène tend à devenir passif . L'application d'une polarisation externe provoque principalement une électrolyse de l'eau avec dissolution de l'or comme réaction anodique mineure , mais le tungstène se dissout lentement dans les régions anodiques à pH élevé . 30 D'après la description ci-dessus de la corrosion, il appa raît que les conditions d'un contact électrique métal de barrière -or et l'ensemble d'interconnexion pour un dispositif semiconducteur dans un enrobage hermétique ne sont pas suffisantes pour permettre au système métal de barrière-or décrit d'être utilisé dans 35 un environnement non hermétique .Outre les conditions d'adhérence au silicium et à l'oxyde de silicium et l'absence de formation de composés Intermétalliques entre le métal de barrière et l'or, le métal de barrière doit également ne pas se corroder ou ne doit se corroder que de façon réduite dans les boîtiers non hermétiques 40 spécialement dans les environnements à forte humidité . 69 15845 6 2011844 En conséquence, l'invention vise à fournir : -un ensemble d'interconnexion et de contacts électriques nouveau et perfectionné pour des dispositifs semiconducteurs ; -un tel ensemble présentant une résistance à la corrosion ^ accrue par rapport aux ensembles connus de contacts métalliques; -un tel ensemble destiné à des dispositifs semiconducteurs soumis à des atmosphères fortement humides, ce qui permet d'éliminer les boîtiers hermétiques ; -un tel ensemble qui adhère bien au silicium et à l'oxyde de !0 silicium ; -un métal de barrière pour un ensemble d'interconnexions et de contacts électriques, nouveau et perfectionné qui ne forme pas de composés Intermétalllques avec l'or ; D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî-15 tront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annex$s, sur lesquels : la FIg.l est une vue en plan représentant une pastille semi-conductrice sur laquelle est formé un transistor planar, des trous étant percés dans la couche Isolante de la surface de la pastille 20 pour l'application de contacts ; la Fig.2 est une vue en coupe de la pastille semiconductrice représentée suivant la ligne 2-2 de la FIg.l ; la Fig.3 est ime vue en élévation en partie en coupe, représentant un appareil de pulvérisation à haute fréquence permettaht 25 d'appliquer les contacts à la pastille, comme représenté à la Fig.4 ; la FIg.4 es£ une vue en plan de la pastille représentée à la FIg.l après application des contacts et des plots de connexion ; las-i.Fig.5a et 5b représentent une vue en coupe et une vue 30 en plan respectivement de la pastille représentée à la Flg.4, après montage de conducteurs et enrobage dans une matière plastique . La Fig^Sa est line vue en coupe de la FIg.5b suivant la ligne 5a-5a .La partie supérieure de l'enrobage en matière plastique de la FIg.5b est découpée pour montrer le dispositif monté; 25 la Flg.6 est une vue en coupe d'un circuit Intégré compor tant un niveau unique d'interconnexion ; la Fig.7 est une vue en plan de la disposition des composants dans l'un des éléments fonctionnels du substrat représenté à la Flg.8 et qui nécessite plusieurs niveaux d'interconnexion ; 40 l'a FI g .8 est une vue en plan d'un substrat semiconducteur 69 15845 ' 2011844 oontenant une série d'éléments fonctionnels ; la Fig.9 est un schéma de principe d'un circuit électronique de l'un des éléments fonctionnels représentés à la Flg.7 ; les FIg.lO à 12 sont des vues en coupe suivant la ligne 10-5 10 #«présentant la fabrication du circuit Intégré représenté à la Flg.8. En bref, l'invention comprend un ensemble d'interconnexions et de contacts résistants à la corrosion pour des dispositifs semiconducteurs,qui peut être enfermé ou non dans des boîtiers 10 non hermétiques .L'ensemble utilise un mélange homogène de quantités déterminées de molybdène et d'un métal modificateur ayant une résistance à la corrosion plus grande que celle.du molybdène pour augmenter la résistance à la corrosion de ce dernier .Le molybdène est un matériau très avantageux pour les ensembles de 15 contacts métalliques , comme expliqué dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 34l 753 .11 suffit de dire que certaine des nombreux avantages du molybdène consistent en ce qu'il adhère au silicium et à l'oxyde de silicium , ne forme pas de composés Intermétalllques avec l'or et sert de barrière.entre l'or et le 20 substrat semiconducteur lorsque de l'or est utilisé comme métal de revêtement pour servir dë couche protectrice et de parcours électrique à faible résistance . L'une des caractéristiques requises