Brevet FR2096566A1 — publié le 19720218

La présente invention concerne un procédé pour former des dessins d'interconnexion entre des éléments électriques , et elle trouve une utilité particulière dans la construction des éléments micro-électroniques. 5 En micro-électronique,une forte concentration de tra jets conducteurs se rencontre sur des espaces relativement petits. Avantageusement, de tels trajets conducteurs sont prévus dans des couch.es qui recouvrent un substrat de support , et il se présente alors la nécessité de faire passer l'un au-dessus 10 de l'autre, ou de faire se croiser des trajets conducteurs appartenant à des couches différentes ,tout en maintenant entre eux un isolement électrique. Il est typique d'avoir à assurer un certain nombre d'interconnexions soit pour le courant continu, soit capaci-15 tives, entre éléments de circuit d'un circuit intégré monolithique. A ce problème se rattache celui de réaliser des connexions séparées à deux régions peu espacées où l'on trouve souhaitable que l'une des connexions passe au-dessus du bord de l'autre connexion tout en maintenant un isolement électrique 2C entre elles. Un procédé classique pour obtenir un dessin d'interconnexions voulu ,dans la technique des circuits intégrés, suppose la formation, d'abord, d'une couche continue conductrice sur la pastille semi-conductrice ,en l'isolant en fait 25 électriquement de celle-ci su:- une partie de sa surface par une couche isolante intermédiaire et en réalisant la connexion avec la couche inférieure en des régions choisies,à l'aide d'ouvertures ou de réduction d'épaisseur de la couche isolante. On enlève alors sélectivement des parties de la couche conduc-3C trice pour former le premier dessin conducteur ou premier niveau de métallisation. Après cela,après avoir disposé une couche isolante au-dessus de ce dessin conducteur, avec des ouvertures appropriées ou des régions d'épaisseur réduite dans tout l'isolant ,ià où la connexion à la pastille ou au premier 35 dessin doit être établie, on dépose une seconde couche conductrice continue et on enlève ensuite des parties choisies de celle-ci pour former le second dessin conducteur ou second ni- 71 23522 2 2096566 veau de métallisation. Les dessins d'interconnexion que l'on forme de cette façon ont trop souvent des défauts qui se localisent aux régions où l'un des dessins conducteurs croise l'autre. 5 Un but de l'invention est de réduire l'apparition de tels défaufs. A cette fin, 1'invention comprend un procédé pour former un dessin d'interconnexion sur un élément électrique faisant intervenir au moins deux dessins conducteurs isolés 1C électriquement l'un de l'autre mais se recouvrant, où le dessin conducteur inférieur est formé d'abord à partir d'une matière qui s'attaque plus lentement dans le sens de son épaisseur que dans la direction qui lui est normale ,et après attaque, on définit le dessin conducteur voulu ,1e conducteur de ce -15 dessin ayant une section trapézoïdale marquée. Le procédé conduit à obtenir un dessin conducteur inférieur dans lequel les bords conducteurs sont exempts de discontinuités brusques , de sorte qu'une couche plus uniforme de matière isolante puisse être formée par-dessus, avant dépôt, 20 au-dessus , du second dessin conducteur. Dans la forme de réalisation préférée, ceci s'obtient en utilisant pour le dessin conducteur inférieur un conducteur qui présente un taux ou vitesse d'attaque anis'otropique ,par exemple du silicium polycristallin très conducteur dont l'épaisseur a un profil 25 désordonné, ce désordre diminuant à mesure que l'on s'éloigne de la surface. Sur les dessins i - La figure 1 représente des discontinuités relativement brusques aux bords d'un dessin conducteur lorsqu'on utilise 3C le procédé de la technique ancienne ; - la figure 2 représente la transition plus progressive en épaisseur aux bords d'un dessin conducteur lorsqu'on utilise un procédé suivant l'invention ; et - les figures 3, 4 et 5 représentent un exemple de pro-35 cédé suivant l'invention ,pour assurer deux niveaux de dessins conducteurs sur une pastille semi-conductrice. En se reportant aux dessins, la figure 1 montre la sec 71 23522 5 2096566 tion transversale essentiellement rectangulaire d'un conducteur 11 du dessin conducteur formé sur un substrat 12 lorsqu'on utilise la technique antérieure pour former le dessin. On voit le masque constitué par la photoréserve 13 ,utilisé 5 pour localiser l'enlèvement des parties indésirables de la couche conductrice uniforme originelle pendant l'attaque. Typiquement, il se présente certains rongements par-dessous pendant l'attaque r mais l'angle Q est d'au moins 45 degrés. Cet angle est encore très grand et lorsqu'on dépose une couche iso-10 lante au-dessus des parties de bord ,il y a une tendance à la création de défauts dans la couche isolante à ces endroits. Pour diminuer ces défauts, on propose d'obtenir une section transversale plus nettement trapézoïdale du dessin conducteur 11A sur le substrat 12A comme le montre la figure 2. 