Brevet FR2588120A1 — publié le 19870403

PROCEDE ET APPAREIL CORRESPONDANT POUR ETABLIR DES CONTACTS DE TYPE OHMIQUE ENTRE UN METAL ET UN SEMICONDUCTEUR La présente invention concerne un procédé et un ap- pareil correspondant perfectionnés pour établir des con- tacts ohmiques entre des métaux et des semiconducteurs, en particulier du silicium dopé en impuretés de type p ou n. Dans la fabrication de tout circuit intégré, comme dans la fabrication de tout dispositif à semiconducteurs, selon les techniques les plus différentes employées pour réaliser de tels dispositifs, par exemple par le procédé de la jonction par croissance, de la jonction par dif- fusion d'alliage, par la technique planar, par la tech- nique Planox (une marque commerciale déposée de la société SGS Microelettronica S,p.A. - Italie) etc., il est nécessaire de former des contacts de type ohmique entre le matériau semiconducteur, par exemple du silicium dopé en impuretés p ou n, et le matériau métallique uti- lisé pour créer, par exemple, les interconnexions requises sur le côté "antérieur" du circuit intégré ou pour le raccordement au support sur "l'arrière" de celui-ci. Le matériau métallique utilisé peut être de natures différentes, l'aluminium, le tungstène, le platine, les alliages de ceux-ci, les nitrures, les siliciures et le silicium polycristallin fortement dopé sont des exemples de matériaux appropriés utilisés dans l'industrie. Ce type de contact qui est formé entre le matériau à conduction métallique et le matériau semiconducteur doit présenter une caractéristique courant-tension sensiblement linéaire et symétrique au voisinage de l'origine (contact ohmique), c'est-à-dire qu'il ne doit pas provoquer de phénomènes de "redressement" du courant ni de non-linéarités sensibles au moins dans une certaine partie (intensité prévisible maximale du courant de fonc- tionnement) de la caractéristique au voisinage de l'origine des axes dans les conditions prévisibles de fonctionne- ment (température, rayonnements, etc.) du dispositif. En outre, la résistance de contact doit être la plus faible possible pour des raisons évidentes de dissipation de puissance, de temps de commutation, etc. Communément, selon les techniques modernes connues, dans le procédé pour former de tels contacts sur des tranches sur lesquelles on a déjà effectué les diffusions néces- saires et,après avoir reformé la couche isolante super- ficielle en oxyde ou en composé diélectrique équivalentes, on a appliqué une nouvelle couche de photoresist et on a formé à travers elle les "fenêtres" requises à l'aide des techniques connues de photolithographie pour le mas- quage, il est envisagé que l'enlèvement de la couche de matière diélectrique, communément en oxyde (p.ex. SiO2), en cor- respondance avec les fenêtres formées dans la couche de photoresist jusqu'à la mise à nu du semiconducteur (p.ex. du silicium dopé), se-déroule dans des conditions sensi- blement anisotropes, ou de toute manière dans des condi- tions contr8ôlées, afin d'assurer une bonne définition des dimensions des surfaces sur lesquelles sera formé le contact ohmique. Une technique établie consiste donc à réaliser l'en- lèvement de l'oxyde ou de la matière diélectrique équi- valente, en regard des ouvertures formées préalablement dans la matière de masquage au moyen d'une technique connue sous le nom d'Attaque par Ions Réactifs (en abrégé AIR), c'est-à-dire au moyen d'une attaque de l'oxyde dans un plasma avec des ions réactifs (radicaux), habituelle- ment F, activés par le bombardement auquel est soumise la surface de l'oxyde par une partie des ions accélérés grâce à un champ électrique à haute fréquence appliqué entre une électrode servant de support pour les tranches et une contre-électrode de plus grandes dimensions qui, habituellement, enveloppe complètement la première élec- trode. L'anisotropie recherchée de l'attaque chimique de l'oxyde est déterminée par la directivité du bombardement effectué par une partie des ions