Brevet FR2122360A1 — publié le 19720901

La présente invention concerne un procédé de soudure de fils métalliques sur des conducteurs en aluminium agencés sur des dispositifs semi-conducteurs par une méthode connue selon laquelle une pellicule mince d'aluminium est déposée sur la totalité de la surface d'une face dune plaquette semi-conductrice,un revetement formant cache étant aménagé sur ladite pellicule qui est ensuite enlevée partiellement aux endroits non protégés par le cache, le dit cache étant ensuite éliminé par attaque dans un bain oxydant et des fils métalliques étant finalement soudés sur une partie des plages conductrices ainsi définies. Les dispositifs semi-conducteurs de type plan, en particulier les circuits intégrés, comportent sur une de leur face un réseau de conducteurs assurant les interconnexions entre les éléments d'un circuit ainsi que les amorces des connexions de sortie nécessaires. Ce réseau de conducteurs est obtenu le plus souvent par gravure d'une pellicule métallique déposée à la surface des dispositifs, le métal préféré pour léaliser cette pellicule étant l'alu- - ium, au moins dans le cas de dispositifs en silicium. La réali- sation de ce réseau de conducteurs est effectué selon le procédé suivant : après formation dans la plaquette de matériau semi *ducteur des différentes régions et jonctions, des ouvertures sont pratiquées dans la couche dioxyde recouvrant toute la plaquette, ces ouvertures correspondant aux plages de prises de contact envisagées. On procède ensuite à un dépit, par évaporation sous vide le plus souvent, d'aluminium pur; puis la couche d'aluminium est recouverte d'une couche de laque polymérisable photosensible qui est ensuite impressionnée à travers un cliché de dessin approprié. L'élimination des parties laquées non polymérisées laisse subsister un cache et les parties métallisées indésirables laissées à nu par ce cache sont ensuite enlevées par un traitement de gravure chimique. Le cache doit etre ensuite lui-meme éliminé par un traitement chimique approprié. Les laques de photogravure utilisées pour le cache étant généralement des corps organiques, on a cherché à les éliminer au moyen de solvants. Mais les solvants, eux-memes organiques, laissent sur le métal, après la dissolution de la laque, des traces qu'il est très difficile d'éliminer totalement, quels que soient les lavages auxquels il est possible de procéder, Ces traces en traient des fuites de courant et des défauts apparaissent au cours du temps de service des dispositifs. vue de pallier cette dégradation de la qualité et de la fiabilité des dispositifs, il est connu d'utiliser, pour éliminer les traces précitées, ou meme pour éliminer la laque de photogravure, des produits oxydants tels que l'acide nitrique fumant ou peu dilué, ou l'acide sulfurique concentré, éventuellement en mélange avec de l'eau oxygénée. Avec ce dernier acide, le trempage du dispositif exige, pour être efficace, des durées considérables pendant lesquelles d'autres parties du dispositif peuvent Qtre détériorées, ou nécessite des températures élevées également néfastes.Tous ces produits, efficaces quant à la laque à éliminer, ont l'inconvénient de former, sur 1 'alumin:Lum mis à nu, une mince couche d'alumine qui rend difficiles et aléatoires les opérations ultérieures de soudure de fils sur les conducteurs d'aluminium. Il a été constaté que l'épaisseur et la structure de cette couche d'alumine, ainsi que les impuretés qu'elle peut contenir, con ditionnaient effectivement les possibilités de soudure de conducteurs métalliques sur l'aluminium métallisé à la surface de la plasuette semi-conductrice Les difficultés de soudage apportées par la couche d'alumine due aux produits oxydants sont encore aggravées lorsque le disposi- tif semi-conducteur comporte des surfaces sur lesquelles a été diffusé de l'or, comme il est courant de le faire dans le cas de dispositifs semi-conducteurs à temps de réponse rapide. Il est à supposer que l'or provoque un effet de pile, augmentant le taux de formation de la couche d'alumine indésirable. La présente invention a pour but principal de pallier les in convénients précités et de fournir un