d'un métal modificateur utilisé pour être combiné au molybdène afin de supprimer ou ré-25 duire la sensibilité du molybdène à la corrosion dans des environnements aqueux ou de forte humidité est qûe le métal modificateur doit être plus résistant à la corrosion que le molybdène. Ceci nécessite que le métal modificateur ne soit que légèrement soluble dans les acides aqueux, ( sauf l'acide fluorhydri,que (HF) 30 contenant des solutions acides) ; les oxydes du métal doivent être plus stables que les oxydes du molybdène et ne doivent être que légèrement solubles dans les divers acides; le métal doit tendre à former des oxydes de passivation, ce qui provoque de fortes variations du potentiel d'oxydation, et doit présenter 35 une excellente résistance à la corrosion .De plus, le métal modificateur doit avoir un point de fusion élevé et une faible vitesse d'autodiffusion . Toutefois, aucun des métaux modificateurs présentant les caractéristiques ci-dessus n'est suffisamment stable métallurgi-40 quement avec l'or pour lui permettre de servir de métal de bar- 15845 8 2011844 rière dans un ensemble de contacts or-métal de barrière . Le modificateur idéal n'est pas soluble dans le molybdène et ne forme pas de composé avec lui .Toutefois, tout métal satisfaisant aux conditions mentionnées ci-dessus, soit formé un ^ composé avec le molybdène, soit' ^est-soluble dans ce dernier .Ni la formation de compo3 Le titans,qui est soluble dans le molybdène dans toutes les proportions, est le métal modificateur préféré .Le titaii# ne for-20 m0 pas de composé avec le molybdène .Les autres métaux modificateurs mentionnés ci-dessus sont indiqués par ordre décroissant d'intérêt , l'ordre étant fixé par les raisons suivantes: le tantale et le chrome ne forment pas de composé avec le molybdène mais sont solubles dans le molybdène dans toutes les proportions. 25 L'oxyde de chrome à valence la plus élevée est soluble dans l'eau et n'est dono pas résistant à la corrosion lorsqu'une polarisation positive élevée est appliquée .Le airconium forme des composés avec le molybdène, comme c'est le cas pour l'hafïtlum et le silicium . 30 Une couche constituée par un mélange homogène de molybdène et d'un métal modificateur, du titane de préférence, peut se préparer facilement par pulvérisation à haute fréquence ou par triode à partir de cathodes fabriquées par des procédés classiques de la métallurgie des poudres . 35 La limite inférieure du pourcentage de métal modificateur dans le mélange molybdène-métal modificateur est déterminée par la plus faible quantité de métal modificateur qui augmente la résistance à la corrosion du molybdène de façon suffisante .Des impuretés en petites quantités, telles que les métaux modifica-40 teurs indiqué* ci-dessus , Introduites non Intentionnellement 69 15845 9 2011844 dans le molybdène n'ont pas d'effet sur la caractéristique de résistance à la corrosion des contacts en molybdène ; une quantité significative du métal modificateur doit donc être Introduite Intentionnellement pour être efficace,La limite Inférieure 5 pratique semble être d'environ 3/° en poids du métal modificateur dans un mélange de molybdène et de métal modificateur .Des pourcentages de métal modificateur Inférieurs à 3^ environ ne confèrent pas aux contacts en molybdène et métal modificateur une résistance à la corrosion suffisante pour être efficace .Lorsque 10 le pourcentage de métal modificateur dans le mélange augmente,la passivation ou la résistance à la corrosion du contact augmente. Toutefois, lorsque la quantité de métal modificateur est augmentée au-dessus de 20^ environ, pourcentage qui confère aux contacts d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion des 15 caractéristiques nuisibles du métal modificateur tendent à être conférées au mélange . La limite supérieure de la quantité de métal modificateur contenu dans le mélange est déterminée par la quantité de métal modificateur que la matrice de molybdène peut contenir sans que 20 le métal modificateur réagisse avec la couche d'or et en augmentera résistlvité au voisinage de la couche de métal modificateur et de molybdène et par la difficulté de définir le contact en molybdène et un métal modificateur , l'aptitude au décapage de la couche diminuant avec l'augmentation du pourcentage du mé-25 tal modificateur .Le mélange devient extrêmement difficile à attaquer lorsque les pourcentages de métal modificateur dépassent 35^ environ, le mélange de molybdène et de métal modificateur devenant métallurgiquement instable et réagissant avec l'or