Brevet FR2034611A1 — publié le 19701211

i 2034611 La présente invention ©©acerae m procédé pour réaliser des contacts en altmiaimaiis isolés êlectsiqîasmenÊ tels que des pistes ou voies eomstaetrices 5 â@s fila de j©Betioa et des. plaques de contact pour des cœapos®at© Slsctriqsss et nomant pcpr des 5 _ composants à semi-conducteur© fabriqués suivant la technique planar„ Le montage des eonfcaets sur le® électrodes et l'isola-- tion de ces contacts ou pistes ou voies ccraductrices revêt sae grande importance dans la fabrication rationnelle des composants 10 à semi-conducteurs, notamment de ceux dont la fabrication est basée sur la technique planar. Alors que l'on utilise principalement des revêtements de laque pour isoler les fils de contact des composants électriques, on est tenu, dans le domaine micro-électronique, de faire 15 appel à des procédés de dépôt et d'oxydation, en utilisant des procédés de la photolithographie ou de la technique du masquage. Pour cela, les composants constituant m circuit intégré sont réunis entre eux par dépôt de voies conductrices en aluminium métallique sur la couche d1 oxyde isolante et protégeant simulta-20 nément les composants. Le dépôt de plusieurs de ces voies conductrices, nécessaires pour connecter entre ©«si les différents composants, et qui se croisent ou, même, sont placées les unes sur les autres et ne sont séparées que par une couche isolante, est encore la cause de 25 grandes difficultés même lorsque l'on utilise des processus très compliqués de masquage et d'oxydation ainsi que la technique du décapage photochimique, et conduit souvent à de grandes dispersions des paramètres électriques ainsi qu'à des défaillances électriques et mécaniques. 30 On évite ces difficultés grâce au procédé conforme à l'invention pour fabriquer des contacts en aluminium, isolés électriquement, tels que des voies conductrices, des fils de jonction et des plaques de contact pour des composants électroniques et notamment pour des composants à semiconducteurs £a-35 briqués suivant la technique planar, en utilisant pour isoler les contacts une couche d'alumine obtenue par oxydation directe d'un revêtement d'aliamnium réalisé préalablement» Avec ce procédé d'oxydation localisée, qu'on peut mettre en oeuvre rationnellement et à peu de frais9 on peut croi-40 ser les voies conductrices les unes sur les autres en les isolant, 70 07352 2 2034611 éviter le tunnel et réduire les dimensions des composants. De plus3 on obtient des composants électriques ayant, par rapport aux procédés connus jusqu'à présent dans la technique des semiconducteurs s .de meilleures caractéristiques de qualité, tin rendement et une durée de vie plus élevée, étant donné que la couche d'oxyde formée par croissance sur la surface de la métallisa-tion constitue une protection excellente contre la corrosion, qui est liée intimement au matériau de la voie conductrice,c'est-à-dire sans interruption et par enveloppement. La stabilité élec -trique ainsi que la solidité mécanique en sont également améliorées. Un autre avantage réside dans la réduction des coûts de fabrication. Si des exigences particulièrement grandes sont imposées du point de vue de l'isolation, on prévoit dans une autre forme de réalisation de l'invention de déposer une couche isolante supplémentaire sur la couche d'alumine. A cet effet, l'invention propose d'utiliser une couche de SiÛ2 ou Si^N^. Avantageusement, la couche de SiC^ est déposée par pulvérisation au moyen d'un rayonnement de forte énergie, par exemple par pulvérisation cathodique ou par pyrolyse des silanes correspondants. Cette double isolation est très utile pour des applications particulières, par exemple pour des composants à grande surface. L'invention propose également de réaliser par oxydation anodique la couche d'alumine prévue sur la voie conductrice en aluminium ou sur la plage de contact en aluminium ou sur le fil d'aluminium. Comme électrolyte, on utilise de préférence une solution qui n'attaque pas la couche d'oxyde à former. C'est pourquoi, suivant un exemple de réalisation particulièrement approprié, conforme à l'invention, on utilise une solution peu concentrée d'un acide organique, par exemple une solution d'acide oxalique à trois pour cent. Une barre de graphite peut servir, de façon appropriée, de cathode pour éviter toute impureté métallique. Le procédé conforme à l'invention ne se limite cependant pas au seul procédé d'oxydation anodique, et peut être mis en oeuvre également au moyen d'une oxydation chimique. Pour cela, on forme la couche d'alumine en utilisant une solution d'un chromât e alcalin, contenant du carbonate de soude et chauffée au 70 07352 3 2034611 moins à 90°C. Les couches isolantes en alumine déposées sur les métallisations à 1'aluminium suivant le procédé conforme à l'invention sont caractérisées par une structure particulièrement 5 uniforme et homogène. De plus, l'adhérence de la couche d'aluminium sur la surface du cristal en est encore améliorée. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait qu'on peut déposer successivement les unes sur les autres plusieurs couches d'aluminium et d'alumine, qu'on 10 peut à nouveau enlever également pour former des structures géométriques particulières en des emplacements prévus à cet effet, en utilisant éventuellement des couches de masquage et la technique du décapage photochimique. Les mêmes mesures peuvent être appliquées de façon analogue dans le cas d'une couche isolante 15 constituée notamment par du SiC^, déposée en supplément sur la couche d'alumine. Le procédé conforme à l'invention est donc particulièrement bien approprié à la fabrication de circuits intégrés réalisés en particulier suivant la technique planar. 20 Hais ledit procédé peut être utilisé tout aussi avantageusement pour la fabrication de composants à semi-conduc-teurs qui, avec utilisation de fils de contact en aluminium, sont placés dans un boîtier en matière synthétique. Cela est particulièrement important lorsque l'enveloppe en matière syn-25 thétique est obtenue par la technique du moulage par injection car, avec cette méthode, il peut facilement arriver que des fils de contact voisins se touchent. Un court-circuit est empêché par la couche d'oxyde d'aluminium déposée par croissance. Un autre domaine d'utilisation du procédé conforme à 30 l'invention concerne la fabrication de circuits à couches minces, dans lesquels des résistances et des condensateurs sont reliés entre eux dans un circuit multiple. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé, différents modes d'exécu-35 tion de l'objet de l'invention. La figure 1 est une coupe d'une série de voies conductrices qui peut être utilisée en principe pour réaliser les contacts d'un circuit intégré à semi-conducteurs par exemple. Pour cela, on dépose, sur le cristal 1 contenant les compo-40 sants à semi-conducteurs, une couche d'aluminium 2, d'épaisseur 70 07352 4 2034611 environ 1p, servant de couche conductrice inférieure par vaporisation sous un vide de 4.10 Torr à l'aide d'une source de vaporisation (non représentée sur la figure 1) constituée par un filament de tungstène et contenant un fil d'aluminium. On transfor-5 me les zones superficielles de cette couche d'aluminium 2 en une couche d'alumine 3, par oxydation anodique ultérieure dans une solution d'acide oxalique à trois pour cent. Pour cela, le cristal (1, 2) à oxyder est monté de façon à servir d'anode et, pour la mise sous tension, on dépose par alliage, dans une atmosphère 10 de HC1, une perle d'étain (non représentée sur la figure) sur le cristal à côté de la couche d'aluminium vaporisé 2, sur le bord du cristal qui comporte d'ailleurs un grand nombre de circuits identiques et qui n'est subdivisé en ses différents composants qu'avant le montage. On soude ensuite un fil mince sur le contact 15 en étain et on recouvre le cristal avec de la picéine ou une laque photosensible, à l'exception de la surface d'aluminium à oxyder. Comme cathode, on utilise une barre de graphite. Pour une intensité de courant de 0,4 nà, ce qui correspond approximativement à 15 mA/cm2 et 60 V, l'oxydation complète de la surface 20 d ' aluminium est obtenue au bout de 20 minutes environ et la cou- , che désignée par le chiffre 3 est réalisée. En outre, on soumet le dispositif entier à un nouveau processus de dépôt par vaporisation, comme déjà décrit, et on réalise la deuxième voie conductrice supérieure 4 en aluminium. Les deux voies conductrices 2 et 25 4 sont isolées électriquement l'une de l'autre par la couche 3 d'AlgOg obtenue par croissance. Dans le cas d'un câblage à couches multiples, c'est-à-dire lorsque plus de deux voies conductrices doivent être isolées les unes des autres, il faut reitérer le processus. Si on 30 doit empêcher la corrosion par contacts de la face supérieure des voies conductrices avec une matière synthétique, il faut munir ladite face d'une couche d'oxyde 16. Les figures 2 et 3 montrent un autre exemple de réalisation conforme à l'invention dans lequel on utilise, à la diffé-35 rence de l'exemple de réalisation de la figure 1, les phases opératoires supplémentaires du procédé du décapage photochimique. A cet effet, comme représenté sur la figure 2, on part à nouveau d'un cristal de semi-conducteur 1, comportant les zones nécessaires pour le circuit (non représentées sur la figure) et sur 40 toute la surface duquel on a déposé d'abord par vaporisation une 70 07352 5 2034611 couche d ' alumiaiuïi 2, qui a été ealevêe aux emplacement s 5 prévus à cet effet sur la ,svxfaee9 par application de la technique du décapage photochimique „ Sur cette structure en. aluminium 2, on réalise «se couche d'aï «mine 3 par o::y dation saodique, comme 5 décrit précédèrent pour la figure ls après qu'une zone déterminée 6 de la couche d'aluminium 2 ait été préalablement masquée avec une laque photosensible 7 0 La figure 3 montre ce dispositif après dépôt par vaporisation d'une seconde voie conductrice 8. Les chiffres 1, 2 et 3 ■*■0 désignent à nouveau respectivement le cristal de semi-conducteur, la première voie conductrice et la couche d'alumine isolante. Des zones de contact à jonction pour les voies conductrices supérieure (8) et inférieure (2) apparaissent aux emplacements désignés par 9, tandis que les deux voies conductrices (2 et 8) sont isolées l'une de l'autre par la couche d'alumine 3, obtenue par croissance, aux emplacements désignés par 10. On peut alors à nouveau soumettre