Brevet FR2004350A1 — publié le 19691121

La présente invention concerne la formation par métallisa-tion de dépôts ou de films minces de platine, et plus particulièrement un procédé pour délinéer ces films par gravure sélective. Ce procédé est particulièrement utile pour la fabrication des 5 structures microélectroniques en semiconducteurs. La formation par métallisation de revêtements est devenue une pratique courante pour la fabrication dfune grande variété de dispositifs semiconducteurs. Pour pouvoir être utilisé pour la métallisation de ce type, un métal doit (1) pouvoir établir un 10 bon contact ohmique sur le semiconducteur, (2) être un excellent conducteur, (j5) bien adhérer à la fois au semiconducteur et au bioxyde de silicium ou à d'autres couches de passivation (4) être chimiquement compatible avec la couche de passivation, (5) former une base convenable pour la fixation des conducteurs de sortie,et 15 (6) permettre des opérations de gravure sélective pour l'établissement ou la délinéation des configurations voulues. Du point de vue de la facilité de traitement et de la réduction du prix de revient, il est évidemment désirable de choisir un seul métal pouvant satisfaire à toutes ces conditions. L'alu-20 minium est satisfaisant pour de nombreuses applications, et c'est le seul métal considéré comme pouvant être utilisé largement du point de vue commercial pour former des couches par métallisation. Cependant, l'aluminium est loin d'être parfait et le perfectionnement des modes de métallisation est recherché dans l'industrie. 25 De nombreux systèmes de métallisation à deux et trois cou ches ont été étudiés-de près pour résoudre ce problème d'une façon approchée. Suivant ces systèmes, une première couche de métal pouvant établir un bon contact ohmique avec le semiconducteur et pouvant adhérer à la couche de passivation sans interaction est d'a-^0 bord déposée, ce dépôt étant suivi du dépôt d'une ou plusieurs couches supplémentaires pour former la meilleure surface possible pour la fixation des conducteurs de sortie» Des exemples courants, de ces systèmes à plusieurs couches comprennent les combinaisons molybdène-or, aluminium-molybdène-or, aluminium et nickel-chrome, 35 chrome-or, etc. Plus récemment, ont été étudiés des systèmes comportant du platine parmi lesquels les combinaisons titane-platine-or, chrome-platine-or et l'utilisation du platine seul. Cependant, la délinéation des films ou couches de platine est difficile en raison de sa résistance aux traitements de gravure et à cause des 69 08174 2 2004350 limitations inhérentes des compositions habituelles cle réserve photographique utilisées pour la gravure sélective » La présente invention a pour objet un procédé pour la délinéation des films minces en platine. L'invention a de même pour 5 objet un procédé pour le dépôt par métallisation du platine pour la fabrication des dispositifs semiconducteurs, ce film étant seul ou étant associé à d'autres films métalliques. L'invention a aussi pour objet de faciliter la délinéation des dépôts formés par métallisation en plusieurs couches et comprenant du platine par un 10 procédé de gravure sélective du film de platine et en utilisant ensuite le platine déposé suivant la configuration désirée comme cache ou comme réserve pour la gravure sélective d'un ou plusieurs films métalliques préalablement déposés. Suivant une caractéristique de l'invention, le film de pla-15 tine est rendu plus facile à graver en convertissant d'abord les zones non désirées du film de platine en un composé intermétallique contenant du platine. Plus particulièrement, une caractéristique de l'invention suivant un mode de mise en oeuvre est le dépôt d'aluminium sur le film de platine, suivi de la gravure sélec-20 tive de l'aluminium pour obtenir un film d'aluminium correspondant à l'image complémentaire de la configuration désirée pour le platine et ensuite du chauffage du: film composite à une température suffisante pour former un composé intermétallique pla.tine-aluminium ayant la même configuration que celle de l'aluminium. '25 Une caractéristique supplémentaire de'l'invention pour un système à plusieurs couches est l'utilisation du film de platine ayant reçu la configuration désirée comme réserve pour la gravure sélective d'un ou plusieurs films