Brevet FR2027700A1 — publié le 19701002

La prâsent8 invention concerne les procédés relatifs à la fabrication des contacts ohmiques sur des dispositifs semiconducteurs, y compris les procédés de contact, de composition» et de structure. □n sait fabriquer des contacts ohmiques d'aluminium et des interconnexions 5 d'aluminium sur un semiconducteur revêtu d'oxyde en décapant la surface de contact désirée dans la couche d'oxyde pour atteindre la surface du semiconducteur, et ensuite en déposant sélectivement de l'aluminium sur la surface d'oxyde pour les lignes d'interconnexion et en déposant en même temps de l'aluminium dans les surfaces décapées pour former le contact ohmique. Ce type de contact-10 -((Interconnexion, cependant, n'est pas entièrement satisfaisant pour plusieurs raisons. La première est que lorsque l'on expose l'aluminium à l'air il se forme rapidement un oxyde sur sa surface de telle sorte que toute connexion électrique réalisée avec la surface oxydée de l'interconnexion n'est pas souhaitable du fait de la résistivité élevée de la couche d'oxyde. Dans le môme 15 genre, aussi, il est très difficile de souder l'aluminium et en général on obtient des liaisons mécaniques médiocres. De plus, l'aluminium réagit avec la couche d'oxyde du semiconducteur, et, il existe une possiblité de court-circuits dûs à la pénétration de l'aluminium dans la couche d'oxyde. Aux températures voisines ou supérieures à la température eutectique de l'aluminium 20 et du silicium, le taux de pénétration est appréciable. Le dépôt direct de conducteurs d'or, de cuivre, ou d'argent sur la surface semlconductrice ou son oxyde protecteur pose des problèmes similaires. Ainsi, un objet de la présente invention est de réaliser des contacts ohmiques avec des matériaux semiconducteurs, les résistances de contact étant 25 aussi basses que celles obtenues avec l'aluminium. Un autre objet de la présente invention est de permettre des interconnexions de circuit et des contacts ohmiques à résistance faible sur une surface du matériau semiconducteur. Un autre objet de la présente invention est de permettre la réalisation 30 des interconnexions de circuit et de contacts ohmiques à résistance faible en une fois par dépSt en phase vapeur durant une étape de pompage unique d'un dispositif à vide. Un autre objet de la présente invention est de permettre comme option inclue d'incorporer des résistances à film mince intégrées qui sont supérieures 35 aux résistances au silicium diffusées en considération des tolérances, des coifficients de température, de la résistance, du domaine de résistance de feuille disponible, et des nécessités de configuration de surface pour la réalisation d'interconnexions ohmiques sur la surface semiconductrice. Un autre objet de la présente invention est d'éviter que le cuivre attei-40 gne la surface du semiconducteur et entraîne la dégradation de la jonction. 41857 2 2027700 On satisfait à ces objets et à d'autres à l'aide du procédé et de la structure de la présente invention. En résumé, dans une réalisation de structure, un matériau cermet Cr-SiO est en contact avec la surface d'un matériau semiconducteur sur lequel on désire le contact ohmique par l'intermédiaire de 5 trous dans la couche isolante sur le matériau semiconducteur. On dispose une couche de cuivre sur la couche cermet, et une couche de chrome est disposée sur la couche de cuivre, dans les zSnes de contact ohmique. L'interface cermet-semiconducteur est une surface frontière diffusée. Le film de Cr-SiO agit comme barrière de diffusion, évitant au matériau 10 conducteur tel que le cuivre (ou l'argent ou l'or), de diffuser dans le matériau semiconducteur et de modifier ses propriétés, ce qui permet l'utilisation de ces matériaux très conducteurs. En outre, le Cr-SiO présente des propriétés d'adhésion excellentes et une résistance de contact faible à la fois avec le matériau semiconducteur et la couche isolante de SiO^. 15 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention rassortiront 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 coupe d'un matériau semiconducteur comprenant un contact ohmique sur une de ses surfaces. 