Brevet FR2458900A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne des procédés de f abrica- tion et des structures hétérogènes conductrices de disposi- tif s à circuits intégrés. Pour la mise en oeuvre de la présente invention dans l'une de ses réalisations à titre d'exemple, on dispose d'un substrat en substance semi-conductrice ayant une surface principale sur laquelle est déposée une couche de substance isolante. La couche isolante est recouverte d'un conducteur en matériau métallique choisi dans la catégorie de métaux ré- fractaires ne réagissant pratiquement pas avec le bioxyde de silicium. Une couche de siliciure du matériau métallique est déposée sur les surfaces à découvert du conducteur. Une cou- che de bioxyde de silicium est formée sur les surfaces mises à nu de la couche de siliciure du matériau métallique. Dans la mise en oeuvre du procédé de la présente inven- tion conformément à l'une de ses réalisations, on dispose d'un substrat en substance semi-conductrice recouverte d'une couche de substance isolante. On forme un conducteur de molyb- dène dans une configuration déterminée sur la couche de subs- tance isolante et les surfaces à nu du conducteur sont recou- vertes d'une couche de siliciure de molybdène. Le substrat comprenant le conducteur et la couche superposée de siliciure de molybdène est alors chauffé en atmosphère oxydante à une certaine température et pendant un certain laps de temps afin de provoquer une réaction entre l'oxydant et la couche de si- liciure de molybdène pour en transformer une partie en bioxy- de de silicium recouvrant une autre partie de cette couche non transformée en bioxyde de silicium. Dans une autre version, la couche de siliciure de molybdène peut étre entièrement trans- formée en bioxyde de silicium. Pour la mise en oeuvre de la présente invention dans l'u- ne de ses réalisations à titre d'exemple, on dispose d'un sub- strat en substance semi-conductrice recouvert d'une couche de substance isolante. Un conducteur en matériau métallique choi- si dans la catégorie des métaux réfractaires ne réagissant pratiquement pas avec le bioxyde de silicium, dans une confi- guration donnée, est formé sur la couche de substance isolan- te. Une couche de silicium polycristallin est déposée sur le conducteur en matériau métallique et la couche de substance isolante. On chauffe le substrat portant le conducteur en ma- tériau métallique et la.couche superposée de silicium poly- cristallin à une certaine température et durant un certain laps de temps pour provoquer la réaction entre le silicium polycristallin et une partie du conducteur afin de constituer une couche de siliciure du matériau métallique superposée à une partie de conducteur restante non transformée en siliciu- re. La partie de la couche de silicium polycristallin n'ayant pas réagi avec le matériau métallique est enlevée. On chauffe alors le substrat portant le conducteur et la couche de sili- ciure du métal dans une atmosphère oxydante, à une certaine température et durant un certain laps de temps, pour provo- quer la réaction entre l'oxydant et la couche de siliciure afin d'en transformer une partie en bioxyde de silicium re- couvrant une autre partie de cette couche de siliciure non transformée en bioxyde de silicium. Dans une autre version, la couche de siliciure du matériau métallique peut être entiè- rement transformée en bioxyde de silicium. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Fig. 1, une vue en plan d'une structure hétérogène compre- nant un substrat isolant sur lequel on a formé un premier ni- veau de métallisation au molybdène, suivi d'une couche de si- liciure de molybdène puis d'une couche passivante de bioxyde de silicium; Fig. 2, une vue en coupe transversale de la structure de la figure 1 réalisée suivant son axe 2-2; et Fig. 3A à 3E, des vues en coupe transversale de structu- res représentant les étapes successives d'un procédé de fabri- cation de la structure hétérogène des figures 1 et 2 conformé- ment à la présente invention. En se reportant maintenant à la figure 1 on voit une structure hétérogène 10 représentant à un premier niveau un conducteur Il en molybdène réalisé conformément à la présente invention. La structure hétérogène 10-comprend un substrat 12 constitué d'un substrat 13 de silicium sur lequel on a déposé une couche 14 de bioxyde de silicium. Cette couche 14 peut constituer l'oxyde de