Brevet FR2022335A1 — publié le 19700731

L'invention est relative aux dispositifs semi-conducteurs; et , elle concerne, plus particulièrement, un procédé pour la réalisation de contacts électriques sur des éléments semi-conducteurs de tels dispositifs. 5 Dans la plupart des catégories de dispositifs semi-conducteurs^ il importe de réaliser un contact électrique qui soit permanent, mécaniquement robuste et de faible résistance électrique. On utilise divers types de métaux et associations de métaux tels qu'aluminium, or, argent, titane, etc., comme le montre la technique anté-10 rieure, pour réaliser des connexions d'électrodes, mais leur application exige habituellement la mise en oeuvre de températures élevées quelquefois nuisibles à des jonctions PU voisines, ou à d'autres propriétés électriques de la masse semi-conductrice. Dans bon nombre de tels cas, il est nécessaire aussi que le contact métalli-15 que se trouve restreint à une superficie minime, spécifique, localisée avec précision, qui a des dimensions de l'ordre de 0,0025 millimètre. On a souvent recours à des techniques photolithographiques pour satisfaire à cette dernière exigence et, lors de la mise en oeuvre de telles techniques, les hautes températures susmentionnées 20 accroissent les difficultés que l'on éprouve à localiser les régions métalliques des contacts là seulement où on désire en établir, aussi bien que les difficultés éprouvées à enlever le métal pour contacts déposé en des emplacements indésirés. Par conséquent, on recherche depuis longtemps un procédé pour la formation de contacts 25 qui s'accommoderait mieux des exigences sus-spécifiées sans affecter défavorablement des jonctions PU voisines ou d'autres caractéristiques électriques des dispositifs finis. Un procédé connu consiste à placer une couche d'un revêtement du type dit "photoresist" adéquat sur la totalité de la surface 30 d'une couche isolante convenable antérieurement appliquée à une masse semi-conductrice, le "photoresist" est ensuite photographi-quement exposé à un dessin désiré, après quoi on le développe pour découvrir les zones désirées de la couche isolante. On utilise ensuite un agent d'attaque approprié, tel qu'une solution diluée d'a-35 cide fluorhydrique dans de l'eau désionisée, de façon à ménager par attaque des ouvertures de contact dans la couche isolante. Après avoir enlevé le "photoresist", on dépose un métal pour contacts tel que de l'aluminium sur la surface restante de la couche isolante aussi bien que sur les portions de la surface de la masse semi-con-40 ductrice qui se trouvent exposées à nu par les ouvertures de contact 69 37501 2 2022335 Après avoir formé le dépôt du métal pour contacts, on place une deuxième couche de "photoresist" sur la totalité de la surface de la substance de contact. La deuxième couche de "photoresist" est ensuite convenablement exposée et développée afin de l'enlever par-5 tout sauf dans les portions couvrant le métal pour contacts déposé dans les ouvertures de contact. On place ensuite la masse semi-conductrice dans un agent d'attaque adéquat, capable d'attaquer et dissoudre le métal pour contacts (par exemple, on peut attaquer l'aluminium dans une solution constituée par 25 i» d'hydroxyde de 10 sodium et 75 f° d'eau désionisée) pour enlever le métal pour contacts exposé à nu. On enlève le reste du "photoresist", et, généralement, ensuite on fritte les contacts métalliques ou on les transforme en alliage par chauffage dans un four pour assurer l'établissement d'un contact non redresseur ayant une résistance électrique négli-15 geable. Quand on met en oeuvre le procédé selon la technique antérieure décrit ci-dessus pour former un contact, on constate divers inconvénients énumérés ci-après. D'abord, ce procédé exige un grand nombre de coûteuses opérations élémentaires de traitement. En deu-20 xième lieu, il est très difficile de rester maître de l'opération d'attaque nécessaire pour enlever le métal de contact exposé à nu, ce qui peut donc provoquer une médiocre définition de l'ouverture de contact et peut aussi attaquer la couche isolante, en diminuant ainsi la fiabilité du dispositif. 