Brevet FR2063026A1 — publié le 19710702

L'invention concerne tin procédé permettant d'élaborer localement un contact métallique «ur la surface d'un corps semiconducteur, line partie de ladite surface étant recouverte d'une couche électriquement isolante alors que sur cette surface est ensuite élaborée une couche mé-5 tallique dont une partie se trouve sur la couche isolante et une autre partie iur le corps semiconducteur, la partie de couche métallique se trouvant sur la couche isolante étant ensuite enlevée du moins partiellement « De tels procédés sont utilisés couramment dans la tech-10 nique des semiconducteurs. Lors de la mise en oeuvre de ces procédés, une surface du corps semiconducteur est généralement munie d'une couche isolante, formée par exemple par oxydation thermique, après quoi, par l'emploi de procédés de décapage photolithographiques habituels utilisés dans la technique des semiconducteurs, on décape dans la couche isolante les 15 fenêtres nécessaires aux endroits où il 7 a lieu de contacter la surface semiconductrice. Ensuite, on élabore une couche métallique sur l'ensemble, cette couche étant par exemple obtenue par un dépôt par évaporation, après quoi la mise en oeuvre d'un deuxième procédé de décapage photolithographique permet de décaper les parties superflues de la couche métallique. 20 II se peut qu'en pratique, l'on soit confronté avec des circonstances dans lesquelles la mise en oeuvre du procédé connu décrit ci-dessusconduit àdes difficultés. Ceci est par exemple le cas lorsque la couche métallique utilisée peut être enlevée difficilement par décapage, ou seulement par l'emploi de décapants n'attaquant pas seule-25 ment le métal mais également, et cela dans une mesure inadmissible, les matériaux de masquage photosensibles utilisés. L'emploi de tels métaux peut être indispensable pour certaines applications, par exemple la fabrication de contacts redresseurs métal-semiconducteur. (Diodes de Schottky). 30 Une autre difficulté peut survenir lorsque les con tacts métalliques à élaborer sont très petits et n'ont des dimensions que de quelques microns par exemple. Etant donné que les procédés connus précités nécessitent au moins deux opérations de masquage, à savoir une opération pour le décapage des fenêtres de contact et une opération pour dé-35 terminer les dimensions du contact métallique, il se peut que dans ces circonstances, particulièrement, l'alignement du deuxième masque par rapport au premier donne lieu à de grandes difficultés et influence défavorablement la reproductibilité. Ceci est très fortement le cas lorsque, par exemple, pour empêcher des capacités indésirables, on veut éviter 40 dans la mesure du possible que la couche isolante soit recouverte partielBAD ORIGINAL 70 34638 2 2063026 lement par la couche métallique utilisée pour réaliser le contact. L'invention vise, entre autres^ à indiquer un nouveau procédé au cours de la mise en oeuvre duquel les inconvénients, se produisant lors de la mise en oeuvre des procédés connus^ sont pratiquement 5 éliminés. L'invention repose entre autres sur l'idée, que par l'emploi de vibrations acoustiques haute fréquence, il est possible de réaliser le contact suivant un procédé tout nouveau, pendant la mise en oeuvre duquel au moins une opération de masquage et une opération d'aligne-10 ment, indispensables lors de la mise en oeuvre des procédés connus, sont éliminées. Conformément à l'invention, un procédé du genre mentionné dans le préambule est donc remarquable en ce qu'après son élaboration, la couche métallique est soumise à des vibrations acoustiques 15 haute fréquence, par lesquelles la partie de couche métallique située sur la couche isolante est éliminée quasi entièrement, tandis que la partie de couche métallique servant de couche de contact et située sur le corps semiconducteur continue d'adhérer au matériau semiconducteur. Le procédé conforme à l'invention présente entre 20 autres l'important avantage qu'il est possible d'utiliser sans inconvénient des métaux qui se laissent difficilement décaper, ou, uniquement des décapants qui attaquent fortement, également, la couche photosensible (Photorésist). Par ailleurs, on ne doit pas effectuer non plus un masquage pour définir les dimensions de la couche de 25 contact, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de procéder â un alignement, et qu'il est également possible d'élaborer, de manière efficace et simple, des contacts de très faibles dimensions. De préférence, la couche métallique est élaborée de façon â présenter une épaisseur qui est légèrement inférieure à celle de 30 la couche isolante. De cette façon, la couche métallique peut être enlevée plus facilement de la couche isolante. Pour établir une adhérence suffisante