Brevet FR2077260A1 — publié le 19711022

la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un semiconducteur tel queun circuit intégré» Ie invention concerne également les produits obtenus par la mise en oeuvre de ce procédé et notamment les semi-conducteurs 5 ou circuits intégrés» Dans la fabrication de circuits électroniques miniaturisés tels que les circuits semi-conducteurs intégrés on souhaite souvent réaliser des connections électriques entre deux parties du dispositif à 1e aide d:un film conducteur 10 réalisant le contact entre les parties à relier » De façon caractéristique;. ce film conducteur comporte une partie recouvrant un film isolant » Ce film réalise le contact à travers de faibles ouvertures dans l'isolant qui est en général de la silice avec la partie inférieure du dispositif qui est en général du silicium. 15 De plus il est souvent souhaitable que le film conducteur traverse d'autre films qui peuvent être conducteursp isolants ou semi-conducteurs# Pour arriver à ce résultat on dépose le film conducteur, en général de 1®aluminiums, par évaporation sous vide ou autre procédé. Ge dépôt s'effectue sur une structure» puis on procède à une photo-20 gravure pour ne laisser que le modèle choisi de conducteurs» les opérations successives de réalisation du film et de photogravure, auxquelles on procède pour réaliser la structure inférieure du dispositif9 entraînait souvent des modifications de hauteur dont l'ordre de grandeur dépend de l5épais-25 seur du film utilisé» Certaines de ces variations de hauteur de surface peuvent présenter des arêtes abruptes ou vives et mfsme des arêtes en contre-dépouille» Ces arêtes ou bords constituent des zones de concentration de contrainte ce qui peut se traduire le cas échéant par des craquelures dans le film conducteur qui doit 30 les traverser» De telles craquelures sont très gênantes» Elles peuvent entraîner la formation d;un champ très faible et les produits obtenus présentent un pourcentage de pannes très grand en cours dcutilisation» De façon générale dans l°art anté-35 rieur on a effectué des tentatives pour minimiser la formation de telles craquelures en essayant de réduire la hauteur des marches ou éléments supplémentaires, en modifiant 1-épaisseur des divers films ou en réalisant des zones transitoires par l'intermédiaire de plusieurs niveaux de terrasses ou encore en essayant d'obtenir 40 des pentes graduelles au cours de la gravure. Toutefois la 70 30952 2 2077260 réalisation des zones transitoires par l'intermédiaire de plusieurs niveaux de terrasses ou encore en essayant d'obtenir des pentes graduelles au cours de la gravuree Toutefois9 la réalisation de terrasses et l'inclinaison des pentes par gravure entraînent des 5 pertes considérables de. surface ce qui est onéreux» S0uvent l5épais-. seur de film nécessaire pour obtenir une hauteur de marches n'est pas compatible avec les exigences du circuit « Ce problème des craquelures du métal est particulièrement apparent, dans la fabrication des circuits inté-10 grés à effet, de champ à barrière de silicium par suite de la nécessité d11 avoir des films d'isolant relativement épais et du fait que des bandes de silicium recouvertes d'isolant traversent des conducteurs métalliques« Dans de tels dispositifs à barrières de silicium 1"électrode de la barrière est réalisée avec du sili-15 eium polycristallin au lieu d'aluminium comme dans les dispositifs métal-oxyde-silicium ce qui se traduit par des vitesses de commutation plus importantes et des potentiels de seuil plus faibles» Un autre avantage qui est obtenu par la fabrication d'éléments à. barrière de silicium est l'auto-alignement de la barrière avec le 20 collecteur et la source » Ces avantages ainsi que d'autres se traduisent par une réduction de dimensions de 16ordre de 50% pour les circuits intégrés à barrières de silicium^ si l'on compare ceux-ci aux circuits intégrés M0S conventionnels « Cela permet de réaliser plus dBéléments de circuits sur un seul fragment semi- ^ 25 conducteur en aggravant les problèmes de sécurité de contact par suite du craquelage des films conducteurs» La présente invention a pour but d'augmenter la sécurité et de réaliser des champs de circuits intégrés en utilisant une solution simple et efficace pour résoudre 30 le problème d'éviter la formation de craquelures dans le métal» Le procédé selon la présente invention s'applique à là fabrication d'un dispositif semi-conducteur dans lequel on réalise une couche isolante protectrice ou line couche de passivation ( en général de l'oxyde de silicium) sur la 35 surface d'un corps de matériau semi-conducteur,, la couche ayant des contours vifs au niveau des ouvertures destinées à'dégager une partie de la .surface du semi-conducteur pour permettre la réalisation d'un contact électrique» Oh réalise le contact électrique en 40 constituant un film conducteur