Brevet FR2079406A1 — publié le 19711112

La présente invention concerne un dispositif à semiconducteurs, plue particulièrement un circuit intégré à semiconducteurs, du type comportant au moins une couche isolante sur le substrat semi-conducteur, ainsi qv1 un ,rocédé pour réaliser cette couche isolante. Les couches isolantes utilisées généralement dans les composants à se:, i-eondueteurs» ainsi que dans les circuits intégrés, sont constituées pur ri bioxyde de silicium. a partir du siliciui , ledit bioxyde est produit, dans un milieu à teneur d'oxygène, par oxydation sur la surface du corps se..i-conducteur. Un procédr' connu pour réaliser une couche isolante en bioxyde de silicium a comme point de départ un corps semiconducteur pourvu s différentes jonctions pn.. Sur la surface de ce corps semi-conducteur on dépose d'abord le bioxyde de siliciur.. En fonction des contacts que l'on désire réaliser vers les différentes jonctions pn, on réalise, dans cette couche isolante, des pa.-sages ou ouverture:; à l'aide de la technique de photogravure. Ensuite, 1-- surface de la coixche de bioxyde de silicium qui subsiste, ainsi que le corps sera-conducteur ::.is à nu par ces ouvertures, sont pourvut: i 'une couche milice de titane déposée par évaporation. La couche de titane agit comme couche d'accrochage pour la couche d'or, a l'aide d'une autre opération de photogravure, la couche d'or est attaquée suivant les structures à réaliser. Flus particulièrement, la couche d'or est enlevée en dehors des taches de contact et des pistes conductrices, entre 1er; différents composants. Lans une phase opératoire suivante, on attaque encore la couche de titane qui a été mise à nu lors de l'attaque de l'or, afin d'éviter des courts-circuits électriques qui ne' sont pas souhaités» Ce procédé connu est d'une exécution onéreuse, étant donné qu'il ^e co: pose d'un grand nombre ce phases or-ératoires istinetes. î-_,r ailleurs, les taches" de contact et les pistes conductrices réalisées suivant ce :.roc-*dé, comportent, à leurs bords, ces iali^rs relativement ii uts, cette hauteur se situant dans l'orcre de gr La présente ..uvention a pour objet un procédé simple pour réaliser ues couches isolantes, tout en permettant d'éviter BAD ORIGINAL 71 04399 2 2079406 les inconvénients mentionnés ci-dessus de paliers relativement hauts aux bords des structures des pistes conductrices. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait que la couche isolante est une couche en oxyde de 5 titane. L'invention concerne également un procédé pour réaliser la couche de titane. Elle propose en effet de déposer d'abord sur le substrat semi-conducteur une couche, de titane et d'oxyder celle-ci 10 pour là transformer en une couche d'oxyde de titane. De préférence, la couche de titane a une épaisseur d'environ 0,5 JJ-m. Suivant une forme d'exécution de l'invention, la couche de titane est oxydée dans du peroxyde d'hydrogène, à environ 107°C, pendant environ 10 minutes, et est ainsi transformée en 15 une couche d'oxyde de titane. Toutefois, cette oxydation peut par exerrle être aussi réalisée dans-une atmosphère d'acide nitrique. Pour déposer la couche isolante sur le substrat semiconducteur, par plages, en fonction des contacts que l'on désire 20 réaliser, ainsi qu'en fonction des structures des pistes conductrices, x'invention propose encore avantageusement les phases opératoires suivantes : a), dépôt de la couche de' titane sur le substrat ser:.i-conducteur, b) dépôt d'une couche d'or sur la couche de titaire, 25 c) suppression de la couche d'or en fonction de la structure que l'on désire réaliser, la suppression de ladite couche d'or se faisant par la technique de la photogravure, d) oxydation des zones de la couche de titane ainsi mise à nu, pour la transformer en une couche d'oxyde de titane. 30 Ce procédé permet d'abréger considérablement le procédé connu rappelé ci-dessus pour réaliser une couche isolante sur un substrat se.-i-conducteur. