Brevet FR2219607A1 — publié le 19740920

La présente invention concerne un procédé de photogravure destiné à la réalisation d'un réseau de bandelettes à la surface d'un substrat, notamment de bandelettes métalliques de connexion et obtenu par attaque chimique localisée d'une couche superficielle d'un matériau approprié recouvrant ledit substrat, les portions de ladite couche superficielle devant être conservées entant alors protégées par un écran insensible à ladite attaque chimique. On sait que la réalisation de certains dispositifs, et plus particulièrement de ceux utilisés en électronique ou en microélec- tropique, nécessite le dépôt de couches métalliques minces sur au moins l'une des faces d'une plaquette semiconductricee De telles couches peuvent etre utilisées-soit comme masques de psotograw re, soit comme agents de dopage, soit encore comme couches d1appr#t dans les opérations de soudage de connexions, soit enfin comme moyens d'interconnexion pour un transistor, une diode ou un cir zuat intégré. Dans ces applications#, les métaux le plus souvent mis en oeuvre sont l'aluminium, le cuivre, le titane, le tantale, etc utilisés isolément ou en combinaison. De telles couches doivent avoir une forme compatible avec la configurateen-du dispositif sur lequel elles doivent être déposées Pour leur donner cette forme, deux procédés sont souvent utilisés, l'un faisant appel aux techniques de photogravure, l'autre utilisant des procédés d'oxydation localisée et s'appuyant sur les propriétés isolantes de certains oxydes. Dans le cas du premier procédé, on utilise une laque photo- sensible polymérisable qui par un masquage et une attaque chimique appropriés constitue des îlots localises formant écran sur les zones utiles de la couche métallique devant être protégées. Or, on sait que l'attaque chimique de la couche métallique est obtenue à 11 aide de solutions constituées, le plus souvent, d'acides nitrique, fluorhydrique, orthophosphorique ou chlorhydrique.Ces solutions acides parviennent souvent à attaquer la laque photosensible et polymérisable utilisée : ce phénomène particulièrement sensible à la périphérie des îlots et à leur interface avec la couche métallique a pour conséquence d'entraîner un léger décollement du bord desdits îlots et de provoquer, à ce niveau, une attaque latérale du métal devant être protégé lors de la gravure de la couche métallique. Dans ces conditions, si l'on désire réaliser des bandelettes, leur largeur et leur épaisseur ne seront pas uniformes, leurs contours seront plus ou moins haches c'est-à-dire, en fait, que les dimensions et la définition prévues sur le masque d'origine ayant servi à la gravure de la couche de laque ne seront pas respectées. Ceci est particulièrement fâcheux dans le cas de réalisations de connexions ou d'interconnexions sur la face utile d'un dispositif semiconducteur et notamment d'un circuit intégré. En effet, pour tenir compte de ces défauts, il faudra prévoir, sur le masque, d'augmenter l'intervalle entre les diverses bandelettes et d'augmenter également les dimensions des îlots de laque pour obtenir des bandelettes de largeur correcte ce qui a pour conséquence d'augmenter l'encombrement du dispositif et/ou de diminuer le nombre d'éléments actifs sur ce dispositif. Par ailleurs, ce type de procédé de photogravure peut provoquer, sur les bandelettes métalliques obtenues, soit l'apparition de trous, soit l'apparition d'étranglements de la largeur notamment, lorsqu'il y a variation de niveau desdites bandelettes.Ces dégradations sont néfastes pour la fiabilité du dispositif et pour la suite des opérations car elles peuvent provoquer soit des défauts mécaniques tels que mauvaise adhérence des couches superposées et diminution de la rigidité, soit des défauts électriques tels que courts-circuits ou circuits ouverts. De plus, lors de la gravure de la couche métallique et, en particulier, lors de l'élaboration de bandelettes de très faible largeur, si la durée de l'attaque chimique, liée à l'épaisseur de la couche, est trop importante, l'attaque latérale est elle-même importante et la largeur des bandelettes s'en trouve encore réduite, de telle sorte que ces dernières présentent alors une résistance non négligeable du point de vue électrique. En outre, la gravure de la couche métallique provoque un dégagement gazeux sous forme de