Brevet FR2530077A1 — publié le 19840113

-1- "PROCEDE DE REALISATION DE CONDENSATEURS INTEGRES DANS UNE STRUCTURE MICROELECTRONIQUE" La présente invention concerne un procédé de réali- sation de condensateurs intégrés dans une structure micro- électronique à la surface d'un corps semiconducteur et dont les armatures sont obtenues à partir de deux couches métalliques superposées isolées au moins partiellement dudit corps semiconducteur et séparées entre elles par une couche en substance isolante, le diélectrique desdits condensateurs et leur isolement latéral étant réalisés respectivement à partir d'Ilots et de cloisons verticales obtenus par oxydation anodique localisée de la couche métallique inférieure. La présente invention concerne également le dispo- sitif obtenu par ce procédé. Pour réaliser des condensateurs au sein d'une micro- structure électronique intégrée, on utilise, de préférence, la technique dite des couches minces, les condensateurs réalisés selon cette technique présentant une plus grande capacité par unité de surface et des résistances beaucoup plus faibles que les capacités de jonctions diffusées aux- quelles on peut également faire appel De plus, la capacité des condensateurs en couches minces n'est pas tributaire de la tension appliquée comme l'est celle des jonctions semi- conductrices. Dans ces condensateurs, l'isolant utilisé depuis peu comme diélectrique est, en fait, une couche d'oxyde obtenue à partir du métal constituant au moins l'une des armatures. 2530077- -2- Dans la plupart des cas, ce diélectrique est donc de l'alumine créé à partir de l'aluminium constituant les armatures, l'alumine étant un oxyde caractérisé par une haute permittivité, ce qui élimine pratiquement les risques de défauts d'isolement. Le procédé le plus couramment utilisé pour former le diélectrique est connu sous le nom de procédé d'oxydation anodique qui consiste à appliquer une tension appropriée entre une couche d'un métal oxydable anodiquement et une électrode plongée dans un électrolyte convenablement choisi. Cette solution, qui est particulièrement intéressan- te lorsqu'il s'agit de réaliser des condensateurs dits "MOM" métal-oxydemétal puisque l'on peut créer la couche diélectrique dans la première couche métallique déposée, nécessite un choix adéquat non seulement du métal consti- tuant les armatures, le plus souvent l'aluminium, mais éga- lement de la composition de l'électrolyte employé On sait, en effet, que certaines solutions utilisées comme électro- lyte telles que, par exemple, acide oxalique et éthylène- glycol, conduisent à l'obtention d'une couche d'alumine poreuse lors de l'anodisation d'une couche d'aluminium alors que d'autres, à base d'acide tartrique notamment, donnent une couche d'alumine étanche. Il va de soi que, pour éviter la diffusion du métal constituant les armatures du condensateur à travers son diélectrique, ce dernier doit être avantageusement consti- tué d'une couche d'oxyde étanche. Généralement, les armatures métalliques des conden- sateurs sont élaborées pendant la mise en forme des réseaux de connexion recouvrant la surface du corps semiconducteur portant la microstructure intégrée. Si cette dernière comporte une pluralité de conden- sateurs, identiques ou non, sur un même niveau, sa réalisa- tion en est rendue plus complexe -Dans ce cas, en effet, il y a lieu de prendre en considération les problèmes d'isole- ment entre lesdits condensateurs et les problèmes de prise de contact, problèmes qui sont liés, entre autres, à des -3- questions d'encombrement et qui sont d'autant plus diffi- ciles à résoudre que la surface de ladite microstructure intégrée-est réduite. Une solution consiste à utiliser pour l'ensemble une armature formée à partir d'une première couche métalli- que déposée sur un lit isolant recouvrant la surface du corps semiconducteur portant la microstructure intégrée,- l'autre armature de chacun desdits condensateurs étant ob- tenue à partir d'une seconde couche métallique, et à divi- ser au moins ladite première couche métallique en diffé- rentes portions de configurations préalablement choisies à l'aide de cloisons isolantes transversales créées à partir de sa surface. Lesdites cloisons peuvent être constituées d'un sil- lon creusé dans la ou les couches métalliques, et éventuel- lement rempli d'oxyde de silicium, mais elles sont obtenues, de préférence, par oxydation