Brevet FR2778494A1 — publié le 19991112

PROCEDE DE FORMATION D'UNE STRUCTURE A DOUBLE INCRUSTATION POUR UN CIRCUIT INTEGRE La présente invention concerne un processus de fabrication de dispositif à semiconducteur, et elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'une structure à double incrustation. L'augmentation du niveau d'intégration des circuits intégrés entraîne une augmentation du nombre d'interconnexions. Par consé- quent, une conception faisant intervenir plus de deux couches de métal devient nécessaire pour la plupart des circuits intégrés. Avec l'augmen- tation continuelle du niveau d'intégration des circuits intégrés, les diffi- cultés de formation d'interconnexions en métal avec un rendement et une fiabilité élevés augmentent également. Une technique de double incrus- tation a donc été proposée. La technique de double incrustation remplit l'exigence d'un rendement et d'une fiabilité élevés par les étapes de pro- cessus comprenant la gravure de tranchées d'interconnexion en métal dans la couche diélectrique et ensuite le remplissage des tranchées avec un métal. Il en résulte que la technique de double incrustation devient le meilleur choix pour la fabrication d'interconnexions au-dessous de 0,25 p.m. Les figures 1A à 1C illustrent le processus de fabrication d'une double incrustation classique. En se référant à la figure 1A, on note qu'on forme une couche conductrice 14 sur un substrat 10. La couche conductrice 14 est utilisée pour coupler le substrat 10 à d'autres structu- res désirées (non représentées). On forme également une couche inter- métal-diélectrique, 12, pour éviter une proximité ou un couplage indési- rables de la couche conductrice 14 et d'une autre structure désirée à des points indésirables. Ensuite, on forme une couche d'oxyde 16 de façon à recouvrir la couche conductrice 14, par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (ou LPCVD). On forme ensuite une couche de masque 18 de façon à recouvrir la couche d'oxyde 16, par LPCVD. La couche de mas- que 18 est habituellement une couche de nitrure de silicium. En utilisant la même technique de LPCVD, on forme une couche d'oxyde 20 de façon à recouvrir la couche de masque 18. On dépose ensuite une couche de résine photosensible 21 pour définir un motif dans la couche d'oxyde 20 et pour mettre à nu une partie de la couche d'oxyde 20. La partie à nu de la couche d'oxyde 20 correspond à la couche conductrice 14. En se référant à la figure 1B, on note qu'on attaque la couche d'oxyde 20 à nu en utilisant une technique classique de photolithographie et d'attaque. On poursuit le processus d'attaque jusqu'à ce que la couche de masque 18 soit attaquée sur toute son épaisseur, pour former une ou- verture 22 qui met à nu la couche d'oxyde 16. On enlève ensuite la cou- che de résine photosensible 21, par plasma d'oxyde. On dépose ensuite une seconde couche de résine photosensible 24 pour définir un motif supplémentaire dans la couche d'oxyde 20, de façon à mettre à nu l'ou- verture 22 et une partie de la couche d'oxyde 20, comprenant la couche d'oxyde des deux côtés de l'ouverture 22. En se référant a la figure 1C, on note qu'on effectue une atta- que supplémentaire de la couche d'oxyde 16 à nu, dans l'ouverture 22, par une technique classique de photolithographie et d'attaque, de façon à mettre à nu davantage la couche de masque 18. De plus, une partie de la couche d'oxyde 20 qui est découverte par la couche de résine photosen- sible 24 et une partie de la couche d'oxyde 20 à la périphérie de l'ouver- ture 22 sont attaquées pour former respectivement une ouverture 26 et une ouverture 28, mettant a nu la couche de masque 18. L'ouverture 28 contient en outre l'ouverture 22. Ensuite, on enlève la couche de résine photosensible 24 par un plasma d'oxyde. On forme une couche conductrice 30 par pulvérisation cathodique ou par dépôt chimique en phase vapeur, pour remplir l'ou- verture 22 et l'ouverture 28, de façon à établir un contact avec la couche conductrice 14, et également pour remplir l'ouverture 26. On effectue ensuite plusieurs processus continus pour réaliser la structure à double incrustation. Cependant, la technique de double incrustation classique exige plus de deux étapes de revêtement de résine photosensible et de photo- lithographie, ce qui fait que les processus sont plus complexes et un dé- faut d'alignement a tendance à se produire. Un but de la présente invention est donc de procurer un procé- dé de fabrication d'une structure à double incrustation, qui comprend une seule étape de revêtement avec une résine photosensible et de photoli- thographie. Il est évident que la double incrustation de l'invention est beaucoup plus simple et ne présente pas le phénomène du défaut d'ali- gnement. Un autre but de la présente invention est donc de procurer un procédé de formation d'une structure à double incrustation, comprenant la formation d'une couche d'oxyde et d'une couche de masque sur celle- ci, ayant toutes deux des protubérances au-dessus des couches conduc- trices. On effectue ensuite un polissage chimio-mécanique pour enlever les protubérances et pour former des ouvertures. Les protubérances se trouvent au-dessus des couches conductrices. Un aspect de l'invention porte sur un procédé de formation d'une structure à double incrustation, comprenant les étapes suivantes: on fournit un substrat avec un ensemble de premières couches conductri- ces formées sur le substrat; on forme une première couche d'oxyde re- couvrant les premières couches conductrices