Brevet FR2555365A1 — publié le 19850524

PROCEDE DE FABRICATION DE CIRCUIT INTEGRE AVEC CONNEXIONS DE SILICIURE DE TANTALE ET CIRCUIT INTEGRE REALISE SELON CE PROCEDE La présente invention concerne les circuits intégrés. Elle sera décrite en détail à propos de la fabrication de circuits à transistors à effet de champ à grille de silicium polycristallin isolée par de l'oxyde de silicium mince, mais elle est applicable à d'autres circuits, par exemple des circuits à transistors bi- polaires. Dans de nombreux circuits, des zones importantes de silicium dopé servent à conduire un courant non négligeable et il est essentiel de réduire autant que possible la résistivité électrique de ces zones. C'est pourquoi on a proposé de former sur ces zones des couches d'alliages métallique tels que des sili- ciures de platine, de titane, de tantale qui ont l'avantage d'avoir une tres bonne conductivité. Le platine a l'inconvénient d'être très cher; le titane "absorbe" beaucoup d'oxygene lors des phases de fabrication qui suivent son dépôt, ce qui nuit à sa conductivité; de plus les siliciures de ces métaux résistent souvent mal aux agents chimi- ques: par exemple, le siliciure de titane est soluble dans l'acide fluorhydrique HF qui est utilisé fréquemment pour nettoyer les tranches. Le tantale et son siliciure résistent au contraire tres bien à ce type d'agent chimique; malheureusement ils s'avèrent difficile à graver car, si l'on grave avec un plasma, le siliciure de tantale qu'on voudrait conserver est attaqué plus vite que le tantale qu'on voudrait éliminer; si au contraire on essaye de graver par voie chimique, il faut des bains à 800C qui sont difficilement utilisables en production de masse. La présente invention propose une structure de circuit intégré et un procédé de fabrication correspondant, cette struc- ture utilisant du tantale et bénéficiant donc des avantages de celui-ci sans en présenter les inconvénients: essentiellement, au lieu d'essayer de supprimer le tantale là ou on ne désire pas l'allier avec du silicium, on le conserve sous forme d'oxyde de tantale isolant: la structure de circuit selon l'invention est telle qu'on trouve une couche ininterrompue contenant du tantale sur toute l'étendue de la tranche, cette couche étant constituée de siliciure de tantale en contact direct avec du silicium dans certaines zones, et d'oxyde de tantale en contact avec de l'oxyde de silicium sur tout le reste de la tranche. Plus précisément, le circuit intégré selon l'invention comprend des zones de silicium monocristallin et/ou polycristallin dont certaines au moins sont reliées à des connexions faisant par- tie d'une couche conductrice d'interconnexion; ces zones sont entièrement recouvertes de siliciure de tantale et sont séparées les unes des autres par des portions ininterrompues d'une couche d'oxyde de tantale reposant sur un oxyde isolant (en principe de l'oxyde de silicium), la couche conductrice d'interconnexion venant en contact ponctuellement avec le siliciure de tantale sur une partie des zones de silicium ainsi recouvertes. Pour des transistors à effet de champ à grille de sili- cium polycristallin isolée par de l'oxyde de silicium mince, les régions de source et de drain des transistors sont recouvertes de siliciure de tantale ainsi que la surface supérieure des grilles de silicium polycristallin; les flancs des grilles sont recouverts d'un remblai d'oxyde de silicium recouvert d'oxyde de tantale comblant entièrement l'espace séparant le silicture de tantale des sources et drains du siliciure de tantale de la grille. Le procede de fabrication utilisé pour obtenir cette structure est le suivant: - on forme classiquement sur une tranche des zones de silicium dénudées séparées par des zones ou un isolant (oxyde de silicium) est présent sur la surface de la tranche; - on dépose une couche de tantale uniformément sur la totalité de la surface de la tranche; - on soumet la tranche à une température d'environ 7500C en présence d'un gaz neutre, de préférence de l'argon, en atmosphère sèche, pour former ainsi du siliciure de tantale par- tout ou le tantale recouvre directement le silicium dénudé et pour conserver le tantale là ou il recouvre l'isolant (oxyde de silicium); - on soumet la tranche à une température d'environ 200 C à 500C en présence d'un gaz oxydant, de préférence de l'oxyg'ene, en atmosphère sèche, pour oxyder le tantale sans oxyder le sili- ciure de tantale; - on continue le processus de fabrication sans éliminer l'oxyde de tantale subsistant; notamment, on dépose une couche isolante que l'on grave pour l'ouvrir au