Brevet FR2161997A1 — publié le 19730713

La présente invention concerne la réalisation de structures à circuits intégrés à croisements d'éléments con ductears et les produits ainsi réalisés. La technique de réalisation de circuits électroniques complets sur une simple plaquette de silicium grSce à un nombre limité d'opérations telles que la diffusion d'impuretés, ou ''dopants", la croissance par traitement thermique de couches de'silice SiO2 et la métallisation, toutes réglées avec précision par des masques photolithographiques, est maintenant une pierre angulaire de l'industrie électronique. Le succès des circuits intégrés au silicium repose sur leur faible prix unitaire ce qui est rendu possible par le nombre limité d'opérations de traitement qui peuvent être répétées dans diverses combinaisons.Une difficulté souvent rencontrée dans la- réalisation de ces circuits concerne la réalisation d'une structure à croisements d'éléments conducteurs, ctest-à.-dire d'une-région dans laquelle deux conducteurs doivent se couper, mais en restant isolés l'un de l'autre. -Un procédé évident de réalisation d'une structure à croisements consisterait stinplement à déposer une matière isolante sur le conducteur inférieur et à réaliser le conducteur supérieur au-dessus de l'isolant ainsi déposé. Cependant, le dépAct d'un msateriau isolant augmente le prix de revient des circuits intégrés, pour lesquels il introduit une autre tech- nique de traitement. Pour ce motif, on coupe habituellement le conducteur inférieur. interconnecte les extrémités se faisant face avec une région diffusée de la plaquette de silicium, et, ensuite, on provoque la croissance par traitement thermique de la silice SiO2 au-dessus de cette région diffusée en faisant agir sur elle de l'oxygène à température élevée.Le conducteur supérieur est ainsi formé sur la silice qu l'isole du conducteur inférieur. En service, la jonction constituée par la région Yiffirsée associée à la plaquette est polarisée en sens inverse, si bien que le conducteur inférieur peut transmettre des courants Indépendamment des autres courants circulant dans la plaquette. Bien que cette technique supprime avantageusement -l'obligation de déposer une matière isolante sur un métal conducteur, elle comporte par inhérence certains sacrifices, étant donné que la résistivité de la région diffusée pontant le conducteur inférieur est inévitablement assez élevée. Si la région diffusée doit, pour des raisons de réalisation , être prévue relativement longue, des pertes. ohmiques importantes peuvent se produire.Un facteur encore plus important est que la région diffusée est couplée par capacité à la plaquette de silicium et constitue par conséquent un tronçon dîssipatif de ligne de transmission à constantes réparties, ce qui peut sérieusement dégrader la vltesse, le temps de réponse et les possibilités en haute fréquence du circuit intégré. L'invention a aussi pour objet une structure efficace à croisements qui peut être fabriquée commodément et à bon marché. L'invention concerne un procédé de réalisation d'une structure à circuits intégrés à croisements sur une plaquette de silicium sur une partie de laquelle une couche conductrice d'un siliciure métallique est placée de façon que, en service, cette couche et cette plaquette soient pratiquement isolées électriquement l'une de l'autre - le métal étant choisi dans un groupe comprenant le palladium, le platine, le rhodium et l'iridium - et la couche conductrice est exposée à une atmosphère contenant de l'oxygène à une température choisie de manière à former sur une partie d'elle une couche isolante de silice, et une matière conductrice est mise en place sur ladite couche isolante. Le siliciure métallique peut être du siliciure de platine. Ladite partie de ladite plaquette peut former une jonction p-n avec la plus grande partie de cette plaquette. En variante, la couche de siliciure métallique peut former une barrière de Schottky. L'invention sera décrite plus en détail en égard du dessin annexe à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 est une coupe transversale partielle d'un circuit intégré expliquant l'invention; et la figure 2 est une coupe transversale partielle d'un autre circuit intégré expliquant l'invention. La figure 1 représente une plaquette il de silicium semi-conducteur sur laquelle est réalisé par des techniques de traitement connues un circuit intégré dont la plus grande partie n'est pas représentée. Ce circuit comprend deux conducteurs 13 et 14 qui se coupent à angle droit Le problème à résoudre par la présente invention concerne la possibilité pour un conducteur de croiser l'autre tout en restant