METHOD FOR FORMING CONTACTS ON SHALLOW SEMICONDUCTOR REGIONS

Abstract: 1. A method for forming metal contacts on semiconductor crystals, wherein a metal is deposited on a semiconductor material, characterized in that it comprises : a step of transforming said semiconductor material located in the contact region into an amorphous material, whereby this transformation covers a material volume which is equal to the volume required to saturate the metal during an annealing step following the deposition of said metal.

Description: PROCEDE DE FORMATION DE CONTACTS SUR DES REGIONS SEMI-CONDUCTRICES PEU PROFONDES Description Domaine technique La présente invention concerne, de façon générale, les circuits intégrés réalisés dans des substrats semiconducteurs et, plus particulièrement, la formation de contacts métalliques réalisés sur des régions semiconductrices peu profondes. Etat de la technique antérieure La diminution des dimensions physiques des dispositifs formés dans des circuits intégrés, afin d'augmenter la vitesse de fonctionnement et la densité de ces derniers, s'est accompagnée d'une diminution des dimensions de la jonction p-n formée entre une région donnée et le substrat semi-conducteur monocristallin ou, en d'autres termes, d'une réduction de la profondeur de cette région. Lorsqu'un métal est employé pour former un contact avec un matériau semi-conducteur, ce métal tend à pénétrer dans celui-ci d'une façon non uniforme sous la forme de pointes. Ces dernières, si la profondeur de la région située au-dessous du contact est insuffisante, peuvent pénétrer jusqu'à la jonction p-n et, par conséquent, créer un court-circuit. Le résultat de cette pénétration non uniforme est que, lorsqu'un grand nombre de contacts sont établis avec des régions peu profondes, un grand nombre de ceux-ci sont court-circuités, ce qui entraîne une augmentation du pourcentage de dispositifs défectueux lors de la fabrication. Il s'agit en l'occurrence d'un problème bien connu qui serait dû au fait que le silicium ne se dissout pas de façon uniforme dans le métal et que ce dernier peut pénétrer le long des défauts de la région semi-conductrice. On a cherché. à contrôler cette pénétration et à la rendre uniforme, par exemple en utilisant une barrière de charge d'espace entre la région semi-conductrice et la couche métallique. Cependant, lorsque la profondeur de la région délimitée par la jonction diminue, les techniques employées perdent de leur efficacité et le nombre de courts-circuits, constatés dans les dispositifs à forte intégration, augmente. Exposé de l'invention La présente invention pallie les inconvénients décrits ci-dessus, par la formation d'une couche amorphe dans la région de contact du matériau semi-conducteur. Le terme "amorphe" peut être ici défini comme signifiant "non cristallin". La couche amorphe présente un volume égal à celui du matériau semi-conducteur nécessaire pour saturer le métal dans la région de contact pendant l'opération de recuit. Cette couche amorphe peut être réalisée en exposant la région de contact choisie à une énergie de rupture des liaisons atomiques#, par exemple, au moyen d'une implantation ionique. Lors de la fabrication d'un circuit intégré, un trou de contact est percé dans une couche de passivation constituée, par exemple, par un oxyde, et la couche amorphe est formée dans cette ouverture par implantation ionique. Lorsque celle-ci es-t effectuée en utilisant des ions une impureté déterminant un type de conductivité déterminé, on obtient un meilleur contact ohmique et, d'autre part, une partie de l'oxyde de passivation qui recouvre le cristal reçoit une certaine quantité d'atomes d'impureté qui serviront à un piégeage ultérieur. Le métal est ensuite appliqué, généralement par éva- poration, puis une opération de recuit permet de former un contact ohmique plan entre le matériau semi-conducteur, tel que le silicium, et le métal tel que l'aluminium, sans formation de pointes. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. Brève description des figures La Figure 1 représente, en coupe, un dispositif de l'art antérieur et, plus particulièrement, les pointes qui se forment dans une région peu profonde, délimitée par une jonction p-n et recouverte d'un contact métallique. La Figure 2 est une coupe illustrant le procédé de la présente invention et la couche semi-conductrice amorphe. La Figure 3 est une coupe illustrant le procédé de la présente invention ainsi que la pénétration du métal après l'opération de recuit. Mode de réalisation préférée de l'invention La Figure 1 illustre le problème de formation de pointes qui se pose dans l'art antérieur et son effet sur des régions peu profondes. Etant donné que, dans la technologie actuelle des semiconducteurs, on utilise généralement du silicium comme matériau semi-conducteur et de l'aluminium comme métal, la description de l'invention sera faite en relation avec l'emploi de ces deux matériaux, bien que, comme le comprendra aisément l'homme de l'art, les principes de l'invention soient applicables à une vaste gamme de matériaux. On a représenté sur la Figure 1 un substrat en silicium cristallin contenant une région 2 de type p et une région 3 de type n qui sont séparée s par une jonction p-n 4. Le silicium I est recouvert d'un oxyde de pas- sivation 5 comportant une ouverture 6 au travers de laquelle un conducteur en aluminium 7 établira un contact avec la région 3. En pratique, lorsque l'aluminium est soumis à une opération de recuit pour former le contact ohmique, ce métal pénètre de façon inégale à l'intérieur de la région en silicium 3 et forme des pointes 8 dont il n'est pas possible de prévoir le nombre et la longueur, si bien que, lorsque la jonction 4 est suffisamment proche de la surface du substrat cristallin 1, les pointes 8 peuvent effectivement court-circuiter la jonction et, partant, augmenter la quantité de dispositifs défectueux réalisés. Ce problème se pose avec d'autant plus d'acuité que, pour augmenter la vitesse de fonctionnement et la densité des dispositifs, on réduit au maximum la distance séparant la jonction 4 de la surface. On a représenté, en coupe, sur la Figure 2, une région de contact, sur un dispositif semi-conducteur en silicium, qui illustre le procédé de la présente invention. Sur la Figure 2, le silicium cristallin 1 comporte une région 2 de type p à l'intérieur de laquelle se trouve une région 3 de type n séparée de la région 2 par une jonction p-n 4. Une couche de passivation 5 en dioxyde de silicium comporte une ouverture 6 permettant d'exposer la surface du silicium 1. Une implantation ionique de faible énergie est effectuée au travers de l'ouverture 6. L'énergie employée et la durée de cette implantation ionique sont telles que la structure cristalline est convertie en une région amorphe 9. Le volume de cette région 9 est égal à celui du matériau qui se dissolvera dans l'aluminium lors d'une étape de recuit consécutive à la formation du contact en aluminium. Il y a évidemment intérêt à maintenir la température de recuit à une valeur inférieure à celle à laquelle la phase amorphe se reforme épitaxialement sur le silicium cristallin, soit une température comprise entre 5500 et 6000C. Il est également nécessaire de veiller à ce que la couche amorphe disparaisse pendant ce processus de recuit de manière à éviter la formation d'une résistance de contact élevée qui serait indésirable. L'implantation ionique est une technique particulièrement commode car elle permet d'appliquer une énergie suffisante pour rompre les liaisons cristallines atomiques sans cependant pénétrer plus profondément qu'on ne le désire. Une source d'ions particulièrement souhaitable à cette fin est un dopant déterminant un type de conductivité correspondant à celui de la couche de silicium exposée dans l'ouverture 6; en l'occurrence, du phosphore ou de l'arsenic peut être employé pour une conductivité de type n. En effet, l'un ou l'autre de ces éléments servirait de dopant supplémentaire de type n dans le trou de contact et permettrait d'améliorer le contact ohmique, ce qui aurait pour effet de réduire toute barrière de potentiel telle qu'une barrière de Schottky. Par ailleurs, un tel dopant permettrait de doper l'oxyde de passivation 5 de la façon indiquée par la ligne pointillée 10, constituant ainsi une technique de piégeage classique du type utilisé avec les verres au phosphosilicate. La mince région amorphe, créée dans l'ouverture 6, constitue une source de silicium qui pourra aisément se dissoudre dans l'aluminium lors de l'étape de recuit consécutive à la formation du contact et est ainsi appelée région de "commande de dissolution". Une telle dissolution uniforme du silicium permet en effet d'éviter la formation