Brevet FR2002177A1 — publié le 19691017

I0D21T7 lia présente invention a tbrailfc à 5 Iibb E±p0H±tfcs aîn&éjgras cBlassigaes uaMILILsenlb Jas =eHiBBaa?EflfflB de contact -en aluminium sa isoasdtpct avec r>mi sMsae semiconducteur -Bit iLee fil,s -conducteurs &x ©r jfifaçgB. a. ;bbs ■Skec&rjaïLBSa. ©as âisjxGsitiîs acrat .montés st enrobés sHisssofÉfc ame ■gxsmàïB- imiâêfië «âs amgyaas mai h 3lLb ùsont susceptibles Js 'SJïBBfeiDisitâs -Soi Jnaàlifc #e-' -.gpHfeEB causes 10 ^nHtîffkc^jmltes s m dmlfaMsua-^tsGEaa^r ;àe toauaigMBb mue Ja. suEËass fiUsLB-auânœ d3aa dispositif agmârsmftogiHaflai':» «nos xsBBfâm SEribr© âs® métaux, par fixemplB ente® &© IL^sallaiminiHm ©ifc de la«ara :se fgraaifeeâ.— sant ;à ibas iteaçpfeaterass ©Is^ees-, -âe aPap-sn a na®isatiE© -m^iBwwîi:«pa.»a .sb rrrorhin arr.rrt ^jesaiasasefc Sas sEgSÉKBÉâiSBS d© msfaâ.'S^e '®EDL srssn-fc jasB intercxamesTlm awec X' 'an.nmfr^riiami tiUàamETHrîb et nm anaa-ttecLb SEBnâBmmifci Uses tgch risques imrMsms torôb Un tant de l'-'inventixin consiste aisne à ;prs:minr aine strue-J25 ture Rfirrri -Rrartg setr! b% ©fc 3®rMsœ213£asEHHsaffit; tes ®â33H0fi.ita3 âaatégréB ayant des ëleetrodes de oontacst bîi eontaet samm 3® laloe Bsmi.oon-dittîstBiir J» 3ba •s±JHEBKbQîm, tems HiagaellB l^s SHiBEHa^Biâisnts aaaËt3^E^s sL—dessiis BEnt éliiiHJ^B ®5fc qpâ. 3Jsixt 'MECB 3Êaferii;.giiBB ^relativemBnt fani IhemRnt. 30 "gbb ibxdîb étant gxrebbifits a lj©bprjltfc3 3.3jto®etaâsim ipésilde gj;gm.c! uns structure B-BiaieBiadiietriCB .oamprsneint -xm ïIde .semiconducteur ayant aa -itesax s&ms® Ban^^Ha^aE^tatoefS S.3'ïin premifir type tlB 'OiHiducti'hnH iibë -et 'daa itg^as 'Cjg»a®e d© iC0jai;uBM3)33±tfi sb tbsaîfc minant reBpB.etivement :sur .une dBS grandes î'aees #u bloc ©t déli-'35 mî-tant entre elles au amsâjjs «sa© .jBnctisn S-3ST ;bb ifeerminant .sur cette gT"»Tidp> face, une premier© aouche .-isolants placés sur cette grand© f e± la recouvrant cDJiijilètHEîent sauf een dss curerturss de 'Cïïmtaet :à .l-1 intérieur -S© ©ett© ;et -tes ■elBctriadBS d© 69 04050 2 ■m-?H i *7"7 M-$Jw2 lit contact disposées respectivement à l'intérieur de ces ouvertureb en contact non redresseur avec les zones semiconductrices découvertes par lesdites ouvertures, cette structure étant caractérise^ par un réseau de conducteurs disposés sur la. première souche isas-5 laite et interconnectant sélectivement lesdites électrodes de contact, une deuxième couche isolante recouvrant au moins les dites électrodes de contact et ce réseau de conducteurs sauf à l'emplacement de fenêtres de fixation de tampons, lesdites fenêtres découvrant des zones de contact sélectionnées dudit réseau 10 ou des dites électrodes, une première couche métallique placée à l'intérieur de chacune de ces fenêtres et recouvrant les parties périphériques de la deuxième couche isolante au voisinage desditeB fenêtres, et une deuxième couche métallique recouvrant la premiers couche mé"baHiepie.. 15 On remarquera que la surface du hloc semiconducteur dans cette structure est complètement protégée contre les matériaux étrangers par la première et la deuxième couche isolante. la métal;-lisation -utilisée est non rteactive et forme 3.es fixations solides avec "le matériau contigîi. lies possibilités de variation des ea-20 rac%éris1a.:qnefs du dispositif dûes à oeeel laomhar&ement par des radiations sont très diminuées. Ions les matériaux métalliques qui son* ■susceptibles de corrosion sont protégés par la deuxième couche isolante» CSes avantages sont obtenus même si 3Le procédé de fabrication selon l'invention comportant un contact d'aluminium et la 25 fixation d'un fil d'or est maintenu. lia deuxième couche isolante petfc être placée entièrement sur la première couche isolante, les fenêtres de fixation de tampons découvrant seulement des zones sélectionnées xLes électrodes âm contact -ou du réseau de eonduc--tsars» lia première couche méijalliq.ue placée ?