Brevet FR2118011A1 — publié le 19720728

'71 44396 i 2118011 la présente invention se rapporte à un procédé perfectionné pour déposeï* un métal réfractaire sur certains substrats et concerne plus particulièrement un procédé amélioré pour déposer du tungstène sur un substrat comprenant du bioxyde de silicium. 5 II existe déjà des procédés pour déposer des métaux réfractai- res sur des couches de bioxyde de silicium*. C'est ainsi, par exemple, qu'on connaît un procédé en deux étapes dans lequel on décape d'abord la couche d'oxyde avec 1'hexafluorure du métal réfractaire dans une atmosphère inerte. Ensuite, on dépose le métal réfractai-10 re sur la couche d'oxyde ainsi décapée par réduction de cet hexafluorure au moyen d'hydrogène. Ce procédé produit une couche de métal réfractaire qui adhère bien à la couche d'oxyde. Toutefois, il est souvent difficile de contrôler le décapage de manière reproductible; en effet, il arrive fréquemment que la couche d'oxyde soit attaquée 15 au-delà des jonctions p-n du dispositif qui sont voisines de la surface, exposant ainsi ces jonctions et rendant le dispositif inutilisable . la présente invention apporte un procédé perfectionné pour former un dépôt de tungstène ou de molybdène sur une couche de bioxyde 20 de silicium. Dans ce procédé on chauffe la couche de bioxyde de silicium dans une chambre fermée à une température d'environ 500 à 80020. On introduit un gaz inerte, tel que l'azote, et un gaz réducteur, tel que l'hydrogène, dans.cette chambre dans un rapport compris entre environ 20/1 et 40/1. On traite ensuite la couche de bio-25 xyde de silicium avec line substance vaporisée, telle que l'hexafluorure de tungstène et l'hexafluox-ure de molybdène, pendant une brève période de temps, afin de dépaper la couche de bioxyde de silicium et de déposer sur celle-ci une couche relativement mince de tungstène ou de molybdène. On évacue ensuite tout l'hexafluorure métallique 50 nori-réagi de la chambre. On arrête la circulation du gaz inerte et on mélange dans la chambre une quantité additionnelle de gaz réducteur et de l'hexafluorure nouvellement vaporisé afin de réduire cet hexafluorure et déposer une couche relativement épaisse de son constituant métallique sur la couche mince. 55 traitement de la surface a'oxyde de silicium avec l'hexaflu orure décape celle-ci, modifiant ainsi ses propriétés de sorte que la coucne de métal réfractaire adhère mieux; de plus, la réduction bad original copy 71 44396 2 2118011 simultanée d'une petite quantité d'hexafluorure règle l'attaque chimique pendant le décapage en protégeant ainsi la couche de bioxyde qui couvre les jonctions p-n. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-5 ront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : -la fig.l est une vue en coupe d'une petite plaquette semicon-ductrice sur laquelle des composants électriques ont dé.ià été fabri-10 qués et qui est pourvue d'une couche d'oxyde de silicium sur laquelle une couche de tungstène doit être déposée par le procédé de l'invention; - la fig.2 est une vue analogue à 3a fig.l montrant des étapes ultérieures qui peuvent précéder la mise en oeuvre du présent pro- 15 cédé; - la fig.3 est une vue schématique, partiellement en coupe d'un appareil pouvant être utilisé pour l'exécution du procédé selon 1' invention ; - la fig.4 est une vue analogue aux fig.l et 2 qui illustrent 20 la première étape du présent procédé; et, - la fig.6 est une vue analogue à la fig.5, montrant une étape ultérieure de traitement qui peut être utilisée pour fabriquer un microcircuit. On va décrire maintenant un exemple spécifique de la manière 25 dont le procédé de la présente invention peut être utilisé pour fabriquer un microcircuit monolithique en silicium, étant bien évident qu'il s'agit là d'ion exemple nullement limitatif. En se référant à la fig.l, on voit que le microcircuit en train d'être fabriqué comprend me petite plaquette ou un "copeau" de si-j0 licium monocristallin 2 dans lequel ont été formés un transistor 4 et une résistance 6. Le transistor 4 comprend une région de base 8 et une région d'émetteur 10 produites en diffusant des impuretés appropriées dans l'une des faces de la plaquette 2. Le transistor 4 possède aussi une région de collecteur qui fait partie de la pla-35 quette 2, extérieurement à la région de base 5. La résistance 6 a aussi été produite en diffusant des impuretés appropriées dans la plaquette 