Brevet FR2048038A1 — publié le 19710319

'70 20073 1 2048038 La présente invention concerne un conducteur électrique, résistant aux pannes provenant des dommages dus à 1'électromigration et à l'attaque par l'environnement et elle concerne plus particulièrement des bandes conductrices de courant pour des configurations micro-électroniques qui ont tendance à 5 tomber en panne dans les conditions de fonctionnement, par l'effet du phénomène de transport de masse induit par le courant et de la corrosion soit électrolytique soit chimique. On a déjà déterminé, que le phénomène de transport de masse induit par le courant, auquel on se réfère quelques fois comme étant le phénomène 10 d'électromigration, peut endommager les bandes conductrices de courant des configurations micro-électroniques à l'état solide. De telles bandes sont des films minces qui transportent des densités de courant relativement élevées durant un intervalle de temps considérable. Le courant entraîne le transport des atomes du matériau de la bande dans la direction de l'écoulement électro-15 nique à partir d'un emplacement où il se crée des vides et à un autre emplacement où il se forme un dépOt atomique. Les vides entraînent des interruptions de circuit dans le trajet du courant et les dépôts entraînent des dommages dans la configuration micro-électronique car ils introduisent des contraintes mécaniques et des perforationsdes couches isolantes et de protection. 20 Les procédés généraux pour réduire le transport de masse induit par le courant dans les bandes conductrices de courant sont décrits dans la demande de brevet déposée en France par la demanderesse le 10 Janvier 1968 et obtenue sous le n° 1 556 596. En outre, la demande de brevet, déposée en France par la demanderesse le 14 Janvier 1970 sous le n° 7001477 permet d'obtenir une 25 bande de transport de courant pour une configuration microélectronique à l'état solide qui présente une résistance importante aux pannes ou défaillances des circuits dues aux dommages causés par le transport de masse induit par le courant dans la bande. La technologie des circuits intégrés monolithique s'est développée rapi-30 dement par l'utilisation de dispositifs plus petits et plus rapides et d'un nombre plus important de circuits sur un bloc de silicium unique. Pour réduire encore le trajet électrique entre les éléments de silicium actifs, la plupart des câblages qui précédemment étaient réalisés sur des modules ou des cartes de circuits imprimés sont maintenant réalisés par une métallisation à plusieurs 35 niveaux sur le bloc. L'une des limites de conception actuelle pour la miniaturisation est la métallurgie de films minces. La tendance à la réduction des conducteurs à films minces est limitée partiellement par les propriétés intrinsèques de la métallisation, telles que 1'électromigration, la conducti-vité et l'attaque par l'environnement. Il existe aussi des limites de traite-40 ment telles que les restrictions géométriques imposées par les techniques 70 20073 2 2048038 photolithographiques et le décapage soustractif. Les caractéristiques désirables pour un système de métallurgie adapté aux circuits intégrés perfectionnés doit être la compacité et une utilisation efficace des conducteurs et des isolants. Les conducteurs à films minces 5 d'interconnexion ou bandes doivent être étroits afin de permettre une densité de conditionnement horizontale pour les dispositifs au silicium qui soit la plus grande possible, et doivent être' minces pour éviter un amoncellement vertical excessif de la structure laminée métallurgie-isolant. Cependant, la section transversale faible doit satisfaire aux nécessités de fiabilité 1D pour le transport de courant. L'extrémité de contact avec le silicium de la bande doit être ohmique, avoir une résistance faible, et être stable. En outre, les interconnexions du dispositif doivent être appropriées et compatibles aux modules et aux conducteurs du support. Il est important que le système entier soit fiable, et présente des 15 performances constantes dans les environnements les plus hostiles pour lesquels il est destiné durant sa durée de vie prévue. On a utilisé l'aluminium de façon très courante pour les bandes conductrices de courant de métallisation de 1'art antérieur dans les dispositifs micro-électroniques. Puisque l'argon (Ag) a une conductivitê électrique supé-20 rieure en comparaison à celle de l'aluminium CA1), il présente un intérêt spécial comme métallisation future pour les dispositifs micro-électroniques utilisés avec tles composants â vitesse élevée. Cependant, l'argent est susceptible d'être endommagé à la fois par 1'électromigration et par l'attaque de l'environnement. Ag, à la différence de Al, ne forme pas un oxyde naturel 25 pour sa protection contre l'environnement et est ainsi sensible à des modes d'endommagement qui n'ont pas été rencontrés précédemment avec; la métallurgie Al utilisée dans dBs dispositifs micro-électroniques. Les procédures jusque là considérées pour protéger l'aluminium contre les dommages de 1'électromigration ne sont pas spécifiquement applicables 30 à l'argent puisque l'on a découvert pour la pratique de .cette invention que le transport de masse induit par le courant se produit principalement sur la surface de la bande d'argent parallèlement à la direction du trajet du courant plutôt qu'à l'intérieur du corps de la bande elle-même. On a déterminé que cette tendance à la diffusion vers la surface de l'argent pour la pratique 35 de cette invention contribue de façon significative aux dommages dus à 1'électromigration mais aussi à l'attaque" par 'l'environnement provenant à la fois de la décomposition électrolytique et de la corrosion chimique. L'argent n'adhère pas très bien aux couches'adjacentes d'isolément ti'oxyde et de verre. Jusque là, on utilisait un sandwich composite dans lequel les" couches extérieu-40 res sont des métaux "adhérents" tels Mo;' Ti,' ët Cr. Dans certains caé," les 20073 3 2048038 métaux adhérents servaient aussi, comme barrièra pour éviter des réactions d'alliage non désirées avec les couches métalliques adjacentes. Les métaux de recouvrement, du composé ne contribuent pas de façon significative à la conductivité totale du film, bien qu'une petite quantité de courant soit 5 shuntée à travers ces couches de recouvrement. Bien que les métaux de recouvrement ne contribuent pas de façon significative à la conductivité totale du matériau de base, ils ne doivent pas diminuer la conductivité du métal de base par diffusion à l'état solide durant le traitement thermique. Jusqu'à présent, la migration électrolytique de l'argent était un problè-10 me sérieux chaque fois que l'on considérait l'argent pour des applications électriques dans des environnements humides. Des électrodes d'argent en présence d'un film continu d'eau entraînent 1'électrolyse de l'eau et la formation ultérieure d'AgOH à l'anode d'Ag qui est quelque peu soluble. L'AgOH dissous s'ionise pour former des ions Ag+ et OH . Les ions Ag+ sont transportés ,15 à travers l'eau vers la cathode, où ils sont déposés et. forment desarborescences. Ces arborescences croissent jusqu'à ce que finalement elles court-circuitent les électrodes. Lorsque le potentiel est faible, un couran de fuite faible peut s'écouler. Lorsque les potentiels sont supérieurs, il se développe un état bruyant car le trajet de court-circuit est successivement.détruit et 20 reformé, et ceci de façon continue. Ce problème est constaté avec les.cellules électrolytiques Ag et peut entraîner des difficultés dans des micro-circuits où des lignes conductrices métalliques très proches sont souvent polarisées avec des polarités opposées, ce. qui rend probable la formation d'une cellule électrolytique avec la couche de verre entre les lignes agissant comme élec-25 ^trolyte. Du fait des problèmes qui peuvent se poser avec Ag en présence d'eau et du quartz ou du Si02, la migration électrolytique est une difficulté de premier ordre qui doit Stre résolue avant de pouvoir utiliser avec succès l'argent pour la métallisation dans une configuration microélectronique à l'état solide. 30 II est bien connu que l'argent en présence d'un environnement contenant du soufre réagira pour former un composé de sulfure d'argent. A titre d'exemple, on trouve communément le soufre sous forme de sulfure d'hydrogène ou . d'autres composés gazeux dans l'atmosphère, par exemple, une partie par million est suffisante pour Stre nuisible à l'argent. La production de cette réaction 35 dans un circuit entraînerait la dégradation et l'échec des conducteurs d'argent, On a déterminé pour la pratique de cette invention qu'il est important d'obtenir une barrière de diffusion entre le soufre et l'argent de telle sorte que même en présence d'un environnement hostile, il ne se produise aucune dégradation de l'argent. 