isolé de lui. On obtient ce résultat en pontant, ou comblant, une lacune entre des segments 13a et 13b du conducteur 13 avec une région diffusée 15 et une couche 16 de siliciure de platine qui conduit le courant entre les segments 13a et 13b mais qui est isolée du conducteur 14 par une couche isolante 17 de silice. En service, une source d'électricité 18 polarise en inverse la jonction p-n entre la région diffusée 15 et la plaquette 11 de manière à séparer le courant dans la couche 16 des autres courants qui passent dans la plaquette 11. Comme on l'a indiqué ci-dessus, il est connu de ponter des segments conducteurs tels que 13a et 13b avec une région diffusée telle que 15 pour faire passer des courants de l'un à l'autre. L'avantage de l'utilisation d'une seule région de pontage diffusée est le suivant: on peut toujours faire crottre par traitement thermique une couche de silice sur une couche de silicium diffusé, de manière à réaliser un isolant peu coûteux pour le conducteur de croisement 14. Une couche 16 de siliciure de platine est mise en place sur la région diffusée- 15 pour faire passer des courants entre les segments conducteurs 13a et 13b. On a observé que le siliciure de platine présente à la fois les avantages d'un métal et du silicium en tant que conducteur de pontage: sa résistivité ne dépasse pas de beaucoup celle d'un métal bon conducteur et cependant, à la différence d'autres métaux; on peut faire croître sur lui, par traitement thermique, une couche isolante fiable de silice SiO2. Par conséquent, la région diffusée 15 n'a pas pour but de transmettre des courants mais au contraire de réaliser une jonction p-n qui peut eAtre polarisée en inverse de manière à isoler le siliciure de platine 16 conducteur de la plaquette. Toutes les opérations séparées de traitement nécessaires pour réaliser la structure de la figure 1 sont connues des techniciens et ne donnent pas lieu à.des complications additionnelles qui augmenteraient fortement le coat de la fabrication. Chose importante, il n'est pas nécessaire de deposer-la couche isolante 17 comme cela serait normalement le cas quand on utilise un conducteur métallique inférieur dans une structure à croisement. - La structure de la figure 1 est réalisée tout d'abord par diffusion de la région 15, qui peut avoir une conductivité du type p dans la plaquette Il qui peut être du type n, comme représenté. La couche de siliciure de platine 16 est ensuite réalisée de manière connue, par exemple par vaporisation ou pulvérisation sous vide de platine pur sur la surfacé 15 sous o une épaisseur de par exemple 1 000 A. Cette couche est-ensuite chauffée à une température d'environ 450 C pendant une période suffisamment longue pour convertir entièrement cette couche en siliciure de platine. Ensuite, on fait croître par traitement. thermique la couche de silice 17 sur une portion importante du siliciure de platine en l'exposant à l'action d'une atmosphère contenant de l'oxygène ou de la vapeur d'eau dans un four chauffé par exemple à 500 C. On a observé que si la couche conductrice est exposée à l'action d'un courant de gaz contenant 1% de 2 ou 1% de H20, de débit égal à un litre par minute, une couche de silice se-. forme et croit de manière à atteindre une épaisseur de 1000 A en environ 10 à 15 mn, Chose intéressante, on a observé que, pendant une-exposition donnée à l'action de l'oxygène, la couche de silice croit plus rapidement sur le siliciure de platine que sur du silicium pur, ce qui explique la proportion relativement faible d'oxygène qui doit être incorporée dans l'atmosphère réactive. Malgré cette différence de vitesse de croissance à chaud, la couche 17 de silice peut normalement croître en même temps que la couche de silice 19 qui croit sur la plus grande partie de la surface restante de la plaquette de silicium. Lorsqu'on opère sur des circuits intégrés, des différences d'épaisseur de la couche de silice atteignant 10 000 A peuvent normalement être tolérées. Après la croissance à chaud des couches 17 et 19 de silice, les conducteurs 13a, 13b et 14 sont déposés de manière connue, par exemple par vaporisation. Bien que la couche 16 soit de préférence une couche de siliciure de platine, on peut utiliser, en variante, d'autres siliciures de métaux du groupe du platine. Le groupe du platine est bien connu et comprend en particulier le palladium, le rhodiun, l'iridium et le platine. Ces métaux sont suffisamment actifs pour former un alliage solide avec le silicium quand ils sont chauffés comme décrit ci-dessus tout en étant suffisamment peu réactifs pour ne pas se combiner avec l'oxygène ou la vapeur d'eau. Bien que la nature de la