Brevet FR2655194A1 — publié le 19910531

La présente invention coxnrne le domaine de la fabri- cation des circuits intégrés de type MOS, et plus particuliè- rement la fabrication des circuits intégrés comprenant des tran- sistors à grille flottante pour mémoire non volatile électri- quement programmnable, conmur'eent appelée mémoire EPROM. Dans la majeure partie des cas, un point mémoire d'une mémoire EPROM de grande capacité comporte un transistor ayant une grille flottante réalisée par un premier niveau de silicium polycristallin et une grille de commande réalisée par un deuxième niveau de silicium polycristallin Les souroes des transistors sont co Eoeatées à un bus à potentiel bas Vss, la ligne de mot pour désigner une ligne de oellules est constituée par le deuxième niveau de silicium polycristallin, et la ligne de bit pour lire l'état d'une cellule est constituée par une ligne de mntal, généralement de l'aluminium, croisant les lignes de mot et contactant de place en place le drain des transistors En géré- ral, un seul point de contact est prévu pour deux drains adja- cents de deux transistors d'une mime colonne, et, de même, on peut prévoir un seul contact entre les sources des deux transis- tors adjacents et le bus au potentiel Vss Les transistors sont séparés les uns des autres par de l'oxyde de silicium épais. Les techniques de fabrication de tels circuits intégrés constituant des mémoires EPROM sont en général du type MDS. L'invention co Exeroe donc plus précisément un procédé de fabrica- tion de mémoire EPROM par une technique de type Mo S. Les transistors seront par exemple des transistors à canal n, formes dans un substrat de silicium de type p-. Chaque transistor possède une région de source de type n+ et une région de drain de type n+ également, oes deux régions étant séparées par une région de canal de type p recouverte par une grille flottante La grille flottante est isolée du canal par une couche isolante mince, en principe un oxyde de silicium, cette grille flottante étant elle-même recomverte d'une grille de commande, oes deux grilles sperposées étant isolées entre elles par une autre couche isolante mince. Les grilles flottantes sont des rectangles de silicium polycristallin obtenus par gravure d'une première couche de sili- cium polycristallin appelée "premier niveau de silicium polycris- tallin" Les grilles de cmaxnde sont des bandes étroites de silicium polycristallin obtenues par gravure d'une deuxième couche de silicium polycristallin appelée "deuxième niveau de silicium polycristallin" Ces bandes s'étendent dans la direction des rarngées horizontales du réseau et elles constituent à la fois les grilles de ocmanda et les lignes de mot qui relient oes grilles. Après avoir ainsi réalisé les deux grilles superposées et les zones dopées constituant les drains et les souroes, on reoeuvre l'ensemble formé par les deux grilles superposees par une couche isolante, en principe de l'oxyde de silicium Cette couiche recouvre la partie supérieure ainsi que les bords latéraux des grilles A oe stade de réalisation, il convient de constituer les oeanexions par une ouche de métal, en principe de l'alumi- nium, en prenant contact sur chaque drain onsesécutif de façon à constituer la ligne de bit oerrespnldante. Pour effectuer cette opeération, il a été déjà proposé de procéder aux opérations suivantes: déposer une couche de nitrure de silicium (Si 3 N 4) , déposer une couche d'isolement et réaliser par gra- vure de cette couche des ouvertures au niveau des contacts drain à prendre, l'opération de gravure devant être arrêtée dès que l'on débouche sur la couche de nitrure de silicium, enlever la couche de nitrure de silicium apparente puis déposer la couche de métal et la graver de façon à obtenir la ligne de bit établissant les connexions avec les zones oons- tituant les drains. Ce procédé présente certains in vénients qui vont maintenant être exposes. La couche isolante est onstituée générralement d'un verre fortement dopé au bore et au phis re, appelé roinnèrent BPSG Il a été constaté qu'il y avait une certaine difficulté à graver oe BPSG et à arrêter la gravure au niveau de la ouche sous-jaoente de nitrure de silicium parce qu'il existe une trop faibhle sélectivité de gravure entre le BPSG