40 Objets de l'invention.: 20073 4 2048038 Un objet de la présente invention est de réaliser un conducteur électrique qui résiste aux dommages dus à 1'électromigration et à l'attaque de l'environnement. Un autre objet de la présente invention est d'obtenir une durée de vie 5 plus longue pour un conducteur électrique dans lequel la diffusion de surface joue un rôle significatif en présence d'une densité de courant suffissament élevée dans le conducteur. Un autre objet de la présente invention est d'augmenter la durée de vie d'un conducteur électrique dans lequel la diffusion de surface induite 10 par le courant se produit en utilisant une couche de surface qui réduira ladite diffusion. Un autre objet de la présente invention est d'améliorer la résistance contre le phénomène de transport de masse induit par le courant dans une bande conductrice de film mince où le transport se produit principalement 15 le long de la surface de la bandB. Un autre objet de la présente invention est d'améliorer la résistance contre le phénomène de transport de masse induit par le courant dans une bande conductrice d'argent en établissant une couche de surface qui empêche le transport en surface des atomes d'argent. 20 Un autre objet de la présente invention est de réaliser une couche pro tectrice sur une bande conductrice dans laquelle le transport de masse induit par le courant se produit sur la surface en établissant une couche protectrice soit par plaquage sur une surface-extérieure soit par précipitation d'un solide qui est dissous à partir d'une solution supersaturée dans le conducteur. 25 Un autre objet de la présente invention est de réaliser des conducteurs en film mince qui, lorsqu'ils sont soumis à un courant électrique, à une contrainte mécanique ou à un environnement corrosif soit plus résistant à la formation de croissances indésirables qui se développent à partir des surfaces extérieures du film. 30 Un autre objet de la présente invention est de réaliser des films métal liques plus résistants aux croissances provenant de 1'électromigration et de la corrosion atmosphérique. Un autre objet de la présente invention est de réaliser des conducteurs métalliques en film mince qui lorsqu'ils sont soumis à un courant électrique, 35 à une contrainte mécanique, ou à des environnements corrosifs soient plus résistants à la formation de vide, de dépression, de crevasses, ou autres dégradations physiques, qui sont caractéristiques de la perte de masse des conducteurs. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une configuration 40 microélectronique à état solide, dans laquelle les couches de métallisation 20073 5 2048038 conductrices de courant sont résistantes à la dégradation due à l'électromigration ou l'attaque par l'environnement. La présente invention permet d'améliorer la résistance à la dégradation d'un conducteur électrique due à l'électromigration et à l'attaque par l'en-5 vironnement par utilisation d'une surface continue mince revêtant .le conducteur autour de la périphérie du trajet de courant. Le revêtement de surface ne se dégrade pas significativement du fait de 1'électromigration et de l'attaque par l'environnement, enfin il n'altère.pas de façon significative la conductivité du trajet du circuit. La couche de surface ne permet pas qu'une 10 diffusion significative se produise soit à partir des contaminants de l'environnement vers la surface du conducteur, soit des atomes du conducteur à travers le revêtement vers sa surface. En outre, il existe une limite de solubilité de réseau qui est faible pour les atomes de la couche de surface dans les conducteurs. 15 On a découvert pour la pratique de cette invention que des croissances contenant de l'argent ou des composés à la base d'argent se produisent sur la surface du conducteur électrique d'argent du fait de 1'électromigration et de l'attaque par l'environnement croissances qui initialement dégradent l'argent et peuvent finalement aboutir à une panne du conducteur. On a découvert pour 20 la pratique de cette invention que la diffusion atomique d'argent se produit sur la surface d'une bande conductrice en film mince en présence de 1'électro-migration. On a déterminé pour la pratique de cette invention qu'une barrière de diffusion constituée d'une couche relativement mince de chrome, par exemple, une épaisseur de 200 à 500 R, réalisée sur la surface d'une bande conduc-25 trice d'argent, ayant par exemple une épaisseur de 7000Â, élimine de façon importante les croissances de surface et permet d'augmenter la durée de vie de fonctionnement de la bande de façon importante. Selon un mode de pratique de cette invention, le revêtement de surface sur le conducteur électrique qui doit être protégé sera ultérieurement plaqué. 30 Les techniques de plaquage du revêtement de surface comprennent le dépôt par vapeur et le plaquage électrolytique, par exemple, dépôt vapeur de Cr et plaquage électrolytique de Ni sur l'argent. Selon un autre mode de réalisation de cette invention, les atomes du revêtement de surface final pour un conducteur électrique sont obtenus à 35 l'aide d'une solution supersaturée dans le conducteur, c'est-à-dire, que la fraction molaire du soluté (atome du métal du revêtement de la surface) dépasse la quantité d'équilibre permise dans le conducteur. Ensuite, le conducteur est soumis à un traitement thermique qui entraîne la diffusion du soluté versù la surface pour qu'il s'établisse le revêtement de surface recherché. Le 40 temps nécessaire pour la formation de la couche de surface recherchée dépend 20073 6 2048038 dB la température du traitement thermique et des dimensions du conducteur. La détermination de ces paramètres peut être réalisée en utilisant des équations de diffusions bien connues se rapportant à la diffusion, au temps, et à la distribution du diffusant dans le moyen au travers duquel il diffuse. 5 De façon exemplaire, on peut introduire sous forme de solution supersaturée dans l'argent 1 à 5% de chrome qui diffuse vers la surface de l'argent lors d'un traitement thermique de la bande d'argent. On décrit maintenant les critères auxquels doit satisfaire un revêtement de surface sur un conducteur électrique pour réduire 1'électromigration et 10 pour qu'il puisse agir comme barrière de diffusion avec l'environnement. Le revêtement lui-même ne doit pas être sensible de façon importante à 1'électromigration et il he doit pas être affecté par l'environnement extérieur. Il ne doit pas affecter de façon significative la conductivité du conducteur ou ne doit pas imposer une modification de conductivité importante dans le 15 trajet de circuit du conducteur électrique. De plus, le revêtement de surface doit adhérer fermement à la surface du conducteur et à une couche isolante adjacente, et' former une barrière mécanique aux croissances de surface du conducteur électrique. En outre, il doit empêcher la diffusion des ions non désirés dans la surface du conducteur à partir de l'environnement extérieur; 20 et il doit apporter une enthalpie d'activation élevée AH pour 1'interdiffusion entre le conducteur électrique et le revêtement de surface. Des revêtements types pour l'argent qui satisfont aux critères précédents, sont constitués des métaux du type réfractaire Cr, Ni, Ta, Ti, Mo et W, parmi lesquels Mo et W sont caractérisés classiquement comme métaux réfractaires. 25 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente une vue en perspective d'un module convenable pour la réalisation des connexions électriques avec une bande localisée sur 30 un substrat. La figure 2 représente une vue en coupe agrandie d'une partie de la bande représentée dans la figure 1 et illustre la pratique de la présente invention par le dépôt d'une couche de chrome sur une bande d'argent pour protéger ce dernier contre les dégradations dues à 1'électromigration et 35 à l'attaque par l'environnement. La figure 3 représente des schémas en coupe de bande d'argent avec différents états des couches protectrices montrant la dégradation due à l'élec-tromigration et à l'attaque par l'environnement dans lesquelles: La figure 3A représente une bande d'argent sans couche protectrice selon 40 les principes de l'invention; 70 20073 7 2048038 La figure 3B représente une structure composite.d'argent et de couche de Cr dans laquelle la dégradation est due principalement aux croissances des bords non revêtus dues à 1'électromigration;.et La figure 3C représente une structure composi.te d'argent et de couche 5 de chrome dans laquelle la dégradation se produit principalement à partir .des croissances sur les bords non revêtus dues à l'attaque d'environnement. La figure 4 représente des photographies obtenues par balayage avec un microscope électronique d'une bande d'argent dans plusieurs états différents parùi lesquelles: 10 La figure 4A représente les croissances de surface sur des bandes d'argent dues à 1'électromigration; La figure 4B représente les croissances de surfaces, dues à 1'électromigration, confinées sur les bords d'une bande d'argBnt dont la surface supérieure est recouverte d'un revêtement de chrome. 15 La figure 4C représente des croissances de surface de sulfure d'argent sur un conducteur d'argent dues à l'attaque par l'environnement; et La figure 4B représente des croissances de sulfure d'argent dues à l'attaque par l'environnement faisant saillie à partir des bords.d'une bande d'argent dont la surface supérieure est recouverte par une couche de chrome. 