Brevet FR2561443A1 — publié le 19850920

i Procédé pour interconnecter Les zones actives et/ou les griLes d'un circuit irtegré CMOS La présente invention a Diour objet un procé- dé poui.r interconnec-cer les zones actives et/ou les r LLes d'un circuit intégeé CMOS. Ce Drocédé rermet en particuL ier de réaLiser des connexi Oens à courtes disLan.ces entre 5es sources et les drains des transis- t.,rsMOS (métaL-oxyde-semiconiducteur) à canaL N ou P entrant dans la constitution du circuit intégré CMOS t0 (MO'- complémentaire) et aussi de connecter -cas sources et/ou ces drains avec les grilLes de. ces mêmes tran- si:tors., Les circuits intégrés CMOS, dont te. plus simpLe. est un inverseur, constitueé uniquemen.t d'un transistor a canal N et d'un transistor à canal P dont L'un est bioqué quand l'autre conduit et vice versa, présentent l'avantage de consommer très peu dénergie electr que. En revanche, ils présentent une faible densité di'integration. no Cette faible densité d'intégration est Liée en particuLiei à ls n écesi é de connecter fréquemment des régions de type N+ (source ou drain des transis- tors à canai N) et dGes régions de type P+ (source ou drain des transistors à canaL P), -cette nécessité s'expLiquant par le fait tue chaque porte élémentaire du circuJit intégré comprerid à La fois des transistors à carial N et des transistors à canal P. - Ces connexions, cotame représenté sur la fi- gure 1 iliustrant en coupe Longitudinale un inverseur CMOS, sont actuellement obÉenue, après avoir réalisé les éLements ccnstitutifs du cir.tiit. c'est-à-dire Les zones actives telLes que Les sources 2 et 8 et les drains 4 et 6 des transisto's du circuit, Les griLles 12 et 14 de ces transistors et i.oxyde Je champ 16, en déposant tout d'abord sur l'ensemble du circuit inté- gré une couche d'isolant 18, généralement en oxyde de silicium, puis en gravant cette couche d'isolant afin de réaliser les trous de contact électrique, tels que 20 et 22, des zones actives ainsi que ceux des grilles. Ensuite, on dépose sur la couche d'isolant gravée 18 une couche conductrice 24, généralement en alumi- nium, puis on grave celle-ci afin de réaliser les con- nexions voulues, telles que la connexion 24a entre le drain 4 du transistor à canal N et le drain 6 du tran- sistor à canal P de l'inverseur. Dans un tel procédé, outre la surface occu- pée par les connexions elles-mémes, ce sont essentiel- lement les trous de contact électrique (20, 22) réali- sés dans la couche d'isolant, et les gardes telles que 26 et 27 nécessaires pour le positionnement de ces trous qui réduisent la densité d'intégration des cir- cuits intégrés CMOS Afin d'augmenter la densité d'intégration de ces circuits CMOS, notamment en diminuant la surfa- ce occupée par les connexions, on réalise parfois des circuits à deux niveaux d'interconnexion, générale- ment en aluminium, mais ceci complique le procédé de fabrication des circuits de façon significative, et ne permet pas, de toute façon, de supprimer les encombre- ments des trous de contact électrique, réalisés dans la couche d'isolant. La présente invention a justement pour objet un procédé pour interconnecter les zones actives et/ou les grilles des circuits intégrés CMOS permettant de remédier à ces inconvénients et permettant notamment d'augmenter de façon notable la densité d'intégration de ces circuits. Ce procédé permet, après la réalisation des éléments constitutifs du circuit intégré, telles que Les zones actives, les grilles et L'oxyde de champ, de réaLiser Les differentes connexions voulues, sans avoir au préalable déposé sur l'ensemble du circuit intégré une couche isolante et réaliser, dans cette couche, des trous de contact électrique nécessaires pour reaLiser Les connexions. IL peut être utilisé avantageusement pour effectuer des liaisons à courtes distances, c'est-à- dire des liaisons entre les sources et drains et/ou 0 les grilles des transistors du circuit intégré. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé pour interconnecter les zones actives et/ou Les grilles d'un circuit intégré CMOS, se carac- térisant en ce que, après avoir réalisé les éLéments constitutifs du circuit intégré, à L'exception des connexions, on dépose directement sur l'ensemble du circuit une couche d'un matériau conducteur, dit pre- mier matériau, puis on grave cette couche de matériau conducteur afin de réaLiser les connexions voulues. Par éléments constitutifs d'un circuit in- tégré, il faut comprendre tout ce qui constitue le circuit, c'est-à-dire l'oxyde de champ, les sources, drains et grilles des transistors, les circuits à transfert de charge (CCD) etc..., avant que L'on ait réalisC les différentes connexions du circuit *; La couche d'isol@nt, dans Laquelle on réalise les trous de contact électrique, utilisée dans L'artantérieur pour permettre La réaLisation des connexions du cir- cuit ne fait bien entendu pas partie des éléments O constitutifs du circuit integré. Le fait de supprimer, dans le procédé de l'invention, le dépAt de La couche isolante et La réa- lisation des trous de contact éLectrique dans cette zcouche, pour réaliser les différentes connexions du circuit, permet d'augmenter de façon ccnsidérable la densité d'intégration des circuits CMOS. Selon un mode particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la couche du premier maté- riau conducteur est gravée au moyen d'un plasma. Selon un autre mode particulier de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on effectue les éta- pes successives suivantes: - dépôt sur l'ensemble du circuit intégré de la couche du premier matériau conducteur, - dépôt sur la couche du premier matériau conducteur d'une couche d'un deuxième matériau, ce deuxième ma- tériau étant différent'du premier matériau conduc- teur, - réalisation d'un masque sur la couche du deuxième matériau représentant l'image des connexions à réa- Liser, - élimination de la partie de La couche du deuxième matériau dépourvue de masque, - élimination de la partie de la couche du premier matériau conducteur dépourvue du restant de la cou- che du deuxième matériau, et - élimination du masque. Afin de réaliser un auto-alignement des con- nexions sur les zones actives (source et drain) des circuits intégrés, le procédé objet de l'invention peut avantageusement comprendre les étapes successi- ves suivantes: - isolation latérale des grilles du circuit intégré, dépôt sur l'ensemble du circuit intégré de la couche du premier matériau conducteur, - dépôt sur la couche du premier matériau conducteur d'une première couche de résine servant à effacer le relief de la couche du premier matériau conducteur, - réalisation d'une gravure de la première couche de résine afin de ne laisser de la résine qu'aux empta- cements des zones actives à interconnecter, - réalisation dans une deuxième couche de résine d'un masque représentant l'image des connexions à réali- ser, - élimination de la partie de la couche du premier matériau conducteur dépourvue de résine, et - élimination de la résine. De façon avantageuse, la couche du premier matériau conducteur est réalisée en un alliage de ti- tane et de tungstène et la couche du deuxième matériau en silicium, en oxyde de silicium ou en aluminium. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limita- tif, en référence aux figures annexées, dans lesquel- les: - la figure 1, déjà décrite, représentant en coupe longitudinale un inverseur CMOS, illustre le procédé d'interconnexion d'un tel circuit selon l'art antérieur, - les figures 2 à 5 illustrent, en coupe longitudinale, les différentes étapes du procédé de l'invention, conformément à un premier mode de mise en oeuvre, et - les figures 6 à 9 illustrent, en coupe longitudinale, les différentes étapes du procédé de l'invention, conformément à un deuxième mode de mise en oeuvre. Sur les figures 2 à 5, on a représenté un inverseur CMOS, constitué d'un transistor MlOS 28 à canal N et d'un transistor MOS 30 à canal P que l'on désire interconnecter. Le transistor 28 à canal N comporte une source 32 et un drain 34, réalisés dans un substrat semiconducteur 36, par exemple en silicium de type P, ainsi qu'une grille 38, réalisée par exemple en sili- cium polycristallin dopé. De même, le transistor 30 à canal P comporte une source 44 et un drain 42, réali- sés dans un substrat semiconducteur 46, notamment en silicium de type N, ainsi