15 En particulier, on prend avantageusement des dispositions pour obtenir un angle Q avec le masque 13A ,qui ne soit pas supérieur à 30 degrés ,en sorte que l'on puisse déposer une couche isolante plus uniforme au-dessus des parties de bord . Au surplus, l'enlèvement des parties de bord abruptes 20 est avantageux, même lorsque la couche isolante utilisée pour assurer l'isolement par rapport à un second d.essin conducteur, est formée d'une couche génétique formée par conversion in situ d'une partie pelliculaire de la première couche conductrice. Dans ce cas, l'avantage principal provient du fait 25 qu'il est devenu possible de réaliser un dépôt plus uniforme de la matière de la photoréserve utilisée normalement pour former les trous de contact dans la couche isolante. Comme on peut le voir d'après la figure 2t cette section transversale voulue du conducteur peut être obtenue en pré-3C voyant un rongement plus grand du masque, comme on l'obtiendrait en assurant que le taux d'attaque soit plus rapide dans le plan de la couche que dans sa dimension d'épaisseur. Un tel gradient ou anisotropie dans la vitesse d'attaque peut s'obtenir de diverses façons. Par exemple,le conducteur 11A peut être fait 35 en sorte qu'il s'attaque plus facilement sur le dessus qu'au-dessous à la suite d'un gradient de sa composition. Ce gradient de sa composition peut être réalisé en déposant en phase vapeur 71 23522 4 2096566 à la fois deux métaux, de telle façon que l'alliage résultant ait un gradient dans les compositions relatives des deux métaux , en se rapportant à l'épaisseur, le métal qui résiste le moins à l'attaque formant une partie plus grande de la composi-5 tion au-dessus qu'au dessous. En variante, le conducteur 11A peut être un semi-conducteur polycristallin conducteur et l'anisotropie de la vitesse d'attaque peut être obtenue par un profil du désordre cristallin produit soit par bombardement ionique, soit par des conditions de dépôt , en utilisant le 10 fait que la matière plus désordonnée peut être capable de subir plus rapidement l'attaque que la matière plus ordonnée» Un exemple qui illustrera le procédé suivant la présente invention sera discuté à propos des figures 3 à 5 qui représentent des étapes successives de la formation d'une partie 15 d'un dessin d'interconnexion dans un circuit intégré au silicium monolithique. Pour mieux exposer la question, les dessins ne sont pas à l'échelle. A la figure 3, on a montré une pastille de silicium 21 qui comprend normalement plusieurs éléments de circuit ( non montrés individuellement),largement 20 isolés les uns des autres, à l'intérieur, par les techniques connues d'isolement à jonction p~n ,et qui doivent être interconnectés principalement par des pellicules conductrices à la surface de la pastille. En particulier, on a prévu diverses ouvertures dans le revêtement d'oxyde 22 pour permettre qu'une 25 couche conductrice 23 à la surface réalise une connexion électrique directe à la pastille en ces régions. En variante, si l'on veut réaliser une connexion capacitive on amincit simplement la couche isolante aux régions où. cette connexion est souhaitée. Il reste alors le problème d'interconnecter les régions 30 d'une façon désirée pour obtenir ainsi l'interconnexion recherchée entre les éléments du circuit. Pour la simplicité, on décrit ici en détails cette partie seulement de la fabrication. Il existe une variété de techniques que l'on utilise à présent industriellement pour produire une pastille de silicium re-35 vêtue d'oxyde, du type de celle de la figure 3 ,comprenant une surface commune à plusieurs régions qui doivent être interconnectées . 71 23522 5 20.96566 - La couche conductrice 23 est choisie pour se prêter à une attaque anisotropique ,et en particulier pour s'attaquer dans la direction du plan de"la couche plus rapidement que dans la direction normalë à ce plan. Cet objectif peut être 5 atteint de diverses façons .Par exemple, on peut former la couche conductrice en déposant ensemble deux métaux, le rapport de la masse des deux métaux déposés changeant avec le tempe pendant le dépôt pour donner un gradient de composition dans l'épaisseur de la couche déposée. Comme exemple illustratif, 1C on peut compsser la couche au moyen de cuivre et d'or , la matière déposée d'abord étant principalement de l'or, et les proportions des deux substances peuvent être modifiées au cours du temps jusqu'à ce que la matière déposée finalement soit surtout du cuivre.On utilise