Brevet FR2777114A1 — publié le 19991008

PROCEDE D'ATTAQUE D'UNE COUCHE D'OXYDE DE TANTALE La présente invention concerne un procédé pour attaquer une couche d'oxyde de tantale (Ta205). La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une mémoire vive dynamique (ou DRAM) qui fait intervenir l'attaque séquentielle d'une couche de sili- cium polycristallin et d'une couche d'oxyde de tantale, pour former un motif sans avoir à passer d'une station d'attaque à une autre. Une structure de mémoire vive dynamique (DRAM) classique comprend au moins un transistor métal-oxyde-semiconducteur (MOS) et un condensateur. La grille du condensateur est connectée à une ligne de mot et l'une des régions de source/drain est connectée à une ligne de bit BL. L'autre région de source/drain est connectée électriquement à un condensateur, qui est connecté à son tour à une masse. On peut consi- dérer la structure du condensateur dans une mémoire DRAM comme un composant critique pour le stockage de données. Si le nombre de char- ges qui sont stockées par un condensateur est élevé, le bit de données qui est stocké dans le condensateur est plus stable. Lorsque le bit de données qui est stocké dans le condensateur est lu par un amplificateur, une capacité élevée est davantage capable de s'opposer à du bruit ex- terne. Dans la fabrication de semiconducteurs, on forme un conden- sateur de mémoire DRAM par plusieurs étapes. Premièrement, on forme au moins une structure de transistor sur un substrat semiconducteur, et ensuite on forme un noeud de stockage au-dessus de l'une des régions de source/drain du transistor, pour former ainsi la structure d'électrode inférieure d'un condensateur. Ensuite, on forme séquentiellement sur la structure d'électrode inférieure une couche d'oxyde de tantale, une cou- che de nitrure de titane (TiN) et une couche de silicium polycristallin. On forme la couche de nitrure de titane au-dessus de la couche d'oxyde de tantale, et les deux couches constituent ensemble une couche diélectri- que composite pour le condensateur. La couche de silicium polycristallin remplit la fonction d'une structure d'électrode supérieure du condensa- teur. Enfin, on définit un motif dans la couche d'oxyde de tantale, la cou- che de nitrure de titane et la couche de silicium polycristallin pour ache- ver la structure de condensateur de mémoire DRAM. La figure 1 est un organigramme montrant les étapes de fabri- cation classiques dans la définition d'un motif d'une structure de conden- sateur multicouche. Premièrement, I'étape 10 représente le début de l'opération, à un stade auquel la structure multicouche du condensateur, comprenant la structure d'électrode inférieure, la couche d'oxyde de tantale, la couche de nitrure de titane et la couche de silicium polycris- tallin, a déjà été déposée. Ensuite, I'étape 12 est accomplie en effectuant tout d'abord une opération de photolithographie et en attaquant ensuite la couche de silicium polycristallin pour former la structure d'électrode supérieure du condensateur. L'agent d'attaque pour attaquer la couche de silicium polycristallin est de préférence un mélange gazeux contenant HBr/CI2/He-O2. Ensuite, on effectue un changement de station d'attaque à l'étape 14. Le changement est nécessaire du fait que l'agent d'attaque qu'on utilise pour attaquer la couche de silicium polycristallin ne convient pas pour attaquer la couche d'oxyde de tantale et la couche de nitrure de titane. Ensuite, on accomplit l'étape 16 pour attaquer la couche de nitrure de titane et la couche d'oxyde de tantale (TiN/Ta205), pour définir ainsi le motif de la couche diélectrique composite du condensateur. Certains problèmes apparaissent souvent dans la définition du motif de la couche d'oxyde de tantale, de la couche de nitrure de titane et de la couche de silicium polycristallin. Le problème le plus important se produit lorsque l'attaque de la couche de silicium polycristallin est terminée, et la couche de nitrure de titane doit être attaquée ensuite. L'agent d'attaque qu'on utilise pour attaquer la couche de silicium poly- cristallin est un mélange gazeux contenant HBr/CI2/He-O2, qui ne con- vient pas pour attaquer le nitrure de titane. Par conséquent, on doit changer à la fois la station de traitement et les agents d'attaque, avant de pouvoir effectuer l'attaque suivante de la couche de nitrure de titane et de l'oxyde de tantale. Ce changement de station de traitement et d'agents d'attaque augmente le nombre d'étapes de traitement. En outre, certains agents d'attaque résiduels, utilisés dans l'attaque de la couche de silicium polycristallin, peuvent être entraînés jusque dans l'opération d'attaque suivante. Lorsqu'ils viennent en contact avec la couche de ni- trure de titane, une certaine dissociation d'ions métalliques peut se pro- duire. Par conséquent, la chambre de réaction