Brevet FR2426334A1 — publié le 19791214

La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteurs et son procédé de fabrication. Elle concerne plus particulièrement la connexion d'un tel dispositif. Un dispositif à semi-conducteur comprend un circuit assurant le transport de signaux, par exemple un circutt- logique > un élément de mémorisation, un circuit amplificateur détecteur, un circuit décodeur, etc., et également des connexions qui relient entre eux les éléments du circuit et assurent en outre leur alimentation électrique. Depuis que les dispositifs à semi-conducteurs ont atteint récemment un degré d'intégration relativement élevé, les éléments de circuit exigent un système fin de circuit, tandis que les connexions, en particulier celles qui assurent l'alimentation électrique du circuit transportant les signaux doivent pouvoir laisser passer un important courant électrique. Lorsqu'un courant important passe dans des connexions fines, la densité de courant s'accroit. Il en résulte que les connexions peuvent être mises hors service par migration électronique et augmentation de la chute de tension, lesquelles sont dues à l'augmentation de la résistance et de l'auto-inductance des connexions fines. La détérioration des connexions peut être évitéesi elles sont réalisées sous une forme large et, ou bien, épaisse. Toutefois, lorsque les connexions sont fabriquées sous forme large et épaisse il est impossible d'obtenir la densité élevée voulue de circuits dans le dispositif à semi-conducteur. Lorsque les connexions sont épaisses, mais non larges, il est difficile d'obtenir un système fin de circuit en raison de l'augmenta tion du poids des connexions. De plus, si l'épaisseur du masque de vernis photosensible (photoresist) devient relativement importante par rapport à la largeur des fils métalliques de connexion, il est difficile d'obtenir un système de connexion fin. L'invention a pour but un dispositif à semi-conducteurs dans lequel les connexions et. les éléments de circuit sont produits suivant un système fin, tandis que les fils métalliques qui assurent l'alimentation électrique des éléments de circuit ne: sont pas susceptibles de détérioration. L'invention vise également à diminuer la chute de tension dans les connexions de sorte qu'un courant important puisse cons tannent les traverser et à réduire la force contre-électromotrice de ces connexions. Elle vise en outre à produire des connexions sous la forme d'un système de circuit fin qui possèdent une résistance élevée aux. pannes. Le but de l'invention est de produire par la technique d'alignement de masques un système de connexion fin qui possède une résistance élevée aux pannes. L'alignement des masques ne doit pas nécessairement être réalisé avec une très grande précision. Le dispositif à semi-conducteurs de l'invention comprend un substrat semi-conducteur sur lequel, dans des parties d'une de ses surfaces; sont formés des éléments de circuit, une pellicule isolante couvrant ladite surface et présentant des ouvertures qui laissent voir une partie des éléments de circuit, et des connexions formées sur la pellicule isolante.Le dispositif de l'invention se distingue en ce que les connexions comprennent des connexions de transport de signaux qui connectent entre eux les éléments de circuit et au moins une ligne commune d'alimentation électrique qui assure l'alimentation électrique des éléments de circuit, le circuit étant forme des éléments de circuit et des connexions, et en ce qu'un fil métallique supplémentaire est placé de manière qu'au moins une partie substantielle de lui-mpme soit placée sur au moins une partie substantielle du fil métallique de la ligne commune d'alimentatfon électrique. L'expression "connexions" qui est présentement utilisée désigne les connexions de transport de signaux et le circuit commun d'alimenta tion électrique définis ci-dessous et désigne en outre un groupe de fils métalliques destiné à connecter les divers éléments du dispositif à semiconducteurs les uns avec les autres, ces fils métalliques étant déposés sous la forme d'une couche sur une pellicule isolante du dispositif à semi-conducteurs L'expression "connexions multiples" qui est présentement utilisée désigne un groupe de connexions dans lequel une couche isolante placée entre les fils métalliques supérieurs et inférieurs, isole ces filsmétalliques les uns des