Brevet FR2780811A1 — publié le 20000107

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE INTERCONNEXION LOCALE L'invention concerne de façon générale un procédé de fabrica- tion d'une interconnexion locale dans un circuit intégré, et elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une interconnexion lo- cale par transformation d'un oxyde de métal réfractaire en un semicon- ducteur ou un conducteur. Au fur et à mesure du développement des circuits intégrés vers des niveaux d'intégration de plus en plus élevés, le nombre d'intercon- nexions exigées pour la connexion électrique entre des dispositifs ou des électrodes augmente. Cependant, I'aire de surface d'une puce qui est disponible pour former des interconnexions devient de plus en plus limi- tée a cause de la réduction des dimensions de dispositifs. De ce fait, deux couches conductrices, ou plus, sont conçues pour répondre aux exigences d'un niveau d'intégration élevé et d'une aire de surface limitée. Par exemple, dans la fabrication d'un dispositif complexe tel qu'un micro- processeur, au moins quatre ou cinq couches de métal sont exigées pour réaliser la connexion électrique entre des électrodes ou des dispositifs du microprocesseur. Dans la conception d'un circuit intégré à l'échelle submicroni- que, on forme une interconnexion locale pour améliorer la densité d'inté- gration. Dans la conception de l'implantation d'un circuit, on utilise une interconnexion locale pour réaliser une connexion horizontale entre des dispositifs très rapprochés. Divers types d'interconnexions locales ont été développés et appliqués dans la conception de circuits intégrés. Le maté- riau utilisé pour fabriquer une interconnexion locale comprend un siliciure de métal réfractaire sur du silicium polycristallin, du silicium polycristallin dopé, sous une forme simple ou double, un métal réfractaire multicouche qui est partiellement converti en siliciure, ou un métal réfractaire formé par dépôt physique en phase vapeur (ou PVD) ou par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD). Les figures 1A-1D montrent un processus classique pour fabri- quer une interconnexion locale. Sur la figure 1A, on voit un substrat se- miconducteur 10 dans lequel est formée une isolation par tranchée de faible profondeur, 11. Une couche d'oxyde de grille 12 est formée sur le substrat 10, et une première électrode de grille 13 et une seconde élec- trode de grille 14 sont formées sur la couche d'oxyde de grille 12. Un élément d'espacement 15 est formé sur chaque paroi latérale de la pre- mière électrode de grille 13 et de la seconde électrode de grille 14. Des surfaces d'extension des électrodes 13 et 14 sont laissées à nu. Le maté- riau de la première électrode de grille 13 et de la seconde électrode de grille 14 comprend du silicium polycristallin dopé, tandis que le matériau de l'élément d'espacement 15 comprend de l'oxyde de silicium. Sur la figure 1B, une couche de siliciure auto-aligné, 16, est formée sur la surface à nu de la première électrode de grille 13, sur la surface à nu de la seconde électrode de grille 14 et sur le substrat 10 à nu. Dans un processus classique de formation de siliciure auto-aligné, on forme sur la surface du substrat 10, par pulvérisation cathodique par ma- gnétron à courant continu, une couche de métal, par exemple une couche de titane avec une épaisseur d'environ 20 à 100 nm. A une température élevée, la couche de métal réagit avec le silicium polycristallin des pre- mière et seconde électrodes de grille 13, 14 et avec le silicium du subs- trat 10 à nu, et elle est transformée en une couche de siliciure de métal 16, par exemple du siliciure de titane (TiSi2). La couche de métal res- tante, qui ne forme pas un siliciure, est ensuite enlevée. Sur la figure 1C, une couche de nitrure de titane 17a est formée sur la surface du substrat 10, par pulvérisation cathodique réactive. Une couche de résine photosensible 18 est formée et fait l'objet d'une opéra- tion de définition de motif pour recouvrir la seconde électrode de grille 14, et approximativement une moitié de la région entre les première et seconde électrodes de grille 13, 14. Sur la figure 1D, le nitrure