Brevet FR2566181A1 — publié le 19851220

PROCEDE D'AUTOPOSITIONNEMENT D'UNE LIGNE D'INTERCONNEXION SUR UN TROU DE CONTACT ELECTRIQUE D'UN CIRCUITINTEGRE La présente invention a pour objet un procé- dé d'autopositionnement d'une ligne d'interconnexion sur un trou de contact électrique d'un circuit inté- gré. Ce procédé d'autopositionnement est utilisable, en particulier, dans les procédés de fabrication de circuits intégrés MOS (Métal-Oxyde-Semiconducteur). Sur les figures 1 et 2, on a représenté en coupe, selon l'art antérieur, les étapes d'un procédé d'autopositionnement d'une ligne d'interconnexion sur un trou de contact électrique d'un circuit intégré. Le circuit intégré, portant la référence générale 2, com- prend une zone active 4, semiconductrice dopée, cor- respondant par exemple à la source ou au drain d'un transistor MOS, devant être connectée électriquement à une autre zone active (non représentée) du circuit in- tégré. Cette zone active 4 est recouverte d'une couche d'oxyde 6 dans laquelle on réalise le trou de contact électrique 7 de cette zone active 4, en gravant La couche d'oxyde 6 par attaque chimique à travers un masque approprié disposé sur cette couche. L'intercon- nexion de la zone active 4 et de l'autre zone active du circuit intégré est réalisée en recouvrant l'ensem- ble du circuit intégré d'une couche conductrice 8, gé- néralement en aluminium, puis en gravant cette couche. Cette couche 8 étant d'épaisseur constante, forme un creux au-dessus du trou de contact électrique 7. Pour réaliser la ligne d'interconnexion 8a (visible sur la figure 2) dans la couche conductrice 8, on dépose sur cette couche conductrice une couche de résine 10 qui est ensuite gravée de manière à ne subsister que dans le creux situé au-dessus du trou de contact électrique 7. On réalise ensuite, dans une couche de résine 12, un masque représentant l'image de La Ligne d'interconnexion. La couche conductrice 8 est ensuite gravée, à travers le masque, par exemple de façon isotrope par une simple attaque chimique ou de façon anisotrope par un plasma contenant des composés tels que CC14. Les couches de résines 10 et 12 sont ensuite éliminées. On obtient alors La ligne d'inter- connexion 8a représentée en coupe sur La figure 2. Ce procédé, décrit dans La demande de brevet français n 82 06409 du 14 avril 1982 déposé au nom du demandeur, permet de réaliser des Lignes d'intercon- nexion sur un trou de contact électrique sans que ces lignes d'interconnexion ne débordent du trou de con- tact électrique. IL permet donc de réaliser des Lignes d'interconnexion dont la largeur n'est pas plus impor- tante que te diamètre du trou de contact électrique ce qui permet d'augmenter La densité d'intégration par rapport aux autres procédés connus. Cependant, dans ce procédé, Le résidu de La première couche de résine 10 présente une faibLe épaisseur résistant difficiLement à La gravure Lors de la réalisation de la ligne d'interconnexion. Par aiLLeurs, la zone active et. La Ligne d'interconnexion sont en contact direct, et des atomes métalliques, par exempLe d'aLuminium lorsque la couche métallique est réalisée en un tel matériau, peuvent, lors des traitements thermiques ultérieurs, diffuser dans la zone active entraînant ainsi des courants de fuites qui peuvent être nuisibles au bon fonctionne- ment des circuits intégrés. La présente invention a justement pour objet un procédé d'autopositionnement d'une ligne d'inter- connexion sur un trou de contact électrique d'un cir- cuit intégré permettant notamment de remédier aux dif- férents inconvénients donnés ci-dessus. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé d'autopositionnement d'une ligne d'interconnexion sur un trou de contact électrique d'un circuit intégré, caractérisé en ce que, le trou de contact électrique étant réalisé, on effectue Les opérations successives suivantes: (a) - dépôt sur l'ensemble du circuit intégré d'une première couche conductrice, (b) - dépôt sur la première couche conductrice d'un matériau de remplissage servant à com- bler le trou de contact, la surface de ce matériau étant sensiblement plane, (c) - réalisation d'une gravure anisotrope du ma- tériau de remplissage de façon à mettre à nu les parties de la première couche conductri- ce situées en dehors du trou de contact et à ne garder de ce matériau de remplissage que La partie remplissant te trou de contact, (d) - dépôt sur la structure obtenue d'une deuxiè- me couche conductrice, dans laquelle sera réalisée la ligne d'interconnexion, (e) - réalisation sur la deuxième couche conduc- trice d'un masque de résine servant à défi- nir les dimensions de la ligne d'intercon- nexion, (f) - élimination des parties de la deuxième et de la première couches conductrices dépourvues de masque, afin de réaliser la ligne d'in- terconnexion, et (g) - élimination du masque. Le rôle de la première couche conductrice est d'assurer de façon efficace une barrière de diffu- sion (c'est-à-dire s'opposant à la diffusion) des atomes de la ligne d'interconnexion dans la zone acti- ve à connecter, protégeant ainsi la zone active et donc les jonctions semiconductrices sous-jacentes. Par ailleurs, l'emploi d'un matériau rem- plissant totalement le trou de contact électrique per- met, même si Le masque de résine servant à définir la Ligne d'interconnexion est désaligné par rapport au trou de contact, d'assurer dans tout ce trou de con- tact un contact électrique. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la première couche conductrice est un film métallique réalisé de préférence en un alliage de titane et de tungstène ou en tungstène seul. L'emploi d'un tel matériau permet, compte tenu de sa résistivité relativement faible, d'obtenir une résistance de contact entre la ligne d'interconnexion et le trou de contact électrique relativement faible. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- vre du procédé de l'invention, on réalise le dépôt de la première couche conductrice par un procédé de pul- vérisation magnétron et le matériau de remplissage par un procédé de dépôt isotrope (LPCVD). De façon avantageuse, ce matériau de rem- plissage est réalisé en silicium potycristallin. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- vre du procédé de l'invention, ce matériau de remplis- sage présente une épaisseur supérieure à la demi-lar- geur du trou de contact électrique. Ceci permet d'as- surer le remplissage complet du trou de contact. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- - vre du procédé de l'invention, on réalise l'étape (c) en déposant une couche de résine sur le matériau de remplissage et en gravant simultanément la couche de résine et le matériau de remplissage avec des vitesses d'attaque identiques pour la résine et ledit matériau de remplissage. Ceci permet de faire affleurer ce ma- tériau de remplissage à la surface du trou de contact. Selon un autre mode préféré de mise en oeu- vre du procédé de l'invention, l'étape (f) est réali- sée au moyen d'une gravure sèche anisotrope. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux figures annexées sur les- quelles: - les figures 1 et 2, déjà décrites, repré- sentent, schématiquement les étapes d'un procédé d'au- topositionnement d'une ligne d'interconnexion sur un trou de contact d'un circuit intégré selon l'art anté- rieur, - les figures 3 à 6, 9 et 10, représentent, schématiquement, les différentes étapes du procédé d'autopositionnement sur un trou de contact électrique d'une ligne d'interconnexion, conformément à l'inven- tion, et - Les figures 7 à 8 représentent, schémati- quement, une variante du procédé d'autopositionnement seLon l'invention. Sur la figure 3, on a représenté une partie d'un circuit intégré comprenant une zone active 14, semiconductrice dopée, réalisée dans un substrat en siLicium monocristallin 16 et correspondant par exem- ple à la source ou au drain d'un transistor MOS que L'on veut connecter électriquement à une autre zone active (non représentée) du circuit intégré. De façon classique, cette zone active 14 est recouverte d'une couche isolante 18, généralement réalisée en oxyde