Brevet FR2623014A1 — publié le 19890512

PROCEDE DE DEPÈT SELECTIF D'UN SILICIURE DE METAL REFRACTAIRE SUR DES ZONES DE SILICIUM La présente invention concerne le domaine de la fabrica- tion des circuits intégrés à semiconducteurs. Dans les opérations de fabrication de circuits intégrés à semiconducteur, l'une des étapes couramment prévue consiste à établir des contacts métalliques ou en siliciure d'un métal sur des couches apparentes de silicium, le reste de la plaquette étant masqué par de l'oxyde de silicium. Plus particulièrement, il s'est avéré avantageux d'uti- liser un métal réfractaire et de prévoir des procédés permettant de localiser la formation d'un siliciure métallique aux seuls emplacements o le silicium est apparent. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 619 038 décrit un procédé de dépôt localisé d'un siliciure d'un métal à haut point de fusion tel que du titane sur un substrat. Ce brevet indique à titre d'exemple qu'on peut partir d'une structure telle que celle illustrée en figure 1 comprenant un transistor MOS formé dans un substrat de silicium 1 à l'intérieur d'une zone délimitée par un oxyde de champ 2. Ce transistor comprend des régions de drain 3 et de source 4 séparées par une région de canal surmontée d'une gril- le comprenant un oxyde mince 5 revêtu d'une couche de silicium po- lycristallin 6 isolée latéralement par des espaceurs d'oxyde de silicium 7. Ce brevet propose de placer une telle structure dans une enceinte comprenant comme gaz réactif un halogénure de titane et de l'hydrogène. De cette façon, il se forme, comme le représen- te la figure 2, un siliciure de titane 8 sur les surfaces apparen- tes de silicium. Etant donné que les gaz réactifs ne contiennent pas de silicium, il est bien évident que le siliciure ne peut être formé qu'à partir du silicium compris dans les zones 3, 4 et 6. Ainsi, il se produit une certaine pénétration du siliciure de ti- tane à l'intérieur des zones de silicium. Cette pénétration pré- sente un inconvénient car elle réduit l'épaisseur de zones de silicium implantées 3 et 4 et l'épaisseur de la zone de silicium polycristallin de grille 6. Ceci oblige à surdimensionner initia- lement ces couches ou entraîne l'existence d'un risque de claqua- ge. On notera d'autre part que, selon ce procédé, le dépôt est effectué à une température de l'ordre de 700 à 1000 C, ce qui peut également constituer un inconvénient du fait des redistributions et des diffusions de dopant que cela peut entraîner. Un autre inconvénient des procédés antérieurs de forma- tion localisée de siliciure d'un métal est illustré très schémati- quement en relation avec les figures 3A, 3B, 3C. Comme le repré- sente la figure 3A, quand on veut dégager une zone de silicium 10 à l'intérieur d'un masque d'oxyde 11, il demeure inévitablement dans l'ouverture des résidus d'oxyde de silicium 12 et/ou une cou- che d'oxyde de silicium natif très mince, par exemple d'une épais- seur de quelques molécules. Si l'on procède ensuite à un dépôt ou une croissance sélective d'un siliciure métallique, ce siliciure se développe initialement dans des zones de nucléation exemptes d'oxyde, puisque précisément ce dépôt est réalisé dans des condi- tions o il est sélectif par rapport à SiO2. On trouve donc ini- tialement des zones de germination 13 telles qu'illustrées en figure 3B. On a également supposé en figure 3B que simultanément à la formation des zones de nucléation, on a utilisé un procédé per- mettant d'éliminer les zones d'oxyde 12. Il en résulte, comme le représente la figure 3C, qu'une fois que la croissance ou le dépôt est terminé, la surface supérieure (et éventuellement la surface inférieure) de la couche de siliciure présente des rugosités ce qui constitue un inconvénient pour les traitements ultérieurs. Ce défaut, bien que non signalé dans le brevet 4 619 038 y apparalt inévitablement. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 501 769 décrit un procédé de dépôt sélectif de siliciure d'un métal réfractaire tel que le molybdène, le tungstène ou le tantale sur du silicium. Ce brevet propose d'utiliser comme gaz réactif un mélan- ge comprenant un halogénure du métal, de l'hydrogène ou un halogé- nure d'hydrogène et un halogénure hydrogéné de silicium, c'est-à- dire par exemple un mélange TaCl5, H2 ou HCl, et SiH2Cl2. Néanmoins, on ne résout pas complètement avec ce procédé les pro- blèmes liés à la consommation du silicium sur lequel on veut for- mer le siliciure métallique. En effet, les températures préférées indiquées sont voisines de 850 C et, à ces températures, il se produit inévitablement une consommation du silicium du substrat. Même si, comme le suggèrent les revendications de ce brevet, il était possible de procéder à des températures plus basses, on ré- soudrait peut-être le problème de la consommation du silicium mais on ne résoudrait toujours pas celui de la désoxydation initiale de l'oxyde de silicium natif et des rugosités subséquentes. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de dépSt de siliciure métallique palliant les deux inconvénients susmentionnés. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présen- te invention prévoit un procédé de dépôt sélectif d'un siliciure de métal réfractaire scr des surfaces apparentes de silicium d'une plaquette revêtue par ailleurs de SiO2, comprenant les étapes consistant à faire circuler dans une enceinte étanche à parois froides contenant ladite plaquette un composé gazeux silane à une première pression partielle PSi H et un halogénure dudit métal à X y une seconde pression partielle PMe; porter la plaquette à une première température Tl pendant une première durée, les valeurs Tl, PSi H et PMe étant choisies pour qu'il se forme sur la pla- quette un dépôt de siliciure du métal, le silicum étant sur- stoechiométrique; et amener la plaquette à une deuxième tempéra- ture T2 inférieure à la première pendant une deuxième durée, T2 2 6 2 3 0 1 4 étant choisi en fonction de PSi H et PMe pour qu'il se forme sur la plaquette un dépôt de siliciure de métal stoechiométrique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le métal est du titane. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les pressions partielles PSi H et PMe sont choisies pour être si- x y tuées dans la zone spécifiquement désignée des diagrammes de phase illustrés en figure 4. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la durée tl est comprise entre 1 et 30 secondes, la durée t2 entre 1/2 et quelques minutes, la température T1 entre 800 et 1000 C, et la température T2 entre 450 et 700 C. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le milieu gazeux réactif est soumis à un rayonnement ultraviolet pendant le processus. Selon un mode de réalisation de la présente invention, outre les gaz actifs, on fait circuler dans l'enceinte un gaz neu- tre tel que de l'argon et éventuellement de l'hydrogène. Ainsi, l'invention résout bien les deux problèmes men- tionnés précédemment. Pendant la première phase à plus haute tem- pérature, une désoxydation de l'oxyde de silicium natif ou restant est réalisée et, pendant la deuxième phase, en raison de la faible température de l'enceinte, il ne se produit pratiquement pas de consommation du silicium sous-jacent. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention vont être exposés de façon plus détaillée dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi les- quelles: les figures 1 et 2 illustrent un procédé de l'art anté- rieur; les figures 3A, 3B, 3C illustent un inconvénient classi- que des procédés de l'art antérieur; et la figure 4 représente un diagramme de phases pour di- verses pressions et températures de gaz circulant dans une encein- te de réaction en mettant en oeuvre le procédé de la présente invention. La présente invention se base pur une analyse systémati- que du diagramme de phases concernant les dépôts produits par un mélange d'un halogénure métallique, par exemple un halogénure de titane tel qu'un chlorure de titane (TiC14), et de silane (SiH4 ou Si2H6) (et non pas d'un silane halogéné tel que SiH2C12 comme dans l'art antérieur). La figure représente en ordonnées la pression partielle de silane (PsiH4) et en abcisses la pression partielle de l'halogénure métallique (PMe). Ces pressions partielles sont indiquées en pascals. Pour une température donnée, T1, les inventeurs ont ob- serve dans cette représentation en pressions partielles, qu'on pouvait distinguer notamment trois zones séparées par des lignes frontières L1 et Ml. Entre les lignes frontières L1 et Ml, dans une zone A, il se produit un dépôt stoechiométrique de siliciure métallique (par exemple pour Ti, TiSi2). Pour des pressions par- tielles correspondant à une zone C située à gauche sur la figure de la ligne frontière L1, on dépose un siliciure métallique sous- stoechiométrique en silicium (par exemple pour le titane on ob- tient un mélange de TiSi et de TiSi2). A la droite de la ligne frontière M1, dans une zone B, on dépose un siliciure métallique sur-stoechiométrique, c'est-à-dire un mélange de siliciure de mé- tal et de silicium (par exemple pour Ti, on obtient TiSi2 + Si). Selon une découverte effectuée par les inventeurs, ces lignes frontières L et M varient en fonction de la température de la façon représentée dans la figure 4 o l'on a représenté des li- gnes frontières L1 et Ml pour une première température T1, par exemple de l'ordre de 800 à 1000 C, et des lignes frontières L2 et M2 pour une deuxième température T2 plus faible, par exemple de l'ordre de 450 à 700 C. Plus particulièrement, les inventeurs ont découvert que pour une composition donnée du mélange de gaz réactif placé dans la zone hachurée désignée dans la figure, on est pour une première température T1 dans la zone B de dépôt de siliciure métallique plus silicium et pour une deuxième température plus faible T2, dans la zone A de dépôt de siliciure métallique stoechiométrique. En partant de cette observation, il est proposé selon la présente invention de disposer des plaquettes à traiter comprenant des régions de silicium apparent et des régions recouvertes d'oxyde de silicium sur un support chauffant à température régla- ble dans un réacteur à parois froides dans lequel circule un mé- lange de SiH4, d'halogénure métallique et éventuellement des gaz porteurs. Le mélange est déterminé pour que le point de fonction- nement se trouve au point P indiqué en figure 4. On procède alors à un traitement à une température éle- vée (T1) pour laquelle Le point P se trouve dans la zone B pour obtenir un mélange sur-stoechiométrique en silicium. Il en résulte que le silicium en excès se combine avec