Brevet FR2206583A1 — publié le 19740607

La présente invention concerne un procédé de fabrication, d à partir d'une plaquette semiconductrice, d'un dispositif stra tifié comportant un îlot s'appuyant sur un lit profond et traversant au moins un lit superficiel sur lequel il constitue une collerette. Il est fréquent que l'on souhaite créer à la surface d'un dispositif semiconducteur, soit à titre provisoire au cours de la réalisation de celui-ci, soit à titre d'élément constitutif du dispositif élaboré, des velots, notamment des plots métalliques, s appuyant sur un lit profond, traversant au moins la couche su- perficielle et constituant sur celle-ci une collerette. De tels tlots sont ginéralement réalisés par dépôt à travers un masque obtenu par une opération de photogravure. Ce procédé, outre qu'il comporte l'inconvénient de nécessiter une opération de photogravure, conduit à des dépôts mal centrés par suite de la nécessité de superposer un nouveau masque sur le motif existant. Par ailleurs, il n'est pas rare que des couches isolantes contribuant à la réalisation de dispositifs semiconducteurs préw sentent des micropiqûres. Ce défaut, particulièrement gênant dans les circuits intégrés multicouches où, les réseaux métalliques d'interconnexion étant superposés, les éléments de ces circuits se suivent et se croisent fréquemment de niveau à niveau, est à l'origine de courts-circuits fâcheux ou bien de coupures dans lesdits réseaux. La présente invention apporte une solution à ces problèmes. Elle prend en considération les caractéristiques de la croissance des substances isomorphes et constitue une application nouvelle des lois de ce phénomène. Selon la présente invention, le procédé de fabrication, i partir d'une plaquette semiconductrice, d'un dispositif stratifié comportant un tlot s'appuyant sur un lit profond et traversant au moins un lit superficiel sur lequel il constitue une collerette, est notamment remarquable en ce que, dans une fenêtre dudit lit su perficiel située à l'emplacement où doit être créé lot, et à partir de la plage apparaissant sur la surface supérieure du au moins lit-profond, on fait crottre/une substance isomorphe dont on aril ~reste la croissance lorsque les dimensions souhaitées de la collerette sont obtenues. On sait que le taux de croissance d'une substance isomorphe est le même dans toutes les directions. L'llot croit d'abord, à l'intérieur de la fenêtre, dans une seule direction, la direction transversale, à partir de la surface du lit profond et jusqu'au niveau supérieur du lit superficiel. A partir de ce dernier niveau, ledit pilot croit alors simultanément dans les directions transversale et latérale, constituant ainsi, sur le lit superficiel, une collerette dont la largeur est du même ordre de grandeur que l'épaisseur ou hauteur. En raison de la stabilité du taux de croissance des substances isomorphes, les dimensions souhaitées de la collerette peuvent avantageusement être obtenues par le réglage de la durée de la croissance à partir du début de l'opération. La présente invention permet d'obtenir des îlots dont les collerettes ont des dimensions extrêmement précises. Par ailleurs, les dessins des collerettes épousent parfaite~ ment les contours plus ou moins irréguliers des motifs des fenêtres. On peut donner à ces motifs toutes les formes que l'on dé sire : ronde, carrée, en méandre, en couronne, homéomorphe à une couronne ou autre, ces formes seront reproduites à la périphérie des collerettes sans les erreurs, les dentelures que provoquerait la superposition de deux masques, ceci dans le cas de fenêtres percées volontairement dans le lit superficiel. Dans le cas de micropiqûres accidentelles présentes dans le lit superficiel, le procédé selon l'invention permet de colmater ces micropiqûres à quelque endroit qu'elles se trouvent, et d'obtenir que les surfaces correspondantes des parties sous-jacentes soient protégées de la détérioration par des agents de décapage. Dans la plupart