de silicium pouvant contenir 5 à 10% de phosphore. Cette couche d'oxyde présente par exemple une épaisseur de 0,8 pm. Cette couche d'oxyde 18 est ensuite gravée, en utilisant un masque de résine réalisé par photolitho- graphie sur cette couche, par exemple par une gravure anisotrope telle qu'une gravure ionique réactive avec CHF3 de façon à réaliser le trou de contact électrique 17 de la zone active 14. Ce type de gravure permet d'obtenir un trou de contact présentant des bords sen- siblement perpendiculaires à la surface du circuit in- tégré. Après la réalisation du trou de contact électrique 17, on dépose sur l'ensemble du circuit in- tégré une première couche conductrice 20, comme repré- senté sur la figure 4. Cette première couche conduc- trice 20, présentant une épaisseur de 1 000 à 1 500 A (0,1 à 0,15 pm), peut être déposée par la technique de dépôt par pulvérisation magnétron ou d'évaporation sous vide. Cette première couche conductrice 20 permet d'assurer un très bon contact électrique avec la zone active 14 du circuit intégré. De plus, cette couche 20 joue le rôle de barrière de diffusion, c'est-à-dire d'une barrière empêchant la diffusion des atomes du matériau constituant la ligne d'interconnexion à réa- liser dans la zone active 14. De façon avantageuse, cette couche conduc- trice 20 est réa-lisée en métal et en particulier en un alliage de titane et de tungstène ou en tungstène, ce qui permet d'obtenir une résistance de contact, entre la ligne d'interconnexion à réaliser et le trou de contact électrique 17, relativement faible, compte tenu de la résistivité faible de ce matériau. Bien entendu, la première couche conduc- trice peut être réalisée en un autre métal que le tungstène ou l'alliage de titane et de tungstène, sa caractéristique principale étant d'assurer une bar- rière de diffusion efficace entre la ligne d'intercon- nexion à réaliser et la jonction semiconductrice, si- tuées sous le trou de contact électrique. L'étape suivante du procédé, comme repré- senté sur la figure 5, consiste à déposer sur la pre- mière couche conductrice 20 un matériau de remplissage 22, réalisé par exemple en silicium polycristallin, servant à remplir complètement le trou de contact électrique 17 et à aplanir la topographie du circuit intégré au-dessus de ce trou de contact; il présente en conséquence une surface sensiblement plane 23. Ce matériau de remplissage 22 présente de préférence une épaisseur qui est supérieure à la demi-largeur l/2 (figure 3) du trou de contact électrique 17; par exemple pour un trou de contact de 1 sur 1 pm, ce matériau 22 peut présenter une épaisseur allant de o 7 000 à 10 000 A (0,7 à 1 pm). Le remplissage du trou de contact électrique 17 par le matériau 22 ainsi que l'obtention d'une sur- face plane 23 de ce matériau peut être obtenu au moyen d'un procédé de dépôt isotrope qui peut être réalisé, dans le cas d'un matériau de remplissage 22 en sili- cium polycristallin, par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique (CVD) ou à basse pression (LPCVD). Il est à noter que le matériau de remplissa- ge 22 n'est pas forcément conducteur; il peut notam- ment être isolant, sa caractéristique principale étant d'être déposé de façon isotrope et d'assurer un bon remplissage du trou de contact électrique. L'étape suivante du procédé consiste, comme représenté sur la figure 6, à réaliser une gravure anisotrope du matériau de remplissage 22. Cette gravu- re est réalisée de façon à mettre à nu les parties 20a de la première couche conductrice situées en dehors du trou de contact électrique 17, et à ne garder de ce matériau de remplissage que la partie 22a remplissant ce trou de contact. Cette gravure doit donc présenter un caractère de sélectivité, de façon à ne graver que le matériau 22 et à s'arrêter dès la mise à nu des régions 20a de la première couche conductrice. Une telle gravure peut être réaLisée au moyen d'une gravure dite "pleine tranche", c'est-à- dire sans utilisation de masque, en utitisant par exemple une gravure ionique réactive contenant, dans