Brevet FR2468206A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne des structures conductrices composites dans des dispositifs à circuits intégrés et des procédés de fabrication de ces structures. La structure composite comprend un substrat en matière semiconductrice qui comporte une surface principale sur laquelle se trouve une couche de matière isolante. On place sur la couche isolante un conducteur en une matière métallique qui est choisie dans la classe des métaux réfrac- taires qui ne réagissent pratiquement pas avec le dioxyde de silicium. On forme sur les surfaces à nu du conducteur une couche d'un siliciure de la matière métallique. On forme une couche de dioxyde de silicium sur les surfaces à nu de la couche du siliciure de la matière métallique. On forme la structure conductrice composite men- tionnée ci-dessus sur un substrat d'une matière semiconduc- trice qui est recouvert par une couche de matière isolante. On forme sur la couche de matière isolante un conducteur constitué par le métal réfractaire et présentant une confi- guration désirée. On forme une couche d'un siliciure du métal réfractaire sur les surfaces à nu du conducteur. On chauffe le substrat, avec le conducteur et la couche de siliciure du métal réfractaire qui le recouvre, dans une atmosphère oxydante, avec une température et une durée telles que l'oxydant réagisse avec la couche du siliciure de métal réfractaire de façon à convertir une partie de celui-ci en dioxyde de silicium recouvrant une autre partie de la couche de siliciure réfractaire, non convertie en dioxyde de silicium. Selon une variante, la couche de sili- ciure de métal réfractaire, par exemple de molybdène,peut être entièrement convertie en dioxyde de silicium. Dans la fabrication de telles structures conduc- trices composites, la surface inférieure du métal réfrac- taire n'est pas convertie en une couche d'un siliciure du métal réfractaire et, de plus, la couche supérieure de sili- ciure, adjacente à la frontière entre la couche de siliciure et la couche isolante peut manifester une réduction d'épais- seur et d'intégrité. Dans l'opération suivante consistant à former une couche de dioxyde de silicium recouvrant la cou- che de siliciure, la surface inférieure du conducteur réfractaire et en particulier les bords de cette surface peuvent être exposés à l'oxydant à travers la couche iso- lante et la frontière entre cette couche et la couche de siliciure. L'oxydation résultante du métal réfractaire dégrade l'ensemble de la structure. L'invention porte sur des structures et des procé- dés de fabrication de ces structures qui suppriment ces pro- blèmes et difficultés. Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, on réalise un substrat en matière semiconductrice qui est recouvert d'une couche de matière isolante. On forme une première couche de silicium polycristallin sur la couche de matière isolante. On forme sur la première couche de sili- cium polycristallin un conducteur en un métal réfractaire qui ne réagit pratiquement pas avec le dioxyde de silicium et on donne à ce conducteur une configuration désirée. On forme une seconde couche de silicium polycristallin sur le conducteur en matière métallique, la couche de matière iso- lante et la première couche de silicium polycristallin. On chauffe le substrat, avec le conducteur en matière métalli- que et les couches de silicium polycristallin, avec une température et une durée choisies de façon que les couches de silicium polycristallin réagissent avec une partie du conducteur pour former une couche d'un siliciure de la matière métallique entourant une partie restante du conduc- teur, non convertie en un siliciure de la matière métalli- que. On chauffe dans un oxydant le substrat, avec le con- ducteur, la couche de siliciure de métal et la partie de la première couche de silicium polycristallin située sous la couche d'un siliciure du métal, avec une température et une durée choisies de façon que l'oxydant réagisse avec la cou- che de siliciure pour convertir une partie de celle-ci en dioxyde de silicium recouvrant une autre partie de la couche de siliciure, non convertie en dioxyde de silicium, et de façon que l'oxydant réagisse également avec les parties à nu de la première couche de silicium polycristallin et conver- tisse ces parties en dioxyde de silicium. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement Figure 1: une vue en plan d'une structure compo- site correspondant à un mode de réalisation de l'invention. Figure 2: une coupe de la structure de la figure 1 selon les lignes 2-2 de la figure 1. - Figures 3A-3E: des coupes de structures représcn- tant les opérations successives d'un procédé de fabrication de la structure composite des figures 1 et 2, conformément à l'invention. Figures 4A-4E: des coupes de structures représen- tant les opérations successives d'un autre procédé de fabri- cation d'une structure composite correspondant à l'inven- tion. On va maintenant considérer les figures 1 et 2 sur lesquelles on voit une structure composite 10 qui com- prend un conducteur de premier niveau lia, en molybdène, réalisé conformément à l'invention. La structure