Brevet FR2614726A1 — publié le 19881104

La présente invention concerne des résistances à couches minces incorporées dans des dispositifs à semicon- ducteurs à haut niveau d'intégration et à densité élevée, tels que des circuits convertisseurs numérique-analogique, des circuits convertisseurs analogique-numérique, etc. On utilise habituellement un alliage Ni-Cr et un alliage Cr-SiO pour réaliser des résistances à couches minces; et on définit le motif de résistances à couches minces en utilisant la gravure par voie humide. A titre d'exemple, dans le cas de l'alliage Ni-Cr, on utilise un mélange d'acide nitrique, d'acide chlorhydrique et d'eau, ou un mélange d'acide chlorhydrique et d'eau. Dans le cas de l'alliage Cr- SiO, on utilise un mélange d'acide chlorhydrique et d'eau ou un mélange d'acide sulfurique et d'eau. Dans le procédé classique, on définit le motif de résistances à couches min- ces en utilisant la gravure par voie humide, au moyen d'une réaction chimique. Avec ce procédé, la gravure se développe de façon isotrope, ce qui provoque une surgravure latérale, ce qui fait qu'il est difficile de maîtriser la taille d'une résistance. De ce fait, une erreur de résistivité est sus- ceptible de se produire, et il est extrêmement difficile d'appliquer ce procédé à des dispositifs de haute précision. De plus, la solution utilisée pour la gravure contient des matières dangeureuses telles que Cr, ce qui crée des problè- mes concernant sa manipulation, son traitement, le coût de traitement, etc. Pour éliminer les problèmes précités, on utilise pour une résistance à couche mince du siliciure de tungstène comprenant un pourcentage atomique de silicium supérieur à 70% mais inférieur à 90%. Une résistance à couche mince constituée par du siliciure de tungstène présente de faibles écarts de résistivité et un faible coefficient de température de la valeur de résistance, et on peut la graver en utilisant le procédé de gravure par voie sèche. Du fait que la gravure par voie sèche permet de graver une couche mince de façon très précise, on peut former une résistance à couche mince fiable avec une précision extrêmement élevée. On peut déposer directement une résistance à couche mince en siliciure de tungstène sur une couche d'isolation formée par voie thermi- que ou déposée sur un substrat. On intercale de préférence une couche de silicium amorphe ou de silicium polycristallin non dopé entre la résistance à couche mince en siliciure de tungstène et la couche d'isolation. Dans ce cas, on dépose une couche de siliciure de tungstène, par pulvérisation cathodique ou dépôt chimique en phase vapeur (CVD), sur une couche de silicium amorphe ou de silicium polycristallin non dopé qui est formée sur une couche isolante sur un substrat; on grave simultanément la couche de siliciure de tungstène et la couche de silicium amorphe ou polycristallin non dopé; on forme des trous de contact dans la couche d'isolation pour établir une connexion électrique au moins avec le substrat et la grille; on dépose une couche de métal d'interconnexion; on grave indépendamment le siliciure de tungstène pour les parties d'électrodes, par gravure par voie humide, et pour les parties d'interconnexion par gravure par voie sèche; et on effectue un traitement thermique dans une atmosphère non oxydante. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe montrant un exemple d'une résistance à couche mince formée dans un dispositif à semi- conducteurs; La figure 2 est une coupe montrant un autre exemple d'une résistance à couche mince formée dans un dispositif à semiconducteurs; Les figures 3(a) - 3(g) montrent des coupes d'un dispositif à semiconducteurs comportant une résistance à couche mince, dans l'ordre des opérations du processus de fabrication; Les figures 4(a) et 4(b) sont des vues en plan mon- trant des configurations de métal d'interconnexion qui sont formées pendant le processus de fabrication qui est représen- té sur les figures 3(a) - 3(g); et La figure 5 montre la variation de la résistance carrée en fonction de la température pour du siliciure de tungstène fabriqué conformément à rl'invention. L'invention utilise pour une résistance à couche mince, qui est formée dans des dispositifs à semiconducteurs, du