FR2531811A1 - POLYSILOXANE POLYMERIC LAYERS FORMED BY PLASMA-INDUCED POLYMERIZATION FOR ELECTRONIC CIRCUITS - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES CIRCUITS INTEGRES. L'INVENTION PORTE SUR L'UTILISATION DE COUCHES DE POLYSILOXANE DEPOSEES PAR PLASMA45 EMPLOYEES EN TANT QUE COUCHES PROTECTRICES ET DIELECTRIQUES SUR DES CIRCUITS ELECTRONIQUES. DE TELLES COUCHES SONT TRES AVANTAGEUSES DANS LA MESURE OU ELLES SONT CHIMIQUEMENT INERTES, ELLES PRESENTENT UNE EXCELLENTE STABILITE THERMIQUE ET ONT UNE FAIBLE CONSTANTE DIELECTRIQUE. DES CIRCUITS ELECTRIQUES PORTANT CES COUCHES PEUVENT ETRE TRAITES SANS DOMMAGE A DES TEMPERATURES ELEVEES ET ONT DES CAPACITES PARASITES MINIMALES. APPLICATION AUX CIRCUITS A TRES HAUT NIVEAU D'INTEGRATION.THE INVENTION CONCERNS THE TECHNOLOGY OF INTEGRATED CIRCUITS. THE INVENTION RELATES TO THE USE OF POLYSILOXANE LAYERS DEPOSITED BY PLASMA45 USED AS PROTECTIVE AND DIELECTRIC LAYERS ON ELECTRONIC CIRCUITS. SUCH LAYERS ARE VERY ADVANTAGEOUS AS THEY ARE CHEMICALLY INERT, THEY HAVE EXCELLENT THERMAL STABILITY AND HAVE A LOW DIELECTRIC CONSTANT. ELECTRICAL CIRCUITS CARRYING THESE LAYERS CAN BE TREATED WITHOUT DAMAGE AT ELEVATED TEMPERATURES AND HAVE MINIMUM PARASITE CAPACITIES. APPLICATION TO VERY HIGH LEVEL OF INTEGRATION CIRCUITS.
Description
L'invention concerne des circuits électroniquesThe invention relates to electronic circuits
comportant des couches polymères utilisées en tant que cou- containing polymer layers used as cou-
ches isolantes et diélectriques.insulation and dielectric.
Les progrès continuels accomplis dans la technolo- Continuous progress in technology
gie des circuits à très haut niveau d'intégration ont con- duit à une plus grande densité d'implantation et à une very high integration circuits have led to a higher density of
réduction des dimensions fixées par les règles de concep- reduction of the dimensions fixed by the rules of
tion Ceci a fait appara tre le besoin de matières diélec- This has revealed the need for dielectric
triques nouvelles et perfectionnées pour l'utilisation dans diverses structures de dispositifs Par exemple, l'étroite proximité de divers éléments conduçteurs dans un circuit à très haut niveau d'intégration a fait apparaître le besoin d'une matière diélectrique ayant une constante diélectrique In particular, the close proximity of various driving elements in a circuit with a very high level of integration has revealed the need for a dielectric material having a dielectric constant.
faible de façon à réduire les capacités parasites Une rigi- low in order to reduce parasitic capacitances.
dité diélectrique élevée est également exigée, du fait de la high dielectric density is also required because of the
faible distance entre divers éléments conducteurs dans les- short distance between various conductive elements in
circuits à très haut niveau d'intégration L'utilisation de deux niveaux de métallisation, au plus, crée le besoin circuits with a very high level of integration The use of two levels of metallization, at most, creates the need
d'une matière diélectrique ayant d'autres propriétés spéci- of a dielectric material having other specific properties
fiques Par exemple, il est souhaitable dans certains cas For example, it is desirable in some cases
que le diélectrique soit appliqué à une température relati- that the dielectric is applied at a relative temperature
vement basse afin de ne pas affecter défavorablement le low so as not to adversely affect the
circuit à plusieurs niveaux Dans d'autres cas, le traite- multilevel circuit In other cases, the
ment de tels circuits à plusieurs niveaux fait fréquemment Such multi-level circuits are frequently
intervenir l'utilisation de températures relativement éle- intervene the use of relatively high temperatures
vées vis-à-vis desquelles la matière diélectrique doit être stable De plus, les tailles d'éléments réduites et les the dielectric material must be stable. In addition, the reduced element sizes and the
tensions appliquées plus élevées qu'on trouve dans de nou- higher applied voltages found in new
veaux dispositifs à très haut niveau d'intégration peuvent exiger de nouvelles matières pour la vitrification et l'encapsulation. Devices with a very high level of integration may require new materials for vitrification and encapsulation.