entre le métal et le matériau semiconducteur, de sorte qu'à l'endroit du contact la couche métallique ne soit pas enlevée ou endommagée par les vibrations 55 haute fréquence, il est parfois souhaitable d'échauffer le corps semiconducteur avec sa couche métallique avant de soumettre la couche métallique aux vibrations acoustiques haute fréquence. Généralement, il est recommandable de fâiré'en sorte, qu'à, l'endroit de la séparation entre la partie du corps semiconducteur 40 recouverte de la couche isolante et la partie non recouverte, il y ait BÂD ORIGINAL 70 34633 5 2063026 une dénivellation prononcée de la surface. On obtient ainsi un bord de face de contact très bien défini, étant donné que sous l'influence des vibrations acoustiques haute fréquence, la partie de couche métallique •ituée sur la couche isolante se détache facilement de la partie de couche 5 métallique située sur la surface semiconductrice à l'endroit du "bord" aigu dans la surface. Dans cet ordre d'idées, l'épaisseur de la couche isolante n'est de préférence pas choisie trop petite, et est choisie au moins égale â 0,1 y-u. Suivant vin autre mode de réalisation préféré, ledit 10 effet est encore accentué du fait qu'avant d'élaborer la couche métallique, la partie de surface semiconductrice non recouverte de la couche isolante est décapée sur une profondeur d'au moins 1^u. De préférence, la couche isolante est en oxyde de silicium. 15 Conformément â l'invention, il est particulièrement avantageux pour former la couche métallique, d'utiliser du platine. Le décapage de ce matériau est très difficile, et ce matériau est utilisé avantageusement,entre autres^pour former des diodes de Schottky sur du silicium, ainsi que pour former les contacts d'émetteur de transistors en 20 silicium, fonctionnant â haute fréquence. En outre, l'invention est particulièrement intéressante dans les cas où les parties de couche semiconductrice non recouvertes de la couche isolante sont situées dans des fenêtres de contact présentant des dimensions inférieures à 10^u au maximum et se trouvant dans la 25 couche isolante. Lorsque les fenêtres ont des dimensions aussi réduites, l'emploi des méthodes connues de photoréservation est difficile, surtout en ce qui concerne l'alignement. Les contacts métal-semiconducteur, que l'on obtient ains^peuvent être munis d'un conducteur de connexion sous forme d'un fil 30 conducteur, par exemple un contact filiforme^ (Contact de whisker). Toutefois, lorsqu'on préfère que le contact, formé conformément â- l'invention, soit raccordé à l'aide d'une bande métallique située sur la couche isolante, comme cela se fait habituellement dans la technique des circuits intégrés, on peut, avant d'élaborer la couche métallique qui formera le-35 dit contact métal-semiconducteur, élaborer sur la couche isolante, suivant des procédés connus, une bande formée par un métal qui adhère â la couche isolante d'une façon à ne pouvoir en être éloignée par les vibrations en présence. ïïne telle adhérence peut être obtenue par exemple par l'emploi de chrome sur l'oxyde de silicium. 40 L'invention concerne également un dispositif semicon- Pap\ 70 34638 4 2063026 ducteur ayant un contact métallique fabriqué selon le procédé ci-dessus. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. 5 Les figures 1 à 5 montrent cinq coupes transversales d'un dispositif semiconducteur au coursd.es stades successifs de la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Les figures 6 à 10 montrent cinq coupes transversales d'un autre dispositif semiconducteur dans des stades successifs de la mise 10 en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Toutes les figures sont schématiques alors que pour la clarté de ces figures, les dimensions n'ont pas été représentées à la même échelle, en particulier les épaisseurs. Sur les figures 1 â 5» le procédé conforme à l'inven-15 tion est expliqué en référence à la fabrication d'une diode dite mélan-geuse ("mixerdiode"). On part d'une plaquette en silicium de type de conduction n, ayant un diamètre 30 mm et une épaisseur d'environ 100^u. Cette plaquette est formée (voir la fig. 1) par un substrat 1 de type de conduction n, ayant une résistivité de 0,01 ohm.cm, sur lequel on a formé épi-20 taxialement une couche 2 en silicium de type de conduction n, ayant une résisitivité de 0,2 ohm.cm et une épaisseur de 2^u. De nombreuses diodes ^élangeuses peuvent être élaborées sur la plaquette, mais sur les figures 1 à 4» on montre des coupes schématiques ne se rapportant qu'à une partie de plaquette au cours des différents stades de sa fabrication. 