autres.L'expression "connexions de transport de signaux" qui est présentement utilisée désigne les connexions qui relient entre eux les éléments de circuit. Ltexpression "circuit commun d'allmentatron" qui est présentement utilisée désigne un circuit -qui assure l'alimentation électrique des éléments de circuit et est formé du fil métallique supplémentaire et de la ligne commune d'alimentation électrique mentionnés ci-dessus. Le procédé de production d'un dispositif à semi-conducteurs selon l'invention consiste à former des connexions présentant un système fin de circuit comportant des connexions de transport de signaux qui relient entre eux les éléments de circuit et au moins une ligne commune d'alimentation électrique qui assure llalimentation électrique des éléments de circuit, et a faire déposer un fil métallique supplémentaire de manière qu'au moins une partie substantielle de celui ci soit placée sur au moins une partie substantielle de la ligne commune d'alimentation électrique.Le système de circuit d'aluminium constituant les connexions de transport de signaux et la ligne commune d'alimentation électrique sont produits au moyen d'une technique photolithographique ou d'une technique lithographique par faisceaux électroniques, puis l'aluminium exposé est décapé à l'aide d'une solution de P04H3. Une couche métallique est d'abord déposée de façon à recouvrir entièrement les connexions de transport de signaux et la ligne commune d'alimentation électrique, puis n'est laissée en place que sur au moins une partie substantielle de la ligne commune d'alimentation électrique. Il est préférable que tout le fil métallique supplémentaire soit placé sur la ligne commune d'alimentation électrique. Pour le dépôt du métal, ordinairement de l'aluminium, on fait appel à un dépôt sous forme vapeur effectué à une température de 30 à 3000C sous une pression de l0 3 à lo 5 Pa. L'aluminium est déposé sur toute la# surface supérieure du dispositif à semi-conducteurs, qui comprend divers éléments en fonction du processus de production antérieur. La surface supérieure mentionnée ci-dessus comprend les connexions de transport de signaux et la ligne commune d'alimentation électrique ainsi que la pellicule isolante. Cette pellicule peut par exemple être une pellicule de Si02 et une pellicule de verre au phosphosilicate. Les connexions sont mises en contact avec les parties exposées des éléments de circuit par l'intermédiaire des ouvertures qui sont ménagées dans cette pellicule. Il est préférable que les fils métalliques supplémentaires soit plus étroits que la ligne commune d'alimentation électrique. La largeur des fils métalliques supplémentaires doit être comprise entre 50 et 96 7. de celle de la ligne commune d'alimentation électrique. Il est préférable que les fils métalliques des connexions de transport de signaux et du circuit commun d'alimentation aient les dimensions indiquées ci-dessous. Chaque fil métallique des connexions de transport de signaux a une largeur comprise entre 1 et 500 microns, ordinairement inférieure ou égale a 200 microns, et une épaisseur de 0,5 à 2 microns, et la ligne commune d'alimentation électrique a une largeur comprise entre 1 et 500 microns, ordinairement inférieure ou égale à 200 microns, et une épaisseur de 0,5 à 2 microns. La largeur des fils métalliques supplémentaires du circuit commun d'alimentation peut être comprise entre 0,5 et 480 microns, ordinairement inférieure ou égale à 180 microns, et leur épaisseur doit doit être comprise entre 0,5 et 2 microns. De plus, il est préférable que l'épaisseur du fil métallique supplémentaire ne dépasse pas celle de la ligne commune d'alimentation électrique.La largeur, mentionnée cidessus, supérieure à 200 microns peut servir pour certains types de dispositif à semi-conducteurs, en particulier dans le cas d'un dispositif à semi-conducteurs dans lequel doit passer un courant important. Dans ce dispositif, il est nécessaire de faire parvenir uniformément le courant électrique à chaque région du dispositif et, ainsi, d'utiliser une ligne commune d'alimentation électrique large pour les parties de la ligne qui partent de ses bornes. La matière dont sont faits les fils métalliques et la ligne commune d'alimentation électrique peut être L'aluminium, le molybdène et le silicium polycrystallin, et doit de préférence être l'aluminium. Il est possible de former