2. Toute la surface de la plaquette 2, dans laquelle les 71 44396 3 2118011 composants 4 et 6 ont été fabriqués, est couverte d'une couche de bioxyde de silicium 12 qui protège les jonctions p-n s'étendant jusqu'à la surface de la plaquette de silicium et qui sert aussi de substrat isolant pour les connexions métalliques reliant les compo-5 sants. iin effet, les composants du circuit doivent être interconnectés au moyen de conducteurs en trngstène. Pour que ces conducteurs puissent établir des contacts avec les composants comme représenté sur la fig.2, des ouvertures ou des fenêtres sont produites dans la 10 couche de bioxyde de silicium 12 par des techniques classiques de photogravure. Par ces techniques, une ouverture ou une fenêtre 14 est produite dans la couche 12 pour exposer une partie de la région de base 8, une seconde ouverture 16 étant pratiquée pour découvrir line partie de la région d'émetteur 10. Des ouvertures analogues 18 15 et 20 sont formées pour exposer les extrémités opposées de la résistance 6. Pour exécuter les étapes du présent procédé, on place la plaquette 2, comme le montre la fig.2, dans un tube de chauffage en quartz 22 qui fait partie de l'appareil représenté sur la fig.3. 20 L'ensemble est supporté sur la face supérieure d'un bloc 24 fait de carbone couvert de carbure de silicium. Ce bloc repose sur un support de quartz incliné 26. Le bloc de carbone contient un thermocouple 28 connecté par des conducteurs 29 à un générateur HP, non-représent é. Le tube de chauffage 22 comporte un conduit d'entrée 30 25 et un débitmètre 32 qui mesure le gaz entrant. 0e tube de chauffage comporte également un conduit de sortie 34 par lequel les saz d'échappement peuvent être dirigés vers une hotte ou vers un autre moyen, non-représenté, pour s'en débarrasser. Un collecteur 35 est relié au débitmètre 32 qui mesure le courant de gaz entrant dans le 30 tube de chauffage 22. Au collecteur 35 est raccordé un autre débitmètre 36 et un conduit d'entrée 38 comportant des robinets appropriés pour admettre des quantités déterminées d'un gaz inerte dans l'installation; dans le présent exemple, le gaz inerte utilisé est l'azote. Au collecteur 35 est également raccordé un autre débitmè-35 tre 40 et un conduit d'entrée 42," comportant des robinets appropriés, pour admettre un gaz réducteur; dans le présent exemple, ce gaz est l'hydrogène. Dans le conduit d'entrée d'hydrogène est placé 71 44396 4 2118011 un diffuseur de palladium 44 qui sert à purifier ce gaz. Un débitmètre 46 est également raccordé au collecteur 35, ainsi qu'un conduit d'entrée 48 pour admettre de l'hexafluorure de tungstèiie dans le cir cuit. Le conduit d'entrée 48 comporte un embranchement 50 pourvu d' 5 un robinet pour admettre de l'azote dans le conduit aux fins de balayage. Avant d'introduire la plaquette de microcircuit dans le tube de chauffage 22, la surface de bioxyde de silicium peut, auparavant, être convenablement nettoyé, par exemple, en la rinçant,avec du mé-10 thanol ou avec tout autre agent de nettoyage approprié. Cette étape n'est pas indispensable et peut être supprimée lorsque la surface de la couche de bioxyde de silicium est déjà suffisamment propre. Après que le microcircuit a été placé dans le tube de chauffage 22, on ferme celui-ci et on le chauffe au moyen d'une bobine d'indue 15 tion 52 à partir du générateur HF mentionné plus haut, mais non-re-préserité, à une température d'environ 500 à 800^0 (de préférence, à environ 7002C). Dans l'intervalle, on introduit de l'azote par le conduit d'entrée 38 et le Ûébitmètre 36, de sorte que celui-ci traverse le collecteur 35, le débitmètre 32 et le conduit d'entrée 30, 20 pour pénétrer dans le tube de chauffage 22 sous un débit d'environ 850 l/h. De l'hexafluorure de tungstène, à l'état gazeux, est ensuite ad mis par le conduit d'entrée 48 et le débitmètre 46 pour se joindre au courant d'azote circulant dans le collecteur 35 et pour passer _ rz 25 dans le tube de chauffage 22 sous un débit d'environ 30 cm /minute. De l'hydrogène est aussi admis par "! e conduit 42 et le débitmètre 40 sous un débit d'environ 28 l/h pour se joindre aux courants d'azote et d'hexafluorure de tungstène circulant dans le collecteur 35 et pour passer dans le tube de chauffage 22. Il est nécessaire de 30 maintenir le rapport entre l'azote et l'hydrogène entre environ 20/1 et 40/1 car on a constaté qu'un rapport sensiblement inférieur à 20/1 se traduit par une réduction excessive, tandis qu'un rapport sensiblement supérieur à 40/1 a pour résultat ncidécapage excessif . Le rapport optimal azote/hydrogène est d'environ 30/1. 