Brevet FR2616143A1 — publié le 19881209

PROCEDE DE DEPOT DE TUNGSTENE SUR DES VERRES DE SILICE La présente invention concerne le domaine de la fabrication des circuits intégrés, et plus particulièrement la formation de métallisations constituées de couches de tungstène. Parmi les procédés de formation d'une couche de tungs tène à la surface d'un substrat, l'un des procédés les plus séduisants est celui qui consiste à opérer par voie chimique en phase vapeur par réduction de WF6 par de l'hydrogene. En effet, la réaction a lieu å basse température, à partir de 3000C ; l'hexafluorure de tungstène est gazeux ce qui permet de l'utiliser facilement dans des équipements classiques de dépôt par voie chimique en phase vapeur et, d'autre part, ce gaz peut être obtenu avec une grande pureté et en grande quantité à des prix raisonnables. Dans la technique antérieure, l'un des inconvénients principaux qui a nui au développement de ce procédé réside dans l'impossibilité de déposer ou de faire adherer une couche de tungstène sur des verres de silice. Pour obtenir une adhérence, il a été jusqu'à présent necessaire d'intercaler entre le verre de silice et le tungstène une couche d'accrochage destinée à assurer le dépôt et l'adhérence du tungstene. Ceci constitue en soit un inconvénient car il s'agit d'une étape relativement longue et devant être menee dans des conditions particulières. Par ailleurs, quand on dépose une couche métallique à la surface d'un substrat destiné à former un circuit intégré, cette couche métallique repose généralement essentiellement sur un isolant tel qu'un verre de silice et vient en contact localement avec des couches inférieures de silicium à travers des trous de contact. La couche d'accrochage peut alors être formée après ou avant l'ouverture des trous de contact. Dans le premier cas, c 'est--dire si la couche d'accrochage est déposée apyres ouverture des trous de contact, elle doit être conductrice-. Parmi ces couches d'accrochage, on peut envisager une couche de siliciure de tungstène riche en silicium pour permettre son adhérence sur le verre. Une telle couche peut être déposée sur l'oxyde immédiatement avant le tungstène dans le même réacteur. L'inconvénient de ce procédé est que la couche de siliciure de tungstène pressente une résistivité relativement élevée ce qui peut entraSner des problèmes de contact. Dans le deuxième cas, c'est-à-dire si la couche d'accrochage est déposée avant ouverture des trous de contact, elle peut être isolante. Par exemple, on a utilisé dans l'art antérieur du silicium polycristallin déposé sur la couche de verre de silice par pyrolyse de silane à 620"C. Après gravure des trous de contact à travers le' silicium polycristallin et le verre, le tungstène est déposé par réduction de WF6 par de l'hydrogène. Dans le fond des contacts, la couche métallique croit par reduction-de WF6 par le silicium du substrat. Cette réaction aboutit parfois à une consommation excessive de silicium et au phénomene d'empiétement c'està-dire que le tungstène pénètre bous la couche de silice. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de formation d'une couche de tungstène sur des verres de silice par réduction de WF6 par I'hydrogène, ce procédé permettant d'une part un bon accrochage du tungstène sur le verre de silice et d'autre part une tries faible consommation de silicium dans le fond des trous de contact. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel procédé simple et rapide à mettre en oeuvre. Ces objets ainsi que d'autre de la présente invention sont atteints en prévoyant un procédé de dépôt de tungstène par voie chimique en phase vapeur en présence de WF6 et de B2 sur un substrat comportant sur sa face supérieure notamment des couches de silice, ce procédé comprenant l'étape préalable consistant à implanter sur la face supérieure du substrat des ions de WFx > x étant compris entre 1 et 5. Le verre de silice peut être soit de la silice pure, soit un verre chargé de phosphore ou autre élément. On constate qutà la suite d'une telle étape préalable, on obtient une excellente adhérence du tungstène déposé. Bien que l'explication de ce résultat ne soit pas certaine, les inventeurs considèrent que l'implantation des ions lourds de WFx modifie les propriétés de la surface avec formation de composes ou de liaisons du type oxyfluorure de tungstène. Çette modification des pro priétés de surface permet à lthydrogène de s'adsorber de façon dissociative sur la couche de verre et à la réaction de réduction de WF6 d'avoir lieu.Si l'implantation est réalisée après ouverture des contacts, le tungstène présent dans le silicium par suite de l'implantation se transforme en siliciure et la présence de cette couche implantée dans le fond du trou de contact évite une érosion importante du silicium par WF6. Dans un exemple pratique, on considère une couche de verre de silice dopée au phosphore et au bore, déposée par voie chimique en phase vapeur sur un substrat de silicium comprenant des transistors de type MOS classiques. Aprés traitement thermique à haute température, le relief correspondant à la grille de chaque transistor MOS est arrondi du fait d'un fluage du verre. Des contacts sont ensuite ouverts dans le verre par gravure ionique réactive anisotrope. Puis des ions de WF2+ sont implantés unifor mément sur tout le substrat, c'cst-à-dire à la fois dans le verre et dans les trous de contact. La dose est comprise entre 1015 et quelques 1016 ions par cm2, 1'énergie des ions étant située entre 60 et 80 keV.Le maximum de concentration en WF2 dans la couche est situé entre 26 et 32 nm de profondeur avec une variation de l'ordre de 6 nm. La profondeur d'implantation dans le silicium du substrat est supérieure de 20% à celle obtenue dans le verre. A la suite de cette implantation, le tungstène est dépose sur le verre et dans les contacts par voie chimique en phase vapeur c'est-à-dire par réduction de WF6 à lthydrogène à une température comprise entre 300 et 5000C. L'implantation ionique pourrait également avoir été réalisée avant ouverture des contacts dans le verre, mais dans ce cas, lors du dépôt de la couche de tungstène, la réduction de WF6 par le silicium du substrat entrai ne une consommation plus importante du silicium et éventuellement un empiètement du tungstène. Enfin, la couche de tungstène est gravée pour réaliser des lignes d'interconnexion et les étapes finales de fabrication du circuit intégré sont mises en oeuvre de façon classique. REVENDICATIONS 1. Procédé de dépôt de tungstene par voie chimique en phase vapeur en présence de WF6 et H2 sur un substrat comportant sur sa face supérieure notamment des couches de verre de silice, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape préalable consistant à implanter sur la face supérieure des ions de WFx, x étant compris entre 1 et 5. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches de verre de silice comprennent des ouvertures vers une couche ou un substrat sous-jacent de silicium. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dépôt de tungstène est effectué entre 300 et 500 C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'implantation des ions de WFx est réalisée avec une dose comprise entre 1015 et quelques 1016 ions par cm2, l'énergie des ions étant comprise entre 60 et 80 keV. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que x est égal à 2.