le cas d'un matériau de remplissage 22 en silicium poLycristallin, de L'hexafluorure de soufre comme agent d'attaque. Selon l'invention, il est aussi possible de recourir à une technique de "planarisation" pour réa- liser La gravure du matériau de remplissage 22 de façon à éliminer complètement les parties de ce maté- riau 22 situées au-dessus des parties 20a de la pre- mière couche conductrice, se trouvant en dehors du trou de contact électrique 17. Cette technique est il- lustrée sur les figures 7 à 8. Elle consiste, tout d'abord, à recouvrir le matériau de remplissage 22 d'une couche de résine 24 (figure 7), par un procédé d'étalement classique. Cette couche de résine 24, qui peut être réalisée en une résine couramment utilisée en photolitographie, présente par exemple une épaisseur de 1,5 ym à 2 pm. Après ce dépôt, on réalise une gravure anisotrope, et ce de façon simultanée, de la couche de résine 24 et du matériau de remplissage 22 avec des vitesses d'at- taque identiques pour la résine et Le matériau de rem- plissage 22. Lorsque le matériau de remplissage 22 est réalisé en silicium polycristallin, la gravure simul- tanée de la résine et du silicium peut par exemple être réalisée avec un procédé de gravure ionique réac- tive en utilisant comme agent d'attaque un mélange d'hexafluorure de soufre et d'oxygène (SF6+02). Comme précédemment, cette gravure présente un caractère de sélectivité, ce qui permet d'arrêter la gravure dès la mise à nu des régions 20a de la première couche con- ductrice 20 et de laisser le trou de contact électri- que 17 complètement rempli du matériau 22 (figure 8). Cette technique de "pLanarisation" permet d'obtenir une région 22a du matériau 22, comblant le trou de contact, présentant une surface plane (figure 8). L'étape suivante du procédé consiste, comme représenté sur la figure 9, à déposer sur la structure obtenue (figure 6 ou figure 8) une deuxième couche conductrice 26 dans laquelle sera réalisée la ligne d'interconnexion. Cette couche conductrice 26 réali- sée par exemple en aluminium présente une épaisseur o allant de 5 000 à 10 000 A (0,5 à I pm). Elle peut être obtenue par une technique de dépôt par pulvérisa- tion magnétron ou bien par une technique d'évaporation sous vide. Ensuite, on réalise sur la deuxième couche conductrice 26 un masque de résine 28 servant à défi- nir les dimensions de la ligne d'interconnexion à réa- liser. Ce masque de résine 28, qui peut être réalisé selon les procédés classiques de la microphotoli- thographie, représente l'image de la ligne d'intercon- nexion à réaliser. Après réalisation du masque 28, on élimine les parties de La deuxième couche conductrice 26 dé- pourvue de masque afin de réaliser la ligne d'inter- connexion 26a, comme représenté sur la figure 10. Ceci peut être réalisé en gravant la couche conductrice 26 par exemple par un procédé de gravure sèche anisotro- pe, utilisant par exemple du tétrachlorure de carbone lorsque cette couche conductrice 26 est réalisée en aluminium. On élimine ensuite les parties de la premiè- re couche conductrice 20 dépourvues du masque 28. Ceci peut être réalisé lors de la même étape de gravure anisotrope que celle de la deuxième couche conductrice 26, cette gravure permettant de s'arrêter séLective- ment au-dessus de La région 22a du matériau de rem- pLissage 22, notamment en siLicium poLycristaLtlin, rempLissant Le trou de contact électrique, et sur La couche d'isotant 18, notamment en oxyde de siticium, ayant servi à La formation du trou de contact éltectri- que 17. Cette gravure de La première couche conductri- ce 20 est donc réaLisée par te même procédé de gravure ionique réactive utilisant Le tétrachlorure de carbo- ne Lorsque cette première couche conductrice est réa- Lisée en un allttiage de titane et de tungstène ou en tungstène. La dernière étape du procédé consiste à éLi- miner Le masque de résine 28, par exempLe par attaque chimique. La figure 10 représente La structure finale après gravure de La Ligne d'interconnexion et étimina- tion de La résine. Dans ce