pour des pourcentages de métal môdiflcateur supérieure à 60& en-30 viron . L'emploi de contacts ayant des pourcentages de métal modificateur compris entre et 60^ environ est possible mais nécessite plus de soin et plus de temps en raison de la difficulté de définition des contacts individuels et des interconnexions. Le pourcentage préféré du métal modificateur semble être d'envl-35 ron 20^, les pourcentages supérieur-' et inférieur préférés du métal modificateur dans le contact en molybdène et métal modificateur donnés ci-dessus sont des moyennes et ne sont pas parfaitement exacts pour chaque métal modificateur ,étant donné que chacun des métaux modificateurs possible^foentionnés ci-dessus 40 a des propriétés qui sont légèrement différentes et qui abaissent 15845 10 2011844 ou augmentent les pourcentages donnés à titre d'exemple . En se référant maintenant aux figures des dessins annexés,il est représenté aux Fig.l et 2 une pastille semiconductrice 10 dans laquelle est formé un transistor qui comprend des réglons de base et d'émetteur 11 et 12 respectivement, le reste de la pastille constituant la région de collecteur 17. Le transistor est formé par la technique planar courante qui utilise des diffusions successives avec un masque en oxyde de silicium . Comme les procédés de fabrication classiques utilisés pour former les dispositifs représentés ne font pas partie de l'invention et sont bien connus dans l'industrie des semiconducteurs, ils ne sont pas décrits en détail Ici. Pour une description plus complète de ces procédés classiques de fabrication,on de référera aux articles suivants Integrated Circuit-Design Principles and Fabrication, Ray M. Warner, Jr., et James FardeiBwâlÇ, McSraw-Hill(1965) j Silicon sémiconductor Technology, McGraw-Hill (1965) et Physics and Technology of Semiconductôr - Devices, A.S. Grovér, Klley & Sons (1967). Dans le procédé planar, une couche d'oxyde 13 est formée sur la surface supérieure de la pastille, la couche située sur la région de collecteur étant plus épaisse que celle située sur la région de base , ce qui fournit une configuration en gradins. Pour les hautes fréquences, la géométrie de la partie active du transistor est extrêmement petite, la région d'émetteur allongée 12 ayant par exemple une largeur de 2,5 à 5 mlorons et une longueur Inférieure à 25 microns .La région de base 11 a une superficie d'environ 640 microns carrés .Deux trous 14 et 15 sont formés pour les contacts de base et un trou 16 est prévu pour le contact d'émetteur, ce dernier trou étant le même que celui utilisé pour la diffusion; de l'émetteur . En raison de la dimension extrêmement réduite de la zorœ réelle dee contact ée base et d'émetteur , de l'ordre de 2,5 à 5 microns de largeur, les contacts doivent .être élargis sur l'oxyde de silicium pour faciliter la liaison de conducteurs aux connexions de base et d'émetteur, comme expliqué-ci-dessous .La dimension de la pastille semiconductrice est choisie pour la commodité de manipulation, une dimension typique de la pastille 10 étant 750 microns de côté et 100 microns d'épaisseur (aucun des dessins n'est représenté, à l'échelle pour plus de clarté) .Par exemple la pastille 10 est simplement une petite partie non divisée d'une tranche de slll- 69 15845 " 2011844 cium , de 25,4 mm de diamètre et de 200 microns d'épaisseur environ, pendant tous les stades de traitement décrits ci-dessous et cette tranche est brisée en pastilles Individuelles après application des contacts . 5 Pour déposer une couche de mélange de molybdène et d^nétal modificateur à partir de laquelle le contact d'émetteur 18 et le contact de base 19 sont formés, comme représenté à la Flg.4, on fixe la pastille 10, qui fait partie d'une tranche plus grande, avec les autres tranches, sur le plaque de support 20 d'un 10 appareil de pulvérisation à haute fréquence classique 21 comme représenté à la Fig.3. Pour faciliter la description, on ne décrira que la formation des contacts en molybdène et1 titane .Les contacts formés à partir de molybdène et de tantale , de chrome, de zirconlum, d'hafnium , et de silicium sont formés de la même 15 manière,La plaque de support 20 sert d'anode dans le circuit de pulvérisation à haute fréquence,tandis que la cathode est une plaque de pulvérisation 22 composée du métal que l'on désire déposer sur la pastille 10. Il existe autant de plaques de pulvérisation que de métaux différents à déposer .La plaque de pulvérisation 20 22 est constituée par le mélange désiré de molybdène et de titane. On peut former facilement un» telle plaque par des procédés Çl&s-siques de la métallurgie des poudres et elle peut êfereachetée à une Compagnie telle que la Materials Research Corporation, par exemple. Comme la plaque de pulvérisation en molybdène et titane 25 est formée à partir d'un mélange homogène de poudre de molybdène et de titane, Il est clair que tout pourcentage désiré peut s'obtenir facilement .La plaque de pulvérisation 22 est supportée par la plaque de support 23 qui est connectée électriquement par l'intermédiaire d'un agencement de commutation à une source de pulssaç.