de titane 17a (représenté sur la fi- gure 1C) est enlevé par attaque, en utilisant à titre de masque la couche de résine photosensible 18. Les processus suivants, par exemple l'enlè- vement de la couche de résine photosensible 18, sont ensuite accomplis pour achever la formation de l'interconnexion locale. Le motif résultant dans la couche de nitrure de titane est désigné par la référence 17b, comme représenté sur la figure. Des processus tels que le dépôt de nitrure de titane, la défini- tion d'un motif et l'attaque sont exigés pour le procédé ci-dessus, et le résultat en est une mauvaise maîtrise. Il existe donc un besoin portant sur un processus de formation d'une interconnexion locale qui soit plus simple et puisse être mieux maîtrisé. De plus, une topographie inégale pour le dispositif résulte des processus antérieurs, et ceci est désavan- tageux pour les processus suivants. Il existe donc un besoin portant sur un processus qui donne une topographie plus uniforme. Un but de l'invention est de procurer un procédé de fabrication d'une interconnexion locale. Avec ce procédé, on obtient une topographie lisse sur le dispositif résultant. Un autre but de l'invention est de procurer un procédé de fabri- cation d'une interconnexion locale avec un processus de fabrication sim- plifié. Ces buts ainsi que d'autres sont atteints en formant une couche d'oxyde de métal réfractaire et en transformant sélectivement la couche d'oxyde de métal réfractaire en un semiconducteur ou un conducteur, en utilisant un traitement par un plasma d'hydrogène, dans le but de former une interconnexion locale à partir de la couche d'oxyde de métal réfrac- taire transformée. En plus de la topographie lisse du dispositif, on obtient une meilleure maîtrise de la fabrication. On forme une couche d'oxyde de métal réfractaire sur un subs- trat qui est fourni. On effectue un traitement par de l'hydrogène sur une certaine partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire. Cette partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire est ainsi transformée en un semi- conducteur ou un conducteur, et elle constitue l'interconnexion locale. On enlève ensuite le reste de la couche d'oxyde de métal réfractaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexes, dans lesquels: Les figures allant de la figure 1A à la figure 1D sont des coupes qui montrent un procédé de fabrication classique d'une interconnexion locale; La figure 2A et la figure 2B sont des coupes qui montrent un procédé de fabrication d'une interconnexion locale dans un premier mode de réalisation préféré conforme à l'invention; La figure 3A et la figure 3B sont des coupes qui montrent un procédé de fabrication d'une interconnexion locale dans un second mode de réalisation préféré conforme à la présente invention; et La figure 4A et la figure 4B sont des coupes qui montrent un procédé de fabrication d'une interconnexion locale dans un second mode de réalisation préféré conforme à l'invention. Un oxyde de métal réfractaire, tel que l'oxyde de titane (TiO2), l'oxyde de tantale (Ta205), I'oxyde de fer (Fe203) et l'oxyde de baryum- titane (BaTiO3), est une sorte d'isolant ayant une bande interdite très large. Par un traitement avec de l'hydrogène, de l'hydrogène est introduit dans des interstices dans la structure atomique ou des lacunes d'oxy- gène dans l'oxyde de métal réfractaire, ce qui fait que les interstices et les lacunes ne sont pas occupés par de l'oxygène dans le processus sui- vant. On considère qu'un traitement par plasma d'hydrogène ou un trai- tement thermique par de l'hydrogène convient pour ce traitement par de l'hydrogène, bien que d'autres procédures puissent également fonction- ner. En termes plus simples, les lacunes d'oxygène sont divers emplace- ments auxquels de l'oxygène peut être placé dans l'oxyde de métal ré- fractaire. Le traitement par de l'hydrogène fait en sorte que certains de ces emplacements o de l'oxygène peut se trouver, ne soient pas occu- pés par de l'oxygène. On considère que dans l'oxyde de métal réfrac- taire, la teneur en oxygène est un facteur clé qui détermine la conducti- vité. Avec une plus faible teneur en oxygène, on considère