anodique localisée de la pre- mière couche métallique servant également à l'obtention d'une armature des condensateurs et, généralement, à la réalisation de réseaux de connexion. Après l'élaboration des condensateurs et des réseaux de connexion à la surface du corps semiconducteur, celui-ci doit être soumis en dernier lieu à une opération de rodage de sa face arrière opposée à la face dite active portant les éléments actifs ou passifs de la structure intégrée. Cette opération de rodage a pour but la mise à épais- seur du corps semiconducteur et elle est effectuée en pre- nant pour référence la face active et les couches qui la recouvrent. Dans les structures actuelles, sous l'effet de la pression exercée sur la surface de référence, les îlots dié- lectriques localisés séparant les armatures des condensa- teurs ainsi que les cloisons verticales isolant lesdits con- densateurs entre eux s'enfoncent légèrement dans la couche métallique dans laquelle ils ont été créés et peuvent alors être détériorés. '3 77 Ce;phé_c AI e nà la cipherie dsis l'ot" et/Ci 3 dedites loisons, peut provoquer des 2-U c-rcuic etrce ies armatures d iun mên 1 conden sater on entr e l nrma 1 ures de condensateurs voisins. Une solution ernvrisagée pcur remédier à cet inconvé- nient consiste b recouvrir L che diélectrique ou les cloisons d isoiemen Ve coucse isolante supplémentaire, ce cui condui: =-o'_ & a outer des operations de dépôt et de photogravure at, d e, a, re,ex stant et augmente donc la comïDiz t& da la misa a N oeuvre. La prs 6 ente invention ap-our} 3 ut de pallier ces dif- ficultés et, pour ce f a Zre prend en considération les phé- nomènes apparaissant i Ors fes o-prations de photogravure. La présente invention S ga-lsment pour but de réali- ser des condensateurs 40 it-g'ables dans une structure multicouche par des operai N iples reproductibles et compatibles avec la: ai&aion simultanée des autres élé- ints de ladlte str Uc%re, _esdis condensateurs devant présenter une haute va ur de permittivité. Pour ce faire, lîirrerition utilise le procédé connu d'oxydation anodique d'un métal de bonne conductivité élec- trique plongé dans une solution électrolytique appropriée, et soumis à l'effet d&une tension extérieure dont la valeur détermine les caractéristiques capacitives des condensateurs. En effet, la présente invention concerne un procédé de réalisation de condensateurs intégrés dans une structure microélectronique à la surface d'un corps semiconducteur, et dont les armatures sont obtenues à partir de deux couches 46 30 métalliques superposées isolées au moins partiellement dudit corps semiconducteur, et séparées entre elles par une couche en une substance isolante, le diélectrique desdits condensa- teurs et leur isolement latéral étant réalisés respective- ment à partir d'îlots et de cloisons verticales obtenus par oxydation anodique localisée de la couche métallique infé- rieure, procédé notamment remarquable en ce que, après dép 6 t de ladite couche métallique inférieure et de la couche en -5 - substance isolante la recouvrant et par une première série d'ouvertures pratiquées dans ladite couche en substance isolante, on évide localement cette couche métallique pour y créer des creusures à partir de la surface desquelles on forme par oxydation anodique les couches diélectriques en forme d'îlots des condensateurs, puis en ce que, par une seconde série d'ouvertures pratiquées dans cette même cou- che en substance isolante, on creuse dans la couche métal- lique inférieure de nouveaux évidements à partir de la sur- face desquels on crée les cloisons verticales donnant ainsi aux armatures inférieures des condensateurs leur forme définitive en les isolant simultanément les unes des autres du point de vue électrique. Le premier avantage de ce procédé réside dans le fait que sa mise en oeuvre ne nécessite pas d'opérations de dé- pôt et/ou de photogravure supplémentaires: en effet, les mêmes ouvertures pratiquées dans la couche en substance isolante pour la gravure de la couche métallique sont uti- lisées pour l'anodisation localisée de ladite couche. En second lieu, dans la mise en oeuvre du procédé, on met automatiquement à profit le fait qu'une gravure la- térale, dite sous-gravure, apparaît simultanément à la gra- vure transversale Cette gravure, qui s'étend sous la cou- che en substance isolante, fait que l'îlot localisé d'oxyde anodisé est