Brevet FR2130125A1 — publié le 19721103

I La présente invention se rapporte générale nient ; à des dispositifs à semiconducteur qui comprennent des couches métalliques déposées; plus particulièrement, elle concerne et a essentiellement pour objet un dispositif 5 à semiconducteur à continuité de conducteurs e$. film ou en pellicule métallique ou analogue ainsi que les' diverses applications et utilisations résultant de sa nqlise en oeuvre et les systèmes, ensembles, appareils, machines, équipements et installations pourvus de tels dispositifs.' 10 Parmi les dispositifs auxquels s'applique cette invention figurent des dispositifs à circuit intégré mônolithyque du type qui comportent un corps ou une masse de' matière semiconductrice ayant un revêtement ou enduit isolant avec des parties d'épaisseur différente et des 15 conducteurs métalliques déposés, disposés sur le revêtement isolant et adhérents ou collés à celui-ci. Un tel dispositif est un dispositif à circuit intégré du type dit MOS (à semiconducteur à oxyde métallique) qui emploie une pluralité de transistors à effet de champ et à porte isolée avec un isolant relativement 20 mince dans les zones ou surfaces des transistors et avec un revêtement isolant relativement épais dans les zones ou surfaces entourant les transistors. Le but du revêtement isolant épais dans des dispositifs connus à circuit intégré est de réduire l'interaction de 25 capacitance entre les conducteurs déposés et les régions adjacentes du corps ou de la masse de semiconducteur. Ceci améliore la vitesse du circuit et réduit les risques de fuite ou de dispersion dus à des couches d'inversion parasites à la surface du corps ou de la masse de semiconducteur. 30 Un problème de perte de rendement importante a auparavant limité la différence d'épaisseur maximale entre les couches d'isolant respectivement mince et épaisse. Lorsque cette différence ou hauteur de gradin , d'épaulement ou de marche est rendue plus grande, la probabilité de circuits ouverts, due à 3 5 des ruptures ou cassures dans les conducteurs métalliques à l'emplacement des gradins,marches ou épaulements, augmente. Des tentatives passées, pour surmonter ce problème, n'ont pas été 72 0785! 2 2130125 commercialemer; couronnées de succès. Une solution approchée conne consistait à établir une surface montante ou ascendante inclinée ou en pente joignant les revêtements isolants respecivement épais et mince. Ceci peut être accompli par exmple en faisant croître un revêtement d'oxyde dont la densité ?st graduée ou varie progressivement depuis une valeu* relativement élevée au voisinage du semiconducteur jusqu'à une valeur relativement basse à la surface libre du revêtemeit. Quand un tel oxyde est attaqué, gravé ou corrodé himiquement, il est attaqué chimiquement plus vite à la suiface libre que sur le côté ou la face adjacent au semicoiducteur et,par conséquent, une surface, d'une pente ou inc,inaison relativement progressive, est réalisée. Un revêtement isolant de. densité graduée ou progressivement évolutive ou variable est cependant difficile à produin. Dans des dispositifs ayant des couches métalliques qui doivent franchir ou traverser des gradins, épaulements, redans ou marches d'tscalier relativement hauts, des pertes de rendement , du type décrit ci-dessus, peuvent être réduites en conformant les surfaces montantes ou ascendantes des gradins avec au mcins deux; portions non coplanaires. D'une façon correspondante, des hauteurs de gradin plus grandes peuvent être obtenues sans réductions importantesdans le rendement. L'invention'sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant aux" dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples non'limitatifs illustrant divers modes de réalisation de l'inventioq&t dans lesquels : - la figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'une portion, d'un dispositif à circuit intégré du type auquel la présente invention est applicable; - la figure 2 est une vue partielle idéalisée en perspective d'une couche métallique franchissant ou traversant un gradin d'isolant dans- un dispositif appartenant à l'état antérie.urement 72 07858 3 2130125 connu de la technique; - la figure 3 est une représentation d'un?tat typique de circuit ouvert dans un dispositif de la teciiique antérieure ; 5 - la figure 4 est une vue fragmentaire iéalisée en perspective d'une couche métallique