25 L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'ai de du complément de description qui suit ainsi que du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin concernent un mode de réalisation de l'invention choisi à titre d'exemple non limitatif et sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. 30 La fig. 1, de ce dessin, est une coupe transversale et à une échelle agrandie d'une pastille pour transistor NPN à laquelle l'invention est particulièrement applicable. La fig. 2 montre une coupe transversale de la pastille pour transistor KPN de la fig. 1 à un stade intermédiaire de la mise en 35 oeuvre du procédé selon l'invention. La fig. 3» enfin, montre semblablement aux fig. 1 et 2 la pastille pour transistor ÎJÏH représentée au stade final de mise en oeuvre du procédé en question. Dans les différentes figures du dessin, on s'est servi des 40 mêmes références pour désigner des éléments analogues ou identiques 69 37501 3 2022335 la fig. 1 montre un dispositif semi-conducteur 1 pour ia réa- * lisation duquel une partie du procédé selon l'invention a été mise en oeuvre, le dispositif 1 représenté est un transistor ÏÏPK de structure planaire dont le support semi-conducteur est en silicium 5 ayant une conductivité de type 3Ï. le transistor EPH 1 comprend essentiellement une région émettrice 4» une région constituant la "base 5» et une région collectrice 6. les surfaces supérieures de silicium exposées à nu sont indiquées par des interfaces 10 de contact. les deux jonctions internes, c'est-à-dire la jonction 11 10 émetteur-base et la jonction 12 collecteur-base sont couvertes par une couche isolante 3 qui peut être constituée, par exemple, par un oxyde de silicium. Tous les modes opératoires nécessaires pour former les portions sus-spécifiées du transistor UPlï 1 sont bien connues d'un spécialiste et ne constituent pas une partie de l'inven-15 tion. Une couche d'une substance 2 constituant un masque éliminable par la chaleur, et telle qu'un "photoresist", couvre complètement la surface supérieure de la couche isolante 2. la fig. 2 montre en coupe transversale un exemple d'une struc-20 ture 20 pour contact obtenue à la suite des opérations initiales de traitement selon un mode de réalisation de l'invention. Ce contact est formé comme suit sur la masse semi-conductrice représentée fig. 1. Une première couche 7 d'un métal actif, c'est-à-dire un métal choisi pour l'excellente qualité de son adhérence sur la masse semi-25 conductrice, est appliquée sur la surface supérieure de la couche 2 de "photoresist" et aux interfaces de contact 10. le métal actif 7 peut être, par exemple, un métal choisi parmi le groupe constitué par les métaux suivants : titane, vanadium, chrome, niobium, zirco-ni.um, palladium, tantale et des composés intermétalliques de ces 30 métaux. Une deuxième couche 8 d'un métal de contact, c'est-à-dire un métal choisi pour l'excellente qualité de ses propriétés de soudure et de liaison aux conducteurs ou électrodes externes, est ensuite appliquée sur la première couche 7. le métal de contact peut être, par exemple, un métal choisi parmi le groupe constitué par 35 l'aluminium, l'argent, l'or, le platine et des composés intermétalliques de ces métaux. Il convient de noter que soit la couche active 7, soit la couche de contact 8 peut être appliquée séparément selon les enseignements de l'invention. On décrit ci-après un exemple détaillé d'un mode opératoire 40 adéquat pour former les couches métalliques 7 et 8 dans des 69 37501 4 2022335 ouvertures 30 selon l'invention. Ce stade du procédé selon l'invention est représenté fig. 2. Avant d'appliquer le contact à la suiv face du "photoresist" et aux interfaces 10, il est désirable d'abord de nettoyer et maintenir les interfaces 10 relativement exeap-5 tes de tout oxyde. Ceci est important pour assurer une bonne adhérence du contact au silicium. La première opération élémentaire du nettoyage des interfaces 10 consiste à dégraisser la pastille 1 dans des solvants convenables tels que des solutions de trichloré-thylène et de méthanol. On fait suivre ce dégraissage d'un rinçage 10 à l'eau désionisée puis d'un séchage dans une atmosphère d'azote. L'oxyde de silicium indésiré au niveau des interfaces de contact 10 est ensuite enlevé, par exemple par une attaque adéquate par de l'acide fluorhydrique. Ce nettoyage des interfaces 10 présente un avantage sur les modes opératoires de la technique antérieure en ce que, 15 