parfaitement protégé à sa périphérie, notamment lorsqu'une pression est exercée en surface lors des derniè- res opérations de mise à épaisseur. Avantageusement, les armatures des condensateurs sont réalisées à partir de couches d'aluminium et, en consé- quence, le diélectrique desdits condensateurs et leurs cloi- sons d'isolement verticales sont en alumine, ledit diélec- trique étant en alumine étanche et les cloisons d'isolement généralement en alumine poreuse. De préférence, l'alumine étanche formée par anodisa- tion est obtenue à partir d'une solution d'acide tartrique et l'alumine poreuse, également formée par anodisation, est obtenue à partir d'une solution d'acide oxalique. -v 3 OO 77 -6- Ces opérations d'anodisation sont effectuées à basse température de telle sorte que les caractéristiques physiques et électriques de la structure comportant les condensateurs ne sont pas altérées. La présente invention concerne également le disposi- tif obtenu par le procédé décrit ci-dessus et comportant une structure intégrée d'éléments actifs et passifs à la surface de laquelle a été créée une pluralité de condensa- teurs isolés les uns des autres par des cloisons d'isole- ment verticales et dont les armatures de chacun d'entre eux sont séparées par une couche diélectrique en forme d'îlot, la couche diélectrique et les cloisons d'isolement vertica- les ayant été obtenues par oxydation anodique localisée d'une couche superficielle de l'armature inférieure desdits condensateurs à travers des ouvertures pratiquées dans une couche en substance isolante recouvrant ladite armature, dispositif notamment remarquable en ce que la surface externe des -îlots localisés constituant la couche diélec- trique et celle des cloisons d'isolement verticales présen- tent au moins partiellement une dénivellation par rapport à la surface de l'armature inférieure des condensateurs, et en ce que la couche en substance isolante recouvrant ladite armature inférieure surplombe la périphérie des évidements ainsi créés. La description qui va suivre, en regard des figures décrivant des exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 à 4 représentent schématiquement et en coupe diverses étapes de la réalisation d'un dispositif semiconducteur comportant une pluralité de condensateurs MOM obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il est à noter que, sur les -figures, les dimensions sont considérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les dessins plus clairs. Dans l'exemple illustré par lesdites figures 1 à 4, on part d'une plaquette semiconductrice 1 dans laquelle on a créé des éléments actifs et passifs non représentés sur lesdites figures. 2530077- -7- A La surface 2 de ladite plaquette, on dépose une première couche isolante 3, généralement de Si O 2, dans laquelle on pratique des ouvertures 4 nécessaires à la prise de contacts sur lesdits éléments actifs et passifs. On recouvre ensuite la surface de la couche isolante 3 et les ouvertures 4 d'une couche d'aluminium 5 consti- tuant la couche métallique dans laquelle seront traitées les armatures inférieures des condensateurs à réaliser. Cette couche métallique sert également à former une premiè- re nappe de réseaux de connexions en contact avec les élé- ments actifs et passifs du dispositif par l'intermédiaire des ouvertures 4. Après avoir réalisé lesdits réseaux de connexions, l'opération suivante consiste à recouvrir l'ensemble d'une seconde couche 6 en substance isolante dans laquelle on pratique des ouvertures 7 par lesquelles on attaque ensuite chimiquement la couche métallique sous-jacente 5. Du fait de cette attaque chimique, on obtient les évidements 8 dont la périphérie, en raison du phénomène dit de "sous-gravure", se trouve surplombée par la couche en substance isolante 6 (figure 1). On traite alors la surface mise à nu dans les évide- ments 8 par anodisation de manière à obtenir les pellicules 9 d'alumine étanche qui constituent la couche diélectrique des futurs condensateurs MOM (figure 2) Ces pellicules 9 d'alumine sont formées dans une solution aqueuse d'acide tartrique à 30 g/litre et de p H = 1,8 sous une tension choisie en fonction de l'épaisseur à obtenir à raison de A/volt: ladite tension est choisie dans cet exemple aux environs de 25 V. Après réalisation de la couche diélectrique 9, on pratique de nouvelles ouvertures 10 dans la couche en subs- tance isolante 