- 30 ce à haute fréquence (non représentée) . Pour le dép&t de l'or, une plaque de pulvérisation en or 24 est placée sur une plaque de support 25 qui est également connectée par un agencement de commutation à la source de puissance. La Fig.3 est une vue schématique servant pour la description d'une 35 opération de pulvérisation à haute fréquence, mais la Figure n'est pas parfaitement exacte en ce qui concerne l'emplacement réel des divers éléments de l'appareil de pulvérisation à haute fréquence 21.11 est clair naturellement que pour obtenir des couches métalliques uniformes sur tous les substrats, chaque plaque de 40 pulvérisation doit être aussi grande que la surface à recouvrir 69 15845 12 2011844 et doit être située de façon que la distance entre la surface de chaque plaque de pulvérisation et la surface de chaque substrat soit la même .Par conséquent, ehaque appareil de pulvérisation à haute fréquence oomporte un dispositif ( non représenté) à l'in-.5 térleur de la chambre 26 destiné à mettre en position la plaque de pulvérisation particulière pour chaque stade de pulvérisation. De l'argon, par exemple, sous une pression de 5 à 15 microns de mercure environ est introduit par un orifice 27adans l'appareil de pulvérisation à haute fréquence 21.L'énergie à haute fréquence 10 est appliquée entre la plaque de support 20 et la plaque de pulvérisation en molybdène et titane 22 à une fréquence d'environ 15 MHz par exemple, pendant une durée suffisante pour former une couche de molybdène et de titane sur-la pastille 10,la couche ayant une épaisseur d'environ 2 500 A par exemple .Lorsque l'é-15 palsseur désirée de molybdène et de titane est obtenue,l'énergie à haute fréquence est coupée et est appliquée de nouveau entre la plaque de support 20 et la plaque de pulvérisation en or 24. L'énergie à haute fréquence est appliquée pendant une durée suffisante pour former une couche d'or sur la couche de molybdène et 20 de titane déposée précédemment jusqu'à une épaisseur d'environ 9 10 000 A par exemple .Après obtention de l'épaisseur d'or désirée on débranche la source d'énergie de l'appareil 21, on coupe l'alimentation en argon et on enlève la pastille 10.La couche de titane et de molybdène qui a été déposé par la pulvérisation à 25 haute fréquence décrite ci-dessus, peut également être déposée par pulvérisation avec une triode .La couche d'or peut également être déposée par des procédés classiques d'évaporation eî on le désire . Après avoir enlevé des tranches comprenant la pastille 10 de 30 l'appareil de pulvérisation à haute fréquence, on élimine les parties en excès des couches d'or et de molybdène et de titane en soumettant les tranches de silicium à des traitements de décapage sélectifs et de masquage par matériau de réserve photographique. Une couche mince d'un polymère de réserve photographique,du KMER 35 de Eastman Kodak'par exemple , est appliqué à la totalité de la surface supérieure de la couche d'or .Le matériau de réserve photographique est exposé à la lumière ultraviolette à travers un masque qui permet à la lumière d'atteindre les zones dans lesquelles les couches d'or et de molybdène et de titane doivent res-40 ter .Le matériau de réserve photographique non expoagé est ensuite 69 15845 " 2011844 éliminé par développement dans une solution de développement photographique. A ce stade, une couche de matériau de réserve photographique recouvre la partie des couches d'or er de molybdène-titane, qui une fols définies doivent former les contaets d'émet-5 teur et de base et les conducteurs élargis , comme représenté à la Fig.4. La tranche est soumise ensuite à une solution de décapage pour éliminer-les parties non masquées de la couche d'or 27.Un décapant convenable pour l'or est une solution d'iode alcooli-10 que et d'iodure de potassium .L'or est soumis à la solution de décapage pendant une durée suffisante pour éliminer l'or non masqué et définir la couche d'or 27 qui doit former la couche supérieure des contacts 18 et 19. La