qu'une grille 48 par exemple en silicium polycristallin dopé ou en siliciure. Ces transistors 28 et 30 sont séparés l'un de l'autre par un oxyde de champ 50 réalisé par exem- ple selon la technologie LOCOS (oxydation localisée). Cet oxyde de champ 50 est partiellement enterré dans le substrat semiconducteur. Les sources, Les drains et les grilles de ces deux transistors 28 et 30 ainsi que l'oxyde de champ 50 représentent ce qu'on appelle les éléments constitutifs du circuit intégré, ici un inver- seur CMOS. Conformément à i'invention, l'interconne- xion du drain 34 du transistor 28 à canal N et du drain 42 du transistor 30 à canal P est réalisée, en dépo- sant directement sur l'ensemble du circuit intégré une couche 52 de matériau conducteur, dit premier maté- riau, puis en gravant cette couche 52 de premier maté- riau conducteur afin de réaliser la connexion désirée (figure 5), notamment la connexion du drain 34 et du drain 42 du circuit intégré. Cette couche 52, de pré- férence en un alliage de titane et de tungstène com- prenant par exemple 90% en poids de tungstène et 10% en poids de titane, peut être déposée par la technique de dépôt par pulvérisation magnétron. Elle présente par exemple une épaisseur de 0,1 am. La gravure de cette couche conductrice 52 peut être réalisée, comme représenté sur les figures 2 à 5, c'est-à-dire en déposant tout d'abord sur cette couche 52 une couche 54 d'un deuxième matériau, ce deuxième matériau étant différent du premier matériau constituant la couche 52. Cette couche 54, déposée par exemple par la technique de pulvérisation magnétron peut être réalisée en silicium ou en oxyde de silicium et éventuellement en aluminiumo Elle peut presenter o _ une épaisseur d'environ 500 A (5.10- 4m) On réalise ensuite sur cette couche 54 un masque 56, par exemple en résine par les procédés classiques de la photolithographie, représentant l'image de la connexion 52a (figure 3) à réaliser, c'est-à-dire servant à définir les dimensions de cette connexion. Après la réalisation du masque, on éLimine la partie de la couche 54 de deuxième matériau dépour- vue de masque. La structure obtenue est représentée sur la figure 3. Lorsque la couche 54 est réalisée en oxyde de silicium, la gravure de celle-ci peut par exemple être réalisée chimiquement avec de l'acide fluorhydrique (HF) comme agent d'attaque et lorsque la couche est réalisée en silicium, cette gravure peut être réalisée en utilisant un plasma contenant de l'hexafluorure de soufre (SF6). Les étapes suivantes du procédé de l'inven- tion consistent à éliminer la partie de la couche 52 du premier matériau conducteur non recouverte du res- tant 54a de la couche 54, comme représenté sur la fi- gure 4. La gravure de la couche conductrice 52, le restant 54a de la couche 54 servant de masque à cette gravure, peut être réalisée par attaque chimique, par exemple à l'aide d'une solution contenant de l'acide sulfurique (H2S04) et de l'eau oxygénée (H202) lorsque cette couche 52 est réalisée en Ti-W. Ce mélange d'acide sulfurique et d'eau oxy- génée permet d'éliminer également le masque de résine 56. La structure finale est représentée sur la figu- re 5. La couche 52 de matériau conducteur ainsi gravée permet de connecter entre eux te drain 34 du transistor 28 à canal N et le drain 42 du transistor à canal P. Outre son rôle de masque pour la gravure de la couche 52, l'emploi d'une couche 54 de deuxième matériau en silicium ou en oxyde de silicium permet d'éviter, lors de l'insolation de la résine photosen- sible pour La réalisation du masque, le phénomène d'interférence dans ladite résine, ce phénomène étant dû au grand pouvoir réfléchissant des couches conduc- trices généralement utilisées (ici Ti-W). Ceci permet d'obtenir, dans La couche de résine, une image plus précise de la connexion à réaliser. Sur les figures 6 à 9, on a représenté un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion. Ce mode de mise en oeuvre permet d'obtenir un auto-alignement de la ligne d'interconnexion à réali- ser, par exemple la ligne 52a, sur les zones actives à connecter, par exemple le drain 34 et le drain 42 res- pectivement des transistors 28 à canal N et 30 à ca- nal