et le nitrure de silicium Cette faible sélectivité ne parvient pas à compenser les variations d'épaisseur de la couche de BPSG, ce qui peut amener à des surgravures locales dans l'oxyde situé dessus la grille supérieure. D'autre part, oome la zone de contact s'étend jusqu'au niveau de l'isolation latérale, génralement obtenue par le pro- cédé LOC O S il existe aussi au niveau de l'oxyde épais constituant le L Oo OS une surgravure, en particulier au niveau du bec d'oi- seau Le métal qui sera déposé à oet erndroit du bec d'oiseau ainsi aminci ne sera plus situé au-dessus d'une zone e t implantée n+, ce qui pourra provoquer des courts-circuits. La présente invention vise donc un procédé de réali- sation de meoire de type EPRM dans lequel les ii vénients précéd 3 nient cités sont résolus. L'inventicn concerne doc tout particulièrement un prcxedé de fabrication de circuits intégrés de type MDS à tran- sisbtor à grille flottante pour mémoire non volatile, cxprenant les étapes suivantes: réaliser des zones d'isolenent latéral, réaliser entre les zones d'isolement latéral des transistors MDS à double grille, les deux grilles étant recou- vertes dessus et latéralement d'une couche isolante. Selon une caractéristique essentielle de 1 'invention, le procédé comprend en outre les étapes suivantes: déposer une couche de siliciure de métal réfractaire, graver oette couche de siliciure de faço N n'en conserver que des îlots s' éterndant au niveau des contacts drain ou source et dxébordant latéralement, d'une part jusqu'au dessus des grilles et d'autre part jusqu'au dessus des zones d'isolement latéral, déposer une couche d'isolement et réaliser par gra- vure de cette couche des ouvertures débouchant au niveau des îlots de siliciure de métal réfractaire, puis déposer une couche de métal et réaliser par gravure de cette couche de métal les con Enexions ncessaires avec les drains ou les sources. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite couche de siliciure de mnétal réfractaire est constituée d'une couche de siliciure de tantale (Ta Si 2) dans laquelle le silicium est légèerement sur-stoechiométrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la couche de siliciure de mnétal réfractaire est constituée d'une couche de siliciure de tungstène (W Si 2) dans lequel le silicium est légère- ment sur-stoechiométrique. Selon un mode de réalisation de l'invention, la couche isolante est cxonstituée d'un verre de silioe dopé au bore et au sphore. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes dans lesquelles: la figure 1 montre sc/àmatiquement un transistor de mémoire EPROM fabriqué selon un procédé classique; la figure 2 montre une étape intermédiaire de fabri- cation du transistor de la figure 1; les figures 3 à 5 montrent des défauts apparaissant lors de cette étape intermédiaire de fabrication selon le procédé classique; les figures 6 et 7 montrent des étapes succoessives de fabrication d'un transistor de mémoire EP Ro M selon un procédé conforme à la présente invention. Les mnmes référenoes sont utilisées dans ces diverses figures pour désigner des éléments identiques ou semblables. Dans la figure 1, on distirngue de façorn schématique les différentes couches et structures telles qu'elles apparaissent en fin de réalisation du circuit Cette représentation est faite en coupe selon une ligne parallèle à la ligne de bit Le substrat 1 est constitué de silicium monocristallin dopé p- Les grilles flottantes 2 sont disposées au-dessus de la surface du substrat 1 et isolées de celui-ci par l'intermédiaire d'une couche mince d'oxyde de silicium 3 Les grilles de comnande 4 sont disposées au-dessus des grilles flottantes 2 et isolées de oelles-ci par l'intermdiaire d'une couche mince d'oxyde de silicium 5 Les grilles de coenndxe 4 et les grilles flottantes 2 sont réalisées en silicium polycristallin Chaque empilement des deux grilles 4 et 2 est recouvert sur sa partie supérieure 6 et sur sa partie latérale 7 d'une couche isolante d'oxyde de silicium Les grilles sont ainsi isolées entre elles et isolées du substrat et des ou- ches déposées par dessus La ligne de bit 8 est constituée d'une bande de métal, généralement de l'aluminium, qui vient en contact avec des zones n+ 9 implantées dans le substrat et constituant