Brevet FR2477772A1 — publié le 19810911

L'invention concerne le domaine technologique de la fabrication des semi- conducteurs, et elle a trait plus particulièrement à un procédé pour faire adhérer une couche de passivation sur une zone de métallisation à l'or d'un semi-conducteur. Il est fondamental, pour la fabrication de semi- conducteurs, qu'une couche de passivation puisse être déposée sur la surface du dispositif achevé afin de le protéger contre les impuretés, l'humidité ou des particules risquant d'affecter le fonctionnement de ce dispositif. De plus, la couche de passivation est utilisée pour contrôler les états de la surface du semi-conducteur afin d'assurer un comporte- ment uniforme du dispositif. La couche de passivation est en général constituée d'un oxyde du semi-conducteur, par exemple SiO2 et A1203. Cependant, d'autres matériaux tels que Si3N4 sont également utilisés. Il est également bien connu, dans le domaine technologique de la fabrication des semi-conducteurs en circuits intégrés, que l'or présente de nombreuses caractéris- tiques électriques souhaitables lui permettant de convenir pour la réalisation d'une zone de métallisation. Par exemple, l'or présente une faible résistance électrique, ce qui favorise la transmission de densités de courant élevées à travers une mince couche d'or. Cependant, l'or n'adhère pas bien au bioxyde de silicium ou à d'autres matériaux de passivation, ce qui le rend difficile à utiliser directement au premier niveau de contacts métalliques dans des semi- conducteurs, en particulier dans des zones de métallisation. Malgré tout, l'or est utilisé pour la production de dispositifs à circuits intégrés. Dans des circuits à intégration à grande échelle, la structure des circuits intégrés demande plusieurs couches de métallisation. Pour qu'une métallisation à plusieurs couches soit efficace lorsqu'on utilise de l'or, il faut former une couche de passivation, par exemple en verre, entre les couches d'or. Ceci a posé un certain nombre de problèmes comprenant la séparation de deux ou plusieurs couches d'or. On pense que ceci est dû à l'absence d'une adhérence satisfaisante de la couche de passivation sur l'or. Le fait que la couche de passivation n'adhère pas de manière satisfaisante à l'or provoque un pelage ou un décollement de cette couche de passivation, ce qui entraîne une défaillance du dispositif. Ce problème est particulièrement grave lorsque de grandes surfaces d'or doivent être rendues passives. Par suite de ce manque d'adhérence, la couche de passivation appliquée sur la zone de métallisation à l'or est également sujette aux fissures ou fractures superficielles, entraînant également une défaillance du dispositif. Un autre problème concerne la liaison de conducteurs de contact à la métallisation à l'or appliquée sur la pastille semi-conductrice. En général, la couche de passivation est appliquée sur toute la surface du semi- conducteur, y compris les zones de métallisation à l'or. Ensuite, pour relier électriquement des conducteurs aux contacts de la métallisation à l'or, on enlève une quantité suffisante de la couche de passivation recouvrant les zones dorées pour permettre la réalisation d'une liaison. Ce procédé de réalisation d'un contact avec les zones dorées est employé principalement dans la technologie des circuits à intégration à grande échelle o plusieurs couches d'or peuvent être déposées sur une pastille semi-conductrice. L'élimination de la couche de passivation recouvrant la zone de métallisation à l'or s'effectue généralement par un procédé de masquage et de gravure au mouillé qui élimine sélectivement la matière de passivation de certaines zones souhaitées. Un problème posé par ce procédé est que, lorsqu'une couche de passivation n'adhère pas bien à l'or, l'opération de gravure ou de décapage au mouillé, en plus d'enlever la couche de passivation, tend également à enlever une certaine partie de la matière de passivation se trouvant le long de l'interface de l'or et de cette matière de passivation. Il en résulte un "affouillement" de la matière de passivation. Cet affouillement peut avoir pour résultat de séparer la couche de passivation de la couche d'or sous- jacente, ce qui détruit la fiabilité du dispositif ou le rend inopérant. 