couche de molybdène et de titane 28 mise à découvert par l'élimination de l'or est éliminée éga-15 lement par un décapant chimique tel qu'une solution basique de ferricynaure de potassium pour former la couche de molybdène et de titane 28, .des contacts 18 et 19> qui adhèrent à la couche d'or 27 de chaque contact et' au silicium et à l'oxyde de silicium de la pastille 10. La pastille ïQ est maintenant prête à être mon-20 tée et enrobée .A titre d'exemple de boîtier non hermétique, un enrobage 5 en matière plastique est représenté aux Flg.5a et 5b .Après montage de la pastille 10 sur le conducteur de collecteur 9, un fil d'or 6 est connecté entre le contact de base 19 et le conducteur de base 8 par soudage par perle par exemple 25 et un autre fil d'or 7 est connecté entre le contact d'émetteur 18 et le conducteur d'émetteur 10a L'enrobage en matière plastique 5 est formé ensuite sur la pastille 10 par moulage par transfert, par exemple . Pour obtenir un bon contact ohmique et à faible résistance 30 entre le silicium et3a couche de molybdène et de titane, comme c'est le cas pour tous les contacts contenant des métaux réfrac- talres, tel que le molybdène, il est nécessaire que la région de surface du silicium dans laquelle le contact doit être formé ait une concentration d'impureté élevée, qufeUê soit du type N ou du 55 type P. Quand on utilise du bore ou de phosphore comme impureté par exemple, la concentration superficielle nécessaire pour m bon contact doit être supérieure à x lO^atomes /caP et de pré- 21 férence supérieure à 10 .Un contact électrique peut être formé avec des surfaces de silicium dont les concentrations sont Infé-40 rieures, mais la résistance du contact augmente à mesure que la 69 15845 14 2011844 concentration d'impureté diminue . Dans les transistors tels que ceux décrits ci-dessus ,l'émetteur de type N est ordinairement une région de concentration très élevée, spécialement au nlveua de la surface du fait que cette ré-5 gion est formée par une seconde diffusion .Même si la région de base a généralement une concentration plus faible que la région d'émetteur, elle est ordinairement dopé,e assez fortement, au moins à la surface, pour fournir un contact à faible résistance .Sinôn, un stade de diffusion peu profonde de type P est ajouté avant le 10 dépôt du matériau de contact. Cette diffusion doit être effectuée à travers des trous ayant à peu près la même dimension et située au même endroit que les trous 14 et 15 formés pour les contacts de base et on utilise de préférence les mêmes trous .Dans les circuits intégrés, les opérations de diffusion supplémentaire desti-15 nées à produire des concentrations superficielles élevées dans les zones de contacts sont plus vraisemblablement nécessaires^.Ceci est dû au fait que le contact de collecteur est formé sur le dessù* de la pastille avec une région qui peut être une couche épltaxlale à faible concentration d'impureté ou bien peut être la première 20 diffusion d'un dispositif à triple diffusion, cette première diffusion ayant généralement une très faible concentration d'impureté de façon à permettre les deux diffusions ultérieures .De même, la « région de base du transistor ou d'un circuit Intégré est formée ordinairement en même temps qu'une résistance diffusée .Comme 25 la résistivité rni matériau qui constitue cette région de résistance diffusée doit être assez életeée , la concentration de base doit être assez faible .En conséquence, dans un circuit intégré comprenant des transistors NPN et des résistances diffusées de type P, la concentration d'impureté des régions de collecteur,de 30 base et de résistance doit être augmentée en vue de l'application des contacts . Un circuit intégré ne nécessitant qu'un seul niveau d'interconnexions est représenté à la Fig.6. Le circuit Intégré est formé dans une pastille de silicium de type P 30 comportant un tran-35 slstor formé à l'extrémité gauche par une région diffusée de collecteur de type N 31, une région de base de type P 32 et une région d'émetteur de type N 33. Sur le côté droit, une résistance est formée dans line région d'isolement. 34, la résistance proprement dite étant constituée par la région dlfifuste de type P 35. 40 Avant la diffusion de la seconde région de type N qui forme la ré 69 15845 15 2011844 gion d'émetteur 33, on forme un trou dans la couche isolante 36, en oxyde de silicium par exemple, dans lequel le cotjtact de collecteur doit être formé et une région de type N+ à forte concentration 37 est produite en même temps que la région d'émetteur 5 33«Les réglons de type P+ à forte concentration 38,39 et 42 sont produites par une diffusion de bore sélective et:. consécutive, par exemple en utilisant la couche d'oxyde 36 comme masque .Ensuite, à l'aide de procédés classiques de décapage et de photolithographie, on forme des trous dans la couche d'oxyde dans les - ... 