procédé de traitement de dispositifs semi-conducteurs, après photogravure d'un dépit d'aluminium, facilitant la soudure des conducteurs métalliques sur ce dépot, en particulier des fils d'or ou éventuellement, des fils d'aluminium. Selon l'invention, le procédé de soudure de fils métalliques sur des conducteurs en aluminium agencés sur des dispositifs semiconducteurs par une méthode connue selon laquelle une pellicule mince d'aluminium est déposée sur la totalité de la surface d'une face d'une plaquette semi-conductrice, un revêtement formant cache étant aménagé sur ladite pellicule qui est ensuite enlevée partiellement aux endroits non protégés par le cache, ledit cache étant ensuite éliminé par attaque dans un bain oxydant, et des fils métalliques étant finalement soudés sur une partie des plages conductrices ainsi définies, est caractérisé en ce que ledit bain oxydant est constitué d'acide nitrique fumant additionné d'une très faible quantité d'acide fluorhydrique, la teneur en acide fluorhydrique pur rapportée à celle d'acide nitrique pur étant inférieure à 3,. La demanderesse a constaté que lorsque l'enlèvement d'une couche de laque polymérisable constituant un cache de photogravure, est effectué par trempage dans un bain dont les constituants répondent à la caractérisation ci-dessus, les opérations de soudage,en particulier par thermocompression, pouvaient Qtre effectuées dans les meilleures conditions; la surface de l'aluminium traitée selon l'invention présente une très bonne aptitude au soudage et en particulier à la soudure de fils d'or par thermocompression.Les laques sont totalement éliminées et ne laissent aucune trace ni aucune impureté susceptible de geler la soudure de fils métalliques sur l'aluminium. Selon un mode préférentiel de mise en oeuvre du procédé selon l'invention la proportion d'acide fluorhydrique dans le bain oxydant telle que définie plus haut est comprise entre 0,1 et 2 . Avec cette proportion d'acide fluorhydrique, le mélange oxydant n'attaque pratiquement pas le silicium, qui est le constituant le plus couramment employé pour les dispositifs semi-conducteurs,et la couche d d'alumine formée sur l'aluminium au terme du traitement est la plus faible. Par exemple, si l'on évalue l'épaisseur de cette couche par la mesure de la tension de claquage qu'elle présente, un traitement dans un bain d'acide nitrique fumant additionné de 0,1 % d'acide fluorhydrique provoque une couche présentant une tension de claquage inférieure à 5 volts, un traitement dans un bain d'acide nitrique fumant tel qu'il est utilisé dans les procédés connus provoquant une couche dont la tension de claquage est de l'ordre de 20 volts. L'acide nitrique utilisé de préférence est dit fumant et correspond à un acide nitrique de densité élevée; préférentiellement la densité à OOC de l'acide nitrique utilisé est comprise entre 1,52 et 1,48. L'acide fluorhydrique utilisé de préférence est un acide en solution à 50%, de densité à OOC de l'ordre de 1,155. La durée du traitement d'élimination de la laque de photogra vure est fonction de la qualité de cette laque et des traitements de cuisson et de révélation qu'elle a subiso Cette durée sera courte pour qu'il ne se produise pas dtatta- que appréciable de la silice qui est le matériau le plus couramment employé comme couche d'isolement électrique à la-surface des dispositifs, La Demanderesse a constaté que des durées de traitement de l'ordre de quelques minutes, et de préférence comprises entre 1 et 10 minutes permettent d'éliminer les laques couramment utilisées en pareil cas, le traitement étant effectué à la température ambiante. Un exemple de réalisation de dispositif semi-conducteur comprenant les étapes d'un procédé selon l'inventionS est donné ciaprès en regard des dessins annexés. Le dispositif considéré est un circuit intégré réalisé dans une plaquette de silicium. Les figures 1 à 8 sont des coupes schématiques partielles du dispositif à différents stades du procédé de fabrication. Après les diverses opérations de dépit épitaxique et de diffusion réalisant dans une plaquette 1 les diverses régions des transistors, diodes et éléments passifs du circuit, des fen8tres