métalliques situés en dessous. L'invention concerne ainsi en particulier un procédé pour 50 la gravure sélective d'un film de platine, en commençant par le dépôt sur le fim de platine d'un métal pouvant former avec celui-ci un composé intermétallique plus facile à graver- que le platine lui-même. L'aluminium est un exemple préféré d'un tel métal. Le silicium peut aussi convenir. Le film d'aluminium ou d'une autre 55 matière est ensuite gravé sélectivement pour obtenir l'image complémentaire de là configuration désirée pour le platine. Les films superposés sont ensuite chauffés à une température suffisante pour formér avec le platine un composé intërmétallique. Une température de 400°C à 500°C suffit dans le cas de l'aluminium. Le composé 69 08174 3 2004350 intermétallique est ensuite supprimé sélectivement par gravure de façon à délimiter le platine subsistant avec la configuration désirée. L'invention concerne aussi un procédé pour former une struc-5 ture microélectron!que en semiconducteur passivé avec un revêtement de titane et de platine en commençant par la gravure sélective de la couche de passivation pour former des fenêtres aux endroits où un contact doit être établi sur la structure. Un film en titane d'une épaisseur convenable est ensuite déposé sur la 10 structure pour établir un contact ohmique avec le semiconducteur aux endroits exposés par l'opération de gravure sélective. Un film ou un dépôt de platine est ensuite formé sur la couche de titane et finalement un film d'aluminium est déposé sur le platine. Comme il a été indiqué ci-dessus, l'aluminium est ensuite gravé 15 sélectivement pour obtenir l'image complémentaire de celle désirée pour le platine, après quoi l'ensemble est chauffé pour former un composé intermétallique platine-aluminium et ce composé intermétallique est ensuite enlevé par gravure pour délimiter ou déli-néer la configuration désirée de la couche de platine. En utilisant 20 ensuite le platine comme réserve, la couche de titane est supprimée sélectivement par gravure pour obtenir la configuration finale de la couche composite de titane et de platine. La présente invention peut être utilisée chaque fois qu'il est désiré de donner une configuration déterminée à un film ou 25 une couche de platine. Une utilisation particulièrement intéressante du procédé concerne la fabrication de dispositifs semiconducteurs microélectronique et en particulier des circuits intégrés monolithes en silicium. Il est connu de former sur ces circuits une couche superficielle d'un diélectrique de passivation, par 30 exemple en bioxyde de silicium, en silice-alumine, en nitrure de silicium ou en n'importe quelle combinaison de deux ou plus de deux matières de ce type. Pour former des structures portant une couche formée par métallisation ayant une configuration donnée selon la présente invention, des fenêtres sont formées dans les 35 couches de passivation en utilisant des techniques connues, et en particulier en utilisant une réserve photographique et une gravure sélective „ Une couche de titane d'une épaisseur convenable, O par exemple de 500 à 2 500 A, est d'abord formée par des procédés connus, par exemple par évaporation sous vide ou par bombardement 69 08174 4 2004350 ionique . Une couche de platine de 1 000 à 3000 A est ensuite appliquée pour couvrir la couche de titane. Le dépôt du platine est de préférence effectué à la suite dans le même appareil que pour le dépôt du titane, sans exposition du titane à l'atmosphère. O 5 Une couche d'aluminium de 3 000 à 5 000 A est ensuite appliquée sur la couche de platine par une technique connue, par exemple par évaporation sous vide ou par bombardement ionique. La couche d'aluminium est ensuite gravée sélectivement pour obtenir l'image complémentaire de ceJle désirée pour la couche de 10 platine. Autrement dit, l'aluminium est supprimé de façon qu'il couvre seulement les zones de la couche de platine devant être supprimées. La structure composite est ensuite soumise au frittage à une température suffisante pour la formation d'un composé intermétallique contenant le platine, Une température de 400°C à 15 500°C convient en général. Par exemple, un traitement préféré est de 10 à 15 minutes à 450°C. La gravure consécutive pour l'élimination du composé platine-aluminium est de