Brevet FR2509516A1 — publié le 19830114

PROCEDE DESTINE A ACCROITRE LA TENSION DE CLAQUAGE D'UN CONDENSATEUR INTEGRE ET CONDENSATEUR AINSI REALISE L'invention concerne un procédé destiné à accroître la tension de claquage d'un condensateur, réalisé de façon intégrée sur un substrat semi-conducteur, et comprenant une première couche métallique déposée sur au moins une partie du substrat semi-conducteur, une seconde couche diélectrique déposée sur ou réalisée à partir de ladite première couche métallique, et une troisième couche métallique recouvrant ladite seconde couche diélectrique, et s'étendant sur au moins une autre partie du substrat semi-conducteur Elle concerne éga- lement les condensateurs intégrés ainsi réalisés, et les circuits in- tégrés comportant au moins un tel condensateur. Les condensateurs intégrés sont bien connus de l'art antérieur, et sont réalisés notamment sous la forme d'un empilement de couches minces, du type conducteur-diélectrique-conducteur. En vue de la réalisation de condensateur à forte capacité, il est nécessaire de déposer une très fine couche de diélec- trique (inférieure à 1 000 9), entre deux couches métalliques formant les armatures dudit condensateur et de nombreux problèmes surviennent alors, notamment la difficulté de contrôler l'épaisseur de la couche diélectrique, ainsi que la chute de la tension de claquage, phénomène qui se produit plus particulièrement au voisinage des bords. L'invention vise à pallier les susdits inconvénients en proposant un nouveau procédé de réalisation de ces condensateurs. Le procédé selon l'invention est remarquable en ce que l'on dépose une première couche métallique sur au moins une partie d'un substiat seiiconducteur, l'n entêve une partie du substrat semi-conducteur en bordure de et sous ladite première couche métalli- que, puis en ce que l'on dépose ou réalise ladite seconde couche diélectrique de manière à ce qu'elle recouvre totalement la surface libre de ladite première couche métallique et enfin en ce que l'on dépose la troisième couche métallique, de manière à recouvrir ladite seconde couche diélectrique et à s'étendre sur-au moins une autre partie du substrat semi-conducteur, alors qu'on laisse un espace vide en bordure de et sous ladite première couche métallique. De cette manière, les deux couches métalliques sont éloignées, au voisinage du bord, d'une distance suffisante pour dimi- nuer dans-une large mesure les phénomènes de claquage. Le matériau semi-conducteur peut être en silicium, en un composé III-V et selon une variante de réalisation, il est en arséniure de gallium, composé qui est largement utilisé dans la réalisa- tion de composants hyperfréquences, du fait de ses très bonnes qualités intrinsèques. Selon une réalisation de l'invention, la première couche métallique est en aluminium, alors que la seconde couche diélec- trique est de l'alumine réalisée par anodisation superficielle de cette première couche métallique. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention et d'en apprécier sa portée. La figure 1 est une coupe d'un condensateur intégré selon l'art antérieur Les figures 2 à 5 sont des vues en coupe des diffé- rentes étapes du procédé selon la présente invention. Selon l'art antérieur, un condensateur intégré tel que représenté à la figure 1, comprend sur un substrat semi-conducteur 1, une première couche métallique 2, par exemple en tantale, en aluminium, une seconde couche diélectrique 3, par exemple de la silice Si O 2 obtenue par dépôt par vapeur chimique (en anglais CVD, pour "chemical vapor deposition") ou du nitrure de silicium Si 3 N 4, ob- tenu par dépôt par plasma à basse température, et enfin une troisième couche métallique 4 qui s'étend sur ces précédentes couches et déborde sur le substrat semi-conducteur 1, de façon à ménager une aire suffi- sante pour la prise de contact. Lorsque la couche diélectrique 3 est très fine par exemple d'une épaisseur inférieure à 1-000 R à la bordure de ladite première couche métallique, il se produit fréquemment des phénomènes de claquage pour des tensions de l'ordre de quelques volts, dus à la faible distance entre les deux armatures métalliques, au travers du substrat semi-conducteur. Une solution à ce problème consiste à étendre la seconde couche diélectrique 3, de façon à ce qu'elle déborde également sur le substrat semi-conducteur 1 Mais, cette-solution n'est pas toujours envisageable, notamment lorsque la seconde couche diélectrique n'est pas une couche déposée, mais une couche réalisée à partir de la pre- mière couche, par exemple par oxydation superficielle. Le procédé de réalisation de condensateurs intégrés, selon la présente invention consiste en la succession des étapes suivantes, illustrées par les figurés 2 à 5: Dans une première étape, telle que représentée à la figure 2, on dépose sur un substratsemi-conducteur 10, une première couche métallique 11, par exemple de l'aluminium (ou du tantale), selon un procédé classique, tel que l'évaporation sous vide, au tra- vers d'un masque, ou par sérigraphie d'une pâte à l'aluminium, ou tout autre procédé approprié. Dans une seconde étape, telle que représentée à la - figure 3, les mêmes éléments portant les mêmes références, on enlève une partie du substrat semi-conducteur 10, par exemple au moyen d'un bain d'attaque chimique, et l'on poursuit cette attaque sous la pre- mière couche métallique de façon à réaliser une sous-gravure sur une distance de l'ordre du micron Dans le cas d'un matériau semi-conduc- teur, tel que le Ga As, un bain d'attaque chimique tel que l'acide citrique dilué (et additionné d'eau oxygénée) convient parfaitement une sous-gravure de 1 pm est obtenue en une dizaine de minutes, et l'on arrête cette attaque en trempant plusieursfois le substrat dans de l'eau désionisée. Dans une troisième étape, telle que représentée à la figure 4, on dépose sur ou on réalise à partir de la première couche métallique 11, une seconde couche diélectrique 12, de manière à ce qu'elle recouvre totalement la surface libre de ladite première cou- che métallique 11. 