composite comprend un substrat 12 qui est constitué par un substrat de silicium 13 sur lequel on a formé une couche de dioxyde de silicium 14. La couche 14 peut représenter l'oxyde de grille ou de champ d'un circuit intégré, tel qu'un réseau de formation d'image, un réseau de mémoire ou un circuit de traitement de signal ou de données. Une couche de silicium polycristallin 15a, présentant une configuration déterminée, recouvre la couche isolante.14. Un conducteur composite com- prenant un conducteur 17 en une matière métallique réfrac- taire, comme du molybdène, et une couche 18 en siliciure de cette matière métallique entourant le conducteur et adhérant aux surfaces à nu du conducteur, est placé de façon à recou- vrir la couche de silicium polycristallin 15a, de configura- tion déterminée, et à coïncider avec cette couche. Une cou- che de dioxyde de silicium 19 recouvre la couche 18 de siliciure de molybdène et les parties à nu de la couche de silicium polycristallin 15a de configuration déterminée et elle adhère à ces couches. On va maintenant décrire- un procédé de fabrication de la structure composite des figures 1 et 2, en se référant aux figures 3A-3E. Les éléments des figures 3A-3E qui sont identiques aux éléments des figures 1 et 2 portent les mêmes numéros de référence. On forme un substrat 13 en une matière semiconductrice constituée par du silicium, d'une épaisseur d'environ 250 ym, recouvert d'une couche 14 de dioxyde de silicium d'une épaisseur d'environ 100 nm, obtenue par croissance thermique. On dépose sur la couche de dioxyde de silicium 14 une couche de silicium polycristallin 15, d'environ 200 nm d'épaisseur, en procédant par décomposition pyrolytique de silane à environ 7500C dans un courant d'un gaz porteur inerte comme de l'argon. On dépose sur la couche de silicium polycristallin une couche de molybdène d'une épaisseur. de 300 nm, en procédant par pulvérisation. On donne une configuration déterminée à la couche de molybdène en utilisant les techniques bien connues de masquage par une résine photosensible et d'attaque, pour former un con- ducteur 15, comme le montre la figure 3A. On dépose ensuite une autre couche de silicium polycristallin 16, d'une épaisseur d'environ 200 nm, sur le conducteur de molybdène 11 et la première couche de silicium polycristallin 15, en procédant par décomposition pyrolytique de silane à environ 7500C dans un courant d'un gaz porteur inerte tel que de l'argon, pour donner la structure qui est représentée sur la figure 3B. On chauffe cette structure dans une atmosphère inerte à une température d'environ 10000C pendant une durée choisie de façon à faire réagir le silicium polycristallin des couches 15 et 16 avec le conducteur de molybdène 11, pour produire une couche de siliciure de molybdène 18 d'une épaisseur appropriée, entourant la partie du conducteur de molybdène lia qui n'a pas réagi et adhérant à cette partie, comme le montre la figure 3C. On attaque ensuite les parties des couches de silicium polycristallin 15 et 16 qui n'ont pas réagi et sont à nu, en utilisant un agent d'attaque approprié pour le silicium, comme une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium qui attaque sélectivement les cou- ches de silicium polycristallin sans attaquer de façon nota- ble la couche de siliciure de molybdène 16 ou la couche iso- lante de dioxyde de silicium 14, de façon à donner la struc- 2468206- ture qui est représentée sur la figure 3D. Dans cette struc- ture, un conducteur composite 17 qui est constitué par un conducteur en molybdène lia et par une couche de siliciure de molybdène 18 entourant les surfaces à nu du conducteur lia, recouvre une couche de silicium polycristallin lia for- mant une configuration déterminée. On oxyde ensuite la structure composite de la figure 3D dans une atmosphère oxydante à une température d'environ 10000C pour oxyder une partie de la couche de siliciure de molybdène 18 et les parties à nu de la couche de silicium polycristallin 15a, ayant une configuration déterminée, afin de former une cou- che de dioxyde de silicium 19 qui recouvre complètement le conducteur composite 17 et les surfaces à nu de la couche de silicium polycristallin 15a, de configuration déterminée, comme le montre la figure 3E. La couche 18 de siliciure de molybdène établit un écran entre le conducteur de molybdène 11 et l'atmosphère oxydante et on peut commodément choisir pour cette couche une épaisseur de plusieurs centaines de manomètres, bien qu'elle puisse être considérablement plus mince. On choisit l'épaisseur initiale de la couche de siliciure de molybdène de la structure composite de la figure 3C de façon qu'elle soit suffisante pour permettre d'obtenir une couche de dioxyde de silicium 19 ayant l'épaisseur dési- rée, comme le montre la figure 3E. Par exemple, lorsqu'on doit former un second niveau de métallisation sur la couche de dioxyde de silicium, on doit donner à la couche de dioxyde de silicium une épaisseur suffisante pour assurer une bonne isolation électrique entre les deux niveaux. L'épaisseur de cette couche de dioxyde de silicium 19 et l'épaisseur de la partie restante de la couche de siliciure