dessus de portions de zones de siliciure de tantale, on dépose une couche métallique (alliage d'aluminium et de silicium par exemple) que l'on grave selon le motif d'interconnexion choisi. La structure selon l'invention a l'avantage d'éliminer tout risque de court-circuit par formation de ponts de siliciure de tantale ou de tantale entre deux zones de silicium qui doivent rester isolées, par exemple entre la grille et la source ou le drain d'un transistor. De plus, le siliciure de tantale peut recouvrir tres largement les régions de silicium dont on veut réduire la résistivité, la limite de ces régions étant prati- quement toujours déterminée par une zone d'oxyde de silicium qui délimitera par autoalignement la séparation entre une zone de siliciure de tantale et une zone d'oxyde de tantale. Dans le procédé de fabrication, aucune étape de masquage ne sera nécessaire pour la définition des zones de siliciure de tantale et on ne se heurtera donc pas a la difficulté de graver le tantale ou le siliciure de tantale. En particulier, avant le dépôt du tantale, on déposera de l'oxyde de silicium par décomposition en phase gazeuse, oxyde que l'on gravera uniformément selon une attaque anisotrope ver- ticale jusqu'à mettre à nu le silicium monocristallin et polycristallin, en conservant le long des flancs des grilles de silicium polycristallin des remblais d'oxyde isolant qui empêcheront la formation de siliciure sur ces flancs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: Les figures 1 à 7 représentent les étapes successives de réalisation d'un circuit intégré conforme à l'invention, incor- porant des transistors à effet de champ. On ne redécrira pas en détail les étapes classiques de formation du transistor lui-même: on part d'une tranche de sili- cium monecristallin 10 dans laquelle on définit des zones actives A isolées les unes des autres par des zones B d'oxyde de silicum épais 12 (fig 1). On effectue classiquement des implantations et diffusions de source 14 et drain 16 apres avoir déposé et gravé une couche de silicium polycristallin définissant notamment les grilles 18 des transistors, ces grilles reposant sur une couche d'oxyde de silicium mince 20. La grille sert de masque d'implantation lors d'une étape d'implantation de source et drain. On prévoit généralement en plus une étape de diffusion profonde de source et de drain et c'est pourquoi on a représenté sur la figure 1 des régions de source et drain en forme d'escalier avec une dif- fusion peu profonde et autoalignée avec le bord de la grille et une diffusion profonde couvrant la zone active A en dehors de la grille et de ses abords immédiats. Plusieurs procédés de fabrication sont connus et on considérera donc qu'il n'y a pas de difficulté pour l'homme de métier à obtenir la structure de la figure 1 ou d'autres struc- tures de technologie MOS ou bipolaire pour lesquelles l'invention peut être intéressante. Dans l'exemple de structure de départ de la figure 1, on souhaite que les lignes de diffusion de source et drain, qui peuvent réunir plusieurs transistors, ainsi que les grilles de silicium polycristallin, aient une résistivité. aussi faible que possible (c'est d'ailleurs une des raisons de l'existence des dif- fusions profondes de source et de drain). Pour cela, on propose selon l'invention de réaliser une structure dont la constitution finale est représentée à la figure 7 et qui va être réalisée de la manière suivante. On dépose d'abord par décomposition chimique en phase gazeuse à basse pression, une couche d'oxyde de silicium 22. Le pouvoir couvrant de ce dépôt est élevé de sorte que la couche s'arrondit autour des bords de la grille et comble largement l'angle droit formé par les flancs de la grille 18 et la surface du silicium monocristallin 10 (fig 2). On grave alors uniformément l'oxyde de silicium présent, sur une épaisseur légerement supérieure à l'épaisseur de la couche 22 qui vient d'être déposée, et cette gravure se fait par attaque anisotrope verticale. On arrête la gravure lorsque le silicium monocristallin est mis à nu ainsi que le silicium polycristallin de la grille. On ne poursuit pas la gravure, de sorte qu'il sub- siste, du fait de l'anisotropie de la gravure, des remblais 24 d'oxyde de silicium recouvrant les flancs de la grille 18 et comblant le coin formé par le flanc de la grille et la surface du silicium monocristallin de la tranche. La gravure est par exemple une gravure ionique réactive que l'on peut poursuivre par un décapage au plasma de SF6, dans le bâti de pulvérisation de tan- tale qui va servir à l'étape suivante (bâti à