Des propriétés souhaitables pour des couches dié- Desirable properties for diaper layers
lectriques utilisées dans des circuits à très haut niveau d'intégration sont les suivantes: de faibles constantes diélectriques pour minimiser les capacités parasites, une used in circuits with a very high level of integration are: low dielectric constants to minimize parasitic capacitances;
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stabilité thermique élevée de façon à permettre un traitement high thermal stability to allow treatment
ultérieur du circuit à des températures élevées, une tempéra- the circuit at elevated temperatures, a temperature of
ture d'application relativement basse pour minimiser la dété- relatively low application rate to minimize
rioration du circuit sous l'effet de l'application du diélec- rioration of the circuit under the effect of the application of
trique, une rigidité diélectrique élevée, une bonne adhérence, une bonne intégrité des couches (c'est-à-dire l'absence de high dielectric strength, good adhesion, good layer integrity (ie the absence of
craquelures) et la stabilité chimique, en particulier vis-à- cracks) and chemical stability, in particular vis-à-
vis de l'eau et de la vapeur d'eau Une telle matière dié- water and water vapor.
lectrique serait d'une très grande valeur, en particulier pour l'application à des circuits à densité élevée, du fait que les capacités parasites réduites permettraient des would be of great value, particularly for application to high density circuits, as the reduced parasitic capacitances
vitesses plus élevées et que la stabilité thermique procure- higher speeds and that thermal stability
rait une plus grande souplesse dans le traitement de tels circuits. Un certain nombre d'études ont été faites sur would be more flexible in the treatment of such circuits. A number of studies have been done on
l'utilisation de couches polymères dans des circuits électro- the use of polymer layers in electronic circuits
niques, aussi bien en tant que couche d'isolant et d'encap- both as a layer of insulation and encapsulation
sulation que comme couche de passivation Les plus remarqua- as the most remarkable passivation layer.
bles d'entre elles sont les suivantes: dans un article intitulé "Correlation of Chemical and Electrical Properties of Plasma Deposited Tetrarmethylsilane Films", Journal of Applied Physics, 52 ( 2), 903 ( 1981), A Szeto et D Wo Hess ont étudié les propriétés de couches de tétraméthylsilane Among them are: in an article entitled "Correlation of Chemical and Electrical Properties of Plasma Deposited Tetramethylsilane Films", Journal of Applied Physics, 52 (2), 903 (1981), A Szeto and D Wo Hess. the properties of tetramethylsilane layers
présentant un intérêt dans la fabrication de circuits élec- of interest in the manufacture of electronic circuits
triques Des études similaires ont été effectuées pour des Similar studies have been carried out for
couches polymères fabriquées par polymérisation d'hexamé- polymer layers made by polymerization of hexamines
thyldisiloxane induite par plasma Ces études ont été rapportées dans les articles suivants: M Maisonneuve et col, Thin Solid Films, 44, pages 209216 ( 1977); M Aktik et col, Journal of Applied Physics, 51 ( 9), pages 5055-5057 ( 1980); M Maisonneuve et col, Thin Solid Films, 33, pages 3541 ( 1976); et Jo E Klemberg-Sapieha, Applied plasma-induced thyldisiloxane These studies have been reported in the following articles: Maisonneuve et al, Thin Solid Films, 44, pages 209216 (1977); M Aktik et al, Journal of Applied Physics, 51 (9), pages 5055-5057 (1980); M Maisonneuve et al, Thin Solid Films, 33, pages 3541 (1976); and Jo E Klemberg-Sapieha, Applied
Physics Letters, 37 ( 1), pages 104-105 ( 1980). Physics Letters, 37 (1), pp. 104-105 (1980).
L'invention procure un dispositif électrique à semiconducteur comprenant une matière semiconductrice et des éléments conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une couche de polysiloxane formée par polymérisation induite par plasma d'au moins un alkylalcoxysilane avec les groupes alkyle et alcoxyle contenant jusqu'à 3 atomes de carbone. The invention provides an electrical semiconductor device comprising a semiconductor material and conductive elements, characterized in that it further comprises a polysiloxane layer formed by plasma-induced polymerization of at least one alkylalkoxysilane with the alkyl and alkoxyl groups containing up to 3 carbon atoms.