et le substrat, la première couche d'oxyde ayant une protubérance au-dessus des premières cou- ches conductrices; on forme une couche de masque recouvrant la pre- mière couche d'oxyde, de façon que la couche de masque ait également une protubérance; on enlève la protubérance de la couche de masque pour former une première ouverture mettant à nu la première couche d'oxyde au-dessus de la première couche conductrice; on forme une se- conde couche d'oxyde de façon à recouvrir la couche de masque avec la première ouverture; on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde et la seconde couche d'oxyde pour former une seconde ouverture qui met à nu la première ouverture et l'une des premières couches conductrices, et pour former une troisième ouverture à travers la seconde couche d'oxyde, mettant à nu la couche de masque; et on forme une seconde couche conductrice dans la première ouverture et la seconde ouverture, pour qu'elle vienne en contact avec la couche précitée parmi les premiè- res couches conductrices, et dans la troisième ouverture. L'invention sera mieux comprise 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 Les figures 1A à 1C sont des coupes montrant les étapes de processus classiques pour la formation d'une structure à double incrusta- tion; et Les figures 2A à 2C sont des coupes montrant les étapes de processus pour la formation d'une structure à double incrustation con- forme à un mode de réalisation préféré de l'invention. En se référant à la figure 2A, on note qu'on forme une couche conductrice 54 sur un substrat 50. On utilise la couche conductrice 54 pour coupler le substrat 50 à d'autres structures désirées (non représen- tées). On forme également une couche inter-métal-diélectrique 52 pour éviter une proximité ou un couplage non désiré entre la couche conduc- trice 54 et une autre structure désirée, a des points indésirables. Ensuite, on forme une couche d'oxyde 56 pour recouvrir la cou- che conductrice 54, en utilisant par exemple le dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité (ou HDPCVD). En utilisant la techni- que HDPCVD, des protubérances 57 sont formées au-dessus des cou- ches conductrices 54. Les protubérances 57 peuvent avoir une forme quelconque. Cependant, la formation de la couche d'oxyde 56 n'est pas limitée à la technique HDPCVD, et cette couche peut d'autre part être formée par dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma (ou PECVD). De façon similaire, la technique PECVD forme également des protubérances 57. Ensuite, en utilisant par exemple le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (ou LPCVD), on forme une couche de masque 58 pour recouvrir la couche d'oxyde 56. La matière de la couche de mas- que 58 comprend de préférence du nitrure de silicium ou de l'oxy-nitrure de silicium. La configuration de la couche de masque 58 est pratiquement parallèle à celle de la couche d'oxyde 56, ce qui fait que la couche de masque 58 a donc également des protubérances 58a. Ensuite, en se référant a la figure 2B, on note qu'on enlève les protubérances 58a du masque 58 par polissage chimio-mecanique (ou CMP), de façon à former des ouvertures 59 pour mettre à nu la couche d'oxyde 56. La couche de masque 58 restante et la couche d'oxyde 56 à nu sont pratiquement au même niveau. Ensuite, on forme une couche d'oxyde 60, de préférence par LPCVD, pour recouvrir la couche de mas- que 58 et la couche d'oxyde à nu 56. L'une des caractéristiques de l'invention consiste dans l'utilisa- tion du polissage chimio-mecanique pour enlever la protubérance 58a de la couche de masque 58, de façon à former les ouvertures 59. Par con- séquent, une seule étape de revêtement avec une résine photosensible et de photolithographie est utilisée conformément à la présente invention. Cependant, au moins deux étapes de revêtement avec une résine photo- sensible et de photolithographie doivent être utilisées conformément au procédé classique. Même s'il y a des protubérances avec différents ni- veaux entre deux couches conductrices 54, seules les protubérances avec le niveau le plus élevé, qui sont les protubérances se trouvant au- dessus des couches conductrices 54, peuvent être enlevées par polis- sage pour former des ouvertures. Par conséquent, pendant le dépôt de I'autre couche conductrice, la matière conductrice peut être formée seu- lement dans les ouvertures se trouvant au-dessus de la couche conduc- trice 54, ce qui permet d'éviter une proximité et un couplage indésirables. On étale ensuite une couche de résine photosensible 62 pour définir la couche d'oxyde 60. La couche de résine photosensible 62 met à nu une première partie de la couche d'oxyde 60 au-dessus de l'ouverture 59 et une seconde partie de la couche d'oxyde 60 au-dessus de l'ouver- ture 58. Ensuite, en utilisant des étapes classiques de photolithographie et d'attaque, on attaque la couche d'oxyde 60 pour former une ouverture 64 et une ouverture 66. La couche d'oxyde 56 qui est mise à nu par l'ou- verture 59 est soumise à une attaque supplémentaire pour mettre à nu la couche conductrice 54 de façon à former une ouverture 64. On forme ensuite une couche conductrice 68, de préférence par pulvérisation cathodique ou dépôt chimique en phase vapeur, pour rem- plir l'ouverture 59 et l'ouverture 64 devant être couplées a la couche conductrice 54, et pour recouvrir la couche de masque 58 à nu. La cou- che conductrice 68 est également formée par remplissage de l'ouverture 66, en contact avec la couche de masque 58. La matière de la couche