mis en contact avec la surface 70 30952 3 2077260 exposée du semiconducteur, ce film recouvrant des parties de la couche de protection. En bref la présente invention concerne le chauffage de la couche protectrice de revêtement9 avant de réaliser le film conducteur, et on effectue ce chauffage en présence de 5 constituants de verre ayant un point de fusion inférieur à celui de la couche de protection ( en général de 1:oxyde de silicium), et ce chauffage est suffisant pour réaliser une couche de verre sur la couche protectrice et pour entraîner un écoulement plastique du verre au niveau des contours aburpts de la surface pour 10 les arrondir et supprimer les arêtes vives en éliminant également les points de contrainte qui entraînent une tendance aux craquelures pour le film métallique réalisé ultérieurement. On peut réaliser la couche de verre en déposant le constituant de verre sur la couche de protection avant 15 d'effectuer le chauffages en chauffant la couche protectrice dans une atmosphère contenant des atomes de constituants de verre ou en réalisant une couche de verre dopée sur la couche de protection avant la réalisation des orifices ou ouvertures» La présente invention sera décrite ci-20 après à l'aide de divers modes de réalisation représentés à titre d'exemple dans les dessins annexés dans lesquels g - la figure 1 est une vue en coupe partielle transversale en élévation d'un substrat muni d'un film recouvert d'une couche déposée9 25 «■ la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle d'un élément selon l'invention comportant un film et une couche recouvrant celui-ci9 cet élément étant réalisé selon l'invention,, - la figure 3 est une vue en coupe 30 transversale partielle en élévation d'un transistor à effet de champ s au silicium réalisé selon les techniques de l'art antérieur9 - la figure 4 est une vue en coupe transversale partielle en élévation d'un transistor à effet de champ2 au silicium^ au cours d'une étape intermédiaire de la mise en 35 oeuvre des techniques de 1 art antérieure - la figure 5 représente le dispositif selon la figure 4 au cours de l'étape suivante, de fabrication selon la technique faisant l'objet de la présente invention^ - la figure 6 représente le dispositif 40 terminé « 70 30952 4 2077260 De façon générale la présente invention concerne une couche d7 isolation pour des applications miniatures d'électronique dans lesquelles 1-isolant accepte ou comporte en général (de façon innérante ou par addition) un 5 constituant du verre et cet isolant forme un verre dont la température de fusion est basse par rapport au point de fusion d'un conducteur ou autre élément de circuit situé au voisinage de 1°isolante En réalisant le verre on arrondit et on lisse les contours abruptes de l'isolant pour obtenir des surfaces tran-10 sitoires progressives« Cette caractéristique est représentée de façon générale dans les figures 1 et 2® - Dans la figure 1 on a représenté un substrat 1 ayant une surface 2 recevant un élément de circuit 3. Iicélément de circuit 3 peut être constitué par une résistance, 15 un élément conducteur 9 une connection;, une porte s un élément actif ou autre composant. Au-dessus du composant 3 on a déposé un isolant ou couche de passivation 4 qui peut être une couche quelconque susceptible de contenir un matériau constituant du verre 20 de façon à réaliser du verre à bas point de fusiono Ce matériau est par exemple du dioxyde de silicium (ou silice). Lorsque l'isolant 4 est déposé de façon pyrolitique sur un composant 3, la couche d'isolant 4 constitue souvent une-partie proéminente analogue à un champignon 5« Il apparaît immédiatement qu'il est très 25 difficile de déposer un autre type de film sur une telle surface. Toute tentative pour'donner une autre forme au film de recouvrement •se transforme en un problème de craquelures. Pç>ur éviter cette difficultés, avant de déposer le film au-dessus de la couche isolante 4S on chauffe cette douche isolante pour obtenir du verre# 30 II faut que le verre se forme à une température qui n'affecte pas de façon essentielle le composant 3 ou lé substrat 1. Le verre peut être formé par l'addition d'un constituant du verre à la couche d'isolant 4 ou en réalisant l'isolant 4 de façon qu'il contienne déjà un constituant 35 de verre. Il est également possible de diffuser un constituant de verre à partir du substrat 1 ou du composant 3» On a trouvé que dès que le constituant du verre est devenu une partie de l'isolant 4» cela se traduit par une modification dù contour de surface comme cela a été repré- 40 senté dans la figure 2, On peut facilement voir que la partie saillante 5 en forme de champignon a été considérablement réduite et 70 30952 5 2077260 que l'on a obtenu un contour compatible avec le dépôt ou la formation d'une autre couche sur l'isolant 4» On a également trouvé que cette opération de