20 La figure 5 représente une vue en coupe d'un dispositif semiconducteuû de silicium dans une configuration microélectronique à état solide ou la couche de métallisation est de l'argent selon la présente invention. La figure 6 représente des vues en coupe schématiques, d'un dispositif semiconducteur de silicium avec une couche de métallisation d'argent sous 25 divers états de préparation de la couche protectrice de chrome pour la bande d'argent dans lesquelles: La figure 6A représente une bande d'argent ayant des bords non revêtus en conséquence des techniques de photodécapage par lesquelles on produit un composite de Cr-Ag-Cr; 30 La figure 6B représente une couche de chrome déposée par les techniques d'évaporation sur la surface entière de la pastille du substrat pour revêtir les bords de la bande d'argent; La figure 6C représente la formation d'une configuration photorésistante sur la bande.d'argent de telle sorte que les bords soient recouverts par le 35. photorésistant; et La figure 6D représente la bande d'argent finale revêtue complètement avec le chrome après l'élimination de l'excès de chrome et de photorésistant du SiO^ par des techniques de décapage convenables. La figure 7 représente des vues schématiques en coupe d'un dispositif 40 de silicium dans les diverses étapes de préparation dans lesquelles une 70 20073 8 2048038 couche de métallisation d'argent est produite pour la pratique de cette invention par plaquage électrolytique dans lesquelles: La figure 7A représente un contact ohmique classique Pt-Si sur le silicium; La figure 7B représente une structure composite des couches de Cr-Ag-5 Cr et de la configuration de photorésistant sur la surface supérieure; La figure 7C représente la configuration de la figure 7B après décapage mais ne comprenant pas la couche de fond de chrome; La figure 7D représente une couche de nickel déposée électrolytiquement sur le sommet de la couche de fond de chrome et sur les bords d'argent; et 10 La figure 7E représente la configuration de la bande finale avec des bords revêtus de nickel après l'élimination de l'excès de nickel, de chrome et de photorésistant. On décrit maintenant en référence à la figure 1 la nature et la fabrication d'une bande en film mince réalisée selon la présente invention. On réa-15 lise une couche de métallisation en film mince 8 sur la surface d'une couche d'isolement 14 de SiO^ déposée sur un substrat semiconducteur 16 de SiO^. Dans la figure 1, 1b film 8 et le substrat 16 sont localisés sur un module classique 25. La partie réduite 10 constitue la bande. La bande 10 est connectée à son extrémité gauche 18 à une patte de surface importante 20 et à son 20 extrémité droite 22 à une patte de surface importante 24. La bande 10 a carac-téristiquement une épaisseur compriss en 4000 st 8000 A, et a par exemple, une largeur de 0,076mm et une longueur de G,254rrm entre les sxtrémités 18 et 22. Les coins aux extrémités 18 et 22 sont arrondis afin de réduire la probabilité des défaillances associées avec le transport de masse induit 25 par le courant aux extrémités de la bande. Les surfaces de pattes 20 et 24 sont relativement importantes Cet de la même épaisseur que la bande) afin d'y réduire lesdites défaillances dues au transport de masse induit par le courant. On utilise plusieurs fils de connexion 26 comme conducteurs de courant au contact câble film 27-1 et 27-2 afin de réduire la probabilité des défail-30 lances associées avec le transport de masse induit par le courant à ces contacts. On obtient la structure de la figure 1 en déposant un film composite conducteur sur la surface du substrat d'isolement 12 et ensuite en formant par les techniques de phototraitement la configuration indiquée des pattes 20 et 24 jointes à la bande 10 aux extrémités 18 et 22. La bande en film 35 mince 10 de la figure 1 a une configuration désirable permettant d'obtenir des données sur la durée de vie de la bande pour plusieurs états de revêtement de surface de la bande. On va maintenant décrire an référence à la figure 2, la nature d'une couche protectrice de chrome sur une bande d'argent. La figure 2 est une 40 vue en section transversale de la partie intermédiaire étroite de la bande 20073 9 2048033 10 représentée dans la figure 1. La bande d'argent 10-2 comporte.une couche de revêtement de chrome, sur sa surface entière entourant le trajet de courant, constituée d'une couche 10-4 sur la surface inférieure en contact avec la couche de SiO^ 14, couche supérieure 10-5 sur la surface supérieure de la bande d'argent 10-2 et des couches de chrome 10-6, 10-8 sur ses bords gauche et droit. La couche de.chrome entière entourant la périphérie de la bande d'argent 10-2, la protège de la dégradation due à 1'électromigration et à l'attaque de l'environnement. Les diagrammes schématiques de la figure 3 sont des vues en coupe de 1 bandes d'argent préparées et testées de façon semblable à la bande 10 de la figure 1 mais dont les étapes de revêtement de surface sont différentes de celles représentées dans la figure 2. Dans la figure 3A, la bande 10-2 comprend une couche de chrome 10-4.sur sa surface inférieure mais aucun revêtement de surface pour le reste de sa périphérie. En conséquence de l'é-lectromigratio'n et de l'attaque par l'environnement, il se développe sur la bande d'argent exposée 10-2 des excroissances, c'est-à-dire, des croissances 10-10 sur la surface supérieure, des croissances 10-12 sur le bord gauche, et des croissances 10-14 sur le bord droit. Les figures 3B et 3C sont semblables à la figure 3A à la différence qu'il se trouve une couche de chrome supplémentaire 10-5 sur la surface supérieure de la bande d'argent 10-2 et les croissances sur les bords exposés de la bande d'argent 10-5 sont représentés comme étant dus à 1'électromigra-tion dans la figure 3B st dus à l'attaque par l'environnement dans la figure 3C. Les croissances 10-12 et 10-14 dues à 1'électromigration sont semblables dans les deux figures 3A et 3B. Cependant, les croissances 10-16 et 10-18 sur les bords gauche et droit de la bande 10-2 de la figure 3C sont différentes puisqu'elles proviennent de l'attaque par 1'.environnement. Du fait de la présence des couches de chrome 10-4 et 10-5 sur les surfaces inférieure et supérieure de la bande d'argent 10-3 dans les deux figures 3B et 3C, les croissances ne se produisent pas. Cette invention concerne en général la diminution des dommages dus à 1'électromigration et à l'attaque par l'environnement des films conducteurs d'argent utilisés dans les dispositifs micro-électroniques. Il existe fondamentalement deux problèmes associés avec les conducteurs d'argent de l'art antérieur, le premier étant le transport de masse dans un champ électrique, le second étant la corrosion en termes de migration électrolytique ou de sulfurisation produites par un environnement hostile. Dans l'art antérieur, on a trouvé 1'électromigration dans d'autres substances conductrices métalliques. Par exemple, dans Al les atomes qui se déplacent dans le champ électrique 70 20073 10 2048038 suivent le trajet de frontière de grain. Les solutions à ce problème dans les autres métaux utilisent des procédés dans lesquels la mobilité atomique dans les frontières de grain est diminuée. De telles solutions ne résolvent pas le problème des croissances de surface associées avec les conducteurs 5 d'argent décrites ici. On a découvert pour la pratique de cette invention que 1'électromigration et la dégradation dues à la corrosion sont dues à la diffusion de surfaces et aux interaction de surfaces avec .l'environnement. Par conséquent, les solutions aux problèmes de dégradation de l'argent entraînent de nouvelles conceptions apportées par cette invention. 