qui, nécessairement, se produit perpendiculairement à la surface de la tranche à travers l'ouverture de la fenêtre et le processus se poursuit jusqu'à la mise à nu du semiconducteur monocris- tallin présent au-dessous. D'après un tel procédé de définition des zones, les tranches sont introduites dans l'appareil de métallisa- tion qui s'effectue ordinairement par une technique de pulvérisation. Selon une telle technique, des atomes du métal choisi, libérés par la surface du métal solide bombardé par des ions d'un gaz inerte accélérés dans un champ électrique à haute fréquence, se déposent globale- ment sur toutes les surfaces de la chambre en couvrant les tranches d'une couche mince et extrêmement uniforme. On sait aussi poursuivre après cela par un traitement thermique des tranches métallisées à une température et pendant une durée suffisantes pour favoriser la formation d'un alliage métallurgique entre le métal déposé et le matériau semiconducteur monocristallin en regard des zones de contact. Dans les contacts formés de cette manière, sans autres moyens spéciaux, la résistance de contact se trouve ainsi fortement influencée par l'état de la surface du i- monocristal de semiconducteur (par exemple du silicium). La présence de résidus d'oxyde de silicium après l'at- taque effectuée pour enlever la couche d'oxyde des zones destinées aux contacts, et/ou la ré-oxydation successive de la surface du silicium en contact avec l'atmosphère sur une profondeur ou une épaisseur qui, à la température ambiante, peut facilement atteindre environ 5 nm, la présence à la surface du semiconducteur d'une pellicule de matière polymère formée pendant l'attaque par des groupes CxFy ou éventuellement CxHyFz, "l'implantation" d'atomes d'hydrogène dans la structure cristalline du silicium sont quelques-uns des facteurs qui créent une résistance de contact relativement grande. En outre, la résistance de contact est influencée de manière décisive par l'état du réseau cristallin du silicium près de la surface de contact avec la couche de métallisation. L'opération d'enlèvement de la couche de diélectrique, normalement du SiO2, comme indiqué plus haut, s'effectue presque exclusivement par des méthodes qui envisagent le bombardement par des ions fortement accélérés par un champ électrique à haute fréquence jusqu'à ce qu'ils at- teignent des énergies cinétiques situées dans une gamme allant d'environ 100 eV à environ 5 KeV. Le cristal de silicium proche de la surface est sensiblement endommagé par ce traitement par bombardement et les détériorations sont mises en évidence par la formation de dislocations, de défauts de réseau et autres sites actifs à l'intérieur du réseau cristallin près de la surface soumise au bombardement, ce fait tendant à ac- croître la résistance de contact. En outre, au moment de l'exposition à l'atmosphère, il se forme rapidement sur la surface du silicium ainsi mise à nu une mince couche d'oxyde qui peut atteindre une épaisseur d'environ 5 nm; l'oxydation étant très favorisée, sur la surface, par la présence dans le monocristal de silicium des défauts induits par le traitement AIR précédent. Dans leébut de réduire la résistance de contact provoquée par les divers phénomènes de contamination de la surface du silicium mise à nu, il a été proposé de procéder à l'élimination des impuretés telles que la pellicule finale d'oxyde due à la re-oxydation dans l'air et/ou de la matière polymère, en soumettant les tranches à un bref traitement d'attaque par pulvérisation au moyen d'un bombardement par ions non réactifs, ordi- nairement des ions Argon (Ar+), à l'intérieur même de la chambre pour le dép8t de métal, avant de procéder au dépôt par pulvérisation du métal. Bien que cette technique permette d'assurer une absence presque totale d'oxyde ou autres contaminants à la surface de contact entre le semiconducteur et la couche de métallisation, elle apporte par ailleurs d'autres dété- riorations du fait du bombardement du cristal près de