P. Comme précédemment, après avoir réalisé les éLéments constitutifs du circuit intégré, c'est-à- dire les sources, les drains et les grilles des tran- sistors 28 et 30 et l'oxyde de champ 50, on réalise, comme représenté sur la figure 6, une isolation laté- rale 57 des grilles 38 et 48 du circuit intégré ayant la forme de bandes isolantes d'environ 2500 A (0,25 4m) de large. Cette isolation latérale peut être réalisée en oxyde de silicium ou en nitrure de sili- cium. Elle peut être réalisée de façon connue, par exemple à l'aide du procédé décrit dans le brevet amé- ricain n 4 234 362 déposé le 18 novembre 1980 de J. RISEMAN ou bien à l'aide du procédé décrit dans le brevet français n 2 525 029 déposé le 8 avril 1982 au nom du demandeur. IL est à noter que L'oxyde de champ 50 a été représenté, comme précédemment, partiellement en terre dans le substrat semiconducteur (LOCOS). Cepen- dant, dans ce mode de mise en oeuvre du procédé de L'invention, l'oxyde de champ 50 pourrait avantageuse- ment être réalisé entièrement en relief. Après la réalisation de cette isolation la- terale 57 des grilles du circuit intégré, on dépose sur l'ensemble de ce circuit, par exemple par la technique de dépôt par pulvérisation magnétron, la couche 52 de matériau conducteur, réalisée de préfé- rence en Ti-W et ayant une épaisseur de 0,1 micron environ. Cette couche d'épaisseur constante, présente un profil dépendant de la forme des couches sous-ja- centes et notamment des creux au niveau des zones ac- tives (drains 34 et 42). Ensuite, on dépose éventuellement sur cette couche 52 de matériau conducteur une couche 54 d'un deuxième matériau, ce matériau étant différent du ma- tériau constituant la couche conductrice 52. Cette couche 54, réalisée de préférence en silicium, en oxyde de silicium ou en aluminium, présente aussi un profil dépendant de la forme des couches sous-jacen- tes, ici la couche conductrice 52, et en particulier comporte des creux aux endroits des zones actives (drains 34 et 42). Cette couche éventuelle 54 est ensuite re- couverte d'une première couche de résine photosensible 58, telle que celle utilisée usuellement en photoli- thographie. Selon la viscosité de la résine utilisée, on procèdera avantageusement à un traitement thermique de la couche de résine 58 afin d'obtenir une surface aussi plane que possible, par exemple un chauffage entre 2000C et 2500C. L'étape suivante du procédé consiste à réa- liser, comme représenté sur la figure 7, une gravure de la couche de résine 58 afin de ne laisser de la résine qu'aux emplacements des zones actives à inter- connecter, par exemple les drains 34 et 42, c'est-à- dire aux endroits en creux de la couche 54, lorsque celle-ci existe, ou aux endroits en creux de la couche conductrice 52, en l'absence de la couche 54. Le fait de ne garder de la résine 58 qu'aux emplacements des zones actives se fait automatiquement, compte tenu du profil de la couche 54 ou 52. Cette gravure peut être réalisée par exemple à l'aide d'un procédé de gravure sèche utilisant un plasma d'oxygène. Après cette gravure de la couche de résine 58, on réalise dans une deuxième couche de résine 60, un masque représentant l'image de la connexion 52a à réaliser selon les procédés classiques de la photoli- thographie. L'étape suivante du procédé consiste, comme représenté sur la figure 8, à éliminer la partie de la couche 54 de deuxième matériau dépourvue de résine, c'est-à-dire non recouverte par Le masque 60 et le restant de la couche de résine 58 remplissant les creux de la couche 54, Lorsque l'on utilise cette cou- che 54 de matériau. Cette élimination peut se faire en gravant la couche 54 par attaque chimique, notamment avec de l'acide fluorhydrique comme agent d'attaque lorsque celle-ci est réalisée en SiO2. Lorsque la couche 54 est réalisée en aluminium cette gravure peut être réalisée en utilisant un plasma contenant du CCl4. Après cela, on élimine la partie de la cou- che 52 de matériau conducteur non masquée, c'est-à- dire non recouverte du restant 54a de la couche 54 du deuxième matériau. Dans le cas d'une couche conductri- ce 52 en un alliage de titane et de tungstène, cette gravure peut être réalisée