procédé, te contact électrique, entre La zone active 14 et La Ligne d'interconnexion 26a est obtenu par L'intermédiaire de La région 20a restant de La première couche conductrice située au contact de La Ligne d'interconnexion. Le procédé seLon L'invention permet, même si Le masque de résine servant à La définition de La Ligne d'interconnexion est désatigné par rapport au trou de contact électrique, et ce grâce à La région 22a du matériau de rempLissage 22 rempLissant ce trou de contact, d'assurer un bon contact électrique sur toute La surface du trou de contact. Par aiLLeurs, ce procédé permet un autoati- gnement de La Ligne d'interconnexion sur Le trou de contact électrique, c'est-à-dire qu'iL permet d'évi- ter tout débordement inutiLe, en dehors du trou de - contact, de La Ligne d'interconnexion et donc d'aug- menter La densité d'intégration des circuits intégrés de façon sensible, par rapport aux différents procédés 1 1 connus. La description donnée ci-dessus du procédé d'autopositionnement de l'invention n'est bien enten- du, donnée qu'à titre d'exemple. En particulier, il est-possible d'employer d'autres techniques de dépôt et de gravure, que celles décrites, des différentes couches de matériau utilisées dans le procédé de l'in- vention, ainsi que d'autres matériaux que ceux décrits pour constituer ces différentes couches. REVENDICATIONS 1. Procédé d'autopositionnement d'une ligne d'interconnexion sur un trou de contact électrique d'un circuit intégré, caractérisé en ce que, le trou de contact électrique (17) étant réalisé, on effectue Les opérations successives suivantes: (a) - dépôt sur l'ensemble du circuit intégré d'une première couche conductrice (20), (b) - dépôt sur La première couche conductrice (20), d'un matériau de remplissage (22) ser- vant à combler le trou de contact (17), la surface (23) de ce matériau de remplissage (22) étant sensiblement plane, (c) - réalisation d'une gravure anisotrope du ma- tériau de remplissage (22) de façon à mettre à nu les parties (20a) de la première couche conductrice (20) situées en dehors du trou de contact (17) et à ne garder de ce maté- riau de remplissage (22) que la partie (22a) remplissant le trou de contact (17), (d) - dépôt sur La structure obtenue d'une deuxiè- me couche conductrice (26), dans laquelle sera réalisée la ligne d'interconnexion (26a), (e) - réalisation sur la deuxième couche conduc- trice (26) d'un masque de résine (28) ser- vant à définir les dimensions de la ligne d'interconnexion (26a), (f) - élimination des parties de La deuxième cou- che conductrice (22) et de la première cou- che conductrice (20) dépourvues de masque (28), afin de réaliser La ligne d'intercon- nexion (26a), et (g) - élimination du masque (28). 2. Procédé seLon la revendication 1, carac- térisé en ce que la première couche conductrice (20) est un film métallique assurant une barrière de diffu- sion entre la deuxième couche conductrice et les jonc- tions semiconductrices sur lesquelles on réalise le contact électrique. 3. Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la première couche conductrice (20) est réalisée en un alliage de titane et de tungstène ou en tungstène. 4. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que Le matériau de remplissage (22) est réalisé en silicium polycristal- lin. 5. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on réalise le dépôt du matériau de remplissage (22) de façon isotro- pe. 6. Procédé selon L'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (22) présente une épaisseur supérieure à la demi-largeur du trou de contact électrique (17). 7. Procédé selon L'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on réalise l'étape (C) en déposant une couche de résine (24) sur le matériau de remplissage (22) et en gravant simulta- nément la couche de résine (24) et le matériau de rem- plissage (22) avec des vitesses d'attaque identiques pour la résine et ledit matériau de remplissage. 8. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape (f) est réalisée au moyen d'une gravure sèche anisotrope.