successivement au moins deux fils métalliques du circuit commun d'alimentation de manière que la largeur des fils métalliques supérieurs soit plus petite que la largeur des fils métalliques inférieurs. Cette formation successive de fils métalliques se révèle avantageuse dans le cas où il s'agit de faire passer un courant particulièrement important. Un procédé préféré, désigné çi-après par l'expression "procédé d'enlèvement", consiste à appliquer une couche masquante sur la surface supérieure des connexions de transport de signaux et d'au moins une ligne commune d'alimentation électrique, ainsi que sur les parties de support dtune pellicule isolante, qui couvre le substrat semi-conducteur et présente des ouvertures laissant voir une partie des éléments de circuit, à former l'ouver- ture dans la couche masquante afin de faire apparaître la ligne commune d'alimentation électrique, sauf du côté de ses deux faces latérales, à faire déposer le métal du-fil métallique supplémentaire mentionné ci-dessus sur la couche masquante et les parties exposées de la ligne commune d'alimentation électrique, suivant une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la couche masquante, et enlever la couche masquante en même temps que le métal du fil métallique supplémentaire qu'elle porte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe transversale des éléments métalliques du circuit commun d'alimentation selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une vue en coupe transversale du fil métallique supplémentaire et de la ligne commune d'alimentation électrique du circuit commun d'alimentation, ainsi que d'un fil métallique appartenant aux connexions de transport de signaux, selon un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 3 est une vue en plan agrandie partielle du dispositif mémorisateur à semi-conducteurs ; et - les figures 4 à 6 illustrent un procédé de formation des connexions suivant le procédé d'enlèvement de l'invention. Sur la figure 1, les éléments métalliques du circuit commun d'alimentation 10 laissant passer un important courant sont formés de la ligne commune 2 d'alimentation électrique et du fil métallique supplémentaire 3. L'épaisseur de la ligne commune 2 est sensiblement identique à celle du fil métallique appartenant aux connexions de transport de signaux (non représenté). Les éléments métalliques du circuit 10 peuvent être les éléments métalliques de connexionssimples,ou bien les éléments métallique de la couche supérieure de connexions multiples. Le fil métallique supplémentaire 3 est déposé sur la ligne commune 2 d'alimentation électrique. Le fil métallique supplémentaire du circuit commun d'alimentation a une largeur inférieure à celle de la ligne commune d'alimentation électrique.Il est donc possible de produire des fils métalliques supplémentaires intégralement déposés et en outre d'augmenter la section droite du circuit commun d'alimentation. Par conséquent, la densité de courant peut être réduite par augmentation de cette section droite, et le dispositif à semi-conducteurs présentera un degré élevé d'intégration et possédera un système fin de circuit, même si la section droite du circuit commun d'alimentation est augmentée. Les densités de courant elevées doivent être évitées, car elles entraînent une détérioration de la fiabilité des dispositifs à semi-conducteurs. Puisque le transistor MOS du dispositif à semiconducteur a une tension de seuil V atteignant approximativement 0,8 volt, la valeur de la force contre-électromotrice créée dans la ligne commune d'alimentation électrique de la technique antérieure et dans des connexions simples par une impulsion de courant peut atteindre la valeur Seuil. La forci électromotrice correspondante du circuit commun d'alimentation est faible en raison de la structure double de ce circuit. Une partie substantielle du fil métallique supplémentaire 3 peut être déposée sur la ligne commune 2 d'alimentation électrique, comme cela est indiqué sur la figure 2, en fonction de la précision de l'alignement des masques. Le fil métallique supplémentaire 3 peut donc être déposé en une position différente d'une position prédéterminée de la pellicule isolante l. Toutefois, le fil métallique supplémentaire 3 peut rester isolé d'un fil métallique voisin 4, du fait que le fil métallique supplémentaire 3 est plus étroit que la ligne commune 2 d'alimentation