de molybdène 18 dépendent de la durée et de la température de l'opération d'oxydation. On obtient ainsi une structure composite qui comprend un conducteur de molybdène entière- ment enveloppé par du dioxyde de silicium. On va maintenant décrire en se référant aux figu- res 4A-4E un autre procédé de fabrication d'une structure composite telle que celle qui est représentée sur les figures 1 et 2. Les éléments des figures 4A-4E qui sont identiques à des éléments des figures 3A-3E sont désignés de façon iden- tique. On réalise un substrat 13 en une matière semiconduc- trice constituée par du silicium, d'une épaisseur d'environ 250 pm, sur lequel se trouve une couche de dioxyde de sili- cium 14, d'une épaisseur d'environ 100 nm, obtenue par croissance thermique. On dépose sur la couche de dioxyde de silicium 14 une couche de silicium polycristallin 15, d'une épaisseur d'environ 200 nm, en procédant par décomposition pyrolytique de silane à environ 7501C, dans un courant d'un gaz porteur inerte tel que de l'argon. On dépose sur la couche de silicium polycristallin 15 une couche de molybdène d'une épaisseur d'environ 300 nm, en procédant par exemple par pulvérisation. On donne une configuration déterminée à la couche de molybdène en utilisant les techniques bien connues de masquage par une résine photosensible et d'atta- que, pour obtenir un conducteur 11, comme le montre la figure 3A. On dépose ensuite une autre couche de silicium polycristallin 16, d'une épaisseur d'environ 200 nm, sur le conducteur de molybdène 11 et la première couche de silicium polycristallin 15, en procédant par décomposition pyrolytique de silane à environ 7500C dans un courant d'un gaz porteur inerte, tel par exemple que de l'argon, comme le montre la figure 4B. On masque ensuite la couche de silicium polycristallin qui recouvre le conducteur de molybdène 11, à l'aide d'une résine photosensible, selon les techniques classiques. On attaque les parties des pre- mière et seconde couches de silicium polycristallin 15 et 16 non couvertes par la résine photosensible, avec un agent d'attaque approprié pour le silicium, comme une solution aqueuse d'hydroxyde de potassium qui attaque sélectivement le silicium polycristallin sans attaquer notablement la _--ouche isolante de dioxyde de silicium 14, pour produire la structure qui est représentée sur la figure 4C. Dans cette structure, le conducteur 11 est recouvert par une couche de silicium polycristallin 16, ayant une configuration déter- minée, d'une épaisseur d'environ 200 nm. On chauffe cette structure dans une atmosphère inerte à une température d'environ 10000C, pendant une durée choisie pour faire réagir le silicium polycristallin des couches 15 et 16 avec le conducteur de molybdène 11, afin d'obtenir une couche de siliciure de molybdène 18, d'épaisseur appropriée, entourant la partie du conducteur de molybdène 11 qui n'a pas réagi, et adhérant à cette partie, comme le montre la figure 4D. Si la durée de réaction est limitée, des parties des couches de silicium polycristallin 15 et 16 peuvent ne pas réagir, et ces parties peuvent comprendre une partie 15a de la couche polycristalline 15 située sous le conducteur 11, comme le montre la figure 4D. On obtient ainsi un conducteur composite 17 qui consiste en un conducteur de molybdène lia et en une couche de siliciure de molybdène 18 entourant les surfaces à nu du conducteur lia et recouvrant une couche de silicium polycristallin 15a qui présente une configuration détermi- née. On oxyde ensuite la structure composite de la figure 4D dans une atmosphère oxydante, comme de l'oxygène, à une température d'environ 10000C pour faire en sorte que la partie extérieure des couches de silicium polycristallin 15 et 16 soit oxydée pour donner du dioxyde de silicium, et également pour faire en sorte qu'une partie de la couche de siliciure de molybdène 18 qui recouvre le conducteur lia soit oxydée en dioxyde de silicium, en laissant une partie de la couche de siliciure de molybdène 18 qui recouvre le conducteur de molybdène lia. Pendant cette opération, l'épaisseur de la partie de la couche de siliciure de molyb- dène qui se trouve sous le conducteur lla peut augmenter du fait de la réaction entre le conducteur lia et la couche de silicium polycristallin 15a, de configuration déterminée. On vient de décrire et de représenter l'invention en liaison avec des structures d'électrodes composites dans lesquelles le conducteur 11 est en molybdène, mais il est évident que du fait de la similitude entre les composés du tungstène et ceux du molybdène, et en particulier entre les oxydes et les siliclures de ces métaux, le conducteur 11 peut être en tungstène. De plus, le conducteur 11 peut être constitué par d'autres métaux réfractaires qui ne réagissent pratiquement pas avec le dioxyde de silicium, comme le tan- tale, le platine et le palladium. En outre, les alliages des métaux réfractaires mentionnés ci-dessus dans lesquels le métal réfractaire constitue un constituant essentiel con- viennent pour le conducteur 11. Dans le procédé décrit ci-dessus, on enlève le silicium polycristallin qui n'a pas réagi, avant l'oxyda- tion du siliciure