que le métal réfractaire a des caractéristiques proches de celles d'un métal. Au con- traire, avec une plus forte teneur en oxygène, on considère que l'oxyde de métal réfractaire a des caractéristiques de conduction proches de celles d'un isolant. Ainsi, I'oxyde de métal réfractaire avec une plus faible teneur en oxygène a une conductivité plus élevée, tandis que l'oxyde de métal réfractaire avec une plus forte teneur en oxygène a une plus faible conductivité. En outre, on pense que certains atomes d'oxygène dans l'oxyde de métal réfractaire sont même expulsés et remplacés par les atomes d'hydrogène. Le mécanisme réactionnel de l'expulsion d'oxygène est représenté par: O2- 2.. 02 + 2 e' Comme indiqué dans le mécanisme ci-dessus, lorsqu'une mole d'oxygène est expulsée ou remplacée, deux moles d'électrons sont pro- duites. Ces électrons sont des porteurs chargés mobiles qui augmentent la conductivité de la couche d'oxyde de métal réfractaire. Avec ces élec- trons mobiles, I'oxyde de métal réfractaire est transformé d'un isolant en un semiconducteur de type n. Si une quantité suffisante d'oxygène dans l'oxyde de métal réfractaire est expulsé ou remplacé par de l'hydrogène, une grande quantité d'électrons sont produits. L'oxyde de métal réfrac- taire peut même être transformé d'un isolant en un conducteur. La conductivité de l'oxyde de métal réfractaire dépend de la quantité d'oxygène qui est expulsé ou remplacé. En outre, la conductivité de l'oxyde de métal réfractaire varie avec la quantité d'électrons qui sont produits par l'expulsion d'oxygène. En utilisant un traitement par un plasma d'hydrogène ou un traitement thermique par de l'hydrogène, il est possible de maîtriser ou d'ajuster la teneur en oxygène dans l'oxyde de métal réfractaire. Par conséquent, il est possible d'ajuster à un niveau prédéterminé la conductivité, ou la résistance, de l'oxyde de métal ré- fractaire. Plus le traitement par de l'hydrogène diminue la teneur en oxy- gène, plus la conductivité est grande et plus la résistance est faible. Le procédé d'introduction d'hydrogène dans l'oxyde de métal réfractaire pour ajuster la conductivité est décrit de façon plus détaillée dans les documents suivants: "Semiconductor electrodes for photoelec- trolysis, page 151, State University of New York en 1982" par Fu-Tai Liou, "Solid Electrochemical Modification of Semiconductors, Solid State Comm., Vol. 43, n 8, pages 633-636, par C.Y. Yang et al.", et "Photoelectrolysis at Fe203/TiO2 Heterojunction Electrode, Journal of the Electrochemical Society, Vol. 129, n 2, pages 342-345, 1982", par Fu- Tai Liou, chacun d'eux étant incorporé ici en intégralité par référence. La figure 2A et la figure 2B montrent un procédé de fabrication d'une interconnexion locale dans un premier mode de réalisation con- forme à l'invention. Sur la figure 2A, on voit un substrat semiconducteur avec un dispositif à semiconducteur 201 et une structure d'isolation 202. Dans ce mode de réalisation, on utilise à titre d'exemple un substrat avec un dispositif MOS 201 et une couche d'oxyde de champ 202; on peut également utiliser des dispositifs autres que le dispositif MOS 201. Lorsque le substrat comprend plus d'un dispositif, ces dispositifs sont isolés par des structures d'isolation. Une couche d'oxyde de métal ré- fractaire 203, par exemple une couche de TiO2, une couche de Ta205, une couche de Fe203, une couche de BaTiO3 ou une combinaison quel- conque des ces couches, est formée sur une surface du substrat 200 et sur des structures quelconques formées sur lui. Sur la figure 2B, une couche de masque 204 est formée de fa- çon à recouvrir une partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire 203. La partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire 203 qui est recou- verte par la couche de masque 204 est désignée par la référence 203b sur cette figure, tandis que la partie à nu de la couche d'oxyde de métal réfractaire est désignée par la référence 203a. En utilisant la couche de masque 204 à titre de masque, ou à titre de couche de barrière de diffu- sion, on effectue un traitement par un plasma d'hydrogène ou un traite- ment thermique par de l'hydrogène, pour