Brevet FR2008771A1 — publié le 19700123

1^146 ' 200-8771 La présente invention est relative à des dispositifs serai- \ conducteurs 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 . j tj Dès le tout début de l'industrie des semiconducteurs, des !" recherches continuelles et poussées ont été effectuées pour dé- I couvrir les moyens les meilleurs et les rnoins coûteux pour mettre sous boîtier des dispositifs semiconducteurs.Jusqu'à une date ré- ■ cente, c'est-à-dire jusqu'à 1'avènement de l'enrobage plastique 10 des dispositifs planar, la technique le plus couramment utilisée j ' 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 utilisant le support et le boîtier est très coûteux,le ! 15 coût du support et du boîtier dépassant quelquefois celui du dis- ' positif semiconducteur lui-même . * Depuis l'avènement des transistors, des diodes 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 pourcen- j t'age très important des circuits intégrés au silicium produit I actuellement par l'industrie est enfermé dans des enceintes en j i matière plastique , un conditionnement en matière plastique étant j. sensiblement moins coûteux que la combinaison d'un support et ! 25 d'un boîtier .Beaucoup de dispositifs sont enrobés dans des poly- \ mères 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- ! 50 sif organique robuste tel qu'une résine époxy .Indépendamment du procédé exact de fermeture, il est généralement reconnu que l'é-tanchéité obtenue n'est pas complète et est de l'ordre de celle ; rencontrée dans un transistor enfermé dans une capsule de verre et de métal pour lequel des fuites de l'ordre de 10" cm /s ; 55 d'hélium ou moins sont courantes . Non seulement la matière plas- ; tique présente des vitesses de pénétration relativement élevées ' pour les divers gaz, mais le transfert des gaz ambiants le long du joint conducteur métallique-matière plastique vers le dis- . j positif actif a posé un problème particulier à l'industrie . j 40 Avec les dispositifs planar stabilisés actuels, la pénétra- ' -V" '2 ,9 15846 . ... 2008771 tlo'n de l'atmpsphère ambiante dans les capsules ne pose certaine- ; ment pas un problème sérieux en ce qui concerne les modifications . . éventuelles de surface du dispositif proprement dit qui peuvent conduire à une 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'eau ambiante dans la capsule .La corrosion des -j^q 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 mono- , llthlque, 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 fa.ce de la pastille et des couches métalliques situées sur la couche isolante Interconnectant les résistances et les diverses réglons des transistots suivant une configuration désirée traver- ■ sant des trous de la couche Isolante .En raison de la nécessité d'interconnecter, un grand nombre de régions semiconductrices dlf-25 férentes de la pastille, la longueur de la couche métallique mih-ce située sur la surface de la pastille semiconductrice doit être grande, beaucoup plus que pour un dispositif indlviduel.il est clair que les risques de corrosion sont d'autant plus grands qu' une superficie plus Importante des interconnexions est exposée J>0 à l'environnement. Lorsque la complexité des configurations d'interconnexions augmente II devient nécessaire de : former plusieurs nivea.ux d'interconnexions avec une Isolation élec trique 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 dispo- . sées dessus . Afin d'estimer le degré d'étanchélté assuré par les boîtiers en matière plastique, un test d'environnement couramment utillgré 40 consisté à soumettre des dispositifs sous boîtier à un environ- 09 1584$ 2008771 rie ment à forte température et de forte humidité pendant une cer- ; taine durée, jusqu'à un millier d'heures par exemple .De plus,le dispositif est mis ordinairement sous une tension de polarisation ; pendant la période d'essai .Des défaillances se présentant sous 1 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 ty- : pe de défaillance en raison du fait que la majeure partie de la pastille de silicium est recouverte par des couches métalli- 10 ques électrochlmiqueme'nt 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 dîutilisation soit extrêmement douteuse, l'essai est néanmoins largement utilisé et constitue un obstacle majeur pour le fabri- • 15 cant de dispositifs semiconducteurs qui utilise des enceintes en : matière plastique . • ' • Trois métaux utilisés couramment pour former des contacts ' pour des