l'inter- face de contact, qui s'ajoutent aux détériorations causées par l'attaque AIR précédente en déterminant des condi- tions menant à une résistance de contact relativement élevée. La présente invention vise à réaliser un procédé et un appareil perfectionnés pour établir des contacts de type ohmique entre un métal et un semiconducteur. Essentiellement, le procédé selon la présente inven- tion permet de former des contacts de type ohmique entre un métal et un semiconducteur en réduisant efficacement les causes de chutes de tension excessives et des autres effets négatifs attribuables à la résistance de contact et que l'on observe souvent avec les contacts ohmiques formés selon la technique connue. Selon le procédé de l'invention, avant de procéder au dépôt du métal, l'éventuelle mince couche superficielle oxydée et/ou l'éventuelle couche autrement contaminée du monocristal ou du matériau semiconducteur dans les zones définies pour la formation des contacts ohmiques, et une couche d'une certaine épaisseur du monocristal située juste au-dessous, c'est-à-dire la couche superfi- cielle du cristal endommagée par les phases précédentes du procédé de fabrication du dispositif ou du circuit intégré, sont éliminées par une attaque par plasma. A ce stade, une épaisseur du cristal comprise de pré- férence entre 20 nm et 50 nm est éliminée en assurant ainsi sensiblement l'élimination de la partie endommagée du cristal lui-même. La tranche ainsi traitée est directement introduite dans la chambre pour le dépôt du métal sans venir au contact de l'atmosphère oxydante en empêchant ainsi toute éventuelle re-oxydation de la surface attaquée. Le dépôt par pulvérisation de la couche métallique pour le contact s'effectue donc selon la technique courante sur un certain nombre de tranches ainsi pré-traitées. L'attaque à sec (attaque par plasma)a lieu dans une chambre spéciale pour attaque par plasma dans laquelle on peut faire le vide et qui est munie de manière appropriée d'une porte d'entrée pour l'introduction des tranches et d'une porte de transfert pour faire passer dans la chambre de pulvérisation des tranches traitées. L'inté- rieur de la chambre est en matières résistantes aux réac- tifs chimiques utilisés dans le procédé. L'acier inoxy- dable et les alliages d'aluminium à placage d'alumine sont quelques exemples de matières qui conviennent. Dans la chambre d'attaque par plasma se trouvent deux électrodes. Une première électrode mobile comportant une plaque plane sur laquelle reposent la tranche ou les tranches à traiter, laquelle plaque peut donc être levée vers la contre-électrode (généralement reliée à la terre) qui fait partie d'un chapeau ou d'un bottier conçu pour recevoir la première électrode & l'endroit de son ouverture inférieure de telle manière que le plasma soit retenu de manière adéquate entre les deux électrodes pendant le traitement. Une fois qu'une tranche a été introduite, on fait d'abord le vide dans la chambre jusqu'à obtenir en- viron 1,33.10 7 à 1,33.10-8 mhar, puis de l'hexafluorure de soufre (SF6) ou du trifluorure d'azote (NF3) est intro- duit et, de préférence, il est aussi introduit une petite quantité d'oxygène, comprise entre 5 et 30% en volirne à une pression comprise entre 0,200 et 0,467 mbaro Un champ électrique haute fréquence (HF) est ensuite appliqué aux électrodes, habituellement une tension crfte- à-crête comprise entre environ 200 et 500 volts avec une fréquence de 13, 56 MHz, au moyen d'un générateur HF d'une puissance d'environ 200 à 500 W. Le SF6 ou le NF3 gazeux est ionisé et l'anion F, pendant la moitié de la période durant laquelle est positive l'électrode sur laquelle est placée la tranche, est accéléré pour heurter la surface de la tranche o il se combine (par exemple) avec le silicium de la sur- face à nu du cristal en.formant des composés volatils qui sont évacués par le système de pompe à vide. Le processus d'attaque chimique, activé par l'énergie HF (attaque par plasma), attaque de façon