10 quels les contacts des transistors et des résistances doivent être formés et on utilise le procédé de dépôt, comme décrit ci-dessus , pour appliquer la couche de titane et de molybdène 40 et la couche d'or 4l sur la surface supérieure du circuit intégré, en éliminant ensuite sélectivement des parties des deux cou-15 ches pour produire la configuration désirée de contacts et d'interconnexions .Le collecteur 31 est connecté à une extrémité 38 de la résistance par une Interconnexion 39 qui s'étend sur l'oxyde. L'interconnexion 39 de même que les autres contacts du circuit Intégré,. comporte une couche 40 en molybdène et titane disposée 20 sur et adhérant à la couche isolante 36 et aux surfaces à découvert de la pastille 30, et une couche d'or 4l disposée sur et adhérant à la couche de molybdène et de titane 40. Un circuit intégré contient par exemple dans la même pastille semiconductrice un grand nombre de transistors et de résistances du type repré-25 senté à la Fig.6, au lieu d'un seul transistor et d'une se.tfLe résistance . La diffusion de type P+ supplémentaire pour fournir une faible résistance de. contact , peut être Inutile dans certains cas si une pellicule ou une couche très mince d'aluminium est appliquée 50 à. la surface du silicium ou si une couche mince de platine est appliquée à la surface du silicium et est frittée pour former du siliciurtede platine avant dépôt d'une couche de molybdène et de titane sur la surface du dispositif . Il est représenté à la Fig.7 un circuit intégré nécessitant 35 plusieurs niveaux d'interconnexions .Un certain nombre d'éléments fonctionnels sont formés sur une tranche de substrat 70 en matériau semi-conducteur, du silicium par exemple,Bien que seize seulement de ces éléments fonctionnels soient représentés, un nombre beaucoup plus grand est ordinairement utilisé.Chacun des 40 éléments fonctionnels 71 à 86 contient le nombre nécessaire de 69 15845 16 2011844 transistors , de résistances, de condensateurs, etc.. qui sont interconnectés pour produire une fonction de circuit électrique désirée .Par exemple, l'élément fonctionnel 73 peut constituer le circuit représenté schématiquement à la Flg.9 et par la vue en 5 plan de la Fig.8. Le circuit de l'élément fonctionnel 73 comprend les transistors PNP 90,91 92 et 93 et des transistors NPN 94,95, 96,97,98,99 et 100 , trois bornes d'entrée A , B et X et une borne de sortie B. ces bornes jointes à la borne d'alimentation Y, cinQ correspondant îaux/~ bornes désignées de façon Identique dans l'élé-10 ment fonctionnel 73 représenté à la Fig.7. Si l'on désire interconnecter de façon appropriée les quatre éléments fonctionnels 73,76,81 et 86 des seize éléments 71 à 86 afin de réaliser une fonction électrique unitaire, comme représenté à la Fig.7, on relier .entre elles électriquement par un 15 conducteur 87 les bornes B,D,J etO des éléments fonctionnels 73,76, 8l et 86, respectivement .De même, les bornes V,F, L et R sont reliées électriquement par un conducteur 88 et, les bornes X, H, N et Q sont reliées électriquement par un conducteui89 -Si l'on remarque qu'il existe déjà un grand nombre d'interconne-20 xlons électriques de premier niveau qui réunissent ces divers transistors les uns aux autres aussi bien qu'aux autres composants de circuit et aux bornes, comme représenté à la Flg. 7, on note que les condildteurs 87, 88 et 89 doivent recouvrir nécessairement une partie de la configuration d'interconnexions métal-25 liques ôe premier niveau représenté à la Fig.8. Pour cette raison et également parce que les interconnexions entre les éléments fonctionnels sont réalisées de préférence au cours d'une opération distincte de celle servant à former les interconnexions d'un élément , la configuration d'interconnexions de la Flg.7 est formée 30 à un second niveau séparé du premier niveau par un milieu isolant . Les transistors et les autres composants du circuit peuvent être formés dans ou sur le substrat semiconducteur 70 par l'une quelconque des techniques bien connues dans la technologie des 35 circuits Intégrés comme, par exemple, par croissance épltaxlale ou diffusion .Ainsi, 11 est représenté à la Flg.10 en coupe,une partie du circuit Intégré représentée à la Fig.8 avant