Brevet FR2664096A1 — publié le 19920103

i La présente invention est relative à un procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur, et plus particulièrement à un procédé de métallisation selon lequel les caractéristiques de la barrière à diffusion autour d'un trou de contact sont améliorées en utilisant un nitrure de titane amorphe au cours de l'opération de métallisation. Eu égard à l'accroissement récent de la concentration de la densité des dispositifs à semi- conducteur, une technique élaborée est nécessaire pour former une couche de contact peu épaisse et des trous de contact plus petits En outre, eu égard à la tendance qui consiste en ce que le trou de contact du dispositif à semi-conducteur devient de plus en plus petit, et en ce que la zone de dopage avec une impureté devient de moins en moins profonde, la fiabilité du dispositif à semi-conducteur pose un problème. La partie qui a la plus grande influence sur la fiabilité du dispositif à semi-conducteur est la partie comprenant le trou de contact, c'est-à-dire la partie dans laquelle la couche de métallisation et la couche de dopage avec une impureté sont en contact l'une avec l'autre. La figure 1 illustre une vue en coupe d'un dispositif à semi-conducteur classique sur laquelle la référence numérique 1 indique un substrat semi- conducteur, la référence 2 indique une couche de dopage avec une impureté, la référence 3 indique une couche isolante intermédiaire, la référence 4 indique un trou de contact, et la référence 5 indique une couche de métallisation en aluminium. En référence à la figure 1, le dispositif à semi-conducteur classique est constitué de sorte que la zone de dopage avec une impureté 2 et le substrat semi-conducteur 1 forment une jonction PN, tandis que la zone de dopage avec une impureté 2 et la couche de métallisation 5 constituée d'une couche d'aluminium sont électriquement reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire du trou de contact 4. Dans le dispositif à semi-conducteur classique, dans le cas o l'on emploie une couche d'aluminium contenant du silicium comme couche de métallisation, si l'on effectue un traitement thermique après avoir formé la couche d'aluminium, le silicium contenu à sursaturation dans la couche d'aluminium cristallise alors sur la zone de dopage avec une impureté 2 au fond du trou de contact 4 A cause de ce silicium cristallisé 6, la surface ouverte utile du trou de contact 4 est réduite, et la résistance de contact est accrue, ce qui pose ainsi un problème. Par ailleurs, afin d'empêcher l'accroissement de la résistance de contact sous l'effet de la cristallisation du silicium à sursaturation au cours de la métallisation employant la couche d'aluminium contenant du silicium, on forme une couche de nitrure de titane 8 sous la couche de métallisation en aluminium 5 ainsi que cela est illustré sur la figure 2. La couche de nitrure de titane 8 est formée par pulvérisation cathodique réactive à partir d'une cible de titane, et la couche de nitrure de titane 8 ainsi formée a une structure colomnaire formant un pôle, de sorte qu'elle peut servir de passage pour permettre une réaction La couche d'aluminium 5 déposée en position supérieure diffuse ainsi au travers du passage précité, de sorte qu'elle réagit avec la couche de titane 7 sous-jacente. En particulier, si la contrainte thermique est accumulée de manière continue, l'aluminium formant la couche métallique supérieure et le titane formant la couche métallique inférieure réagissent l'une avec l'autre au niveau du trou de contact 4 L'alliage aluminium-titane venu de réaction et le silicium contenu dans la couche de dopage avec une impureté 2 réagissent en outre l'un avec l'autre pour former des pics 9 ainsi que cela est illustré sur la figure 2, et ces pics provoquent la destruction de la jonction PN entre le substrat semi- conducteur 1 et la zone de dopage avec une impureté 2, ce qui pose ainsi un problème. La présente invention est destinée à surmonter les inconvénients décrits ci-dessus des dispositifs classiques. En conséquence, la présente invention a pour but de procurer un procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur selon lequel la formation des pics métalliques au niveau de la zone du trou de contact, reliant la couche de métallisation et la couche de jonction, est évitée en formant une couche de nitrure de titane amorphe à la place de la couche de nitrure de titane à structure colomnaire, ce qui améliore ainsi les caractéristiques de la barrière à diffusion au niveau de la zone du trou de contact. Pour atteindre le but précité, le procédé de métallisation de la présente invention met en oeuvre un dispositif à semi-conducteur comprenant: une couche de dopage avec une impureté formée sur un substrat semi-conducteur; une couche isolante formée sur cette dernière; une couche de titane formée sur cette dernière; et une couche d'aluminium formée sur cette dernière; et le procédé de métallisation de la présente invention est en outre caractérisé en ce que l'on forme une couche de nitrure de titane amorphe en incorporant une certaine quantité d'un autre métal contenu dans le titane, en employant une étape de formation dans laquelle on effectue soit une pulvérisation cathodique réactive à partir d'une cible de titane contenant des atomes métalliques plus gros que le titane, soit une co-pulvérisation cathodique à la fois à