dispositifs semiconducteurs sont' ltalumlnium, 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 i des plots de connexion en aluminium, des fils d'or sont couramment 25 utilisés pour connecter le plot en aluminium à un 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 d'eau suffisante est absorbée par la surface du dispositif pour former un électrolyte d'épaisseur et de conductibilité suffisan- ^ tes.Le couple aluminium-or est particulièrement actif , et se polarise automatiquement à 3 V environ . Au cours des stades initiaux de la réaction, l'aluminium 55 (Al), étant anodlque 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 : '5~A15+ + ^O^AlgO^ + 6H+ qui forme de l' A^O^ insoluble et isolant. La formation de cet--40 te pellicule isolante ralentit naturellement la réaction et tend 69 15846 2008771 _ à protéger l'anode contre une nouvelle dissolution.Malheureuse- ~j ■ ment, l'oxyde anodique a toutefois une perméabilité suffisante i 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 j étant éliminé sous la forme d'ions AlOg' La corrosion de l'aluminium peut également se produire d'une- 5 manière différente. Comme la solution entourant la cathode de- ; vient basique, les réglons non polarisées voisines, se dissolvent : 10 suivant la réaction : ! Al + 20H~-»Al0o~ + 2H+ + Je" î i Dans ce cas, aucune pellicule protectrice ne se forme .Cette réaction se poursuit jusqu'à ce qu'un circuit ouvert sols produit . i L'aluminium dissous ne se redépose pas sous la forme de métal ! 15 à la cathode du fait que lé dégagement d'hydrogène est plus favo- • rable .L'application d'une tension de polarisation externe à l'ensemble, provoque l'accélération de dégagement d'hydrogène dans i les zones à polarisation cathodique, tandis que les régions métal-, liques polarisées négativement ne se corrodent pas.Les réactions ; 2G ancdlques sont également accélérées par le dégagement d'oxygène j qui devient un processus d'électrode concurrentiel ,une partie ; de l'oxygène migrant vers la cathode dans laquelle 11 est réduit i 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 30 l'eau ( la forme hydratée de Mo/po^ par exemple ) le métal ne peut pas être passive aussi facilement que l'aluminium .En consé- ^ quence, le système s'autopolarise et se corrode facilement, le i molybdène se dissolvant au niveau de l'anode jusqu'à ce qu'un circuit ouvert soit engendré .L'application d'une tension de polari-35 sation accélère ces deux processus .A moins que des tensions de j 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 : ! M 15846 i 2008771 Mo -»Mo5+ + :3fe" 0,2 V Mo+3H20>MoO^+6H+ + 6e~ -0,1 V 40H~ 2iï 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 1'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 tota- ' lité de la surface de l'anode sans qu'il en résulte de piquage . 15 L'ion or est transporté dans l'électrolyfce jusqu'à la région cathodique la plus proche dans laquelle il se^dépose sous la forme de métal . ment Principalement en raison de la solubilité notable/" réduite A des oxydes de tungstène (.Vf) 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 itandis que Mo0^ est soluble dans l'eau à la température ambiante .Ainsi, des vitesses de corrosion induites par l'autopôlarisation 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.» mais le tungstène se dissout 30 lentement dans les régions anodiques à pH élevé. Le couple tungstène-métal modificateur a pour fonction d'empêcher cette dernière réaction et d'augmenter ainsi la résistance à la corrosion de l'ensemble de contacts et d'interconnexions en tungstène. D'après la description ci-dessus de la corrosion, il apparaît 35 que les conditions d'un contact.îélectrique métal de barrière-or et l'ensemble d'interconnexions pour un dispositif semiconducteur dans un enrobage hermétique ne sont pas suffisantes pour permettre aux couples métal de barrière-or décrits d'être utilisés dans un environnement non hermétique. 40 | Outre les conditions d'adhérence au silicium et à l'oxyde de „ .,«,1. 2008771 b 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, spécialement dans les 5 environnements à forte humidité. En conséquence, l'invention vise à fournir : : - un ensemble d'interconnexions et de contacts électriques nouveau et perfectionné pour des dispositifs semiconducteurs; - un tel ensemble présentant une résistance à la corrosion 10 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 15 silicium; - un métal de barrière pour un ensemble d'interconnexio'hs et ' de contacts électriques nouveau et perfectionné qui ne forme pas de composés intermétalliques avec l'or; D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat-PO tront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : l 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 pas-tille pour l'application de contacts; la Fig.? est une vue en coupe de la pastille semiconductrice représentée suivant la ligne ?