et que, de plus, la distance séparant les fils voisins 4 et le circuit 10 est ordinairement supérieure à la largeur des fils métalliques. Il est donc possible de placer des fils métalliques au voisinage et de produire ainsi un dispositif à semi-conducteur à niveau d'intégration élevé. Un exemple de dispositif à semi-conducteurs comportant les connexions de transport de signaux et le circuit commun d'alimentation de l'invention est illustré sur la figure 3, qui présente une vue de dessus du dispositif. Sur la figure 3, la partie droite supérieure définie par le trait mixte A et le trait mixte B et désignée par le numéro de référence 31 représente une région de mémorisation d'un dispositif de mémorisation à semi-conducteurs du type MOS. Un certain nombre de fils métalliques sont placés dans cette région de mémorisation. Chacun des fils métalliques de la région de mémorisation est formé d'une couche unique de métal et est raccordé à grille des éléments de mémorisation des transistors NOS (non représentée) en des positions indiquées par les points noirs montrés par le dessin Les lignes épaisses, indiquées par les flèches Sl, S2 et S3 > représentent les lignes communes d'alimentation électrique laissant passer un courant important. Ces lignes communes Sl & S3 sont faites de fils métalliques à structure 3 double qui présentent un système fin de circuit. La partie gauche 32, délimitée par la ligne S1, représente l'amplificateur détecteur et comporte les connexions de transport de signaux de l'amplificateur détecteur. Les extrémités de ces connexions, indiquées par les points sur la figure 3, sont raccordées aux connexions de l'élément de mémorisation 31 par des fils métalliques (qui ne sont pas représentés sur la figure 3, mais qui sont situés au-dessous de la ligne commune d'alimentation électrique S1). L'amplificateur détecteur détecte et amplifie l'information stockée dans l'élément de mémorisation. La partie 33, située entre les lignes Sâ et Sz, représente un circuit de commande du décodeur. Les connexions de la partie 33 du circuit d2 com=aTlde sont disposées au-dessous de la ligne commune Sl et des fils métalliques indiqués dans la région 31 de l'élément de mémorisation. Les connexions de la partie 33 du circuit d'alimentation sont reliées au drain des éléments de mémorisation des transistors MOS (non représentés) de la région 31 de mémorisation. La partie 34 située au-dessous de la ligne commune S2 représente le décodeur. Les connexions du décodeur passent au-dessous de la ligne commune S2 et sont reliées aux connexions de la partie 33 du circuit de commande, aux positions représentées par les points noirs du dessin.Les connexions de la partie 34 de décodeur sont également reliées au circuit logique des transistors MOS, qui ne sont pas représentés sur la figure 3, mais existent dans la partie 33. Le décodeur désigne et choisit une adresse de l'élément de mémorisation. La partie 35 indique une partie des connexions du circuit d'adressage de mots. La ligne commune d'alimentation électrique S1 correspond à l'alimentation électrique des circuits 31 à 33 de transport de signaux, alors que les lignes communes S2 et S3 correspondent la terre. Le circuit de transport de signaux peut comporter les circuits d'entrée et de sortie d'information, le circuit tampon et le circuit de verrouillage d'un dispositif mémorisateur, ainsi que le circuit logique du circuit intégré. Les fils métalliques de ces circuits se présentent sous la forme d'une couche métallique unique. On va maintenant expliquer, en liaison avec les figures 4 à 6, le procédé de connexion par enlèvement selon l'invention. Une couche 5 de photoresist est appliquée à la ligne commune 2 d'alimentation électrique, qui est faite d'aluminium déposé sur la couche 1 de Si02 ou sur un autre support. Bien que la ligne commune 2 du circuit destiné au passage d'un courant important soit seule représentée sur la figure 4, les fils d'aluminium des connexions de transport de signaux sont également recouverts par la couche 5 de photoresist. Il est préférable d'appliquer une couche épaisse de photoresist, d'une épaisseur comprise par exemple entre 0,7 et 5 microns. La couche masquante, par exemple la couche 5 de photoresist (figure 5), subit une exposition et un développement sélectifs afin que soit formée une ouverture SA qui laisse voir la surface moyenne supérieure