Brevet FR2096565A1 — publié le 19720218

La présente invention concerne la formation de dessins d'interconnexions, particulièrement dans des appareils micro-électroniques. En microélectronique, il est souvent nécessaire de pré-5 voir» dans un dispositifs une forte densité de trajets conducteurs isolés électriquement pour relier entre elles diverses régions du dispositif. Ceci exige ordinairement' le croisement d'un trajet conducteur par un autre. On rencontre typiquement l'interconnexion d'éléments de circuits différents dans un 10 circuit intégré monolithe. . Ici, une seule pastille semi- conductrice héberge plusieurs éléments de circuit qui sont isolés, à 1'intérieur,les uns des autres par des techniques d'isolement de circuits à jonction p-n et l'interconnexion entre les éléments est réalisée à l'extérieur par la formation de plu-15 sieurs trajets conducteurs à la surface de la pastille , ces trajets se croisant les uns les autres. Des nécessités semblables se présentent lors de la fabrication de circuits micromagnétiques. . Un procédé ordinaire pour produire l'interconnexion 20 voulue suppose que l'on dispose au-dessus de la pastille d'une couche isolante et qu'on place au-dessus de celle-ci une couche conductrice continue jles précautions nécessaires étant prises pour réduire l'épaisseur, de la couche isolante .là où la connexion électrique de la pastille avec la première couche conduc-25 trice est souhaitée. Ensuite, on enlève sélectivement des parties de cette couche conductrice pour laisser subsister , intact 9 -e premier schéma conducteur voulu. Après avoir formé une couche isolante sur le dessin conducteur qui vient d'être formé, et en munissant les régions d'épaisseur réduite d'un 30 isolement quelconque, aux endroits où le second trajet conducteur doit faire des connexions électriques avec la pastille, on dépose une s econde couche conductrice continue et on enlève sélectivement des parties de cette couche pour laisser subsister le second dessin conducteur voulu s qui fait intervenir 35 en l'espèce des parties qui croisent des parties du premier dessin conducteur. Dans des processus de ce genre, la nécessité de travailler :23C-° ' vJ 2096565 à bas prix et à forte densité fait qu'il est- important d'utiliser des couches isolantes minces entre des-trajets conducteurs séparés. Cependant, on trouve-que 11 emploi de couches isolantes minces a tendance à produire de plus nombreux croise-5 ments défectueux. Certains des défauts sont- attribuables à des effets de bord ,1a couche isolante- se prêtant particulièrement à des défauts là où elle s'étend par~dessus les bords d'un dessin conducteur sous-jacent, probablement en raison des discontinuités produites à ces bords. 10 Un but de la présente invention est de réaliser une technique d'interconnexion-qui réduise cet effet de bord et qui supprime ainsi la plus grande partie des défauts. Le problème de la technique antérieure est résolu suivant l'invention par un procédé de formation d'un dessin 15 d'interconnexion sur un substrat, ayant au moins deux couches de trajets conducteurs et faisant-intervenir des croisements du trajet conducteur du fond par le trajet conducteur du dessus, où le dessin conducteur du fond est formé par le dépôt d'une couche continue de matière conductrice transformable in situ 20 en isolant et-,après masquage de cette couche, pour définir le premier dessin conducteur , on transforme en isolant la partie exposée de la couche. On peut décrire comme- suit une forme de réalisation de l'invention 5donnée à titre d'êxemple. On prépare une pastille 25 de silicium monocristallin de la façon habituelle pour comprendre plusieurs éléments .de circuit qui seront à relier entre eux extérieurement.. On y comprend une" couche isolante munie de régions d'épaisseur réduite correspondant aux endroits où le premier dessin conducteur doit faire une connexion électri-30 que avec la pastille. Lorsque la connexion électrique doit être directe, on enlève en principe.complètement la. couche isolante. Lorsque la connexion électrique est'capacitive, on laisse une certaine épaisseur de couche. On dépose ensuite au-dessus de la couche isolante une couche conductrice sans dessin , i'un 35 matériau qui peut être facilement transformé sur place en isolant ,comme par exemple un métal formant une pellicule ou bien du silicium conducteur. On dispose ensuite au-dessus de cette 71 23521 3 2096565 couche conductrice un masque qui se conforme au premier dessin conducteur voulu. Les parties non masquées de cette couche sont ensuite transformées sur place en matière isolante. Avantageusement, le masque est propre aussi à servir de couche isolante 5 si bien qu'une seconde couche conductrice dans laquelle on formera un second dessin conducteur peut être déposée par-dessus et que le masque servira comme isolant aux endroits de croisement. Cependant, avant le dépôt de cette seconde couche de matière semi-conductrice ,on prend des dispositions pour ré-10 duire l'épaisseur de l'isolant dans les régions de la pastille où une connexion électrique soit-directe, soit capacitive, doit être prévue9comme on l'a fait dans le cas de la première couche. Ensuite, on enlève sélectivement une partie de cette seconde couche conductrice ou on la transforme pour, laisser 15 subsister une partie conductrice correspondant au second dessin conducteur voulu. