Brevet FR2026831A1 — publié le 19700925

-1- 2026831 La présente invention est relative à la fabrication de dispositifs semiconducteurs. Certains types de dispositifs semiconducteurs comportent une pastille semiconductrice supportant sur une surface des dé-5 p8ts espacés d'or . Pour augmenter l'adhérence de l'or au substrat, on fait appel à une couche intermédiaire en titane. Pour interdire la diffusion de l'or dans le titane,; on utilise une couche intermédiaire de platine. Lors de la fabrication de tels dispositifs, la pratique 10 usuelle consiste à enduire une surface du substrat avec une première couche de titane, à recouvrir le titane d'une seconde couche de platine, à éliminer sélectivement par décapage des parties de la couche dé platine en laissant des îlots isolés de platine, à masquer les parties qui sinon seraient à découvert de la 15 couche de titane entre les Ilots de platine et à plaquer de l'or sur les îlots . Par le passé, les problèmes qui se sont posés sont ceux de l'élimination sélective par décapage des parties en platine d'une façon précise et reproductible et de plaquer l'or avec une 20 bonne adhérence au platine . Le platine est un matériau relativement inerte et l'emploi d'un décapant suffisamment puissant provoque souvent la destruction du masque utilisé dans le procédé de décapage . Ainsi, des parties du platine sont exposées de façon non désirée au décapant . De plus, on a constaté que les 25 caractéristiques de décapage et de dépôt électrolytique du platine sont très variables, certains ouvrages d'une cuvée d'ouvrages apparemment identiques étant satisfaisants au cours de leur traitement, tandis que d'autres sont défectueux lorsqu'ils sont soumis à un traitement identique . 30 Selon l'invention, il est fourni des dispositifs du type décrit par un procédé dans lequel la surface de la couche de platine à décaper ou à plaquer est recouverte d'une couche protectrice qui sert également de masque pour le décapage du platine . Des parties de la couche protectrice sont enlevées poux 35 exposer des parties de la couche de platine aux procédés de décapage et de placage . De préférence, les opérations d'application des couches de platine et recouvrant le platine sont effectuées dans une atmosphère protectrice sans exposer la couche de 69 31755 -2- 2026831 platine à l'atmosphère terrestre, et le décapage et le dépôt des parties en platine sont effectués de préférence immédiatement après que la couche protectrice a été enlevée de ces parties . •5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ap paraîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la fig.1 est une vue latérale, en coupe, d'un ouvrage selon 10 1 ' invention ; - les fig. 2 à 7 sont des vues latérales en coupe représentant les stades successifs de la fabrication de l'ouvrage représenté à la fig.1 . En se référant à la fig.1, il est représenté un ouvrage 8 15 à un stade intermédiaire de sa fabrication en un dispositif semiconducteur. L'ouvrage 8 comprend un substrat semi-conducteur 10 en silicium, arséniure de gallium ou analogue . Les parties de recouvrement de la surface du substrat 10 sont constituées par une couche protectrice 12, en oxyde de silicium ou analogue, « 20 ayant une épaisseur de l'ordre de 5 000 A . Des plots métalliques espacés 14 s'étendent à travers des ouvertures de la couche 12 et viennent en contact avec des parties 13 de la surface du substrat 10 et servent de contacts électriques pour les diverses éte-trodes du substrat . Les plots 14 comprennent un première couche O 25 16 d'un métal ayant une épaisseur de l'ordre de 1 000 A . Le matériau de la couche 16 est un métal qui adhère bien au substrat 12. Des exemples d'un métal convenable sont le titane, le tantale et le rhodium. Les autres critères suivis- pour le choix du métal de la couche 16 apparaissent ci-après. Une couche 18 de platine ... •. O 30 ayant une épaisseur de l'ordre de 3 000 A est disposée sur la couche 16. Une couche 20 d'or ayant une épaisseur de l'ordre de - O ... ' \ „ 10 000 à 30 000 A est disposée sur la couche de platine 18 . Finalement, l'ouvrage 8 est transformé' en un dispositif semi-conducteur, par exemple un transistor. Les détails d'un 35 tel traitement ne sont pas donnés, du fait qu'ils ne font pas partie de l'invention . Jusqu'à maintenant, la fabrication de l'ouvrage 8 a posé des problèmes graves en ce qui concerne, comme noté précédemment, le décapage du platine et le piacage de