Brevet FR2393840A1 — publié le 19790105

L'invention concerne une solution de gravure chimique destinée à attaquer le diélectrique de protection des métallisations de raccordement entre circuits internes d'un dispositif semiconduc teur. Une telle gravure est nécessaire, au stade de la finition du dispositif, pour mettre à nu une portion de la métallisation et constituer ainsi un plot de raccordement aux connexions externe du dispositif. I1 existe une difficulté particulière à ce stade de fabrica tion, lorsaue la métallisation à mettre à nu, constituée d'une m;inte bande d'aluminium ou alliage à base d'aluminium (Al Si, AI Cu, AI Si Ou etc...), coexiste avec des régions telles que la face arrière du dispositif et les chemins de découpage entre dispositifs unitaires, ou tout autre point comportant du silicium non protégé. On constate une corrosion de la métallisation mise a nu--par la solution de gravure de la silice ou du silicate (phosphosilicate, borosilicate) qui protège ladite métallisation. L'aluminium du plot de contact externe prend alors une -coloration "brun-noir" et des cratères de corrosion sont visibles au microscope. Cette corrosion s'explique par la superposition, au cours de l'opération de gravure, de deux phénomènes concomitants - l'injection d'un premier courent électrique par effet de pile galvanique entre aluminium et silicium, la solution de gravure jouant le rôle d'électrolyte ; - l'injection d'un second courant électrique par des éléments de photodiodes exIstant dans le dispositif à la jonction de régions semiconductrices dopées suivant des types de conductivité opposés. On pourrait éviter cette corrosion au prix d'un masquage supplémentaire du silicium et d'autres précautions telles que le travail dans l'obscurité. Toutefois de telles dispositions augmentent le coût de fabrication des dispositifs semiconducteurs. L'invention permet de remédier à cet inconvénient et simplifie les opérations de fabrication en fournissant une solution de gravure capable d'attaquer la silice et les silicates sans provoquer la corrosion de l'aluminium, meme dans les conditions les plus défavorables. La solution de gravure selon l'invention contiens un complexant, corps capable de bloquer les ions métalliques provenant des métallisation à base d'aluminium du dispositif semiconducteur en engageant ces ions dans une combinaison inattquable par les autres agents chimiques de la solution, sans inhiber l'action de ces agents sur le dielectrique de protection des métallisations. Elle est caractérisée par la composition suivante indiquant les poids des constituants pour 100 grammes de solution - acide fluorhydrique : l S 5 g ; - fluorure d'ammonium : 10 à 40 g ; - eau pure : 40 à 80 g ; - complexant : 10 à 30 grammes d'une substance répondant S la formule chimique dans laquelle n est un entier de 2. à 8 et R representé le radical acétique - C H2 - C 0 0 H. Cette substance estunacide hydroxyethyl-éthylène diamine triacétique. Des exemples de com#positions permettant d'obtenir une solution de gravure particulièrement efficace sont donnés ciaprès.: L'invention sera mieux comprise au moyen de la description qui suit en se reportant notamment à la figure unique représentant schématiquement, en coupe transversale, une portion de-dispositif semiconducteur à l'issue de l'opération de gravure par une solution conforme à l'invention. Le dispositif représenté (figure unique) comporte - un substrat l de silicium dopé N - deux régions Il et l2, dopées P+ incluses dans le substrat, destinées a constituer la source et le drain d'un transistor de type MOS (métal-oxyde-semiconducteur) doté d'une grille 13 de silicium polycristallin déposé sur une mince couche de silice ; - une région 14 dopée P+ séparant la région N,ou est implanté le transistor MOS, du reste du substrat ; cette région d'-axe AA constitue un chemin de découpe du transistor MOS - une couche de- silice 2 comportant une fenêtre d'axe BB et~laissant à nu le chemin de découpe ; - une métallisation de drain 16 débordant sur un côté de la fenêtre d'axe BB ; - une couche de silice 3 comportant deux fenêtres mettant à nu une partie de la source 11 et de la métallisation 16 ; - une métallisation 15 en aluminium destiné à raccorder la source à une connexion externe en un point situé en dehors de la coupe de