siliciure de tungstène comprenant, en pourcentage atomi- que, plus de 70% mais moins de 90% de silicium. On accomplit les opérations suivantes pour former une résistance à couche mince dans un dispositif à semiconducteurs tels que ceux représentés sur les figures 1 et 2. On dépose une couche de siliciure de tungstène 4 sur une couche d'isolation 2. On définit un motif dans cette couche de siliciure de tungstène 4, par photolithographie et gravure, pour lui donner une forme désirée permettant d'obte- nir la résistivité exigée. Du fait qu'on peut employer la gravure par voie sèche pour graver des pellicules de sili- ciure de tungstène, le motif gravé résultant présente peu d'écarts par rapport au motif désiré, ce qui permet de mal- triser de façon précise les dimensions du siliciure de tungstène et permet de réduire les écarts de résistivité. Apres avoir défini le motif de la couche de siliciure de tungstène, on forme des trous de contact dans la couche d'isolation, pour la connexion électrique avec des grilles et des régions dopées par des impuretés dans le substrat, après quoi on dépose une couche de métal d'interconnexion et on établit dans cette dernière un motif ayant la forme exi- gée. Dans ce processus, on établit un contact entre le métal d'interconnexion 3 et la couche de siliciure de tungstène 4 qui formera ultérieurement une résistance à couche mince. On utilise généralement pour le métal d'interconnexion 3 de l'aluminium (Al) ou un métal à base d'aluminium (tel que Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Ti-W, etc.), mais on peut également uti- liser d'autres métaux en tant que métal d'interconnexion. On peut procéder de diverses manières différentes pour déposer la couche de siliciure de tungstène 4, et on peut par exemple employer le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). A titre d'exemple de tels procédés, on fait croître une cou- che de siliciure de tungstène par réaction chimique en phase vapeur de gaz consistant en hexafluorure de tungstène (WF6) et en silane (SiH4), dans la plage de température comprise entre 0 et 800 C. Dans cette réaction, la teneur en silicium augmente sous l'effet d'une diminution de la quantité de gaz WF6, sous l'effet d'une augmentation de la quantité de gaz SiH4 et sous l'effet d'une augmentation de la température de croissance. L'augmentation de la teneur en silicium entraîne une augmentation de résistivité. On peut donc fixer la résis- tivité du siliciure de tungstène dans une résistance à couche mince, en changeant les débits de gaz et la température de croissance. On peut faire croitre une couche de siliciure de tungstène par une autre réaction chimique en phase vapeur, utilisant par exemple les gaz WF6 et dichlorosilane (SiH2Cl2) dans la plage de température comprise entre 200 et 900 C. L'avantage du procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) consiste en ce qu'on peut changer aisément la composi- tion d'une couche de siliciure de tungstène, en changeant les quantités de gaz et la température de croissance, et en ce qu'on peut aisément obtenir une couche de siliciure de tungstène d'épaisseur et de qualité uniformes, une fois que les conditions de croissance sont fixées. Outre le procédé CVD, on peut également Utiliser pour le dépôt de siliciure de tungstène un procédé de dépôt physique en phase vapeur (PVD), tel que la pulvérisation cathodique. Du fait que la couche de siliciure de tungstène 4 présente une mauvaise adhérence sur une couche d'oxyde de silicium telle que la couche d'isolation 2 (l'adhérence est particulièrement mau- vaise lorsqu'on utilise le procédé CVv), on doit effectuer une préparation avant le dépôt du siliciure de tungstène. A titre d'exemple, on peut soumettre la surface de la couche d'isolation 2 à un lavage et à une légère attaque par voie humide avant le dépôt de la couche de siliciure de tungstène. Il est également conseillé d'intercaler une couche de sili- cium polycristallin 5 ou une couche de silicium amorphe entre la couche de siliciure de tungstène 4 et la couche d'isola- tion 2, comme le montre la figure 2. La couche de silicium polycristallin et la couche de silicium amorphe présentent une bonne adhérence aussi bien vis-à-vis de la couche de siliciure