conductrice 68 est de préférence du tungstène. On effectue ensuite plusieurs étapes de processus continu pour accomplir la fabrication de la structure de double incrustation. Cepen- dant, ces étapes ne sont pas liées aux caractéristiques de l'invention, ce qui fait qu'elles ne sont pas décrites en détail. Ainsi, les caractéristiques de l'invention comprennent l'utilisa- tion de la technique HDPCVD ou PECVD pour former une couche d'oxyde 56, et ensuite la formation d'une couche de masque pour obtenir des structures de protubérances. La protubérance de la couche de masque 48 est ensuite enlevée par polissage chimio-mécanique pour former une ouverture 59. La technique de double incrustation de l'invention utilise une seule étape de revêtement avec une résine photosensible et de photolithographie, ce qui est beaucoup plus simple que la technique classique. 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 formation d'une structure à double incrustation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit un substrat (50) avec un ensemble de premières couches conductrices (54) formées sur le substrat; on forme une première couche d'oxyde (56) re- couvrant les premières couches conductrices (54) et le substrat (50), la première couche d'oxyde (56) ayant une protubérance (57) au-dessus des premières couches conductrices (54); on forme une couche de masque (58) recouvrant la première couche d'oxyde (56), de façon que la couche de masque (58) ait également une protubérance; on enlève la protubé- rance de la couche de masque (58) pour former une première ouverture (59) mettant à nu la première couche d'oxyde (56) au-dessus de la pre- mière couche conductrice (54); on forme une seconde couche d'oxyde (60) pour recouvrir la couche de masque (58) avec la première ouverture (59); on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la pre- mière couche d'oxyde (56), pour former une seconde ouverture (64) qui met à nu la première ouverture (59) et l'une des premières couches con- ductrices (54), et pour former une troisième ouverture (66) à travers la seconde couche d'oxyde (60), mettant à nu la couche de masque (58); et on forme une seconde couche conductrice (68) dans la première ouver- ture (59) et la seconde ouverture (64), pour qu'elle vienne en contact avec l'une des premières couches conductrices (54), et dans la troisième ouverture (66). 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la première couche d'oxyde (56) par dépôt chimique en phase va- peur par plasma à haute densité. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la première couche d'oxyde (56) par dépôt chimique en phase va- peur renforcé par plasma. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une matière de la couche de masque (58) comprend du nitrure de silicium. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on enlève la protubérance de la couche de masque (58) par polissage chi- mio-mécanique. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première cou- che d'oxyde (56) par photolithographie et attaque. 7, Procédé de formation d'une structure a double incrustation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit un substrat (50) avec un ensemble de premières couches conductrices (54) formées sur le substrat; on forme successivement une première couche d'oxyde (56) et une couche de masque (58) recouvrant les premières couches conductrices (54) et le substrat (50), chaque couche parmi la première couche d'oxyde (56) et la couche de masque (58) ayant une protubérance (57) sur les premières couches conductrices (54); on enlève la protubérance de la couche de masque (58) pour former une première ouverture (59) qui met à nu la première couche d'oxyde (56) au-dessus de la première couche conductrice (54); on forme une seconde couche d'oxyde (60) pour recouvrir la couche de masque (58) avec la première ouverture (59); on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première couche d'oxyde (56), pour former une seconde ouverture (64) qui met à nu la première ouverture (59) et l'une des premières cou- ches conductrices (54); et on forme une seconde couche conductrice (68) dans la première ouverture (59) et dans la seconde ouverture (64), pour qu'elle vienne en contact avec la couche précitée parmi les premières couches conductrices (54). 8. Un procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on forme la première couche d'oxyde (56) par dépôt chimique en phase va- peur par plasma à haute densité. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on forme la première couche d'oxyde (56) par dépôt chimique en phase va- peur renforcé par plasma. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une matière de la couche de masque (58) comprend du nitrure de silicium. 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on enlève la protubérance de la couche de masque (58) par polissage chi- mio-mécanique. 12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première cou- che d'oxyde (56) par photolithographie et attaque. 13. Procédé selon la revendication 7. caractérisé en ce que pendant l'étape de définition d'un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première couche d'oxyde (56), on forme également une troi- sième ouverture (66) a travers la seconde couche d'oxyde (60), pour mettre à nu la couche de masque (58). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que dans l'étape de formation de la seconde couche conductrice (68), on remplit en outre la troisième ouverture (66) avec la seconde couche con- ductrice.