Un mode de réalisation préféré de l'invention pro- A preferred embodiment of the invention
cure un circuit électrique dans lequel une partie au moins d'une surface du circuit est recouverte par une couche de polysiloxane déposée par plasma, dans laquelle le monomè-re est un alkylalcoxysilane Les groupes alkyle et alcoxyle ne doivent pas contenir plus de trois atomes de carbone On curing an electrical circuit in which at least a portion of a surface of the circuit is covered by a plasma deposited polysiloxane layer, wherein the monomer is an alkylalkoxysilane; the alkyl and alkoxyl groups must not contain more than three carbon atoms; carbon On
peut citer à titre d'exemples caractéristiques le trimé- can be cited as characteristic examples
thylméthoxysilane, le diméthyldiméthoxysilane, le triéthy-. thylmethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, triethyl.
léthoxysilane, etc Le monomère triméthylméthoxysilane est préféré à cause d'une constante diélectrique faible, d'une tension de claquage élevée, de faibles contraintes dans la couche et d'un degré raisonnable de stabilité thermique ainsi que d'un caractère fortement hydrophobe La couche de ethoxysilane etc. The trimethylmethoxysilane monomer is preferred because of a low dielectric constant, a high breakdown voltage, low stresses in the layer and a reasonable degree of thermal stability as well as a strongly hydrophobic character. of
polymère est utile pour une grande variété-de circuits élec- polymer is useful for a wide variety of electrical circuits
triques, à haute fréquence, à basse fréquence, à courant continu, etc Un circuit comprend de façon caractéristique un substrat, des éléments conducteurs, des connexions d'entrée, des-connexions de sortie, etc Ces couches sont très avantageuses lorsque certains au moins des écartements entre conducteurs sont très faibles (c'est-à-dire de l'ordre de 2 Mim ou moins) et dés fréquences du circuit (ou des temps d'accès correspondants) sont très élevées (c'est-à-dire supérieures à 5 M Hz) Elles sont également très avantageuses lorsqu'on utilise une métallisation en aluminium ou une autre métallisation dans le cas o des cycles thermiques This circuit typically comprises a substrate, conductive elements, input connections, output connections, etc. These layers are very advantageous when at least some spacings between conductors are very small (i.e. of the order of 2 Mim or less) and circuit frequencies (or corresponding access times) are very high (i.e. greater than 5 M Hz) They are also very advantageous when using an aluminum metallization or another metallization in the case where thermal cycles
sont exigés.are required.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la The invention will be better understood on reading the
description qui va suivre-de modes de réalisation et en se description that will follow-of embodiments and by
référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 montre un graphique représentant les with reference to the accompanying drawings in which Figure 1 shows a graph showing the
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mêmes données relatives à la constante diélectrique pour des same data relating to the dielectric constant for
couches de polysiloxane formées à partir de divers alkylalco- polysiloxane layers formed from various alkylalco-
xysilanes; La figure 2 montre un graphique représentant les mêmes données concernant la tension de claquage pour des xysilanes; Fig. 2 shows a graph showing the same breakdown voltage data for
couches de polysiloxane formées à partir de divers alkylalco- polysiloxane layers formed from various alkylalco-
xysilanes; La figure 3 montre un graphique représentant les mêmes données concernant l'effet thermique sur l'épaisseur de couche pour des couches de polysiloxane formées à partir de divers alkylalcoxysilanes; La figure 4 montre une coupe d'une partie d'un xysilanes; Figure 3 shows a graph showing the same data regarding the thermal effect on layer thickness for polysiloxane layers formed from various alkylalkoxysilanes; Figure 4 shows a section of a part of a
circuit intégré caractéristique, faisant apparaître cer- characteristic integrated circuit, making certain
tains détails d'un tel circuit comprenant une couche de recouvrement en polysiloxane; La figure 5 montre une coupe d'une partie d'un some details of such a circuit comprising a polysiloxane coating layer; Figure 5 shows a section of a part of a
circuit intégré plus complexe, avec une matière de recou- more complex integrated circuit, with a coating material
vrement formée conformément à un mode de réalisation de l'invention; et La figure 6 montre une coupe d'une partie d'un circuit intégré dans lequel on utilise du polysiloxane en tant que diélectrique interniveau pour séparer deux niveaux formed according to one embodiment of the invention; and Fig. 6 shows a sectional view of a portion of an integrated circuit in which polysiloxane is used as a dielectric to separate two levels.
de métallisation en aluminium.aluminum metallization.
On-a découvert que certains polymères contenant It has been discovered that certain polymers containing
du silicium et formés par polymérisation par plasma de cer- silicon and formed by plasma polymerization of cer-
tains composés organiques contenant du silicium donnent des couches polymères de polysiloxane avec d'exceptionnellement bonnes propriétés pour l'utilisation dans des circuits intégrés, en particulier des circuits du type à très haut 'niveau d'intégration, avec des densités élevées d'éléments Some silicon-containing organic compounds provide polysiloxane polymer layers with exceptionally good properties for use in integrated circuits, particularly very high integration level circuits, with high densities of elements.
de circuit et des temps d'accès courts (de façon caractéris- circuitry and short access times (typically
tique inférieurs à 106 ou 10 seconde) Ces couches peu- less than 106 or 10 seconds). These layers can
vent être avantageuses pour une grande variété de circuits. can be advantageous for a wide variety of circuits.