de tungstène 4 que de la couche d'isolation 2. De ce fait, l'utilisation d'une couche de silicium polycristal- lin ou d'une couche de silicium amorphe est très efficace pour améliorer l'adhérence entre la résistance à couche mince et la couche d'isolation. Il faut noter que la couche de silicium polycristallin comme la couche de silicium amorphe peuvent etre gravées par voie sèche, ce qui fait qu'il est possible de graver une couche de silicium polycristallin ou une couche de silicium amorphe en même temps que la couche de siliciure de tungstène, lorsqu'on définit le motif de la résistance à couche mince. On peut également définir la ré- sistivité de la résistance en effectuant un traitement ther- mique après le dépôt de la couche de siliciure de tungstène 4 ou la formation d'un motif dans cette couche. On peut in- tercaler une couche d'isolation entre la couche de siliciure de tungstène 4 et l'interconnexion 3, de façon à établir un contact partiel entre la résistance à couche mince 4 et l'interconnexion 3. L'insertion d'une couche d'isolation est particulièrement nécessaire lorsque la sélectivité de gravure entre la couche d'interconnexion 3 et le siliciure de tungs- tène 4 est faible, ce qui fait que la couche de siliciure de tungstène 4 est enlevée de façon indésirable pendant la gravure de l'interconnexion 3. Bien entendu, si la vitesse de gravure de la couche d'interconnexion 3 est suffisamment supérieure à celle de la couche de siliciure de tungstène 4, on peut déposer directement la couche d'interconnexion 3 sur la couche de siliciure de tungstène 4. Lorsqu'on intercale une couche d'isolation, on doit ajouter une opération pour l'établissement d'un contact entre la couche de siliciure de tungstène 4 et l'interconnexion 3. Il est évident que la couche d'isolation peut également être une couche d'oxyde du siliciure. Si la couche d'interconnexion 3 est constituée par un métal à base d'aluminium, on peut donner une valeur très faible et uniforme à la résistivité au niveau du contact en- tre la couche de siliciure de tungstène 4 et la couche d'in- terconnexion 3. Un traitement thermique après la formation de l'interconnexion 3 (par exemple à 400 C pendant 20 mn) est particulièrement efficace pour obtenir une résistivité faible et uniforme au niveau du contact. La figure 5 montre la résistance carrée du siliciure de tungstène en fonction de la température, lorsque le siliciure de tungstène conte- nant 75% de silicium (pourcentage atomique) est soumis à un traitement thermique dans une atmosphère d'hydrogène à 420 C. Ce siliciure de tungstène a un coefficient de tempé- rature de la résistance (CTR) de +40.0 ppm/ C. Bien que ce siliciure de tungstène soit légèrement inférieur, en ce qui concerne le CTR, à un alliage Ni-Cr dont le CTR est de +100 ppm/ C, il est équivalent à un alliage Cr-SiO dont le CTR est de +200 à -400 ppm/ C. Ceci indique clairement que le siliciure de tungstène peut parfaitement être utilisé pour former une résistance. Lorsqu'on grave une couche de siliciure de tungstène par l'attaque ionique réactive (RIE), qui est l'un des procédés de gravure par voie sèche, on peut former avec une plus grande précision des motifs ayant des dimensions plus réduites. Par exemple, lorsqu'on forme de la manière représentée sur la figure 1, par le procédé RIE, une couche de siliciure de tungstène ayant une épaisseur de nm et une résistance carrée d'environ 1281-faà la tempé- rature ambiante, l'aire de la résistance a c)'iche mréne qui est nécessaire pour obtenir la même précision de résistivité devient inférieure ou égale à l'aire nécessaire pour des ré- sistances à couches minces constituées par un alliage Ni-Cr ou par un alliage Cr-SiO, ayant une résistance carrée plus élevée que celle du siliciure de tungstène. On décrira ci-après un procédé de fabrication de résistances à couches minces en siliciure de tungstène, in- corporées dans un dispositif à semiconducteurs, en se réfé- rant aux dessins des figures 3(a) à 3(e) et des figures 4(a) et 4(b). La figure 3(a) montre une opération dans laquelle on dépose une couche d'oxyde de silicium 2', par CVD, sur une couche d'oxyde de silicium de type thermique, 2, formée sur une substrat de silicium 1; et on dépose sur la couche