-2 de la Fig.l; la Fig.3 est une vue en élévation, en partie en coupe, représentant un appareil de pulvérisation à haute fréquence permettant 20 d'appliquer des contacts à la pastille, comme représenté à la Fig:4 .la Fig.4 est une vue en plan de la pastille représentée à-la Fig.l après application des contacts et des plots de connexion; les Fig.5a et. 5b représentent une vue en coupe et une vue en plan respectivement de la pastille représentée à la Fig.4, après j 25 montage de conducteurs et enrobage dans une matière plastique. La Fig.5a est une 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; la Fig.6 est une vue en coupe d'un circuit intégré comportant 40 un niveau unique d'interconnexions; 10 15 . . 7 2008771 69 15846 la Fig.7 est une vue en plan de la disposition des composants. 1 J dans l'un des éléments fonctionnels du substrat représenté à la Fig.8 et qui nécessite plusieurs niveaux d'interconnexions; la Fig.8 est une vue en plan d'un substrat semiconducteur c contenant une série d'éléments fonctionnels: 5 la Fig.9 est un schéma de principe d un circuit électronique de l'un des éléments fonctionnels représentés à la Fig.7; les Fig.10 à 1? sont des vues en coupe .^représentant JLa. -fabridatiori'jdu circuit intégré représente à la' Fig.8.' ~ ~ En bref, l'invention est constituée par un ensemble d'inter- ; connexions et de contacts résistant à la corrosion pour des dispositifs semiconducteurs qui peut être enfermé ou non dans des boîtiers non hermétiques. L'ensemble utilise un mélange homogène de quantités commandées de tungstène et d'un métal modificateur ayant une résistance à la corrosion plus grande que celle du tungstène pour augmenter la résistance à la corrosion de ce dernier. Le tungstène est un maté-; riau très avantageux pour les ensembles de contacts métalliques, comme expliqué dans la demande de brevet français N° 176.314 déposée par la Demanderesse le 3 décembre 1968. Il suffit de dire que certains de nombreux avantages di^Éungstène sont qu'il adhère au sili cium et à l'oxyde de silicium, ne forme pas de composés intermétal-liques avec l'or et sert de barrière entre l'or et le substrat semiconducteur, lorsque de l'or est utilisé comme métal de revêtement pour servir de couche protectrice et de parcours électriques à faible résistance. L'une des caractéristiques requises d'un métal modificateur utilisé pour être combiné au tungstène afin d'éliminer ou de réduire la sensibilité de tungstène à la corrosion dans des environnements aqueux ou à forte humidité, est que le métal modificateur doit être plus résistant à la corrosion que le tungstène. Ceci nécessite que le métal modificateur ne soit que légèrement soluble dans les acides aqueux (sauf l'acide fiuorhydrique (HF) contenant des solutions acides); les oxydes de métal doivent être plus stables que les oxydes du tungstène et ne doivent être que légèrement solu-bles dans les divers acides; le métal doit téndre à former des oxydes de passivation, ce qui provoque de fortes variations du potentiel d'oxydation et doit présenter une excellente résistance à la corrosion. De plus, le métal modificateur doit avoir un point de fusion élevé et une faible vitesse d'autodiffusion. 40 20 25 30 35 2008771 1 Toutefois, aucun des métaux modificateurs présentant les j caractéristiques ci-dessus n'est suffisamment stable métallurgique-ment avec l'or pour lui permettre de servir de métal de barrière dans un ensemble de contact or-métal de barrière. ' =, Le modificateur idéal n'est pas soluble dans le tungstène et ne forme pas de composés avec lui. Toutefois, tout métal satisfaisant aux conditions mentionnées ci-dessus, soit forme un composé , avec le tungstène soit est soluble dans le tungstène. Ni la formation de composés avec le tungstène et le métal modificateur ni la ; 10 solubilité du métal modificateur dans le tungstène n'est 4ésiré car l'aptitude ou décapage du mélange de tungstène et de métal modificateur change avec le pourcentage de chaque élément; du mélange. L'af bitude au décapage décroît avec l'augmentation du