De tels circuits comportent de préférence une matière semi- Such circuits preferably comprise a semiconductor material
conductrice (par exemple du silicium, du germanium, de l'arséniure de gallium, etc), un substrat (qui est souvent conductor (for example silicon, germanium, gallium arsenide, etc.), a substrate (which is often
également la matière semiconductrice), des éléments conduc-. also the semiconductor material), conductive elements.
teurs (par-exemple en aluminium) et diverses régions dopées. (for example aluminum) and various doped regions.
Divers alkylalcoxysilanes sont utilisables en tant que monomères, à condition que le nombre-d'atomes de Various alkylalkoxysilanes can be used as monomers, provided that the number of atoms of
carbone dans le groupe alkyle et le nombre d'atomes de car- carbon in the alkyl group and the number of carbon atoms
bone dans le groupe alcoxyle ne dépassent pas trois On peut in the alkoxyl group do not exceed three
généralement utiliser jusqu'à 20 % de substances n'apparte- generally use up to 20% of substances
nant pas à cette classe pour modifier les propriétés du polymère (charges, agents réticulants, modificateurs de propriétés de diverses sortes, etc) Cependant, pour la plupart des applications, le monomère doit essentiellement this class to modify the properties of the polymer (fillers, crosslinking agents, property modifiers of various kinds, etc.) However, for most applications, the monomer must essentially
consister en une substance de la classe indiquée ci-dessus. consist of a substance of the class indicated above.
On peut utiliser pour le monomère plus d'un alkylalcoxysi- More than one alkylalkoxysilane may be used for the monomer
lane, bien qu'on utilise habituellement un seul monomère. lane, although a single monomer is usually used.
Les monomères préférés sont les alkylalcoxysilanes dans lesquels les groupes alkyle sont des groupes méthyle Le monomère le plus préféré est le triméthylméthoxysilane, du fait que le polymère résultant a une très faible constante The preferred monomers are the alkylalkoxysilanes in which the alkyl groups are methyl groups. The most preferred monomer is trimethylmethoxysilane, since the resulting polymer has a very low constant.
diélectrique, une stabilité thermique élevée et d'excellen- dielectric, high thermal stability and excellent
tes propriétés d'adhérence Ces propriétés sont très avanta- These properties are very advantageous.
geuses pour=de nombreuses applications de circuit, pour un certain nombre de raisons La constante diélectrique limite souvent les temps d'accès et les fréquences d'horloge dans de nombreux circuits logiques et de mémoire Des cycles for many circuit applications, for a number of reasons The dielectric constant often limits access times and clock frequencies in many logic and memory circuits.
thermiques sont souvent imposés dans la fabrication de cir- are often imposed in the manufacture of cir-
cuits intégrés, en particulier ceux contenant des éléments conducteurs en aluminium L'adhérence est particulièrement importante dans les applications d'encapsulation et embedded cookware, especially those containing aluminum conductive elements Adhesion is particularly important in encapsulation and
lorsqu'on utilise des couches conductrices multiples. when using multiple conductive layers.
L'épaisseur des couches peut varier dans de larges limites (elle peut souvent descendre jusqu'à 0,05 pm) ét The thickness of the layers can vary within wide limits (it can often go down to 0.05 pm) and
elle dépend habituellement de l'application particulière. it usually depends on the particular application.
Une plage caractéristique s'étend de 0,2 à 100 micromètres. A typical range is from 0.2 to 100 micrometers.
Dans de nombreuses applications de circuit, des épaisseurs 2531811 t de 0, 5 à 10 micromètres donnent habituellement des résultats satisfaisants Dans de nombreuses applications, la couche doit être aussi mince que possible, sans entraîner des effets nuisibles, Par exemple, dans certaines applications de circuit, il est souhaitable de minimiser l'épaisseur afin de minimiser les effets de capacité, mais de maintenir une épaisseur suffisante pour éviter un claquage en tension et une diffusion à travers la couche Une épaisseur optimale de In many circuit applications, thicknesses of 0.5 to 10 micrometers usually give satisfactory results. In many applications, the layer should be as thin as possible, without causing any adverse effects. it is desirable to minimize the thickness in order to minimize the capacitance effects, but to maintain a sufficient thickness to prevent voltage breakdown and diffusion across the layer.
ce point de vue est souvent comprise entre 0,5 et 2 micro- this point of view is often between 0.5 and 2 micro-
mètres.meters.