20 La figuré 2A représente une vue de dessus d'un matériau semiconducteur comprenant une série de contacts ohmiques, et une série de lignes d'interconnexions comprenant des résistances. La figure 2B représente une coupe suivant l'axe AA de la figure 2A ci-dessus, représentant les lignes d'interconnexion et les surfaces de résistance 25 cermet. Bien que l'on puisse appliquer l'invention décrite à la formation simultanée de plusieurs contacts et interconnexions, la description suivante concernera principalement la formation d'un contact et d'une interconnexion sur un corps semiconducteur du type au silicium représenté partiellement dans les 30 figures 1 et 2. De façon bien connue dans l'art, il existe, à l'intérieur du corps des dispositifs semiconducteurs, des régions de type N et de type P qui sont formées par diffusion de dopant de type N et de type P dans un matériau semiconducteur intrinsèque. Comme représenté dans toutes les figures, la surface d'un corps semicon-35 ducteur au silicium est revêtue avec une couche d'oxyde obtenue de préférence par oxydation thermique. Cette couche peut être ultérieurement augmentée durant la diffusion des dopants dans le corps, à des températures élevées, en effectuant la diffusion dans une atmosphère oxydante. On peut utiliser d'autres méthodes que l'oxydation thermique préférée ci-dessus pour former la cou-40 che isolante, telle que l'oxydation anodique, la décomposition pyrolytique 69 41857 3 2027700 de siloxanes, ou l'oxydation de silarte. L'épaisseur de cette couche peut varier de quelques milliers d'angstroms à un micron ou plus. Autrement, du monoxyde dé silicium, du nitrure de silicium en combinaison avec du dioxyde de silicium, ou un oxyde de silicium plus complexe avec un oxyde de phosphore* d'aluminium 5 ou de bore et leurs combinaisons diverses, peuvent constituer la couche» Si l'on utilise un semiconducteur du type au germanium, dl est préférable d'effectuer le revêtement avec du dioxyde de silicium ou du monoxyde de silicium er* utilisant les techniques bien connues dans l'art. Dans les deux cas, la surface d'oxyde est durable et adhère fermement au corps semiconducteur. De plus, 10 élis peut servir comme bon isolant électrique entre le corps semiconducteur et un métal d'interconnexion déposé sur la couche d'oxyde, si le métal ne réagit pas avec la couche et la traverse pour arriver l'une des régions du corps semiconducteur. Pour connecter le semiconducteur dans un circuit, on doit former des con-15 tacts sur les régions actives du semiconducteur et fixer des interconnexions à ces contacts. Les contacts ohmiques sont les plus désirables car ils présentent des caractéristiques de conduction de courant linéaire dans les deux directions, et ils présentent une résistance qui est la résistance inhérente du matériau du corps semiconducteur. 20 La figure 1 représente le contact ohmique de cette invention, la figure 1 représente un corps semiconducteur 10, réalisé par exemple à partir de silicium de type P, Une zône active de type N, 11, est formée à l'intérieur du corps du matériau semiconducteur 10 à l'aide des techniques connues, comme décrit précédemment. Une couche de matière isolante 12, telle que SiÛ2 ou ni-25 trure de silicium combiné avec du SiC^, est formée sur la surface, du matériau semiconducteur 10, 11 selon les procédés connus et décrits précédemment. A l'aide des techniques classiques de photogravures, par exemple, on ouvre un trou dans le matériau isolant 12 pour exposer une partie de la région 11 sur laquelle, dans cet exemple, on désire réaliser un contact ohmique. En utili-30 sant les procédés que l'on décrira avec plus de détails en rapport avec la figure 2, on dépose une couche de cermet Cr-SiO, 13, en contact avec la zfine active 11. Ensuite, on dispose une couche de matériau conducteur électriquement 14, de préférence du cuivre, mais aussi de l'or ou de l'argent ou des similaires, sur la couche de cermet 13. Ensuite, on dispose une couche de chrome 35 15 sur la couche de cuivra 14. Finalement, on dispose une dernière-couche de passivation 16 sur le semiconducteur afin de recouvrir complètement les surfaces recouvertes initialement par la couche isolante 12, mais découvrant une surface 17 pour permettre de joindre, grâce à une connexionrextérieure, le semiconducteur 10 avec un circuit extérieur. 