porte ou de champ d'un circuit intégré, tel qu'un réseau d'imagerie, une matrice de mémoire ou un circuit de traitement des données ou de signaux. Superposé à la couche isolante 14 se trouve le conducteur il en molybdène. Ce conducteur Il peut être réalisé en déposant initialement sur la surface de la plaquette isolante 12, une couche de mo- lybdène d'épaisseur convenable (p. ex., plusieurs milliers d'Angstrbms) par pulvérisation, par exemple, puis en confi- gurant la couche au moyen de techniques de masquage par laque photosensible et de gravure, bien connues dans l'art. Une cou- che 16 de siliciure de molybdène est déposée sur le conduc- teur 11 dont elle recouvre toutes les parties à découvert; elle est liée au conducteur il en molybdène et peut mesurer, par exemple, 1000 Angstr5ms d'épaisseur. Sur cette couche 16 de siliciure de molybdène et liée à elle, se trouve une cou- che 17 de bioxyde de silicium. On va décrire maintenant un procédé de fabrication de la structure hétérogène des figures 1 et 2 en se référant aux fi- gures 3A à 3E. Les éléments des figures 3A à 3E identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références. On dis- pose d'un substrat 13 en substance semi-conductrice au sili- cium d'environ 0,254 mm d'épaisseur recouverte d'une couche 14 de dioxyde de silicium d'environ 1000 Angstrbms d'épais- seur réalisée par croissance thermique. Une couche de molyb- dène de 3000 Angstr5ms d'épaisseur est déposée sur la couche isolante par pulvérisation. Elle est configurée en utilisant des techniques de masquage par laque photosensible et de gra- vure, bien connues dans l'art, en vue de créer un conducteur 11, comme représenté sur la figure 3A. On dépose ensuite une couche de silicium polycristallin 15 d'environ 2000 Angstr8ms d'épaisseur sur le conducteur 11 en molybdène et la couche 14 d'oxyde de silicium, par décomposition pyrolytique de silane à 750'C environ, dans un courant de gaz inerte porteur tel que l'argon, afin d'obtenir la structure représentée sur la figure 3B. Cette structure est chauffée en atmosphère inerte à la température d'environ 10000C pendant un certain temps afin de provoquer une réaction entre le silicium polycristallin et le conducteur 11 en molybdène pour obtenir une couche de siliciu- re de molybdène d'épaisseur convenable recouvrant la portion de conducteur 11 en molybdène non entrée en réaction et liée à ce conducteur comme représenté sur la figure 3C. Ensuite, les portions de la couche de silicium polycristallin restées en dehors de la réaction sont éliminées par attaque du sili- cium par un agent approprié tel qu'une solution aqueuse d'hy- droxyde de potassium qui attaque le silicium polycristallin de manière sélective sans action significative sur la couche de siliciure de molybdène 16 ou sur la couche isolante 14 de bioxyde de silicium afin de réaliser la structure représentée sur la figure 3D dans laquelle le conducteur 11 est recouvert d'une couche superposée 16. de siliciure de molybdène. La structure hétérogène de la figure 3D est alors oxydée en at- mosphère oxydante à la température d'environ 1000'C afin qu'u- ne fraction de la couche 16 de siliciure de molybdène soit transformée en bioxyde de silicium tout en laissant une autre portion de cette couche recouvrir le conducteur en molybdène 11, comme représenté sur la figure 3E. Cette portion de la couche de siliciure de molybdène constitue un écran entre le conducteur en molybdène 11 et l'atmosphère oxydante et son épaisseur, bien que choisie par commodité égale à plusieurs milliers d'Angstrbms, peut être considérablement réduite. L'é- paisseur initiale de la couche de siliciure de molybdène de la structure hétérogène de la figure 3C est choisie de manière à être suffisante pour permettre la réalisation d'une couche 17 de bioxyde de silicium d'épaisseur déterminée, comme représen- té sur la figure 3E. Par exemple, si l'on doit réaliser un deuxième niveau de métallisation sur la couche de bioxyde de silicium, cette couche aura une épaisseur suffisante pour as- surer un bon isolement électrique entre les deux niveaux. L'épaisseur de cette couche 17 de bioxyde de silicium et l'é- paisseur de la portion restante de la couche 16 de siliciure de molybdène sont fonction de la durée et de la température d'oxydation du processus d'oxydation. Ainsi, on obtient une structure hétérogène comprenant un conducteur en molybdène entièrement