améliorer la conductivité de la couche d'oxyde de métal réfractaire 203a. L'oxyde de métal réfractaire 203a à nu est transformé d'un isolant en un semiconducteur, ou même un conducteur. La figure 3A et la figure 3B montrent un procédé de fabrication d'une interconnexion locale dans un second mode de réalisation con- forme à l'invention. Sur la figure 3A, on voit un substrat semiconducteur 300 avec un dispositif à semiconducteur 301 et une structure d'isolation 302. Dans ce mode de réalisation, on utilise à titre d'exemple un substrat 300 avec un dispositif MOS 301 et une couche d'oxyde de champ 302. Une couche d'oxyde de métal réfractaire comprenant un motif consistant en deux par- ties désignées par les références 303a et 303b, est formée sur le subs- trat 300. Les couches d'oxyde de métal réfractaire 303a et 303b sont formées par un matériau tel qu'une couche de TiO2, une couche de Ta205, une couche de Fe203, une couche de BaTiO3, ou une combinai- son quelconque des ces couches, par photolithographie et attaque. Sur la figure 3B, une couche de masque 304 est formée de fa- çon à recouvrir une partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire 303a et 303b. Pour l'illustration, la couche d'oxyde de métal réfractaire 303b est recouverte. En utilisant la couche de masque 304 à titre de masque, ou à titre de couche de barrière de diffusion, on effectue un traitement par un plasma d'hydrogène ou un traitement thermique par de l'hydro- gène, pour transformer la partie à nu de la couche de métal réfractaire 303a en un semiconducteur ou un conducteur. Avec la protection de la couche de masque 304, la couche de métal réfractaire 303b reste un isolant comme elle était avant le traitement. Sur la figure 4A, on voit un substrat semiconducteur 400 avec un dispositif à semiconducteur 401 et une structure d'isolation 402. Dans ce mode de réalisation, on utilise à titre d'exemple un substrat 400 avec un dispositif MOS 401 et une couche d'oxyde de champ 402. Une couche d'oxyde de métal réfractaire 403 est formée sur le substrat 400. La cou- che d'oxyde de métal réfractaire 403 est constituée par un matériau tel qu'une couche de TiO2, une couche de Ta205, une couche de Fe203, une couche de BaTiO3, ou une combinaison quelconque des ces couches, par photolithographie et attaque. Sur la figure 4B, en utilisant un traitement par un plasma d'hy- drogène ou un traitement thermique par de l'hydrogène, la couche d'oxyde de métal réfractaire 403 est transformée en un semiconducteur ou un conducteur. Dans les trois modes de réalisation envisagés ci-dessus, l'inter- connexion locale est formée en transformant au moins une partie de la couche d'oxyde de métal réfractaire en un semiconducteur ou un con- ducteur. Du fait que les interconnexions locales consistent en un semi- conducteur ou un conducteur, sans la formation d'une couche conductrice supplémentaire, elles peuvent être utilisées pour connecter électrique- ment deux électrodes quelconques, telles que des électrodes de grille et de drain ou des électrodes de grille et de source, ou pour connecter électriquement les mêmes électrodes de différents dispositifs avec une bonne conductivité. Dans le procédé de fabrication pour la formation d'une inter- connexion locale conforme à l'invention, du fait que l'interconnexion lo- cale est transformée en un semiconducteur ou un conducteur, une cou- che conductrice supplémentaire, par exemple une couche de siliciure auto-aligné, n'est pas exigée pour obtenir une bonne connexion électri- que entre des électrodes ou des dispositifs. En l'absence de la formation de la couche conductrice supplémentaire, on obtient une topographie plus lisse en comparaison avec l'interconnexion locale qui est formée par le processus antérieur. La topographie lisse est avantageuse pour le pro- cessus suivant, pour accomplir la fabrication d'un dispositif. Par exemple, avec une topographie lisse, on obtient un meilleur alignement pendant l'exposition. De plus, le procédé est simplifié en comparaison avec le procédé classique, et par conséquent on obtient une meilleure maîtrise. L'invention procure donc un procédé pour changer la conducti- vité d'une couche d'oxyde de métal réfractaire, par traitement par de l'hydrogène. Bien qu'on puisse utiliser diverses augmentations de con- ductivité, l'augmentation est de préférence suffisante pour transformer la région traitée en un semiconducteur, ou même un conducteur, convenant pour l'utilisation à titre d'interconnexion locale. Le processus conduit à des composants ayant une topographie plus lisse et des paramètres améliorés et maîtrisés de façon plus uniforme. 