Brevet FR2134474A1 — publié le 19721208

La présente invention se rapporte à la formation d'un réseau par métallisation en pellicules minces sur toi substrat, et elle concerne plus particulièrement la formation d'une couche protectrice sur les conducteurs ainsi formés. 5 Un but de l'invention est de réaliser une couche isolante qui recouvre des conducteurs formés par métallisation sur un substrat et qui protège mieux ces conducteurs que suivant la technique antérieure . L'invention a donc pour objet un procédé perfectionné de for-10 mation d'un réseau par métallisation en pellicules minces sur un substrat et ce procédé consiste à former une pellicule isolante sur le substrat, à ouvrir des fenêtres dans cette pellicule isolante aux endroits où l'on désire établir un contact ohmique avec le substrat, à déposer une première pellicule métallique sur l'élément 15 composite résultant, à graver sélectivement cette première pellicule métallique pour former le réseau métallique voulu, à déposer une deuxième pellicule métallique sur ce réseau et à anodiser cette deuxième pellicule métallique pour former un revêtement d'oxyde protecteur sur ledit réseau métallique. 20 Le revêtement d'oxydé protecteur formé suivant l'invention possède l'avantage d'éliminer les défauts appelés piqûres d'aiguille, de présenter une excellente dureté superficielle avec une bonne résistance à l'abrasion mécanique et à l'attaque chimique. En outre, le revêtement d'oxyde protecteur possède une bonne conductibilité 25 thermique. Une application particulière de la présente invention consiste dans la réalisation d'un revêtement protecteur sur un réseau de métallisation formé sur un semi-conducteur, par exemple sur un substrat de silicium. Par exemple, le réseau de métallisation peut re-30 lier des éléments conducteurs d'un circuit intégré formés en surface d'un substrat semi-conducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples : 35 - les Fig. 1a à 1c_ sont des coupes d'un substrat semi-conduc teur métallisé qui montrent une forme de réalisation de l'invention dans laquelle on a utilisé 1'anodisation pour former un revêtement d'oxyde sur un réseau formé par métallisation et gravure; - les Fig. 2a à 2d sont des coupes d'un substrat semi-conduc-40 teur métallisé qui montrent une forme de réalisation de l'invention 72 14568 2134474 dans laquelle est utilisé un matériau de réserve photographique, du type KMER ou autre, pour constituer un dispositif de découpage par éclatement pour la formation de fenêtres dans l'oxyde en vue d'établir des connexions de traversée reliées à la métallisation du deu-5 xième niveau; - la Fig. 3 est une coupe schématique d'un appareil d'oxydation anodique sélective, destiné à la mise en oeuvre de l'invention; - la Fig. kr est une vue en plan d'une pastille de semi-conduc-teur qui illustre l'utilisation d'une grille métallique pour assu- 10 rer la répartition uniforme du courant d'anodisation; - la Fig. 5 est une vue de côté d'une pastille de semi-conducteur et montre les moyens utilisés pour suspendre cette pastille dans le bain d'anodisation. Sur la Fig, 1a, le substrat 131 est constitué par une pastille 15 de silicium monocristallin qui comporte diverses jonctions PN formées par des phases de diffusion sélective ou d'implantation sélective d'impuretés qui ont engendré des régions de conductibilité du type P et/ou du type N (non représentées), régions sur lesquelles des contacts ohmiques ont été établis par métallisation sélective à 20 travers des fenêtres 132 et 133 ménagées dans une couche isolante 134 composée de bioxyde de silicium,, On dépose initialement une pellicule métallique conductrice, par exemple une pellicule d'aluminium, de préférence au moyen d'un évaporateur à canon à électrons et on enlève le métal en excès par gravure sélective, cette phase 25 laissant subsister un réseau métallique 135 composé d'aluminium, et qui forme des plots métalliques de contact et des conducteurs électriques reliant les régions voulues de la pastille, ces; régions pouvant faire partie de composants d'un circuit intégré. Le réseau métallique 135 est ensuite revêtu d'une nouvelle pellicule 136 en 30 un métal anodisable (Fig0 1b) qui est ensuite anodisée dans toute son épaisseur suivant des techniques qui seront décrites; plus loin, pour former une couche de revêtement protecteur 137 composée d'oxyde (Fig. 1 c_) o Au cours de la formation de la couche de revêtement 137, on 35 doit veiller à ce que 1'anodisation soit interrompue avant que le réseau métallique 135 ne soit détruit. Toutefois, ceci ne constitue pas une difficulté notable puisque la vitesse d'anodisation peut être obtenue avec précision et que l'épaisseur de la couche 136 est exactement connue. En outre, on peut tolérer sans inconvénient une 40 certaine suranodisation qui se traduit par une transformation super it 14588 3. 2134474 ficielle du réseau.métallique 135 eu oxyde sans cependant altérer le rendement ni les performances du circuit intégré0 Le revêtement résultant présente l'avantage de constituer une excellente protection contre la corrosion et contre les détériorations dues aux ma-5 nipulations mécaniques et de pouvoir être réalisé économiquement à des températures relativement basses qui n'ont aucun effet défavorable sur le système aluminium-oxyde sous-jacent. La forme de réalisation des Fig, 2a à 2b^ diffère de celle des Fig. 1a à 1c par le fait qu'avant de déposer la couche métallique 10 136, on dépose uhe mince couche d'un polymère organique 138, par exemple formée d'un matériau de réserve photographique et découpée suivant un certain modèle, sur le réseau métallique 135, aux endroits où l'on doit établir des connexions de traversée entre le premier et le deuxième niveaux de métallisation. Ensuite, après 1'-15 anodisation qui forme le revêtement 137» on chauffe la pastille à des températures suffisamment élevées pour provoquer le gonflement et/ou la vaporisation du matériau de réserve photographique, ce qui fait éclater