pourcentage de solubilité, les mélanges formant des composés étant les plus diffi-J5 cil®à décaper lorsqu'on veut définir des configurations de connexions désirées. Des exemples de métaux modificateurs ayant toutes les caractéristiques requises, sauf l'absence de formation de composés avec le tungstène ou de solubilité dans le tungstène sont le titane, le tantale, le ehrome, le zirconium, l'hafnium et pq as sixicxuffl. Le titane, dans lequel le tungstène est pratiquement insolubles en-dessous de JOO°C et qui n'est soluble dans le tungstène que jusqu'à k% environ en poids à 600°C est le métal modificateur : préféré, L'interdiffusion dans des mélanges où la concentration pcj en titane dépasse est limitée par la concentration et est par conséquent assez peu élevée. Le titane ne forme pas de composés avec le tungstène. 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 jO Pas de composés avec le tungstène mais sont solubles dans le tungstène dans toutes les proportions. L'oxyde de chrome à valance la plus élevée est soluble dans l'eau et n'est donc pas résistant à la corrosion lorsqu'une polarisation positive élevée est appliquée. Le zirconium•forme des composés avec le tungstène, comme 25 c'est le.cas avec l'hafnium et le silicium. Une couche constituée par un mélange homogène de tungstène 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 2^0 de la métallurgie des poudres. Des concentrations de titane supé- j 69 15846 2008771 rieure à environ produisent des "pseudo-alliage" ou des mélanges dans lequels le titane en excès n'est pas réellement allié ou dissout dans le tungstène, mais le pourcentage accru de titane confère néanmoins des caractéristiques 5 avantageuses de corrosion au tungstène. La limite inférieure du pourcentage de métal modificateur dans le mélange tungstène métal modificateur est déterminée par la plus faible quantité de métal modificateur qui augmente la résistance à la corrosion du tungs-Xo tène pur de façon suffisante. Des impuretés en petites quan tités, tels que les métaux modificateurs indiqués ci-dessus, introduites non intentionnellement dans le tungstène n'ont pas d'effet sur la caractéristique de résistance à la corrosion des contacts en tungstène; une quantité significative 15 du métal modificateur doit donc être introduite intention nellement pour être efficace. La limite inférieure pratique semble être environ 3% en poids du métal modificateur dans un mélange de tungstène et de métal modificateur. Des pourcentages de métal modificateur inférieurs à yfc environ ne 20 confèrent pas une résistance à la corrosion suffisante aux contacts en tungstène et métal modificateur pour être efficaces. Lorsque le pourcentage de métal modificateur dans le mélange augmente, la passivation ou la résistance à la corrosion du contact augmente. Toutefois, lorsque la quan-25 tité de métal modificateur est augmentée au-dessus de 2.0% environ, pourcentage qui confère au contact d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion, des caractéristiques nuisibles du métal modificateur tendent à être conférées au mélange. 69 15846 2008771 La limite supérieure de la quantité de métal modificateur contenue dans le mélange est déterminée par la quantité de métal modificateur que la matrice de molybdène peut contenir sans que le métal modificateur réagisse avec la 5 couche d'or et en augmente la résistivité 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 métal modificateur. Le mélan-10 ge devient extrêmement difficile à attaquer lorsque les pourcentages de métal modificateur dépassent 35# environ, le mélange de tungstène et de métal modificateur devenant métal-lurgiquement instable et réagissant avec l'or pour des pourcentages de métal modificateur supérieurs à 60% environ. 15 L'emploi de contacts ayant des pourcentages de métal modifi cateur compris entre 35$ 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 20 être d'environ 20%, les pourcentages supérieur et inférieur préférés du métal modificateur dans le contact en tungstène 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 possibles 25 mentionnés ci-dessus a des propriétés qui sont légèrement différentes et qui abaissent ou augmente les pourcentages donnés à titre d'exemple. ,EOÏ> 11 2008771 15846 î7-n s'-i référant maintenant aux figures des dessins annexés,il est représenté aux Fig.l et 2 une pastille semiconductrice 10 dans est formé un transistor qui comprend des régions de base et 2 '-in:elvbeur 