bulles qui peuvent rester bloquées entre les motifs de la laque et empêcher ainsi l'attaque du métal sous-jacent : cet inconvénient peut avoir pour conséquence la création de courts-circuits entre bandelettes métalliques voisines et ne peut guère être évité qu'en faisant subir aux plaquettes des secousses brutales. Enfin, la durée de l'attaque chimique étant liée a' l'épais seur de la couche métallique recouvrant une plaquette portant un ou plusieurs motifs de dispositifs, il est évident qu'il devient difficile de traiter simultanément plusieurs plaquettes, étant entendu que l'épaisseur de la couche métallique les recouvrant n'est pas nécessairement identique sur chacune d'entre elles. Dans le cas du second procédé précédemment cité, on utilise les propriétés d'isolement électrique de l'alumine pour créer des dispositifs comportant de multiples couches métalliques superpo sées mais isolées les unes des autres. A ce sujet > onconnaît notamment la demande de brevet déposée en France par la Nippon Electric Company sous le n0 2 011 079. Conformément à ce brevet, on envisage de réaliser à la surface de dispositifs semiconducteurs des réseaux de connexions en aluminium, les languettes de connexion étant séparées les unes des autres par une couche isolante d'alumine pozeuse et la surface externe desdites languettes étant elle-même protégée des agents extérieurs ou d'une autre couche par une pellicule isolante d'alumine étanche.Pour ce faire, la proposition décrite dans le brevet précédemment cité consiste à transformer en alumine étanche, par oxydation anodique localisée, une pellicule superficielle des portions de la couche d'aluminium que l'on désire conserver et à transformer totalement, en alumine poreuse, l'aluminium que l'on ne désire pas conserver par la meme technique dsoxydation anodique. Ce procédé présenté comme une substitution au procédé classique de photogravure présente, en fait, un inconvénient majeur. En effet, la transformation d'une couche d'aluminium par oxydation anodique est limitée par l'épaisseur de ladite couche d'aluminium. C'est pourquoi, le procédé décrit dans la demande 2 011 079 n'est applicable qu'avec des épaisseurs de l'ordre de 1/,. En effet, au delà de cette valeur, la tension à délivrer pour maintenir constant le courant d'anodisation devient trop importante, c'est-a-dire que la puissance fournie augmente. Or, si la puissance fournie augmente, le silicium s'échauffe et, dans ces conditions, la laque de masquage se décolle.De plus, l'anodisation s'opère dans une solution sulfurique pour solubiliser l'alumine au fur et à mesure de sa formation et, en conséquence, pour permettre la poursuite de l'opération, mais, si la couche d'aluminium à anodiser est épaisse, il est bien évident que la solution sulfurique se modifie, ce qui conduit à dire que l'épaisseur de la couche d'alumine doit être limitée. Or, il va de soi que, lors de l'élaboration de dispositifs de puissance relativement grande, les connexions doivent être susceptibles de laisser passer des courants assez élevés et de dissiper des quantités de chaleur importantes et, par conséquent, doivent avoir des dimensions plus grandes que dans le cas de dispositifs de faible puissance. Dans ces conditions, la proposition décrite dans ledit brevet n'est plus applicable. La présente proposition a pour but de remédier à ces inconvénients et de permettre la réalisation de bandelettes métalliques à la surface d'un dispositif semiconducteur quelle que soit la puissance fournie par celui-ci. Elle s'appuie sur la propriété que possèdent certains matériaux d'être attaqués chimiquement beaucoup plus rapidement que leur oxyde. En effet, la présente invention concerne un procédé de photogravure destiné à la réalisation d'un réseau de bandelettes métalliques à la surface d'un substrat, notamment de bandelettes de connexion, et obtenu par attaque chimique localisée d'une couche superficielle métallique appropriée recouvrant ledit substrat, les portions de ladite couche superficielle devant être conservées étant alors protégées par un écran insensible à ladite attaque chimique, remarquable en ce que l'écran est constitué d'une pellicule étanche d'un oxyde égaiement métallique formée à la surface de ladite couche superficielle métallique et présentant une résistance aux agents chimiques de photogravure très