Brevet FR2399486A1 — publié le 19790302

L'invention concerne un procédé de gravure d'une couche métallique par attaque ionique. Elle s'applique notamment à la formation, sur un substrat semi-conducteur de silicium, d'électrodes délimitées en forme de doigts métalliques étroits, (larges par exemple de un micron) séparés par des intervalles non métallisés étroits, (larges par exemple de un micron). La formation de telles couches est par exemple nécessaire pour la réalisation des connexions électriques de transistors fonctionnant à des fréquences dépassant le gigahertz. Pour obtenir une faible résistance électrique de ces connexions il est utile de leur donner une épaisseur relativement grande (par exemple 0,5 micron). Malheureusement, la délimitation des doigts est d'autant moins précise que cette épaisseur est plus grande. On connaft pour la formation de telles couches un procédé comportant les étapes suivantes: - dépôt par pulvérisation cathodique sur toute une face d'un substrat de silicium d'une couche métallique de base oxydable constituée de titane, puis d'une couche principale constituée d'une couche de platine revêtue d'une couche d'or, - dépôt sur toute la couche principale d'une couche de protection constituée de nickel, - dépôt sur toute la couche de protection d'une laque photosensible, - irradiation de cette couche de laque à travers un masque de photogravue pour délimiter des zones à métalliser et des zones à ne pas métalliser, - élimination de la laque par lavage dans les zones à ne pas métalliser, - attaque chimique de la couche de protection dans les zones à ne pas métalliser, à l'aide d'une solution d'attaque respectant la couche principale, - élimination par lavage de la laque subsistant dans les zones à métalliser, - attaque ionique de la couche principale dans les zones à ne pas métalliser, les zones à métalliser étant protégées de cette attaque par la couche de protection, cette attaque étant limitée de manière à laisser subsister au moins une partie de l'épaisseur de la couche de base dans les zones à ne pas métalliser de manière à éviter que l'attaque puisse altérer le substrat semi-conducteur, - attaque chimique de la partie de la couche de base qui subsiste dans les zones à ne pas métalliser, la solution d'attaque étant choisie pour respecter le substrat. Ce procédé est décrit dans le supplément à la revue "Le Vide, Les Couches minces" n0 171(1974 > . Il présente l'inconvénient que si on désire que la couche principale soit épaisse (par exemple deux microns), il faut que la couche de protection soit elle aussi épaisse (par exemple un micron) pour éviter que cette couche de protection ne soit éliminée par l'attaque ionique avant l'élimination complète de la couche principale dans les zones à ne pas métalliser. Cette épaisseur de la couche de protection rend impossible, lors de l'attaque de cette couche, de délimiter avec la précision nécessaire les zones à métalliser et à ne pas métalliser. La présente invention a pour but la réalisation d'un procédé de gravure d'une couche métallique par attaque ionique permettant d'obtenir une gravure fine d'une couche métallique épaisse. Elle a pour objet un procédé de gravure d'une couche métallique pour attaque ionique, ce procédé étant applicable à la gravure d'une couche métallique principale non oxydable pour conserver cette couche principale dans des zones "à métalliser" et l'éliminer dans des zones "à ne pas métalliser", et comportant les étapes suivantes:: - dépôts sur toute la couche principale d'une couche métallique de protection plus résistante que la couche principale à une attaque ionique, - formation d'une couche de laque protectrice sur la couche de protection métallique dans les zones à métalliser, - attaque chimique de la couche métallique de protection dans les zones à ne pas métalliser à l'aide d'une solution d'attaque respectant la couche de laque et la couche principale, - formation d'un plasma au voisinage desdites couches et attaque ionique de la couche principale à partir de ce plasma dans les zones à ne pas métalliser, les zones à métalliser étant protégées de cette attaque par la couche métallique de protection, - caractérisé par le fait que ledit plasma contient une proportion d'oxygène supérieure à 0,1% en volume, - ladite couche de protection étant constituée d'un métal oxydable. A l'aide des figures schématiques 1 à 8, ci-jointes, on va décrire ci-après à titre non limitatif comment l'invention peut être mise en oeuvre. Les éléments qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont désignés par les mêmes signes de référence. Ces figures représentent des vues en coupe d'une plaquette semi-conductrice à la suite d'étap#es successives du procédé selon l'invention. Selon la figure 1, une plaquette semiconductrice de silicium 2 est destinée à la fabrication d'un transistor bipolaire pour micro-ondes. Elle comporte classiquement pour cela une couche de support 4 à fort dopage de type N sur laquelle ont été réalisées, par épitaxie de silicium et diffusion d'impuretés, une couche de collecteur 6 de type N, une couche de base 8 de type P et une couche d'émetteur 10 de type N à fort dopage. Les couches d'émetteur et de base occupent chacune une fraction de la face supérieure de la plaquette de manière à constituer classiquement une structure interdigiditée dont trois doigts seulement sont représentés en section transversale, un doigt d'émetteur entre deux doigts de base. Une couche de silice 12 épaisse de 0,5 micron a été formée sur cette face supérieure et percée de fenêtres telles que 14 larges de 1 micron pour permettre de disposer des contacts métalliques sur ces doigts. Ces contacts doivent avoir la forme de rubans parallèles larges de 1 micron, séparés par des intervalles larges également de 1 micron, et déborder de part et d'autre des fenêtres 14. Les zones qu'ils doivent occuper constituent les zones "à métalliser" précédemment mentionnées. Pour réaliser ces contacts on dépose successivement sur la face supérieure de la plaquette 2, de manière classique, par pulvérisation cathodique, une couche métallique de base oxydable 16 constituée de titane et épaisse de O,1 micron, une couche principale inoxydable constituée d'une couche de platine 18, épaisse de 0,1 micron, revetue d'une couche d'or 20, épaisse de 0,3 micron. Ces dépôts