de la ligne commune 2 laissant passer un courant important, mais non les deux bords périphériques de cette ligne commune 2. La couche 6 d'aluminium (figure 6) est déposée sous forme vapeur sur toute la surface de la couche 5 de photoresist et sur la ligne commune 2 mise à nue au niveau de la fenêtre SA. L'épaisseur préférée pour la couche d1aluminium est comprise 0,5 et 2 microns. La couche 6B d'aluminium qui est déposée sur la ligne commune 2 et la couche 6A d'aluminium qui est déposée sur la couche 5 de photoresist ne sont pas en contact au niveau de leurs extrémités.On enlève la couche 5 de photoresist de la couche 1 de SiO2 en faisant gonfler le photoresist ; ainsi, on retire la couche 6A d'aluminium en même temps que la couche 5 de photoresist. La couche 6B dtalu- minium reste sur la ligne commune 2 et peut être utilisée comme fil métal- lique supplémentaire du circuit commun d'alimentation intégralement déposé sur la ligne commune d'alimentation électrique. puisqu'il n'est appliqué aucune technique de décapage lors du dépôt du fil métallique supplémentaire 6B sur la ligne commune 2, la ligne 2 ne peut etre corrodée par l'agent de décapage. En liaison avec la figure 3, on va maintenant présenter des exemples exposant les propriétés physiques et électriques du circuit commun d'alimentation. Exemple 1 (exemple témoin). Les connexions de la région 3i de mémorisation et des parties 32 à 35, que l'on peut voir sur la figure 3, sont produites a partir de fils d'aluminium d'une épaisseur de 0,7 micron et d'une largeur de 1,5 micron. Un courant possédant une valeur moyenne Iave de 0,5 ampère et pouvant varier suivant la valeur dildt de 108 Ais peut passer dans les lignes communes d'alimentation électrique S1 à 53 Ces lignes communes à d S3 sont faites en fils d'aluminium d'une épaisseur de 0,7 micron et d'une largeur de 10 microns. Llauto-inductance L des fils d'aluminium vaut environ 2,6 x lO 9(H) pour 5 mm de fil d'aluminium.La force contreélectromotrice des connexions SI à S3 peut etre calculée d'après l'équation suivante La résistance R des fils d'aluminium des lignes communes Sl à S3 vaut approximativement 0,2 ohm pour 5 mm, de sorte que la chute de tension I x R vaut 50 millivolts. La densité de courant J présente dans les lignes communes SI à S3 est 3,5 x 106 A/cm2, lorsqu'un courant de 0,5 A passe dans les lignes communes d'alimentation électrique. Exemple 2 (invention) Les lignes communes d'alimentation électrique à 53 sont formées, suivant deux couches, des fils d'aluminium décrits ci-dessous. Pour la première couche, la largeur est de 10 microns et l'épaisseur de 1 micron, tandis que, pour 1 cm, la résistance vaut 0,27 ohm et l'auto-inductance 5,2 x l0##H. Pour la seconde couche, la largeur est de 6 microns et l'épaisseur de 1 micron, tandis que, pour 1 cm, la résistance vaut 0,45 ohm et l'auto-inductance 5,6 x lO H. La seconde couche repose entièrement sur la première. La résistance totale Rt de la première et de la seconde couche se calcule à l'aide de l'équation suivante : Rt = 0,27 x 0,45 = 0,17 ohm 0,27 + 0,45 L'inductance totale Lt de la première et de la seconde couche est estimée Lt = 4,5 x 10-9(H) L'exemple illustré ci-dessus montre que l'invention se révèle extrêmement efficace pour produire des connexions à travers lesquelles doit passer en permanence un important courant ou dans lequel les les variations de courant sont importantes. Ceci est dû au fait que la résistance et l'inductance, ainsi que les densités de courant sont diminuées par l'augmentation de la section droite des connexions. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications au dispositif et à son procédé de fabrication qui viennent autre décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à semi-conducteurs comprenant un substrat semi-conducteur sur lequel, sur des parties d'une de ses surfaces, sont formés des éléments de circuit, une pellicule isolante couvrant ladite surface et offrant des ouvertures qui laissent voir une partie desdits éléments de circuit, et des connexions formées sur la pellicule isolante, le dispositif étant caractérisé en ce que les connexions comprennent des connexions de transport de signaux qui relient entre eux les éléments de circuit et au moins une ligne commune d'alimentation électrique qui assure l'alimentation électrique des éléments de circuit, le circuit étant forme par lesdits éléments de circuit et les connexions, et en ce qu'un fil métallique supplémentaire est disposé de sorte qu'au moins une partie substantielle de celui-ci soit placée sur au moins une partie substantielle du fil métallique de la ligne commune dtalimentation électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fil métallique supplémentaire est plus étroit que la ligne commune d'alimentation électrique. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le fil métallique supplémentaire entier repose sur la ligne commune d'alimentation électrique. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque fil métallique des connexions de transport de signaux possède une largeur comprise entre 1 et sco microns et une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 microns, ladite ligne commune d'alimentation électrique possède une largeur comprise entre 1 et 500 microns et une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 microns, et ledit fil métallique supplémentaire possède une largeur comprise entre 0,5 et 480 microns et une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 microns. 5. Procédé de production d'un dispositif à semiconducteurs comprenant un substrat semi-conducteur sur lequel, sur des parties d'une de ses surfaces, sont formés des éléments de circuit, ledit procédé comprenant l'opération qui consiste à former des connexions présentant un systeme fin de circuit afin de produire des connexions de transport de signaux qui relient entre eux les éléments de circuit et au moins une ligne commune d'alimentation électrique qui assure l'alimentation électrique des éléments de circuit, et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à faire déposer un fil métallique supplémentaire de façon qu'au moins une partie substantielle de celui-ci soit placée sur au moins une partie substantielle de la ligne commune d'alimentation électrique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fil métallique supplémentaire est plus étroit que la ligne commune d'alimentation électrique. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le fil métallique supplémentaire n'est déposé que sur la ligne commune d'alimentation. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque fil métallique des connexions de circuit a une largeur comprise entre 1 et 500 microns et une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 microns, la ligne commune d'alimentation électrique a une largeur comprise entre 1 et 500 microns et une épaisseur comprise entre 0,5 et 2 microns, et le fil métallique supplémentaire a une largeur comprise entre 0,5 et 480 microns et une épaisseur comprise 0,5 et 2 microns. 9. Procédé de production d'un dispositif à semiconducteurs comprenant un substrat semi-conducteur sur lequel, sur des parties d'une de ses surfaces, sont formés des éléments de circuit, le procédé comprenant l'opération qui consiste à former des connexions présentant un système fin de circuit afin de produire des connexions de transport de signaux qui relient entre eux les éléments de circuit et au moins une ligne commune d'alimentation électrique qui assure l'alimentation électrique des éléments de circuits, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à appliquer une couche masquante sur la surface supérieure des connexions de transport de signaux et sur au moins une ligne commune de transport électrique, ainsi que sur un élément de support desdites connexions de transport de signaux et de ladite ligne commune d'alimentation électrique, à former une ouverture dans ladite couche masquante afin de faire apparaître la ligne commune d'alimentation, mais non pas les faces latérales de celle-ci > à faire déposer sur la couche masquante et sur la partie exposée de la ligne commune d'alimentation électrique une couche métallique d'une épaisseur inférieure à celle de la couche masquante, et à enlever la couche masquante en même temps que la couche métallique qu'elle porte. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque fil métallique des connexions de transport de signaux a une largeur de 1 à 100 microns et une épaisseur de 0,5 à 2 microns, la ligne commune d'alimentation électrique a une largeur de 1 à 500 microns et une épaisseur de 9J5 à 2 microns, et le fil métallique laissé sur la ligne commune d'alimentation électrique a une largeur de 0,5 a 480 microns et une épaisseur de 0,5 à 2 microns.