puisque la couche de "photoresist" n'a pas à être enlevée après l'opération élémentaire de nettoyage comme cela est nécessaire dans le procédé d'attaque classique décrit ci-dessus, les risques d'une réoxydation des interfaces 10 sont amoindris parce que les opérations de traitement d'élimination du "photoresist" qui laissent ex-20 posées à irn les surfaces de silicium pendant un temps additionnel favorisant leur oxydation se trouvent supprimées. Ensuite, les diverses couches métalliques constituant le contact métallique 20 sont déposées sur les surfaces du "photoresist" 2 et dans les ouvertures de- contact 30. On peut mettre en oeuvre 25 toute technique adéquate de formation d'un dépôt sous vide permettant d'opérer sous tin vide d'au moins 1,0 x 10"^ torr. Par exemple, après la formation de la masse semi-conductrice 1 telle qu'elle se trouve représentée fig. 1, on place la pastille dans une chambre à g vide où on établit et entretient un vide d'environ 1,0 x 10 torr. 30 On a découvert que, pour des raisons qui ne sont pas encore pleinement élucidées, le degré de vide exerce un effet avantageux en aidant à diminuer la contamination de la couche isolante 3, contamination qui intervient fréquemment en raison de la présence de la couche de "photoresist" 2 et diminue l'adhérence de la couche de 35 "photoresist" 2 à la couche isolante 3. Ensuite, en mettant en oeuvre des moyens adéquats pour la formation d'un dépôt tels qu'un filament électriquement résistant chauffé, on applique une couche 7 de métal actif .tel que du titane et une couche 8 de métal de contact tel que de 1'aluminium sur la surface du "photoresist" 2 et dans 40 les ouvertures 30. D'autres moyens appropriés pour la formation 69 37501 5 ï 2022335 d'un dépôt sont la pulvérisation et la formation d'un dépôt par application d'un faisceau, d'électrons. Afin d'enlever le métal indésiré (c'est-à-dire des portions des couches 7 et 8) sur le dessus de la couche de "photoresist11 2P 5 il est nécessaire de commencer par diminuer l'adhérence de la couche de "photoresist" 2 sur la couche isolante 3. On a découvert que ceci intervient lors d'un chauffage de la masse 1 et de la couche de "photoresist". On a toutefois découvert que si on opère à une température plus élevée que celle à laquelle le "photoresist" cqb= 10 mence à se carboniser, certains constituants de la couche de "photoresist" 2 commencent à imprégner ou à contaminer de toute autre manière la couche isolante 3. Ceci est un résultat hautement indésirable car de tels contaminants, plus particulièrement ceux qui comprennent du sodium, du potassium ou d'autres éléments foumis-15 sant des ions mobiles, ce qui est généralement le cas avec les matières du type "photoresist" présentement disponibles dans le commerce, provoquent une médiocre stabilité électrique lors du fonctionnement du dispositif fini. Ces impuretés peuvent aussi contaminer les couches de contact 7 et 8 elles-mêmes, en provoquant ainsi 20 un véritable empoisonnement du dispositif. Par conséquent, au cours de l'application de la première couche 7 et de la deuxième couche 8, la pastille 1 et la couche de "photoresist" 2 sont maintenues à une température élevée prédéterminée, qui tend à provoquer le détachement de la couche de "photoresist" 2 mais qui est inférieure à la 25 température à laquelle intervient une contamination notable de la couche isolante 3 par la matière constitutive du "photoresist" 2 et inférieure à la température à laquelle la matière constitutive du "photoresist" 2 commence à se carboniser. Quand on utilise un "photoresist" organique, la température prédéterminée désirée se trouve 30 comprise entre 150 et 210°C. Une fois que les couches 7 et 8 de titane et d'aluminium sont déposées, on chauffe la pastille 1, par exemple, dans un four où est établie une atmosphère protectrice d'azote; un tel chauffage s'effectue pendant environ 30 minutes à une température comprise entre 35 400 et 570°C. Cette opération de chauffage agit de façon à détacher et à enlever par décomposition pratiquement la totalité du "photoresist" 2 et la portion des première et deuxième couches 7 et 8 se trouvant sur le "photoresist" 2. La poursuite de ce traitement de chauffage a pour effet de fritter les deux couches 7 et 8 sur la 40 masse semi-conductrice 1 et de former