à l'intérieur de ces 30 fenêtres, comme indiqué ci-dessus , s'éibend àn-délà de la périphérie de la fenêtre, en créant un joint à cettB périphérie avec la deuxième -couche diélectrique, tandis que la deuxième couche métallique permei: de fixer "très facilement des fils ou d'autres électrodes- Dans le mode de réalisation préféré, dans le but de faei-35 liter la fabrication, les électrodes de contact et le réseau de conducteurs sont en aluminium, la première couche métallique est constituée d'un métal appartenant aux groupes IVB, T/B et VIB de la table période des éléments, par exemple du titane, et la deu xième couche métallique est constituée par un métal noble tel que 40 l'or. 69 04050 3 2002177 L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et au dessin annexé sur lequel : — la fig. 1 est une vue partiellement coupée d'ion circuit intégré à semiconducteur selon l'invention, à un stade de fabri- 5 cation précédant l'application des caractéristiques de l'invention, et - les fig. 2 et 3 sont des vues partielles agrandies correspondant à la structure de la fige 1, coupées suivant la ligne II-II, et donnant un exemple d'application de la présente inven- 10 tion. Sur la figo 1, un circuit intégré à semiconducteur est représenté et il renferme un bloc 10 d'un matériau semiconducteur comportant plusieurs zones du type ? et du type Na la nature 15 exacte du circuit intégré n'est pas indiquée parce qu'elle ne concerne pas directement la présente invention» La structure représentée est donnée simplement à titre d'exemple et elle comporte dans la partie gauche une résistance R et dans la partie droite tin transi&or T. La façon suivant laquelle ces structures peuvent 20 être fabriquées est indiquée dans la littérature. Sur la surface du dispositif, comme cela est classique, est disposée une première couche isolante 12 comportant des ouvertures 14 là où on désire placer des contacts avec les diverses zones semiconductrices. Gomme représenté sur la fig. 1, une première couche métallique 16 25 est disposée sur la surface et s'étend à l'intérieur de l'ouverture 14 de façon à engendrer des contacts ohmiques, cette couche s'étendant aussi sur la couche isolante 12 de façon à créer des interconnexions entre les contacts sélectionnés. La première couche isolante 12 et la première couche métallique 16 peuvent être 30 de préférence constituées respectivement par du bioxyde de silicium obtenu par croissance thermique (pouvant renfermer en outre une couche de nitrure de silicium) et de l'aluminium, conformément à la technique actuelle, bien que d'autres couches de protection et d'autres contacts métalliques puissent être utilisés. 35 La fig. 2 représente la structure renfermant le perfec tionnement de l'invention. Elle représente seulement une des structures de fixation d'un tampon qui peuvent être simultanément formées en accord avec l'invention. Une deuxième couche 69 04050 4 2002177 isolante 18 est placée sur la première couche isolante 12 ai ngî que sur le réseau de contact et d'interconnexion de la couche 16 sauf là où on veut placer des tampons de fixation. De telles zones se trouvent là où une connexion conductrice extérieure doit être 5 effectuée. Dans cette partie du dispositif, la deuxième couche isolante 18 recouvre la périphérie de la couche d'aluminium 16 et délimite une fenêtre dans laquelle sont placées deux couches métalliques supplémentaires comportant une deuxième couche 20 d'un métal appartenant aux groupes IVB, VB ou "VTB de la table périodique des 10 éléments, par exemple du titane, du tantale, ou du molybdène, et une couche supplémentaire 22 d'un métal noble tel que de l'or auquel un fil d'or 24 peut être fixé par compression thermique ou par d'autres techniques qui seront décrites ci-après, le titane est préférable pour la couche 20. 