3 2477772 Connaissant le problème posé par la mauvaise adhérence de l'or aux couches de passivation, mais reconnais- sant les avantages présentés par l'utilisation de l'or, on a conçu un certain nombre de techniques de liaison. Un procédé antérieur destiné à faire adhérer de l'or à une couche isolante est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 832 230. Dans ce procédé, une pellicule de métal, par exemple du tantale, du zirconium, du niobium ou de l'hafnium, est déposée sur une zone de contact dorée. La pellicule de métal est ensuite chauffée en atmosphère oxydante pour former un oxyde. Une couche de verre est déposée sur la couche d'oxyde métallique. Le verre adhère à l'oxyde qui, lui-même, adhère à l'or. Ce procédé est relativement efficace pour empêcher la fissuration ou la séparation entre la couche de passivation et les zones d'or sous-jacentes. Cependant, il nécessite de porter le dispositif en atmosphère oxydante à des températures risquant d'endommager certains types de transistors de puissance. Par exemple, la réaction entre le tantale et une atmosphère oxydante n'a lieu qu'à des températures élevées. En l'absence de ce traitement d'oxydation du tantale (ou des autres métaux mentionnés précédemment), la présence du métal entre les contacts de métallisation à l'or sur la surface du semi- conducteur provoque un court-circuit de ces contacts, ce qui entraîne une défaillance du dispositif. Par conséquent, outre le chauffage, tout métal non oxydé résiduel doit être éliminé par une technique de masquage photographique, ce qui peut accroître sensiblement le coût de fabrication. Une autre difficulté résultant de ce procédé est que le métal réactif tend normalement à diffuser dans l'or. Cette diffusion du métal dans l'or tend à réduire la conductivité de ce dernier et à éliminer ainsi l'un des avantages pour lesquels l'or est préféré. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 717 563 décrit un procédé conçu pour résoudre le problème de la passivation sur l'or en-utilisant du tantale bêta plutôt que du tantale à réseau cubique centré. Lorsqu'on utilise du tantale bêta pour former une stratification avec la couche de contact d'or, des améliorations sont supposées être obtenues. Cependant, ce procédé n'élimine pas la nécessité de chauffer le dispositif et exige la formation de plusieurs couches. L'invention a donc pour objet un procédé -pour faire adhérer de l'or à une couche de passivation sans nécessiter le chauffage de l'ensemble du dispositif. Le procédé selon l'invention parvient à ce but et atteint d'autres objectifs, et il apporte donc un perfectionnement aux techniques de fabrication des semi-conducteurs. Le procédé selon l'invention demande la formation, sur un semi-conducteur, de zones de contact préalablement définies, comprenant une métallisation à l'or. En général, ces zones dorées sont formées par la liaison de l'or, à l'aide de réserves photographiques, sur des surfaces auxquelles des conducteurs ou d'autres contacts électriques doivent être fixés. Ensuite, un métal qui réagit avec l'or, par exemple de l'aluminium, est déposé par des techniques de pulvérisation ou autres, directement sur la surface du dispositif afin de recouvrir les zones de contact dorées. On laisse réagir l'aluminium avec les contacts d'or à nu. Le semi-conducteur est ensuite soumis à une attaque chimique qui élimine l'aluminium n'ayant pas réagi avec l'or. On laisse cette opération se dérouler jusqu'à ce que l'aluminium n'ayant pas réagi soit totalement éliminé et que l'or ayant réagi avec l'aluminium soit mis à nu. Une couche de passivation, par exemple de SiO2 ou autre, est ensuite déposée sur les contacts de métallisation or/aluminium. La couche de passivation adhère fortement sur les contacts d'or/aluminium, ce qui assure la fiabilité du dispositif. La couche de passivation peut être éliminée sélectivement par la mise en oeuvre de techniques bien connues de masquage par réserve photographique et attaque chimique, dans la zone située au-dessus des contacts d'or/aluminium ou dans la zone des contacts d'or n'ayant pas réagi, ce qui permet de fixer des connexions électriques à ces contacts. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: 2477772 la figure 1 est une coupe transversale d'un semi- conducteur comportant plusieurs zones de contact en or; la figure 2 est une coupe transversale d'un semi- conducteur, montrant l'application d'un métal sur les zones d'or; la figure 3 est une coupe transversale d'un semi- conducteur, montrant l'élimination du métal n'ayant pas réagi ainsi que les parties des zones d'or qui ont réagi avec le métal; et la figure 4 est une coupe transversale d'un semi- conducteur, montrant l'application d'une couche supérieure de passivation, ainsi que la formation d'ouvertures dans la couche de passivation afin de mettre à nu des zones particulières de contact en or. Les figures, et plus particulièrement la figure 1, représentent un substrat 4 en matière semi-conductrice, par exemple en silicium ayant une conductivité du type N. Le substrat 4 peut assumer la fonction d'un collecteur de transistor, ainsi qu'il est bien connu dans l'art antérieur. Une région 3 du type P est formée dans le substrat 4 par diffusion, de manière bien connue, au moyen d'une ouverture ménagée dans une couche 1 en matière de passivation, par exemple en bioxyde de silicium. La région 3 assume la fonction de la base du transistor. Après qu'une nouvelle oxydation a été effectuée pour refermer les ouvertures utilisées pour la diffusion dans la région 3 du type P, une région 2 de type N+ est formée dans la région 3 par diffusion de manière bien connue dans une autre ouverture ménagée dans la couche 1. La région 2 peut assumer la fonction de l'émetteur du transistor. Le procédé de formation des régions 2 et 3, ainsi que la formation de la couche 1, ne seront pas décrits plus en détail dans le présent mémoire, car ils sont bien connus de l'homme de l'art. Dans des techniques classiques de fabrication de semi-conducteurs, après que la région 2 a été formée, des ouvertures 10 et 11 sont formées dans la couche 1 afin de mettre à nu des zones choisies des régions 2 et 3, respectivement. Des zones 5 de contact sont ensuite formées par métallisation à l'or, dans ces ouvertures, par exemple par la mise en oeuvre d'une technique de pulvérisation ou autre. Pour former les contacts par métallisation d'or dans le procédé préféré de l'invention, une réserve photo- graphique 6 est déposée sur les zones dorées 5 de contact. Seules les surfaces des zones 5 de contact accessibles à travers la couche de passivation, comme décrit ci-après, sont de préférence masquées par la réserve photographique 6, au moyen de techniques connues de masquage par réserves photo- graphiques. Comme montré sur la figure 2, on dépose sur toute la surface de la couche 1, y compris les zones dorées 5 de contact et la couche 6, une couche 7 de métal, par exemple d'aluminium, de titane, de zirconium, de chrome ou de molybdène, réagissant avec l'or. La couche de métal réactif est déposée par la mise en oeuvre de techniques de pulvérisation à courant continu ou autres. La couche 7 de métal réactif est déposée par pulvérisation sur une épaisseur suffisante sur les zones dorées 5 de contact de manière que le métal réagisse avec l'or en formant une interface 8 entre l'or et le métal réactif. Dans les parties des zones dorées 5 de contact recouvertes de la réserve photographique 6, aucune réaction ne se produit entre l'or et la couche métallique 7. Ensuite, la couche 7 de métal réactif est éliminée sélectivement (figure 3) par une attaque chimique qui n'affecte&pas les zones dorées 5 de contact. De plus, le masque photographique 6 est également éliminé en laissant derrière lui les contacts dorés 5 qui présentent des zones choisies dans lesquelles aucune réaction n'a lieu avec le métal 7. Une couche 9 de passivation (figure 4) peut à présent être appliquée en adhérant excellemment aux contacts dorés 5. L'accroissement des qualités d'adhérence semble être dû au fait que la matière de passivation se lie plus aisément aux zones interfaciales 8 d'or et de métal réactif. Après l'application de la couche 9, plusieurs ouvertures 12 peuvent être réalisées par la mise en oeuvre de 7 2477772 techniques bien connues de masquage et d'application de réserves photographiques, afin d'éliminer la matière 