35 Quand le mélange d'azote, d'hydrogène et d'hexafluorure de tung stène passe au-dessus du microcircuit, le silicium qui est exposé au fond des ouvertures 14, 16, 18 et 20 de la couche de bioxyde de 71 44396 5 2118011 silicium 12 réagit avec 1'nexafluorure de "tungstène et par une réaction de remplacement une mince couche de tungstène 54 se dépose dans les ouvertures et sur le silicium (fig.4). En même temps, l'hexafluorure de tungstène décape la surface de la couche de bioxyde de si-5 licium 12 et l'avive légèrement; en même temps, hydrogène réagit avec l'hexafluorure de tungstène et par réduction une mince couche 0 56 de tungstène, d'environ 2000 A se dépose au-dessus de la couche de bioxyde de silicium 12, comme le montre la fig.4. On laisse cette étape de traitement se poursuivre pendant quelques secondes. 10 Quand l'étape de décapage et de dépôt partiel est achevée, on arrête l'admission de l'hexafluorure de tungstène et on évacue l'hexafluorure de tungstène contenu dans l'appareil en permettant à l'azote de continuer à traverser le circuit sous un débit d1 environ 4000 3 . cm /minute pendant un temps suffisant pour balayer tout 1'hexafluo-15 rure non-réagi hors du tube de chauffage 22. Ensuite, on arrête la circulation de l'azote. L'hydrogène continue.de circuler dans le tu- 3 . be de chauffage 22 à un débit d'environ 2000 cm /minute. Ensuite, on admet à nouveau de l'hexafluorure de tungstène, sous un débit d' environ 30 cm /minute, dans le courant de gaz circulant à travers 20 le conduit d'entrée 48 et le débitmètre 46. La température est la même que précédemment. Dans ces conditions, comme le montre la fig. 5, l'hydrogène réduit l'hexafluorure de tungstène et une couche de tungstène métallique se dépose sur toute la surface chauffée. Ainsi, une couche relativement épaisse de tungstène se dépose sur toute la 25 surface des minces couches de tungstène 54 et 56 couvrant le silicium et le bioxyde de silicium. La couche composite de tungstène relativement épaisse 56' peut avantageusement avoir une épaisseur d' environ 2 microns. Quand la formation du dépôt de tungstène est a-chevée, on arrête l'admission de l'hexafluorure de'tungstène et de 30 l'hydrogène et on introduit de l'azote par 11 embranchement 50 afin de purger l'appareil de l'hexafluorure de tungstène corrosif et pour éviter ainsi que les parois de celui-ci soient attaquées. Pour enlever le tungstène inutile de la couche 56', en ne laissant que la configuration désirée de connexions, l'excès de tungs-35 t-lne peut être enlevé par un procédé de photogravure approprié de façon à produire un microcircuit tel que celui que montre la fig.6. Gi-dessus l'invention a été décrite en prenant pour exemple 71 44396 6 2118011 la formation d'un dépôt de tungstène métallique, mais il est à noter qu'une couche de molybdène pourrait être déposée de la même façon en utilisant de l'hexafluorure de molybdène. 71 44396 7 2118011 HiiVjjïJIOAJIOUS 1.- Procédé perfectionné pour déposer une couche de tungstène ou de molybdène sur une couche de bioxyde de silicium caractérisé par les étapes suivantes: a) on chauffe ladite couche de bioxyde de 5 silicium dans une chambre fermée à une température d'environ 500 à 8002 0; b) on introduit dans cette chambre un gaz inerte et -un gaz réducteur dans un rapport compris entre environ 2u/l et 40/1; c) on traite ladite couche de bioxyde de silicium avec de l'hexafluorure de tungstène ou de l'hexafluorure de molybdène pendant une brève 10 période de temps afin de décaper ladite couche de bioxyde de silicium et pour déposer sur celle-ci une couche relativement mince de tungstène ou de molybdène; d) on évacue tout l'hexafluorure métallique non-réagi de ladite chambre; e) on arrête l'introduction dudit gaz inerte dans ladite chambre; et ensuite, f) on mélange dans cet-15 te chambre un supplément de gaz réducteur avec de 11hexafluorure métallique nouvellement vaporisé afin de réduire ledit hexafluorure et pour déposer une couche relativement épaisse dudit métal sur cette couche mince. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le 20 rapport entre le gaz inerte et le gaz réducteur est d'environ 30/1 et en ce que ce gaz réducteur est constitué essentiellement par de 11hydrogène.