des cas, on peut utiliser avantageusement, comme substance isomorphe} un ou plusieurs métaux ou substances métalliques. Quand on utilise plusieurs métaux, ceux-ci peuvent être répartis en dépôts successifs, le premier métal étant choisi nar exemple en fonction de ses qualités d'accrochage au matériau semiconducteur tandis que les métaux déposés ensuite sont choisis, Par exemple en fonction de leur résistance mécanique ou chimique à des agents décapants déterminés.Les métaux, la ou les substances métalliques peuvent également être choisis en fonction de leur opacit à certains ions susceptibles d'être implantés, cette dernière application faisant 1'obJet de la demande de brevet fran çais déposée simultanément avec la présente demande au nom de la Demanderesse, sous le titre "Nouveau procédé d'obtention de dispositifs semiconducteurs". Il est bien entendu que par métal ou par substance métallique on entend désigner aussi, dans le présent mémoire, les alliages. Tes substances métalliques sont avantageusement déposées soit par électrochimie, soit par électrolyse. Dans l'un et l'autre cas, le lit profond doit être conducteur, ou, au moins, sem#conducteur, tandis que le lit superficiel doit être isolant, ou, au moins, présenter une résistivité supérieure à cellè du lit profond. Le choix entre les deux méthodes peut dépendre, notamment, des pos- sibilités de la réalisation de contacts qui servent d'électrodes pour le dépôt par voie électrolytique, ou encore des possibilités de passage du courant à travers un dispositif qui comPorte éventuellement des jonctions et des lits résistants. Ta Demanderesse a observe2 qu'un métal dont l'utilisation sta- vérait Darticulièrement favorable était le nickel. L'utilisation du nickel est adaptée, par exemple, au cas de plaquettes en sili citim ou de-surfaces conductrices en aluminium recouvertes de couches de bioxyde de silicium, la plaquette en silicium ou la surface en aluminium Jouant, en l'occurrence, le rôle de lit profond et la couche de bioxyde de silicium le rôle de lit superfin ciel. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Ta figure 1 représente, vu en coupe et de façon schématique, un îlot à collerette en place sur une structure semiconductrice, net îlot ayant été obtenu, selon l'invention, par la croissance d'une substance isomorphe. La figure 2 rend' compte d'un exemple d'application d'un îlot à collerette pour le colmatage d'une micropiqûre dans un lit iso- lant d'un dispositif semiconducteur multicouches. La structure élémentaire -par exemple semiconductrice- ou, plus précisément, la partie de structure renrésentée sur la figure 1, est composée d'un substrat 10, par exemple en silicium, que recouvre partiellement une pellicule ll en un matériau isolant tel que, par exemple, le bioxyde ou le nitrure de silicium. Dans la pellicule 11 a été ouverte une fenêtre 12 et, dans cette fenêtre 12, à partir de la surface accessible 12A du subm stras 10, il a été procédé, selon l'invention, d la constitution d'un îlot à collerette 15 en une substance par exemple métallique, telle que le nickel. En ltoccurrence, le substrat 10 correspond à ce qui a été désigné précédemment sous l'expression de "lit profond", tandis que la pellicule 11 est le nlit superficiel". L'îlot 13, dont la forme rappelle celle d'un champignon, comporte un pied 13A qui s'inscrit dans ltespace limité par la fenêtre 12 et une partie haute qui déborde, en épaisseur et en largeur, de ladite fenêtre 12 et forme ainsi, sur la pellicule 11, une collerette 13B. La substance dont est fait i1îlot 13 étant, par définition, d'un type à croissance isomorphe, il se trouve que les dimensions de la collerette 13B selon sa hauteur ou son épaisseur au-dessus de la pellicule 11 et selon sa largeur, cette largeur étant compo 5upérieur# tée à partir du bord/de la fenêtre 12, sont très sensiblement égales. Cette constation permet d'apprécier l'avantage que présente à k collerette, qui épouse parfaitement les contours