peut être contaminée. A la lumière de ce qui précède, on voit qu'il est nécessaire d'améliorer le processus d'attaque de la couche de silicium polycristallin, de la couche de nitrure de titane et de la couche d'oxyde de tantale. La présente invention procure ainsi un procédé d'attaque d'une couche d'oxyde de tantale qui utilise des agents d'attaque innovants, comprenant un mélange gazeux qui contient du trichlorure de bore, du chlore et de l'azote (BCI3/CI2/N2). En utilisant le mélange gazeux, on peut attaquer la structure multicouche d'un condensateur en une seule opération d'attaque; en outre, il n'y a pas de contamination de la cham- bre de réaction. Pour atteindre ces avantages et d'autres, et conformément au but de l'invention, telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite ici de façon générale, I'invention procure un procédé d'attaque d'une couche d'oxyde de tantale dans la fabrication d'une mémoire DRAM. Le procédé com- prend les étapes qui consistent à former la structure d'électrode infé- rieure d'un condensateur sur un substrat semiconducteur et à former en- suite séquentiellement une couche d'oxyde de tantale, une couche de barrière et une couche conductrice sur le substrat et sur la structure d'électrode inférieure. Ensuite, on définit un motif dans la couche con- ductrice en utilisant un premier gaz réactif qui comprend un mélange ga- zeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BCI3/CI2/N2). Ensuite, on définit un motif dans la couche de barrière en utilisant un second gaz réactif qui comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BCI3/CI2/N2). Enfin, on définit un motif dans la couche d'oxyde de tantale en utilisant un troisième gaz réactif qui comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BCI3/CI2/N2). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est un organigramme montrant les étapes de fabri- cation classiques dans la définition d'un motif d'une structure de condensateur multicouche; Les figures 2A et 2B sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la définition d'un motif d'une structure de condensateur multicouche (comprenant une couche d'oxyde de tantale) sur un condensateur, conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention; et La figure 3 est un organigramme montrant les étapes dans la définition d'un motif d'une structure de condensateur multicouche con- formément au mode de réalisation préféré de l'invention. Chaque fois que c'est possible, on utilise les mêmes numéros de référence dans les dessins et dans la description pour désigner les éléments identiques ou semblables. L'invention procure un agent d'attaque innovant qui contient un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BCI3/C12/N2). La propriété caractéristique de cet agent d'attaque con- siste en ce qu'il peut attaque; le silicium polycristallin, le nitrure de titane (TiN) et l'oxyde de tantale (Ta2O5). Par conséquent, on peut utiliser une seule opération d'attaque pour former la structure multicouche d'un con- densateur. En outre, le procédé est capable de réduire une contamination sévère de la chambre de réaction. Les figures 2A et 2B sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la définition d'un motif d'une structure de condensateur multicouche (comprenant une couche d'oxyde de tantale) sur un condensateur, conformément à un mode de réalisation préféré de I'invention. Premièrement, comme représenté sur la figure 2A, on forme sur un substrat semiconducteur 20 une couche isolante 21 dans laquelle est défini un motif. Ensuite, on forme la structure d'électrode inférieure 22 d'un condensateur, par exemple une couche de silicium polycristallin, dans la couche isolante 21, pour connecter électriquement une région de source/drain (non représentée) dans le substrat 20. Ensuite, on forme une structure multicouche sur la structure d'électrode inférieure 22 et sur la couche isolante 21. On forme la structure multicouche en déposant une couche mince d'oxyde de tantale 23, une couche mince de nitrure de titane 24 et une couche de silicium polycristallin 25. On forme la couche de nitrure de titane 24 sur la couche d'oxyde de tantale 23, et les deux couches forment ensemble une structure dielectrique composite. Du fait que l'oxyde de tantale a une constante diélectrique très élevée, d'environ à 30, la couche d'oxyde de tantale 23 est capable d'augmenter la ca- pacité du condensateur. Par conséquent, la couche d'oxyde de tantale a des applications dans la fabrication d'une mémoire DRAM de 16 méga- bits. Ensuite, on forme une couche de résine photosensible 26 sur la couche de silicium polycristallin 25. Ensuite, comme représenté sur la figure 2B, on effectue les opérations de photolithographie et d'attaque en utilisant à titre de mas- que la couche de résine photosensible 26. On attaque séquentiellement la couche