application de l'une quelconque des interconnexions métalliques ..Le transistor NPN 94 comprend un collecteur du type N formé par le 40 substrat 70 . Une région de base diffusée de type P 110 et une 69 15845 17 2011844 région d'émetteur diffusée de type N 111. La résistance R^ est fournie par la région diffusée de type P 112 qui est formée en même temps que la région de base 110 du transistor 94.Une couche isolante 113 en oxyde de silicium par exemple, située sur la sur-^ face supérieure du substrat acquiert une configuration en gradins, comme représenté, en raison des opérations successives de diffusion .Ensuite, des ouvertures ou des trous sont formés dans la couche Isolante 113 pour la formation ultérieure du premier niveau d'interconnexions . 10 Le stade suivant (Flg.11) consiste à déposer une couche min ce de molybdène 116 d'environ 1 200 A d'épaisseur par exemple sur la surface de la couche Isolante 113 et en contact ohmlque avec le matériau semiconducteur , tel que du silicium dans les trous de la couche Isolante 113. La couche métallique 116 peut également 15 être formée par un mélange de molybdène et de titane, mais la résistance à la corrosion obtenue par le molybdène et le tltahe n'est pas nécessaire car la couche isolante 119, comme représenté à la Fig.12, recouvre et protège les interconnexions inférieures en molybdène .Diverses techniques peuvent être utilisées pour 20 déposer la couche de molybdène, comme expliqué précédemment à propos de la couche de molybdène et de titane . Une couche d'or 117 est formée sur la couche de molybdène, par l'un quelconque des procédés décrits précédemment jusqu'à line épaisseur d'environ O 7 500 A par exemple..O'autfes métaux à conductibilité élevée , 25 teE que le cuivre par exemple qui est métallurgiquement stable avec le molybdène, peuvent être utilisés au lieu de 1'de.Une seconde couche de molybdène 118 est formée sur la couche d'or à O une épaisseur de 1 200 A par exemple. Les couches molybdène-or-molybdène sont décapées successivement , comme décrit précédem-30 ment pour fournir la partie destinée au premier niveau d'interconnexions , comme l'interconnexion 104 reliant ohmiquement la base 114 du transistor 94 à uhe extrémité 112 de la résistance R^, l'interconnexion 101 établissant un contact ohmlque avec l'émetteur 111 du transistor 94 tandis que l'interconnexion 102 connec-35 te ohmiquement le collecteur 70 du transistor 94 à la borne d'alimentation V,comme représenté à la Flg.11. Chaque Interconnexion comporte une couche Inférieure 116 en molybdène, une couche Intermédiaire 117 en or et une couche supérieure 118 en molybdène. Une couche 119 en oxyde de silicium par exemple est déposée •40 Par une technique convenable quelconque, par exemple par évapo- 6$ 15845 18 2011844 ration pu pulvérisation sur la couche de molybdène 118 et est ensuite attaquée sélectivement pour mettre à découvert la surface de la couche de molybdène 118 uniquement au niveau de la borne V, comme représenté à la Flg.12 .La couche isolante 119 a 5 pour fonction d'isoler électriquement le premier niveau d'interconnexions métalliques, tel que 104 des Interconnexions métalliques du -sacond niveau qui doivent être forméesultérieurement .En conséquence, la couche 119 peut être constituée d'autres matériaux non organiques, tells que du nitrure de silicium, 10 de l'oxyde d'aluminium ou de divers matériaux organiques Isolants. Dans cet exemple particulier, la couche isolante 119 est en oxyde de silicium et est déposée par pûlvérisation à haute O fréquence jusqu'à une épaisseur d'environ 20 000 A .Pour obtenir un meilleur contact ohmique entre les deux niveaux d'in-15 terconnexlons , la partie de la couche de molybdène 118 qui est mise à découvert en V par le trou de la couche Isolante 119 est éliminée par des techniques de décapage photosensible, de sorte que le contact peut être appliqué directement à la couche d'or • 117. 