Brevet FR2211754A1 — publié le 19740719

La présente invention concerne les couches destinées aux dispositifs à semi-conducteurs et concerne plus particulièrement un procédé de réalisation d'une couche de cermet à l'aluminium, pouvant servir de résistance de faible valeur ou de conducteur d'interconnexion dans les circuits intégrés. Dans la fabrication des dispositifs à semi-conducteurs, selon le procédé par diffusion connu sous le nom de "planar", il est habituel de déposer des conducteurs métalliques à la surface d'un dispositif à semi conducteurs. Les conducteurs forment les contacts avec les différentes électrodes du dispositif et servent de plots de raccordement, permettant de connecter la puce aux fils de sortie du boiter. Dans les circuits intégrés, les conducteurs métalliques déposés réalisent également les inter connexions entre les différents éléments du circuit intégré.Ces conducteurs sont habituellement déposés en utilisant un procédé de dépôt en phase vapeur, en utilisant différents métaux comme l'or, et très fréquetmnent l'aluiiniuas comme sources de matériau à dépdser. Ces procédés de dépôt en phase vapeur X kessitent l'utilisation d'un dispositif permettant de faire le vide et sont donc typiquement des procédés fonctionnant de façon discontinue, ne se prestant pas facilement à la production en grande série. On peut donner au métal déposé la configuration géométrique convenable, soit en utilisant des procédés d'attaque chimique après le dépôt, soit en disposant un masque à la surface du dispositif à semi-conducteurs, de façon que le métal ne se dépose qu'aux endroits désirés. Un premier objet de l'invention concerne une couche conductrice pour dispositifs à semi-conducteurs, pouvant être déposée à la pression atmosphérique. Un second objet de l'invention concerne un dispositif à semi-conducteurs comportant une couche de cermet à l'aluminium servant à réaliser les contacts avec les électrodes du dispositif à semi-conducteurs. Un troisième objet de l'invention concerne un procédé pour le dépit de couches de cermet à l'aluminium, servant de conducteurs dans les dispositifs à semi-conducteurs. Le procédé selon l'invention permét donc le dépôt d'une couche de cermet à l'aluminium sur un dispositif à semi-conducteurs, et comporte les étapes suivantes : obtention d'un premier mélange gazeux inerte contenant du triéthylaluminium; obtention d'un second mélange gazeux inerte contenant un oxydant; mélange desdits premier et second mélanges gazeux inertes, de façon à obtenir un troisième mélange gazeux inerte contenant du t, triéthylaluminium et un oxydant; passage dudit mélange sur un substrat porté à une température comprise entre 2500C et environ 5000C, grâce à quoi une couche de cermet à l'aluminium est déposée sur le substrat; et traitement thermique de ladite couche à une température d'environ 400pu à 600 C, de manière à réduire la résistivité de la couche. La couche de cermet à l'aluminium selon l'invention est produite par le dépôt d'un mélange gazeux contenant un gaz inerte, de ltoxygène et du triéthylaluminium, le dépit pouvant se faire sur un circuit intégré ou sur un élément discret utilisant des semi-conducteurs. Le mélange gazeux circule sur le dispositif à semi-conducteurs, alors que celui ci est maintenu à une température élevée, comprise entre 2500C et 5O00C. Lorsque le mélange gazeux vient en contact avec le dispositif à semi-conducteurs chauffé, le triéthylaluminium réagit avec l'oxygène, de façon à produire le dép8t d'une ccuche de cermet à l'aluminium sur le dispositif à semi-conducteurs.Si la surface du dispositif à semi-conducteurs a été protégée par un masque convenable, la couche de cermet à l'aluminium sera déposée selon la configuration géométrique désirée. On peut également déposer la couche de cermet à l'aluminium sur toute la surface du dispositif à semi-conducteurs, puis donner à cette couche la configuration géométrique désirée à l'aide d'une attaque chimique réalisée par la suite. Le triéthylaluminium est disponible dans le commerce à l'état liquide. Le triéthylaluminium liquide est chauffé à une température inférieure à 1400C, de façon qu'il puisse entrer dans la composition d'un mélange gazeux, cette température étant cependant suffisamment basse pour ltempecher de réagir sur lui-meme. Il est préférable de maintenir le triéthyl aluminium gazeux à une température comprise entre 800C et 