relativement isotrope la surface du silicium sans causer de dommages au réseau cristallin, donc,en enlevant une épaisseur suffisante, ordinairement entre 200 et 500 t de silicium0 l'élimination de la partie superficielle du monocristal qui avait été endommagée par le traitement précédent pour l'enlèvement de la couche d'oxyde par attaque AIR est assurée, et avec elle celle de toute trace d'oxyde, de polymère ou d'autre élément contaminant. L'attaque du silicium se déroule selon les deux réactions possibles suivantes: a) SF6 + 02 + Si ---> SiF4 + SiFx + SxOyFZ b) NF3 + 02 + Si ---> SiF4 + SiFx + SiFx + NxOyFz De préférence, à ce point, on purge complètement la chambre de l'atmosphère d'attaque, on ouvre la porte com- muniquant avec la chambre de pulvérisation évacuée, on abaisse l'électrode et un mécanisme approprié fait passer la tranche traitée depuis la surface de l'électrode jus- qu'à la chambre de pulvérisation et on referme la porte d'intercommunication. On ouvre la porte d'entrée ou d'accès et une autre tranche peut être introduite dans la chambre d'attaque par plasma pour répéter le processus. La capacité de la chambre de pulvérisation est généralement comprise entre 8 et 15 tranches suivant leur diamètre et, quand le char- gement est terminé, le dépôt du métal par pulvérisation s'effectue sur la technique connue. Pour une meilleur compréhension de l'invention, la description se poursuit maintenant par l'illustration de l'appareil concerné en référence aux dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est un schéma de principe de l'appareil de l'invention; la Fig. 2 est une coupe schématique de la vue de la chambre d'attaque par plasma de la Fig. 1. Comme on peut l'observer sur la Fig. 1, l'appareil comporte une chambre de pulvérisation 1 et une antichambre 2 d'attaque par plasma placées de façon opérationnelle l'une près de l'autre. La chambre 2 d'attaque par plasma constitue une anti- chambre de la chambre de pulvérisation 1 et une porte pour vide poussé, schématiquement repérée 3, relie entre elles les deux chambres. La chambre d'attaque par plasma, c'est-à-dire l'antichambre 2, est pourvue d'une deuxième porte pour vide poussé, schématiquement repérée 4, pour l'introduction des tranches à traiter. Les chambres 1 et 2 peuvent être indépendamment mises sous vide par l'intermédiare de valves respectives pour vide poussé qui les mettent en communication avec le groupe ou les groupes de création de-vide. Sur la Fig. 2 est schématiquement représentée une coupe de la chambre 2 d'attaque par plasma de la Fig. 1. Les parois internes de la chambre sont de préférence en acier inoxydable ou autre matière appropriée résis- tante aux réactifs utilisés. Une électrode ou grille 6 en forme de chapeau et qui couvre sensiblement la partie supérieure de la cavité de la chambre est en acier inoxydable et est reliée à la terre. Une deuxième électrode 7, formée par une plaque de A1203 ou d'acier inoxydable, est reliée à la source d'é- nergie par l'intermédiaire d'une tige conductrice 8 de support qui passe à travers la paroi inférieure de la chambre via un joint approprié pour vide poussé. L'électrode 7 peut être déplacée verticalement jusque dans les deux positions représentées. Les tranches à métalliser sont introduites une par une par la porte d'entrée ou d'accès 4 et sont placées sur la plaque 7. Après que l'électrode 7 a été élevée jusqu'à sa position opérationnelle (indiquée par la vue en traits interrompus 7' sur la Fig. 2) et la porte d'entrée 4 est refermée. On fait ensuite le vide dans la chambre à environ 1,333.107 à 1,333.10-8 mbar et on introduit SF6 ou NF3 et de l'oxygène gazeux à une pression comprise entre 0,200 et 0,467 mbar. Le champ HF est ensuite appliqué entre les électrodes 6 et 7 et l'attaque par plasma se poursuit pendant un temps suffisant pour provoquer l'élimination d'environ =n à 50 nm de matériau semiconducteur, généralement compris entre 10 et 200 secondes. A ce point, le courant est coupé, l'électrode 