Brevet FR2256539A1 — publié le 19750725

La présente invention concerne, d'une manière genérale, une métallurgie de contacts pour les dispositifs semiconducteurs et son procédé de fabrication. Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à une métallurgie de contacts entre l'aluminium et le silicium qui ne provoque pas de court-circuits entre ces deux matériaux par pénétration à travers des diffusions sousjacentes très peu profondes. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication dr la métallurgie de contacts qui comporte la formation d'une phase de siliciure de hafnium dans une plage de températures qui est critique en ce sens que si l'on s'écarte de la plage de températures, il se forme d'autres phases de siliciure de hafnium qui sont nuisibles car leur adhérence au substrat est marginale et les tensions associées à de telles phases induisent des dislocations dans le silicium sousjacent En utilisant la technique de la présente invention. on obtient une métallurgie de contacts qui ne réagit pas avec l'aluminium ou les oxydes de silicium qui l'entourent lorsque le substrat semiconducteur correspondant est soumis à des températures de traitement pouvant atteindre 6000 C. L'emploi de divers siliciures, tels que le siliciure de platine et le siliciure de palladium déjà a été suggéré pour la formation de contacts ohmiques avec des substrats semiconducteurs en silicium, en combinaison avec une métallurgie disposée au-dessus. Une telle proposition de la technique antérieure peut être trouvée dans un article intitulé "Fabricating a Gate Field-Effect Transistor" par C. J. Kircher et H. N. Yu, IBM Technical Disclosure Bulletin, vol. 13, n - 3 1970, pages 646 à 648. Cet article propose spécifiquement l'emploi du siliciure de platine ainsi que du siliciure de palladium et suggère, de manière générale, que d'autres métaux réfractaires peuvent être utilises pour former un contact ohmique avec une jonction diffusée sousjacente peu profonde. Le brevet des EUA ng 3.274.670 délivré le 27 Septembre 1966 au nom de M. P. Lepselter, intitulé "Semiconductpr Contact", concerne un contact électrique à faible résistance avec des dispositifs semiconducteurs et montre l'utilisation du platine, avec la formation d'un compose de siliciure de platine, en combinaison avec une couche composite de platine, titane et or. Dans le brevet des EUA n0 3.290.127 délivre le 6 Oécembre 1966 aux noms de D. Kahng et autres, intitulé "carrier Diode with mental Contact and Method of Making", du siliciure de palladium est formé après qu'il ait pénétré dans une première couche de chrome ou de titane.Le siliciure de palladium est la couche de contact active produisant la barrière de surface c une matière semiconductrice. Les LiO#' rnsultantes sont comcletées en appliquant des conducteurs ou contacts à une rnétallisatinn argent-or. Ce brevet indique qu'à la place du palladium, on peut également utiliser du nickel, du cuivre, du rhodium, du platine, du tungstène ou du molybdène. Le brevet des EUA n0 3.700.979 délivré le 24 Octobre 1972 au nom de A.N. Saxena, intitulé "Schottky Barrier Diode and Method of Making Same" montre l'utilisation du hafnium avec une matière semiconductrice de conductivité de type P. Pour former le dispositif de Schottky, une pellicule de hafnium est appliquée sur une surface de semiconducteur par évaporation sous vide puis est recuite sous une atmosphère d'hélium sec à une température comprise entre 4500C et 5500C. Il n'y a aucune indication dans ce brevet de la formation d'un siliciure de hafnium pour former un contact ohmique avec la matière semiconductrice. Bien que l'emploi de matières telles que le platine, le palladium, le cuivre, le rhodium, le tungstène, le hafnium et le molybdène ait été suggéré pour la formation de contact ohmiques ou de contacts redresseurs avec des dispositifs semiconducteurs, ni les documents cités ci-dessus, ni la technique antérieure n'ont abordé le problème de la fabrication de contacts utilisables avec des jonctions très peu profondes. Dans le cas où les régions semiconductrices très peu profondes d'un premier type de conductivité, de l'ordre de 10.000 A au moins, sont disposées dans un substrat semiconducteur du type de conductivité opposé et qu'une métallisation en aluminium doit être utilisée, le siliciure de platine s'est avéré inutilisable du fait que des composés intermétalliques platine-aluminium sont formés aux températures de traitement du dispositif ultérieurement utilisées qui permettent au silicium provenant de régions localisées dans la zone de contact d'une région de jonction sousjacente de diffuser à travers le composé intermétallique résultant et de réagir avec l'aluminium.Dans la mesure où le silicium diffuse à travers le composé intermétallique, il est remplaçé par de l'aluminium avec ce résultat que des "pointes" d'aluminium pénètrent à travers la jonction sousjacente peu profonde établissant un court-circuit entre l'aluminium et le substrat semiconducteur. En plus de la pénétration à travers la jonction