Brevet FR2665024A1 — publié le 19920124

PROCEDÉ DE DETERMINATION DE L'ÉLIMINATION COM 4 PLETE D'UNE COUCHE MINCE SUR UN SUBSTRAT NON PLAN La présente invention concerne un procède permettant de détecter la fin d'attaque, et plus particulièrement l'élimination complète, d'une couche mince déposée sur un substrat L'invention trouve des applications dans le domnaine de la fabrication des circuits intégrés, en particulier afin de détecter la fin de l'attaque d'une couche mince métallique déposée sur un substrat présentant un certain relief. Dans un oertain nomibre d'opérations entrant dans la fa- brication des circuits intégrés, on est amern à graver une couche métallique déposée sur une couche en matériau isolant Il en est ainsi, par exemple, lors de la réalisation de plusieurs niveaux d'interconrexion, au cours de laquelle on procède classiquement à la gravure de parties d'une couche métallique déposée sur une couche d'oxyde de silicium qui épouse les structures sous- jacentes et qui présente en cnséquee un oertain relief On souhaite, dans ce cas, poursuivre une opération de gravure jusqu'à obtenir l'enlèvement complet de oette couche métallique dans certaines zones Il faut cependant arrêter oette opération de gravure rapidement après cet enlèvement complet de la couche métallique, parce que la poursuite de cette gravure pourrait modifier ou altérer d'autres structures et en outre allongerait inutilement la durée de fabrication. Une difficulté réside dans le fait que, dans la phase finale de l'opération de gravure, la couche métallique ne sub- siste que sous forme de résidus du métal de très faibhles dimen- sions Habituellement, ces résidus sont situés au voisinage des marches présentes dans la couche isolante sous-jacente Etant donné que ces résidus ont de faibles dimensions, ils ne sont pas détectables par les systèmes classiques de détection de fin d'attaque Pour être certain qu'aucun résidu ne subsistera après cette opération de gravure, on est donc ameneé classiquement à prolonger la durée de gravure de la couche métallique. Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé de détermination précise de l'élimination ccmplète d'une couche mine déposée sur un substrat. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel procédé qui puisse être utilisé comme moyen de contrôle pour vérifier qu'une opération de gravure a été menée de façon satisfaisante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel procédé qui puisse être mis en oeuvre in situ pendant une operation de gravure. Pour atteindre ces objets, l'invention prévoit un procédé de détermination de l'élimination complète d'une couche mince déposée sur un substrat, comnprenant les étapes consistant à prévoir sur une zone du substrat un réseau de diffraction opti- que, la couche mince déposée sur le substrat reoouvrant aussi ce réseau de diffraction, et l'attaque de la ouche minoe s'effec- tuant aussi au niveau de oe réseau de diffraction; éclairer le réseau par un faisoeau lumineux mnogchromatique; et observer l'évolution de la lumière diffractée au cours de l'opération d'attaque de la couche mince, afin de déterminer l'instant o le matériau de la couche mince est intégralement ôté. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le substrat correspond à une ouche d'oxyde de silicium, le réseau de diffraction est obtenu par gravure anisotrope d'une zone détermnirée de cette couche, et la couche mince est métal- lique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la figure de diffraction obtenue à partir du réseau est comparée à des figures de diffraction obtenues lors d'un étalonnage. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront illustrés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure l A représente schématiquement, en coupe transversale, une structure résultant de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, telle qu'elle apparaît lors d'une phase initiale de l'opération de gravure; la figure l B représente une figure de diffraction orrespoant à la structure de la figure 1 A; les figures 2 A et 2 B orresp ent respectivement aux figures 1 A et l B lors d'une phase intermédiaire de l'opération de gravure; et les figures 3 A et 3 B correspnent respectivement aux figures 1 A et l B lors de la phase finale de gravure. Le procédé selon l'invention va être décrit dans le cas particulier de la gravure du deuxième niveau d'intercnexion d'un circuit intégré à plusieurs niveaux d'inte exion Il est toutefois clair que cela ne constitue qu'un exemple et que l'invention s'applique de façoxxn générale à la détermination de l'élimination complète d'une couche mince. Pour réaliser plusieurs niveaux d'intercnnoexion, on dépose une première couche métallique qui est gravée selon un motif de connexion choisi, puis une couche isolante, souvent en oxyde de silicium, dans laquelle on ménage des trous de passage. On dépose par dessus la ouche isolante une seconde couch métal- lique qui vient reanplir les trous de passage On effectue ensuite une gravure pleine plaque de oette seconde ouche métallique afin d'enlever complètement le métal de cette couche présent sur la oeuche isolante sous-jacente, et en ne oenservant du métal qu'à l'intérieur des trous de passage nmnagés dans la couche iso- lante Enfin on dépose une troisième couche mêtallique qui est gravée selon un motif de cxxoexion choisi L'opération de gravure de la seconde couche métallique est particulièrement délicate En effet, oette gravure doit être prolongée assez longtemps pour qu'il n'y ait plus aucun résidu mitallique sur la couche iso- lante, mais oette opération de gravure ne doit pas être prolongée au- delà pour éviter d'enlever trop de mrtal présent dans les trous de passage. Comme oela est illustré en figure 1 A, selon l'inven- tion, dans le cas de la gravure de la seconde couche métallique, on dépose dans une zcae inutilisée d'une plaquette en cours de traitement une couche isolante 1 constituant une partie de la couche isolante susmentionnée On forme dans oette zone un réseau de diffraction optique crnstitué d'un oertain hombre de nervures équidistantes 2, 2 ' La hauteur des nervures est du même ordre de grandeur que la hauteur des marches présentes sur le reste de la plaquette au niveau des circuits en cours de réalisation La seconde couche métallique 3 recouvrant la couche isolante 1 recouvre également la zone comprenant le réseau de diffraction 2, 2 ' et épouse le relief des nervures La gravure de oette couche métallique 3 s'effectue dans la zcne comprenant le réseau de diffraction en mûie temps que dans la zone utile. La figure 2 A représente la même structure lorsque l'opération de gravure de la couche métallique 3 est presque achevée Des résidus 5 du métal de la couche 3 subsistent, ces résidus se localisant principalement au pied des flancs verticaux du réseau de diffraction ou à leur voisinage Ces résidus 5 peuvent présenter des formes diverses et ont des dimensions tr faibles Tant que subsistent de tels résidus 5, il convient de poursuivre l'opération de gravure, jusqu'à leur enlè- vement oomplet, oomme cela a été expliqué précédemment. La figure 3 A représente la structure lorsque les rési- dus ont complètement disparu. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente inven- tion, perdant l'opération de gravure de la couche 3, on éclaire le réseau de diffraction par un faisceau lumineux mochrcnatique et on observe l'évolution de la lumière diffractée. Les figures l B, 2 B et 3 B représentent des figures de diffraction correspondant aux strcnres respectivement repré- sentées en figures l A, 2 A et 3 A On observe une série de spots lumineux intenses de part et d'autre de la tache de réflexion spéculaire (un seul côté de la figure de diffraction est repré- senté sur les figures l B à 3 B et seulement à partir de l'ordre 6). Les demandeurs ont rearqué que la figure de diffrac- ticn se modifie continûment au début de l'opération de gravure de la oouche métallique 3 Cette figure de diffraction se modifie ensuite de façon très sensible lorsque l'on passe d'une couche 3 continue à des résidus épars et ensuite lorsque l'on passe du niveau de gravure correspondant à la figure 2 A à celui correspon- dant à la figure 3 A, c'est-à-dire lorsque l'on passe d'une struc- ture dans laquelle subsistent des résidus de mnétal de très faibles dimensions, à une structure exempte de résidus métal- liques L'invention