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description plus détaillée qui va suivre et à la considération des dessins sur lesquels s 20 Les figures 1, 2 et 3 représentent une pastille semi- conductrice dans diverses étapes du processus de fabrication d'interconnexions électriques ,suivant une forme de réalisation de l'invention donnée comme exemple. En se reportant à présent aux dessins , on décrira la fa-25 brication d'un dessin d'interconnexions à deux niveaux ,simple, pour un circuit intégré monolithe"au silicium, en prêtant une attention particulière aux éléments nouveaux. On supposera que l'on a préparé de la façon habituelle un dispositif de circuit intégré au silictim, monolithique , 30 comprenant un certain nombre d'éléments de circuit isolés convenablement à l'intérieur ,dans la pastille de silicium, par une quelconque des techniques connues, par exemple par un isolement de jonction p-n .Les détails des éléments de circuit n'ont pas été montrés. On insistera ici sur l'interconnexion 35 de ces éléments, extérieurement, par des dessins conducteurs déposés à la surface de la pastille de silicium. En l'espèce, la surface de la pastille ,là où les conne- 7 O ■ jL « 7. O 2096565 zions doivent être faites, comprendra une couche isolante déposée par-dessus ,typiquement en oxyde de silicium, dont l'épaisseur doit être modifiée là où la connexion doit être faite. Toute connexion unique peut être soit pour courant con-5 tinu,auquel cas la couche isolante doit ë.tre essentiellement entièrement enlevée , là où l'on désire faire cette connexion, ou "bien la connexion peut être capacitive, comme par exemple dans le cas de l'établissement de l'électrode-grille d'un transistor à effet de champ à grille isolée, auquel cas la cou-10 che isolante est simplement amincie de la manière convenable. - Au surplus, même lorsque la connexion que l'on'doit faire est pour le courant continu, elle peut être ohmique ou redresseuse, par exemple du type à barrière de Schottky. Si l'on désire réaliser une connexion à barrière de Schottky, la région de la 15 pastille où la connexion sera faite sera traitée de façon appropriée avant le dépôt du dessin d'interconnexion .Par exemple, on peut former une couche localisée de siliciure de platine, de façon connue, dans l'ouverture de la couche d'oxyde. Comme montré à la figure 1,après que la couche d'oxyde 20 de silicium 11 ait été convenablement amincie, et qu'on ait ensuite métallisé les régions exposées, on dépose au-dessus de la pastille 12 une couche conductrice 13 du genre décrit. Avantageusement, la couche est en silicium polycristallin dopé, déposé par évaporation ou par projection» Dans certains exem-25 pies, on peut préférer utiliser un métal formateur de pellicule ,tel que de l'aluminium, du tantale, du titane, du. zirconium ou du niobium que l'on peut facilement oxyder pour former une partie isolante. En l'espèce, l'épaisseur d'une couche de silicium serait 30 comprise entre 0,1 . 10 et 1 . 10 mm. Après dépôt de la couche, on prévoit au-dessus un masque 14 poux délimiter le premier dessin conducteur, comme montré à la figure 2. Ceci peut se faire de façon habituelle et cela suppose l'emploi particulier de techniques photolithographiques. Dans certains 35 cas, il sera avantageux d'utiliser comme masque final une couche de matière qui peut être laissée en place pour servir au moins en partie d'isolant entre le premier dessin conducteur , * 71 23521 5 2096565 et des trajets conducteurs que l'onVa: formés- ensuite.En1l'espèce, de tels matériaux sont' le nitrure de silicium, le bioxyde de silicium et l'oxyde d'aluminium. Après que le masque ait été mis en place » on traite 5 la surface de la pastillé pour transformer les parties dénudées de la couche conductrice en isolant, comme on le désire, d'une manière qui convient à chaque matériau particulier. Si la couche est en silicium, la transformation' en oxyde peut être faite de toute façon convenable ,par exemple par exposi-10 tion à un plasma d'oxygène pour des périodes appropriées de temps ,comme décrit dans lé brevet" des Etats-Unis d'Amérique No. 3.476.971 accordé à J.R. Ligenza le 4 novembre 1969» ou par bombardement à l'oxygène. Dans ce dernier cas, il est important que le masque soit suffisamment épais pour éviter une 15 pénétration sensible des ions. Si la couche conductrice est faite d'un métal formateur- de pellicule ,il peut'être préférable de transformer la partie non masquée en un-oxyde isolant, par des techniques électrolytiques ,par exemple, comme ' on le fait ordinairement dans la technique de fabrication des 20 capacités élëctrolytiques solides. Oh peut remarquer que par cette technique de formation, on laisse le dessin conducteur 13 enrobé dans une matrice isolante 15 -, comme on le voit à la figure 3. La transformation en isolant supposera en général une augmentation de volume , 25 avec une augmentation consécutive dé hauteur de la partie isolante. Cependant, la discontinuité présentée aux transitions de la matière conductrice à la matière isolante sera typiquement moindre que ce ne serait le cas si la partie isolante était complètement enlevée. 30 Au surplus, si le masque est d'une matière convenable pour être utilisée comme isolant entre le premier dessin conducteur et un second dessin conducteur à former par-dessus, comme c'est le cas lorsqu'il s'agit de nitrure de silicium, l'épaisseur du 'masque peut servir avantageusement à réduire 35 davantage encore toute discontinuité dans le caractère plan qui se présente à la transition entre la matièré transformée et là matière non transformée ,Oomme représenté à la figure 3. 