peu profonde et de son court-circuitage, des précipités de siliciure se forment dans l'aluminium et sur la surface du silicium dans les ouvertures des contacts, ce qui entraine une résistance élevée des contacts. D'autres métaux, tels que le tungstène et le chrome, lorsqu'ils sont soumis aux températures é#levées de traitement du dispositif #après la formation du contact, présentent des piqûres profondes à l'interface siliciure-semiconducteur.D'autres métaux, tels que le titane, qui pourraient être satisfaisants du point de vue de la formation de contacts non courts-circuités, ne sont pas satis Faisants du fait qu'aux températures de traitement du dispositif qui sont utilisés ultérieurement, le titane réagit avec le dioxyde de silicium qui entoure les trous de contact dans le cas habituel. On peut dire, d'une manière générale. que Si le siliciure se forme à des températures qui sont inférieures aux températures de traitement du dispositif, le siliciure s'avère ne pas etre satisfaisant pour au moins l'une des raison données ci-dessus. Ainsi, les critères qui doivent être respectés pour obtenir un contact satisfaisant avec une région de jonction peu profond sont -al le siliciure formé doit agir comme une barrière vis-àvis de la rétrodiffusion du silicium pour empêcher le court-circuitage soit par la fortiation d'aiguiIles# d'aluminium soit par la formation d'une face d'alliage aluminium-silicium dans la région de la jonction peu profonds;; b) la métallurgie d'aluminium. ou autre métal, disposés sur le dessus de la région de contact ne doit pas réagir avec le silicium formé aux températures de traitement du dispositif ultérieurement utilisées; c) le métal doit pouvoir être attaqué chimiquement et sElective- ment par rapport au siliciure de métal résultant, sans emploi de photoli thographies d3 - le métal à partir duquel le siliciure est formé ne doit pas détériorer les matières isolantes environnantes, telles que le dioxyde de silicium dans les conditions de formation du siliciurè;; e) la -hauteur de la barrière à l'interface siliciure de métal silicium doit etrs compatible avec la formation de contacts ohmiques de faible résista'oe# Un métal qui répond à tous ces critères ayant une phase de silic#iure -# métal appropriée a été trouvé, ce métal pouvant être utilisé pour la formation de contacts ohmiques par un procédé relativement simple qui est critique dans ce sevs que le siliciure de métal doit être formé à une température qui assure la formation d'un siliciure de métal stable qui agit cesse une barrière vis-à-vis de la diffusion du silicium. Le contact de la présente invention est un contact ohmique qui reste stable aux températures de traitement du dispositif utilisées ultérieurement jusqu'à 6000 C. Il comporte une région de siliciure de hafnium tHfSi) disposée entre une région de matière semiconductrice en silicium et une région de matière métallique. Le contact résultant est de nature ohmique lorsqu'il est appliqué à des matières semiconductrices en silicium fortement dopé, aussi bien du type de conductivité n que p. Selon des aspects plus spécifiques de l'invention, la matière jnétallique est, dé préférence, de l'aluminium ou un alliage d'aluminium, par exemple avec Cu ou Si. 0'autres matières métalliques, telles que le titane, le chrome, l'or, le palladium, le platine, le tungstène et le molybdène peuvent également être utilisées. Selon un autre aspect de l'invention, le contact ohmique de l'invention est utilisé de façon particulièrement avantageux avec des régions d'un type de conductivité qui ont une épaisseur de 10.000 A0 ou moins et qui sont formées dans un substrat semiconducteur en silicium du type de conductivité opposé. Le procédé de .la présente invention pour former un contact ohmique avec une région d'un type de conductivité dans un substrat du type de conductivité opposé, considéré sous son aspect le plus général, comporte l'étape qui consiste à former une région de silicium de hafnium (HfSi) à la surface de cette région à une température comprise entre 60fil0 C et 7000 C. Selon des aspects plus particuliers de la présente invention, l'étape de formation de la région de siliciure de hafnium comporte l'étape qui consiste à exposer au moins une région de silicium d'un premier type de conductivité à travers une couche de masquage qui est disposée sur le substrat de silicium, à déposer une couche de hafnium sur la surface de cette région et à chauffer le hafnium et le substrat à une température et pendant une durée suffisantes pour former du siliciure de hafnium. L'étape de chauffage comporte l'étape qui consiste à chauffer le hafnium et le substrat à une température comprise entre 6000 C et 7000 C pour former le siliciure de hafnium. Selon des aspects plus spécifiques de l'invention, après le chauffage. une couche de métal est déposée sur la couche de siliciure de hafnium. Le métal est, de préférence, de l'aluminium. Le contact résultant du procédé de fabrication décrit ci-dessus est stable, même lorsque des températures de traitement pouvant s'élever jusqu'à 6000 C sont ultérieurement utilisées. Ceci est une caractéris-tique nouvelle par rapport aux contacts de la technique antérieure qui tous défaillent, pour une raison ou une autre, à des températures de traitement du dispositif similaires. Le contact ainsi produit par le procédé de fabrication dont les grandes lignes ont été exposées ci-dessus reste stable du fait que les températures de formation du silicium, qui sont critiques, ne sont pas dépassées. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de réaliser un contact ohmique qui est stable à des températures allant jusqu'à 6000C. - Un autre but de l'invention est de réaliser un contact ohmique dans lequel le siliciure formé agit comme une barrière vis-à-vis de la réaction entre le silicium d'une réGion de jonction sousjacente et un métal tel que de l'aluminium disposé au-dessus. Encore un autre but de l'invention est de proposer un procédé pour fabriquer un contact ohmique à une température de formation du siliciure qui fournit une phase du siliciure stable qui n'est pas soumise à la diffusion du silicium aux températures de traitement ultérieurement utilisées. Encore un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication dans lequel la phase de siliciure de hafnium caractérisée par la formule HfSi est formée par chauffage d'une couche de hafnium disposée sur le dessus d'une région de jonction peu profonde, dans une plage de températures comprise entre 6000 C et 7000 C. Les buts, caractéristiques et avantages ci-dessus de l'invention ressortiront, ainsi que d'autres, à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention représenté sur le dessin annexé dans lequel La figure unique est une vue en coupe d'un contact ohmique comportant une région de siliciure de hafnium formée sur le dessus d'une région de jonction peu profonde et disposée entre cette région et un métal tel que l'aluminium disposé au-dessus d'elle. La région de contact entre le siliciure de hafnium et la région sousjacente peu-profonde qui est disposée dans un substrat semiconducteur est délimitée par une région environnante d'un isolant tel que du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium. La figure uni#que du dessin représente une vue en coupe d'un contact ohmique avec un substrat semiconducteur 1 d'un premier type de conductivité. Une région de jonction peu profonde 2 d'un type de conductivité opposé à celui du substrat 1 est représentée formé dans le substrat et comporte une jonction p-n 3 à l'interface entre les régions de types de conductivité opposés. La région de jonction peu profonde 2 peut être formée d'une des diverses manières bien connues en utilisant par exemple la diffusion ou l'implantation d'ions d'un dopant approprié.Une région de siliciure de hafnium 4~qui s'étend sur la surface de la région 2 sert de barrière pour empêcher la diffusion extérieure du silicium, depuis la région de jonction 2 à une métallisation supérieure 5 qui est, de préférence, fabriquée en aluminium ou en alliage d'aluminium tel que les alliages de l'aluminium avec le cuivre ou le silicium. 0'autres métaux qui peuvent être utilisés sont le titane, le chrome, l'or, le palladium, le platine, le tungstène et le molybdène. Une couche 6 qui peut être fabriquée en dioxyde de silicium ou autre matière isolante appropriée entoure la région 2 et délimite utilement a la fois la région de contact et la région de jonction 2. La région de jonction 2 a, en général, une profondeur inférieure à 1 micron et a typiquement une profondeur d'approximativement 2.000 A. Bien que l'invention ne soit pas limitée aux régions de jonction d'une profondeur de 10.000 A ou moins, on comprendra que le contact de la présente invention présente son utilité la plus grande dans le cas où les régions de jonction 2 sont très peu profondes et où elles ont en général une profondeur de 5.000 A ou moins. La région de siliciure de hafnium 4 est formée à partir de hafnium métallique qui, avant son chauffage pour former le siliciure de hafnium, a une épaisseur comprise entre 500 A et 1.000 A. Dans ce cas également, cette plage ne doit pas être considérée comme limitative car d'une manière générale, il n'est nécessaire de déposer qu'une quantité de hafnium suffisante pour former une pelliculecontinue.Par contre, l'épais- seur de hafnium ne doit pas être trop importante afin que le silicium de la jonction sousjacente ne soit pas appauvri lorsque le hafnium et le silicium réagissent. La région-d'aluminium 5 n'est soumise à aucune limitation et peut être présente dans toute épaisseur appropriée. La structure représentée sur la figure est capable de supporter des températurss de recuit ou de passivation pouvant atteindre 6000 C sans réagir avec la couche d'oxyde de silicium 6 qui l'entoure et sans permettre la diffusion du silicium de la région de jonction 2 à travers la région 4 de siliciure de hafnium jusqu'à la région de métal 5. Ceci n'est pas le cas d'autres siliciures, tels que les siliciures de palladium, de platine, de tungstène, de