d'oxyde de silicium 2' formée par CVD, une couche intermé- diaire en silicium polycristallin non dopé, d'une épaisseur d'environ 50 nm. L'insertion d'une couche de silicium polv- cristallin non dopé procurera une bonne adhérence entre la couche d'oxyde 2' et une couche de siliciure de tungstène qu'on doit déposer par-dessus. On peut également utiliser pour la couche intermédiaire du silicium amorphe non dopé. La figure 3(b) montre une opération dans laquelle une couche de siliciure de tungstène comprenant plus de 70% mais moins de 90% de silicium (en pourcentage atomique) est déposée avec une épaisseur de 50 à 150 nm sur la couche de silicium polycristallin non dope, 5, en utilisant le procédé de pul- vérisation cathodique ou de dépôt chimique en phase vapeur. On commande la proportion de silicium et de tungstène dans le siliciure de tungstène en changeant la composition de la cible de pulvérisation cathodique dans le cas de la pulvéri- sation cathodique, et en changeant les débits du gaz SiH4 et du gaz WF6, dans le cas du dépôt chimique en phase vapeur (CVD). On forme un motif dans la couche de siliciure de tungstène 4 et dans la couche de silicium polycristallin non dopé 5, par attaque ionique réactive (RIE), en utilisant comme masque une couche de résine photosensible dans laquelle on a formé un motif, après quoi on enlève la résine photo- sensible comme le montre la figure 3(c). Pendant cette opé- ration de gravure, on utilise des gaz de gravure différents pour le siliciure de tungstène et pour le silicium polycris- tallin non dopé. On utilise par exemple le gaz SF6 ou le gaz C2C1F5 pour le siliciure de tungstène, et le gaz CC14 pour le silicium polycristallin non dopé. On peut cependant ef- fectuer la gravure de façon continue en changeant le gaz au point final de la gravure du siliciure de tungstène. La fi- gure 3(d) montre une opération dans laquelle on forme des trous de contact dans la couche d'oxyde de silicium formée par CVD, 2', et dans la couche d'oxyde de silicium de type thermique, 2, par gravure par voie humide ou par voie sèche, en utilisant comme masque une couche de résine photosensible dans laquelle on a défini un motif; et après l'enlèvement de la résine photosensible, on dépose un métal d'interconnexion 3, en Al ou en un alliage Al-Si, avec une épaisseur de 500 à 1000 nm. La figure 3(e) montre une opération dans laquelle on effectue une gravure par voie humide, après avoir formé un motif dans la résine photosensible déposée, de manière que seules des parties d'électrodes de la couche de siliciure de tungstène 4 soient à nu, et que les autres régions soient recouvertes par la résine photosensible. La figure 4(a) mon- tre la vue en plan correspondant à ce stade. La figure 3(f) montre une opération dans laquelle, après l'enlèvement de la résine photosensible, on effectue une autre opération de photolithographie pour définir le motif de la partie d'inter- connexion, et au cours de cette opération, on recouvre de résine photosensible la partie de siliciure de tungstène 4 et ses parties d'électrodes. La figure 4(b) montre la vue en plan qui correspond à cette opération. Comme décrit ci-des- sus, la gravure par voie humide pour les parties d'électrodes du siliciure de tungstène, et la gravure par voie sèche pour les parties d'interconnexion doivent être accomplies séparé- ment. Il faut noter que la gravure pour les parties J'inter- connexion ne peut être effectuée par-.voie humide que si on désire une faible intégration et une faible concentration de dispositifs, et qu'on peut inverser l'ordre des opérations de gravure pour les parties d'électrodes du siliciure de tungstène et les parties d'interconnexion. La figure 3(g) montre une opération dans laquelle, après l'enlèvement de la résine photosensible qui reste sur le métal d'interconne- xion, on accomplit un traitement -thermique dans une atmos- phère non oxydante, par exemple de l'azote ou de l'hydrogène dans une plage de température comprise entre 400 et 500 C, dans le but d'agglomérer le métal d'interconnexion 3, les régions dopées par des impuretés, 6, et la grille 7, et dans le but de recuire le siliciure de tungstène 4. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées a dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Résistance à couche mince caractérisée en ce qu'elle est formée par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur ou par pulvérisation cathodique, sur une couche d'isolation dans un dispositif à semiconducteurs, et comprend au moins du tungstène et du silicium sous la forme d'un alliage consistant en siliciure de tungstène, cet al- liage comprenant plus de 70% mais moins de 90% de silicium, en pourcentage atomique. 2. Résistance à couche mince, caractérisée en ce qu'elle est formée par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur ou par pulvérisation cathodique sur une couche inter- médiaire placée entre la résistance à couche mince et une couche d'isolation dans un dispositif à semiconducteurs, comprenant au moins du tungstène et du silicium sous la forme d'un alliage consistant en siliciure de tungstène, cet alliage comprenant plus de 70% mais moins de 90% de silicium en pourcentage atomique. 3. Résistance à couche mince selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la couche intermédiaire con- siste en silicium polycristallin non dopé. 4. Résistance à couche mince selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que la couche intermédiaire con- siste en silicium amorphe non dopé. 5. Procédé de fabrication d'une résistance à cou- che mince constituée par un alliage consistant en siliciure de tungstène qui est forme sur une couche d'isolation dans un dispositif à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: on dépose une couche de siliciure de tungstène sur une couche d'isolation du dispo- sitif à semiconducteurs, en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur ou de pulvérisation cathodique; on forme un motif dans la couche de siliciure de tungstène, en utilisant un procédé de photolithographie et une gravure par voie sèche pour donner la forme exige a uie résistance à couche mince; on dépose une couche de métal d'interconne- xion, après avoir formé des trous de contact dans la couche d'isolation, pour établir une connexion électrique avec au moins des grilles et des régions dopées par des impuretés dans un substrat du dispositif à semiconducteurs; on forme un motif dans la couche de métal d'interconnexion, en gra- vant par voie humide des parties d'électrodes de la couche de métal d'interconnexion qui doivent être mises en contact avec la résistance à couche mince, et en gravant par voie sèche des parties d'interconnexion; et on soumet le dispo- sitif à semiconducteurs à un traitement thermique dans une atmosphère non oxydante. 6. Procédé de fabrication d'une résistance à cou- che mince formée par un alliage de siliciure de tungstène sur une couche d'isolation dans un dispositif à semiconduc- teurs, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations sui- vantes on dépose une couche intermédiaire sur une couche d'isolation; on dépose une couche de siliciure de tungstène sur la couche intermédiaire, par un procédé de pulvérisation cathodique ou de dépôt chimique en phase vapeur; on forme un motif dans la couche de siliciure de tungstène et la couche intermédiaire, en utilisant un procédé de photolithographie et une gravure par voie sèche pour donner une forme désirée à une résistance à couche mince; on dépose une couche de métal d'interconnexion, après avoir formé des trous de con- tact dans la couche d'isolation, pour établir une connexion électrique avec au moins des grilles et des régions dopées par des impuretés dans un substrat du dispositif à semicon- ducteurs; on forme un motif dans la couche de métal d'in- terconnexion, en gravant par voie humide des parties d'élec- trodes de la couche de métal d'interconnexion devant être mises en contact avec la résistance à couche mince, et en gravant par voie sèche des parties d'interconnexion; et on soumet le dispositif à semiconducteurs à un traitement thermique dans une atmosphère non oxydante. 7. Procédé de fabrication d'une résistance à couche mince selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche intermédiaire consiste en silicium polycristallin non dopé. 8. Procédé de fabrication d'une résistance à couche mince selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche intermédiaire consiste en silicium amorphe non dopé.