15 la deuxième couche diélectrique 18 peut être formée en déposant un verre à base de bioxyde de silicium pair décomposition de silane à basse température, bien que d'autres dépôts vitreux puissent être utilisés, par exemple du quartz pulvérisé, ou de l'oxyde de silicium déposée en vapeur ou bien encore du quartz ou 20 du verre Pyrex. Les deux couches isolantes 12 et 18 renferment donc de préférence une partie importante de bioxyde de silicium. Dans tous les cas dans lesquels l'invention nécessite un réseau bien déterminé, des techniques photo-lithographiques classiques peuvent être utilisées en association avec une sélection convenable 25 de décapants convenant aux matériaux particuliers utilisés. L'évaporation sous vide de couches métalliques peut être commodément utilisée. Les couches de titane et d'or peuvent être successivement déposées à l'intérieur d'un système comprenant une unique pompe à vide.. 30 II est préférable d'utiliser une évaporation lente de la couche d'aluminium initiale pour obtenir une couche d'une meilleure qualité. L'aluminium évaporé à partir d'une source, qui peut comporter une bobine de chauffage en tungstène, ne peut pas se déposer sur le substrat grâce à tin obturateur, sauf pendant une 35 partie intermédiaire du cycle d*évaporation. En d'autres termes, l'aluminium initialement évaporé et 1'aluminium évaporé à la fin en provenance de la source ne doivent pas bombarder le dispositif parce qu'on a trouvé que la partie initiale peut contenir des impuretés provenant du dispositif de chauffage utilisé pour l'éva- 69 04050 5 200217? poration. les épaisseurs des couches ne sont pas critiques dans le cas de couches métalliques. D'une façon générale, une épaisseur de l'ordre de 8.000 à 10,000 angstroms pour chaque couche est convenable. Une valeur analogue convient pour les couches dié-5 lectriqueso II est important cependant que les couches de titane et d'or 20 et 22 s'étendent sur le bord de l'ouverture de la deuxième couche diélectrique 18 de façon à assurer un scellement parfait de la couche d'aluminium sous-jacente qui serait susceptible de corrosion du fait d'humidité. Ceci peut par exemple être obtenu 10 à l'aide de couches de recouvrement 20 et 22 dépassant de 0,012 mm autour de la fenêtre. Le titane et d'autres . jné'taux. de son groupe sont des métaux réfractaires réactifs qui réagissent sur la couche d'oxyde ou sur la couche de verre 18 de façon à former un joint et à créer une bonne résistance à la corrosion tout en empêchant 15 une pénétration des ions étrangers à la surface du dispositif. En outre, cette structure permet d'effectuer de bons contacts ohmi-ques du fait de l'utilisation de l'aluminium, ainsi que de bonnes fixations de conducteurs en utilisant de l'or sur sa surface- A titre d'exemple, des circuits intégrés ont été fabriqués 20 par le procédé suivant selon l'invention : des blocs de silicium diffusés comportant une couche de bioxyde de silicium obtenue par croissance thermique (couche isolante 12) et des contacts d'interconnexion en aluminium (couche métallique 16) formés par des tech-25 niques classiques (sauf en ce qui concerne l1évaporation lente de l'aluminium pulvérisé comme précédemment décrit) sont nettoyés par élimination de l'oxyde d'aluminium se produisant sur l'aluminium, par exemple à l'aide d'une solution de 20 grammes de "5 trioxyde de chrome et de 35 cm d'acide phosphorique dilués dans 30 un litre d'eau dans laquelle les blocs sont placés pendant environ 1 minute à la température ambiante. Les blocs sont ensuite rincés dans de l'eau désionisée puis séchés énergiquement. Le dépôt de verre (couche isolante 18) est obtenu par décomposition du silane dans de l'oxygène en utilisant de l'azote 35 pour purger le tube ouvert dans lequel cette opération est effectuée. Dans un exemple caractéristique, on utilise un débit de 1.500 cmVniinute d'azote, de 95 cm^/minute d'oxygène et de 173 cm^/minute de silane. Les blocs sont placés sur une plaque 69 04050 6 o.a-^177 i / / chauffée a 455 °C et le dépôt continue pendant 18 minutes de façc: à former une couche de verre à-base d'oxyde de silicium de 8.00L angstroms d'épaisseur, après quoi le débit de silane est arrêté les blocs sont chauffés dans une atmosphère d'azote et d'oxygène 5 pendant environ 15 minutes. les blocs vitrifiés sont nettoyés, séchés, et on leur applique un matériau photo-résistant (par exemple un matériau photo-résistant métallique fabriqué par Kodak), ce matériau étan.