l'or sur le platine . COPY 69 31755 -3- 2026831 Après "beaucoup de travaux faits pour essayer de résoudre ces problèmes, il a été découvert que les caractéristiques de décapage et de placage du platine varient, de manière aléatoire, avec la durée pendant laquelle la surface du platine est exposée à l'atmosphère 5 et avec l'exposition aux divers produits chimiques et avec les divers modes opératoires utilisés dans la technique antérieure. A partir de cette découverte, le procédé suivant de fabrication de l'ouvrage 8 au point représenté à la fig.1 a été mis au point . L'ouvrage de départ 8 comprend (fig.2) le substrat 10 com-10 portant à sa surface la couche protectrice 12 munie d'ouvertures 20. Le substrat 10 contient diverses régions (non représentées) de types de conductivité différents qui fournissent les caractéristiques électriques désirées, par exemple celles d'un transistor, dans le dispositif fini. Les ouvertures 20 de la couche 12 mettent 15 à découvert des parties de surface 13 de certaines de ces régions, de sorte que des connexions, c'est-à-dire des plots 14 (fig.1) peuvent leur être appliquées, ^es procédés de fabrication de l'ouvrage 8 jusqu'au point représenté à la fig.2 sont connus et ne sont donc pas décrits ici . 20 L'ouvrage 8 est muni ensuite (fig.3) d'une première couche O 16 de métal, par exemple du titane ayant une épaisseur de 1 000 A, d'une seconde couche 18 de platine ayant line épaisseur de l'ordre O de 3 000 A et d'une troisième couche 22 de métal, par exemple du O titane, ayant une épaisseur de l'ordre de 500 à 1 000 A . Comme 25 représenté, des parties de la première couche 16 s'étendent à travers les ouvertures 20 de la couche protectrice 12 jusqu'en contact avec les parties dé surface 13 du substrat 10. Bien que cela ne soit pas représenté, les parties de surface 13 du substrat 10 peu- - ' O vent être recouvertes d'une couche mince, par exemple de 1 000 A 30 d'épaisseur, de siliciure de platine dans le but d'obtenir un bon contact ohmique entre les plots 14 et le substrat 10. L'emploi et les procédés pour obtenir de telles couches de siliciure de platins sont connus . De préférence, . la couche de platine 18 et la couche protec-35 trice 22 sont appliquées au substrat dans une atmosphère protectrice, teHèque de l'argon, ou sous vide, sans exposer la surface du platine l'atmosphère terrestre au cours du procédé . Un moyen commode d'y parvenir est d'appliquer les couches 16, 18 et 22 en succession avec un appareil de pulvérisation. De 69 31755 -4- 2026831 tels appareils, comme il est bien connu, comprennent une enceinte contenant une atmosphère protectrice, de l'argon par exemple, et une ou plusieurs cibles des matériaux à pulvériser sur un substrat placé dans l'enceinte. Une différence de potentiel électrique est 5 appliquée entre le substrat et la cible à pulvériser et le substrd; est enduit par le matériau quittant la cible sous l'action du bombardement par les ions de l'atmosphère d'argon. On peut obtenir diverses couches des matériaux des cibles sur le substrat en commttefc la tension appliquée entre les diverses cibles . L'appareil n'est 10 pas ouvert à l'atmosphère terrestre au cours du procédé, de sorte qu'une couche métallique 22 exceptionnellement propre peut être obtenue * On peut utiliser d'autres procédés dans lesquels des couches successives de métal peuvent être appliquées à un substrat sans ex-15 position des couches à l'atmosphère terrestre au cours du procédé, par exemple 11 évaporation de métaux par faisceau électronique • L'un quelconque d'un certain nombre de métaux, tels que le titane, le tantale, ou le rhodium, qui peuvent être appliqués par un procédé du type décrit ci-dessus, peut être utilisé pour la 20 troisième couche 22. Pour la commodité, afin de limiter le nombre de sources métalliques requises, la première couche 16 et la troisième couche 22 sont de préférence constituées par le même métal. Un autre critère de choix des métaux de ces couches apparaît ci-après . 25 La troisième couche 22 protège la couche de platine 18 contre l'atmosphère terrestre lors de l'enlèvement de l'ouvrage de l'appareil dans lequel les couches sont appliquées. Ceci, comme il est apparu, empêche les variations des caractéristiques de décapage et de placage du platine lors de l'emmagasinage de l'ouvrage . 