Brevet FR2674371A1 — publié le 19920925

Procédé pour établir des contacts sur des structures conductrices dans des circuits à très haute densité d'intégration L'invention concerne un procédé pour établir des contacts sur des structures conductrices dans des circuits à très haute densité d'intégration placés dans une chambre à vide, au moyen d'une lumière laser. Dans la technologie des semiconducteurs, il est fréquemment nécessaire d'exécuter des traitements microscopiques sur des circuits intégrés, lors de la fabrication de ces derniers sur un substrat semiconducteur. Ceci inclut notamment l'élimination locale de couches de passivation ou d'isolation, dans un circuit métallisé à une ou plusieurs couches, en vue de rendre accessible des structures conductrices comme par exemple des voies conductrices ou des plots, dans différents buts Ces buts sont par exemple des analyses ou des travaux de mesure et de contrôle électrique En outre, on peut raccorder électriquement entre elles, au moyen d'un dépôt métallique, les voies conductrices dégagées localement, de manière à réaliser de façon simple par exemple des modifications de conception et d'en contrôler la validité De la même manière, on peut également réparer des modules à semiconducteurs Pour tous les objectifs indiqués, il est important d'établir un bon contact électrique avec la structure conductrice dégagée. Si la couche isolante devant être éliminée est constituée par du nitrure de silicium ou par un matériau organique, comme par exemple du polyimide, on peut l'éliminer localement à l'aide d'un laser pulsé à ultraviolet, grâce à ce qu'on appelle une ablation, en dirigeant ou en focalisant le faisceau laser à l'emplacement désiré Une telle ablation n'est cependant pas possible dans le cas d'une couche isolante permettant une transmission élevée des ultraviolets, comme par exemple l'oxyde de silicium et d'autres couches semblables au verre, étant donné que la couche sous-jacente serait endommagée par le rayonnement ultraviolet intense. Pour éliminer localement des couches d'oxyde de silicium, on connaît plusieurs processus de corrosions provoquées par laser, qui sont décrits dans l'article de G Loper et M. Tabat dans SPIE Vol 459, Laser assisted déposition etching and doping ( 1984), pages 121 à 127 De tels processus de corrosion déclenchés par laser sont basés sur la production définie de radicaux hautement réactifs à partir de composés carbohalogénés, à l'aide de lasers pulsés à ultraviolets de sorte qu'il se produit une réaction chimique de l'oxyde de silicium avec ces radicaux, moyennant la formation de composés volatils de silicium et d'oxygène Les composés chlorés ou fluorés gazeux utilisés présentent cependant une toxicité élevée et ont une action très corrosive sur de nombreux matériaux de sorte qu'une dépense technique conséquente est nécessaire Des pièces mécaniques situées dans la chambre à vide, comme par exemple des tables xyz servant à positionner de façon précise le substrat semiconducteur devant être traité, sont très rapidement inutilisables en raison de la corrosion Les structures30 conductrices dégagées possèdent souvent des surfaces qui ne satisfont pas aux exigences imposées pour avoir un bon contact électrique En particulier, en général on ne peut pas empêcher une oxydation à l'air avant de déposer par exemple ensuite un métal sur ces surfaces ou bien avant d'apposer des pointes de mesure. C'est pourquoi la présente invention a pour but d'indiquer un procédé permettant une élimination locale recherchée de couches isolantes, transparente aux ultraviolets, situées sur un substrat semiconducteur, pour5 les objectifs indiqués, et ce d'une manière simple et notamment sans utiliser de composés chimiques toxiques ou corrosifs En outre, les structures dégagées doivent être ensuite équipées directement et d'une manière simple de contacts permettant par exemple l'application de pointes de10 mesure. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé pour établir des contacts avec des structures conductrices dans des circuits à très haute densité d'intégration sur un substrat semiconducteur disposé dans une chambre à vide à l'aide d'une lumière laser et d'au moins un composé métallique gazeux présent dans la chambre à vide, caractérisé par le fait que lors d'une première étape, on élimine tout d'abord localement au moins une couche isolante qui recouvre la structure conductrice et est20 transparente pour les ultraviolets, et lors d'une seconde étape intervenant aussitôt après, on dépose localement une couche métallique sur la structure conductrice, le procédé étant réglé à l'aide des paramètres: puissance du laser, pression du composé métallique