enrobé de bioxyde de silicium. Dans une autre version, une fois la couche de silicium polycristallin 15 déposée sur le conducteur en molybdène 11, comme sur la figure 3B, le silicium polycristallin peut être masqué par laque photosensible suivant des techniques bien connues dans l'art. Les parties de la couche de silicium poly- cristallin non couvertes par la laque photosensible sont atta- quées au moyen d'un agent approprié tel qu'une solution aqueu- se d'hydroxyde de potassium qui attaque de manière sélective le silicium polycristallin sans action significative sur la couche isolante 14 de bioxyde de silicium afin d'obtenir la structure représentée sur la figure 3B dans laquelle le con- ducteur 11 est recouvert d'une couche superposée 15 de sili- cium polycristallin de 2000 Angstr5ms d'épaisseur environ. Si le temps de réaction entre le silicium polycristallin et le conducteur en molybdène est limité, une portion externe de la couche de silicium polycristallin peut ne pas avoir réagi com- me représenté sur la figure 3C. La surface à découvert de la structure hétérogène étant constituée de bioxyde de silicium, un second niveau de métallisation comprenant du molybdène peut être réalisé de la même manière que prévu pour le premier ni- veau de métallisation. Quoique l'invention ait été décrite avec des exemples concernant des structures d'électrodes hétérogènes dans les- quelles le conducteur il est réalisé en molybdène, il est évi- dent qu'étant donné la similitude des composés de tungstène et de molybdène, notamment de leurs oxydes et siliciures, le conducteur 11 peut être réalisé en tungstène. Ce conducteur il peut être aussi constitué d'autres métaux réfractaires ne réa- gissant pratiquement pas avec le bioxyde de silicium tels que le tantale, le platine et le palladium. En outre, les alliages des métaux réfractaires mentionnés ci-dessus et dans lesquels le métal réfractaire constitue la proportion la plus importan- te, conviennent pour le conducteur 11. Alors que dans la méthode décrite ci-dessus le silicium polycristallin n'ayant pas réagi a été enlevé avant oxydation du siliciure de molybdène comme représenté sur la figure 3D, il va de soi que l'oxydation du siliciure peut être réalisée sans enlèvement du silicium polycristallin non entré en réac- tion. Alors que la couche de matière isolante 14 sur laquelle l'élément conducteur en molybdène il a été réalisé est en bioxyde de silicium, il va de soi que cette couche isolante peut être constituée d'une substance quelconque parmi un cer- tain nombre de substances telles que, par exemple, le nitrure de silicium, ou d'une couche de nitrure de silicium recou- vrant une couche de bioxyde de silicium, ou de combinaisons de ces substances. De même, bien qu'on ait représenté un subs- trat en silicium comme substance sur laquelle la couche iso- lante de bioxyde de silicium a été formée, n'importe quel au- tre substrat semi-conducteur parmi un certain nombre de ces substances peut être utilisé tel que, par exemple, l'arseniu- re de gallium. R E V E N D I C A T I O N S l - Structure hétérogène caractérisée en ce qu'elle comprend: - un substrat (13) de substance semi-conductrice présen- tant une surface principale; - une couche (14) de substance isolante recouvrant la surface principale; - un conducteur (11) en matériau métallique réfractaire ne réagissant pratiquement pas avec le bioxyde de silicium su- perposé à la couche isolante; - une couche (16) de siliciure du matériau métallique re- couvrant les surfaces à découvert du conducteur; - une couche (17) de bioxyde de silicium recouvrant les surfaces à découvert de la couche de siliciure. 2 - Structure selon la revendication l caractérisée en ce que le matériau métallique réfractaire est le molybdène, le tungstène, le tantale, le platine ou le palladium. 3 - Structure selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la substance isolante est le bioxyde de silicium. 4 - Structure selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la couche de substance isolante est constituée d'u- ne couche de nitrure de silicium superposée à une couche de bioxyde de silicium, le conducteur étant superposé à la cou- che de nitrure de silicium. 5 - Structure selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la substance isolante est un mélange de bioxyde de silicium et de nitrure de silicium. 