franchiss-ût ou traversant un gradin d'isolant dans le prése-t nouveau dispositif; - la figure 5 est une coupe transversal suivant les 10 lignes V-V de la figure 4; et - la figure 6 est une représentation dun franchissement défectueux dans le présent nouveau disposit-f. EXEMPLE . Un dispositif typiqu^è. circuit intégrt 10, auquel la 15 présente invention est applicable, est rep"ésenté sur la figure 1. Le dispositif 10 est ui/dispositjf à transistors à effet de champ et à porte isolée qui couprend une pluralité d^transistors à effet de champ et à porte isolée du type dit MOS ou à semiconducteur à oxyde métallique, dont un 20 seulement est représenté sur la figure 1 Le dispositif 10 comprend un corps ou une masse 12 de matière semiconductrice, soit typiquement du silicium, qui comporte une surface 14 au voisinage de laquelle sont formés les transistors à effet de champ et à porte isolée. Chaque transistor 25 comprend des régions espacées respectivement de source 16 et de drain 18 qui sont séparées par une r%ion de canal 20. Un isolant de porte relativement trince 22 sépare une électrode de porte 24 de la région de canal 20. Un revêtement isolant 26,d'une épaisseur relativemeat plus grande que celle 30 du revêtement 22, est disposé sur la surface 14 en entourant généralement chacun des divers transistors prévus dans le dispositif. Les deux revêtements isolants 22 et 26 comportent des surfaces supérieures respectivement 27 et 28 qui sont parallèles et sont délimitées par une surface montante ou 35 ascendante 30 relativement abrupte. Dans un dispositif typique, 0 l'isolant 22 a environ 1000 A ou 0,1 micron d'epaisseur et le revêtement 26 a de préférence au moins environ 1 ,8 micron 72 07858 4 2130125 d'épaisseur, d? sorte que 1'éspace. entre les surfaces 27 et 28, est c'au moins 1,7 micron. Décrite d'une façon générale, cette structure constitue un substrat ayant des surfaces parallèles espacées reliées par un gradin relativement 5 haut. Des contact^ 32 et 34 sont réalisés avec les régions respectivement de source 16 et de drain 18 et des conducteurs déposés s'étendent depuis ces contacts et depuis l'électrode de porte 24 vers le haut pour s'élever jusqu'à la surface 28 du 10 revêtement 26 afii de connecter le transistor représenté à d'autres éléments du circuit . Seul un conducteur déposé est représenté en 35, fomme s'étendant à partir du contact de source 32. Dans un dispositif réel, la surface montante 30 n'est 15 pas absolument perpendiculaire à la surface des revêtements isolants, comme cela est représenté, mais est sensiblement perpendiculaire à ce3 surfaces et, dans la fabrication du dispositif 10 le revêtement isolant 26 est d'abord formé sensiblement à l'épaisseur désirée. A cause de son épaisseur 20 relativement grande, ?e revêtement est de préférence formé par déposition chimique en phase vapeur, par exemple par la décomposition thermique de silane (SiH^) en présence d'oxygène. De tels revêtements doivent de préférence être recuits après leur formation. Après cela,un photomasque, appelé photomasque 25 'd'oxyde de gradin", est utilisé pour définir les zones ou surfaces devant être occupées par des transistors. La matière du revêtement 26 est ensuite éliminée par attaque chimique en ces emplacements. La matière du revêtement 26 est sensiblement uniforme en densité et l'attaque chimique s'effectue à une 30 vitesse telle que très pe01 de découpe latérale ou des côtés se produit. Après l'opération précitée d'attaque chimique, la surface exposée 14 est oxydée pour former l'isolant de porte 22 et des ouvertures de contact, pour loger les contacts respectivement de source 3? et de drain 34, sont définies et 35 réalisées par attaque ou gfavure chimique d'une manière connue. Un revêtement métallique con"tinu est ensuite , déposé, par évaporation sous vide par exemple, et uP- dessin ou réseau de contacts et 72 07858 5 2130125 d'interconnexions est constitué sur c^revêtemen: par des techniques photolithogrjghiques connues. Les conducteurs d'interconnexion, tels que le conducteur 35, orfc habituellement la forme de bandes ou de rubans allongés à côt6S parallèles. 