gazeux et surface irradiée du substrat. Le procédé est basé sur l'utilisation de composés métalliques gazeux à la place de composés carbo-halogénés toxiques; des carbonyles métalliques gazeux sont particulièrement appropriés De façon étonnante, on peut30 éliminer de cette manière des couches isolantes transparentes aux rayons ultraviolets et déposer ensuite directement, sur les structures conductrices dégagées, des contacts métalliques, sans suppression du vide et avec le même procédé ou au moyen d'un procédé seulement légèrement modifié. Selon une autre caractéristique de l'invention, les paramètres puissance du laser, pression du composé métallique gazeux, surface irradiée du substrat, restent inchangés lors des première et seconde étapes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les paramètres: puissance du laser, pression du composé métallique gazeux, surface irradiée du substrat sont modifiés lors de la seconde étape. Selon une autre caractéristique de l'invention, on introduit de l'hexacarbonyle de tungstène en tant que composé métallique gazeux moyennant l'utilisation d'un gaz porteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour la production de la lumière laser, on utilise un laser pompé au Ar F possédant une longueur d'onde d'environ 193 nm. Selon une autre caractéristique de l'invention, on irradie, au moyen de la lumière laser, une étendue comprise entre 2 pm x 2 pm et 15 pm x 15 pm de la surface du semiconducteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les paramètres sont choisis dans les gammes suivantes: Pression du composé métallique gazeux: 0,1 5 mbars, Énergie des impulsions laser: 0,5 20 p J, Fréquence des impulsions laser: 20 100 Hz. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description donnée ci- après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention; et la figure 2 représente d'une manière schématique un substrat semiconducteur traité au moyen du procédé selon l'invention. Conformément à la figure 1, un substrat semiconducteur 2 dont la surface porte au moins une couche transparente aux ultraviolets et qui est équipé d'un circuit intégré devant être traité, et est fixé, dans une chambre à vide 1, sur un support 3, qui permet un positionnement précis du substrat semiconducteur 2 Au moyen d'une vanne 4, on peut établir, dans la chambre 1, un vide atteignant jusqu'à une pression d'environ 10-6 mbars, et au moyen d'une autre vanne , on peut introduire un gaz inerte 6, par exemple de l'argon Le composé métallique gazeux utilisé dans les exemples de réalisation est de l'hexacarbonyle de tungstène W(CO)6, une poudre cristalline 7 à la température ambiante, que l'on chauffe à environ 500 C dans un récipient formant évaporateur 8 Le gaz, qui apparaît par sublimation, est introduit par l'intermédiaire d'une vanne 10 dans la chambre à vide 1, à l'aide d'un gaz porteur inerte 9, la plupart du temps de l'argon On peut introduire des impulsions de lumière d'un laser à ultraviolet 12 dans la chambre 1 par l'intermédiaire d'une fenêtre en verre quartzeux 11 et on utilise de préférence un laser excimère au Ar F possédant une longueur d'onde de 193 nm Chaque impulsion laser traverse un dispositif optique classique, non représenté, constitué en général par des lentilles et des diaphragmes et qui sert à produire un faisceau de lumière parallèle approprié 15 et forme l'image d'un diaphragme rectangulaire 13, par l'intermédiaire d'un microscope approprié 14, sur la surface du substrat semiconducteur 2 L'image du diaphragme 13 définit la taille de la surface irradiée 2 du substrat et peut être réglée en fonction des exigences, une valeur typique se situant dans une gamme comprise entre 2 pm x 2 pm et 15 pm x 15 pm L'énergie des impulsions laser est réglée à l'aide d'un atténuateur 16 La surface irradiée de l'échantillon est soit éliminée localement, soit recouverte d'une couche de tungstène, en fonction de la pression réglée de W(CO)6 dans la chambre 1, de l'énergie des impulsions laser et de la surface du substrat lui-même. Exemple: Enlèvement de bioxyde de silicium avec dépôt ultérieur de tungstène. Conformément à la figure 2, sur le substrat semiconducteur 20 est située, en tant que structure conductrice 22, une voie conductrice en aluminium au-dessus de laquelle est disposée, en tant que couche isolante 21 transparente aux ultraviolets, une couche de bioxyde de silicium possédant une épaisseur d'environ 1 pm Lors du réglage ultérieur des paramètres des processus, la couche de Sio 2 est éliminée à l'aide du faisceau laser 23 en l'espace d'environ 2 mn, puis une couche de tungstène 24 se dépose sur le Al mis à nu. Pression de W(CO)6: 0,4 mbar Énergie des