sont effectués dans les conditions suivantes: Les couches sont obtenues par pulvérisation cathodique - diode R.F. - Pression d'argon dans l'enceinte 4.1 3 torr - Distance interélectrodes 5 cm - Puissance de pulvérisation 2 WJcm2 environ. Le résultat est représenté sur la figure 2. Conformément à l'invention, on dépose ensuite dans les conditons déjà décrites pour la couche de base, une couche de protection 22 épaisse de 0,05 micron et constituée de titane. Le résultat est représenté sur la figure 3 Le titane des couches 16 et 22 pourrait être remplacé par un autre métal oxydable tel que le nickel. On dépose ensuite une couche de laque photorésistante 24 de type classique, le résultat étant représenté sur la figure 4. On irradie cette laque à travers un masque et on élimine les parties irradiées par lavage, de manière à laisser substituer des rubans de laque tels que 26 dans les zones à métalliser, conformément à la figure 5. On élimine ensuite le titane, dans les zones à ne pas métalliser, par attaque chimique dans les conditions suivantes: composition du bain d'attaque: FH à 50% = 1 volume N03H 4 volumes eau désionisée 160 volumes température d'attaque: 400 + 10 durée : 25 s + 5s Cette attaque peut se faire avec une excellente définition car la couche attaquée est mince. Son résultat est représenté sur la figure 6. On élimine ensuite la couche principale 18,20 par attaque ionique dans les conditions suivantes: atmosphère composée de 99% d'argon et de 1% d'oxygène. pression totale : 6.10 4 torr température : 800C durée: 40' type d'excitation : triode décharge Penning puissance d'excitation: 200 W polarisation: 200 V La proportion d'oxygène pourrait être choisie entre 0,5% et 2%. La présence d'oxygène permet la formation sur la couche de protection dans les zones à métalliser d'une couche 28 d'oxyde de titane qui résiste très bien à l'attaque ionique et évite tout risque d'attaque de la couche principale (voir figure 7). Dans les zones à ne pas métalliser, une couche d'oxyde de titane 30 se forme sur la couche de base lorsque l'attaque ionique a éliminé la couche principale et empêche l'attaque et l'élimination de la couche de silice 12, et surtout le bombardement ionique de la plaquette 2 qui s'ensuivrait. ne bombardement entrainerait en effet une grave détérioration de la structure semi-conductrice. Le titane de la couche de protection 22 est ensuite.éliminé dans les zones à métalliser en même temps que celui de la couche de base 16, dans les zones à ne pas métalliser, par attaque chimique dans les conditions précédemment décrites, la présence d'oxyde étant sans influence sur l'efficacité de cette attaque. Les contacts métalliques tels que 32 sont alors réalisés et séparés par des intervalles isolants tels que 34, comme représenté sur la figure 8. REVENDICATIONS Il Procédé de gravure d'une couche métallique par attaque ionique, ce procédé étant applicable à la gravure d'une couche métallique principale non oxydable pour conserver cette couche principale dans des zones "à métalliser" et l'éliminer dans des zones "à ne pas métalliser", et comportant les étapes suivantes:: - dépôt, sur toute la couche principale, d'une couche métallique de protection plus résistante que la couche principale à l'attaque ionique, - formation d'une couche de laque protectrice sur la couche de protection métallique dans les zones à métalliser, - attaque chimique de la couche métallique de protection, dans les zones à ne pas métalliser, à l'aide d'une solution d'attaque respectant la couche de laque et la couche principale, - formation d'un plasma au voisinage desdites couches et attaque ionique de la couche principale à partir de ce plasmas dans des zones à ne pas métalliser, les zones à métalliser étant protégées de cette attaque par la couche métallique de protection, - caractérisé par le fait que ledit plasma contient une protection d'oxygène supérieure à 0,1% en volume, - ladite couche de protection étant constituée d'un métal oxydable. 21 Procédé selon la revendication 1, ce procédé étant applicable à la gravure d'une couche métallique principale non oxydable déposée sur une couche métallique de base oxydable, ces deux couches étant susceptibles d'etre éliminées par attaque ionique et étant déposées sur un substrat susceptible d'être détérioré par attaque ionique, caractérisé par le fait que ladite couche de protection est constituée du même métal que la couche de base, une étape d'attaque chimique de ces deux couches -étant prévue après ladite attaque ionique. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdites couches de base et de protection sont constituées de titane. 41 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit substrat est une plaquette de silicium comportant des jonctions semi-conductrices. 5/ Procédé de gravure d'une couche métallique par attaque-ionique, ce procédé étant applicable à la gravure d'une couche métallique principale non oxydable déposée sur une couche métallique de base oxydable, ces deux couches étant susceptibles d'être éliminées par attaque ionique et étant disposées sur un substrat susceptible d'être détérioré par attaque ionique, cette gravure ayant pour but d'éliminer ces couches principales et de base dans des zones "à ne pas métalliser" et de les conserver dans des zones à métalliser, ce procédé comportant les étapes suivantes:: - formation d'une couche de protection sur la couche principale dans les zones à métalliser, - formation d'un plasma au voisinage desdites couches et attaque ionique de la couche principale à partir de ce plasma dans les zones à ne pas métalliser, les zones à métalliser et le substrat étant protégées de cette attaque respectivement par la couche de protection et par la couche de base, - attaque chimique de la couche métallique de base par une solution d'attaque respectant la couche principale et le substrat caractérisé par le fait que ledit plasma contient une proportion d'oxygène supérieure à 0,1% en volume. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la couche de base est constituée de titane, 7/ Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le substrat est une plaquette de silicium comportant des jonctions semi-conductrices. 8/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la couche de protection est constituée du même métal que la couche de base.