alors un produit d'attaque 15 qui attaque plus rapidement la région où le cuivre est en majorité. Comme autre exemple,la couche conductrice déposée peut être de silicium polycristallin dopé de façon à être fortement conducteur ,les conditions de dépôt étant telles que la matière déposée initialement soit relativement bien ordonnée, 20 mais qu'à" mesure que le temps croît, le degré de désordre de la matière déposée augmente. Ceci peut s'obtenir par exemple en diminuant avec le temps la température du substrat à mesure que le silicium se dépose. En variante, on peut déposer une couche polycristalline uniforme et le désordre peut être in-25 troduit au-dessus de la couche par bombardement ionique. Comme autre variante, la couche peut être constituée de silicium de type p très conducteur dont le dopage est plus fort à proximité de la surface. Après formation de la couche conductrice ,il est néces-30 saire d'enlever la matière en excès pour définir le premier dessin conducteur voulu. Ceci peut se faire de la manière actuellement utilisée dans la technique des circuits intégrés et suppose en l'espèce des techniques photolithographiques dont le résultat final est la formation d'un masque résistant à 35 l'attaque au-dessus de la couche conductrice ,suivant le dessin conducteur voulu pour ce premier niveau de métallisation. Ensuite, on expose la pastille masquée à un produit 71 23522 6 2096566 d'attaque qui attaquera de façon anisotropiaue-, comme on le veut, la couche conductrice et qui laissera à la. surface le premier dessin conducteur voulu 24, comme 1-e montre la figure 4. 5 Pour l'exemple qui fait intervenir la couche de composi tion binaire de cuivre et d'or décrite ci-dessus,on utilisera avec avantage comme produit d'attaque une solution aqueuse de chlorure de fer ou une solution aqueuse d'acide nitrique à 70$. Pour l'exemple décrit, qui fait intervenir du silicium 10 polycristallin en désordre,le produit d'attaque convenable est un mélange qui comporte en volume trois parties d'une solution aqueuôe à 48$ d'acide fluorhydrique,cinq parties d'une solution aqueuse à 70$ d'acide nitrique et trois parties d'acide acétique glacial et deux parties d'une solution aqueuse 15 à 3$ de nitrate d§6iercure .En fait, on connaît, par l'emploi qu'on en fait dans les études métallographiques, un bon nombre de produits d'attaque qui attaquent les matières endommagées plus rapidement que les matières en ordre .Au surplus, un produit d'attaque pour attaquer anisotropiquement du silicium 20 de type p fait l'objet d'une description dans un article intitulé "A Water-Amine Complexing Agent System: for Etching Silicon" , aux pages 965-970 de la livraison de septembre 1967 du J. Electrochem. Soc.:Solid State Science» On continue l'attaque jusqu'à ce que la couche d'oxyde 25 soit atteinte aux parties exposées de la couche, conductrice. L'attaque anisotropique aura pour effet de produire une découpe ou un rongement appréciable du masque pour assurer l'obtention de bords inclinés vers le conducteur qui reste non attaqué et qui forme le premier dessin conducteur. Comme montré à la 30 figure 2,1a section transversale du conducteur aura une.forme trapézoïdale prononcée, bien.qu'il y ait quelque arrondi aux coins. . Après cela, on enlève le masque de la façon habituelle et on dépose une couche, de matière isolante qui peut être en 35 fait du bioxyde de silicium sur la surface de .la pastille pour couvrir le dessin conducteur et pour permettre, ia formation d'un second dessin conducteur isolé ••du premier.* On. peut voir 71 23522 7 2096566 que l'emploi de bords inclinés pour le conducteur qui forme le dessin conducteur principal permet de déposer cette couche de matière isolante de façon plus uniforme sur le conducteur. Dans certains cas,il peut être avantageux de former 5 la couche isolante par transformation in situ d'une partie de dessus du dessin conducteur. Par exemple si le premiee dessin formé est en silicium, le chauffage dans une atmosphère oxydante , de la façon habituelle, peut être utilisé pour former une couche isolante par-dessus. Dans ce cas,le bord incliné 1C sera avantageux dans le cas suivant. En particulier, il facilitera un dépôt uniforme de la couche de photoréserve normalement utilisée pour commander la forme de la couche isolante au-dessus de la première couche de métallisation, et pour servir encore à réduire la probabilité d'apparition de défauts dans 15 la région de recouvrement ou de recoupement . Il faut alors former le second niveau de dessin conducteur désiré . D'abord, si ce dessin doit réaliser une connexion électrique avec la pastille semi-conductrice , soit directe, 20 soit capacitive,des ouvertures appropriées, ou un amincissement des couches isolantes placées au-dessus