des pointes représentées en 8 sur la Figure 1. On a représenté sur la Figure 3 le contact en aluminium réalisé conformément à la présente invention. Comme le montre cette figure, un cristal 1 comporte une région 2 de type p et une région 3 de type n séparées par une jonction p-n 4. Une couche de passivation 5 en dioxyde de silicium comporte une ouverture 6 permettant d'exposer une partie de la région 3. Une couche d'aluminium 11 est appliquée sur la couche 5 et sur la couche amorphe 9 de la Figure 2. Une étape ultérieure de recuit porte la température à une valeur à laquelle la région amorphe 9 de la Figure 2 est dissoute dans l'aluminium 11, formant lors de sa solidification une légère avancée 12 dans la région 3 de type n. Cette avancée 12 est parallèle à la jonction 4. Compte tenu des faibles dimensions physiques utilisées et des énergies requises, les précisions données ciaprès à titre indicatif, pourront faciliter la mise en oeuvre de la présente invention par l'homme de l'art. La superficie du dispositif peut être égale ou inférieure à -;x5 microns. La région amorphe est formée en implantant du phosphore selon une concentration de 3x1015 /cmê à un niveau d'énergie de 25 KeV. La région 12 a une o épaisseur d'environ 500 A et contient environ 10 3 atomes de phosphore par cm Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention.

Claims: REVEND ICAT IONS 1.- Procédé de formation de contacts métalliques sur des cristaux semi-conducteurs du genre dans lequel un métal est déposé sur 'un matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de transformation dudit matériau semi conducteur, situé dans la région de contact, en un matériau amorphe, cette transformation s'effectuant pour un volume de matériau égal au volume nécessaire pour saturer le métal au cours d'une étape de recuit consécutive au dépôt dudit métal. 2.- Procédé de dépôt d'un contact métallique sur un cristal semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: formation d'une région amorphe dans ledit cristal semi-conducteur situé dans la région de contact, la quantité de matériau amorphe ainsi formée étant égale à celle qui est nécessaire pour saturer le métal du contact lors d'une opération de recuit, application du métal sur la région amorphe, et opération de recuit du métal et du matériau semi conducteur. 3.- Procédé de formation d'un contact en aluminium sur une région de silicium de faible profondeur, du genre dans lequel l'aluminium est déposé par évaporation, caractérisé en ce qu'il comprend: la formation dans la zone de contact, d'une région de "commande de dissolution" obtenue en trans formant le silicium cristallin en silicium amor phe, la quantité de silicium ainsi transformée étant égale à celle qui peut être dissoute, une étape de recuit, réalisée après le dépôt du métal, et effectuée à une température permettant de dissoudre la région amorphe. 4.- Procédé de formation d'un contact ohmique sur une région cristalline semi-conductrice de faible profondeur, incluse dans un substrat semi-conduc teur, le substrat et la région étant recouverts d'une couche de passivation, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: : la formation d'une ouverture dans la couche de passivation située sur ladite région cristalline semi-conductrice, le bombardement ionique de ladite région et de la couche de passivation, ce bombardement s'effectuant avec une impureté d'un type de conductivité déter miné pour former une couche de passivation dopée et un matériau semi-conducteur amorphe, la quantité de matériau amorphe ainsi formée étant égale à la quantité qui peut être dissoute lors d'une opération de recuit dudit contact ohmique, l'application d'un métal sur ladite région bombar dée, et le recuit dudit métal et de ladite région amorphe à une température telle que la région amorphe soit dissoute dans le métal. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit substrat semi-conducteur et la région cristalline sont en silicium, et que ledit métal est de l'aluminium. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de l'opération de recuit est inférieure à la température à laquelle le matériau amorphe se reforme épitaxialement sur le semi-conducteur cristallin.

Inventors: CROWDER, BILLY LEE
Applicants: INTERNATIONAL BUSINESS MACHINES CORPORATION
Application year: 1979
Main classification: H01L21
IPC codes: H01L21