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 . Gamme 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 Fardecwalt, McGraw-Hill (1965) ; Silicon semîconductor Technology, McGraw-Iîill (1965) et Physics and Technology of Semîconductor Devices, A.S. Grover. Ville y & Sons (1967). • ; i:ans le procédé planar, une couche d'oxyde 13 est formée sur la surface supérieure de la pastille, la couche située sur la ; r32ion de collecteur étant plus épaisse que celle située sur la ; région de base , ce qui fournit une configuration en gradins. Pour los 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 microns 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 zone réelle des contact de 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 sili : 12- 2008771 69 15946 10 15 20 5l~, 30 35 40 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 . modificateur à partir de laquelle le contact d'émetteur 18 et le contact de base 19 sont formés,, comme représenté à la Fig.4., on fixe la pastille 10, qui fait partie d'une tranche plus grande, avec les autres tranches, sur 1s plaque de support 20 d'un 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 tungstène et' titane «Les contacts formés à partir ds tu-ïgst^cs -st -3 s tantale ^ de ée sirconiuœ, d efcaf nivis .•> *st Pour le dépôt; 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 puissancec La Fi g» 3 est une vue schématique servant pour la description d'tms opération de pulvérisation à haute fréquence, mais la Figure n'est pas parfaitement exacte en ce qui concerne l'emplacement réel deg 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 pulvérisation doit être aussi grande que la surface à recouvrir Pour déposer une couche de mélange de tungstène a ' 20.0877 69 15846 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* chaque appareil de pulvérisation i à haute fréquence comporte un dispositif ( non représenté) à l'in-5 térieur de la chambre 26 destiné à mettre en position la plaque ; de pulvérisation particulière pour chaque stade de pulvérisation. Ce 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 pul- : j vérlsatlon en tungstène et titane 22 à une fréquence d'environ i 15 MHz par exemple, pendant une durée suffisante pour former une couche de tungstène et de titane sur la pastille 10, la couche Ô \ ayant une épaisseur d'environ 2 500 A par exemple .Lorsque l'é- ; 15 paisseur désirée de tungstène, et de titane est obtenue,1'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 tungstène, et» , 20 de titane déposée précédemment jusqu'à une épaisseur d'environ O 10 000 A par exemple .Après obtention de l'épaisseur d'or désirée i 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 tl- j tane et de tungstène qui a été déposé par la pulvérisation à j i 25 haute fréquence décrite ci-dessus, peut également être déposée j par pulvérisation avec une triode .La couche d'or peut également être déposée par des procédés classiques d'évaporation si 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 cQUches d'or et de tungstène 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 tungstène et de titane doivent res-40 ter .Le matériau de réserve photographique non exposé est ensuite , 2008771 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 e de tungstène-titane, qui une fois définies doivent former les contacts 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 l8 et 19. La couche de tungstène 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 tungstène et r de titane 28, _ Pour obtenir un bon contact ohmique et à faible résistance 30 entre le silicium et la couche de tungstène et de titane, comme c'est le cas pour tous les contacts contenant des métaux réfrac- taires, tel que le tungstène^ n est nécessaire que la région de surface du silicium dans laquelle le contact doit être formé ait une concentration d'impureté élevée, quelle soit du type N ou du 35 type P. Quand on utilise du bore ou de phosphore comme impureté par exemple, la concentration superficielle nécessaire pour un 2 q.9 , 3 bon contact doit être supérieure à x 10- atomes /cm et de pre- 21 férence supérieure à 10 .Un contact électrique peut être forme avec des surfaces de silicium dont les concentrations sont infé-40 rieures, mais la résistance du contact augmente à mesure que la 15846 - 69 15846 concentration d'impureté diminue . ! Dans les transistors tels que ceux décrits ci-dessus ,l'émet-: teur de type N est ordinairement une région de concentration très : élevée, spécialement au niveua de la surface du fait que cette ré-5 glon est formée par une seconde diffusion .Même si la région de baee a généralement une concentration plus faible que la région d 'éasetteur, elle est ordinairement dopé.e assez fortement, au moins-?, la HV-rf&oC', pour fournir un contact à faible résistance «Sinon, un staSa de diffusion peu profonde de type P est ajouté avant le 10 ûên'èt »?ti satér-Iau de contact • Cette diffusion doit être effectué® à tr-nvers des trous ayant à peu près la même dimension et située au --sidr^It que les trous 14 et 15 formés pour les contacts o'-z -.