Brevet FR2088446A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un procédé permettant de profiler un corps semi-conducteur par morsure sélective en utilisant un agent de morsure alcalin. La morsure anisotropique de la matière d'un disposi-5 tif semi-conducteur implique l'emploi d'agents de morsure alcalins forts, par exemple, une solution aqueuse chaude d'hydroxyde de potassium. Cette technique constitue une procédure très avantageuse pour profiler de manière précise -ies corps semi-conducteurs dans une série de buts. La morsure sélective à l'aide d'agents 10 de morsure alcalins est connue : on utilise à cet effet des motifs de masquage formés de bioxyde de silicium. De manière caractéristique, les films de bioxyde de silicium utilisés pour un tel masquage sont appliqués en deux stades impliquant une oxydation anodique initiale pour améliorer l'adhérence, suivie par un pro-15 cessus de projection pour appliquer une autre épaisseur de bioxyde de silicium. Le motif de masquage est alors formé par masquage à l'aide d'une réserve photosensible et morsure par de l'acide fluorhydrique. Bien que la technique décrite ci-dessus se révèle sa-20 tisfaisante, elle est complexe du fait des deux stades utilisés pour l'application de la matière de masquage et, par ailleurs, le bioxyde de silicium n'est pas complètement imperméable aux agents de morsure alcalins chauds utilisés. Tout au long de la période de temps, de l'ordre d'une heure ou davantage typiquement, requise 25 pour certains procédés de fabrication, il se produit une érosion considérable du masque de bioxyde de silicium avec une perte consécutive de la résolution du masque. Par suite, on désire disposer d'une matière de masquage susceptible d'être appliquée simplement et présentant un degré de résistance plus élevé vis-à-vis des 30 agents dë morsure alcalins". La présente invention pallie les problèmes mentionnés et se caractérise par la formation, sur une surface du corps, d'un motif de masquage formé d'un mince film de zirconium et par l'application sur ce film d'oxyde de zirconium, la surface masquée 35 formée étant alors exposée à une solution alcaline chaude. Par ailleurs, conformément à la présente invention, on applique à une surface du semi-conducteur à l'aide d'un dispositif à faisceau hautement énergétique le mince film de zirconium métallique. Il est important, comme cela est le cas dans 40 tous les traitements de semi-conducteurs, de nettoyer complètement 71 16646 2 208844-6 la surface avant l'application du film de zirconium- Après l'application du film métallique} dont l'épaisseur peut se situer entre plusieurs centaines et plusieurs milliers d'angstroems, le motif de masquage est formé dans le film de zirconium par masqua-5 ge classique à l'aide d'une réserve photosensible et morsure par un acide. Le masque de zirconium ainsi formé présente un degré d'adhérence extrêmement élevé à la matière semi-conductrice et est virtuellement imperméable aux agents de morsure alcalins chauds 10 utilisés pour la morsure anisotropique. Ces agents de morsure sont typiquement des solutions aqueuses chaudes d'hydroxydes de potassium, de sodium, de lithium, de césium ou de rubidium. Cependant, lorsqu'on l'applique sous la forme d'un film mince de 100 à envi- O ron 300 A d'épaisseur, le film de zirconium est suffisamment 15 transparent pour permettre l'emploi de techniques infrarouges pour l'alignement optique du motif de masquage et des films de cette épaisseur se révèlent tout à fait satisfaisants pour des processus de morsure par des agents alcalins d'une longueur d'une heure ou davantage. Cela constitue donc une technique d'applica-20 tion en un seul stade très avantageuse pour un masque résistant à des agents de morsure alcalins. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins ci-an-25 nexés qui représentent une série de vues en coupe transversale illustrant la suite de stades dans l'application du masque de zirconium à surface semi-conductrice. On se réfère à présent aux dessins ; la figure 1 représente en coupe transversale une pastille semi-conductrice 10 30 qui doit être divisée en plusieurs gaufrettes isolées par l'air en utilisant une morsure anisotropique .La pastille 10, à ce stade, a été traitée pour constituer dans Ba masse un circuit intégré et la surface active 21 porte un motif métallisé 22 formant des interconnexions et des conducteurs. La surface 11 dans 35 laquelle la morsure doit s'amorcer, est soigneusement nettoyée de manière à produire une surface non contaminée qui peut avantageusement être revêtue d'un film d'oxyde extrêmement mince qui est formé de manière inhérente dans le cas d'une matière semi-conductrice de type silicium. Un procédé de nettoyage typique peut com-40 prendre un stade de dégraissage initial impliquant une immersion 71 16646 3 2088446 dans du trichloréthylène bouillant, lequel stade est suivi d'une immersion dans de l'acétone bouillant et d' un rinçage dans de l'eau pure. Un autre stade de nettoyage important peut se présenter sous la forme d'un nettoyage ultrasonique dans une solution 5 détergente appropriée, ce nettoyage étant suivi finalement par une immersion dans une solution de peroxyde d'hydrogène à 50 % bouillante. Le but de ce nettoyage soigneux est d'améliorer l'adhérence du film métallique qui doit être déposé dans le stade qui suit immédiatement, selon l'invention. » 10 Dans la figure 2, la pastille semi-conductrice 10 « présente sur sa surface 11 un film de zirconium métallique 12 O . ayant