10 Les concepts fondamentaux décrits ici pour la pratique de cette invention sur la solution du problème d'électromigration de corrosion des conducteurs d'argent sont illustrés dans les figures 1 à 3. Les problèmes de l'art antérieur avec des conducteurs d'argent ont été décrits ci-dessus avec la figure 1 où la bande d'argent 10-2 a été fabriquée à l'aide des procédures de photo-15 traitement standards sur du silicium 14 oxydé thermiquement. Pour la suite, des £ests d'électromigration, la configuration représentée dans la figure 1 est maintenue à une température constante dans un four et on applique un courant à travers les pattes 20 et 24 de telle sorte qu'une densité de courant élevée apparaisse dans la région étroite 10. Du fait de la densité de courant 20 relativement faible dans les pattes 20 et 24, on n'y constate qu'une légère dégradation. Dans l'argent .les densités de courant élevées interréagissent avec les atomes de surface et entraînent le déplacement des atomes de surface dans la direction du courant électronique. Cela conduit finalement aux croissances 25 de dégradation 10-10, 10-12 et 10-14, représentées dans la figure 3A. La dégradation apparaît sous forme de protubérance importantes de surface que l'on a identifiées comme étant de l'argent pur à l'aide des techniques d'analyse par micro-sonde électroniques et qui sont dues aux gênes locales du transport atomique à la surface. La pratique de cette invention apporte une 30 solution aux problèmes d'électromigration en ce qui concerne la migration des atomes de surface dans un champ électrique. Dans la pratique de cette invention, on utilise un revêtement de surface avec un second métal, qui de lui-même ne migre pas dans le champ électrique, ne gène pas la conductivité du film d'argent et n'est pas sujet à l'attaque par l'environnement. Comme 35 exemple d'un matériau caractéristique, la figure 3B, représente l'utilisation d'une couche de chrome .10-5 sur la surface supérieure du conducteur d'argent 10-2 et montre aussi que les croissances d'argent produites par 1'électromigration dans cette configuration sont confinées aux bords 10-12 et 10-14 du conducteur d'argent. La figure 3C représente de l'argent non protégé et 40 soumis à la corrosion en présence d'un environnement hostile. Dans le cas 70 20073 11 2048038 représenté, on montre la formation d'Ag^ 10-18 lorsque le conducteur est testé dans l'air. On doit remarqué que dans la figure 3C, les croissances produites par attaque par l'environnement ne se produisent pas sur la surface supérieure du film qui est protégée par une couche mince de Cr 10-5. Selon 5 les principes de cette invention, à la fois les dommages dus à I'électro-migration et à l'attaque par l'environnement sont éliminés sur les bords des conducteurs 10-12 et 10-14 qui sont revêtus avec un métal ayant les caractéristiques représentées par l'exemple du chrome. Le choix de la couche de surface est réalise selon les critères suivants: Le métal est résistant à 10 1'électromigration, n'agit pas sur la conductivité du conducteur, évite la diffusion des ions à partir de l'environnement vers l'argent, et à partir de l'argent à travers la couche de surface vers l'environnement. Il est aussi important que le métal particulier adhère à l'argent et/ou à un autre matériau isolant, par exemple, verre et aussi qu'il ne soit pas soluble dans l'argent. 15 L'épaisseur de la couche barrière de surface doit être suffisamment large pour permettre d'obtenir une barrière suffisante à la diffusion, elle doit être continue et doit rester sous forme d'une couche métallique après l'établissement de l'équilibre avec l'argent et après la fin de l'oxydation de la couche métallique. A titre d'exemple, une couche de chrome ayant une épais-20 seur comprise approximativement entre 200A et 500A satisfait à ces nécessités. La figure 5 représente une vue en coupe schématique d'une partiB d'un dispositif semiconducteur de silicium dans une configuration microélectronique. Le bloc de silicium 30 supporte le reste des couches nécessaires pour le fonctionnement du dispositif. Une couche de SiÔ2 32 est réalisée sur la 25 surface 34 du bloc de silicium 30. L'ouverture 35 est formée dans la couche de SiO^ 32 dans la région d'une partie du bloc semiconducteur de silicium 30 ayant un type de conductivité donné, par exemple, type n ou type p, qui est utilisé comme électrode pour le dispositif semiconducteur, par exemple, base, émetteur, ou collecteur. Adjacent au bloc de silicium 30 et en faisant 30 partie au voisinage de la région 36 se trouve une couche Pt-Si 38 qui sert de contact ohmique pour la couche de métallisation conductrice du bloc de silicium. On réalise une couche de chromB sur la surface supérieure 40 de la couche de Si02 32 qui par l'intermédiaire du trou de contact 35 est en contact avec la couche de contact ohmique 38 de Pt-Si. La couche de métalli-35 sation d'argent est sur le sommet de la couche de chrome 32. Une autre couche de chrome 46 repose en contact électrique sur la surface supérieure 48 de la bande d'argent 44. Finalement, une autre couche de Si02 50 est réalisée sur le sommet de la couche supérieure de chrome 48. Le reste de la configuration microélectronique à l'état solide au-delà des lignes brisées représentées 40 sur la figure 5 est fabriqué selon la technologie classique modifiée seulement 70 20073 12 2048038 pour permettre la technologie de métallisation d1argent décrite pour la pratique de cette invention. Des textes de fond illustratifs intéressant pour la pratique de cette invention pour le domaine des dispositifs microélectroniques sont: 5 a) Principles of Solid-State Microelectronics, par S.N. Levine, Holt, Rinehart et Winston, 1963; et b) Integrated Circuits, Editor, R.M. Warner, Jr., McGrawn-Hill Book Co.. 1965. La figure 4 représente des photographies prises par balayage au micros-10 cope électronique de plusieurs bandes d'argent dans différents états caractérisées par une différence soit dans le revêtement soit dans les conditions de test. La figure 4A représente une photographie d'une bande d'argent non revêtue prise avec un microscope électronique avec un angle de 62° par rapport à 15 la normale à la surface (direction perpendiculaire à la surface du spécimen). La photographie a été prise après la production de 1'électromigration et elle représente la morphologie des croissances de surface 10-10 qui sont caractéristiques de la dégradation due à l'électromigration. On remarque que les croissances comprennent des facettes ce qui indiquent qu'elles sont 20 monocristallines et qu'il existe une distribution au hasard général de taille et de position, à la fois sur la surface supérieure 10-3 et sur le bord. Les croissances se sont révélées être de l'argent pur à l'analyse par microsonde électronique. Du fait de la taille d'une croissance qui peut être plusieurs fois celle de la taille de grain du conducteur d'argent et du fait 25 de l'apparence et de la morphologie, on conclut que la contribution importante du champ électrique est de produire une diffusion de surface excessive. Au cours du test on a noté que la formation des croissances de surface 10-10 était de nature spontanée, cela signifie que chaque croissance est produite sur la surface durant une période de temps très courte et la dégradation 30 se produit sous forme de croissances différentes formées sur la surface. Cette formation nuisible d'une croissance est à rattacher à la présence d'oxyde d'argent mince sur la surface dans lequel sont apparues des microcraquelures durant l'électromigration. L'argent diffuse ensuite rapidement à travers les craquelures pour former les croissances importantes observées. 35 La figure 4B est une photographie obtenue par balayage au microscope électronique illustrant les effets d'une couche de chrome sur la surface supérieure 10-5 de la bande d'argent sur la modification dans la morphologie de la dégradation due à l'électromigration. Dans ce spécimen les croissances 10-12 semblables en apparence à celles déjà observées dans la figure 4A sont 40 produites seulement sur les bords: du conducteur d'argent qui ne sont pas 70 20073 13 2048038 recouvert d'une couche de chrome. L'apparence de la surface supérieure 10-5 qui n'a pas été affectée par le champ électrique dans le conducteur d'argent est d'importance considérable. On utilise ces résultats photographiques pour la pratique de la présente invention et ils enseignent que la dégradation 5 par électromigration dans les conducteurs d'argent peut être réduite de façon importante en revêtant les bords d'un conducteur avec une couche ayant les propriétés semblables à celles de la couche de chrome 10-5. Par conséquent,' pour la pratique de cette invention, une couche de chrome entourant la périphérie du trajet de courant sur une bande conductrice en argent réduit de 10 façon significative la dégradation de la bande due à l'électromigration. On représente dans la figure 4C un autre type de dégradation produit dans l'argent. On montre dans la figure 4C que des petites plaques d'Ag2S se forment sur la surface du conducteur 10-3 et que la distribution de ces petites plaques est uniforme sur la surface du conducteur. On con state sur 15 la photographie un appauvrissement en argent dans la zone de croissance d'Ag2S) cela signifie, que l'argent est perdu lorsqu'il va dans le composé et ainsi le conducteur est dégradé. La photographie de la figure 4D illustre l'attaque par l'environnement d'un conducteur d'argent en présence de l'électromigration, ce qui abouti 20 à la formation de petites plaques d'Ag2S 10-18 sur les bords d'une bande d'argent revêtue d'une couche de chrome sur son sommet 10-5. On montre dans , la figure 4D que la couche de chrome sur la surface supérieure apporte une barrière de diffusion efficace entre la surface d'argent et l'environnement et évite la corrosion par l'environnement de l'argent. On montre aussi dans 25 la photographie de la figure 4D que la couche de chrome elle-même n'est pas dégradée par l'environnement. Dans la pratique de cette invention, la protection de l'argent contre l'environnement est obtenue en revêtant la surface entière du conducteur autour de la périphérie du trajet de courant d'une couche ayant des propriétés semblables à celles du chrome. 