la figure unique - une métallisation 17 en aluminium destinée à raccorder le drain à une connexion externe en un point situé dans le plan de coupe (plot 20) ; - une couche 4 de phosphosilicate protégeant les métallisations 15 et 17 ; c'est précisément la couche à graver pour obtenir le plot 20 ; un masque 5 de résine utilisé pour l'ouverture d'une fenêtre 18 mettant à nu le plot 20. L'ensemble du dispositif baigne dans la solution de gravure, symboliquement figurée par un chemin de bouclage électrolytique 19 (trait interrompu). Des flèches 21 et 22 symbolisent les injections de courant aux jonctions de photodiodes situées entre les régions P+ (12 et 14) et le substrat 1 dopé N. Dans le cas général, les ions Al3+ seraient mobilisés par l'effet de pile entre les métallisations 15 (en un point situé hors du plan de coupe), 13 (en un point situé hors du plan de coupe), 20 et le silicium de la région 14 ; il y aurait donc corrosion de. l'aluminium. Dans le cas de l'invention, les ions Al3+ mobilisés sont inhibés par la solution de gravure. On a notamment constaté une parfaite mise à nu des plots de contacts sans aucune corrosion, dans le cas des exemples ci-après Premier exemple : Les poids et les pourcentages massiques des constituants sont les suivants - Eau 100 g soit 45,5 % - Acide (HF) : 4,8 g soit 2,2 % - Fluorure (NH4F) : 60 g soit 27,3 % - Complexant de formule (1) : 55 g soit 25 % Deuxième exemple :Les poids et les pourcentages massiques des constituants sont les suivants - Eau : 2764 g soit 54,2 % - Acide (HF) : 196 g soit 3,8 % - Fluorure (NH#F) : 1040 g soit 20,4 % - Complexant de formule (1) : 1100 g soit 21,6 % On reste dans le domaine de la composition optimale en prenant les poids de constituants ci-apres, pour 100 grammes de solution - Eau : 49 g - 10 g - Acide : 4,3 - 1 g - Fluorure : 23,8 + 7 g - Complexant : 22,9 + 4 g L'invention est applicable aux dispositifs semiconducteurs isolés du type bipolaire et à effet--de champ, ainsi qu'aux circuits intégres, notamment à ceux du type MOS. Parmi les avantages de l'invention, on peut noter en outre, pour certains dispositifs (présentant un état d'oxydation super ficelle de l'aluminium non constant) une attaque de l'aluminium au moment ou il entre en contact avec la solution, cette attaque étant totalement inhibée en moins de quinze secondes. Un tel dispositif laissé 5 mn dans la solution, puis plongé dans l'eau de rinçage présente à nouveau, une attaque rapidement arrêtée. L'épaisseur totale d'aluminium enlevée, au cours d'un tel essai est inférieure a 500 A. L'utilisation de la solution selon l'invention permet donc de staffranchir, au niveau de la gravure, desproblèmes liés a une dispersion importante d'epaisseur de métallisation dans un lot de substrats. REVENDICATIONS 1. Solution de gravure des ouvertures de contacts externes pour dispositifs semiconducteurs, contenant des agents chimiques capables d'attaquer un diélectrique de protection des métallisations à base d'aluminium d'un dispositif semiconducteur, caractérisée en - ce qu'eIle contient en outre un complexant capable d'empêcher la corrosion desdites métallisations au cours de l'opération de gravure. 2.-Solution de gravure suivant la revendication 1, carac térisée en ce que ledit complexant est un acide hydroxy-éthyl éthylène-diamine-triacétique. 3. Solution de gravure suivant la revendication 2, carac térisée par la composition suivante indiquant les poids des constituants pour 100 grammes de solution Acide fluorhydrique : 1 à 5 g Fluorure d'ammonium : 10 à 40 g ; Eau pure : 40 à 80 g ; Complexant : 10 à 30 grammes d'une substance répondant à la formule chimique dans laquelle n est un entier de 2 à 8 et R représente le radical acétique -C0OH 4. Solution de gravure suivant la revendication 3, caractérisée en ce que sa composition est la suivante (pour 100g) : Eau : 49 g + 10 g -Acide : 4,3 g + 1 g Fluorure : 23,8 g + 7 g Complexant : 22,9 g + 4 g. 5. Solution de gravure suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les pourcentages massiques des constituants sont ; Eau e 45,5 % Acide : 2,2 % Fluorure ; 27,3 % Complexant ; 25 % 6. Solution de gravure suivant la revendication 3, -carac- térisée en ce que les pourcentages massiques des constituants sont Eau : 54,2 % Acide : 3,8 % Fluorure : 20,4 % Complexant : 21,6-%.