les drains Une couche isolante 10 est disposée au-dessus de zones n+ constituant les sources de façon que la couche métal- lique 8 ne vienne pas en contact avec les sources. Apres avoir réalisé les doubles grilles, les zones implantées constituant par la suite les zones de drain et de source, et après avoir recouvert les grilles 4, 2 d'une couche isolante 6, 7, selon un procédé classique, on dépose par dessus une couche de nitrure de silicium 11, comme cela est représenté en figure 2 On dépose ensuite une couche de verre BPSG 10 puis une couche de résine photosensible 12 que l'on développe de façon à énager une zone d'ouverture au niveau du drain 9 Ensuite on effectue la gravure de la couche 10 en arrêtant l'opération de gravure lorsque la couche 1 i de nitrure de silicium est atteinte. Comme il y a une faible sélectivité, c'est-à-dire une faible différenie de vitesse de gravure, entre le verre BPSG et le nitrure de silicium, il est possible que cette gravure soit trop importante et c Olen xe à enlever partiellement ou totalement la couche de nitrure de silicium 11 ainsi que la ouche sous- jaoente d'isolement des grilles 6, 7 On peut voir ce çérrineà sur la figure 3 On comprend que, dans ce cas, l'amincissement excessif de la couche isolante 6 pourra créer par la suite un risque de claquage ou de fuite de courant électrique entre le mnétal 8 et la grille de commandxes 4. La figure 4 représentre le même dispositif selon la même étape que la figure 3 mais selon une coupe perpendiculaire aux lignes de bit On y distingue plus particulièrement des zones d'isolation laterale 13 réalisées selon le procédé classique dit LOCOS Si l'opération de gravure du verre BPSG constituant la couche 10 est bien réalisée, c'est-à-dire sans surgravure, on peut ensuite enlever la ouche de nitrure de silicium 11 mise à nue et parvenir à une struiture conforme à la figure 4 Par corntre, si on a effectué une surgravure, dans des Conditions identiques à celles représentées en figure 3, on parvient à une structure telle que représentée en figure 5 On voit que la partie de l'oxyde épais c Onstituant la zone d'isolation latérale 13 exposée à la gravure a été partiellement enlevée, principa- lement au niveau très sensible du bec d'oiseau repéré par les flèches A Lorsque le métal viendra recouvrir cette zone A, on voit qu'il pourra être mis en contact direct avec le substrat de silicium dopé p et non avec la zone dopée n+, produisant ainsi des courants de fuite ou des claquages On remédie classiquement à cet inxrxvénient bien connu par une opération supplémentaire, après l'opération de gravure, d' implantation n+ conduisant à une extension de la zone dopée référencée 14. Le procédé selon l'invention va maintenant être décrit en faisant référence aux figures 6 et 7 Après avoir réalisé de façon classique les doubles grilles rexouvertes d'une couche isolante 6, 7, on dépose une couche de siliciure de métal réfractaire 15, par exemple en Ti Si 2 ou W Si 2 Ce siliciure de titane ou de tungstène est de préférence formé de façon à être sur-stoechiométrique en silicium pour minimiser la résistance de couche On dépose ensuite une couche de résine photosensible que l'on développe afin de n'en laisser subsister que des îlots 16 qu'au niveau des zones de drain 9 Chaque îlot de résine 16 peut toutefois déborder latéralement au-dessus des doubles grilles 4, 2 et, dans l'autre direction perpendiculaire, au-dessus des zones d'isolation latérale 13 Ensuite, comme cela est représenté en figure 7, on effectue la gravure de la couche 15 de siliciure de métal réfractaire non recuverte de résine 16, puis on dépose une couche de verre BPSG 17 que l'on grave par une opération de photolithographie de façon à y menager des ouvertures au niveau des drains 9, ces ouvertures pouvant déborder latéralement au-dessus des grilles 4, 2 et des zones d'isolation latérale 13. on termine le procédé de fabrication, d'une façon relativement classique, par dépôt et gravure d'une couche de métal 18, par exemple en aluminium, qui est destinée à constituer les lignes de bit. De cette façon, l'opération de gravure de la couche de verre BPSG 17 s'effectue en débouchant sur une couche de siliciure de métal réfractmaire Or on a constaté qu'il y avait une très bonne sélectivité