30 Le substrat sur lequel la configuration illustrée dans la figure 5 est réalisé est formé d'une pastille de silicium découpée £ l'aide des techniques standards dans un monocristal de silicium. Après les techniques de préparation de surface correcte sur la pastille de silicium pour produire la surface 34, la pastille 30 est alors oxydée thermiquement durant un temps et avec 35 une température convenable pour produire une couche oxydée 32 d'épaisseur désirable. Après la formation de l'oxyde, à l'aide des techniques de phototraitement correct, les trous de contact tels que le trou 35 sont formés dans l'oxyde 34 sur la région désirée 36 d'un type de conductivité donné. On dépose alors une couche de platine sur le sommet de l'oxyde thermique et 4D à l'intérieur du trou de contact 35- et ensuite on chauffe le spécimen â des 70 20073 14 2048038 températures élevées supérieures à 500°C et au-dessous de 8Û0°C jusqu'à ce que le platine réagisse avec le silicium pour former une couche 38 de siliciure de platine (Pt-Si), Après la formation du siliciure de platine, on élimine le platine en excès à l'aide des techniques de décapage pour laisser une 5 configuration comprenant un contact ohmique 38 et du SiO^ non recouvert sur la surface supérieure du bloc de silicium 30. Le spécimen est maintenant prSt au dép8t de la couche de métallisation qui doit être utilisée comme matériau conducteur dans la configuration microélectronique. On dépose une couche de chrome 42 ayant une épaisseur d'approximativement 700Â sur la pas-10 tille entière et qui, du fait de sa nature réfractaire adhère bien au Si02 32 ainsi qu'au siliciure de platine 36. On dépose alors une couche d'argent 44 ayant une épaisseur d'approximativement 70Û0Â. L'argent adhère bien à la couche de chrome 42 et forme un contact ohmique avec le silicium par l'intermédiaire du chrome et du siliciure de platine dans le trou de contact 15 35. Afin de mettre en contact la couche d'argent 44 avec le reste de la configuration, on réalise une autre couche de chrome 46 sur le sommet de la couche d'argent 44 qui peut agir comme lien entre l'argent et la couche ultérieure de Si02 50 qui est une couche d'isolement entre la bande d'argent 20 et le reste du dispositif. En résumé, le dispositif de la figure 5 est formé de silicium oxydé thermiquement sur lequel des couches alternatives de chrome, d'argent et de chrome' sont déposées et qui forment la métallisation conductrice qui apporte le courant dans la région de conductivité donnée 36 par l'intermédiaire 25 d'un contact ohmique. Jusqu'à présent les couches de chrome 42 et 48 ont eu pour but d'assurer l'adhésion de l'argent à la fois à la couche de Si02 supérieure et à la couche de Si02 inférieure pour éviter la dégradation par pelage. Dans la pratique de cette invention, les couches de chrome 42 et 48 sont aussi utilisées comme partie du revêtement barrière qui entoure le 30 trajet de courant dans la bande d'argent. La figure 6 constituée des figures 6A, 6B, 6C et 6D, représente une procédure conforme à celle de l'invention pour la production d'un revêtement de surface métallique réfractaire sur la métallisation d'argent dans une configuration de dispositif caractéristique. 35 La figure 6A représente une pastille de silicium oxydée thermiquement avec une bande conductrice après une procédure de phototraitem8nt qui a éliminée le Cr-Ag-Cr de la surface de la couche de Si02 32 sauf dans les zônes où l'on désire avoir un conducteur dans le dispositif. La largeur d'une bande conductrice caractéristique est approximativement de 0,076mm et son épaisseur 40 totale est approximativement de 7500Â y compris la couche d'argent 44 et 70 20073 15 2048038 les couches de chrome 42 et 46. □u fait de la technique de phototraitement utilisant un photorésistant et ensuite des techniques de pulvérisation cathodiques ultérieures, qui éliminent toute la métallisation qui ne contient pas de photorésistant stabilisé, 5 les bords de la bande d'argent 44 sont nus et ne comportent pas de couche protectrice de chrome. De ce fait, il existe une adhérence médiocre lorsque la couche supérieure de Si02 50 (figure 5) est déposée et cela a pour conséquence les dommages dues à l'électromigration et à l'attaque par l'environnement sur les bords de la bande d'argent qui ne comprennent pas de barrière 10 protectrice. La figure BB illustre une procédure pour revêtir les bords de la bande d'argent 44 avec du chrome. Dans la figure BB une couche de chrome 52 est représentée comme étant déposée à l'aide de techniques convenables d'évapora-tion ou de pulvérisation. La couche de chrome évaporée 52 recouvre les bords 15 de la bande d'argent. L'épaisseur de la couche évaporée de chrome nécessaire est d'environ 10Q0Â. A cette étape de l'opération, la pastille entière est électriquement continue, et il est nécessaire d'éliminer le chrome en excès de la surface de la couche de Si02 pour préserver l'isolement de la bande conductrice. Comme représenté dans la figure BC, on utilise une seconde confi-2B guration de photorésistant 56 où le photorésistant est disposé autour de la bande d'argent comme représenté pour protéger le chrome sur les bords de l'argent contre tout décapage ultérieur. La dernière étape de la procédure représentée dans la figure 6D consiste dans le décapage du chrome de la surface de la couche de Si02 32 qui n'est 25 pas protégée par le photorésistant et à éliminer finalement le photorésistant à l'aide des techniques chimiques classiques. On obtient la configuration finale désirée, la bande d'argent étant encapsulée complètement dans un revêtement de surface de chrome. Pour cette configuration, il ne se produit aucune électromigration significative ou attaque par l'environnement durant une 30 durée de vie considérablement améliorée du dispositif. La figure 7 constituée des figures 7A, 7B, 7C, 7D et 7E représenté un procédé pour la pratique de cette invention dans laquelle on réalise un revêtement barrière sur la périphérie de la bande d'argent. La figure 7A représente une z8ne de contact caractéristique pour une 35 couche de silicium 30 dans laquelle on utilise le siliciure de platine 38 comme contact ohmique entre la couche de silicium et la métallurgie conductrice. Le siliciure de platine est formé dans un trou décapé dans la couche de Si02 32 qui est alors utilisée comme substrat sur lequel on produit la métallurgie. La figure 7B représente l'apparence de la configuration après le dépôt 40 de la métallurgie consistitué de couches alternées de Cr 42, Ag 44 et Cr 20073 16 2048038 46, qui sont produites sur la surface entière de la pastille de silicium. On montre aussi sur la surface 62, sur le sommet de la couche de chrome 46, une couche photorésistante 60 qui a été traitée et qui protège la région de la couche de silicium au contact ohmique aussi bien que la patte de métal-5 lisation désirée. La figure 7C représente les résultats d'un traitement de pulvérisation cathodique où se produit ,1e décapage de la métallisation qui n'est pas protégé par le photorésistant 60. Le décapage se produit à partir de la surface supérieure 62 vers le bas à travers les couches de chrome 46 et d'argent 10 44 mais se termine avant le décapage de la couche de chrome de fond 42. Cette étape permet de maintenir la continuité électrique sur la surface entière de la pastille de silicium et aussi d'exposer les bords nus 44-1 et 44-2 de l'argent. La figure 7D montre que des plaques de nickel 66, 68, 70, 72 ont été 15 produites par placage électrolytique à partir d'un bain électrolytique et que ces plaques recouvrent la couche de fond de chrome 42 et les bords de la bande d'argent 44 avec les parties 70 et 72. Le conducteur d'argent 44 est maintenant entouré complètement par le revêtement de métallisation jouant l'office de barrière. Le photorésistant supérieur 60 est prolongé en 61 pour 20 recouvrir les plaques de nickel 70 et 72. Dans la figure 7E on représente l'élimination par pulvérisation cathodique continue ou à l'aide des techniques de décapage chimique convenables des couches de nickel en excès 66 et 68 ainsi que de la couche de chrome de fond en excès restante se trouvant dessous. Après l'élimination du nickel et 25 du chrome en excès, les couches photorésistantes supérieures 60 et 71 sont éliminées par décapage à l'aide d'un traitement chimique pour donner la configuration résultante montrée dans la figure 7E. Dans la figure 7E, on montre que le conducteur d'argent 44 est entouré complètement par 1b chrome sur les surfaces supérieure et inférieure et par le nickel sur les bords. Dans 30 cette configuration, la bande d'argent est insensible soit aux dommages dus à 1'électromigration par diffusion de surface, soit à 1'attaque chimique provenant d'un environnement hostile. Les sections suivantes apportent des détails supplémentaires sur les divers aspects de la pratique de cette invention. 