chrome et analogues qui sont tous l'objet de -courts- circuits ou de dégradation de leurs caractéristiques de résistance pour les raisons déjà examinées ci-dessus. Le procédé de fabrication utilisé pour former les contacts ohmiques de la présente invention est relativement simple. Après formation de la région de jonction 2, réalisée par-exemple en utilisant les techniques de photolithographie, gravure et diffusion bien connues, une couche de hafnium ayant approximativement une épaisseur de 500 A est déposée sur la surface de la région de jonction 2 par évaporation, pulvérisation cathodique, dépôt en phase gazeuse ou autres techniques bien connues. La couche d'oxyde 6, en plus de la surface de la région de jonction 2, est recouverte de hafnium. Le substrat 1 est alors chauffé dans une plage de températures allant de 6000 C à 7000 C pour former la phase de siliciure de hafnium qui est identifiée par la formule HfSi. Typiquement, le chauffage qui provoque la formation du siliciure est effectué à une température de 6500 C pendant 15 minutes. La limite supérieure de la plage de températures indiquées ne doit pas être dépassée étant donné qu'une autre phase de siliciure de hafnium est formée qui est soumise à des fortes contraintes et peut s'écailler à partir du substrat de silicium, y produire des dommages, ou peut enlever suffisamment de silicium de la région de jonction 2 et pénétrer dans la jonction p-n 3. La phase de siliciure de hafnium qui est formée aux températures supérieures à 7000 C est caractérisée par la formule HfSi2. Au cours d'une étape ultérieure, le hafnium n'ayant pas réagi est enlevé en appliquant une solution de gravure telle qu'un mélange aqueux d'acide sulfurique et d'acide nitrique qui attaque sélectivement le hafnium métallique sans agir sur le siliciure de hafnium. Une fois le hafnium enlevé, la région métallique 5 en aluminium ou autre métal approprié est déposée et délimitée par des techniques de masquage et de gravure bien connues. Le contact de la présente inVention peut être utilisé aussi bien avec des transistçrs unipolaires qu'avez des transistors bipolaires mais il est plus particulièrement applicable à des dispositifs, tels que les transistors à effet de champ, qui ont couramment des régions de jonctions très peu prefondss. Bien que l'invention ait été plus particulièrement décrite et représentée en se référant à son mode de réalisation préférentiel, les spécialistes de la technique comprendront aisément que diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre ni s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Contact ohmique, stable lorsqu'il est soumis à des températures pouvant atteindre 600 C, caractérisé en ce qu'il comporte une région de siliciure de hafnium (HfSi) disposée entre une région de matière semi-conductrice et une région de matière métallique. 2.- Contact ohmique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matière métallique est de l'aluminium. 3.- Contact ohmique selon l'une des revendications i ou 2 caractérisé en ce que la région de matière semi-conductrice est du silicium d'un type de conductivité disposé dans un substrat du type de conductivité opposé. 4.- Contact ohmique selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la région de matière semi-conductrice a une épaisseur de 10 000 A ou moins. 5.- Procédé pour former un contact #ohmique avec au moins une région d'un premier type de conductivité situé dans un substrat du type de conductivité opposé caractérisé en ce qu'il comporte l'étape qui consiste à former une région de siliciure de hafnium tHfSi) sur la surface de cette région. 6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte en autre l'étape qui consiste à appliquer une couche de métal sur la région de siliciure de hafnium.- 7.- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe constitué par le titane, le chrome, l'or, le palladium, le platine, le tungstène, le molybdène, l'aluminium et les alliages aluminiumcuivre et aluminium-silicium. 8.- Procédé selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que l'étape de formation de la région de siliciure de hafnium comporte les étapes qui consistent: à exposer au moins une région d'un type de conductivité à travers une couche de masquage qui est disposée sur le substrat, à déposer une couche de hafnium sur la surface de cette région, à chauffer le hafnium et le substrat à une température et pendant une durée suffisantes pour former du siliciure de hafnium, et à enlever sélectivement le hafnium n'ayant pas réagi en utilisant une solution de gravure qui attaque sélectivement le hafnium. 9.- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que Iiétape de chauffage est effectuée à une température comprise entre 6000C et 7000C 10.- Procédé selon l'une des revendications 8 ou # caractérisé en ce que la couche de masquage est du dioxyde de silicium. 11.- Procédé selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que la solution de gravure est un mélange aqueux d'acide sulfurique et d'acide nitrique.