l'oxyde de silicium exis- tant sur la plaquette et notamment aux emplacements o il existe de l'oxyde de silicium natif pour éliminer cet oxyde de silicium par la réaction Si02 + Si ± 2SiO, ce dernier produit étant gazeux et étant éliminé. Cette première phase est poursuivi pendant une durée suffisante pour éliminer tout le SiO2 natif ou résiduel susceptible d'exister dans les zones de silicium apparent, par exemple pendant une durée de l'ordre de 1 à 30 secondes. Ensuite, on abaisse la température à une valeur T2 pour laquelle le point P se trouve dans la zone A pendant une deuxième durée de l'ordre d'une demi à quelques minutes et l'on dépose le siliciure métallique stoechiométrique à une température plus fai- ble. Dans un exemple de réalisation, on a utilisé comme gaz réactif du SiH4 et du TiC14 en présence de gaz porteurs constitués d'argon et d'hydrogène, avec des pressions partielles en pascals de 0,08 x 105 pour l'hydrogène, de 0,9 x 105 pour l'argon, de 4,4 x 102 pour le silane et de 1 x 102 pour le TiC14. On a procédé d'abord à un dépôt de TiSi2 + Si pendant 10 secondes à une tempé- rature de 900 C. Pendant cette première étape, il s'est formé une désoxydation du silicium et le dépôt d'une couche de TiSi2 d'une épaisseur d'environ 10 nm. Ensuite, on a abaissé la température à 600 C et on l'a maintenue pendant une durée de 2 minutes pour ar- river à un dépôt de TiSi2 de 100 nm. On notera que selon un avantage de la présente inven- tion, la deuxième période de dépôt de TiSi2 se fait dans des conditions telles qu'il apparait du TiSi2 stoechiométrique qui est donc peu susceptible de se combiner avec le silicium du substrat. De plus, cette probabilité de combinaison est encore réduite du fait de la faible température. En effet, cette combinaison dispa- rait complètement quand on descend en dessous de 550 C et se ra- lentit très fortement à partir d'environ 700 C. Le double avantage de la présente invention ne pouvait être obtenu avec les procédés de l'art antérieur o, même si l'on peut admettre que du TiSi2 stoechiométrique existait dans le mélange, les températures de fonctionnement étaient nécessairement supérieures à environ 800 C et il se produisait donc inévitablement une consommation du sili- cium sur lequel on effectue le dépôt. On notera aussi que tout silane (par exemple SiH4) est moins stable que tout halogénure de silane (par exemple SiH2C12), ce qui permet d'abaisser la température T2 dans la seconde phase du dépôt. Cet effet est accru par l'utilisation de composés silane encore moins stable (par exemple Si2H6). On notera selon un avantage de la présente invention, qu'il est possible d'obtenir une activation supplémentaire du dé- pot en procédant en présence d'un rayonnement ultraviolet. Ceci permet de réduire encore les températures ou, pour une température donnée, d'accélérer les vitesses de dépôt. D'autre part, on notera qu'il s'agit de choisir un juste compromis en ce qui concerne les pressions partielles des gaz réactifs et la température de dép8t pour obtenir un dép8t aussi rapide que possible. Il a d'ailleurs été constaté que ce dép8t est accéléré par suite d'une augmentation de la pression totale dans l'enceinte liée à la présence d'un gaz neutre éventuellement addi- tionné d'hydrogène. REVENDICATIONS 1. Procédé de dépôt selectif d'un siliciure de métal ré- fractaire sur des surfaces apparentes de silicium d'une plaquette revêtue par ailleurs de SiO2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - faire circuler dans une enceinte étanche à parois froides contenant ladite plaquette un composé gazeux silane à une pression partielle PSi H et un halogénure dudit métal à une pres- x y sion partielle PMe; - porter la plaquette à une première température (T1) pendant une première durée (tl), T1, PSiX H et PMe étant choisis xy pour qu'il se forme sur la plaquette un dépôt de siliciure du mé- tal, le silicum étant sur-stoechiométrique; et - amener la plaquette à une deuxième température (T2) inférieure à la première pendant une deuxième durée (t2), T2 étant choisi en fonction de PSi H et PMe pour qu'il se forme sur la xy plaquette un dépôt de siliciure de métal stoechiométrique. 2. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le métal est du titane. 3. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les presions par- tielles PSi H et PMe sont choisies pour être situées dans une zone désignée des diagrames de phases (figure 4). 4. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pre- mière durée (tl) est comprise entre 1 et 30 secondes, la deuxième durée (t2) entre 1/2 et quelques minutes, la première température (T1) entre 800 et 1000 C, et la deuxième température (T2) entre 450 et 700 C. 26 2 3 0 1 4 5. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mi- lieu gazeux réactif est soumis à un rayonnement ultraviolet pen- dant le processus. 6. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure, caractérisé en ce que, outre les gaz actifs mentionnés en revendication 1, on fait circuler dans l'enceinte un gaz neutre tel que de l'argon et éventuellement de l'hydrogène. 7. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que ledit composé gazeux silane est du SiH4. 8. Procédé de dépôt sélectif d'un siliciure selon la re- vendication 1, caractérisé en ce que le composé gazeux silane est du Si2H6À