impulsions laser: 1,2 p J Fréquence des impulsions: 50 Hz Longueur d'onde du laser: 193 nm Surfacce irradiée: 12 pm x 12 pm. La structure en aluminium n'est pas attaquée par ce processus étant donné que l'énergie des impulsions du laser est trop faible Pour obtenir la croissance d'une couche de tungstène, il peut être avantageux de réduire l'énergie des impulsions laser à environ 0,7 p J et d'accroître la pression de W(CO)6 à environ 1 à 2 mbars, la vitesse de dépôt étant égale alors à environ 200-250 nm par minute. Avec un rayonnement diffus du laser, il se produit en général un dépôt lent de tungstène dans l'environnement de la structure de Al mise à nu, c'est-à-dire sur la surface de l'oxyde Ceci peut être avantageux étant donné que cela réduit des phénomènes nuisibles de charge lors de la mise en oeuvre de quelques procédés d'analyse. Le mécanisme suivant est à la base de l'élimination de la couche d'oxyde de silicium conformément au procédé selon l'invention: tout d'abord, une couche superficielle30 métallique, c'est-à-dire dans l'exemple de réalisation une couche de tungstène, est déposée à partir de la phase gazeuse sous l'effet de la dissociation photolithique du composé métallique, sur la surface formée par l'oxyde de silicium. Cela conduit à une absorption accrue du rayonnement laser et par conséquent à un échauffement de la surface Lorsqu'au bout d'un certain nombre d'impulsions laser, de façon typique 2 à 5, une énergie suffisante peut être absorbée, un matériau, à savoir du tungstène et l'oxyde de silicium, est déposé avec l'impulsion laser immédiatement suivante On obtient à nouveau une surface formée d'oxyde de silicium, et le processus recommence jusqu'à ce que l'ensemble de l'oxyde de silicium soit éliminé Sur la structure conductrice alors mise à nu, il se produit alors un dépôt photolithique de tungstène à partir du carbonyle de tungstène, comme cela est connu d'après la littérature (voir par exemple R Solanki, Solid State Technology, Juin 1985, pages 220-227). Pour le procédé conforme à l'invention, on peut voir que seule la transmission des ultraviolets par la couche isolante est importante, alors que la dissociation chimique15 de cette couche ne l'est pas, comme celle qui se produit dans les processus connus d'élimination photolithique C'est pourquoi le procédé peut être également appliqué par exemple à des combinaisons de couches isolantes transparentes pour les ultraviolets En outre, on peut utiliser d'autres composés métalliques gazeux, à partir desquels un dépôt photolithique du métal est possible, de tels procédés étant connus par exemple d'après l'article de R Solanki, mentionné précédemment. REVENDICATIONS 1 Procédé pour établir des contacts avec des structures conductrices dans des circuits à très haute densité d'intégration sur un substrat semiconducteur ( 2,20) disposé dans une chambre à vide ( 1) à l'aide d'une lumière laser ( 23) et d'au moins un composé métallique gazeux ( 7) présent dans la chambre à vide ( 1), caractérisé par le fait que lors d'une première étape, on élimine tout d'abord localement au moins une couche isolante ( 21) qui recouvre la structure conductrice ( 22) et est transparente pour les ultraviolets, et lors d'une seconde étape intervenant aussitôt après, on dépose localement une couche métallique ( 24) sur la structure conductrice ( 22), le procédé étant réglé à l'aide des paramètres: puissance du laser, pression du composé métallique gazeux ( 7) et surface irradiée du substrat. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres: puissance du laser, pression du composé métallique gazeux, surface irradiée du substrat, restent inchangés lors des première et seconde étapes. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres: puissance du laser, pression du composé métallique gazeux, surface irradiée du substrat sont modifiés lors de la seconde étape. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par l'introduction d'hexacarbonyle de tungstène en tant que composé métallique gazeux ( 7) moyennant l'utilisation d'un gaz porteur ( 9). 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour la production de la lumière laser ( 23), on utilise un laser pompé au Ar F ( 12) possédant une longueur d'onde d'environ 193 nm. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on irradie, au moyen de la lumière laser ( 23), une étendue comprise entre 2 pm x 2 pm et 15 pm x 15 pm de la surface du semiconducteur ( 2,20). 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le choix des paramètres dans les gammes suivantes: Pression du composé métallique gazeux: 0,1 5 mbars, Énergie des impulsions laser: 0,5 20 p J, Fréquence des impulsions laser: 20 100 Hz.