structure de ces siliciures métalliques ne soit pas entièrement connue, il est évident que leurs atomes de silicium se combinent encore plus facilement avec l'oxygène que les atomes de silicium de la plaquette cristalline. Enservice, le dispositif fonctionne avec une tension de polarisation inverse appliquée en travers de la jonction p-n par la source d'électricité 18, comme on l'a indiqué cidessus. Cette polarisation inverse crée évidemment une région d'appauvrissement à'la jonction, ce qui empêche le passage d'un courant à travers celle-ci. Cependant, il y a une capacité en parallèle sur la région d'appauvrissement, et une des carac téristiques des structures à croisements est le fait que le pont entre les conducteurs 13a et 13b constitue une ligne de transmission à caractéristiques réparties, dont les pertes peuvent limiter la fréquence des signaux qui peuvent autre transmis.La présente invention peut augmenter considérablement les possibilités aux hautes fréquences du dispositif étant donné la résistance avantageusement faible de la couche conductrice 16. Comme connu, une couche de siliciure de platine forme une barrière de -Schottky avec une plaquette de silicium si cette plaquette a une résistivité suffisamment élevée. Une barrière de Schottky est une barrière électronique ayant une grande partie des, attributs d'unijonction p-n. Par conséquent, les contacts d'une barrière de Schottky peuvent être polarisés en inverse pour créer la région d'appauvrissement nécessaire pour isoler le conducteur de croisement inférieur. Les divers composants représentés sur la figure 2 ont une structure et des fonctions sensiblement identiques à celles des composants de la figure 1 et sont référencés en conséquence. Les seules différences sont que, sur la figure 2, il n'y-a pas de région diffusée 15-et que la plaquette a une résistivité suffisamment élevée pour former une barrière de Schottky avec la couche 16 de siliciure de platine. Par exemple si la plaquette de silicium a une résistivité de 10 ohms.cm, une couche de siliciure de platine formée de la manière décrite ci-dessus doit créer une barrière de Schottky. Par conséquent, en service, une source 18 de tension de polarisation inverse forme une couche d'appauvrissement à l'intersurface de la plaquette avec le siliciure de platine conducteur 16. Un désavantage du dispositif de la figure 2 par rapport à celui de la figure i est la tendance plus grande des barrières de Schottky à être "perméables". C'esteà-dire que, dans l'étant actuel de la technique, on peut s'attendre à ce que le rendement des dispositifs dans lesquels ces régions d'appauvrissement fiable peuvent être formées sous une tension donnée soit un peu plus faible que celui des dispositifs de la figure 1. On trouvera d'autres informations concernant la réalisation de contacts en siliciure de platine, par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n? 3 274 670. Bien que la technique ci-dessus ne soit applicable qu'aux circuits intégrés en silicium elle constitue néanmoins une amélioration importante étant donné que le silicium est de loin la matière première la plus largement utilisée pour ces circuits. Cependant, des variantes sont possibles chaque fois qu'on désire faire crotte par traitement thermique de la silice sur un conducteur. Par exemple, on peut utiliser, en variante, des combinaisons de conductivités autres que celles représentées. - Il va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre purement indicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réalisation d'un ensemble de circuits in tégrés à croisements d'éléments conducteurs sur une plaquette de silicium, caractérisé en ce qu une couche conductrice d'un siliciure métallique est mise en place sur une partie de ladite plaquette de manière que, en service, la couche et la plaquette soient pratiquement isolées électriquement l'une de l'autre, le métal étant choisi dans un groupe comprenant le palladium, le platine, le rhodium et l'iridium, la couche conductrice est exposée à une atmosphère contenant de l'oxygène à une température choisie de manière à former sur une partie de cette couche une couche isolante de silice SiO2,et une matière conductrice est mise en place-sur ladite couche isolante. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le siliciure métallique est du siliciure de platine. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite partie de ladite plaquette forme une jonction p-n avec la plus grande partie de ladite plaquette. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche de siliciure métallique forme une barrière de Schotticy avec ladite partie de ladite plaquette.