100 C. On fait barboter un gaz inerte, comme par exemple de l'argon, à travers le triéthylaluminium liquide et chauffé, de manière à obtenir un mélange gazeux contenant de la vapeur de triéthylaluminium. On peut également utiliser d'autres gaz inertes, tels que l'azote, l'hélium, le krypton, etc.On peut utiliser un appareil en verre de type classique, et le processus est accompli par circulation, à la pression atmosphérique. Par exemple, dans un dispositif à circulation d'une contenance de 1 litre, en faisant passer 250 cm d'argon par minute à travers le triéthylaluminium liquide, il y a évaporation d'environ 3 3 cm de triéthylaluminium par minute dans le mélange gazeux. Le procédé selon l'invention peut être réalisé en utilisant une grande plage de vitesses de circulation et de concentrations de vapeur de triéthylaluminium. Le mélange gazeux ainsi obtenu, contenant de l'argon et du triéthylaluminium, est mélangé avec un autre mélange gazeux contenant de l'oxygène et un gaz inerte, tel que de l'argon, en utilisant une vitesse de circulation de l'argon de 1000 cm3/mn. Le mélange gazeux oxygene-argon contient suffisamment d'oxygène pour avoir la concentration molaire en oxygène désirée dans le mélange résultant. La concentration en oxygène dans le mélange résultant doit être environ de 0,011 mole % à 25 moles %, en fonction dé la concentration molaire du triéthylaluminium dans le mélange. Selon l'invention, il est souhaitable d'avoir une concentration molaire en oxygène comprise entre environ 0,10 mole % et 1 mole %. On maintient le mélange gazeux résultant à une température élevée mais inférieure à 140 C, de manière à être maître de la condensation de triéthylaluminium sur les parois de l'appareil, ainsi qu'à éviter la réaction prématurée du triéthylaluminium qui se produirait à des températures supérieures à#400C. Dès que la vapeur de triéthylaluminium est mélangée avec le courant gazeux contenant l'oxygène3 on fait pass#er le mélange gazeux résultant sur un dispositif à semi-conducteurs porté à une température élevée, constitue de préférence par une pastille complète de dispositifs à semi-c#onducteurs. La pastille semi-conductrice est maintenue à une température comprise entre 250 C et 5000C, cette-température etant située de préférence dans 1a plage allant de 3250C à-4250C. Lorsque le mélange gazeux contenant l'oxygène et le triéthyl aluminium vient en contact avec la pastille semi-conductrice portée à une température élevée, une couche 8 de cermet à l'aluminium se forme sur celle-ci. Cette couche a une résistivité moyenne de l'ordre de 10-2 à 10+6#-cm. L'épaisseur de la coucheobtenuevarie habituellement entre 1000 et 10.000 A. Si on le désire, on peut cependant obtenir une couche résistante dont l'épaisseur ne soit que de 100 à 200 A. Les couches de cermet h llaluminfum obtenues en ce stade du procédé selon l'invention possèdent des résistivités dont les coeficients de température sont compris entre 0 et -5000 ppm/ C. Ces coefficients dé température sont situés dans la plage utile, puisqu'ils sont à l'intérieur des tolérances des dispositifs à semi-conduc teurs. La pastille semi-conductrice subit ensuite un traitement thermique dans la vapeur à une température comprise entre 4000C et 6000C, pendant plusieurs minutes, afin de réduire la résistance superficielle à des valeurs comprises entre 1 et 10 ll par carré. Dans le cas où la pastille semi-conductrice a -été munie préalablement d'un masque,de manière que le dépôt de la couche de cermet à l'aluminium s'accomplisse selon une configuration géométrique déterminée, on procède ensuite à l'enlèvement du matériau constituant le masque, de manière à ne laisser que la couche de cermet à l'aluminium ayant la forme désirée. La couche de cermet à l'aluminium peut également avoir été déposée sur la totalité de la surface du dispositif à semi-conducteurs, et subir ensuite une attaque chimique avec les produits classiques destinés à l'attaque de l'aluminium, de manière à obtenir la configuration de résistances et d'interconnexions désirée. Dans un premier exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on a fait barboter l'argon dans du triéthylaluminium liquide port8 à la température de 85 C. Le mélange gazeux argon-triéthylaluminium a été mélangé avec un mélangez gazeux argon-oxygène, de manière à obtenir un Tifllange résultant comportant 25,1 moles % d'oxygène et 74,9 moles % de triéthylaluminium. Dès sa formation, on a fait passer ce gaz sur une pastille de silicium revêtue de silice. La pastille était maintenue à une température de 345 C. On a fait passer sur la pastille le mélange gazeux oxygène-triéthylaluminium-argon pendant 87 mn, jusqu'à obtenir une couche mince ayant une épaisseur d'environ 7000 A.La couche mince a été attaquée avec une solution d'attaque de l'aluminium,en utilisant un procédé classique de photogravure, de manière à obtenir à la surface de la pastille semiconductrice les interconnexions ayant la configuration désirée. On a ainsi obtenu une couche mince ayant une résistance superficielle de 2~1,1 x 103 # par carré. La résistivité de cette couche mince avait un coefficient de température d'environ -1000 ppm/OC. A la suite du traitement thermique dans un mélange vapeur-oxygène à 5000C pendant 15 mn, la résistance superficielle de la couche a été réduite à 1,2 Apar carré, et la résistivité de cette couche présentait un coefficient de température de +2000 ppm/0C. Dans un second exemple de mise en oeuvre du procédé selon -1'inven#ion, les pastilles ont été revêtues d'un dépôt dans les mêmes condi- tions que dans le premier exemple. Le dépôt a été arrêté lorsque la couche mthee,-a atteint une épaisseur d'environ 7000 A. La résistance superficielle de# la couche déposée était de 16,6 x 103 Résistance superficielle Coefficient de A par carré température ppm/C a) Conditions initiales 16.600 - 520 avant traitement b) Après 15 mn de traitement 1.320 - 530 thermique c) Après 15 mn supplémentaires 750 - 333 d) Après 30 mn supplémentaires 295 - 153 e) Après 2 h supplémentaires 80,0 t 994 f) Après 18 h 30 mn supplémentaires 10,3 + 1764 Il faut noter qu'un traitement thermique s'srretant au stade d) produit une couche de résistivité modérée ayant un coefficient de température faible (voisin de zéro). Ceci constitue une propriété intéressante pour les couches servant à réaliser des résistances. On voit ainsi que le procédé selon l'invention permet de réaliser âla pression atmosphérique des résistances de faible valeur et des réseaux d'interconnexion pour des dispositifs à semi-conducteurs, permettant ainsi de s'affranchir des procédés de dépôt en phase vapeur selon l'art antérieur. Bien que le traitement thermique indiqué ci-dessus ait été accompli sous forme d'un stade séparé dans la fabrication des dispositifs à semiconducteurs, on comprend qu'il est possible de le réaliser simultanément au montage de la puce dans le boitier. Bien entendu 4 diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir ducadre de ? invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de dép8t d'une couche de cermet à l'aluminium sur un dispositif à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte les phases suivantes . obtention d'un premier mélange gazeux inerte contenant du triéthylaluminium; obtention d'un second mélange gazeux inerte contenant un oxydant; mélange desdits premier et second mélanges gazeux inertes, de façon à former un troisième mélange gazeux inerte contenant du triéthyl aluminium et un oxydant; pas, sage dudit troisième mélange sur un dispositif à semi-conducteurs porté à une température de l'ordre de 2500C à 500 C. gracie à quoi une couche de cermet à l'aluminium est déposée sur un dispositif à semi-conducteurs; et traitement thermique de ladite couche dans de la vapeur d'eau à une température d'environ 4000C à 6000C, afin de réduire la résistivité de la couche. 2. Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que ledit oxydant est de l'oxygène. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oxydant est présent dans une proportion comprise entre environ 1/1000e de mole % et 35 moles %, par rapport au nombre de moles de triéthylaluminium contenues dans le mélange. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite proportion d'oxydant est comprise entre environ 20 moles % et 30 moles %, par rapport au nombre de moles de triéthylaluminium contenues dans le mélange. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier mélange gazeux inerte est obtenu en faisant passer un gaz inerte dans une solution chauffée de triéthylaluminium. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit gaz inerte est de l'argon. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est porté à une température comprise entre 325oC et 425"C, pendant la phase où se produit le dépôt.