6 Ces ouvertures 10 se situent entre les ouvertures 7 déjà pratiquées précédemment et par lesdites ouvertures 10, on procède,-en premier lieu, à une attaque chimique permettant de creuser des évidements il à partir desquels seront créés les îlots localisés 12 d'alumine poieuse avi dr L,-o i: armatures infîr eures Sa, 5 'j aî t Jonc de la pluralité descondensateura îlots selon (':7 n:o figure 3) t ces îlots d"izoleàienit-11 Travsrsent la totalité de l'é pzaisseur de la couche 5 ti ec ot&tns par exeir- le, par anodisation danes 2 N o 1 utîisn Fasciné oxalique à BG g/lître. Les dee npere c q ui conduisent à la repré- seintation de ' r esu-ite à réaliser les seconides armazures _ 1 sa 3 t condensateurs, 'Les pri- ses, d e cona À l, a;_zrature et une nouvelle nappe de 4 'J d' ir un dépôt d'une seconde couche,i 6 teulliquee n 1 mn d'aluminium, dépo- sée à la surface de I -m, t p 1 hotogravée de manière appropriée. On constate ainsi, sur la figure 4, que l'on a donc obtenu une succession de ccdnêaisateurs à la surface de la structure intégrée, ee e tdesdits condensateurs en série ou Qen parallèIle 'Dt&nt alors réalisée à partir -de liai- sons extérieures. I -9- REVENDICATIONS - 1 Procédé de réalisation de condensateurs intégrés dans une structure microélectronique à la surface ( 2) d'un corps semiconducteur ( 1) et dont les armatures ( 5 a, 5 b, 13 a, 13 b) sont obtenues à partir de deux couches métalliques superposées isolées au moins partiellement dudit corps semiconducteur ( 1) et séparées entre elles par une couche en substance isolante ( 6), le diélectrique desdits conden- sateurs et leur isolement latéral étant réalisés respecti- vement à partir d'îlots ( 9) et de cloisons verticales ( 12) obtenus par oxydation anodique localisée de la couche métal- lique inférieure ( 5), procédé caractérisé en ce que, après dépôt de ladite couche métallique inférieure ( 5) et de la couche en substance isolante ( 6) la recouvrant et par une première série d'ouvertures ( 7) pratiquées dans ladite cou- che en substance isolante ( 6), on évide localement cette couche métallique ( 5) pour y créer des creusures ( 8) à par- tir de la surface desquelles on forme par oxydation anodi- que les couches diélectriques en forme d'îlots ( 9) des con- densateurs, puis en ce que, par une seconde série d'ouver- tures ( 10) pratiquées dans cette même couche en substance isolante ( 6), on creuse dans la couche métallique inférieure ( 5) de nouveaux évidements ( 11) à partir de la surface des- quels on crée les cloisons verticales ( 12) donnant ainsi aux armatures inférieures ( 5 a, 5 b) des condensateurs leur forme définitive en les isolant simultanément les unes des autres du point de vue électrique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en- ce que les armatures ( 5 a, 5 b, 13 a, 13 b) des condensateurs sont réalisées à partir de couches d'aluminiumet en ce que le diélectrique desdits condensateurs et leurs cloisons d'isolement verticales sont en alumine. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les couches diélectriques ( 9) des condensateurs sont en alumine étanche, et en ce que les cloisons d'isolement verticales ( 12) sont en alumine poreuse. e 530077 -i 0- 4 Dispositif obtenu par le procédé conforme & l'une des revendications 1 à 3 et comportant une structure inté- grée d'éléments actifs et passifs à la surface de laquelle a été créée une pluralité de condensateurs isolés les uns des autres par des cloisons d'isolement verticales ( 12) et dont les armatures ( 5 a, 5 b, 13 a, 13 bo) de chacun d'entre eux sont séparées par une couche diélectrique ( 9) en forme d'îlot, la couche diélectrique ( 9) et les cloisons d'isole- ment verticales ( 12) ayant été obtenues par oxydation ano- dique localisée d'une couche superficielle de l'armature inférieure ( 5) desdits condensateurs à travers des ouver- tures ( 7, 10) pratiquées dans une couche en substance iso- lante ( 6) recouvrant ladite armature, dispositif caractéri- sé en ce que la surface externe des îlots localisés cons- tituant la couche diélectrique ( 9) et celle des cloisons d'isolement verticales ( 12) présentent au moins partielle- ment une dénivellation par rapport à la surface de l'arma- ture inférieure ( 5 a, 5 b) des condensateurs, et en ce que la couche en substance isolante ( 6) recouvrant ladite arma- ture surplombe la périphérie des évidements ( 8, 11) ainsi créés. _ 4