chauffage pour 1:obtention du verre minimiBe les risques de craquelures et améliore la fiabilité et le rendement» 5 On décrira ci-après le procédé selon la présente invention en se référant à la fabrication d'un transistor à effet de champ à barrière de silicium,, ce transistor pouvant faire partie d'un circuit intégré réalisé sur un fragment de silicium» Toutefois il est évident que le procédé décrit ci-après 10 peut s'appliquer à la fabrication de tout semi-conducteur dans lequel un conducteur métallique ou autre film irince doit recouvrir des surfaces abruptes ou des parties d-ouverture sur une couchée En se reportant à la figure 3„ on y a représenté un transistor à effet de champs à barrière de sili-15 cium2 classiquefutilisant un substrat de silicium 10 ayant une électrode source 15 et une électrode collectrice 16 diffusée dans la surface supérieure 11 » On fait croître la barrière dcoxyde 21 avant de déposer 1° électrode-barrière 2.0 de silicium polycristal-lin» Puis on a enlevé par gravure chimique une couche de silice 25 20 (oxyde de silicium) pour constituer des orifices dégageant des parties de la surface supérieure du substrat 10 de façon que la source et le drain puissent être obtenus par une opération de diffusion» On dépose alors un film d'oxyde sur toute la surface du substrat.» Puis on grave les ouvertures dans 1'oxyde pour per-25 mettre la liaison de la source et du drain» Un film conducteur 30 ( en général du silicium polycristaliin) est réalisé sur au moins une partie de la région de la source 15 et des parties de recouvrement de la surface exposée du semi-conducteur ainsi que les parties adjacentes de la couche 25° De la même façon on réalise 30 un film conducteur 30 sur la région du drain 160 Ce type de structure et les divers procédés pour son obtention sont bien connus et c'est pourquoi ils ne seront pas décrits plus en détails» Les films 30 et 31 subissent des craquelures comme représenté par les flèches au point de tension cons~ 35 titué par les bords à arêtes relativement vives des orifices obtenus par l'enlèvement par gravure de certaines parties de la couche 25o Cette tendance à la formation de craquelures constitue un inconvénient des procédés de l'art antérieur comme représenté. Les figures 4 à 6 représentent le 40 procédé selon l'inventions La figure 4 montre la structure selon 70 30952 \ 2077260 l'art antérieur9 obtenue comme représenté dans la figure 3^ ayant la nétallisation„ les mêmes chiffres de référence représentant les mêmes éléments® C'est à cet endroit de la fabrication que le procédé selon la présente invention diffère des procédés connus» 5 1-opération suivants est destinée à réaliser sur une couche droxyde de silicium 25 (couche d'isolation) une couche de verre de recouvrement telle que de Ieoxyde de silicium dopé au phosphore présentant un point de fusion inférieur aux composants situés en-dessousr cette couche étant réalisée sur 10 la couche isolante. Pour réaliser cette couche de verre on peut utiliser tout constituant de verre ( en général du phosphore)s du bore3 du zinc^du plomb ayant un point de fusion inférieur à celui de la couche d'isolant et aux composants inférieurs* Lorsqueun tel constituant de verre existe déjà comme sous-produit dcune opé-15 ration de fabrication précédente il suffit simplement de chauffer pour obtenir la couche de verre voulues Au cas contraire il faut introduire ce constituant du verre par exemple par le dépôt pyro-lytique d'un dopant. Il est à remarquer que la couche d'isolant et le constituant de verre doivent être choisis de façon à constituer 20 un ensemble compatible pour qu'il ne soit pas nécessaire dans certains cas d'ajouter un constituant de verre0 Par exemple le sulfure d'*'arsenic ne nécessite aucun constituant de verre supplémentaire et constitue une couche isolantes formant du verre lorsqu'elle est chauffée. Certains halogénures tels "que le sodium ou 25 le potassium peuvent également s'utiliser. Après la formation de la couche de verre en continue le chauffages pour arriver jusqu'au point de fusion de la couche de verre9 dé façon à avoir un écoulement' plastique de cette couche de verre sur les arêtes vives des 30 orifices* On arrondit ainsi ces arêtes pour obtenir des contours de surface transitoires, la couche d'isolation inférieure . maintient en place le modèle réalisé® Le dispositif apparaît alors comme représenté dans la figure 5P dans laquelle.la couche de verre porte la référence 35» 35 L'étape finale du procédé selon la présente invention est la métallisation comme cela est connu. On obtient alors un dispositif tel que représenté dans la figure 6. Par suite des coins arrondis de la couche de verre dopé 35 il n'y a pas de point de contrainte aux arêtes de 12 orifice et les films 40 30 et 31 sont lisses9 sans craquelures. Quoique le procédé selon 70 30952 7 2077260 la présente invention a été