Brevet FR2149384A1 — publié le 19730330

La présente invention a trait à des procédés d'application de masques à positionnement automatique, et, plus particulièrement, à de tels procédés utilisés dans la technologie des semiconducteurs. Dans la fabrication des dispositifs semiconducteurs, un effort intensif est déployé afin de réduire les dimensions physiques ou géométriques des composants individuels. Un but de cette réduction consiste à augmenter la plage de fréquence utile du transistor, de la diode etc ... Un autre but est d'augmenter le nombre de composants occupant une surface donnée.En outre, dans la fabrication de ces composants, il appartient à la pratique habituelle d'appliquer des masques à la surface avant d'effectuer certaines opérations, telles que décapage, diffusion, dépôt de matière par des méthodes chimiques ou électrochimiques ou en phase vapeur. U est également connu que plusieurs opérations successives d'application de masques sont en général nécessaires pour réaliser un dispositif ou un système de dispositifs donnés, et que les masques successifs doivent être bien positionnés l'un par rapport à l'autre. Ainsi, par exemple, un masque d'une configuration déterminée est appliqué pour produire une diffusion de base, après quoi un autre masque, de configuration différente mais adaptée à celle du premier masque, est appliqué pour produire une diffusion d'émetteur.Dans un autre exemple, un premier masque d'une première configuration est appliqué pour déposer des électrodes métalliques assurant des contacts ohmiques à la surface dtun semiconducteur et servant d'alimentation et de sortie d'un transistor à effet de champ. Ensuite, un autre masque de configuration différente mais adaptée à celle du premier masque est utilisé pour déposer une électrode de porte assurant un contact de Schottky.Dans l'un et l'autre cas, il est absolument nécessaire, pour obtenir de bonnes performances du dispositif fabriqué, que les deux masques soient appliqués à la surface d'une façon permettant d'obtenir des positions mutuelles appropriées des différentes électrodes, c'est-à-dire que la zone de diffusion d'émetteur doit être bien centrée à l'intérieur de la zone de diffusion de base, ou, dans l'autre exemple, que l'électrode de porte doit être située entre les électrodes d'alimentation et de sortie et parallèle à ces dernières, sans qu'il y ait de court-circuit entre ces différentes électrodes. On comprend aisément que, lorsque les dimensions des composants individuels sont réduites, les configurations des masques doivent l'être également.Plus ces configurations sont petites, plus difficile est le problème d'aligner ou de positionner chaque masque par rapport à la position exacte du masque précédent. Pour les dispositifs dont les dimensions sont de l'ordre de millimètres, les masques peuvent être positionnés visuellement en se servant d'un microscope si nécessaire. Toutefois, pour les dispositifs dont les dimensions sont de l'ordre de microns ou en dessous, le positionnement optique devient délicat, non seulement en raison des tolérances étroites nécessaires, mais également à cause de la résolution limitée des microscopes optiques. Il a déjà été proposé plusieurs solutions différentes au problème de positionnement des masques, dont plusieurs procédés d'alignement automatique. Dans un procédé de ce type, un bouton de métal est allié sur la surface d'un semiconducteur. Par décapage préférentiel, une restriction est formée autour du bouton. Par vaporisation de métal, une pellicule est déposée sur la surface à une certaine distance de la jonction entre le bouton d'alliage et le semiconducteur. Un autre procédé consiste à placer une sphère sur le dessus d'une tranche et à évaporer le matériau d'électrodes. La sphère protégera une certaine zone entre son contact avec la surface et la couche métallique déposée par vaporisation. Le procédé, proposé dans le brevet français n0 1 600 776, déposé le 30 décembre 1967 par la demanderesse, consiste à produire une couche d'oxyde sur la surface d'une tranche, à pratiquer des ouvertures au moyen d'un masque dans un procédé de décapage, puis à sous-décaper latéralement l'oxy- de, créant ainsi une protubérance qui protège certaines zones. Après revêtement de la zone exposée par dépôt d'une électrode métallique, la protubérance est enlevée et l'intervalle est revêtu par dépôt d'un deuxième métal. Après élimination de l'oxyde, une deuxième électrode est déposée, qui garde une faible distance constante de la première électrode après élimination Sélective du deuxième métal. Bien que ces méthodes donnent de bons résultats dans certaines conditions, elles sont moins appropriées dans d'autres conditions. C'est pourquoi la présente invention se propose comme but de surmonter les imperfections des méthodes de la technique antérieure. Un autre but de l'invention consiste à produire des dispositifs semiconducteurs de très faibles dimensions. Un but supplémentaire de l'invention est la production d'électrodes parallèles présentant une distance particulièrement petite sans contact électrique entre elles. Un autre but de l'invention consiste à appliquer des étapes de procédés appropriées pour produire des masques à alignement automatique. Encore un autre but consiste à produire une couche métallique superposée à la couche isolante recouvrant habituellement