de la fenêtre 12 quels que soient le dessin de cette fenêtre et les irrégularités de ses bords. Dans le cas pris en exemple d'un îlot réalisé en nickel, la croissance de cet îlot est avantageusement obtenue par un procédé électrochimique mettant en oeuvre un bain du type "BRENNER et RIDDELLn. Une composition de bain convenant parfaitement pour un dépôt de nickel sur du silicium est la suivante 1 volume de solution A + 1 volume de solution B + Ammoniaque NH4 OH (jusqu'à obtention d'un pH de 8 à 9), les solutions A et B comportant respectivement :: Solution A -Hypophosphite de sodium Na H2 PO2 15 g à 25 g (avantageusement 20 g par litre d'eau) Solution B Citrate d'ammonium (NH4) C6H507 80 g à 120 g (avantageusement 100 g) Chlorure de nickel Ni C12 40 g à 60 g (avantageusement 50 g) Chlorure d'ammonium HN4 Cl 60 g à 90 g (avantageusement 75 g) par litre d'eau La température d'utilisation d'un bain ainsi composé doit être de l'ordre de 90 ~C. La couche de nickel croit au rythme de 5 à 15 m/mn. Afin d'obtenir une bonne tenue du nickel sur le silicium, il est souhaitable que la surface du silicium soit convenablement désoxydée, ce que lton obtient, de façon connue, par l'immersion dans une solution d'acide fluorhydrique à 1 à 4 % dans l'eau. Par ailleurs, on peut favoriser le dépôt du nickel en présente sibilisant la surface du silicium au chlorure d'étain ou de palladium. L'îlot à collerette peut avoir plusieurs applications, dans le domaine des semiconducteurs notamment. L'une de ces applications consiste par exemple, en l'obstruction de mioropiqûres sur des lits isolants de bioxyde ou de nitrure de silicium ou de tout autre matériau, ainsi qu'il est illustré sur la figure 2. Cette figure 2 représente, vu en coupe, un petit fragment d'un circuit intégré multicouches dans une région dudit circuit où est opéré un contact. On sait que les circuits multicouches sont notais ment caractérisés par une densité importante des liaisons entre leurs composants, ces liaisons, en raison de leur nombre et des possibilités accrues de leurs croisements devant être opérées sur différents niveaux de la structure. Le circuit de la figure 2 est réalisé sur une plaquette 20, par exemple en silicium. En cet endroit du circuit, la plaquette 20 se trouve recouverte d'une couche isolante 21 de bioxyde de silicium par exemple. Sur la couche 21 chemine un conducteur de liaison 22, en un matériau métallique tel que, par exemple, l1alu- minium. Le conducteur 22 est lui-même partiellement recouvert d'une couche isolante 23, également en bioxyde de silicium, et il a étd Prévu dans la couche 23 une fenêtre 24 sur l'aire de laquelle a été créé un# contact en aluminium 25.Les hauteurs respectives des différe#ts dépôts sont de l'ordre de 0,5 à I um pour les couches isolantes 21 et 23, de 0,8 à 1 pm pour le conducteur 2?, de 10 d 25 ,um pour le contact 25. Comme il a été signalé dans la première partie du présent mé- moire, il arrive fréquemment que l'on relève des micropiqûres sur des couches isolantes, soit que ces micropiqûres se soient formées durant le dépôt desdites couches, soit qu'elles soient cons4~ cutives à des traitements postérieurs audit dépôt. Dans la représentation de la figure 2, une micropiqûre de la couche 23 est placée, par exemple, en regard de la petite surface 2?A de la couché sous-Jacente 22. Selon l'invention, pour éviter que le conducteur 22 ne soit attaqué et éventuellement coupé lors de décapages éventuels, notamment lors du décapage du dépôt d'aluminium (dépôt matérialisé sur la figure 2 par le trait pointillé 26) donnant naissance au contact 25, il est prévu dans la gamme ooératoire, soit avant, soit après le décapage de la couche isolante 23 préludant au dépôt d'aluminium 26, une séquence de colmatage de la piqûre correspondant à la surface 22A par un îlot à collerette 2i obtenu par croissance d'une substance isomorphe (dans le cas de la figure 2, le colmatage a été fait avant le décapage de la couche 23).La couche