partir d'une cible de titane et d'une autre cible métallique à atomes plus gros. La présente invention a pour objet un procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur comprenant un substrat semi- conducteur, une couche de dopage avec une impureté formée sur ce substrat semi- conducteur, une couche isolante formée sur cette dernière, une couche de titane formée sur cette dernière et une couche d'aluminium formée sur cette dernière, caractérisé en ce que la couche de nitrure de titane amorphe est formée sous ladite couche d'aluminium, par pulvérisation à partir d'une cible de titane contenant un autre métal selon une teneur supérieure à la limite de percolation. Les buts précités et d'autres avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante du mode de réalisation préféré de la présente invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe illustrant la cristallisation du silicium au niveau de la zone du trou de contact d'un dispositif à semi-conducteur classique; la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif à semi-conducteur classique comportant une couche de nitrure de titane comme couche de métallisation, et montre la formation des pics métalliques après le traitement thermique; et la figure 3 est une vue en coupe illustrant la zone du trou de contact après traitement thermique dans le dispositif à semi-conducteur, une couche de nitrure de titane amorphe étant formée comme couche de métallisation selon la présente invention. Ainsi que cela est illustré sur la figure 3, une couche de titane 7, destinée à assurer le contact ohmique, est physiquement déposée sur un substrat semi-conducteur 1, et une couche de nitrure de titane amorphe 8 est formée sur cette dernière, soit en réalisant une pulvérisation cathodique réactive à partir d'une cible de titane contenant des atomes métalliques plus gros que les atomes de titane, soit en réalisant une co-pulvérisation cathodique à la fois à partir d'une cible de titane et d'une autre cible métallique. La présente invention met en oeuvre le phénomène qui consiste en ce que, si la teneur en métal précité est accrue au-delà de la limite de percolation, une couche de nitrure de titane est convertie en une couche de nitrure de titane amorphe Si la teneur en atomes métalliques de grande taille est accrue au- delà de la limite de percolation, les joints de grains de la couche de nitrure de titane à structure colomnaire classique obtenue en réalisant une pulvérisation cathodique réactive à partir d'une cible de titane classique, sont éliminés de sorte que le passage pour la diffusion des atomes métalliques supérieurs est bloqué En conséquence, le passage par lequel l'aluminium peut réagir avec le titane est bloqué et, en conséquence, l'aluminium ne peut pas diffuser, de sorte que la propriété de résistance à la chaleur de la barrière à diffusion est améliorée. En outre, après avoir effectué le traitement thermique, on ne peut pas faire réagir le titane avec le silicium de la couche de dopage avec une impureté et en conséquence, des pics métalliques ne sont pas formés de sorte que la destruction de la jonction PN est évitée. Le métal qui doit être pulvérisé avec le titane comprend Sr, Ba et les éléments de la série du lanthane, notamment La, Ce, Nd et Sm. En outre, dans le cas o l'on emploie une couche de titane cristallin, des fissures peuvent apparaître sur la paroi intérieure du trou de contact en raison de contraintes, mais les contraintes peuvent être nettement atténuées en formant la couche de nitrure de titane amorphe, de façon à empêcher ainsi l'apparition de défauts tels que des fissures. Conformément à la présente invention et ainsi que cela a été décrit cidessus, on forme une couche de nitrure de titane amorphe sous la couche de métallisation de façon à bloquer le passage de diffusion du métal Ceci permet d'éviter la formation de pics métalliques par réaction entre le métal supérieur et la couche de dopage avec une impureté, et donc l'apparition d'une fuite de courant et la destruction de la jonction, de sorte que la fiabilité du dispositif à semi-conducteur est améliorée. REVENDICATIONS 1 Procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur comprenant un substrat semi- conducteur ( 1), une couche de dopage avec une impureté ( 2) formée sur ledit substrat semi- conducteur, une couche isolante ( 3) formée sur cette dernière, une couche de titane ( 7) formée sur cette dernière, et une couche d'aluminium ( 5) formée sur cette dernière, caractérisé en ce qu'une couche de nitrure de titane amorphe ( 8) est formée sous la couche d'aluminium en réalisant une pulvérisation cathodique à partir d'une cible de titane contenant un autre métal selon une teneur supérieure à la limite de percolation. 2 Procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de titane amorphe est formée soit par pulvérisation cathodique réactive à partir d'une cible de titane contenant un autre métal, soit par co- pulvérisation à la fois à partir d'une cible de titane et d'une autre cible métallique. 3 Procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal destiné à être pulvérisé avec le titane a une taille atomique supérieure à celle du titane. 4 Procédé de métallisation pour dispositif à semi-conducteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le métal destiné à être pulvérisé est choisi parmi Sr, Ba et les lanthanides tels que La, Ce, Nd et Sm.