les dispositifs semiconducteurs. Un but supplémentaire consiste à pratiquer un deuxième trou dans la couche isolante à une très faible distance du premier trou. Les buts ci-dessus mentionnés sont atteints au moyen d'un procédé d'application de masques à positionnement automatique, qui comprend les opérations suivantes : revêtement de la surface d'un semiconducteur d'une couche repoussant les dépôts et exécution d'au moins une ouverture dans ladite couche, dépôt d'une couche de matériau à l'intérieur de ladite ouverture, renforcement de ladite couche jusqu a ce qu'elle dépasse les bords de l'ouverture formant ainsi une protubérance, utilisation de ladite protubéince comme un masque ou une partie d'un masque dans une opération suivante du procédé. Quelques exemples de formes de réalisation préférées de l'invention seront expliqués ci-après à l'aide des dessins ci-joints, dont La figure 1 représente une vue schématique en coupe d'un dispositif semiconducteur expliquant l'invention. Les figures 2a à 2c représentent, respectivement, une vue en coupe et une vue de dessus d'un transistor fabriqué selon la méthode faisant l'objet de l'invention. Les figures 3a à 3b représentent une vue en coupe d'un autre exemple de fabrication d'un transistor. La vue en coupe de la figure 1 représente la disposition d'une électrode 10 sur le dessus d'une tranche d'un dispositif semiconducteur 11. La surface de la tranche, sur laquelle un nombre de composants semiconducteurs de type planaire peuvent être disposés, est normalement recouverte d'une couche isolante 13 qui peut être composée de SiO2. A l'intérieur d'une ouverture pratiquée dans la couche isolante, il est prévu une métallisation d'électrode 12 en contact avec le corps du semiconducteur 11. La métallisation peut être déposée par n'importe quel procédé connu, tel le que vaporisation ou pulvérisation de métal. En appliquant ces procédés, la métallisation est habituellement renfor cée par dépôt de métal supplémentaire 14, obtenu par galvanoplastie par exemple.L'épaisseur de la couche d'oxyde 13, perpendiculairement à la surface du semiconducteur, est normalement de 0, OS à 1 microns. Lorsque l'épaisseur du revêtement métallique 14 dépasse celle de l'oxyde, le métal commence à recouvrir l'oxyde d'une quantité indiquée en 15. Le recouvrement dépend des conditions galvanoplastiques, ainsi que du métal et de son épaisseur. L'exemple suivant porte sur l'application du phénomène décrit ci-dessus dans la fabrication d'un transistor à effet de champ simple du type à porte isolée. Le type du transistor lui-même étant bien connu, ne nécessite pas de description plus détaillée ici. Selon la présente invention, la galvanoplastie est utilisée dans la fabrication d'un tel transistor afin de définir la petite séparation critique nécessaire entre la porte et les contacts d'alimentation et de sortie. Un substrat semiconducteur 21 (voir figure 2a), en silicium du type N par exemple, est revêtu d'une couche d'oxyde 22, dans laquelle des ouvertures sont pratiquées pour les électrodes de source et de drain 23 et 24.Après application de ces électrodes et leur renforcement selon le procédé déjà décrit, une couche de photorésistant 25 est appliquée en une opération de masque grossier de façon à exposer au moins la bande située entre les électrodes 23 et 24. Cette opération est non critique, étant donné que la tolérance est constituée par toute l'épaisseur des électrodes 23 et 24. L'épaisseur de ces électrodes peut cependant être choisie de façon à respecter la tolérance. Le métal de contact 27 et 28 déposé sur le dessus du semiconducteur peut être du siliciure de platine, qui donne des contacts du type P. Le renforcement peut être constitué par n'importe quel métal approprié, tel que cuivre, nickel ou or. Le photorésistant peut être n'importe quel produit commercialisé à résolution suffisamment élevée. Le contact de porte 26 est maintenant réalisé en évaporant du chrome à partir d'une source bien orientée suivant les flèches 30. L'excès de métal déposé principalement sur le photorésistant est enlevé en retirant le photoré slstant et en décapant le métal déposé par galvanoplastie. Le métal déposé par galvanoplastie 23 et 24 doit être choisi de façon qu'il puisse être enlevé par décapage sans que la porte déposée par évaporation ne soit attaquée. La structure obtenue est représentée sur la figure 2b, dont les références sont identiques à ceux de la figure 2a. Afin de protéger les bords de la porte contre le claquage électrique, la structure est recouverte, en une opération finale, d'une couche d'oxyde non représentée sur la figure. La distance 20 séparant l'électrode de source de celle de porte, et l'électrode de porte de celle de drain, est définie par la largeur du recouvrement 15. Des dimensions de l'ordre d'une fraction d'un micron peuvent ainsi être obtenues. La vue en plan de la figure 2c représente la disposition de la porte 26 entre la source 23 et le drain 24, dont chacune comporte une surface suffisante pour fixer un contact. Les trous des contacts 29 pratiqués dans la couche d'oxyde de protection ci-dessus mentionnée sont indiqués. Un procédé semblable peut également être utilisé pour un transistor MOS (à semiconducteur oxyde-métal) à canal N. Dans ce cas, le substrat présente une conduction de type p, et une diffusion peu profonde de type