deux chambres), ceci de manière à bien nettoyer le silicium monocristallin et polycristallin sans le remettre ensuite en atmosphère oxydante (fig 3). On dépose alors, par pulvérisation dans le bâti, une couche uniforme 26 de tantale d'une épaisseur qui peut être d'environ 600 angstrbms. Le pouvoir couvrant est également suf- fisant pour que la couche de tantale déposée ne subisse pas de discontinuité lors du passage des marches constituées par les grilles de silicium polycristallin (fig 4). Dans les procedés de formation de siliciures habituels, on devrait ici graver le métal déposé pour séparer le métal recouvrant la grille du métal recouvrant la source et du métal recouvrant le drain. Ici, on soumet la tranche à une température d'environ 750 C pendant une durée d'environ 30 minutes dans une atmosphère desséchée, en présence d'un gaz neutre qui est de préférence de l'argon. Un siliciure de tantale TaSi2 se forme alors là o le tantale est directement en contact avec le silicium monocristallin (zones 28 et 30 au dessus de la source et du drain) ou avec le silicium polycrsitallin (zone 32 au-dessus de la grille) mais le tantale ne s'allie pas avec le silicium a oủ il repose sur de l'oxyde de silicium, à savoir d'une part dans les zones 34 recouvrant l'oxyde épais 12 et d'autre part dans les zones 36 au- dessus des remblais 24 d'oxyde de silicium (fig 5). Il y a encore un court-circuit entre sources, drains et grilles des transistors par l'intermédiaire du tantale des zones 34 et 36, mais déja les zones de siliciure de tantale sont différenciées des zones de tantale pur, et ceci de manière autoalignée, c'est à dire sans étape de masquage: le siliciure se forme vraiment sur toute la zone de silicium disponible qui a été dénudée à l'étape de la figure 3. On voudrait éliminer les court-circuits créés par le tantale pur des zones 34 et 36 mais, si on essaie une gravure par plasma, l'alliage TaSi2 est attaqué plus vite que le tantale pur. Une gravure chimique permettrait d'éliminer seulement le tantale mais nécessiterait un bain à 80 C qui est pratiquement irréalisable en production de masse. Plutôt que d'essayer une telle gravure, on soumet la tranche à une oxydation à basse température (entre 200C et 5000C), en atmosphère sèche, par exemple en présence d'oxygène sec, de manière à oxyder le tantale sans oxyder le siliciure de tantale. A cette température, cette étape est totalement inerte vis à vis des constituants autres que le tantale. La durée d'oxydation est de l'ordre de une heure de maniere à transformer complètement toute l'épaisseur du tantale des zones 34 et 36 en oxyde de tantale Ta205 (zones 34' et 36'). L'oxyde de tantale est un très bon isolant (fig 6). Ni l'oxyde de tantale, ni le siliciure de tantale ne sont gravés et l'étape suivante de fabrication consiste à déposer à basse température une couche 38 d'oxyde de silicium épais (environ 6000 Angstrbms) que l'on grave classiquement pour créer des ouvertures ponctuelles de prise de contact d'interconnexion métallique sur des portions de zones de siliciure de tantale. On dépose alors une couche d'interconnexion métallique qui peut être un alliage à base d'aluminium, par exemple Al-Si ou Al-Si-Cu ou Al-Ta (fig 7). On grave alors cette couche selon le motif d'intercon- nexion désirée, on passive la surface du substrat et on ouvre les plages de contact de fils de soudure au bottier du circuit (étapes non représentées). Ainsi, dans la structure de circuit intégrée selon l'invention, visible à la figure 7 à son stade presque final, toutes les zones de silicium monocristallin ou polycristallin qui ne sont pas directement recouvertes par de l'oxyde de silicium, sont entièrement recouvertes de siliciure de tantale; c'est le cas de la majeure partie des zones de source et de drain; c'est le cas aussi de la totalité de la surface supérieure de la grille; ces zones de silicium recouvertes de siliciure de tantale sont séparées par des portions ininterrompues d'une couche d'oxyde de tantale reposant sur de l'oxyde de silicium; c'est le cas entre deux transistors, au-dessus de l'oxyde de champ épais qui sépare une zone active d'une autre; c'est le cas aussi entre la source et la grille ou entre le drain et la grille d'un même transistor. Une couche conductrice d'interconnexion vient en contact ponc- tuellement avec le siliciure de tantale sur des portions des zones de silicium recouvertes de siliciure de tantale. On peut envisager que la couche d'interconnexion con- ductrice soit constituée non pas par un alliage d'aluminium, mais par exemple par du silicium polycristallin qui lui