~ e3sposé et développé par des techniques connues» Un décapage est 10 effectué de façon à constituer les fenêtres dans les zones qui doivent comporter des tampons de fixation, à l'aide d'une solution comportant une partie d'acide fluorhydrique concentrée et six parties de fluorure d'ammonium, pendant environ une minute-le matériau photo-résistant est ensuite éliminé. 15 Avant d'effectuer le dépôt de titane et d'or, le bloc est soigneusement nettoyé par un trempage d'une minute dans le décapant à base d'oxyde d'aluminium ci-dessus mentionné, puis par un rinçage dans de l'eau désionisée, puis par un séchage énergique, le bloc est alors placé dans une chambre à vide ayant 20 une pression résiduelle de 2 x 10^ mm de mercure, puis du titane et de l'or sont successivement déposés par évaporation de façon à constituer des couches de 10„000 angstroms d'épaisseur chacune. Un masquage photo-résistant est effectué sur la surface 25 de l'or à l'aide d'un matériau photo-résistant fabriqué par Kodak de façon à recouvrir le métal dans les zones où l'on prévoit des tampons de fixation et dans une zone périphérique du métal au-dessus du bord des fenêtres de verre, les blocs masqués sont soumis à un décapage de l'or_à 85°0 pendant environ 20 secondes, 30 à l'aide d'un décapant connu sous la marque "Auro-Strip", à une concentration de 100 g/litre. Ils sont alors soumis à un décapage du titane à effectuer à 110°0 à l'aide d'une solution d'acide sulfurique à 50 °U pendant environ 5 secondes, le matériau photo-résistant est éliminé et des essais habituels du bloc sont 35 exécutés, puis la fixation d'to. fil d'or est effectuée* Des dispositifs selon l'invention ont été construits et ils ont résisté pendant au moins 30 heures à des pressions élevées de vapeur et d'eau sans aucune corrosion de l'aluminium. 69 04050 7 2002177 En dehors de l'utilisation d'un fil d'or, il est possible d'utiliser des structures selon l'invention utilisant un dépôt de soudure. Au lieu de fils conducteurs fixés aux zones des tampons de fixation, des dépôts conducteurs agrandis sont appliqués par 5 exemple par revêtement d'or supplémentaire sur les structures décrites à travers un masque photo-résistant. La structure peut alors être fixée en l'inversant sur un support comportant des voies conductrices constituées par un circuit imprimé. La soudure supplémentaire peut être appliquée en trempant verticalement 10 un substrat préchauffé aux environs de 150°0 dans une soudure ramollie étain-plomb qui adhère seulement à la couche d'or découverte. La fig. 3 montre une structure analogue à celle de la fig. 2 sauf que l'élément 124 est une masse d'un métal conduc-15 teur de 0,125 mm de diamètre, par exemple- La masse de métal 124 peut être constituée par une certaine quantité d'or plaquée sur la couche d'or 22 ou bien par une soudure étain-plomb, comme indiqué ci-dessus ou par un autre matériau conducteur d'une dimension suffisante pour utiliser une technique de fixation par retourne-20 ment. On a proposé pour la métallisation d'autres circuits intégrés des procédés utilisant une fixation d'or à de l'or. De tels procédés utilisent de l'or dans les interconnexions elle-mêmes, et par suite une exposition à un rayonnement ambiant 25 peut provoquer une diminution de la qualité des performances du dispositif. L'or absorbe de façon inhérente une charge quand il est bombardé et cette charge peut provoquer une inversion du type de conductibilité du matériau situé sous la couche d'oxyde-Ici, cet effet ne peut pas se produire parce que l'or est limité 30 aux zones des tampons de fixation qui normalement ne se trouvent pas au-dessus des jonctions