des contacts bien adhérents 69 37501 2022335 et non redresseurs aveo les interfaces de contact- 10» Ga peut, si on le désire y 63>0tïjB0 la giefeea supérieure d© la couohe isolante 2 à un traitemaat sappléiaèataire û© £.GtteyageP par ©semplo par la-sersioa daas un bain d'^ssa désionisé© agité par des ultra-sons o 5 la fig. 3 montre m. cotipe tme forme complètement terminée d'isa aod© vis réalisation. d'tm systèaa® de contact 20 réalisé eoaformémeirè à l'iaTeatioa. ïa totalité de la eoucfeo de "pïioioresist" 2 a été snlsvée d«s la e^x-ù.ot'ïivs représente® fig, 3 en sr-Ssi® tesaps que toutes couches iadési2'ée£- {o3est-à=-ctirQ des portions des ©oiieïies 7 et 8) 10 qui la surmontaient. Les couches 7 et 8 ne subsistent plus que dans les ouvertures 30 correspondant aux emplacements de contact. Bien eatendu, la portée de l'invention s1étend à des dispositifs seffii-eondueteurs réalisés par- mise qel oeuvre d'un procédé selon 1 • doivent ion. 15 Gomme il va, de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ae se limite nullement s ceux des modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. bad original 69 37501 7 2022335 HEVEHDICATIONS 1 - Procédé pour la production d'un contact métallique sur une masse d'une substance semi-conductrice ayant une couche isolante contiguë à sa surface supérieure et comportant au moins une ouver- 5 ture de localisation de contact exposant à nu une portion de la surface de ladite masse, ladite couche isolante étant recouverte d'un masque de substance éliminable par la chaleur et qui, lorsqu'elle est chauffée au-dessus de sa température de carbonisation, peut contaminer ou imprégner ladite couche isolante, lequel procédé 10 est caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : à déposer sous vide, dans un vide d'environ 1,0 x 10*"^ torr, au moins une couche de substance métallique sur la surface dudit masque éliminable par la chaleur et sur la surface de ladite masse exposée à nu au travers de ladite ouverture tout en maintenant ladite masse semi-15 conductrice et ledit masque éliminable par la chaleur qui' la recouvre à une température inférieure à celle à laquelle ledit masque commence à se carboniser afin d'empêcher que la substance éliminable par la chaleur imprègne ladite couche isolante; à chauffer ledit masque éliminable par la chaleur jusqu'à aine température suffi-20 santé comprise entre 400 et 570°C pour détacher et enlever ladite substance éliminable par la chaleur et la portion de ladite couche métallique qui la recouvre; et à poursuivre un tel chauffage afin de fritter ladite couche de substance métallique sur ladite masse pour former un contact non redresseur avec cette masse à l'intérieur 25 de ladite ouverture. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1'on fait comporter à ladite couche métallique un métal actif choisi parmi le groupe constitué par titane, vanadium, chrome, zircorrium, niobium, palladium, tantale et des composés intermétalliques de ces 30 métaux; et on utilise comme substance éliminable par la chaleur un "photoresist" organique. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, après l'opération de chauffage mentionnée en dernier, on place ladite masse dans un bain agité par des ultra-sons pour enlever tou- 35 tes portions restantes de ladite substance du type "photoresist" et ladite couche métallique recouvrant ce "photoresist". 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise, comme couche métallique, une couche comprenant un métal de contact choisi parmi le groupe constitué par l'aluminium, 40 l'or, l'argent, le platine et des composés intermétalliques de ces 69 37501 8 2022335 métaux; on utilise comme substance éliminable par la chaleur un "photoresist" vendu par Eastman Kodak sous la marque "KMER"; et on opère à une température mentionnée en premier comprise entre 150 et 210°C. 5 5 - Procédé selon la revendication 4» caractérisé en ce que, après l'opération de chauffage mentionnée en dernier, on place ladite masse dans un bain agité par des ultra-sons pour enlever toutes portions restantes de ladite substance du type "photoresist" et ladite couche métallique recouvrant ce "photoresist". 10 6 - Dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il est ré alisé par mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.