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait que les paliers qui apparaissent aux bords des pistes conductrices ne présentent qu'une 35 hauteur d'environ 0,1 p-m, ce qui est particulièrement favorable pour la technique Ce la miniaturisation. Ceci est particulièrement vrai si l'on doit réaliser des croise'.ents de ristes conductrices. Pour réaliser des croisements de listes conductrices, 40 c ' est-à-dire .pour former un autre plan de -pis/tes conductrices BAD ORIGINAL 71 04399 3 2079406 sur un substrat semi-conducteur pourvu d'un plan de pistes conductrices, l'invention propose, avantageusement, d'utiliser comme couche isolante entre les plans ces pistes conductrices, une couche d'oxyde de titane, et d'utiliser une couche de titane 5 pour former les liaisons électriques entre les contacts des deux plans de pistes conductrices. Avantageusement, la couche d'oxyde de titane est formée en oxydant différentes plages de la couche de titane. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté 10 au dessin annexé différents modes d'exécution de l'objet de 1'invention. La figure 1 représente deux formes d'exécution de l'objet conforme à l'invention. Les figures 2 à 4 représentent des coupes par une 15 forme de réalisation de l'objet de l'invention. Les figures 5 et 6 représentent des coupes par un autre exemple d'exécution de l'objet de l'invention. Dans la moitié située à gauche du trait mixte de la figure 1, on a prévu sur un substrat sen.i-conducteur 1, une 20 couche de titane 2 et une couche d'oxyde de titane 3. Ainsi que cela a été représenté dans la moitié droite de la figure 1, on peut prévoir la couche de titane 2 et la couche d'oxyde de • titane 3 sur une couche de bioxyde de silicium 10. Le procédé pour réaliser l'objet ce la figure 1 con-25 siste à déposer d'abord sur le substrat semi-conducteur 1, ou sur la couche de bioxyde de silicium 10, une couche de titane ^leine 2. La couche de titane 2 a une épaisseur d'environ 0,5 ^m Avantageusement la couche de titane est déposée par évaporation. Si la couche de titane 2 ne doit pas être pleine ou continue, 30 mais présenter des fenêtres en certaines plages du substrat semi-conducteur 1, on procède, après le dé;ôt par évaporation du titane, à 1'enlèvement de celui-ci aux endroits voulus, en mettant en oeuvre la technique connue de la photolithographie. La transformation en oxyde de titane 5 de la couche de titane 2 35 en certaines de ses places, s'opère -avantageusement par un chauf fage de 10 minutes environ dans du peroxyde d'hydrogène, à environ 107°C, ou dans l'acide nitrique, ou ercore dans un autre milieu oxydant. On peut également oxyder la couche de titane pour la transformer en une couche d'oxyde de titane dans une 40 atmosphère contenant de l'oxygène, l'opération s'effectuant à fîAD ORiG^'i\L 71 04399 4 2079406 une température de 400 à 500°C environ. Dans les figures 2 à 6, les mêmes éléments que ceux de la figure 1 y sont représentés avec les mêmes chiffres de référence„ 5 Dans la figure 2, on a prévu sur la couche de bioxyde de silicium 10, une piste conductrice 11 en aluminium et une tache ou une plage de contact en aluminium 12„ Sur l'objet de la figure 2 on dépose par évaporation, comme cela est représenté dans la figure 3, d'abord une couche de titane 2 ayant une 10 épaisseur d'environ 0,3 p-m et ensuite une couche d'or 15. Ensuite, cette dernière est attaquée par voie photolithographique habituelle, à l'exception des plages de contact» Enfin, et comme cela est représenté dans la figure 4, la couche de titane 2 est oxydée en une couche d'oxyde de titane 3 partout où elle a été 15 dénudée après l'attaque de la couche d'or 15» la couche d'or 15 qui subsiste est munie d'un contact formé par un fil d'or, ou, comme représenté dans la figure 4, elle est renforcée, par voie galvanique, à la forme d'un bourrelet 25, en sorte que des raccordements électriques peuvent être effectués plus facilement. 20 A la place de la couche d'or on peut également utili ser, avantageusement, une couche d'aluminium, la couche d'aluminium est déposée, comme la couche d'or sur toute la surface de la couche de titane 2'. Ensuite, la couche d'aluminium est attaquée sélectivement, en sorte qu'elle ne subsiste qu'aux 25 endroits voulus. La couche de titane mise à nu est oxydée et transformée en une couche d'oxyde de titane, alors que la couche de titane qui subsiste, sous la couche d'aluminium ne subit aucune modification,, Un autre avantage du procédé conforme à l'invention 30 réside dans le fait que la.couche d'oxyde de titane 3 peut à nouveau être dissoute dans l'acide phosphorique sans que le bioxyde de silicium qui se situe éventuellement en dessous, soit attaqué. Enfin, il est en outre avantageux que les procédés conformes à l'invention, et décrits à l'aide des figures 2 à 4 35 