40 Bien que la figure 1 représente une coupe de la structure fondamentale 69 41857 4 2027700 de la présente invention» la description détaillée, tant pour le procédé de réalisation de ce contact ohmique et des composés et des critères mis en cause avec chacune des couches, que leur fonction, aura lieu à l'aide de la figure 2. 5 La figure 2 représente une vue de dessus d'un semiconducteur comprenant une série de zônes de contact ohmique 20, avec une série de lignes d'interconnexions 21. La figure 2B représente une vue en coupe suivant l'axe AA, permettant de décrire cette invention. Le matériau semiconducteur 19, tel que du silicium, comprenant la couche d'isolant 25, telle que du dioxyde de sili-10 cium, du monoxyde de silicium, ou de nitrure de silicium, et comprenant des trous pour exposer les surfaces sur le matériau semiconducteur 19 où l'on désire réaliser un contact ohmique, est disposée dans un dispositif à vide, et le dispositif vidé. Une fois le vide obtenu, on élève la température du substrat 19 de préférence à 200°C. La température minimum à laquelle on peut éle-15 ver le substrat est approximativement 1Q0"C, température au-dessous de laquelle l'adhésion des films déposés ultérieurement sera médiocre, et la température ne doit pas dépasser 5009C, température à laquelle la commande dé dépôt est difficile. Lorsque le substrat a atteint la température, on évapore un film de cermet 20 Cr-SiO sur la pastille semiconductrice. Il est préférable d'utiliser l'évapo-ration sous vide instantanée d'un matériau pré-fritté. Cependant, on peut aussi évaporer simultanément du chrome d'un creuset et du monoxyde de silicium d'un autre. Cependant l'ajustement de la composition ne sera pas aussi bonne avec cette méthode qu'avec celle utilisant le matériau pré-fritté. L'épaisseur dé-25 posée préférée est d'approximativement 1000A, Cette épaisseur peut §tre plus ou moins grande selon la résistance de feuille désirée si l'on doit incorporer finalement un réseau de résistance, comme cela est le cas dans cet exemple. □n dépose le cermet 30 sur la surface entière y compris la couche isolante 25. Les limitations de composition du cermet sont un minimum de 10% en ato-30 mes et un maximum de 50% en atomes de SiQ, la composition préférée étant de 20% en atomes de SiO, Ensuite, on dépose un film conducteur 27 sur la pastille entière. Ce film conducteur est de préférence du cuivre, bien que l'on puisse aussi utiliser de l'argent ou de l'or.L'épaisseur déposée dépend des nécessités de conducti-35 vite, et l'on a trouvé suffisante une épaisseur d'un micron pour la plupart des applications. Le substrat est toujours maintenu à la température de dépôt de 200°C. Il est important que ce dépôt suive aussi rapidement que possible le dépôt de cermet pour éviter l'oxydation de la couche de cermet, et obtenir ainsi la meilleure adhésion. Un échec dans l'évaporation rapide de la couche 40 conductrice peut aboutir à une oxydation ayant un effet significatif sur la 69 41857 5 2027700 résistance de contact. Immédiatement après la fin du dépôt du film conducteur, on dépose par éva-poration instantanée une couche 26, constituée par du chrome, du Ti ou les similaires, ayant une épaisseur comprise entre 100 et 1000K, de préférence 5 300-50QA, sur le cuivre. Cela a pour but de permettre une bonne adhésion: â la surface d'une couche de passivation ultérieure réalisée avec, par exemple* du quartz pulvérisé i-F. Après dépôt du chrome, on enlève la pastille du dispositif à vide. On peut réaliser la configuration finale du réseau de résistances et d'in-10 terconnexions finales en utilisant les procédés de décapage et de photorésistants classiques. Ce réseau apparaît comme une série de lignes et de trajet allant et provenant des trous comme représenté dans la figure TA, Après le décapage initial, une série de lignes, telles que les lignes d'interrconnexion 21 se trouve sur le substrat. Lorsque l'on désire aussi avoir un trajet résis-15 tant, on peut supprimer une partie des matériaux conducteurs de cuivre 27 et de chrome 26, comme on le représente en 22, figure 