5 Voir la figure 2 qui représente, sous forme dM mage en perspective, l'étendue d'un conducteur 35 en forme de bande à côtés parallèles 36 et 37, disposé par-dessiiS un gradin d'ojtyde dans un dispositif antérieur. Comme cela est indiqué sur la figure 2, ie conducteur 10 35 comporte une partie 38 disposée sur la su>face 27 de l'isolant 22 et adhérant ou collée à celle-ci, une partie 39 disposée sur la surface montante 30 et ac'hérente ou collée à celle-ci, et une partie 40 disposée sur lj. surface 28 de l'isolant 26. Si le conducteur 35 est continu comme 15 cela est représenté, il n'y a aucun problème. Cependant, il arrive souvent que le conducteur-35 ne fraîchisse ou ne traverse pas le gradin de façon continue et le circuit est par conséquent inopérant ou hors d'état de fonctionner. f;0mme cela est indiqué sur la figure 3 par exemple,la portion 39 du conducteur 35 20 peut n'être pas présente. Des circuits ouverts de ce type ont été observés dans des dispositifs defectiieux par examen microscopique. La présente structure nouvelle est représentée sur les figures 4 à 6. Dans le présent dispositif} ia surface montante, désignée ici par le chiffre db référence 41 entre les 25 surfaces 27 et 28 des revêtements 22 et 26, est pourvue d'au moins deux portions non coplanaires 42 et 44, qui, dans cet exemple, occupent deux plans parallèles décalés ou déportés. Dans le présent exemple, ces plans sont délimités par une troisième portion 46 (figure 5) de la surface montante 30 41 , qui est également non coplanaire par rapport aux deux; autres portions 42 et 44 puisqu'elle s'étend perpendiculairement aux deux autres portions 42 et 44. Un conducteur métallique 50 en forme de bande ou de ruban, ayant des côtés parallèles espacés 52 et 53, s'étend depuis la surface 27 de l'isolant 22 en 35 s'élevant le long de la surface monJcante 41 jusqu'à parvenir sur la surface 28 de l'isolant 26. Dans cet exemple, les côtés 52 et 53 du conducteur .50 sortt perpendiculaires aux plans 72 0785: 2130125 des portions 42 et 44 de la surface montante 41 et parallèles à la troisième vportion 46 de la surface montante. D'autres configurations! angulaires sont possibles tant que les portions décalees ou déportées de la surface montante 5 sont comprises pans-les limites, c'est-à-dire entre les côtés ou faces latérales di/conducteur. La configuration représentée de la surface montante 41 est donnée seulement à titre d'exemple. Les surfaces 42 et 44 n'ont pas besoin d'être parallèles et la surface 10 46 n'a pas besoin d'être perpendiculaire à celles-ci. En outre, des surfaces non coplanaires supplémentaires peuvent être prévues à des croisements ou franchissements de conducteur à l'intérieur des U-imites du conducteur. La configuration décrite pour la surface montante 41 peut être produite 15 par le simple artifice consistant a former le photomasque d'"oxyde de gradin"! suivant la forme appropriée aux emplacements de croisements, de franchissements ou de traversées. Un franchissement défectueux typique, dans le présent dispositif nouveau tel qu'il apparaît lors d'un examen 20 microscopique, est représenté sur la figure 6. Dans cet exemple, la partie du conducteur métallique, adjacente à la surface 44 de lai surface montante 40, est manquante. Cependant, les parties restantes sont toujours présentes, de sorte que le conducteur 50 est électriquement continu. 25 Biei/que la raison de ce résultat ne soit pas connue avec certitude, on croit que le métal déposé n'adhère, pas bien aux surfaces montantes \en laissant subsister des espaces vides ou cavités en forme de tunnel. Pendant l'attaque chimique du métal pour produire le dessin ou réseau d'interconnexion, 30 la solution d'attaque, die corrosion ou dé gravure chimique peut s'infiltrer dans ces espaces vides et enlever, par attaque chimique, leimétal de sa face arrière. Cette sape de sous-cavage ou de dépouille s'arrête apparemment pour la même raison à la surface 46. 35 D'autres raisons du perfectionnement obtenu dans le présent dispositif peuvent! être les suivantes. La largeur effective du conducteur métallique adjacent aux surfaces montantes 72 07858 7 2130125 est accrue en procurant ainsi plus de métal aux emplacements où on avait observé que des ouvertures avaient/ le plus de chance de se produire. A cause des corrélations angulaires différentes des diverses portions te la surface 5 montante, les risques ,que la .ligne de visée s/oit masquée, interceptée ou couverte par le processus d'éyaporation métallique, sont réduits. Quelles que soient les raisons, les résultats empiriques, de dispositifs d ' essai* comportant la présente structure 10 nouvelle, ont