50 Ensuite, les plots espacés 14 sont formés. Ceci est effectué en recouvrant d'abord la troisième couche 22 avec une couche de matériau de réserve photographique tel que le matériau de réserve KER vendu par la Eastman Kodak Compay, en mettant à découvert le matériau de réserve à travers trn. masque et en éliminant par déca-35 page à partir des parties non exposées du matériau de réserve pour obtenir un masque résistant au décapage 28, comme représenté à la fig.3 • Des parties 30 de la troisième couche 22 sont mises à découvert par le masque 28, tandis que des parties de la couche 22 sont protégées par le masque 28. Les parties à découvert 30 sont BAD ORIGINAL 69 31755 -5- 2026831 ensuite éliminées par décapage. Pour une couche 22 de titane par exemple, le décapant comprend de l'eau, de l'acide sulfurique et de l'acide fluorhydrique. le résultat du décapage de la troisième couche est représenté à la fig.4. Des parties 34 de la couche de 5 platine 18 sont mises à découvert, tandis que des parties 36 restent recouvertes par les parties 22 de la troisième couche. Les parties de platine à découvert 34 sont ensuite éliminées par décapage en utilisant un décapant comprenant cinq, parties d'acide chlorhydrique et une partie d'acide nitrique * On désire, à ce 10 point du traitement, que la première couche 16 ne soit pas affectée par le stade de décapage du platine. Par suite, le matériau de la première couche est un métal, tel que les métaux énumérés ci-dessus, qui résiste au décapant du platine utilisé. Le résultat du stade de décapage du platine est représenté à la fig.5 ♦ 15 Deux points doivent être notés ici. D'abord, le décapant du platine utilisé est beaucoup plus puissant que celui utilisé dans la technique antérieure (par exemple 10 parties d'eau, 9 parties d'acide chlorhydrique et.une partie d'acide nitrique). Jusqu'à maintenant, l'emploi d'un décapant relativement faible a été né-20 cessaire pour empêcher le soulèvement du masque de décapage du matériau de réserve photographique et l'exposition de parties non désirées du platine au décapant. L'emploi d'un décapant faible nécessite à son tour l'utilisation d'une couche relativement min- O ce de platine (par exemple de l'ordre de 1 50G A d'épaisseur) 25 «fin que la couche de platine puisse être attaquée avec au moins un certain degré de précision et de reproductibilité. Un problème qui se pose toute—fois avec l'emploi des couches minces de platine est que le nombre de petits trous traversant la couche de platine, connu* sous le nom de "trous d'épingle" est généralement 30 plus ou moins fonction inverse de l'épaisseur de la couche. La présence de tels trous d'épingle est fâcheuse, comme il est bien connu. Dans le présent procédé, le métal de la troisième couche est un matériau, comme les métaux énnmérés ci-dessus, qui est résis-35 tant au décapant du platine utilisé et qui adhère extrêmement bien, en comparaison des matériaux de réserve photogrâphique classiques, au platine . Ainsi, les parties 32 (fig.4) de la troisième couche 22 constituent tin masque de haute qualité dans le procédé de décapage du platine et un décapant plus puissant peut ête 69 31755 2026831 utilisé. Ceci permet alors d'utiliser des couches plus épaisses de platine présentant un nombre plus réduit de trous d'épingles et par suite, des dispositifs de meilleure qualité . Ensuite, le stade de décapage du platine est effectué "immé-5 diatement" après que les parties 34 de la couche de platine 20 ont été mises à découvert. Ceci est effectué pour empêcher tout "vieillissement" de la surface du platine, c'est-à-dire les variations des caractéristiques de décapage de la surface du platine. De préférence, l'ouvrage est enlevé du bain de décapant de 10 la troisième couche 22, lavé dans l'eau distillée pour enlever le décapant et transféré dans le bain de décapant de platine dans le temps requis pour effectuer ces opérations, c'est-à-dire sans emmagasiner l'ouvrage entre ces opérations. Tandis quë la vitesse de transfert de l'ouvrage d'une opération à l'autre n'est 15 pas critique, en secondes ou même en mlnutes, des retards de plusieurs heures pendant lesquelles la surface du platine est exposée à l'atmosphère doivent êt„?e éditées . Les parties restantes du masque de réserve photographique 28 sont ensuite enlevées et en utilisant des procédés photoli-20 thographiques connus, les parties de la première couche 16 comprises entre les parties de platine 36 sont recouvertes d'une couche 40 de matériau de réserve photographique non conductrice de 1 électricité, comme représenté à la fig.6, tandis que les " parties 32 de la troisième couche recouvrant les parties de pla-25 tine 36 sont laissées non recouvertes . Les parties à découvert 32 de la troisième couche sont ensuite enlevées, avec un décapant comprenant de l'eau, de l'acide sul-furique et de l'acide fluorhydrique, ce qui expose pour la première fois les parties restantes 36 de la couche de platine 18. 