2B. Ainsi, en allant de la zône de contact 28 à la zône de contact 29, le courant suivra initialement le trajet de moindre résistance, à travers les couches métalliques au-dessus de la couche de cermet 30, jusqu'à ce que les couches métalliques se terminent, 20 moment auquel le courant circulera à travers le cermet dans la zône 22 qui est de résistance supérieure aux lignes de conduction. Ainsi, avec une seconde étape de décapage, on incorpore des résistances aux lignes d'interconnexion. Une fois la configuration du réseau de résistances et d'interconnexions terminée, il est nécessaire de recuire le semiconducteur, à une température 25 comprise entre 300-500°C durant une heure. Cela afin de permettre au contact cermet-silicium d'atteindre une valeur de résistance minimum. A ce moment, le dispositif est testé et s'il est accepté, un revêtement isolant amorphe inorganique, tel qu'une couche de passivation de verre pulvérisé HF, de verre sédimenté, ou d'autres matériaux de passivation, tels que 30 Si02, un revêtement composé d'une couche de Si02 recouverte d'une couche Si3 N^, des revêtements de verre complexes, tels que les borosilicates, borosilica-te d'alumine, borosilicate de plomb, etc.., soit seuls soit en combinaison avec une couche de recouvrement de es't: disposée sur la surface entière, des trous étant ouverts sur les zônes de contact ohmique pour connexion exté-35 rieure. Si on le désire, on peut alors appliquer une métallurgie supplémentaire à ces zônes, ou réaliser directement les contacts. □n représente l'effet d'un recuit à des températures supérieures à 500°C dans le tableau suivant, et on le compare avec des contacts de film d'aluminium classiques d'utilisation générale. 40 41857 B 2027700 TABLEAU Surface de Silicium Trou de Contact Diamètre en mm Résistance moyenne du contact Cr-SiO tîî) après 20mm de recuit à Résistance du contact de film d'Al recuit à 500°C après dépôt 500°C 600^ 700°C N+j C = 7,102Dcm"3 0,05mm 0,06 0,07 ■ 0,11 0,5 0,07 Pî co » 3,1019cm"3 0,05mm 30 12 20 60 10 1Q On doit remarquer que le cermet a plusieurs fonctions. Il sert comme contact ohmique avec le semiconducteur, tout en formant aussi une couche de liaison pour la métallurgie conductrice qui doit être placée dessus, tout en servant aussi comme barrière de diffusion pour éviter la diffusion de la métallur-15 gie conductrice dans le matériau semiconducteur et éviter que cela l'affecte. Du fait de sa nature intrinsèque, la suppression de la métallurgie de surface du cermet permet aussi d'utiliser le cermet comme site de résistance. Ainsi, dans un procédé unique, on peut disposer des résistances, des lignes d'interconnexions et des contacts ohmiques sur la surface d'un matériau semiconduc-20 teur de façon économique, et en utilisant des techniques classiques, sans la nécessité de développer de nouveaux équipements. Ainsi, comme on le représente dans le tableau, les contacts ohmiques obtenus avec du silicium de type P et N présentent des résistances de contact aussi faibles qu'avec l'aluminium. Dn réalise ainsi des connexions de circuit a résistance basse suivant des dépôts 25 multicouches en une étape de pompage unique d'un dispositif à vide. Ces contacts ont une stabilité thermique et une capacité de transport de courant excellente, grâce à la nature inhérente du matériau utilisé, le cermet et le cuivre en particulier. De plus, il existe une option permettant d'obtenir des résistances à films minces intégrés lors de la réalisation des interconnexions et 30 des contacts ohmiques. Bien que le procédé et les structures décrits ont été représentés dans des buts illustratifs en utilisant un matériau semiconducteur de silicium, il est évident qu'avec un réglage de température, on puisse utiliser du germanium ou d'autres matériaux semiconducteurs, lorsque l'on désire obtenir 41857 7 2027700 un contact ohmique, tout en conservant les options d'utiliser des matériaux très conducteurs proches du matériau semiconducteur, et en conservant des options relatives aux configurations de réseau de résistance et d'interconnexion. 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, sans pour autant sortir du cadre- de ladite invention. 