décrit avec un certain nombre d'éléments particuliers liés à ce mode de réalisation préférentiel^ cette description ne constitue qu'un exemple et on peut procéder à diverses modifications sans sortir de 15 esprit du cadre de la pré-5 sente invention. A titre d'exemple on peut réaliser le verre dopé en procédant à un chauffage dans une atmosphère contenant des constituants de verre avec ou sans dépôt préalable de constituants de verre» On peut encore doper la surface de la couche de verre à l'oxyde de silicium avant de réaliser des ouvertures. Ces 10 ouvertures réalisées par gravures; destinées à relier la source et le droin peuvent être réalisées avant et après la couche 35. composants électroniques détenus par la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation,, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. l'invention s'étend également aux 15 Bien entendu,, l'invention n'est pas 70 30952 8 2077260 REVENDICATIONS 1°) Procédé de fabrication d'un semi-conducteurç, dans lequel on réalise une couche isolante sur la surface d'un matériau semi-conducteurp ce dernier présentant 5 des contours de surfaces à arêtes vivess que l'on recouvre au moins partiellement d"un film mince9 procédé caractérisé en ce qu'avant de réaliser le film mince on chauffe la couche isolante en présence d'un constituant de verre pour réaliser un écoulement plastique sur les contours vifs de la surfaces et obtenir 10 ainsi une nouvelle surface à contours lisses* 2°) Procédé de fabrication d'un semi~conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on effectue le chauffage à une température qui conserve toute structure constituée par la couche isolante» 15 3°) Procédé de fabrication d'un semi' conducteur selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on ne change pas la nature du corps du produit semi-conducteur, au cours du chauffage. 4°) Procédé de fabrication d'un 20 semi-conducteur selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on utilise une- couche d'isolation comportant de l'oxyde de silicium» 5°) Procédé de fabrication d'un semi-conducteur selon la revendication 49 caractérisé en ce qu'on dépose des'atomes de constituants de verre sur la couche d'oxyde 25 avant de chauffer cette couche d'oxyde., 6°) Procédé de fabrication d'un semiconducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'on réalise une couche de verre à l'aide du constituant de1 verre ayant un point de fusion inférieur à celui de l'oxyde. 30 7°) Procédé de fabrication d'un semi conducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'on chauffe la couche d'oxyde dans une atmosphère contenant des atomes de constituants de verreo 8°) Procédé de fabrication d'un' semi' 35 conducteur selon la revendication 49 caractérisé en ce qu'on réali se sur la couche dsoxyde de silicium, une couche d'oxyde contenant des atomes de constituants de verre avant de réaliser les contours de la surface» 9°) Procédé de fabrication d'un semi 40 conducteur selon la revendication 1s caractérisé en ce qu'on 70 30952 9 2077260 utilise une couche de verre phosphoreux* 10°) Procédé de fabrication d5un semi-conducteur selon la revendication 9 caractérisé en ce que le semi-conducteur est un transistor à effet de champ à barrière de silicium., le corps du matériau semi-conducteur étant du silicium» 110' Procédé de fabrication d'un semi-conducteur selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'on dépose les atomes de phosphore par voie pyroiitique sur la couche d:oxyde » 10 12°) Procédé de fabrication d'-un semi-conducteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on chauffe la couche dfoxyde dans une atmosphère contenant des , atomes de phosphore* 13°) Procédé de fabrication d'un semi-15 conducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce quon réalise sur la couche d'oxyde de silicium une couche d'oxyde dopé au phosphore avant de réaliser les orifices» 14°) Procédé de fabrication d:un semi-conducteur selon la revendication 4 caractérisé en ce que les 20 contours de surface sont des orifices réalisés dans 1°oxyde pour dégager le semi-conducteur., le film étant un film conducteur» 15°) Procédé de fabrication d:un semiconducteur selon la revendication 14 caractérisé en ce que le film conducteur est de 1:aluminium. 25 16°) Procédé de fabrication d-un semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on réalise un film conducteur sous la couche d:isolant9 les contours de surface étant dus à la formation de la couche d:isolant sur la couche inférieure constituée par le film conducteurs 30 17°; Procédé de fabrication d-un semi conducteur selon la revendication 16 caractérisé en ce que le film conducteur inférieur est du silicium pciycristallin. 18°) Composant semi-conducteur obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé conforme à lune quelconque des 35 revendications 1 à "*7* BAD ORIGINAL !