n est effectuée pour réaliser les contacts de source et de drain. Chacune de ces opérations du procédé étant bien connue, il n'est pas nécessaire de les décrire plus en détail ici. Dans l'exemple suivant, une forme de réalisation de l'invention sera décrite en se référant à la figure 3, qui concerne la fabrication d'un transistor à effet de champ du type Schottky. En ce qui concerne sa première partie, le procédé est identique à celui décrit plus haut, jusqu'à l'étape du dépôt de la porte 26. A ce stade le pont d'oxyde qui est resté entre les électrodes 33 et 34 de source et de drain est enlevé par une opération de vaporisation inverse indiquée par les flèches 40. L'opération de vaporisation inverse rongera une partie du photorésistant et une partie de la métallisation d'électrodes, ainsi que l'indique le trait en pointillé 38. Cette consommation de matériau n'est pas gênante et elle peut même être utile si elle est bien prise en considération pour la conception.Il est cependant indispensable que les parties recouvrantes 39 des électrodes 33 et 34 déposées par galvanoplastie protègent une partie de l'oxyde situé en dessous, de façon que les arêtes 31 et 32 restent après le décapage. Lorsque la métallisation de porte 35 a été déposée comme indiqué sur la figure 3b, les arêtes d'oxyde 31 et 32 servent d'isolement efficace entre les électrodes d'alimentation et de sortie et celle de porte. La largeur de ces arêtes est définie par celle du recouvrement 15 dont il a été question plus haut. Ainsi que le montre également la figure 3b, l'excès de métallisation 33 et 34 est enlevé par décapage Sélectif, étant donné qu'il n'est pas nécessaire dans le transistor fini. De même que le dispositif de l'exemple précédent, le transistor fini est recouvert d'une couche isolante, non représentée sur le dessin, afin d'obtenir une meilleure protection. Dans une vue en plan, le transistor peut présenter le même aspect que celui de la figure 2c. Il peut être signalé que, dans la forme de réalisation décrite en dernier, le transistor était composé d'un substrat en silicium du type P 36 sur lequel était déposée une couche de silicium du type N 37. La conception représentée sur la figure 3 est tout à fait habituelle pour un dispositif de ce type. Elle n'est représentée ici qu'à titre d'exemple et n'est pas directement liée à la présente invention. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1. - Procédé d'application de masques à positionnement automatique, du genre comprenant les étapes suivantes - le revêtement d'une surface d'un matériau semiconducteur avec une couche isolante aux dépôts et, - l'ouverture d'au moins une fenêtre dans ladite couche, - le procédé étant caractérisé par ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes - le dépôt d'une seconde couche de matériau à l'intérieur de la fenêtre, - le renforcement de la seconde couche jusqu'à ce qu'elle dépasse les bords de la fenêtre, formant ainsi une protubérance, et, - l'utilisation de la protubérance comme masque dans une étape ultérieure du procédé. 2. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel une couche isolante (13) est déposée sur la surface d'un matériau semiconducteur, au moins une fenêtre d'électrode (12) est réalisée dans la couche isolante et un contact métallique est déposé à l'intérieur de la fenêtre, ce procédé étant caractérisé par les étapes suivantes - renforcement du contact par galvanoplastie jusqu'# ce que le métal (14) dépasse le bord de la fenêtre, formant ainsi une protubérance (15) et, - utilisation de la protubérance, dans une étape ultérieure du procédé, comme masque ou partie d'un masque. 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau semiconducteur est composé de silicium et que la couche isolante est composée d'oxyde de silicium ou de bioxyde de silicium. 4. - Procédé selon la revendication 2, du genre dans lequel la couche isolante est percée de deux ouvertures destinées respectivement aux électrodes de source et de drain d'un transistor à effet de champ, l'une de ces ouvertures (23) présentant un bord parallèle à celui de la deuxième ouverture (24), ce procédé étant caractérisé par le dépôt, sur le pont situé entre lesdites ouvertures, d'une électrode (26), de telle sorte que la distance (20) entre l'électro~ de déposée et chacune des électrodes de source et de drain soit définie par l'épaisseur de la protubérance (15) desdites électrodes. 5. - Procédé selon la revendication 2, du genre dans lequel deux ouvertures, destinées aux électrodes de source et de drain (33 et 34) d'un transistor à effet de champ, sont réalisées dans la couche isolante, l'une de ces ouvertures présentant un bord parallèle au bord de la deuxième ouverture, ce procédé étant caractérisé en ce que le pont, constitué par une partie de la couche iso et lante 6 situé entre les deux ouvertures, est enlevé à l'exception des parties 31 et 32 protégées par les protubérances de la métallisation desdites électrodes, et en ce que une électrode de porte (35) est réalisée dans l'espace créé par l'enlèvement du pont. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par l'enlèvement, au moins partiel, de la couche renforcée de métal (14) après utilisation de la protubérance pour l'application de masques, cette opération d'enlèvement se poursuivant au moins jusqu'à ce que la protubérance ait disparu.