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 de fabrication d'une interconnexion locale sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une couche d'oxyde de métal réfractaire (203) sur le substrat (200); et on effectue un traitement par de l'hydrogène pour améliorer la conductivité d'au moins une partie (203a) de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire qui consiste à former au moins un dis- positif a semiconducteur (201) sur le substrat (200) avant la formation de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire qui consiste à former un ensemble de dispositifs à semiconducteur (201) sur le substrat, avant la formation de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203), un ensemble de structures d'isolation (202) étant formées pour isoler les dispositifs à semiconduc- teur (201). 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à former une couche de masque (204) et à définir un motif dans celle-ci, pour mettre à nu la partie précitée (203a) de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203), avant d'effectuer le traitement par de l'hydrogène. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de masque (204) comprend une couche de barrière de diffusion. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie précitée (203a) de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203) a une teneur en oxygène qui est diminuée après le traitement par de l'hydrogène. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'accomplissement du traitement par de l'hydrogène produit un ensemble d'électrons. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à utiliser pour l'interconnexion locale la partie précitée (203a) de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203) ayant la conductivité accrue. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'in- terconnexion locale a une topographie lisse. 10. Procédé de fabrication d'une interconnexion locale sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une couche d'oxyde de métal réfractaire (203) sur le substrat (200); et on transforme au moins une partie (203a) de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203) en une couche conductrice. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche conductrice comprend un semiconducteur. 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche conductrice comprend un conducteur. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de transformation de la couche d'oxyde de métal réfractaire (203) comprend un traitement par de l'hydrogène. 14. Procédé de fabrication d'une interconnexion locale sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on forme une couche d'oxyde de métal réfractaire sur le substrat; on enlève une partie de la couche de métal réfractaire; et on effectue un traitement par de l'hydrogène sur la couche d'oxyde de métal réfractaire restante. 15. Procédé selon la revendication 1 ou 14, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de métal réfractaire (203) comprend l'une au moins des couches suivantes: une couche de TiO2, une couche de Ta2O5, une couche de Fe203 et une couche de BaTiO3. 16. Procédé selon la revendication 1, 13 ou 14, caractérisé en ce que le traitement par de l'hydrogène comprend un traitement par un plasma d'hydrogène. 17. Procédé selon la revendication 1, 13 ou 14, caractérisé en ce que le traitement par de l'hydrogène comprend un traitement thermi- que par de l'hydrogène. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de métal réfractaire est transformée en un semiconduc- teur par le traitement par de l'hydrogène. 19. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de métal réfractaire est transformée en un conducteur par le traitement par de l'hydrogène.