35 Préparation des Spécimens: Les spécimens d'essais constitués de films en couche de chrome-argent comme représenté dans la figure 2 et dans les figures 3A, 3B et 3C sont déposées avant dégradation dans un dispositif vidé à l'aide d'un pompe à diffusion _6 d'huile à une pression de 2 x 10 mm de mercure sur un substrat de silicium 40 16 oxydé thermiquement 14 chauffé à 20Q°C. Les spécimens d'essai sont des 70 20073 17 204803Ô band.es ayant une largeur de 0,76mm et une longueur de 0,254mm ayant des épaisseurs respectives pour la couche de fond de chrome et d'argent de 500A et • 70001» La géométrie des spécimens a rendu désirable leur formation è l'aide des techniques de phototraitement. Le décapage soustractif des films métalli- 5 ques composites avec des décapants chimiques présente de sérieux problèmes qui sont: C1) le décapage sous jacent inobservable et involontaire ou le décapage trop important des films inférieurs du composite et -la sélection limité des décapants due à la compatibilité des décapants pour un métal en présence d'autres métaux dans le composé. Le décapage par pulvérisation catho-10 dique est un moyen très efficace pour décaper des films métalliques composites. Les rendements de pulvérisation comparatifs des métaux avec les ions argon varient beaucoup avec le numéro atomique et favorisent spécialement le décapage des métaux à conductivité élevée, tels que les métaux nobles Ag, Au, et Cu. Les vitesses de décapage sont réduites de façon très importante pour les 15 métaux barrière adhésifs tels que Cr, Ti, Mo-,, silicium ou les oxydes et les - verres. Par conséquent, les sandwichs composites ayant des noyaux épais de - métaux de conductivité élevéee et des couches extérieures*très minces de métaux adhésifs sont décapées facilement. On évite complètement le décapage sous jacent de toute couche, et des couches sont décapées sans difficulté. 20 La limite inférieure de la résolution de lignes que l'on peut décaper n'est limitée que par la limite de résolution compatible avec la technologie des photorésistants. On suit la mSme procédure que celle décrite ci-dessus pour la préparation • de:Cr-Ag pour obtenir des films constitués de couches Cr-Ag-Cr à l'aide d'un 25 dépôt en trois étapes dans lequel l'étape finale est constituée d'un film de 500A de chrome. Ou fait des techniques de traitement, les bords de l'argent ne sont pas revêtus. Tous les substrats sont découpés en blocs de 2,6mm x 7,6mm qui sont montés sur les nodules et qui sont liés avec un fil d'or de 0,00254rfflTi. Les spécimens qui sont caractérisés comme revêtus de nickel dans 30 la table I sont préparés par placage électrolytique de Ni à partir d'une solution composite de NiSo^, H3 BOg, et d'acide ascorbique sur les spécimens contenant les couches Cr-Ag, produisant ainsi, une épaisseur de nickel sur les bords du conducteur d'argent d'environ 200A. Procédure d'Essais. 35 Le test d'électromigration in situ dans un microscope à balayage électro- - nique est réalisé pour enregistrer la progression de la dégradation du conducteur métallique. Le spécimen est monté de telle façon qu'il permette l'observation de la bande conductrice sous divers angles et perspectives. - . L'envoi d'énergie à la bande d'argent objet du test est augmenté par éta-6 2 .40 pes de 1. x 10 ampères/cm jusqu'à ce qu'une modification Je résistance dépen 20073 1B 2048038 10 15 20 dante du temps soit détectée, permettant l'observation du dommage du début à la fin durant quelques jours. Les essais-in situ nécessitent l'utilisation G 2 d'une densité de courant de 9,8 x 10 ampères/cm pour produire une modification de résistance d'environ 0,1% par minute pour chauffage d'un joule qui augmente la température de bande moyenne à 135°C. □ans le cas des tests de durée de vie comparatifs dans lrair, on chauffe les spécimens dans des tubes de quartz inserrés dans un bain d'huile dont la température est commandée avec une précision supérieure à 0,1°C. Les spécimens ne sont jamais en contact avec l'huile. Des alimentations d'énergie à courant constant sont utilisés et l'on enregistre les courbes résistance-temps pour suivre la progression de la dégradation par électromigration. Des tests conduits dans le vide et sont réalisés avec des dispositifs à pom- — Q page ionique jusqu'à des pressions d'environ 10 mm de mercure et avec des températures commandées avec une précision d'environ 0,1°C. Durée de vie de 1'Electromigration. Des valeurs caractéristiques pour le temps nécessaire pour former une ouverture de circuit électrique dans les spécimens d'argent avec et sans couche' de surface protectrice, déterminées dans l'airë: sous vide sont représentées dans le tableau I. TABLEAU 1 Durées de vie avec électromigration Bande Environnement I Temp, °C Cr-Ag (Air 3 150 Cr-Ag ' (Vide) 15 0 25 Cr-Ag-Ni (air) 150 Cr-Ag-NiX (Vide) 150 j-amps/cm 2 x 10 2 x 106 2 x 10Ê 2 x 10E durée de vie -* tbords revêtus de Ni) 75 heures 1000 heures > 12000 heures > 15000 heures Pour les bandes d'argent non revêtues, la réalisation des essais dans l'air plutôt que dans la vide diminue la durée de vie moyenne de 1000 à 75 heures, 3q ce qui montre la dégradation induite par les environnements hostiles. L'apparence des dommages produits est le même dans les deux cas, indiquant que l'effet d'environnement consiste principalement à accéler l'électromigration, ce qui est un mécanisme de transport de masse à la surface pour l'argent. Des spécimens contenant une couche mince £approximativement de 200A) 35 de nickel sur toutes les surfaces sauf sur le fond qui est revêtu avec du chrome et qui ont été essayés dans l'air ont des durées de vie Supérieures à 12000 heures soit une amélioration' de 100' -fois- par rapport aux spécimens 70 20073 19 2048036 d'argent non revêtus essayés de la même façon. Les durées de vie des spécimens revêtus de nickel essayés dans le vide ne présentent pas une amélioration significative par rapport à ceux essayés dans l'air bien que tous les deux aient des durées de vie supérieures à 10 fois celles des spécimens d'argent 5 non revêtus essayés dans le vide. Ces résultats démontrent que la couche de surface de nickel apporte au moins deux contributions pour diminuer la dégradation des conducteurs d'argent. La première contribution est une barrière de diffusion effective avec l'environnement de telle sorte que l'argent reste séparé des contaminants hostiles de l'environnement. La seconde contribution 10 consiste à empêcher l'instabilité de surface des atomes d'argent, et la diffusion des atomes d'argent est diminuée de façon importante par une modification de l'enthalpie d'activation, AH, de celle de la diffusion de surface (AH =0,5 eV], à celle de la diffusion interfaciale (AH d'approximativement 0,9 eV). La diffusion inférieure conduit à une réduction importante du flux 15 d'électromigration et à la réduction concomittante de la vitesse de dégradation du conducteur d'argent. Dans le cas ci-dessus, l'air utilisé n'a pas été traité pour en éliminer les contaminants qui s'y trouvent normalement, tels que les composés de sulfure et l'humidité, et il présentait donc un environnement caractéristique hostile pour l'argent. 20 Revêtement à Partir de l'Intérieur du Conducteurs □n obtient une couche de surface sur la bande conductrice dans la pratique de cette invention en incorporant des atomes de soluté dans le métal qui doivent être utilisés comme revêtement à l'intérieur du film conducteur durant le dépôt du film conducteur. Ensuite, par traitement thermique correct, les 25 atomes solutés sont amenés à quitter la masse du film conducteur et à se concentrer sur les surfaces. Pour réaliser cela, et préserver les caractéristiques électriques du conducteur, il est désirable d'utiliser comme couche de surface un métal qui a une solubilité faible ou nulle dans le conducteur. Illustrât f de cette technique, est le cas d'un revêtement de surface au 30 chrome pour l'argent. Selon les diagrammes de phase bien connus entre ces deux espèces, il n'y a aucune solubilité apparente du chrome dans l'argent au-dessous de 800°C, ainsi, si durant le dépôt d'une couche d'argent, on ajoute 1 à 5% de chrome à la couche à l'aide de techniques de co-évaporation et si la température est suffisamment basse (inférieure à 200°C) afin de 35 ne pas permettre au chrome de diffuser à l'extérieur de la couche durant ou après le dépôt, alors on obtient une solution supersaturée de chrome dans l'argent. Un texte intéressant sur les diagrammes de phases binaires est: "Constitution of Binary Alloys", par M. Hassen et al?, McGraw-Hill, Inc. 1958. Une fois la métallisation réalisée avec la configuration représentée 40 dans la figure 6A, le film d'argent se trouve à l'état géométrique final. 