de la pastille.seront assurés d'abord dans les régions de connexion désirées. Ceci peut être réalisé avantageusement par des techniques photolithographiques habituelles, et on ne décrira pas ces techni-25 ques en détail . Après que l'on ait prévu les ouvertures appropriées, on dépose avantageusement une couche conductrice continue. Si le dessin d'interconnexion désiré nécessite un autre recouvrement ou croisement de conducteurs au-dessus du second dessin , 30 la couche peut être avantageusement du type déposé initialement pour former le premier dessin conducteur. Cependant, s'il n'est pas nécessaire de former des dessins de recouvrement ou de croisement supplémentaires,on peut former cette seconde couche conductrice de la manière habituelle en utilisant des matériaux 35 noriraux. Après cela, on utilise en tous cas des techniques photolithographiques habituelles pour enlever la matière en excès de cette seconde couche continue pour laisser subsister 12 8 2096566 le dessin conducteur désiré 25» isolé du premier dessin conducteur 24 par une couche isolante 26, comme on le voit à la figure 5. Pour la simplicité, on n'a pas montré toute l'étendue de la couche isolante 26. 5 l'invention s'applique à la formation d'un trajet conduc teur qui ne recouvre pas entièrement ou ne recouvre pas un conducteur sous-jacent ,mais passe simplement au-dessus ,tout en maintenant un isolement électrique. Cette situation se présente typiquement lorsqu'il est avantageux de réaliser des 10 connexions séparées, soit directes, soit capacitives, à deux-régions étroitement espacées d'une pastille conductrice , comme cela se présente par exemple dans certaines formes de transistors à effet de champ à grille isolée ou des dispositifs couplés par charge . 15 II sera évident que les principes de base de l'invention peuvent s'étendre à une forme quelconque de microcircuits comprenant des dessins d'interconnexion à couches multiples , par exemple des circuits minces et des circuits à pellicule mince faisant intervenir simplement des résistances et des 20 capacités , et des circuits fonctionnels tels que des dispositifs couplés par charge faisant intervenir principalement des connexions capacitives à une pastille semi-conductrice. L'invention peut aussi s'appliquer à des microcircuits magnétiques lorsqu'il est nécessaire de réaliser des interconnexions 25 dans plusieurs couches. Il sera évident qu'on peut réaliser une grande variété dans les suites opératoires sans s'écarter de l'esprit de l'invention , l'essence de celle-ci étant la formation,d'une façon appropriée, d'une section transversale trapézoïdale d'un con-30 ducteur qui doit couvrir la même étendue qu'un autre conducteur tout en maintenant entre eux un isolement électrique essentiel. 71 23522 9 2096566 REVENDICATIONS 1.- Procédé de formation d'un dessin d'interconnexion sur un élément électrique ,faisant intervenir au moins deux dessins conducteurs électriquement isolés mais se recouvrant , 5 caractérisé en ce que l'on forme initialement le dessin conducteur inférieur (24) d'une matière qui s'attaque plus lentement dans la direction de l'épaisseur que dans la direction normale à celle-ci , et où, après attaque pour définir le dessin conducteur désiré, le conducteur (HA)de ce dessin a une section 10 transversale trapézoïdale marquée. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dessin conducteur inférieur est constitué d'un alliage binaire dont la composition varie avec l'épaisseur de la couche pour donner une vitesse d'attaque anisotropique. 15 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dessin conducteur inférieur est polycristallin et en ce que le désordre du réseau qu'il constitue varie avec l'épaisseur pour donner lieu à une vitesse d'attaque anisotropique . 20 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dessin conducteur inférieur est en matière semi-conductrice polycristalline dans laquelle la conductivité varie avec l'épaisseur pour donner lieu à un taux ou vitesse d'attaque anisotropique. 25 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément est un substrat de cristal de silicium revêtu d'oxyde et en ce que le dessin conducteur inférieur est fait de silicium polycristallin. 6.- Procédé suivant la revendication 1caractérisé 30 en ce que la vitesse d'attaque est telle que l'angle.© défini par les côtés opposés du conducteur attaqué (11A)et la face inférieure d'un masque résistant à l'attaque,(13A), n'est pas supérieur à environ 30 degrés. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce 35 qu'en un point de croisement des conducteurs des dessins respectifs (24,25) ,une couche isolante (26)est formée au moins au- dessus de la face exposée et des côt^ attaqués du conducteur inférieur. BAD ORIGINAL,