41857 8 2027700 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'interconnexions métalliques à la surface d'un matériau semiconducteur caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - formation d'une couche isolante sur les surfaces où l'on veut établir 5 des interconnexions, ladite couche isolante ayant des ouvertures laissant apparaître les zônes où l'on veut créer un contact ohmiquej - formation d'une couche de matériau cermet sur ladite couche isolante et sur lesdites ouvertures] - formation d'une couche d'un matériau conducteur sur ladite couche de 10 matériau cermet; - formation d'une configuration de réseau d'interconnexions par enlèvement sélectif desdites couches de matériau conducteur et cermet dans toutes les zônes autres que celles qui doivent constituer la configuration du réseau d'interconnexions; et 15 - cuisson au four dudit matériau semiconducteur à une température de dif fusion, pendant un temps suffisant pour occasionner une diffusion entre le matériau semiconducteur et la couche cermet dans lesdites zônes où l'on veut établir un contact ohmique, 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte la 20 formation d'une couche de chrome sur ladite couche de matériau conducteur avant l'étape de formation du réseau d'interconnexions. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte apràs l'étape de formation dû réseau d'interconnexions l'étape de formation de résistances, où cela est souhaitable, dans ledit réseau d'interconnexions, par 25 enlèvement sélectif desdîtes couches de chrome et de matériau conducteur déposées sur la couche cermet. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau semiconducteur est maintenu à une température comprise entre 100°C et 500°C pendant la formation de la couche cermet. 30 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuisson est faite è une température comprise entre 300°C et 500°C pendant 1 heure. 6.- Semiconducteur avec des contacts ohmiques caractérisé en ce qu'il comporte: - un matériau semiconducteur. 69 41857 9 2027700 - une couche isolante sur au trains une surface dudit matériau semiconducteur, cette couche isolante ayant des ouvertures laissant apparaître les zônes du semiconducteur où l'on désire créer un contact ohmique; - une couche de matériaux cermet sur au moins une descfltes zônes et 5 formation d'un contact par diffusion avec ladite zônej et - une couche d'un matériau électriquement conducteur sur1 la couche de matériau cermet. 7.- Semiconducteur avec des contacts ohmiques caractérisé en ce qu'il comporte: - un matériau semiconducteur, 10 - une couche isolante sur au moins une surface dudit matériau semiconducteur, cette couche isolante ayant des ouvertures laissant apparaître les zônes du semiconducteur où l'on désire créer un contact ohmique; - une couche de matériau cermet sur au moins une desdites zônes, et formation d'un contact par diffusion avec ladite zône, la couche cermet s'éten- 15 dant également sur la couche isolante suivant la configuration du réseau d'interconnexions que l'on veut créer, et - une couche de matériau électriquement conducteur sur lesdites zônes et sur la configuration du réseau d'interconnexions et de résistances partout où on veut que le courant soit transporté par un matériau électriquement conduc- 20 teur, les zônes découvertes du matériau certiet servant de résistances dans le réseau de résistances et d'interconnexions. 8.- Semiconducteur selon les revendication B ou 7 caractérisé en ce que la couche isolante comporte un oxyde ou un nitrure de silicium ou une de leurs combinaisons. 25 97 Semiconducteur et son procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que le cermet utilisé est un composé Cr-SiO. 10.- Semiconducteur selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite couche de matériau cermet comprend du SiO dans une proportion comprise entre 30 10% et 50% d'atomes de SiO. 11.- Semiconducteur selon les revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que ladite couche de Cr-SiO a une épaisseur d'environ 1000 A. 35 12.- Semiconducteur selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit matériau conducteur est choisi dans le groupe composé par le cuivre, l'argent ou l'or.