montré un accroissement important dans le rendement. Par exemple, un dispositif à ciijcuit intégré, qui comprend 1700 transistors, nécessitant/pour son aptitude au fonctionnement approximativement 5000 franchissements de hauts gradins sans aucun circuit ouvert, avait un 15 rendement de 0 à \fo quand il était construit conformément à la technique antérieure. En introduisant le changement de masque nécessaire pour former le décalfage aux gradins un rendement de 5 à 10fo fut réalisé. La présente invention n'est pas lim/itée à des franchissements 20 métalliques de gradins entre deux couchas d'isolant . Elle s'applique aussi bien chaque fois qu'un© bande métallique déposée doit franchir un haut gradin, DjLs gradins de ce type peuvent être exister par exemple entre /un isolant épais et une matière semiconductrice de base/aux limites d'ouvertures 25 ou d'orifices de contact. De même, de /tels gradins peuvent exister dans des structures à silicium, épitaxial déposé sur du saphir, dans lesquelles un métal peut s'étendre depuis la surface de saphir en s'élévant jusqu'à un îlot de silicium. 30 Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et /représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont 35 exécutées selon l'esprit de 1'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. 72 07858 8 2130125 REVENDICATIONS 1Dispositif à semiconducteur du type comprenant une couche métallique disposée sur un substrat et adhérant à celui-ci, lequel comporte des surfaces parallèles espacées reliées par un gradin relativement haut, la surface 5 montante dudit gradin étant sensiblement perpendiculaire auxdites surfaces parallèles, caractérisé en ce qu'à l'emplacement où ladite couche,métallique s'étend depuis l'une desdites surfaces jusqu'à l'autre et dans les limites de ladite couche métallique, ladite surface montante comporte au moins deux 10 portions non coplânaires. 2.- Dispositif sÉLon la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxi portions de la surface montante précitée sont situées dans c^es plans parallèles espacés. 3.- Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé en 15 ce que les deux portions précitées sont jointes par une.troisième portion de la surface montante précitée qui se trouve dans un plan perpendiculaire à ceux des deux portions précitées. 4.- Dispositif ^elon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche métallique précitée a la forme d'une bande 20 allongée à côtés ou à, faces latérales parallèles, chaque côté étant sensiblement parallèle au plan de la troisième portion précitée et sensiblement perpendiculaire aux plans des deux portions précitées de la surface montante précitée. 5.- Dispositif sa^on la revendication 1, caractérisé en 25 ce que le substrat précité comprend un corps de silicium ayant un revêtement isolant d^ silice ou de dioxyde de silicium sur celui-ci, ledit revêtemént comportant des portions respectivement épaisse et mince, les surfaces parallèles espacées précitées étant des surfaces desdixes portions dudit revêtement isolant. 30 6.- Dispositif selon la revendication 5> caractérisé en ce que l'espace, entre leis surfaces précitées du revêtement isolant précité, est supérieur à environ 1,7 micron. 7.- Dispositif selon lia revendication 6, caractérisé en ce que les deux portions précitées de la surface montante précitée /2 07858 ! 2130125 occupent des plans parallèles espacés. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux portions précitées sont jointes par une troisième portion de la surface montante précitée 5 qui occupe un plan perpendiculaire à ceux des deux portions précitées. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche métallique précitée a la forme d'une bande allongée à côtés ou à faces latérales parallèles, 10 chaque côté étant sensiblement parallèle au plan de la troisième p.ortion précitée et sensiblement (perpendiculaire aux plans des deux portions précitées de 1p. surface montante précitée. 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé 15 en ce qu'il comprend une pluralité de transistors à effet de champ et à porte isolée, les portions fcainces du revêtement isolant précité constituant dçs isolants de porte pour lesdits transistors à effet de champ et à porte isolée 0 I et ayant environ 1000 A d'épaisseur, lesj portions épaisses 20 dudit revêtement isolant ayant une épaisseur supérieure à environ 1 ,8 micron.