actives P-ïf» 69 04050 s 2002177 BBEBBDICiMIQNB 1. — Structure semiconductrice comprenant un "bloc semiconducteur ayant au moins deux zones semiconductrices d'un premier type de conductibilité et du type opposé de conductibilité se terminant respectivement sur l'une des grandes faces du bloc 5 et délimitant entre elles au moins une jonction p-n se terminant sur ladite grande face, une première couche isolante s1étendant sur cette grande face et la recouvrant complètement sauf à l'emplacement d'ouvertures de contact à l'intérieur de cette première couche, et des électrodes de contact disposées respectivement à 10 l'intérieur de ces ouvertures en contacts non redresseurs avec les zones semiconductrices découvertes par lesdites ouvertwsjs,cette structure étant caractérisée par un réseau de conducteurs placé sur la première couche isolante et interconnectant sélectivement lesdites électrodes de contact, une deuxième couche isolante re-15 couvrant au moins les dites électrodes de contact et le réseau desconducteurs sauf à l'emplacement de fenêtres destinées à placer un tampon de fixation et découvrant des zones de contacts sélectionnées de ce réseau ou de ces électrodes de contact, une première couche métallique disposée à l'intérieur de chaque fenêtre 20 et recouvrant les parties périphériques de la deuxième couche isolante contigiie aux dites fenêtres, et une deuxième couche métallique recouvrant la première couche métallique. 2. - Structure selon la revendication 1, dans laquelle les électrodes de contact et le réseau de conducteurs sont essen- 25 tiellement en aluminium, la deuxième couche métallique étant en un métal noble- 3. - Structure selon la revendication 2, dans laquelle la première couche métallique est constituée d'au moins un des métaux des groupes IVB, TB et "VTB de la table-périodique des éléments, 30 et la deuxième couche métallique est de l'or. 4. - Structure selon la revendication 3, dans laquelle la première couche métallique est du titane. 5. - Structure selon les revendications précédentes, dans laquelle un conducteur en même métal que celui de la deuxième 35 couche métallique est fixé à cette dernière couche. 6. —Structure selon une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle une masse métallique est placée sur cette deuxième couche métallique et fixée à cette couche. i 69 04050 9 2002177 7. - Structure selon une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première et la deuxième couches sont de l'oxyde de silicium ou bien comportent de l'oxyde de silicium comme constituant principal. 5 8. - Procédé de fabrication d'une structure semiconduc trice telle que décrite dans les revendications précédentes, dans lequel les électrodes de contact et le réseau de conducteurs sont préparés en déposant une couche d'aluminium sur la première couche isolante et à l'intérieur des ouvertures de contact et en 10 éliminant sélectivement des parties des couches d'aluminium déposées ; la deuxième couche isolante est préparée par un dépôt d'un matériau isolant qui recouvre la première couche isolante, les électrodes de contact et le dit réseau, sauf à l'emplacement de fenêtres destinées à recevoir un tampon de fixation ; la pre-15 mière couche métallique est préparée par un dépôt de métal sur la deuxième couche isolante et à l'intérieur des dites fenêtres; et la deuxième couche métallique est une couche d'un métal noble préparée par dépôt d'un métal sur la première couche métallique, la première et la deuxième couches métalligues étant éliminées 20 sélectivement de façon à découvrir cette deuxième couche, sauf dans les parties périphériques. 9. - Procédé selon la revendication 8, dans lequel la couche d'aluminium est faite par m dépôt de vapeur. 10. - Procédé selon les revendications 8 et 9 permet-25 tant de préparer la structure indiquée dans la revendication 7, dans lequel la deuxième couche isolante est préparée par décomposition d'un composé de silicium vaporisé.