préférence effectuée en plusieurs étapes. Une solution d'hydroxyde de potassium ou de sodium est d'abord utilisée pour supprimer les couches riches en 20 aluminium et cette opération est ensuite suivie de l'utilisation d'eau régale tiède pour' supprimer les couches riches en platine. La température et la force de l'eau régale sont choisies pour éviter une attaque appréciable du platine pur. L'eau régale n'attaque pas le titane situé en dessous. Par exemple, une à-deux mi-25 nutes à 50°C suffisent en général pour supprimer les couches riches en aluminium et 30 secondes à une minute à 50°C dans l'eau régale conviennent en général pour supprimer le reste des couches du composé platine-aluminium. Dans cette solution, le composé PtAl est gravé approximativement dix fois plus vite que le platine. 30 En utilisant ensuite le platine ayant reçu la configuration désirée comme réserve, les zones exposées de la couche de titane sont supprimées en immergeant la structure composite dans un bain de gravure convenable pour le titane, par exemple une solution diluée de H^SO^. 35 Suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, la couche de titane peut être omise. Dans ce cas, le platine est déposé directement sur la couche de passivation en oxyde ou autre matière afin d'établir un contact avec la structure du semiconducteur aux endroits exposés à travers les fenêtres de la couche de passiva- 69 08174 2004350 tion. Suivant ce mode de mise en oeuvre, l'opération de métallisation est terminée après la suppression du composé intermétallique platine-aluminium.Des résultats convenables peuvent aussi être obtenus en remplaçant le titane par d'autres métaux réfractaires= 5 Des métaux particulièrement utiles sont 3e chrome, le tantale, le molybdène, le tungstène, le nickel et le zirconium. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel: 10 la figure 1 est une coupe schématique à grande échelle d'une structure en semiconducteur microélectronique devant être métallisée selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, les figures 2 à 7 sont des coupes schématiques à grande échelle illustrant différentes étapes intermédiaires du traitement 15 selon l'invention, et la figure 8 est une coupe schématique à grande échelle du système métallique terminé suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 représente un élément semiconducteur 11 dans le-20 quel ont été formées une zone émetteur 12 et une base 13. Une couche de passivation 14 est formée sur la surface supérieure avec des fenêtres 15 et 16 pour permettre l'établissement des contacts sur l'émetteur et la base. Le semiconducteur 11 est en général en silicium, mais cependant le germanium et d'autres matériaux 25 semiconducteurs peuvent être utilisés, par exemple l'arséniure de gallium et d'autres semiconducteurs en composés des groupes III-V. La couche de passivation 14 est habituellement en bioxyde de silicium, mais cependant d'autres matières telles que le verre silice-alumine, le nitrure de silicium et d'autres composants diélec-30 triques peuvent être utilisés. Les fenêtres 15 et 16 sont formées par des procédés connus de gravure sélective. La figure 2 montre l'addition d'une couche de titane ou d'un autre métal réfractaire 17 à la structure de la figure 1 pour établir des contacts sur l'émetteur 12 et la base 13. La couche 35 de titane est formée par évaporation sous vide ou par bombardement ionique d'après les procédés connus. Sur la figure 3, une couche de platine 18 couvre la coiche de" titane 17» Le platine est aussi déposé par des procédés connus. La figure 4 illustre l'addition d'une couche d'aluminium 19 couvrant la couche de platine 18. 69 08174 6 2004350 L'aluminium est aussi déposé par des procédés connus.- La figure !