On utilise une procédure de décharge par plasma pour produire la couche polymère à partir du monomère On A plasma discharge procedure is used to produce the polymeric layer from the monomer On
obtient des résultats satisfaisants avec diverses procédu- achieves satisfactory results with various
res classiques décrites en détail dans un certain nombre de classics described in detail in a number of
livres et de documents On peut citer comme livres caracté- books and documents We can cite as typical books
ristiques: Techniques and Applications of Plasma Chemis- : Techniques and Applications of Plasma Chemis-
try, publié sous la direction de J R Hollaban et A T Bell (WileyInterscience, New York, 1974), en particulier le try, edited by J R Hollaban and AT Bell (WileyInterscience, New York, 1974), particularly the
chapitre 5 par M Millard, page 177; et Plasma Polymeriza- chapter 5 by M Millard, page 177; and Plasma Polymeriza-
tion, publié sous la direction de M Shen et A To Bell, ACS Symposium Series n O 108 (American Chemical Society, edited by M Shen and A To Bell, ACS Symposium Series No. 108 (American Chemical Society,
Washington, D C, 197/9).Washington, DC, 197/9).
L'appareil particulier qui a été utilisé dans les expériences décrites cldessous est caractéristique du matériel utilisé pour la polymérisation induite par plasma Les couches ont été déposées dans un réacteur à plaques parallèles et à circulation radiale, de 40 cm de diamètreo L'écartement entre les électrodes était d'environ 2 cm et The particular apparatus which has been used in the experiments described below is characteristic of the material used for the plasma-induced polymerization. The layers have been deposited in a parallel plate radial circulation reactor 40 cm in diameter. electrodes was about 2 cm and
la fréquence de fonctionnement d'environ 13,56 M Hz La pla- the operating frequency of approximately 13.56 M Hz.
que correspondant à l'électrode excitée en RF comme celle mise à la masse (suscepteur) étaient refroidies par eau, à une température d'environ 3540 Co On a utilisé des agents réactifs obtenus dans le corresponding to the RF excited electrode as the grounded one (susceptor) were water-cooled at a temperature of about 3540 ° C.
commerce et n'ayant fait l'objet d'aucune préparation sup- trade and which has not been the subject of any
plémentaire Tous les produits chimiques utilisés étaient Complementary All chemicals used were
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liquides à la température ambiante et op a réglé les débits en utilisant une valve à aiguille pour donner une pression générale de 6,5 Pa en l'absence de plasma La pression sans introduction de monomère était d'environ 0,65 Pa On a fait fonctionner le plasma à environ 50 V et on a déposé des cou- ches sur un substrat de silicium nettoyé préalablement et at room temperature and adjusted the flow rates using a needle valve to give a general pressure of 6.5 Pa in the absence of plasma. The pressure without monomer introduction was about 0.65 Pa. operate the plasma at about 50 V and layers were deposited on a pre-cleaned silicon substrate and
monté sur la plaque inférieure reliée à là masse. mounted on the bottom plate connected to the mass.
On a déterminé l'épaisseur et l'indice de réfrac- Thickness and refractive index were determined.
tion des couches par ellipsométrie, avec un instrument du type Ellipsometer II (Applied Materials Corp), en effectuant layer by ellipsometry, with an Ellipsometer II type instrument (Applied Materials Corp),
une vérification des épaisseurs de couches avec un instru- a check of the layer thicknesses with an instru-
ment Nanospec (Nanometrics) On a déterminé les caractéris- Nanospec (Nanometrics) Characteristics were determined
tiques stoechiométriques à partir de mesures de rétrodiffu- stoichiometric ticks from backscatter measurements.
sion de Rutherford On-a obtenu des mesures de contraintes dans les couches en utilisant un procédé faisant appel à un faisceau laser dans lequel on détermine les contraintes à partir de variations induites dans- le Rutherford strain-stress measurements have been obtained using a laser beam method in which stresses are determined from induced variations in the
rayon de courbure d'un substrat après le dépôt d'une couche. radius of curvature of a substrate after the deposition of a layer.
On a effectué des mesures d'angle de contact en utilisant un Contact angle measurements were made using a
goniomètre du type Rame-Hart.goniometer of the Rame-Hart type.
On a déterminé les propriétés électriques-en évapo- The electrical properties have been determined in evapo-
rant tout d'abord sur les couches des points en Al et, dans le cas de la détermination de la constante diélectrique, en établissant une courbe C-V et en mesurant la capacité par firstly on the Al point layers and, in the case of dielectric constant determination, by establishing a C-V curve and measuring the capacitance by
accumulation On a effectué des mesures de tension de cla- accumulation.
quage en contrôlant 100 points par couche et en mesurant la tension nécessaire pour faire passer un-courant de 2 p A. On a utilisé dans ces expériences divers monomères, correspondant à des rapports molaires O/Si allant de zéro by controlling 100 dots per layer and measuring the voltage required to pass a current of 2 p A. In these experiments, various monomers corresponding to molar ratios O / Si ranging from zero were used.