30 "Immédiatement" après, de l'or est plaqué sur les parties en platine 36 pour former les couches d'or 20, comme représenté à la fig.7 • Un procédé électrolytique est utilisé pour plaquer l'or sur les parties en platine 36. Les connexions électriques avec les parties en platine, nécessaires pour le procédé électrolyti-35 que, sont effectuées au moyen de la première couche 16 encore intacte qui se trouve sous chaque partie en platine 36 et qui s'étend jusqu'au bord du substrat 10. Le contact électrique avec la couche 16 est effectué par exemple au moyen d'une pince, non représentée, qui pénètre dans la couch® de masquage 40 . 69 31755 -7- 2026831 Par "Immédiatement", on entend l'absence d'emmagasinage de l'ouvrage pendant des périodes de l'ordre de plusieurs heures. La protection antérieure des parties de platine 36 par les parties 32 de la troisième couche 22 et le placage d'or des parties 5 32 de la troisième couche 22 et le placage d'or des parties en . platine 36 "immédiatement" après l'exposition des parties 36 fournit un placage d'or sur le platine qui est de grande qualité, fortement adhérent et reproductible. Bien que l'or soit le matériau préféré pour la couche supérieure 20 des plots 14, d'autres métaux 10 tels que l'argent, le cuivre, etc., peuvent être utilisés. Les parties restantes de la couche de matériau de réserve 40 sont ensuite enlevées, en utilisant un agent d'arrachage connu, ce qui met à découvert les parties de la couche 16 non recouvertes par les parties en platine 36. Ces parties à découvert sont en-15 suite éliminées par décapage pour obtenir l'ouvrage représenté à la fig.1 . Le décapant utilisé, par exemple de l'acide sulfurique, de l'acide chlorhydrique et de l'eau, employé dans le cas d'une couche 16 en titane, n'attaque pas l'or ni le platine . 69 317S5 —S** 2026831 BEYEUDICATIOHS 1.- Procédé de fabrication d'un dispositif semiconducteur compactant un substrat semiconducteur supportant une couclie de platine, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir le substrat d'une 5 première couche de métal, à recouvrir la première couclie d'une seconds couche de platine, à enduire la seconde couche d'une troisième couche de métal, à ménager une ouverture dans la troisième couche pour mettre à découvert une partie de la couche de platine et à éliminer par décapage la partie de platine mise à découvert '10 en utilisant un décapant qui n'attaque pas les métaux de la première et de la troisième couche . 2®-= Succédé suivant la revesdijbefcion 1, caractérisé en ce qu'il consiste à r-e couvrir la partît de la première couche aise à dé-couT©rt par le décapage de la partie de platiae ave© vma couche 15 non conductrice de 1'électricité, à enlever ua® autre partie 4s IL: soueiia mct'œù à découvert ta® autee partie de là souche de platine et à plaçpasr tm métal se voae aatra partis de platine . 3.— Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que 20 le stade de placage est exécuté immédiatement après le stade de mise à découvert d'mm autre partie de la couche de platine» 4»— Procédé suivant les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie de platine est éliminée par décapage immédiatement après sa mise à découvert. 25 5«— Procédé suivant les revendications 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la seconde et la troisième couches•sont fournies sans exposer la seconde couche à l'atmosphère terrestre. 6.— -rocédé suivant les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé O en ce que la couche de platine a une épaisseur de 3 000 A, la 30 partis de platine ast décapée avec un décapant dont la composition est de l'ordre de 5 parties d'acide chlorhydrique et une partie d'acide aitrique, et de l'or est plaqué-sur une autre partie de platine. 7*°» Procédé suivant les revendication 1,2 ou 3 caractérisé en 35 ce que la première et la troisième couches'sont constituées par le aime métal, et la première, la seconde et la troisième couches sont pulvérisées successivement sur le substrat sans exposer la seconde couche à l'atmosphère terrestre au cours du procédé. BAD ORIGINAL.