de silicium polycristallin 25, la couche mince de nitrure de ti- tane 24 et la couche mince d'oxyde de tantale 23, en utilisant l'agent d'attaque caractéristique de l'invention. L'agent d'attaque est un mélange gazeux comprend du trichlorure de bore, du chlore et de l'azote (BCI3/CI2/N2). Les constituants du mélange gazeux sont mélangés en- semble en un rapport conforme au Tableau 1 ci-dessous. Tableau 1: Débit relatif des constituants gazeux pour l'attaque du silicium polycristallin, du nitrure de titane et de l'oxyde de tantale Constituant (gazeux) Débit de gaz (unité: cm3/nin ramené aux conditions normales) Chlore (Cl2) 20 - 80 Trichlorure de bore (BCI3) 20 - 80 Azote (N2) 20 - 80 Dans le Tableau 1, I'unité cm3/min désigne le débit de gaz en centimètres cubes par minute, ramené aux conditions normales, et cha- que constituant dans le mélange gazeux remplit une fonction définie. Par exemple, le chlore Cl2 est un gaz réactif principal pour l'attaque, le tri- chlorure de bore BOC13 est utilisé à titre d'agent pour effectuer un bom- bardement physique, et l'azote gazeux remplit la fonction d'un matériau de passivation de parois latérales. La figure 3 est un organigramme montrant les étapes dans la définition de motif d'une structure de condensateur multicouche confor- mément au mode de réalisation préféré de l'invention. Premièrement, l'étape 30 représente le début de l'opération, à un stade dans lequel la structure multicouche du condensateur, comprenant la structure d'élec- trode inférieure, la couche d'oxyde de tantale, la couche de nitrure de titane et la couche de silicium polycristallin, a déjà été déposée. Ensuite, l'étape 32 est accomplie en effectuant tout d'abord une opération de photolithographie, et en attaquant ensuite la couche de silicium polycris- tallin pour former la structure d'électrode supérieure du condensateur. L'agent d'attaque pour attaquer la couche de silicium polycristallin est de préférence un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BCI3/C121N2). Ensuite, I'étape 34 est accomplie pour attaquer la couche de nitrure de titane et la couche d'oxyde de tantale (TiN/Ta2O5) pour former la structure diélectrique composite du condensateur. L'agent d'attaque pour attaquer la couche de nitrure de titane et la couche d'oxyde de tantale est de préférence un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote (BC131CI21N2). Par conséquent, une structure de con- densateur complète est formée en une seule opération d'attaque, utilisant le mélange gazeux qui comprend du trichlorure de bore, du chlore et de l'azote. En résumé, le procédé d'attaque d'une couche d'oxyde de tan- tale que procure l'invention présente, entre autres, les avantages suivants: (1) L'agent d'attaque que procure l'invention, c'est-à-dire le mélange gazeux ayant les constituants BCI31C12/N2, est capable d'atta- quer une couche de silicium polycristallin, une couche de nitrure de titane et une couche d'oxyde de tantale pour former un motif uniforme. (2) L'agent d'attaque que procure l'invention, c'est-à-dire un mélange gazeux ayant les constituants BCI3/C12/N2, est capable d'effec- tuer une attaque de formation de motif dans la structure multicouche en une seule opération d'attaque. Des étapes de traitement sont donc éco- nomisées. (3) L'agent d'attaque qui est utilisé dans l'invention ne dissocie pas des ions métalliques au contact avec une couche de nitrure de titane. La contamination de la chambre de réaction est donc fortement réduite. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap- portées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'inven- tion. REVENDICATIONS 1. Procédé pour attaquer de l'oxyde de tantale, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit un substrat semicon- ducteur (20) et on forme ensuite séquentiellement une première couche conductrice (22), une couche diélectrique (23) et une seconde couche conductrice (25) sur le substrat (20); on effectue des opérations de pho- tolithographie et d'attaque, dans lesquelles la définition d'un motif dans la seconde couche conductrice (25) est accomplie en utilisant un premier gaz réactif qui contient du trichlorure de bore (BC13); et on effectue des opérations de photolithographie et d'attaque, dans lesquelles la définition d'un motif dans la couche diélectrique (23) est accomplie en utilisant un second gaz réactif qui contient du trichlorure de bore (BC13). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de formation de la couche diélectrique (23) comprend le dépôt d'oxyde de tantale (Ta205). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de formation de la seconde couche conductrice (25) comprend le dépôt de silicium polycristallin. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit, ramené aux conditions normales, de trichlorure de bore gazeux (BCI3) dans le premier gaz réactif est d'environ 20 à 80 cm3/min. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend en outre du chlore (CI2), et le débit de chlore gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend en outre de l'azote (N2) et le débit d'azote gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote BCI3/CI2/N2. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit, ramené aux conditions normales, de trichlorure de bore gazeux (BC13) dans le second gaz réactif est d'environ 20 à 80 cm3/min. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend en outre du chlore (Cl2), et le débit de chlore gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend en outre de l'azote (N2) et le débit d'azote gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote BCI3/CI2/N2. 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'après la formation de la couche diélectrique (23), on dépose en outre une couche de barrière (24) sur la couche diélectrique (23), avant de dé- poser la seconde couche conductrice (25), et on définit ensuite un motif dans la couche de barrière (24) en utilisant un mélange gazeux réactif qui contient du trichlorure de bore, du chlore et de l'azote BCI3/CI2/N2. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape de formation de la couche de barrière (24) comprend le dépôt de nitrure de titane (TiN). 14. Procédé d'attaque d'oxyde de tantale, ce procédé conve- nant pour la fabrication d'une mémoire vive dynamique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit un substrat semiconduc- teur (20), on forme la structure d'électrode inférieure (22) d'un conden- sateur et ensuite on dépose séquentiellement une couche d'oxyde de tantale (23), une couche de barrière (24) et une couche conductrice (25) sur le substrat (20) et sur la structure d'électrode d'inférieure (22); on effectue des opérations de photolithographie et d'attaque, dans lesquel- les la définition d'un motif dans la couche conductrice (25) est accomplie en utilisant un premier gaz réactif qui contient du trichlorure de bore (BC13); on effectue des opérations de photolithographie et d'attaque, dans lesquelles la définition d'un motif dans la couche de barrière (24) est accomplie en utilisant un second gaz réactif qui contient du trichlo- rure de bore (BC13); et on effectue des opérations de photolithographie et d'attaque, dans lesquelles la définition d'un motif dans la couche d'oxyde de tantale (Ta205) (23) est accomplie en utilisant un troisième gaz réactif qui contient du trichlorure de bore (BCl3). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape de formation de la couche de barrière (24) comprend le dépôt de nitrure de titane (TiN). 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que I'étape de formation de la conductrice (25) comprend le dépôt de silicium polycristallin. 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le débit, ramené aux conditions normales, de trichlorure de bore gazeux (BC13) dans le premier gaz réactif, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend en outre du chlore (Cl2), et le débit de chlore gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 19. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend en outre de l'azote (N2), et le débit d'azote gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 20. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier gaz réactif comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote BCI3/C12/N2 21. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le débit, ramené aux conditions normales, de trichlorure de bore gazeux (BC13) dans le second gaz réactif est d'environ 20 à 80 cm3/min. 22. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend en outre du chlore (Cl2), et le débit de chlore gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 23. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend en outre de l'azote (N2), et le débit d'azote gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 24. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le second gaz réactif comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote BCI3/C12/N2. 25. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce le dé- bit, ramené aux conditions normales, de trichlorure de bore gazeux (BCI3) dans le troisième gaz réactif est d'environ 20 à 80 cm3/min. 26. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le troisième gaz réactif comprend en outre du chlore (Cl2), et le débit de chlore gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 27. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le troisième gaz réactif comprend outre de l'azote (N2), et le débit d'azote gazeux, ramené aux conditions normales, est d'environ 20 à 80 cm3/min. 28. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le troisième gaz réactif comprend un mélange gazeux de trichlorure de bore, de chlore et d'azote BCI3/CI2/N2.