9 de passivation recouvrant certaines zones dorées choisies 5 de contact. L'un des avantages du procédé décrit ci-dessus est qu'il est inutile d'éliminer la matière assurant l'adhérence d'entre les contacts au moyen d'un procédé photo- graphique, comme c'est le cas dans l'art antérieur. En outre, L'adhérence, réalisée dans les zones de contact entre l'or et la matière de passivation, n'est pas indispensable, car la matière de passivation est éliminée pour mettre à nu les zones dorées de contact à travers les ouvertures 12. Un autre avantage du procédé selon l'invention est qu'il permet d'appliquer un métal réactif sur l'or et qu'il permet également une élimination sélective du métal n'ayant pas réagi, sans faire appel à des techniques d'application très précises de réserves photographiques. Le procédé selon l'invention favorise également une excellente adhérence de la matière de passivation sur de grandes surfaces d'or aussi bien que sur des surfaces dorées extrêmement petites. De plus, il entraîne un accroissement de l'intervalle moyen entre défaillances par suite de l'excellente adhérence de la couche de passivation, même dans les cas o la couche d'or commence à fondre. Cette excellente adhérence inhibe considérablement la migration du métal. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 8 2477772 REVENDICATIONS 1. Procédé pour faire adhérer une couche de passivation sur des zones dorées d'un semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un dispositif semi-conducteur (4) sur lequel au moins une zone dorée (5) est formée, à déposer sélectivement une couche (7) d'un métal, réagissant avec la zone dorée, sur cette zone afin de former une interface (8) entre l'or et le métal réactif, à faire réagir l'or avec le-métal à ladite interface, à enlever toute partie du métal n'ayant pas réagi afin de mettre à nu l'interface de réaction, et à déposer une couche (9) de passivation sur l'interface de réaction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à éliminer sélectivement une partie de la couche de passivation afin de mettre à nu une zone d'or (12) dans laquelle aucune réaction avec le métal n'a eu lieu. 3. Procédé pour faire adhérer une couche de passivation sur des zones dorées d'un semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un dispositif semi-conducteur (4) sur lequel au moins une zone dorée (5) est formée, à appliquer un masque (6) sur des parties choisies de cette zone dorée (5), à déposer une couche (7) de métal qui réagit avec l'or sur le masque et sur ladite zone dorée, à faire réagir le métal avec les surfaces de la zone dorée qui ne sont pas recouvertes par le masque, à éliminer le masque et toute partie de la couche de métal n'ayant pas réagi, à déposer une couche (9) de passivation sur la zone dorée de manière que cette couche adhère fortement à la partie de la zone dorée ayant réagi, et à enlever la partie de la couche de passivation recouvrant les parties, précédem- ment masquées, de ladite zone dorée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le métal réactif est choisi parmi Al, Ti, Zr, Cr et Mb. 5. Procédé pour faire adhérer une couche de passivation à des zones dorées d'un semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un dispositif 9 2477772 semi-conducteur (4) sur lequel plusieurs zones dorées (5) sont formées, à appliquer sur dés parties choisies des zones dorées une matière (6) de masquage pouvant être retirée, à déposer une couche (7) de métal qui réagit avec l'or desdites zones dorées afin de former des interfaces (8) entre l'or et le métal réactif, ledit métal réactif étant choisi parmi Al, Ti, Zr, Cr et Mb, à faire réagir l'or avec ledit métal auxdites interfaces, à enlever tout métal restant et la matière de masquage afin de mettre à nu les interfaces de réaction et les zones dorées (12) initialement recouvertes par la matière de masquage et dans lesquelles aucune réaction avec le métal n'a eu lieu, à déposer une couche (9) de passivation sur les zones d'interface de réaction mises à nu et les zones dorées mises à nu, et à éliminer sélectivement une partie de ladite couche de passivation afin de mettre à nu lesdites zones dorées dans lesquelles aucune réaction n'a eu lieu.