ïtlllee âe préférence les mênias trous .Sans les ois5- ; 2.5= s opérations de Gii'fusicr-i supplémentaire destî«= 17 nt/T "; •> des concentrations superficielles élevées dans zones de contacts sont plus vraisemblablement nécessaires' «Ceci est dû au fait que le contact de collecteur est formé sur le dessùs de la pastille avec une région qui peut être une couche épltaxiale 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 lo h psi'eiettr-2 les deux diffusions ultérieures .Se même? la ~r: .11'. •'r.ransijtor ce a :tra -rir-suio intégré est formée -ran- c*i' rnl'is® tsaps qui uns résistance diffusée ,Comme 1I; la 1~:4 ?xi matériau qui constitue cette région de résis tance diffusée doit être assez élevée , la concentration de base doit être assez faible .En conséquence, dans un circuit intégré comprenant des transistors ÎJPN 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'inter- : connexiors est représenté à la 3*ig*6. Le circuit intégré est formé dans une pastille de silicium de type P 30 comportant un tran-55 sîst-or fermé à l'extrémité gauche par une région difrusée 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 une région d'isolement 34, la résistance proprement dite étant corstituée par la région di£*fusf 3 de type P 35. 40 Avant la diffusion de la seconde région de type N qui forme la ré- ■ 16 2008771 69 gion d'émetteur 33, on forme un trou dans la couche isolante 36* ] en oxyde de silicium par exemple, dans lequel le eODtact de col-lecteur doit être formé et" une région de type N+ à forte eoncen- j tration 37 est produite en même temps que la région d'émetteur i 5 33-Les régions de type P+ à forte concentration 38,39 et 42 sont i produites par une diffusion de bore sélective et consécutive, par exemple en utilisant la couche d'oxyde 36 comme masque .En- ; suite, 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 i être formés et on utilise le procédé de dépôt, comme décrit ci-dessus , pour appliquer la couche de titane et de tungstène 40 et la couche d'or 41 sur la surface supérieure du circuit inté- I gré, en éliminant ensuite sélectivement des parties des deux cou» ' 15 ches pour produire la configuration désirée de contacts et d'in- i terconnexions. .Le colleoteur 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 tungstène et titane disposée J 20 sur et adhérant à la couche isolante 36 et- aux surfaces a décou- ; vert de la pastille 30, et une couche d'or 4l disposée sur et ! adhérant à la couche de tungstène et de titane 40. Un circuit in- • tégré contient par exemple dans la même pastille semiconductrice | un grand nombre de transistors et de résistances du type repré-25 sente à la Fig = 6, au lieu d'un seul transistor et d'une seule ré- : sistance . 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 30 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 siliciure de platine avant dépôt d'une couche de .tungstène et de titane sur la surface du dispositif . 55 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 Il est représenté à la Fig.7 un circuit intégré nécessitant 15846 17 2008771 transistors , de résistances, de condensateurs, etc.. qui sont j interconnectés pour produire une fonction de circuit électrique ' désirée .Par exemple, l'élément fonctionnel 73 peut constituer le i circuit représenté schématiquement à la Fig.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 bor- : ne de sortie B . Ces bornes jointes à la borne d'alimentation Y, cinq correspondant iaux/-TSôrnes désigné® 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 relie: entre elles électriquement par un : 15 conducteur 87 les borçies B,D,J et Ô 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 conducteur89 . Si l'on remarque qu'il" existe déjà un grand nombre d'interconne-20 xions électriques de premier niveau qui réunissent ces divers transistors les uns aux autres aussi bien qu'aux autres compo- ; sants de circuit et aux bornes, comme représenté à la Fig. 7, on note que les conducteurs 87, 88 et 89 doivent recouvrir nécessairement une partie de la configuration d'interconnexions métal-25 liques ée 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 Fig.7 est formée : 30 à un second niveau séparé du premier niveau par un milieu iso- ; lant . 