de molybdène, comme le montre la figure 3D, mais on comprend qu'on peut effectuer l'oxydation du siliciure sans enlèvement du silicium polycristallin des couches 15 et 16 qui n'a pas réagi. Dans le mode de réalisation décrit, la couche de matière isolante 14 sur laquelle on forme l'élément con- ducteur 11 en molybdène est du dioxyde de silicium, mais il est évident que-cette couche isolante pêtt être consti- tuée par diverses autres matières, comme par exemple du nitrure de silicium, ou une couche de nitrure de silicium recouvrant une couche de dioxyde de silicium, ou des combi- naisons de ces matières qui sont capables de supporter les températures de fabrication utilisées. De plus, bien qu'on ait indiqué l'utilisation d'un substrat de silicium pour la matière sur laquelle on forme la couche isolante de dioxyde de silicium, on peut "iliser divers autres substrats semiconducteurs, comme par exemple en arséniure de gallium, capables de supporter les températures de fabrication uti- lisées. REVENDICATIONS 1. Structure composite, caractérisée en ce qu'elle comprend un substrat (13) en matière semiconductrice ayant une surface principale, une couche de matière isolante (14) qui recouvre cette surface principale, une couche de sili- cium polycristallin (15) présentant une configuration déter- minée et recouvrant la couche de matière isolante, un con- ducteur composite qui comprend un conducteur (11) en une matière métallique réfractaire qui ne réagit pratiquement pas avec le dioxyde de silicium et une couche (18) d'un siliciure.de cette matière métallique qui entoure les sur- faces à nu-du conducteur, ce conducteur composite recou- vrant la couche de silicium polycristallin de configuration déterminée et coïncidant avec elle, et une couche de dioxyde de silicium (19) qui recouvre les surfaces à nu du conducteur composite et de la couche de silicium polycris- tallin de configuration déterminée. 2. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière métallique réfractaire est choisie dans le groupe qui comprend le molybdène, le tungstène, le tantale, le platine et le palladium. 3. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche de matière isolante consiste en dioxyde de silicium. 4. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche de matière isolante est constituée par une couche de nitrure de silicium recouvrant une couche de dioxyde de silicium. 5. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la couche de matière isolante consiste en une couche composite de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium. 6. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la matière semiconductrice est du silicium. 7. Procédé de fabrication d'une structure composite, caractérisé en ce que: on part d'un substrat d'une matière semiconductrice recouvert par une couche d'une matière iso- lante, on forme une première couche de silicium polycristal- lin sur la couche de matière isolante, on forme sur la pre- mière couche de silicium polycristallin, et avec une confi- guration désirée, un conducteur en un métal réfractaire qui ne réagit pratiquement pas avec le dioxyde de silicium, on forme une seconde couche de silicium polycristallin sur le conducteur en matière métallique et sur la première couche de silicium polycristallin, on chauffe le substrat, avec le conducteur en matière métallique et les couches de silicium polycristallin, avec une température et une première durée choisies de façon que les couches de silicium polycristallin réagissent avec une partie du conducteur pour former une couche de siliciure de la matière métallique qui entoure une partie restante du conducteur, non convertie en un siliciure de la matière métallique, on chauffe dans un oxydant le substrat, comprenant le conducteur et la couche de'siliciure de métal, ainsi que la partie de la première couche de silicium polycristallin qui se trouve sous la couche de siliciure de métal, avec une température et une seconde durée choisies de façon que l'oxydant réagisse avec la couche de siliciure pour convertir une partie de celle-ci en dioxyde de silicium recouvrant une autre partie de la couche de siliciure, non convertie en dioxyde de sili- cium, et également de façon que l'oxydant réagisse avec les parties à.nu de la première couche de silicium polycristal- lin et convertisse ces parties en dioxyde de silicium. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on donne une configuration déterminée à la seconde couche de silicium polycristallin pour obtenir une partie de configuration déterminée de la seconde couche de silicium polycristallin recouvrant le conducteur, et on enlève la partie restante de cette couche, ainsi que la partie de la première couche de silicium polycristallin qui se trouve au-dessous. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on enlève les parties à nu et les parties qui n'ont pas réagi des couches de sili- il cium polycristallin recouvrant la couche de siliciure métallique, ainsi que la couche de matière isolante, avant de chauffer le substrat, comprenant le conducteur et la couche de siliciure métallique, dans une atmosphère oxydante pendant la seconde durée.