70 20073 20 2048038 et c'est à ce moment du cycle de fabrication que l'on doit recouvrir les bords pour réaliser cela. On chauffe la métallisation à une température suffisamment élevée pour atteindre l'équilibre de composition par diffusion d'excès de chrome dans l'argent hors de la solution et sur les régions de 5 surface où l'on peut obtenir du chrome pur. Ensuite, on peut poursuivre la fabrication du dispositif. Pour l'exemple choisi, les temps caractéristiques nécessaires pour obtenir la solubilité d'équilibre (inférieur de beaucoup à 1%) sont approximativement de 10 secondes et de 2 heures respectivement pour 700°C et 50Q°C. Un avantage de cette technique du revêtement de la sur-1Q face à partir de l'intérieur du conducteur est la facilité avec laquelle elle peut être introduite dans le cycle de fabrication du conducteur pour un dispositif semiconducteur dans une configuration micro-électronique. A titre d'exemple, pour la métallurgie de Cr-Ag-Cr, le dépôt de chrome est déjà fondamentalement dans la métallisation et une étape de recuit intermédi-15 aire est la seule nécessité supplémentaire. D'autres nécessités telles que la préservation de la conductivité électrique du conducteur et de l'adhésion entre 18S couches sont inhérentes à la pratique de cette procédure de revêtement de surface d'une couche de métallisation. Les référence d'intérêt sur le fond de la pratique de cette invention 20 sont: (a) U.S. Patent n° 3 290 565 délivré en Décembre 1966, le 6 à J.A. Hastings. (b) RCA Review, Vol. 29, Septembre 1968, pages 311 et seq. suivantes. La pratique de l'art antérieur dans l'utilisation de l'argent comme conducteur s'est heurtée principalement à la dégradation par corrosion et 25 avec les aspects électrolytiques de la diffusion d'ions Ag en présence d'un champ électrique. Le problème a été quelque peu réduit par l'utilisation de revêtements de verre protecteur. Cependant, il s'est révélé que le verre n'était pas suffisamment adéquat du fait de trous d'épingle et d'autres défauts tels du gaz emprisonné L'art antérieur n'a pas traité la dégradation des 30 films d'argent due à l'électromigration problème auquel la présente invention apporte une solution. Métallurgie de l'Invention: La partie suivante décrit de façon détaillée plusieurs considérations métallurgiques pertinentes pour la pratique dB cette invention. 35 Description de l'Electromigration: On peut considérer l'électromigration comme un transport de masses sous l'influence d'un champ électrique. Un description générale de ce phénomène est donnée par .B. Huntington et A.R. Grove, J. Phys. Chem. Solids, Vol. 20, page 76 £ 1961), Il y est dit que les électrons de conduction transfèrent 40 la quantité de mouvement aux ions métalliques de façon à favoriser le dépla- 70 20073 21 20480:38. cernent thermique au hasard des ions"dans la direction du courant électronique. Cela abouti à un mouvement net des ions vers l'extrémité anode du conducteur, qui est représenté par l'équation: N, D Z*eE j = -±-1 (1} i KT ' * 5 où est le flux ionique, est la densité ionique, D.. la diffusibilité thermique à la température T, k est la constante de Boltzman, Z*e est la charge effective en considération de la dispersion électronique et E est le champ électrique qui peut être représenté comme pj, c'est-à-dire, la résis-tivité multipliée par la densité de courant. A partir de l'équation (1) on 10 peut voir que les facteurs affectant la diffusibilité, peuvent. être écrits sous la forme D. = D exp (-AH/kT) (2) i o où AH est l'entalphie d'activation de la diffusion thermique et 0 une cons- o tante, qui influence de façon importante le flux d'électromigration, J^.. 15 Puisque la dégradation, ou la modification locale de la masse, abouti à desdiscontinuités dans le flux, les facteurs affectant la diffusibilité conduiront aussi à des modifications dans la dégradation qui se produit dans un conducteur métallique par électromigration. La littérature publiée sur le sujet de l'électromigration se réduit 02 principalement aux effets de réseau dans les conducteurs en masse, et l'énergie d'activation AH est décrite cqmme étant .-le AH. du réseau» Dans la littérature les articles concernant ces effets de masse sont R. Penney, J. Phys» Chem. Solids, Vol? 25, page 335 (1964) pour l'aluminium et P.S. .Ho et H.B. Huntington, J. Phys. Chem. Solids» Vol-. 27, page 1319 (1967), pour l'argent. 25 Des densités de courant des études de l'art antérieur sur des conducteurs 4 2 en masse se sont limitées à des valeurs inférieures a 1 x 10- ampères/cm » du fait du chauffage par effet joule excessif. Cette littérature ne décrit pas complètement l'électromigration dans les conducteurs métalliques en film mince où des densités de courant sont maintenues* à des niveaux supérieurs, 5 - 2 30 par -exemple, supérieurs à 1 x. 10 ampères/cm , et l'anthalpie d'activation» AH, correspond à des procédures de diffusion qui sont confinées aux défauts de structure (frontière de grain) ou de surfaces. Dans l'aluminium, par exemple, AH est le AH de frontière de grain. Cependant, pour l'argent, on a découvert que le AH était celui de la diffusion de surface pour la pratique de 35. cette invention. Dans le cas de l'argent, une diminution significative dans la vitesse de dégradation des conducteurs porteurs de courant peut être .obtenue pour la pratique de l'invention en amenant les modifications du mécanisme de 70 20073 22 2048038 déplacement atomique dans le modede surface où Ah est d'environ 0,45 eV à celui d'un mode interfaciale (frontière de grain ou interface argent à métal) où AH est approximativement 0,9eV. La pratique de cette invention démontre que la présence d'une couche barrière surface métallique sur l'argent 5 permet d'obtenir les résultats désirés.en ce qui concerne les diminutions de la vitesse de dégradation due à l'électromigration ou l'attaque par l'environnement. Microscope à Balayage Electronique: On a utilisé un microscope à balayage électronique pour obtenir les 10 photographies des surfaces de film représentées dans la figure 4. Cet instrument utilise un faisceau électronique de 20 kV qui balaie la surface du spécimen avec une fréquence variable comprise en 3,3 et 100 cycles par seconde, □n voit l'émission électronique secondaire, et cela permet un examen visuel direct non destructif de la surface de bande. Le pouvoir d'agrandissement 15 élevé de 50 000X (où X est le facteur d'agrandissement) une profondeur focale importante„ et une résolution de 200-5QQÂ à distance de travail de 10 mm à 20 kV permet une multiplicité d'observations de la surface du film. On a observé que les sites da dommages initiaux dans un conducteur d'argent exposé durant l'électromigration sont situés dans la région de tempéra-20 ture les plus élevée. Une distribution uniforme des forces d'entraînement locales pour les divergences de flux atomique, telle qu'irrégularités structurelles, points triples,, et point chauds, existe et est surperposée sur le profil de température macroscopique ce qui conduit aussi à dégradation. Ces croissances initiales se développent sur plusieurs grains et ont l'appa-25 rence d'ondulation de surface» Lorsque l'effet progresse,, les croissances importantes 10-10 représentées dans la figure 4A„ commencent à apparaître de façon catastrophique ce qui conduit è un endommagement massif ds la bande d'argent. En même temps, un appauvrissement important d'argent se produit à l'extrémité cathodique du conducteur- es qui-conduit à une ouverture siectrî-30 que du circuit» On s'attend à l'appauvrissement à cet emplacement en considération de l'équation f13 qui indique In vitesse à laquelle les ions se déplacent de la cathode à l'anode» L'étape d® croissance finale peut être considérée comme la rupture d'un film d'Ag^O mince sur la surfans du conducteur par la contrainte mécanique due aux ondulations et à 1'éjsction de l'argent à 35 travers les craquelures ou fissures- Par la pratique ds cette invention, la formation des croissancss de surfaces si l'appauvrissement ds masse st la dégradation ultérieure des conducteurs métalliques sont évitées an ravêtar.t la surface de l'argent avec une couche métallique qui évite le formation des composés ds surface nuisibles at qui diminue la mobilité ds surface des 40 atomes d'argent en fournissant un interface entre la bande d'argent et 70 2ÛÛ73 23 204803Ô le revêtement de surface, ce qui retarde ainsi le flux d'électromigration. Par exemple, la photographie de la figure 4B montre que le chrome sur les surfaces supérieure et inférieure d'une bande conductrice d'argent a empêché la formation de croissance et que les croissances se sont produites sur les 5 bords exposés de la bande. Corrosion Elejtrolytique: Il est bien connu dans l'art antérieur que l'argent migre ioniquement en présence d'un champ électrique et d'un électrolyte convenable. Par exemple, en présence d'environnement contenant de l'eau, la réaction suivante se pro-10 duit: Ag + H2D -v Ag+ + 0H~ + H C3) + Ensuite Ag migre vers l'éleotrode négative, s'il s'en trouve. Dans les circuits microélectroniques, on rencontre souvent des dispositions où les conducteurs émetteurs, conducteurs base, et conducteurs collecteurs, sont très proches, 15 et sont séparés sur la surface du module circuit par Si02 ou d'autres matériaux isolant» Puisque ces conducteurs sont polarisés avec des potentiels de signes opposés, et que H20 se trouve quelque fois dans la couche de Si02, les conditions peuvent se trouver réaliser pour la formation d'une réaction de cellule électrolytiques représentée dans l'équation C3), et ensuite Ag+ migre entre 20 les bandes d'argent adjacentes, ce qui finalement entraîne des court-circuits. Par la pratique de cette invention, on évite ce type de dégradation en disposant une couche de surface constituée d'un matériau convenable sur la bande d'argent qui protège la surface d'argent de 1'électrolyte. Un exemple d'une telle couche métallique est le chrome, qui n'est pas sujet à une attaque électrolyti-25 que similaire. Corrosion par le soufre: Maintenant on considère le cas où l'argent est en contact direct avec l'environnement. Il existe au moins trois mécanismes possibles pour la formation de l'Ag„S si Ag 0 est présent: (1) la diffusion de S à travers.Ag„0 £ £ £ 30 vers la surface d'argent; (2) la diffusion de Ag à travers l'Ag20 vers 1'interface oxyde sulfure; ou (3) une réaction par laquelle S remplace 0, conver-iissant l'oxyde original en sulfure. Les deux derniers mécanismes sont les plus probables si l'on considère la mobilité relative des anions et des cations dans les structures d'oxyde, et si l'on compare la stabilité de Ag2S par 35 rapport à Ag20. Une fois que cette couche d'Ag2S s'est formée sous forme de couches ayant une épaisseur de quelques atomes et qu'elle est proche de l'argent, la rapidité avec laquelle les petites plaques se forment et croissent jusqu'au point où elles consument complètement la bande peut-être expliquée. 