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 épitaxiale ou diffusion .Ainsi, il est représenté à la'Fig.10 en coupe,une partie du circuit intégré représentée à la Fig.8 avant application de l'une quelconque des interconnexions métalliques .Le j 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 15846 18: 200877 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 9^.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 . !0 Le stade suivant "(Fig. 11) consiste à déposer une couche rnin- • ce de /tungstène n6 d'environ 1 200 A d'épaisseur par exemple sur la surface de la couche isolante 113 et en contact ohmique avec j le matériau semiconducteur , tel que du silicium dans les trous de la couche isolante 113. La couche métallique 116 peut également être formée par un mélange de tungstène et de titane, mais la ré- ; sistance à la corrosion obtenue avecle mélangé ~f~e^n^Stlfféahe n'est pas nécessaire car la couche isolante 119, comme représenté à la Fig.12, recouvre et protège les interconnexions inférieu- ■ res en tungstène .Diverses techniques peuvent être utilisées pour i 20 déposer la couche de tungstène, comme expliqué précédemment à propos de la couche de tungstène et de titane . Une couche d'or 117 est formée sur la couche de tungstène, par l'un quelconque des procédés décrits précédemment jusqu'à une épaisseur d'environ O ! 7 500 A par exemple..D'autres métaux à conductibilité élevée , 25 teE que le cuivre par exemple qui est rnétallurgiquement stable > avec le tungstène, peuvent être utilisés au lieu de l'Dr.Une seconde couche de tungstène 118 est formée sur la couche d'or à O une épaisseur de 1 200 A par exemple. Les couches tungstène -or-tungstène 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 9^ à une extrémité 112 de la résistance R^, l'interconnexion 101 établissant un contact ohmique avec l'émetteur 111 du transistor 9^ tandis que l'interconnexion 102 connec-35 te ohmiquement le collecteur 70 du transistor 9^ à la borne d'alimentation V,comme représenté à la Fig.11. Chaque interconnexion comporte une couche inférieure 116 en tungstène une couche intermédiaire 117 en or et une couche supérieure 118 en tungstène.. . Une couche 119 en oxyde de silicium par exemple est déposée . 40 par une technique convenable quelconque, par exemple par évapo- 69 15846 2008771 ration ou pulvérisation sur la couche de tungstène n8 et est ensuite attaquée sélectivement pour mettre à découvert la surface de' la couche de tungstène 118 uniquement au niveau de la borne V, comme représenté à la Fig.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 .saeond niveau qui doivent être forméesultérieure-ment .En conséquence, la couche 119 peut être constituée d'autres matériaux non organiques, tels 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 pulvérisation 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 terconnexions , la partie de la couche de tungstène n8 qui est mise à découvert en V pkr 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 tungstène 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 tungstène-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 tungstène-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 tungstène-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 tungstène.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.l?, on trouve une adhérence extrêmement abonne des 40 couches de tungstène et - de tungstène-titane-. 69 15846 20 2008771 ll8 et 120 respectivement à la couche isolante 119• Ôn observe j une augmentation de l'adhérence provoquée par le titane lorsqu'on, utilise des mélanges de .