la face supérieure des voies conductrices à un processus de décapage photochimique et réaliser de ce fait une structure particulière de voies conductrices. On peut également 20 réaliser une autre couche d'alumine. La figure 4 est un exemple d'une autre forme de réalisation conforme à l'invention, dans laquelle une couche intermédiaire de SiÛ2 est déposée en supplément sur la couche d'alumine réalisée entre les voies conductrices. Pour cela, on part d'un 25 cristal de semi-conducteur 11 sur lequel on dépose par vaporisation, comme déjà décrit, sur toute sa surface ou de façon sélective, une couche d'aluminium 12 servant de première voie conductrice et d'une épaisseur de 0,8p . On soumet cette couche d'aluminium 12 à une oxydation anodique èt on obtient ainsi à sa sur-30 face une couche d'alumine 13 d'une épaisseur de 0,5n . Avant de réaliser la seconde voie conductrice 14, conme décrit précédemment, par dépôt d'aluminium sur me épaisseur de 0,8u par vaporisation, on munit toute la surface du semi-conducteur d'une couche 15 de Si02. Gela peut être réalisé soit par pulvérisation 35 cathodique, soit par pyrolyse de silanes tels que des tétraétho-xysilanes. Cette couche isolante supplémentaire de SiÛ2 assure une double isolation entre les faces des demt voies conductrices; Cii peut également utiliser ici, coasse dans 1.'exemple de réaXisaticzi 2S tsae struetuarisafiion de voies conductrices en uti-40 • l£&aa£ le Sœfialçrae dm dêsa^age photochimicreie'. 70 07352 6 2034611 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour réaliser des contacts en aluminium, isolés électriquement tels que des pistes ou voies conductrices, des fils de jonction et des pl&ques de contact pour des compo-5 gants électriques et notamment pour des composants à semi-conducteurs fabriqués suivant la technique planar, caractérisé par le fait qu'on utilise pour isoler les contacts, une couche d1alumine obtenue par oxydation directe d'un revêtement d'aluminium réalisé préalablement. 10 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on dépose une couche isolante supplémentaire sur la couche d'alumine. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on dépose une couche de Si02 ou SigN^. 15 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on dépose la couche de SiÛ2 supplémentaire par pulvérisation au moyen d'un rayonnement de forte énergie, par exemple par pulvérisation cathodique. 5 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé 20 par le fait qu'on obtient la couche de SiOj ou de SigN^ par pyrolyse de silanes correspondants. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, caractérisé par le fait qu'on réalise la couche d'alumine par oxydation anodique. 25 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendica tions 1, 2, 3, 4, 5, 6, caractérisé par le fait qu'on utilise comme électrolyte un acide organique faible, pour l'oxydation anodique. 8 - Procédé suivant la revendication 7, caractérisé 30 par le fait qu'on utilise comme électrolyte une solution d'acide oxalique à trois pour cent. 9 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, caractérisé par le fait qu'on utilise comme cathode une barre de graphite pour l'oxydation ano- 35 dique. 10 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, caractérisé par le fait qu'on applique, lors de l'oxydation anodique, une tension constante qui correspond à une densité de courant d'environ 15mA/cm^. 40 11 - Procédé suivant l'une quelconque des revendica 70 07352 7 2034611 tions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, S, 9, 10, caractérisé par le fait qu' on règle la durée de l'oxydation anodique à environ 20 minutes. 12 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 3,9, 10, 11, caractérisé par le fait 5 qu'on réalise la couche d'alumine par oxydation chimique. 13 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, caractérisé par le fait qu'on réalise 1'oxydation chimique en utilisant une solution d'un chromate alcalin contenant du carbonate de soude et chauf- 10 fée au moins à 90°C. 14 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, caractérisé par le fait qu'an dépose les unes sur les autres plusieurs couches d'aluminium et d'alumine dans une même succession, qui sont à 15 nouveau également enlevées pour obtenir des structures géométriques particulières en certains emplacements prévus à cet effet, en utilisant éventuellement des couches de masquage et la technique du décapage photochimique. 15 - Procédé suivant la revendication 14, caractérisé 20 par le fait qu'on dépose une couche isolante de Si02 en supplément sur une couche d'alumine. 16 - Mise en oeuvre du procédé suivant 1'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, pour réaliser des circuits intégrés particuliers suivant 25 la technique planar. 17 - Mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, pour réaliser des composants à semi-conducteurs qui, en utilisant des fils de contact en aluminium, sont placés dans un 30 boîtier en matière synthétique. 18 - Mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, pour réaliser des circuits à couches minces, dans lesquels les résistances et les condensateurs sont branchés les 35 uns aux autres dans un montage multiple.