supérieure à celle de ladite couche qu'elle recouvre. Le principal avantage de ce procédé consiste en une très nette amélioration de la photogravure. En effet, compte tenu du nombre de métaux et d'oxydes métalliques existants, il est plus facile de trouver un oxyde métallique adhérant parfaitement à la couche métallique sousjacente qu'une laque adhérant sur ladite couche métallique. En conséquence, par ce procédé il ne peut plus y avoir d'attaque chimique au niveau de l'interface oxyde-métal et l'épaisseur de la couche métallique reste donc constante. Par ailleurs, l'attaque latérale de ladite couche est uniforme et peut-etre prévue à l'avance, de telle sorte que les contours des bandelettes obtenues par la photogravure ne sont plus hachés et leur largeur est constante c'est-à-dire, en fait, que leur définition et leurs dimensions peuvent être respectées. Dans ces conditions, grâce au procédé selon l'invention, les motifs peuvent être serrés davantage, c'est-à-dire que sur une meme plaquette, à surface égale, il est possible de placer plus de dispositifs que lors de l'utilisation de l & technique classique de photogravure et, de plus, il est possible de réaliser des bandelettes de faible largeur et peu résistantes du point de vue électrique.De plus, il est possible de traiter siriu tanément plusieurs plaquettes portant, chacune, plusieurs motifs puisque la durée de la photogravure n'est plus un facteur critique de 1 'opération En outre, le procédé utilisé comportant une photogravure, donc une attaque chimique, il est possible d'obtenir des bandelettes métalliques d'épaisseur très importante donc utilisables dans des dispositifs de puissance élevée. De préférence l'oxyde métallique recouvrant la couche superficielle devant être photogravée est issu du métal constituant ladite couche superficielle. Dans ces conditions, le métal et l'oxyde présentent une homogénéité similaire et l'adhérence entre la couche me#tallique et la pellicule d'oxyde est quasi certaine. Dans une forme de mise en oeuvre préférentielle, la pellicule d'oxyde formant l'écran est obtenue par oxydation anodique localisée de la couche métallique superficielle recouvrant le substrat. Pour ce faire, sur la couche métallique, on dépose un film mince d'une laque photosensible dans lequel on pratique des ouvertures par polymérisation localisée et dissolution préférentielle puis, dans lesdites ouvertures, on crée une couche- d'oxyde étanche par anodisation et l'on élimine ensuite le-reliquat de laque photosensible avant d'attaquer les portions inutiles de la couche métallique. Ainsi l'écran d'oxyde présente une excellente définition et une meilleure précision dimensionnelle :avantages qui se retrouvent ensuite sur les îlots métalliques gravés. De plus, le procédé dit d'oxydation anodique permet d'obtenir une cohésion quasi cristalline entre l'écran d'oxyde et la couche à graver. Par ailleurs, la faible épaisseur de la couche d'oxyde ne permet pas le maintien entre les motifs des bulles gazeuses dégagées lors de l'attaque de la couche métallique, ce qui élimine tout risque de court-circuit entre bandelettes métalliques et ce qui évite également les opérations de dégazage. Il va de soi que la pellicule d'oxyde peut être obtenue par d'autres moyens et, notamment, par le procédé dit de pulvérisation cathodique. Du point de vue économique, ce procédé est, en effet, très intéressant puisque l'appareillage nécessaire est de mise en oeuvre relativement rapide et permet de traiter simultanément un grand nombre de plaquettes. Avantageusement, la couche métallique est en aluminium et l'oxyde utilisé est alors de l'alumine. Ce choix est dû, d'une part, au fait que pour des raisons de conductibilité, l'aluminium est très souvent utilisé dans les dispositifs semi-conducteurs notamment lorsqu'il s'agit de réaliser des connexions et d'autre part parce qu'il est possible de réaliser des pellicules d'alumine parfaitement étanches. Dans le cas de l'oxydation anodique décrite ci-dessus, l'alumine obtenue peut être soit amorphe, soit cristallisée dans la phase y, soit même etre un mélange des deux. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures l à 4 illustrent diverses étapes de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans le cas de la réalisation d'une photogravure d'une couche d'aluminium avec un écran d'alumine. Il I1 est à noter que, sur les figures, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Conformément à l'invention, on part d'un substrat S recouvert d'une couche d'oxyde i et comportant au moins deux régions de types de conduction opposés. Après avoir pratiqué une ouverture la dans la couche d'oxyde 1 en regard de l'îlot 3, on dépose une couche d'aluminium 4 qui recouvre totalement la surface Sa de l'îlot 3 mise à nu par ouverture de la fenêtre la et la surface 5b de la couche d'oxyde 1 : ce dépôt d'aluminium peut être obtenu par la technique classique dite d'évaporation sous vide. A la surface de la couche 4, on dépose une couche de laque photosensible 6 dans laquelle on pratique au moins une ouverture 7 par une technique classique de masquage, de polymérisation localisée et de dissolution des parties inutiles de ladite laque (fig..l). Par cette ouverture 7, on crée une couche 8 d'alumine Al203 (fig. 2), par oxydation anodique, ou anodisation, sous une tension constante de 40 à 120 V avec une solution d'acide tartrique ou de tartrate d'ammonium à 250C pendant une durée de 1 à 5 mn. Après formation de ladite couche d'alumine 8, on élimine la couche de laque photosensible 6 sur la totalité de la surface de la couche d'aluminium 4 (fig. 3) à l'aide d'acide nitrique fumant ou de toute autre solution conservant l'intégrité de la couche d'alumine. Après rinçage convenable, on élimine l'aluminium de la -couche 4 non protégé par l'écran d'alumine 8 pour obtenir, finalement, la structure illustrée par la figure 4. Cette gravure de l'aluminium est obtenue par attaque chimique à l'aide d'une solution comportant de l'acide orthophosphorique~, de l'acide nitrique et de l'acide acétique et portée à une température de l'ordre de 40 à 600C, le rinçage étant ensuite effectué à l'aide d'eau désionisée. Le temps d'attaque de l'alumine par cette solution étant très supérieur à celui de l'aluminium, la durée de la gravure de la couche 4 n'est pas critique, ce qui permet d'ailleurs de traiter plusieurs plaquettes semiconductrices simultanément. De plus, l'alumine étant parfaitement étanche, l'îlot a'aluminium 4a restant sous-l'alumine 8 présente une meilleure définition et des dimensions plus précises et plus conformes au masque d'origine, ce qui permet alors d'utiliser par exemple ledit îlot d'aluminium comme écran pour une gravure dé SiO2. Un autre avantage de l'alumine réside dans le fait qu'elle assure une protection électrique et mécanique à la couche d'aluminium et que, par compression, elle empêche la formation de pro tub#rances dans celle-ci. :zzvD-#:cJ--ICAT : 1. Procédé de photogravure destiné à la réalisation d'un réseau de bandelettes métalliques à la surface d'un substrat, notamment de bandelettes de connexion, et obtenu par attaque chimique localisée d'une couche superficielle métallique appropriée recouvrant ledit substrat, les portions de ladite couche superficielle devant être conservées étant alors protégées par un écran insensible à ladite attaque chimique, caractérisé en ce que l'écran est constitué d'une pellicule étanche d'un oxyde également métallique formée à la surface de ladite couche superficielle métallique et présentant une résistance aux agents chimiques de photogravure très supérieure à celle de ladite couche qu'elle recouvre. 2. Procédé de photogravure selon la revendication 1 caractérisé en ce que ltoxyde métallique recouvrant la couche superficielle devant être photogravée est issu du métal constituant ladite couche superficielle. 3. Procédé de photogravure selon l'ensemble des revendications I et 2caractérisé en ce que la pellicule d'oxyde formant l'écran est obtenue par oxydation anodique localisée de la couche métallique superficielle recouvrant le substrat. 4. Procédé de photogravure selon la revendication 3 caractérisé en ce que la pellicule d'oxyde est formée dans des ouvertures pratiquées dans une-couche de laque photosensible recouvrant la couche métallique à photograver. 5. Procédé de photogravure selon l'ensemble des revendications l et 2 caractérisé en ce que la pellicule d'oxyde est obtenue par pulvérisation cathodique localisée sur la couche métallique superficielle recouvrant le substrat. 6. Procédé de photogravure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche métallique recouvrant le substrat est en aluminium et l'écran en alumine.