peuvent être réalisés à des températures basses, en. comparaison à l'oxydation thermique» Dans les figures 5 et 6 on a représenté à titre d'exemple un mode d'exécution pour le croisement de pistes conductrices» D'abord on dépose par évaporation sur le substrat 40 semi-conducteur une couche de titane 2, ayant par exemple une 'WîvAL 71 04399 5 2079406 épaisseur de 0,8 ^.m, et sur celle-ci une couche d'aluminium 26 ayant par exemple une épaisseur de 0,1jun. Ensuite la couche d 'aluminium est, cormr.e cela est représenté dans la figure 5, attaquée sélectiverent à l'aide de la technique connue de photo-lithoçrarhie, cette opération étant réalisée de manière à laisser subsister le système de pistes conductrices qui se situe d.ns un pre: ier plan ue listes conductrices. Ensuite, les surfaces fie la couche de titane 2 qui ne sont pa.s recouvertes par de l'aluminium, sont oxydées dans un milieu oxydant approprié pour la transformer en une couche d'oxyde de titane 3» Sur l'objet de la figure 5 on dépose, comme décrit ci-dessus, une autre couche de titane. Ensuite, seules les [lages de contact entre le premier et le second plan de pistes conductrices ne sont pas transformées par oxydation en couche d'oxyde de titane 30, en sorte que subsiste la couche de titane 20 représentée dans la firure 6. Sur la couche d'oxyde de titane 30 on dépose enfin 'une autre couche de titane 32 transformée par oxydation en une couche d'oxyde de titane 35 qui se forme suivant la structure de pistes conductrices souhaitée et qui se trouve réa misée de la même manièx'e que la pre.itre structure de pistes conductrices. Les paliers ou gradins qui se forment sur les bords des ;istes conductrices ne présentent qu'une hauteur d'environ 0,1 jjun alors eue le.?, paliers qui se forment dans des procédés cornus ont unt hauteur ce 0,8 u,m. BAD ORIGINAL, 71 04399 6 2079406 REVENDICATIONS 1. Dispositif à semi-conducteurs, plu.-, particulièrement circuit intégré à se*, i-conducteurs du type comportant au moins une couche isolante sur le substrat semi-conducteur, caractérisé par le .rait que la couche isolante est une couche 5 d'oxyde de titane. 20 Procédé pour réaliser la couche isolante suivant la revendication 1, caractérisé par les phases opératoires suivantes : a) dé_. ôt d'une couche de titane sur le substrat serri-conducteur, 10 b) oxydation de la couche de titane pour en faire une couche d'oxyde de titane. 3» Procédé suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche de titane est déposée par évaporation sur le substrat semi-conducteur, sur une épaisseur allant jusqu'à 15 0,5 ^m. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que la couche de titane est oxydée dans du peroxyde u'hydrogène à environ 107°C, pendant environ 10 minutes pour sa transformation en une couche d'oxyde 20 de titane. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisé par le f0.it que la couche de titane est oxydée dans de l'acide nitrique pour donner la couche d'oxyde de titane. 25 6„ Procédé pour déposer suivant des plages la couche isolante sur le substrat semi-conducteur, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé pur les phases opératoires suivante.: : e) dépôt de la couche de titane ;;ur le substrat semi-conducteur, 30 b) dépôt d'une couche d'or sur la couche de titane, c) suppression de la couche d'or suivant la structure souhaitée, par 1 . mise en oeuvre d'une technique photographique ou de photolithographie , d) oxydation des plages ainsi r.ises è. nu de la couche de titane 35 en i-ne couche d'oxyde de titane» 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les zones ou plages de la couche de titane qui n'ont pas été mises à nu sont reliées avec les taches de contact BAD originâi 71 04399 7 2079406 disposées dans le substrat semi-conducteur. 8. Procédé pour réaliser un second plan de pistes conductrices sur un substrat semi-conducteur comportant un premier plan de pistes conductrices, suivant l'une quelconque des 5 revendications 2 à 7, caractérisé par 1« fait qu'on utilise une couche d'oxyde de titane comme couche isolante entre les deux plans de pistes conductrices, et que pour la liaison électrique entre contacts des deux plans on utilise une couche de titane. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé par 10 le fait que la couche d'oxyde de titane est formée par oxydation de certaines plages de la couche de titane. BAD ^"'GINAL