25 Par oxydation thermique à une température de 1200°C dans line atmosphère d'oxygène humide, la plaquette est munie d'une couche 3 en oxyde de silicium, présentant une épaisseur 0,3yu. Après cette oxydation, on enlève, par meulage, l'oxyde ie trouvant sur la face de plaquette, située à l'opposé de la couche épitaxiale 2, après quoi (voir la 30 fig. 1) sur ladite face, on élabore par voie chimique ("electroless") une couche de nickel 4 portée ensuite à une température de 600°C afin d'obtenir tin contact convenable peu ohmique entre le nickel et le silicium. Par la mise en oeuvre de procédés de photoréservation généralement utilisés dans la technique des semiconducteurs, on décape 35 ensuite dans la couched'oxyde3 les ouvertures carrées 5 (voir la fig. 2), le côté de ces carrés mesurant 5/u alors que suivant la direction des côtés, le pas mesure 7/u. Ensuite, sur la surface entière, on dépose par évaporation une couche de nickel 6 ayant une épaisseur de 0»1^u. Cette couche 6 est donc située en partie sur la couche d'oxyde 3» mais se trouve, 40 dans les fenêtre^ 5, sur la couche de silicium épitaxiale 2 avec laquelle BAD ORIGINAL 70 34638 5 2063026 le nickel forme un contact redresseur.(Contact de Schottky). Conformément à l'invention]# la structure ainsi obtenue et illustrée sur la fig. 5 est soumise â des vibrations acoustiques haute fréquence dans un bain d'eau. Dans le cas présent, la fréquence de ces 5 vibrations était de 31 KHz, alors que la puissance de l'énergie de vibration fournie était de 35 watts. Sous l'effet de ces vibrations, des parties de la couche de nickel 6 situées sur la couche d'oxyde 3 se détachent à partir des bords aigus des fenêtres 5. Les parties de la couche métallique 6, situéeB dans les fenêtres sur le silicium, continuent ce-10 pendant d'adhérer au silicium. On obtient ainsi la structure illustrée sur la fig. 4» alors que pour perfectionner la soudabilité sur la couche de nickel 4» on élabore encore une autre couche de nickel 7 de la même façon que la couche 4« De manière connue, par entaillage suivi de rupture, on 15 divise maintenant la plaquette en morceaux mesurant 700 x 700yu, et qui, comme le montre schématiquement la fig. 5» sont placés chacun dans une enveloppe en verre 8. La couche de nickel 6 est contactée à 1 aide d'un contact filiforme en molybdène 9» tandis que de l'autre côté, le corps en silicium est soudé sur un pied métallique 10. 20 Pour la clarté de la fig. 5» celle-ci ne montre qu'une seule diode. En réalité, le morceau de matériau semiconducteur mesurant 700 x 700yu comporte évidemment un très grand nombre de diodes, parmi lesquelles une seule est contactée par le contact 9» comme cela est habituel lors du contactage de ce genre de composants de faibles dimensions. 25 Le traitement par vibration décrit peut être effectué également d'une autre façon; pendant ledit traitement, pour empêcher une rupture, la plaquette en matériau semiconducteur peut être cimentée sur un support. Il se-peut également que l'énergie de vibration haute fréquence soit fourni d'une autre façon que par l'intermédiaire d'un bain 30 d'eau, tandis qu'également d'autres fréquences et énergies peuvent être utilisées. Les figures 6 â 10 expliquent le procédé conforme à l'invention en référence à la fabrication d'une diode de commutation. On part d'une plaquette de silicium ayant une épaisseur d'environ 100/u et 35 formée par un substrat 21 (voir la fig. 6) en silicium de type de conduction n ayant une résistivité de 0,01 ohm.cm; sur ce substrat 21, on forme épitaxialement une couche de silicium 22, de type de conduction n, ayant une résistivité de 0,6 ohm.cm et une épaisseur de 6^u. A son tour, la couche 22 est munie d'une couche 23 en oxyde de silicium, ayant une épais-40 seur de 0,3yu; par la mise en oeuvre d'un procédé habituel, cette couche BAD ORIGINAL 70 34638 6 2063026 23 est obtenue par échauffement à une température d'environ 400*C dans un csouraitt contenant volumétriquement 0,1$ de SiH^, 1$ de 0^ at 98,9$ d'argon. Après cette couche d'oxyde, on élabore, de la même façon que dans l'exemple précédent, une couche de nickel 24 sur l'autre face de la 5 plaquette de silicium, cette couche 24 étant ensuite frittée. Dans la couche d'oxyde 23» on décape ensuite des ouvertures carrées 25 dont les côtés mesurent 30alors que suivant la direction des côtés, le pas mesure 40yu (Voir la fig. 7)« Ensuite, à l'aide d'une solution contenant en volume une partie de HP à 48$, et 5 parties 10 de HNOj à 65$» le silicium dans les fenêtres 25 est décapé sur une profondeur de 2yu, opération durant laquelle est décapée également une partie du silicium sous la couche d'oxyde 23* On obtient ainsi des bords d'oxyde 26 en saillie (Voir la fig. 8). Ensuite, par pulvérisation cathodique, on élabore main-15 tenant de manière^connue sur le disque entier une couche 27 en platine présentant une épaisseur de 0,1yu, voir la fig. 