l'oxyde superposé à ce matériau aux endroits choisis, pour ouvrir des fenêtres 139 pour l'établissement des connexions de 20 traversée avec le métal du deuxième niveau. Par exemple, le matériau de réserve photographique "KMER" d'Eastman-Kodak se dilate et/ou se vaporise à une température d'environ 500 à 550°C En variante, on pourrait former des fenêtres de traversée dans la couche de revêtement 137 par gravure sélective, en utilisant une 25 solution de gravure qui attaque la couche d'oxyde 137 sans attaquer la pellicule métallique découpée en réseau située sous cette couche. Une solution de gravure appropriée pour cette application est constituée par une solution aqueuse d'acide chromique et d'acide phos-phorique, que l'on prépare, par,exemple, en introduisant 20 g de 30 CrO^ et 35 de H^PO^ concentré (85 $) dans un flacon d'un litre et en diluant à l'eau pour compléter le volume. La solution est utilisée à environ 100°C. A la Fig. 3, on a représenté un appareillage approprié destiné à être utilisé pour la phase d'anodisation suivant l'invention. Des 35 pastilles semi-conductrices 81 sont suspendues dans un électrolyte 82 par des pinces 83 montées sur une barre 84 qui est reliée à la borne positive d'une source 85 de courant continu» Le bac peut servir de cathode, comme représenté sur le dessin, ou bien il peut être prévu une cathode séparée. On peut citer comme exemples appropriés 40 de solutions électrolytes appropriées l'acide sulfurique, l'acide 72 14588 k. 2134474 tartrique et l'acide oxalique. On peut utiliser une large gamme de concentrations d'électrolyte dont on peut facilement déterminer les valeurs en se reportant aux procédés connus d'anodisation. On peut utiliser des différences de potentiel de 20 à 200 volts en courant 5 continu pour produire des densités de courant allant de 4 à 40 mil-liampères par centimètre carré de la pellicule d'aluminium. Les-concentratiohs préférées vont de 1 à 15 $ en poids. Dans un mode de réalisation préféré, le bain d'électrolyte comprend 7»5 $ en poids d'acide oxalique dissous dans de l'eau dé-10 sionisée. On établit une densité de courant de 4,75 milliampères par centimètre carré en appliquant une différence de potentiel de 30 V entre les pastilles et une électrode appropriée qui est également immergée dans le bain d'acide oxalique. Dans ces conditions, on observe une vitesse de croissance de l'oxyde de 0,05 à 0,075 mi-15 crons par minute. Il est particulièrement important que la phase d'anodisation se poursuive progressivement et uniformément jusqu'à achèvement total, c'est-à-dire que la pellicule 136 soit transformée sur toute son épaisseur en une couche d'oxyde d'aluminium 137» Sur la Pig. 4, on a représenté une pastille semi-conductrice 20 dans laquelle la grille de ligne est munie d'un réseau en pellicule d'aluminium, destiné à répartir uniformément le courant d'anodisa-tion sur toute la face de la pastille. La Fig. 5 est une vue à plus grande échelle d'une pince 83 fixée à la pastille 81 et qui représente un moyen approprié pour sus-25 pendre une pastille dans un bain d'électrolyte. Un côté de la pince 83 porte un tampon 101 en caoutchouc ou autre matière isolante pour éviter d'établir un contact électrique avec les deux faces de la pastille 81o C'est-à-dire que le contact métallique est établi sélectivement, uniquement avec la pellicule 102 déposée par métallisa-30 tion. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus à propos de l'utilisation d'aluminium qui constitue le métal préféré pour la pellicule obtenue par métallisation, on peut facilement anodiser un grand nombre d'autres métaux comme le titane, le tantale, le molyb-35 dène et le zirconium. par exemple, tout en restant dans le domaine de 1'invent i on. Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus dans le cas de 1'anodisation sélective de la pellicule métallique^ on reste dans le domaine de l'invention en utilisant des procédés de transformation 40 autres que 1'anodisation. Par exemple, en exposant une pellicule 72 14588 5' 2134474 conductrice oxydable par l'oxygène ou un autre agent oxydant, on transforme les parties exposées en une matière isolante. 72 14588 6. 2134474 - REVENDICATIONS. - 1-Procédé de formation d'un réseau par métallisation en pellicules minces sur un substrat, caractérisé en ce qu'on forme une pellicule isolante sur ledit substrat, on ouvre des fenêtres dans 5 cette pellicule isolante aux endroits où l'on désire établir un contact ohmique avec le substrat, on dépose une première pellicule métallique sur l'élément composite résultant, on grave sélectivement cette première pellicule métallique pour former tin réseau métallique voulu, on dépose une deuxième pellicule métallique sur ce 10 réseau, et on anodise la deuxième pellicule métallique pour former un revêtement d'oxyde protecteur sur le réseau métallique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est en silicium monocristallin, la pellicule isolante est formée d'oxyde de silicium et la première et la deuxième 15 pellicules métalliques sont en aluminium. 3 - Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pellicule du premier niveau comporte des connexions ohmiques établies sur des régions des éléments du circuit intégré qui sont formées sous une surface du substrat, et des interconnexions établies 20 entre certaines de ces régions. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on forme une pellicule de polymère organique découpée suivant un certain dessin entre les deux pellicules métalliques, cette phase étant suivie d'une phase de chauffage 25 du composite anodisé, qui porte ce dernier à une température suffisante pour ouvrir des fenêtres dans la couche de revêtement par éclatement de cette couche sous l'effet de la dilatation du polymère en vue d'établir des connexions de traversée entre le premier et le deuxième niveaux. 30 5 - Réseau métallique porté par un substrat et protégé par un oxyde, obtenu par le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à k.