de gravure entre le verre BPSG et le siliciure de métal réfractaire. Camoe l'îlot de siliciure 15 déborde latéralement de la zone de drain 9, sa surface est nettement plus grande que oelle de la zone de contact du drain 9 et par oonséquent la couche de métal 18 est en contact avec l'îlot de siliciure 15 sur une surface relativement grande établissant ainsi un contact élec- trique de très faible résistance. Les siliciures de métal réfractaire étaient déjà connus dans d'autres technologies que celles des mémoires EPROM, en particulier dans les circuits logiques de type CMDOS Dans de tels circuits, il a déjà été envisagé d'utiliser come niveau de métal une couche de siliciure de métal réfractaire, pour ses caracté- ristiques particulières de faible résistivité, de bonne tenue en toepérature et de faibhle diffusion d'éléments contaminants Sa difficulté de gravure a été présentée jusque là oomoe un inxxvé- nient. Outre le fait qu'il y a une gradnde sélectivité entre la gravure d'un verre BPSG et d'un siliciure de métal réfractaire, il est possible de mettre au point des dispositifs simples de détection de fin d'attaque du verre (ou de onent d'attaque de la couche de siliciure de métal réfractaire). Le mode de réalisation qui vient d'être décrit a été présenté en relation avec diverses figures qui ne sont pas repré- sentées à l'échelle, ni d'une figure à l'autre, ni à l'intérieur d'une figure, et notaimmnt les épaisseurs des ouches sont dessinées arbitrairement dans le but de faciliter la lecture des figures. Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, il est apparu intéressant de domner à la couche de siliciure de métal réfractaire une épaisseur comprise entre 150 et 200 nanomètres, de donner à la couche de BFSG une épaisseur comprise entre 1 et 2 micromatres et de lui faire subir un traitement thermique en vue d'effectuer son fluage à une tempé- rature d'envircn 800 . Les deux oparaticr% de pho Ixtolit/cgraphie correspxxdant respectivement à la gravure de la couche de siliciure de métal réfractaire et à la gravure du verre BPSG autorisent des varia- tiones de cote latérales relativement importantes paroe qu'elles prennent place dans des zones peu sensibles, respectivement au- dessus des grilles et au-dessus des zones d'isolation latérale. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de circuits intégrés de type MOS à transistors à grille flottante de mémoire non volatile, on Lprenant les étapes consistant à: réaliser des zones d'isolement latéral ( 13), réaliser entre les zones d'isolement latéral ( 13) des transistors Mo S à double grille, les deux grilles ( 2, 4) étant recouvertes dessus ( 6) et latéralement ( 7) d'une couche isolante, caractérisé en ce qu'il com Tprexnd en outre les étapes suivantes: déposer une couche de siliciure de métal réfractaire ( 15), graver cette couche de siliciure ( 15) de façon à n'en conserver que des ilots s' étendant au niveau des contacts de drain ( 9) et débordant latéralement d'une part jusqu'au dessus des grilles ( 2, 4) et d'autre part jusqu'au dessus des zones d'isolement latéral ( 13), déposer une couche d'isolement ( 17) et réaliser par gravure de cette couche ( 17) des ouvertures débouchant au niveau des îlots de siliciure de métal réfractaire ( 15), déposer une couche de métal ( 18) et graver oette couche de métal ( 18) pour réaliser les connriexions ressaires avec les drains ( 9). 2 Procédé de fabrication de circuit intégré de type MDS à transistors à grille flottante selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de siliciure de métal réfractaire ( 15) est constituée de siliciure de tantale dans lequel le sili- cium est leégèraent sur-stoechiometrique. 3 Procédé de fabrication de circuit intégré de type MDS à transistor à grille flottante selon la revendication 1, caractérisé en oe que la couche de siliciure de métal réfractaire est constituée de siliciure de tungstéoe dans lequel le silicium est légèrement sur-stoechiométrique. il 4 Procédé de fabrication de circuit intégré de type M Do S à transistor à grille flottante selon l'une des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche d'isolement ( 17) déposée sur la couche de siliciure de métal réfractaire ( 15) est constituée de verre de silioe dcopé au bore et au phospore.