(tétraméthylsilane) ou 1 (triméthylméthoxysilane) à 4 (tétra- (tetramethylsilane) or 1 (trimethylmethoxysilane) to 4 (tetramethylsilane) or
méthoxysilane) Les expériences ont montré que la vitesse de dépôt est fondamentalement la même (environ 6 nanomètres par minute) pour des rapports O/Si allant de un à quatre La contrainte dans les couches est pratiquement égale à zéro pour des rapports O/Si égaux à zérd et elle augmente à partir d'environ 3 à 5 x 107 Pa lorsque les rapports O/Si augmentent de un à quatre De telles contraintes sont tout à fait raisonnables pour la plupart des applications, y compris Methoxysilane) Experiments have shown that the deposition rate is basically the same (about 6 nanometers per minute) for O / Si ratios ranging from one to four. The stress in the layers is practically equal to zero for equal O / Si ratios. at zerd and it increases from about 3 to 5 x 107 Pa when O / Si ratios increase from one to four Such stresses are quite reasonable for most applications, including
l'utilisation dans des circuits Les polymères de type poly- use in circuits Poly-type polymers
siloxane deviennent moins hydrophobes lorsque le rapport O/Si augmentede un à quatre, et le caractère hydrophobe est le siloxane become less hydrophobic when the ratio O / Si increases from one to four, and the hydrophobic character is the
plus marqué pour le tétraméthylsilane et le triméthylméthoxy- more marked for tetramethylsilane and trimethylmethoxy-
silane L'indice de réfraction diminue modérément lorsque le Silane The refractive index decreases moderately when the
rapport O/Si augmente de O à 4.O / Si ratio increases from 0 to 4.
Le comportement diélectrique de la couche en fonc- The dielectric behavior of the layer as a function
tion de sa composition présente une importance particulière. its composition is of particular importance.
La figure 1 montre une représentation graphique de la cons- Figure 1 shows a graphical representation of the
-tante diélectrique en fonction de la composition de la couche (exprimée au moyen de la matière de départ monomère) Comme indiqué ci-dessus, une constante diélectrique faible est très avantageuse dans les applications correspondant aux circuits les plus récents La constante diélectrique est minimale pour un rapport O/Si égal à un (ce qui correspond au monomère triméthylméthoxysilane) Le polymère résultant de la polymérisation du triméthylméthoxysilane induite par plasma est le plus préférable, dans une large mesure à cause de cette faible constante diélectrique et d'autres propriétés dielectric strength as a function of the composition of the layer (expressed by means of the monomer starting material) As indicated above, a low dielectric constant is very advantageous in applications corresponding to the most recent circuits. The dielectric constant is minimal for an O / Si ratio of one (which corresponds to the trimethylmethoxysilane monomer) The polymer resulting from the plasma-induced polymerization of trimethylmethoxysilane is most preferable, to a large extent because of this low dielectric constant and other properties.
favorables de ce polymère.favorable of this polymer.
On a également mesuré la rigidité diélectrique des couches La rigidité diélectrique était très faible pour un rapport O/Si égal à O et 4 Les valeurs moyennes étaient inférieures à 100 V/pm Cependant, pour un rapport O/Si The dielectric strength of the layers was also measured. The dielectric strength was very low for an O / Si ratio of 0 and 4. The average values were less than 100 V / pm. However, for an O / Si ratio
égal à 1 et 3 (correspondant respectivement au triméthyl- equal to 1 and 3 (corresponding to trimethyl-
méthoxysilane et au méthyltriméthoxysilane), on a obtenu une tension de claquage moyenne supérieure à plusieurs centaines methoxysilane and methyltrimethoxysilane), an average breakdown voltage greater than several hundred was obtained.
de volts par micromètre.of volts per micrometer.
Un moyen commode pour évaluer les caractéristiques A convenient way to evaluate characteristics
de claquage d'une couche consiste à représenter graphique- breakdown of a layer consists in representing graph-
ment la population "anormale" en fonction de la composition -du monomère La population "anormale" est le pourcentage de the "abnormal" population according to the composition of the monomer The "abnormal" population is the percentage of
points contrôlés qui ont des tensions de claquage inférieu- controlled points which have lower breakdown voltages
res à 100 V/pm De telles données sont représentées sur la at 100 V / pm Such data is represented on the
figure 2 pour divers menomères de départ Les valeurs parti- Figure 2 for various starting menomers The partial values
culièrement faiblespour des rapports O/Si de 1 et 3 sont très avantageuses dans des applications faisant intervenir des circuits électriques Les valeurs correspondant aux autres rapports O/Si peuvent être plus élevées, à cause de la mollesse des couches et de la sonde utilisée dans les mesures o On a également examiné les propriétés thermiques de plusieurs couches de polysiloxane On a effectué ceci en exposant la couche à une température de 300 C pendant une heure dans l'air et en mesurant le pourcentage de réduction Low values for O / Si ratios of 1 and 3 are very advantageous in applications involving electrical circuits. The values corresponding to the other O / Si ratios can be higher, because of the softness of the layers and the probe used in them. The thermal properties of several layers of polysiloxane were also examined. This was done by exposing the layer at 300 C for one hour in air and measuring the percentage reduction.