même pourra être allié sous forme de siliciure à un autre métal déposé sur ce silicium polycristallin, constituant ainsi un premier niveau d'interconnexion à partir duquel on pourra éventuellement faire d'autres niveaux d'interconnexion. Pour terminer cette description, on doit mentionner que l'invention est applicable même à des circuits intégrés formés sur des substrats autres que des substrats de silicium (substrats iso- lants ou substrats en un autre semiconducteur). REVENDICATIONS 1. Circuit intégré, comprenant des zones de silicium monocristallin (14, 16) et/ou polycristallin (18) dont certaines au moins sont reliées à des connexions d'une couche conductrice d'interconnexion (40), caractérisé en ce que ces zones sont entièrement recouvertes de siliciure de tantale (28, 30,32) et sont séparées les unes des autres par des portions ininterrompues (34', 36') d'une couche d'oxyde de tantale reposant sur un iso- lant, notamment de l'oxyde de silicium (12, 24), la couche métallique d'interconnexion (40) venant en contact ponctuellement avec le siliciure de tantale sur des portions des zones de sili- cium ainsi recouvertes. - 2. Circuit intégré selon la revendication 1, dans lequel sont réalisés des transistors à effet de champ à grille de sili- cium polycristallin (18) isolée par de l'oxyde de silicium mince (20), caractérisé en ce que les transistors comportent des régions de source (14) et de drain (16) recouvertes de siliciure de tan- tale (28, 30), en ce que la totalité de la surface supérieure des grilles de silicium polycristallin (18) est recouverte de sili- ciure de tantale (32), et en ce que les flancs des grilles sont recouverts d'un remblai d'oxyde de silicium recouvert d'oxyde de tantale (36') comblant entierement l'espace separant le siliciure de tantale (28, 30) des régions de source et de drain du siliciure de tantale (32) de la grille. 3. Circuit intégré selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la couche conductrice d'interconnexion (40) est une couche d'alliage à base d'aluminium reposant sur une couche d'oxyde de silicium épais (38) ouverte uniquement au dessus de portions de zones de siliciure de tantale, cet oxyde épais (38) recouvrant une couche d'oxyde de tantale (34', 36') présente sur toute la surface du circuit à l'exception des zones (28, 30, 32) de siliciure de tantale. 4. Circuit intégré selon la'revendication 3, caractérisé en ce que l'alliage est un alliage d'aluminium et silicium compre- nant éventuellement du cuivre, ou encore un alliage aluminium- tantale. 5. Procédé de fabrication d'un circuit intégré compre- nant les opérations suivantes: - former classiquement sur une tranche des zones de silicium dénudées sparées par des zones ou un isolant, notamment de l'oxyde de silicium, est présent sur la surface de la tranche (fig 1, 2, 3); - déposer une couche de tantale (26) uniformément sur la totalité de la surface de la tranche (fig 4); - soumettre la tranche à une température d'environ 7500C en présence d'un gaz neutre, de préférence de l'argon, en atmosphère sèche, pour former ainsi du siliciure de tantale (28, 30, 32) partout o le tantale recouvre directement le silicium et pour conserver du tantale (34, 36) fa ou il recouvre l'isolant (oxyde de silicium) (fig 5) - soumettre la tranche à une température d'environ 2000C en présence d'un gaz oxydant, de préférence de l'oxygène, en atmosphère seche, pour oxyder le tantale sans oxyder le siliciure de tantale (fig 6); - continuer le processus de fabrication sans éliminer l'oxyde de tantale subsistant. 6. Procedé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce que, préalablement au dép8t de tantale, on forme des transistors à effet de champ à grille de silicium polycristallin (18) isolée du substrat par une couche d'oxyde de silicium mince (20), on recouvre la tranche d'une couche d'oxyde de silicium (22) déposée par décomposition chimique en phase gazeuse, et on enlève cette couche uniformément par attaque ani- sotrope verticale jusqu'à mettre à nu le silicium polycristallin de la grille et le silicium monocristallin de part et d'autre de la grille, l'attaque anisotrope laissant subsister un remblai (24) d'oxyde de silicium le long des flancs de la grille. 7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications et 6, caractérisé en ce que, apres formation de l'oxyde de tan- tale, on recouvre la tranche d'oxyde de silicium épais (38) que l'on attaque sélectivement au dessus de portions de zones de sili- ciure de tantale, puis l'on dépose une couche métallique (40) que l'on grave selon un motif choisi d'interconnexions.