> illustre la gravure sélective de la couché d'aluminium 19 pour obtenir une configuration représentant l'image complémentaire de celle désirée pour la couche de platine 18. La gravure'sélective 5 de la couche d'aluminium est effectuée par des procédés connus, par exemple en utilisant line réserve photographique pour établir une configuration de protection, et en utilisant ensuite une solution d'hydroxyde de sodium ou une autre composition convenable pour la gravure de l'aluminium, et en supprimant finalement la 10 réserve photographique. La figure 6 illustre la formation dtune couche de composé intermétallique platine-aluminium 20 par chauffage de la structure composite au moins à 400°C pendant un temps suffisant pour permettre l'interaction des couches 18 et 19» Cette opération est de 15 préférence conduite à environ 4-50°C pendant 10 à 15 minutes. La figure 7 illustre la suppression de la couche de platine-aluminium 20. Cette couche peut être supprimée en une seule opération au moyen d'une composition de gravure. Cependant, cette couches est de préférence supprimée par étapes parce que les premières parties 20 à supprimer sont riches en aluminium et les parties finales riches en platine. Par suite, l'utilisation d'une solution d'hydroxyde de sodium ou d'une autre composition pour la gravure de l'aluminium convient pour supprimer les couches riches en aluminium et l'utilisation consécutive d'eau régale convient pour sup-25 primer les couches riches.en platine. La sévérité de la gravure finale peutêtre limitée pour éviter une attaque appréciable de la couche de platine pur 18. Par exemple, la suppression de la couche 20 peut être faite à 500°G par traitement par une solution d'hydroxyde de sodium pendant 1 à 2 minutes, et ensuite par immer-30 sion pendant une demie à une minute dans l'eau régale à cette même température. Comme le montre la figure 8 , les zones indésirables de la couche de titane 17 sont ensuite supprimées par un bain de gravure acide, en utilisant le platine comme réserve, pour obtenir la 35 configuration finale de la couche composite titane-platine, conformément à l'invention. Bien que la description précédente concerne la délinéation des couches ou films de platine, il est évident que l'invention 69 08174 7 2004350 peut aussi être utilisée pour la délinéation des films ou couches de palladium et de rhodium, par exemple et pour la délinéation de n'importe quel métal résistant à la gravure et formant avec un autre métal un composé intermétallique d'une gravure facile comme dans le cas de l'aluminium et du silicium pour le platine. Bien entendu, la description qui précède n'est.pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 69 08174 s 2004350 REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour la gravure sélective d'une couche ou film d'un premier métal résistant à la gravure caractérisé par le dépôt sur cette couche d'une seconde couche d'une matière pouvant 5 former avec le premier métal d'ion composé plus facile à graver, la suppression de zones de la seconde couche pour obtenir une configuration correspondant à l'image complémentaire de celle désirée pour le premier métal, le chauffage de la structure à une température suffisante pour former le composé et la suppression 10 par gravure de ce composé pour que la couche du premier métal subsistant soit l'image complémentaire de celle formée par la seconde couche. 2 - Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier métal est choisi dans la famille platine-palladium 15 et le second métal est l'aluminium ou le silicium. 3 - Un procédé pour établir sur une structure microélectronique en semiconducteur passivé line couche métallique résistant à la gravure caractérisé par l'ouverture de fenêtres dans la couche de passivation aux endroits où des contacts doivent être éta-20 blis sur la structure microélectronique, le dépôt d'une seconde couche d'un métal choisi dans la famille platine-palladium sur la première couche, le dépôt d'une troisième couche de silicium ou d'aluminium sur la seconde couche, la suppression de zones de la troisième couche pour obtenir l'image complémentaire de celle dé-25 sirée pour la seconde couche, le chauffage de la structure au moins à 400QC pendant ion temps suffisant pour la formation d'un composé intermétallique par les métaux de la seconde et de la troisième couche, la suppression par gravure du composé intermétallique pour que la configuration de la seconde couche subsistant 30 soit l'image complémentaire de l'image de la troisième couche et la suppression par gravure des zones voulues de la première couche en utilisant les zones subsistantes de la seconde couche comme réserve. 4 - Le procédé selon la revendication 3* caractérisé en ce 35 que la première, la seconde et la troisième couches sont respectivement en titane, en platine et en aluminium.