40 Le contact de Ag2s avec l'argent de base n'est que dans les emplacements 20073 2048038 où une diffusion préférentielle1 â travers Ag20 et le verre protecteur se produit, par exemple, les croissances dues à l'électromigration se produisent de préférence où l'argent "frais* est en contact avec l'atmosphère, dans les points chauds, les points où il existe des concentrations de contrainte 5 élevées, ou les trous d'épingles. En outre, le gaz piégé dans le verre est une source importante de contamination. On peut expliquer l'accélération des dommages dus à l'électromigration dans les environnements contenant de l'oxygène et du soufre en considérant la pénétration aux frontières de grain de l'oxygène et de la nucléation de 10 vide ultérieur, et à la formation de films d'Ag2S qui permettent un mouvement facile de l'argent sur la surface dans la direction de l'écoulement électronique et à travers la région de surface pour former les croissances observées. La pratique de cette invention démontre que la disposition d'une couche métallique convenable sur la surface d'un conducteur d'argent évite la formais tion de composés d'argent et la dégradation ultérieure de l'argent. Par exemple, la photographie de la figure 4B représente la croissance de petites plaques d'Ag2S seulement sur les bords du conducteur d'argent, alors que la surface supérieure est revêtue avec du chrome n'est pas affectée par l'environnement de l'ambiance. En outre, les données du tableau 1 montrent que 20 la durée de vie est augmentée de plus de 100 fois si l'on recouvre la surface de conducteur d'argent avec une couche de surface de nickel à l'aide des techniques électrolytiques. On n'a observé aucun composé d'argent durant ou après les essais sur les bandes conductrices revêtues de nickel. Critère pour les couches de surface. 25 On a découvert pour la pratique de cette invention, une couche Métallique sur la surface d'un conducteur métallique entourant le trajet de courant évite la dégradation du conducteur due à l'électromigration ou à l'attaque par l'environnement. Afin de choisir un matériau correct pour cette passivation de surface du conducteur, il est nécessaire de considérer des phénomènes 30 métallurgiques associés avec des procédés de dégradation qui interviennent dans la couche de surface. En considérant de tels facteurs, on détermine les critères suivants. La couche métallique doit être résistante à l'électromigration, résistante à l'attaque par l'environnement et augmenter l'anthalpie d'activation pour la diffusion du conducteur sous jacent pour réduire la 35 mobilité des atomes d'argent dans le champ électrique comme on le voit par l'équation [1J. En outre, la couche métallique ne doit pas modifier de façon importante la conductivité du circuit conducteur, ou diffuser dansle conducteur sous jacent. En outre, la couche métallique doit être une barrière efficace contre la diffusion entre la surface de conduction et l'environnement, 40 et doit comporter une surface adhérente pour le conducteur et Si02tou le verre). 70 20073 204803$ Des métaux de couches barrières convenables pour la pratique de cette invention sont ceux qui sont caractérisés par des basses diffusions aux températures intéressantes (par exemple, les métaux réfractaures W et Mo), qui sont insolubles mais forment une liaison métallique forte avec l'argent, 5 sont passifs par rapport à l'environnement [par exemple Cr, Ni), et présentent une certaine affinité pour la formation de composés non métalliques. Dans la pratique de cette invention, on utilise Cr, Ni, Ta, Ti, Mo, or W ou tout autre métal de type réfractaire qui peut satisfaire aux fonctions désirées de la couche surface. 10 Bien qu'il soit préférable pour la pratique de cette invention que le revêtement de surface ne soit pas sujet à l'attaque par l'environnement, on peut utiliser certains revêtements pour la pratique de cette invention, même si ils peuvent être quelque peut sujet à une certaine attaque de l'environnement. Il est important que le revêtement de surface ne soit pas dégradé 15 de façon importante par l'attaque de l'environnement pour empêcher une corrosion non désirable de la.bande sous jacente. A titre d'exemple, on sait que Mo est sujet à certaines .attaques par l'environnement, c'est-à-dire, dues à l'humidité. Cependant, Mo est convenable pour la pratique de cette invention, car il est beaucoup, plus résistant à d'autres attaques d'environnement que 20 l'argent, par exemple aux attaques dues au sulfure. Bien que l'on, ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il -juge utiles, 25 sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 20073 26 204803Ô REVENDICATIONS 1.- Structure électriquement conductrice composite, résistante aux dégradations causées par le phénomène d'électromigration et/ou à l'attaque par l'environnement caractérisée en ce qu'elle comprend: 5 un conducteur électrique métallique dans lequel le courant qui le tra verse circule de façon déterminée, un revêtement de surface qui entoure ledit conducteur électrique. 2.~ Structure électriquement conductrice composite, résistante aux dégradations causées par le phénomène d'électromigration et/ou à l'attaque par l'en- 10 vironnement caractérisée en ce qu'elle comprend: un conducteur électrique d'au moins une première espèce atomique ayant une direction préférée pour l'écoulement du courant électrique, un revêtement de surface dudit conducteur électrique d'au moins une seconde espèce atomique qui entoure ledit écoulement du courant électrique 15 et qui freine la diffusion de ladite première espèce atomique sur et/ou dans ladite surface. 3.- Composant semiconducteur intégré du genre comportant au moins un corps semiconducteur (1B) revêtu par au moins une couche d'isolement (14) caractérisé en ce que le réseau d'interconnexion (10) entre les différentes zones 20 actives dudit composant entre elles et/ou avec les circuits extérieurs a la structure composite suivante: une première couche de métallisation (10-4), d'un premier métal adhérent bien à ladite couche d'isolement, une seconde couche de métallisation (10-2, d'un second métal bon conduc-25 teur de l'électricité et enfin un revêtement de surface recouvrant parfaitement la surface restante de ladite seconde couche, sa surface supérieure (10-5) et ses deux surfaces latérales (10-6 et 10-8) et rejoignant ladite première couche de métallisation réalisant ainsi un enveloppement complet de ladite seconde couche, ledit 30 revêtement de surface étant d'un troisième métal. 4.- Composant semiconducteur intégré du genre comportant au moins un corps semiconducteur revêtu par au moins une couche d'isolement caractérisé en ce quB le réseau d'interconnexion entre les différentes zones actives dudit composant entre elles et/ou avec les circuits extérieurs a la structure compo- 35 site suivante: une première couche de métallisation d'un premier métal adhérent bien 20073 , 2048030 à la surface extérieure de ladite couche d'isolement, cette couche de métallisation venant contacter un contact ohmique formé à la surface dudit corps semiconducteur dans au moins une ouverture réalisée au travers de ladite couche d'isolement 5 une seconde couché de métallisation, d'un second métal bon conducteur de l'électricité et enfin un revêtement de surface recouvrant parfaitement la surface restante de ladite seconde couche, sa surface supérieure et ses deux surfaces latérales et rejoignant ladite première couche de métallisation réalisant ainsi un en-10 veloppement complet de ladite seconde couche, ledit revêtement de surface étant d'un troisième métal. 5.- Composant semiconducteur selon la revendication 4 dans lequel le contact ohmique est du siliciure de platine. 6.- Composant semiconducteur selon l'une quelconque des revendications ci- 15 dessus dans lequel lesdits premier et troisième métaux sont des métaux réfrac-taires et ledit second métal un métal noble. 7.- Composant semiconducteur selon la revendication 6 dans lequel lesdits premier et troisième métaux sont choisis dans le groupe comprenant Cr, Mo, Ni, Ta, Ti, W, et 20 ledit second métal est choisi dans le groupe comprenant Ag, Cu, Au.