20 Une couche de molybdène et de titane 120 est déposée sur la couche isolante 119 à une épaisseur d'environ 1 200 A par pulvérisation à haute fréquence par exemple et une couche d'or 121 est déposée ensuite par dépôt ou par évaporation par exemple O jusqu'à une épaisseur d'environ 7 500 A par exemple .Des cou-25 ches d'or et de molybdène-titane,l21 et 120 respectivement sont ensuite attaquées sélectivement pour obtenir la configuration désirée pour le second niveau d'Interconnexions 122, le contact entre les niveaux étant fourni au niveau du plot de connexion V entre les couches d'or et molybdène-titane 117 et 120 respectl-30 vemeht .Comme expliqué précédemment , l'or s'enlève facilement par décapage dans une solution d'iode alcoolique et d'iodure de potassium, tandis que l'ensemble molybdène-titane est éliminé par décapage dans la même solution que celle utilisée pour le molybdène pur et le ferricyanure de potassium .La couche d'or 35 supérieure 121 adhère bien à la couche de molybdène et de titane 120. Un fil de liaison externe ( non représenté), en or par exemple, peut être lié ensuite par compression thermique à la couche d'or 121 .Parmi les avantages de ce dispositif comme représenté à la Fig.12, on trouve une adhérence extrêmement abonner des 40 eouches de molybdène et ■ de molybdène-titane ■ 9 5 10 15 20 25 30 35 40 15845 19 2011844 ll8 et 120 respectivement à la couche isolante 119- On observ# une augmentation de l'adhérence provoquée par le titane lorsqu'on utilise des mélanges de molybdène et de titane comprenant une quantité aussi faible que 3% de titane. Le titane (Ti) augmente l'adréirence du molybdène à l'oxyde de silicium ou aux surfaces en verre par les liaisons Tl-0 très fortes et aûgmente l'adhérence avec l'or par les liaisons des composés Ti-Au formées à l'interface JfTi-Au .SI un troisième, un quatrième ou un niveau plus élevé ( jusqu'au -n-Ième niveau) de contacts et d'interoph-nexlons est nécessaire, chacun des niveaux, à l'exception du dernier, peut être en molybdène pur, le dernier niveau étant une combinaison de molybdène, de titane et d'or et la couche d'or supérieure facilitant la liaison awec un fil externe .Si l'on désire connecter un conducteur directement au niveau d'interconnexions en molybdène le plus bas, une couche d'or peut être formée sur une partie seulement du molybdène mis à découvert par un trou de la couche isolante située sur le dessus, de sorte qu'un fil d'or peut être lié à la zone d'or limitée . Pour démontrer plus complètement la forte augmentation de la résiâtanêe à la corrosion d'un mélange de molybdène et de métal modificateur disposé sur le molybdène, quelques exemples sont donnés cl-dessous . Dans un essai de tgolutte.d'eau classique, au cours duquel un potentiel de 6 V est appliqué à un certain nombre de rubans minces du métal à essayer et une goutte d'acide phosphorique à 10--7 % est placée sur le ruban pour compléter le circuit, un ruban métallique à trois couches molybdène-or-molybdène est défaillant au bout de 20 secondes à la suite de l'élimination par décapage des couches de molybdène anodlques.Un- ruban à trois couches contenant 80# de molybdène , 20% de titane et d'or,80# de molybdène et 2.0% de titane, ne devient défaillant qu'au bout de 20 minutes à la suite du décapage de l'alliage réfractaire et de l'or au niveau de l'anode . LeS'.dissolutlons des deux métaux s'effectuent à peu près à la même vitesse . Dans l'essai de stabilité métallurglqqe, un ruban de métal comprenant un mélange de 19# de titane et de 8l# de molybdène est appliqué suivant une épaisseur de 125 microns, est recouvert d'une couche d'or de 700 microns et est chauffé à 600°C pendant une heure dans une atmosphère d'azote.La résistivité superficielle initiale du ruban est de 0,044 ohm/carré qui passe à 0,098 ,20 69 15845 2011844 ohm/carré, ce qui indique une très légère réaction du titane dans le molybdène avec l'or . Dans un autre tssai de matériau similaire, une résistivlté Initiale de 0,064 ohm/carré est restée Inchangée au bout de 5 minutes à 500°C. Les deux essais Indiquent 5 une stabilité métallurgique raisonnable . Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple . 15845 21 2011844 REVENDICATIONS 1-Dispositif semiconducteur dans lequel des contacts et/ou des couches métalliques conductrices sont mis en contact avec la surface du dispositif semiconducteur où sont formés sur un matériau Isolant disposé à la surface, caractérisé en ce que des contacts connectés ohmiquement à la surface semiconductrice ou aux couches métalliques recouvrant le matériau isolant disposé sur la surface semiconductrice comprennent un mélange de molybdène et d'un métal modificateur ayant une résistance à la corrosion plus grande que le molybdène . 2-DispositIf suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le modificateur peut être du titane, du tantale, du chrome, du zirconium, de l'hafnium, ou du silicium. 3-DlsposItif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche métallique de conductivité plus grande est formée sur une partie au moins de la couche métallique . 4-Dispositif suivait la revendication 3, caractérisé éa ce que la couche plus fortement conductrice est en or .