en utilisant un plasma con- tenant du SF6. Enfin, comme représenté sur la figure 9, on élimine la résine, c'est-àdire le masque 60 et le reste de la couche de résine 58. Le fait de graver la couche 52 de matériau conducteur pour obtenir la connexion 52a des zones actives 34 et 42, en utilisant le masque de résine 60 et la couche de résine 58 gravée comme précédemment, permet d'obtenir une connexion 52a entre les zones ac- tives 34 et 42 du circuit intégré dont les extrémités arrivent au contact des isolations latérales 57 ou bandes isolantes des grilles 38 et 48 du circuit inté- gré, c'est-à-dire un auto-alignement de la connexion 52a sur lesdites zones actives. Cet auto-alignement présente l'avantage de supprimer les gardes normale- ment nécessaires à l'alignement du masque de la résine sur les zones actives 34 et 42. L'emploi d'une couche 54 de deuxième maté- riau en silicium, en oxyde de silicium ou en aluminium permet d'éviter l'exposition de la couche 52 en TiW à une atmosphère oxydante lors des étapes ultérieures. L'emploi d'aluminium pour cette couche 54 permet en outre d'abaisser la résistance des lignes d'intercon- nexion ainsi réalisées. Comme on l'a dit précédemment, le procédé décrit ci-dessus en référence aux figures 6 à 9 peut être mis en oeuvre sans utiliser la couche 54 de deu- xième matériau, cette couche servant en particulier à obtenir, dans la résine constituant le masque 60, une meilleure image de la connexion 52a à réaliser. Dans ce cas, après la réalisation du masque de résine 60, on élimine la partie de la couche conductrice 52 dé- pourvue de résine, c'est-à-dire non recouverte par le masque 60, et le restant de La couche de résine 58. Cette gravure de la couche conductrice 52 peut être réaLisée à l'aide d'une gravure par plasma, par exem- ple en utilisant un plasma contenant du SF6 lorsque cette couche 52 est réalisée en Ti-W. Après gravure de la couche 52, on éLimine la résine, c'est-à-dire le masque 60 et le restant de couche de résine 58. Dans le mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, utilisant des isolations latérales 57 des grilles du circuit intégré (figures 6 à 9), il est possible de réaliser une étape supplémentaire, juste après la réalisation de ces isolations, consistant à implanter des ions dans Les zones actives à connecter, et notamment dans les drains 34 et 42 du circuit inté- gré. Cette implantation ionique permet notamment d'éviter les risques de court-circuit entre les sour- ces ou les drains du circuit intégré et le substrat dudit circuit et notamment au bord de l'oxyde de champ, ce court-circuit pouvant provenir d'une légère attaque de l'oxyde de champ lors des différentes éta- pes du procédé de l'invention et notamment lors de la réalisation des isolations latérales 57 des grilles du circuit intégré. Cette implantation ionique permet aussi d'obtenir au niveau des grilles, notamment 38 et 48 du circuit intégré, une double jonction de sources et drains, ce qui permet de diminuer le champ électrique entre les drains et les grilles adjacents. Cette implantation ionique peut être réali- sée en masquant à chaque fois Les régions complémen- taires, c'est-à-dire les régions de type N+ puis les régions de type P+ à l'aide d'un masque de résine. Elle peut être réalisée avec des ions d'arsenic à une énergie de 130 keV et une dose de 5.1015 at/cm2 pour les régions de type N+ et des ions Bore à une énergie de keV et une dose de 3.1015 at/cm2 pour les régions de type P+. Le procédé de l'invention permet de réaliser dans les circuits intégrés CMOS des liaisons à courte distance, c'est-à-dire des liaisons entre les sources et les drains de ces circuits et/ou les griLles, sans effectuer au préalable le dépôt puis la gravure d'une couche d'isolant, ce qui permet d'augmenter de façon considérable la densité d'intégration de ces circuits. En ce qui concerne les connexions à longue distance de ces circuits, celles-ci peuvent être réa- lisées de façon classique. Le procédé de l'invention a été décrit dans le cas d'une connexion entre les drains d'un inverseur CMOS, mais bien entendu il peut être utilisé pour d'autres types de connexion et en particulier pour connecter les grilles des transistors du circuit inté- gré aux sources ou aux drains de ces mêmes transis- tors. REVENDICATIONS 1. Procédé pour interconnecter les zones ac- tives et/ou les grilles d'un circuit intégré CMOS, ca- ractérisé en ce que, après avoir réalisé les éléments constitutifs du circuit intégré (32, 34, 38, 42, 44, 48, 50) à l'exception des connexions (52a), on dépose directement sur l'ensemble du circuit une couche (52) d'un matériau conducteur, dit premier matériau, puis on grave cette couche (52) de matériau conducteur afin de réaliser les connexions voulues (52a). 