de l'épaisseur de la couche Les résultats de ces expérien- the thickness of the layer The results of these experiments
ces sont présentés sur la figure 3 Le pourcentage de réduction d'épaisseur est ici représenté graphiquement en these are shown in Figure 3 The percentage reduction in thickness is here represented graphically in
fenction du rapport O/Si du monomère utilisé Bien que tou- the O / Si ratio of the monomer used.
tes les couches polymères présentent une excellente stabili- the polymer layers have excellent stability
té thermique, la stabilité thermique de la couche polymère temperature, the thermal stability of the polymer layer
formée à partir de triméthylméthoxysilane est particulière- formed from trimethylmethoxysilane is particularly
ment bonne L'épaisseur n'a diminué que d'environ 2,5 % The thickness has decreased by only around 2.5%
après exposition au traitement thermique décrit ci-dessus. after exposure to the heat treatment described above.
Bien que toutes les couches polymères formées à Although all the polymer layers formed at
partir de monomères consistant en alkylalcoxysilane présen- from monomers consisting of alkylalkoxysilane having
tent d'excellentes propriétés, en particulier pour des appli- excellent properties, especially for applications
cations en électronique, les couches polymères formées à cations in electronics, the polymer layers formed in
partir de triméthylméthoxysilane présentent d'exceptionnel- from trimethylmethoxysilane are exceptionally
lement bonnes propriétés pour de telles applications La constante diélectrique et la contrainte dans la couche sont minimales ou presque minimales? tandis que des propriétés telles que le caractère hydrophobe, la rigidité diélectrique good properties for such applications The dielectric constant and the stress in the layer are minimal or almost minimal? while properties such as hydrophobicity, dielectric strength
et la stabilité thermique sont maximales ou presque-maxima- and thermal stability are maximum or near-maximum
les Des expériences supplémentaires ont montré que des cou- Additional experiments have shown that
ches polymères formées par polymérisation de triméthylmétho- polymers formed by the polymerization of trimethylmetho-
xysilane induite par plasma ont une excellente adhérence, plasma-induced xysilane have excellent adhesion,
comme le démontre le test d'arrachement avec une bande adhé- as shown by the tear test with an adhesive tape
sive, et résistent à un traitement de définition de motif sur une surface topographique On peut aisément définir un motif dans la couche en utilisant un plasma de CF 4 + 02, mais la couche est très résistante à un plasma de 02 Ceci permet le décapage par plasma d'une matière de réserve photographique sive, and resist a pattern definition treatment on a topographic surface It is easy to define a pattern in the layer using a CF 4 + 02 plasma, but the layer is very resistant to a plasma of 02 This allows stripping by plasma of a photographic reserve material
en présence de la couche de polysiloxaneo La stabilité ther- in the presence of the layer of polysiloxaneo
mique est particulièrement remarquable, comme le montre le fait que la couche ne se contracte que de quelques pour cent, is particularly remarkable, as shown by the fact that the layer shrinks by only a few percent,
même à 450 C en présence d'un gaz de formation ou d'azote. even at 450 ° C in the presence of a formation gas or nitrogen.
La figure 4 montre une coupe d'un circuit intégré caractéristique 40 avec divers éléments indiqués par les légendes (comme des canaux p des canaux n, etc) On peut commodément décrire le circuit comme étant un circuit CMOS Fig. 4 shows a section of a typical integrated circuit 40 with various elements indicated by the legends (such as channels p, n channels, etc.). The circuit can conveniently be described as a CMOS circuit.
(métal-oxyde-semiconducteur complémentaire), avec une struc- (complementary metal-oxide-semiconductor), with a structure
ture à un seul caisson et un seul niveau de silicium poly- a single box and a single level of polysilicon
cristallin, respectant des règles de conception du niveau de cinq micromètres Les éléments précis du circuit intégré ne sont pas d'une grande importance pour la compréhension de l'invention et on ne les décrira que brièvement Le substrat des circuits consiste en silicium dopé de façon relativement The precise elements of the integrated circuit are not of great importance for the understanding of the invention and will be described only briefly. The substrate of the circuits consists of silicon doped in such a way. relatively
forte avec le type N (soit de façon caractéristique un dopa- strong with the N type (typically
ge au phosphore dans la plage de concentration de l'ordre de 1018 atomes par centimètre cube) Cette région est marquéee n+ sur le schéma Une région plus faiblement dopée (marquée n-) couvre la région n+ et diverses autres régions portent des marquages désignant par exemple des régions de caisson PCAISSON, des canaux N et des canaux p On utilise la région "ARRET DE CANAL" pour isoler électriquement une région d'une autre Le circuit comprend également une région d'oxyde 41 Cet oxyde consiste habituellement en Si O 2 et on l'appelle souvent région d'oxyde de champ On voit également une région en silicium polycristallin 42 et une région en This region is marked n + on the diagram. A region with a weaker doping (marked n-) covers the region n + and various other regions carry markings denoting by the phosphorus region in the concentration range of the order of 1018 atoms per cubic centimeter. PCAISSON box regions, N channels and p channels are used. The "CHANNEL STOP" region is used to electrically isolate one region from another. The circuit also comprises an oxide region 41. and is often referred to as a field oxide region. Also shown is a polycrystalline silicon region 42 and a region thereof.