permet donc de détecter de façon très sensible la présence ou l'absenroe de résidus métalliques de très faibhles dimensions, et oela d'une faon quasi-instantarnée, perndant le déroulemennt de l'opération de gravure. Pour exploiter, de façon automatique, les modifications de la figure de diffraction, on peut étudier l'ensemble du spectre ou sélectionrer dans cette figure de diffraction une seule tache ou un certain groupe G de taches de diffraction. L'intensité lumineuse de cette tache ou de ce groupe de taches varie dans de grandes proportions lorsque l'on passe d'une phase de gravure au oours de laquelle subsistent des résidus métal- liques 5 à une phase finale de gravure pour laquelle les résidus métalliques cnt été complètement éliminés On peut alors aisément moesurer de façon automatique l'intensité lumineuse de Ce groupe de taches afin de déterminer l'instant o les résidus métalliques sont intégralement ôtés, cet instant étant défini par le passage par un seuil prédéterminé de la valeur de oette intensité lumineuse. On peut effectuer la mesure d'intensité lumineuse d'une ou de plusieurs taches à l'aide d'un analyseur se déplaçant le lonr de la figure de diffraction On peut aussi effectuer la mesure par échantillonnage au moyen d'une barrette à diodes. Le faisceau lumineux est par exemple obtenu à l'aide d'un laser de type hélium/réon fcixtionnant à une longueur d'onde de 632,8 nm. L'homme de l'art notera que, bien que l'invention ait été décrite en relation avec une application particulière, elle s'applique de façon générale à la détection de l'élimination comrplète d'une couche mince dépose sur un substrat massif ou sur une autre couche mince. D'autre part, on a décrit ci-dessous une mise en oeuvre in situ du procédé selon la présente invention dans laquelle le motif à tester est éclairé dans l'enceinte de gravure La présente invention peut aussi être utilisée pour le contrôle de plaques gravées En ce cas, on comparera la figure de diffraction obtenue en éclairant un motif de nervures 2 ayant subi une gravure à des figures de diffraction obtenues antérieurement au cours de phases d'étalonnage Ce procédé de oontrôle présente l'avantage d'être précis, non destructif et non polluant Ainsi si l'on détecte qu'un lot de plaquettes a subi une gravure insuf- fisante, on pourra, sans inconivénient, le soumettre à une phase de gravure supplémentaire. Alors que l'on a décrit prédeanent un réseau de dif- fraction formé spécialement dans une zone inutilisée du substrat, on pourrait utiliser un motif utile formé dans une partie du circuit en cours de fabrication, par exemple une zone de mémoire. REVENDICATIONS 1 Procédé de détermination de l'élimination complète d'une couche minoe ( 3) déposée sur un substrat ( 1), caractérisé en ce qu'il omprend les étapes suivantes: prévoir sur une zone du substrat ( 1) un réseau de diffraction optique ( 2, 2 '), la couche mince déposée sur le substrat recouvrant aussi ce réseau de diffraction, et l'attaque de la couche mince ( 3) s'effectuant aussi au niveau de oe réseau de diffraction, éclairer le réseau ( 2, 2 ') par un faisoeau lumineux nrocchramatique; et observer l'évolution de la lumière diffractée au cours de l'opération d'attaque de la couche mince ( 3), afin de déterminer l'instant o le matériau de la couche mince est inté- gralement ôté. 2 Procédé selon la reverxication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à sélectionner dans la figure de diffraction un groupe (G) de taches de diffraction et à mesurer l'intensité lumineuse de ce groupe de taches, l'instant o le matériau de la couche mince est intégralement ôté étant défini par le passage par un seuil prédéterminé de la valeur de oette intensité lumineuse. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat correspond à une couche d'oxyde de silicium et en ce que le réseau de diffraction est obtenu par gravure anisotrope d'une zone déterminée de cette couche. 4 Procdé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ouche mince est métallique. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en oe que la figure de diffraction obtenue à partir dudit réseau est comparée à des figures de diffraction obtenues lors d'un étalon- nage.