9* Afin que dans les fenêtres, le platine adhère convenablement au silicium, l'ensemble est chauffé pendant environ 15 minutes à line température d'environ 300°C dans un mélange d'azote et d'hydrogène. Avec la couche épitaxiale 22, le platine 20 forme une jonction redresseuse (jonction de Schottky). Ensuite, de la même façon que dans l'exemple précité, la structure est soumise dans un bain d'eau à des vibrations acoustiques haute fréquence. De ce fait, on n'enlève pas uniquement le platine sur la couche d'oxyde 23, mais également les bords d'oxyde surplombants 26,(voir 25 la fig. 10.) On obtient ainsi des contacts de Schottky distincts, en platine. Après l'élaboration d'une autre couche de nickel 28 sur la couche 24 (voir la fig. 10^ pour améliorer ainsi la soudabilité, on sépare, par entaillage suivi de rupture, les diodes les unes des autres pour placer chaque diode ensuite, comme dans l'exemple précité, dans une enveloppe 30 appropriée. Dans cet exemple, la couche 23 a été élaborée à température faible, ce qui permet de diminuer le nombre de défauts cristallins dans la couche 22. Ce faisant, les creux, formés par le décapage de la coucfee 22 dans les fenêtres 25» acquièrent une meilleure surface, pré-35 sentant moins d'irrégularités de décapage. Ëgalement,par suite de la disparition des bords d'oxyde surplombants 26 sous l'effet des vibrations haute fréquence, l'élimination du platine sur la couche d'oxyde 23 est beaucoup facilitée lorsque le procédé conforme à 1'invention est mis en oeuvre de la manière décrite. 40 Bien que l'invention soit décrite à l'aide de formes de BAD ORIGINAL 70 34638 7 2063026 réalisation et d'application déterminées, le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sans sortir du cadre de l'invention. Outre le nickel et le platine, il est possible d'utiliser d'autres métaux, par exemple l'or et le titane. L'invention ne permet pas uniquement la fabri-5 cation de contacts de Schottky-, mais elle peut également être utilisée avantageusement pour la fabrication de contacts non redresseurs métal-semiconducteur. Par ailleurs, le silicium faisant office de matériau semiconducteur dans cette description peut être remplacé par un autre matériau semiconducteur, par exemple le germanium ou un composé A^^-By, 10 tandis que l'oxyde, de silicium formant ici les couches isolantes, peut être remplacé par d'autres matériaux, par exemple le nitrure de silicium ou l'oxyde d'aluminium. ORIGINAL 70 34638 8 2063026 REVENDICATIONS t 1. Procédé permettant d'élaborer localement tin contact métallique sur la surface d'un corps semiconducteur, une partie de ladite surface étant recouverte d'une couche électriquement isolante, alors que 5 sur cette surface^est ensuite élaborée une couche métallique dont une partie se trouve sur la couche isolante et une autre partie sur le corps semiconducteur, la partie de couche métallique se trouvant sur la couche isolante étant ensuite enlevée du moins partiellement, caractérisé en ce qu'après son élaboration, la couche métallique est soumise à des vibrations 10 acoustiques haute fréquence, par lesquelles; la partie de couche métallique située sur la couche isolante est éliminée quasi entièrement, tandis que la partie de couche métallique servant de couche de contact et située sur le corps semiconducteur^ continue d'adhérer au matériau semiconducteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 que la couche métallique a une épaisseur qui est inférieure à celle de la couche isolante. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'avant de soumettre la couche métallique aux vibrations acoustiques haute fréquence, on procède à l'échauffement du corps semiconduc- 20 teur muni de sa couche métalliquev 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3» caractérisé en ce qu'avant d'élaborer la couche métallique, on décape sur une profondeur d'au moins 1yu la partie de surface semiconductrice non recouverte de la couche isolante, 25 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4» caracté risé en ce que la couche isolante est en oxyde de silicium, 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5» caracté risé en ce que la couche métallique est en platine* 7* Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- 30 risé en ce que la couche isolante a une épaisseur d'au moins 0,1^u. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7» caracté risé en ce que les parties de surface semiconductrice non recouvertes de la couche isolante sont situées dans des fenêtres de contact pratiquées dans la couche isolante et présentant des dimensions d'au maximum 10yu. 35 9* Dispositif semiconducteur ayant un contact métallique fabriqué d'après le procédé selon l'une des revendications précédentes. BAD ORIGINAL