-tungstène et de titane comprenant une ; i quantité aussi faible que 3# de titane. Le titane (Ti) augmente | 5 1'adré;rence du "tungstène à l'oxyde de silicium ou aux surfaces • en verre par les liaisons Ti-0 très fortes et augmente l'adhérence avec l'or par les liaisons des composés Ti-Au formées à l l'interface .Wli-Au .Si un troisième, un quatrième ou un niveau j plus élevé ( jusqu'au -n-ièrne. niveau) de contacts et d'interQori-10 nexions est nécessaire", chacun des niveaux, à l'exception du der- ; nier, peut être en tungstène pur, le dernier niveau étant une combinaison de tungstène., de titane et d'or et. la couche d"ror su- i. périeure facilitant la liaison avec un fil externe .Si l'on dé- • t \ sire connecter un conducteur directement au niveau d interconne- i 15 xions en tungstène le plus bas, une couche d'or peut être for- i mée sur une partie seulement du tungstène 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 • i 20 la résistance à la corrosion d'un mélange'de molybdène et de raé- j tal modificateur disposé sur le tungstène, quelques exemples sont i donnés ci-dessous . . ; ! Dans un essai de goutte d'eau classique aiu cours duquel un potentiel de 6 V est appliqué à un certain nombre de rubans minces 25 du métal à essayer et une goutte d'acide phosphorique à 10~-^# est placée sur le ruban pour compléter le circuit, un ruban métallique j à trois couches tungstène-or-tungstène est défaillante au bout j de 5 minutes par l'élimination par décapage de la couche supérieu-: re de tungstène au voisinage de la cathode, le dégagement de H? pro 30 duisant une région de forte alcalinité autour de la cathode. Un ruban à trois couches comprenant 90# de tungstène et 10# de ■ titane et d'or, 90% de tungstène et 10% de titane ne devient défail lant qu'au bout de 30 minutes par le décapage de l'or à l'anode; Dans l'essai -de stabilité métallurgique, un ruban de métal 35 comprenant un mélange de 18# de titane et 8?# de tungstène est appliqué jusqu'à une épaisseur de 1?5 microns, est recouvert d'une, couche d'or suivant une épaisseur de 700 microns et est chauffé à 600°C dans une atmosphère d'azote. La résistivité superficielle initiale du ruban est de 0,073ohm par carré qui diminue à 0,0^9 ohm par carré au bout de 10 minutes par suite du recuit et du déga 69 15846 21. 2008771 zage de l'or et reste à 0,0^9 ohm par carré au bout de 30 minutes. Cet essai montre que le titane contenu dans le mélange tungstène-titane ne pénètre pas dans la couche d'or; une telle pénétration serait en effet apparue sous la forme d'une augmentation de la ré-5 sistivité du ruban due à la résistivité accrue de l'or. Dans un essai d'endurance accéléré de transistor un certain nombre de transistors NPN d'essai munis d'ensembles différents de contacts et d'interconnexions sont placés dans un environnement ayant un degré hygrométrique de 35# et une température de 85°C. 10 L'émetteur est polarisé à +2 V, la base est mise à la masse et le collecteur est polarisé à + 6 V. Les transistors comportant un ensemble à double couche contenant du tungstène et de l'or ont un taux de défaillance de 64# au bout de 96 heures et un taux de défaillance de 95# au bout de 250 heures, ces défaillances étant 15 provoquées par des conducteurs coupés. Les transistors comportant un ensemble composé de 80# de tungstène et de 20# de titane et d'or ont un taux de défaillance de 5# au bout de 96 heures et de 12,5# au bout de 250 heures. Les transistors comportant un ensemble composé de 97# de tungstène et de 3# de chrome et d'or ont un 20 taux de défaillance de 2# au bout de 96 heures et de 13# au bout de 250 heures. Les résultats des essais décrits ci-dessus ont été pris au hasard à partir d'un certain nombre d'essais effectués sur différents ensembles tungstène-métal modificateur comme étant représen-25 tatifs de l'augmentation spectaculaire de la résistance à la corrosion obtenue dans un ensemble de contacts et d'interconnexions en remplaçant le tungstène par un mélange de tungstène-et de métal modificateur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de 30 réalisation décrits et représentés qui n'ont -été donnés qu'à titre d'exemple. 69 15846 22 200B771 REVENDICATIONS 1 - Dispositif semiconducteur comprenant une couche métallique assurant une connexion résistive à une partie de la surface du.dispositif semiconducteur, caractérisé en ce que la couche métallique se compose d'un mélange de tungstène et d'un 5 métal modifié ayant une résistance à la corrosion plus grande que celle du tungstène. 2 - Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal modifié appartient au groupe constitué par le titane, le tantale, le chrome, le zirconium, l'hafnium 10 et le silicium. 3 - Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche métallique à haute conductibilité est appliquée à une partie au moins de la couche métallique. 4 - Dispositif semiconducteur selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce que la couche à haute conductibilité est en or.