de contact 3 sont ouvertes par photogravure dans la couche d'oxyde superficielle 2 s'étendant sur la face active de la plaquette; un dépet d'aluminium 4 est ensuite effectué sur cette face par évaporation sous vide selon les techniques habituelles (fig.2). Une pellicule 5 de laque photosensible positive, dont le polymère est dégradé et devient soluble par exposition à la lumière, est déposée sur la couche d'aluminium (fig.3). Cette laque, qui a été préalablement purifiée et diluée, est ensuite étendue par un pelliculage centrifuge lui donnant une épaisseur régulière. Un masque 6 comportant des fenetres transparentes 7 et correspondant au dessin des contacts, des conducteurs dtinterconnexions et et des pla- ges de contact voulus, est appliqué sur la laque.Après exposition à la lumière (fig.4), la plaquette subit une cuisson améliorant l'adhérence de la laque et est ensuite soumise à l'action d'un solvant organique approprié à la laque utilisée, ne laissant subsister sur la plaquette que les surfaces de laque 8 non isolées (fig. 5) les surfaces 9 correspondant aux fenetres 7 étant éliminées Un nouveau recuit de la laque peut etre ensuite effectué,qui améliore ltadhérence des parties de laque restantes. L'aluminium non protégé par la laque est ensuite décapé dans l'acide ortho phosphorique jusqu'à élimination complète des parties 11 correspondant aux fenetres 7 (fig.6).De la couche 4 il subsiste sur la face active de la plaquette, les contacts 10, les conducteurs et les plages métallisées prévus, protégés par une couche de laque 8 qu'il y a lieu d'éliminer0 Après lavage et rinçage, la plaquette est trempée (fig.7) dans un bain d'acide nitrique fumant 12, de densité à 250C comprise entre 1,45 et 1,48, additionné de 1,5% d'acide fluorbydrique pur, à la température ambiante. Après 5 minutes de ce traitement la laque photosensible est totalement éliminée; après nouveau lavage et rinçage on procède à un chauffage à température élevée pour provoquer un début d'alliage entre l'aluminium et le silicium en contact. Des fils d'or 13 sont ensuite soudés, par thermocompression selon les techniques habituelles, sur les plages d'aluminium métallisé prévues à cet effet (fig.8). Ces soudures sont réalisées sans difficulté particulière, selon les méthodes classiques. L'invention est applicable à la fabrication de dispositifs semiconducteurs, dans tous les cas où ces dispositifs comportent des prises de contact sur un dépôt d'aluminium photogravé,- en particulier dans les cas de soudure de fils d'or ou d'aluminium par ther mocompression sur des plages d'aluminium vaporisé sous vide et photogravé. L'invention est notamment applicable à la fabrication de circuits intégrés. -REVENDICAUIONS 1.- Procédé de soudure de fils métalliques sur des conducteurs en aluminium agencés sur des dispositifs semi-conducteurs par une méthode connue selon laquelle une pellicule mince d'aluminium est déposée sur la totalité de la surface d'une face d'une plaquette semi-conductrice, un revêtement formant cache étant aménagé sur la dite pellicule qui est ensuite enlevée partiellement aux endroits non protégés par le cache, ledit cache étant ensuite éliminé par attaque dans un bain oxydant, et des fils métalliques étant finalement soudés sur une partie des plages conductrices ainsi définies, caractérisé en ce que ledit bain oxydant est constitué d'acide nitrique fumant additionné d'une très faible quantité d'acide fluorhydrique, la teneur en acide fluorhydrique pur rapportée à celle d'acide nitrique pur. étant inférieure à 3 %. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite teneur d'acide fluorhydrique dans ledit bain est comprise entre 0,1 et 2 %. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que l'acide nitrique est de l'acide nitrique fumant de densité à OOC comprise entre 1,52 et 1,48. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 2, 3 caractérisé en ce que l'attaque dans le bain oxydant est opérée à température ambiante pendant une durée comprise entre 1 et 10 minutes. 5.- Dispositif semi-conducteur comportant un dépôt d'aluminium localisé par photogravure, réalisé selon un procédé conforme à l'une des revendications 1 à 40