0 3Z0 20 96565 Si le masque ne doit pas être utilisé de cette façon, il peut être supprimé et on peut 'former une couche -nouvelle de matière isolante supplémentaire au-dessus de la matière transformée et de la matière-non transforméeDans certains cas, il 5 peut être réalisable de transformer une partie superficielle du dessin conducteur pour former l'isolant,- ou, en variante, on peut déposer de la matière isolante. Dans certains cas, il peut être avantageux à la fois d^èonserver le masque et de déposer une couche isolante, au-dessus de celui-ci et au-dessus 10 de la matière transformée. Après cela, on forme par des techniques habituelles des régions d'épaisseur réduite ,comme on l'avait fait avant le dépôt du premier dessin conducteur ,où la connexion est faite soit directement , soit sous forme capacitive , à la pastille, 15 par le second trajet conducteur. On dépose ensuite uniformément sur la pastille une seconde couche conductrice d'une matière convenable pour servir au second dessin conducteur. S'il doit y avoir un troisième dessin conducteur qui doit croiser le second dessin, ét s'il 20 est important d'éviter des problèmes posés par les croisements, la seconde couche conductrice sera faite avantageusement d'une matière choisie à la lumière des mêmes considérations que celles qui affectent le choix de la première couche ,et on forme à partir de celle-ci le second dessin conducteur ,tout 25 comme on a formé le premier dessin conducteur.S'il n'est pas nécessaire de se préoccuper des croisements subséquents, la matière devant servir comme seconde couche conductrice et la formation à partir de celle-ci d'un second dessin conducteur , peuvenJ se conformer à la technique en usage.à présent» Ceci 30 suppose en fait le dépôt d'une couche métallique telle qu'une couche d'aluminium ou de titane ou d'une matière composite, la formation sur celle-ci, par photolithographie, d'un masque résistant aux attaques , qui définit le dessin conducteur voulu et la suppression sélective ,par attaque chimique, de la matière 35 non masquée pour laisser subsister le second dessin conducteur 16, comme on le voit à la figure 3. Il est important de reconnaître que les couches composites au voisinage des croise- m 71 2^ r /"i i 3O2 i 7 2096565 ments, dans la partie centrale du dessus de la figure 3, sont essentiellement planes ,en sorte de diminuer la production de défauts dûs au bord ,dont il a été question précédemment» Il n'est pas nécessaire que la couche conductrice soit 5 transformée en oxyde- et, dans certains cas comme lorsque la couche conductrice est de silicium, de la transformer en nitrure comme on l'a fait par un traitement.d'un plasma d'azote ou de la transformer en carbure, de façon connue.. Egalement, il peut être possible., dans certains cas, de transformer la 10 partie voulue de la couche conductrice par irradiation, pour donner le dessin voulu, à l'aidé d'un'laser ou d'un faisceau d'ions ou d'électrons. 71 23521 8 2096565 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour former un dessin d'interconnexions sur un substrat , ayant au moins deux niveaux de dessins conducteurs et supposant le croisement du dessin conducteur du bas 5 par le dessin conducteur placé au-dessus de lui, caractérisé en ce que l'on forme le dessin conducteur du bas (13) en déposant une couche continue d'une matière conductrice qui peut être transformée sur place en isolant, et, après masquage de cette couche pour définir le premier dessin conducteur vou-10 lu, en ce qu'on transforme en isolant la partie exposée de la couche. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dessin conducteur du bas fait une connexion électrique avec le substrat en des régions choisies et en c e que 15 le dessin conducteur du haut fait des connexions électriques avec le substrat en des régions choisies différentes. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche conductrice continue est faite de silicium conducteur polycristallin. 20 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche conductrice continue est faite d'un métal formateur de pellicule. 5.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le masque est fait de nitrure de silicium. 25 6.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le masque de nitrure de silicium sert comme isolant entre le premier et le second dessin conducteur. 7.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dénude la couche masquée en la présentant à une at-30 mosphère oxydante pour transformer la région non protégée de la couche en oxyde et pour former le dessin conducteur du. bas enrobé dans cet oxyde , en ce qu'on dépose une couche conductrice au-dessus du dessin conducteur enrobé et encore masqué , et en ce qu'on forme à partir de cette couche mentionnée en 35 dernier lieu le dessin conducteur du dessus ,isolé électriquement du premier dessin conducteur. 71 .23521 9 r, n r r / r ZU'z-opbb 8.- Procédé suivant la revendication 7» caractérisé en ce qu'on forme une couche isolante continue au-dessus du dessin conducteur enrobé avant de former le dessin conducteur du dessus. 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