une épaisseur avantageusement de l'ordre de 100 à 300 A . On peut utiliser des films ayant une épaisseur pouvant aller jus- t qu'à plusieurs milliers d'angstroems, cependant, ces film tendent 15 à être opaques au rayonnement infrarouge lorsque l'épaisseur dé- O passe environ 400 à 500 A et, par suite, ne permettent pas l'alignement optique des motifs de masquage utilisés pour tracer le schéma sur la réserve photosensible. Typiquement, le film de zirconium est appliqué en utilisant un moyen hautement énergétique, 20 par exemple, un dispositif de projection haute fréquence ou un canon électronique jour améliorer l'adhérence à la surface semi-conductrice. Dans une forme de réalisation utilisant la projec- O tion haute fréquence, une épaisseur de 100 A par minute a été déposée sous une tension de 4 à 5000 volts avec*une énergie de poin-25 te de 6 à 800 watts en utilisant une cible de 10 à 13 cm. Dans une autre forme de réalisation typique, un film de circonium O d'une épaisseur de 200 A a été appliqué en utilisant un canon électronique sous une tension de 4 kilovolts et sous une intensité de 500 milliampères au cours d'une période de 4 minutes. 30 Dans la figure 3> un motif de réserve photosensible est formé sur la surface du film de zirconium 12 par les techniques classiques. Typiquement, un film mince 13 de matière photosensible, telle que du KPR, produit commercial de la Kodak Corporation, Rochester, New York, est appliqué sur la surface métallique 35 entière et un processus de développement photographique permet de tracer un schéma ou motif dans la couche de réserve photosensible. Les surfaces de zirconium exposées sont alors éliminées en utilisant un agent de morsure acide relativement modéré composé, par exemple, d'une composition aqueuse d'acide fluorhydrique à 2 % et 40 d'acide nitrique à 1 %. 71 16646 4 2088446 La vue delà figure 4 indiqua le motif de masquage formé dans le film de zirconium métallique avant le stade de morsure anisotropique. Un agent de morsure, tel qu'une solution d'hydroxyde de potassium, de n-propanol et d'eau,est appliqué à 5 la surface masquée 11 de la couche de zirconium. Ce traitement entraîne l'élimination de la matière semi-conductrice exposée pour produire l'agencement de gaufrettes isolées par l'air représenté dans la figure 5- Au cours de ce procédé, qui peut requérir une période d'une heure ou davantage pour la pénétration 10 d'une épaisseur de silicium de plusieurs dizaines de microns, il il ne se produit virtuellement aucune érosion du masque de zirconium. A la fin du processus de morsure anisotropique, le zirconium que l'on ne désire pas maintenir est éliminé aisément en utilisant l'agent de morsure acide modéré mentionné ci-dessus auquel 15 la structure semi-conductrice résiste. Etant donné que la résistance à la morsure du masque de zirconium est une conséquence de la formation inhérente d'un O mince film d'oxyde (15 à 40 A) sur la surface métallique, un autre procédé d'anodisation du film métallique peut être utilisé» 20 Par exemple, au lieu d'utiliser un motif de réserve positif, on peut former un motif négatif. Le zirconium exposé est alors anodisé en utilisant un processus électrolytique afin d'accumuler un film d'oxyde de zircorium de plusieurs cen taines d'angstroemsd'épaisseur ou davantage. La réserve photo-25 sensible est alors retirée et le zirconium sous-jacent éliminé en utilisant la solution d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique faible. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à une matière semi-conductrice de type silicium, elle est également 30 applicable à d'autres matières semi-conductrices couramment utilisées, notamment le germanium et les matières du groupe composé III-V, telles que l'arséniure de gallium et le phosphure de gallium. Par ailleurs, bien que la forme de réalisation spécifique concerne la formation d'un circuit intégré isolé par l'air, le 35 masque de zirconium selon l'invention convient pour d'autres processus de morsure anisotropique , notamment pour la séparation de gaufrettes et pour la mise en oeuvre de techniques EPIC ; c'est-à-dire, pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs dans lesquels des Ilots semi-conducteurs sont traités par des techni-40 ques classiques, notamment par dépôt épitaxial et diffusion à 71 16646 5 2088446 l'état solide, pour constituer les éléments de circuits intégrés. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au. dispositif et au procédé que l'on vient de décrire uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. 71 16646 6 2088446 REVENDICATIONS 1.- Procédé permettant de profiler un corps semiconducteur par mcu sure sélective en utilisant .in agent de morsure alcalin, ce procédé étant caractérisé en ce que lTon forme sur la 5 surface du corps un motif de masquage constitué d'un film mince de zirconium et une couche d'oxyde de zirconium sur-jacente, la surface masquée étant alors exposée à une solution alcaline chaude. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce que le motif de masquage est formé en mettant en oeuvre un stade de masquage par une réserve photosensible et un stade de morsure. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le zirconium est déposé à l'aide d'un système hautement 15 énergétique. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent de morsure anisotropique est un agent choisi parmi le groupe formé par les solutions aqueuses d'hydroxydœ de sodium, de potassium, de lithium, de césium et de rubidium.