6 - Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la substance semi-conduc- trice est le silicium. 7 - Procédé de formation d'une structure hétérogène ca- ractérisé par les étapes suivantes: a) obtention d'un substrat de substance semi-conductrice revêtu d'une couche de substance isolante; b) formation d'un conducteur en matériau métallique ré- fractaire ne réagissant pratiquement pas avec le bioxyde de silicium, dans une configuration déterminée, et superposé à la substance isolante, c) formation d'une couche de siliciure du matériau mé- tallique sur toutes les surfaces à découvert du conducteur; d) chauffage du substrat comprenant le conducteur et la couche de siliciure en atmosphère oxydante à une certaine température-et durant un certain laps de temps pour provoquer la réaction entre l'oxydant et la couche de siliciure afin de transformer une partie de celle-ci en bioxyde de silicium su- perposé à une autre partie de la même couche de siliciure non transformée en bioxyde de silicium. 8 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couche de siliciure est formée de la manière suivante formation initiale sur la couche de substance isolante comprenant le conducteur en matériau métallique, d'une couche de silicium polycristallin; 15. obtention d'une couche de silicium polycristallin sur le conducteur; chauffage du substrat comprenant le conducteur en maté- riau métallique et la couche de silicium polycristallin à une certaine température et durant un certain laps de temps pour provoquer une réaction entre la couche configurée de silicium polycristallin et une portion du conducteur en vue de former la couche de siliciure déjà citée sur une portion restante du conducteur non transformée en siliciure. 9 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la couche de silicium polycristallin est configurée. - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que le substrat comprenant la couche configurée de silicium polycristallin est chauffé à une certaine température et du- rant un certain laps de temps afin de laisser une portion de la couche de silicium polycristallin en dehors de la réaction avec le conducteur. 11 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la couche de silicium polycristallin est constituée par dépôt chimique de silicium en phase gazeuse. 12 - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la couche configurée de silicium polycristallin est cons- tituée par dépôt chimique de silicium en phase gazeuse avec configuration postérieure. 13 - Procédé selon les revendications 7 ou 8 caractéri- sé en ce que la température à laquelle le substrat est chauf- fé pour provoquer la réaction entre la couche de silicium po- lycristallin et le conducteur est supérieure à 10000C. 14 - Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que la portion de la couche de silicium polycristallin n'a- yant pas réagi avec le matériau métallique est enlevée avant chauffage du substrat en atmosphère oxydante. - Procédé selon la revendication 14 caractérisé en ce que la partie de la couche de silicium polycristallin n'ayant pas réagi est enlevée par décapage au moyen d'un agent d'at- taque qui décape le silicium polycristallin considérablement plus vite que le siliciure de matériau métallique. 16 - Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que l'agent d'attaque est une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium. 17 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le substrat est chauffé à une certaine température et du- rant un certain laps de temps afin de transformer la presque totalité de la couche de siliciure en bioxyde de silicium. 18 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le métal réfractaire est le molybdène, le tungstène, le tantale, le platine ou le palla- dium. 19 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la substance isolante est du bioxyde de silicium. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 18, caractérisé en ce que la couche de substance isolante est constituée d'une couche de nitrure de silicium recouvrant une couche de bioxyde de silicium, le conducteur étant super- posé à la couche de nitrure de silicium. 21 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 18 caractérisé en ce que la substance isolante est un compo- sé de bioxyde de silicium et de nitrure de silicium. 22 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la substance semi-conductri- ce est le silicium.