d'aluminium 22 forme le lit profond sur lequel est assis l'îlot 27 et la couche de bioxyde de silicium 23 le lit superficiel sur lequel croit la collerette 27B dudit îlot 27. L'îlot 27 doit être, bien entendu, réalisé en une substance résistant à l'agent de décapage utilisé pour la gravure du dépôt d'aluminium 26. Par exemple, on choisit le nickel, ce métal d'une part présentant les qualités voulues de résistance aux solutions de gravure de l'aluminium, d'autre part croissant normalement sur l'aluminium auquel il adhère ensuite correctement. Le dépôt de nickel peut être obtenu par le procédé électrochimique mettant en oeuvre un bain BRENNER-RIDDELL, comme il a été précédemment exposé. Avantageusement, pour un dépôt de nickel sur de 11 aluminium, la formule de bain retenue est l'une de celles données dans l'ouvrage intitulé "The surface treatment and finishing Or aluminium and its alloys" (auteurs : S. WERNICK et R. PIN NER), à savoir ~hypophosphite de sodium 10 g/litred'eau ~chlorure de nickel 30 g/litre d'eau ~citrate d'ammonium 100 g/litre d'eau -chlorure dtammonium 50 g/litre d'eau cette formule devant Autre aJustée à l'usage (on constate pratiquement que les chiffres précédents peuvent être individuellement modifiés dans la proportion maximum de - 20 %). Le mode retenu de croissance du nickel sur le silicium ou l'aluminium par voie électrochimique ne constitue qu'un exemple. Cette croissance peut également être opérée par voie galvanique électrochimique dans un bain ayant la composition suivante (citée également dans l'ouvrage sus-désigné) -sulfate de nickel 200 g/litre d'eau -fluoborate de nickel 66 g/litre " -chlorure de nickel 1 g/litre " -acide borique 2 g/litre " La température recommandée d'utilisation est 60 C,tandisd'utilisation que le courant moyen d'électrolyse est de 35 mA/cm2. Ta formule ci-dessus doit être nécessairement ajustée en fonction des conditions de dépôt recherchées (dans une plage maximum de - 20 % pour chaque chiffre de cette formule). Par ailleurs, le nickel n'est qu'un exemple des diverses substances pouvant être emnloyées à l'effet de constituer des îlots à collerette. D'autres métaux, notamment le cuivre, l'argent, le cobalt, ltorJ ete..., peuvent être substitués au nickel selon les buts à atteindre. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication, à partir d'une plaquette semiconductrice, d'un dispositif stratifié comportant un îlot stap- puyant sur un lit profond et traversant au moins un lit superficiel sur lequel il constitue une collerette, caractérisé en ce que, dans une fenêtre dudit lit superficiel située à ltemplace- ment où doit être créé lot, et à partir de la plage apparais- sant sur la surface supérieure du lit profond, on fait croître au moins une substance isomorphe dont on arrête la croissance lorsque les dimensions souhaitées de la collerette sont obtenues. 2.- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance isomorphe est métallique. 3. Procédé de fabrication selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la substance isomorphe est du nickel. *.* Procédé de fabrication selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la substance métallique est déposée par électrochimie. 5.- Procédé de fabrication selon l'ensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la substance métallique est déposée par la voie galvanique électrochimique. 6.- Procédé de fabrication selon l'ensemble des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le nickel est déposé par la méthode dite de BRENNER et RIDDELL. 7.- Procédé, selon la revendication 1, d'obstruction de micro piqûre s apparaissant dans un lit en un matériau isolant reposant sur un lit en un matériau conducteur, caractérisé en ce que, dans chacune des micropiqûres, on fait croître un îlot à collerette dont la base repose sur le lit conducteur et la collerette déborde sur le lit isolant. 8.- Dispositif obtenu par application du procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7.