aluminium 43, ainsi qu'une région en verre 44 (habituelle- aluminum 43, as well as a glass region 44 (usually
ment du verre au phosphore) L'ensemble du circuit est recou- phosphor glass) The entire circuit is covered by
vert par une couche 45 de polysiloxane polymérisé par plasma. green by a layer 45 of polysiloxane polymerized by plasma.
L'épaisseur de la couche varie habituellement entre 0,5 et- The thickness of the layer usually varies between 0.5 and
2 pm. La figure 5 montre une coupe latérale d'un circuit CMOS plus complexe 50, avec des régions PCAISSON et: NCAISSON, ainsi que des canaux de type p (Pca) et des canaux de type N (nca) Il y a également des régions ayant un fort 2 pm. FIG. 5 shows a side section of a more complex CMOS circuit 50, with PCAISSON and NCAISSON regions, as well as p-type channels (Pca) and N-type channels (nca). There are also regions having a Fort
dopage de type p (p+) et un fort dopage de type N (n+) Cer- p (p +) type doping and a high N (n +) Cer
taines régions comportent de très fines couches d'oxyde 51, some regions have very thin oxide layers 51,
consistant habituellement en Si O 2 et certaines ont des cou- usually consist of Si O 2 and some have
ches d'oxyde 52 plus épaisses (encore habituellement en 52 thicker oxide films (still usually
Si O 2), qu'on appelle souvent oxyde de champ Il existe éga- If O 2), which is often called field oxide, there are also
lement une couche de Ta Si 2 53 (on utilise souvent du sili- a layer of Ta Si 2 53 (silicone is often
cium polycristallin dans le même but) et diverses couches conductrices 54 qui sont habituellement en aluminium On utilise également dans la structure des couches de verre au phosphore 55 On forme une couche de recouvrement 56 en polycrystalline copper for the same purpose) and various conductive layers 54 which are usually made of aluminum. Phosphorus glass layers 55 are also used in the structure.
déposant sur l'ensemble de la structure une couche de poly- depositing on the entire structure a layer of poly-
siloxane par polymérisation de triméthyiméthoxysilane siloxane by polymerization of trimethyimethoxysilane
induite par plasma On utilise cette couche en tant que cou- induced by plasma This layer is used as a
che protectrice et elle a habituellement une épaisseur protector and it usually has a thickness
d'environ un micromètre.about one micrometer.
La figure 6 montré une structure 60 un peu plus complexe, et un grand nombre des éléments-représentés sur la figure 6 comprennent un oxyde de grille 61, un oxyde de champ 62, une couche de Ta Si 2 63, une couche de verre au phosphore 64 et une couche d'aluminium 65 On voit également la couche de polysiloxane 66 qui recouvre une grande partie du circuit Une différence particulière entre ce circuit et FIG. 6 shows a somewhat more complex structure 60, and a large number of the elements shown in FIG. 6 comprise a gate oxide 61, a field oxide 62, a layer of Ta Si 2 63, a layer of glass at phosphorus 64 and an aluminum layer 65 The polysiloxane layer 66 which covers a large part of the circuit is also seen. A particular difference between this circuit and
le circuit représenté sur la figure 5 réside dans l'utilisa- the circuit shown in FIG. 5 resides in the use
tion d'une couche de métal supérieure, en aluminium, destinée à venir sélectivement en contact avec une couche de métal inférieure, en aluminium On utilise ici le polysiloxane non seulement en tant que couche d'encapsulation, mais également en tant que diélectrique interniveau destiné à séparer le An aluminum top metal layer for selective contact with a lower aluminum metal layer is used here. The polysiloxane is used here not only as an encapsulating layer, but also as a dielectric for to separate the
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niveau d'aluminium supérieur par rapport au reste du circuit. aluminum level higher than the rest of the circuit.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, It goes without saying that many modifications can be made to the device described and shown,
sans sortir du-cadre de l'invention. without departing from the scope of the invention.
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