7 est abaissée, la porte 3 d'interconnexion avec la chambre de pulvérisation est ouverte et un mécanisme (non représenté) fait passer la tranche traitée depuis la chambre 2 jusque dans la chambre 1 par la porte 3. Ensuite, on referme la porte 3 et on rouvre la porte 4 pour permettre l'intro- duction d'une nouvelle tranche dans la chambre 2 d'at- taque par plasma et ainsi de suite. Quand un certain nombre de tranches se sont accumulées dans la chambre de pulvérisation 1, la métallisation est effectuée selon les modalités normales pour une telle opération; ensuite, les tranches métallisées peuvent être traitées thermiquement pour former un alliage métal- lurgique entre le métal déposé et la matière semiconduc- trice du monocristal en regard de l'interface de contact. Les contacts ohmiques entre métal et semiconducteur formés selon la présente invention montrent de manière constante une plus faible résistance en comparaison des contacts formés selon la technique antérieure en permet- tant donc une notable réduction de la dissipation de puissance et/ou une amélioration des caractéristiques dynamiques et de la fiabilité des dispositifs. 1. Procédé pour établir des contacts de type ohmique entre un métal et un semiconducteur dans des dispositifs à semiconducteurs, essentiellement représentés par une tranche de matériau semiconducteur monocristallin ayant au moins une surface partiellement recouverte d'une couche de matière diélectrique à travers laquelle ont été formées des ouvertures de façon à mettre à nu la surface du monocristal de matériau semiconducteur situé au-dessous en correspondance avec des zones pour la for- mation de contacts de type ohmique entre le monocristal semiconducteur et une couche de métal déposée sur la surface de la tranche, caractérisé en ce que le mono- cristal de matériau semiconducteur, en regard desdites zones, est attaqué au plasma sur une profondeur suffi- sante pour retirer la partie du monocristal endommagée pendant la formation desdites ouvertures dans la couche de diélectrique et la couche de métal est déposée sur la surface de la tranche en empêchant le contact de la surface attaquée du matériau semiconducteur avec une atmosphère oxydante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'attaque au plasma se poursuit jusqu'à l'enlève- ment d'une épaisseur du monocristal de matériau semicon- ducteur comprise entre 20 nm et 50 nxu 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'attaque au plasma s'effectue dans SF6 ou HF3 en présence d'oxygène à une pression comprise entre 0,2 mb et 0,5 mb. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réalisation des ouvertures dans la couche de diélectrique est effectuée à l'aide d'une attaque par ions'réactifs du diélectrique jusqu'à la mise à nu du matériau semiconducteur 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau semiconducteur est du silicium dopé de type p ou n et le diélectrique est du dioxyde de silicium. 6. Appareil pour le dépôt d'une couche de métal sur des tranches de matériau semiconducteur possédant des zones, définies par masquage et attaque par ions réactifs, destinées à la formation de contacts de type ohmique entre le métal et le semiconducteur comportant une chambre de pulvérisation (1) pouvant être mise sous vide et dans laquelle sont placées les tranches à métalliser, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre (2) d'attaque par plasma pouvant être mise sous vide à côté de la chambre de pulvérisation (1) et communiquant avec cette dernière par une porte (3) pour vide poussé; ladite chambre (2) d'attaque par plasma étant pouvue d'une autre porte (4) pour vide poussé d'accès ou d'entrée pour l'introduction des tranches; des moyens pour mettre sous vide de manière indépendante la chambre de pulvérisation (1) et la chambre d'attaque au'plasma (2) et des moyens, pouvant fonctionner sous vide, capables de transférer les tranches depuis la chambre d'attaque au plasma jusque dans la chambre de pulvérisation.