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on grave la couche (52) du premier matériau conducteur au moyen d'un plasma. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on effectue les étapes successives suivantes: - dépôt sur l'ensemble du circuit intégré de la couche (52) du premier matériau conducteur, - dépôt sur la couche (52) du premier matériau conduc- teur d'une couche (54) d'un deuxième matériau, ce deuxième matériau étant différent du premier maté- riau conducteur, - réalisation d'un masque (56) sur la couche (54) du deuxième matériau représentant l'image des conne- xions (52a) à réaliser, - élimination de la partie de la couche (54) du deu- xième matériau dépourvue de masque, - élimination de la partie de la couche (52) du pre- mier matériau conducteur dépourvuedu restant (54a) de la couche (54) du deuxième matériau, et - élimination du masque (56). 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on effectue les étapes suivantes: - isolation latérale (57) des grilles (38, 48) du cir- cuit intégré, - dépôt sur L'ensemble du circuit intégré de la couche (52) du premier matériau conducteur, - dépôt sur la couche (52) du premier matériau conduc- teur d'une première couche de résine (58) servant à effacer le relief de La couche (52) du premier maté- riau conducteur, - réalisation d'une gravure de la première couche de résine (58) afin de ne laisser de la résine qu'aux emplacements des zones actives (34, 42) à intercon- necter, - réalisation dans une deuxième couche de résine (60) d'un masque représentant l'image des connexions (52a) à réaliser, - élimination de la partie de la couche (52) du pre- mier matériau conducteur dépourvue de résine (58, ), et - élimination de la résine (58, 60). 5. Procédé selon La revendication 1, carac- térisé en ce que l'on effectue, les étapes successives suivantes: - isolation latérale (57) des grilles (38, 48) du cir- cuit intégré, - dépôt sur l'ensemble du circuit intégré de la couche (52) du premier matériau conducteur, - dépôt sur la couche (52) du premier matériau conduc- teur d'une couche (54) d'un deuxième matériau, ce deuxième matériau étant différent du premier maté- riau conducteur, - dépôt sur la couche (54) du deuxième matériau d'une première couche de résine (58) servant à effacer le relief de la couche (54) du deuxième matériau, - réalisation d'une gravure de la première couche de résine (58) afin de ne laisser de la résine qu'aux emplacements des zones actives (34, 42) à intercon- necter, - réalisation dans une deuxième couche de résine (60) d'un masque représentant L'image des connexions (52a) à réaLiser, - élimination de la partie de la couche (54) du deu- xième matériau dépourvue de résine (58, 60), - élimination de La partie de la couche (52) du pre- mier matériau conducteur non recouverte par le res- tant (54a) de la couche (54) du deuxième maté- riau, et - éLimination de la résine (58, 60). 6. Procédé selon l'une queLconque des reven- dications 4 et 5, caractérisé en ce que, après l'iso- Lation LatéraLe (57) des griLLes, on réaLise dans les zones actives (32, 34, 42, 44) du circuit intégré une implantation ionique. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 3 et 5, caractérisé en ce que la couche (54) du deuxième matériau est réalisée en silicium ou en oxyde de silicium. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 3 et 5, caractérisé en ce que la couche (54) du deuxième matériau est réalisée en aluminium. 9. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la couche (52) du premier matériau conducteur est réalisée en un al- liage de titane et de tungstène.