2 2509516 De façon préférentielle,-ce recouvrement total est ob- tenu par anodisation superficielle de ladite première couche métalli- que 11 Ainsi, dans le cas d'une première couche en aluminium, celle- ci se transforme superficiellement en alumine, par anodisation par voie humide, selon un procédé bien connu, qui consiste à immerger ladite couche à recouvrir dans un électrolyte (eau + acide tartrique, par exemple), et à faire circuler un courant entre une électrode de platine, faisant office de cathode, et ladite couche d'aluminium, faisant office d'anode En quelques minutes, suivant la densité du courant, on peut obtenir une couche d'alumine de plusieurs centaines d'Angstroms, et l'application d'une différence de potentiel constante, pendant quelques dizaines de minutes permet de densifier cette couche, de façon à la rendre plus conforme, en vue de l'utilisation projetée. Dans une quatrième et dernière étape, telle que repré- sentée à la figure 5, on dépose une troisième couche métallique 13, de. telle manière qu'elle recouvre ladite seconde couche diélectrique 12, et qu'elle s'étende sur une autre partie du substrat semi-conduc- teur, de manière à réaliser une aire de contact, ou à assurer l'inter- connexion avec d'autres éléments réalisés sur le substrat semi-conduc- teur 10, ou en relation avec. Cette troisième couche métallique 13 peut être indiffé- remment en toute sorte de matériau bon conducteur de l'électricité, tel que le titane, l'or, - Le dépôt de cette couche peut avoir lieu par tous moyens tels que l'évaporation sous vide, la sérigraphie, la pulvérisation réactive,moyenspropres à assurer la permanence d'un coin d'air, non recouvert 14; un telcoin d'air 14 permet d'assurer un écartement convenable entre les deux couches métalliques 12 et 13, formant les armatures du condensateur, de telle sorte que le trajet électrique au travers du substrat semiconducteur soit suffisamment important pour que la tension de claquage s'élève à des valeurs-convenables, supérieures à 10 volts, eu égard aux capacités obtenues, de l'ordre de 2 000 pf/mm En outre, les mesures hyperfréquences menées par la - Demanderesse, sur les condensateurs ainsi réalisés, ont mis en éviden- ce une très faible variation de la capacité avec la fréquence, jus qu'à des valeurs aussi élevées que 12 G Hz, alors que les pertes étaient largement inférieures à 0 1 d B. Il est bien évident pour l'homme de l'art que de nom- breuses variantes peuvent être imaginées, sans pour cela faire oeuvre d'esprit, et donc sortir du cadre de la présente invention, tel que défini par les revendications ci-après annexées. 2 509516 REVENDICATIONS Procédé destiné à accroître la tension de claquage d'un condensateur, réalisé de façon intégrée sur un substrat semi- conducteur, et comprenant une première couche métallique déposée sur au moins une partie du substrat semi-conducteur, une seconde cou- che diélectrique déposée sur ou réalisée à partir de ladite première couche métallique, et une troisième couche métallique recouvrant ladite seconde couche diélectrique, et s'étendant sur au moins une autre partie du substrat semi-conducteur caractérisé en ce que l'on dépose une première couche métallique sur au moins une partie d'un substrat semiconducteur, l'on enlève une partie du substrat semi- conducteur en bordure de et sous ladite première couche métallique, puis en ce que l'on dépose ou réalise ladite seconde couche diélectri- que de manière à ce qu'elle recouvre totalement la surface libre de ladite première couche métallique et enfin en ce que l'on dépose la troisième couche métallique, de manière à recouvrir ladite seconde couche diélectrique et à s'étendre sur-au moins une autre partie du substrat semi-conducteur, alors qu'on laisse un espace vide en bordu- re de et sous ladite première couche métallique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur-est en arséniure de gallium. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première couche métallique est en aluminium. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite seconde couche diélectrique est de l'alumine, réalisée par anodisation superficielle de ladite première couche métallique en aluminium. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé eazce L-que l'on enlève une partie du substrat semi-conducteur, en bordure de et sous ladite première couche métallique, au moyen d'un bain d'attaque chimique. 6 Procédé selon la revendication 5, en ce qu'elle se rattache à la revendication 2, caractérisé en ce que le bain d'attaque chimique est de l'acide citrique. 7 Condensateur intégré sur un substrat semi-conducteur du type comprenant une première couche métallique déposée sur au moins une,partie du substrat semi-conducteur, une seconde couche diélectrique déposée sur ou réalisée à partir de ladite première couche métallique, et une troisième couche métallique recouvrant ladite seconde couche diélectrique, et s'étendant s ur au moins une autre partie du substrat semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il est obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendi- cations 1 à 6. 8 Circuit intégré, comprenant au moins un condensateur selon la revendication 7.