Brevet FR2778268A1 — publié le 19991105

PROCEDE DE DOUBLE INCRUSTATION POUR LA FORMATION D'INTERCONNEXIONS DANS UN DISPOSITIF A SEMICONDUCTEUR La présente invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur. La présente invention concerne plus parti- culièrement un procédé de fabrication de dispositifs à semiconducteur utilisant un procédé de double incrustation. Au fur et à mesure de l'augmentation du niveau d'intégration de circuits intégrés, le nombre d'interconnexions métalliques nécessaires augmente de façon correspondante. Par conséquent, des structures ayant deux couches métalliques, ou plus, sont maintenant fréquemment employées dans la fabrication de circuits intégres. Du fait de l'augmenta- tion de la densité d'intégration, il devient plus difficile de produire des interconnexions métalliques fiables et ayant un rendement de fabrication élevé. Un procédé d'incrustation est un procédé de formation d'intercon- nexions métalliques consistant à graver tout d'abord des lignes de tran- chées dans une couche diélectrique, et à déposer ensuite un métal pour remplir la tranchée et former ainsi des interconnexions métalliques. Le procédé d'incrustation est un procédé très efficace qui peut produire avec un rendement de fabrication élevé des interconnexions ayant une fiabilité élevée. En fait, le procédé d'incrustation est l'un des meilleurs choix pour la fabrication d'interconnexions dans le domaine de dimen- sions au-dessous du quart de micromètre. Les figures 1A à 1C sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la production d'une interconnexion métalli- que conformément à un procédé de double incrustation classique. Pre- mièrement, comme représenté sur la figure 1A, on fournit un substrat 10 sur la surface supérieure duquel se trouve une couche conductrice 14. On utilise la couche conductrice 14 pour établir une connexion avec la région conductrice désirée d'un dispositif (non représenté). En outre, la couche conductrice 14 est isolée par une couche diélectrique inter- métal 12, vis-a-vis d'autres régions conductrices se trouvant au-dessous. Ensuite, on forme une couche d'oxyde 16 sur la couche con- ductrice 14, en utilisant par exemple un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression. On forme ensuite une couche d'isolation 18 sur la couche d'oxyde 16, en utilisant à nouveau par exemple un pro- cédé de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression. La couche d'isolation 18 peut être par exemple une couche de nitrure de silicium. On forme ensuite une autre couche d'oxyde 20 sur la couche d'isolation 18, en utilisant un procédé de dépôt chimique en phase vapeur a basse pression. Ensuite, on forme sur la couche d'oxyde 20 une couche de ré- sine photosensible 21 dans laquelle est défini un motif mettant à nu une partie de la couche 20, dans une condition dans laquelle la partie à nu de la couche 20 est située directement au-dessus de la couche conductrice 14. Ensuite, comme représenté sur la figure lB, on utilise des techniques classiques de photolithographie et d'attaque pour attaquer la couche d'oxyde 20 a nu. Par conséquent, une partie de la couche d'oxyde 20 et la couche d'isolation 18 sont enlevées par attaque en for- mant une ouverture 22 qui met à nu une partie de la couche d'oxyde 16. La couche de résine photosensible 21 est ensuite enlevée en utilisant par exemple un plasma d'oxygène. On forme ensuite sur la couche d'oxyde une autre couche de résine photosensible 24 dans laquelle est défini un motif. Ensuite, comme représenté sur la figure 1C, on utilise à nou- veau des techniques classiques de photolithographie et d'attaque pour attaquer la couche d'oxyde 16 qui est mise à nu par l'ouverture 22. Pen- dant ce temps, une partie de la couche d'oxyde 20 sur les parois latéra- les de l'ouverture 22 est enlevée pour former une ouverture 28. De façon similaire, une ouverture 26 est également formée dans la couche d'oxyde 20. Ensuite, on enlève la couche de résine photosensible 24, en utilisant par exemple un plasma d'oxygène. On utilise ensuite un procédé de pul- vérisation cathodique ou un procédé de dépôt chimique en phase vapeur pour déposer un matériau conducteur dans les ouvertures 22 et 28, pour former une couche conductrice 30 ayant une connexion électrique avec la couche conductrice 14. En même temps, un matériau conducteur est également déposé dans l'ouverture 26 pour former une couche conduc- trice 30. Enfin, on effectue des opérations subsidiaires pour achever la structure à double incrustation. Dans le procédé de double incrustation envisagé ci-dessus, on doit accomplir deux fois des opérations de photolithographie et d'attaque. Par conséquent, la procédure de fabrication est plus complexe et donc plus vulnérable à des problèmes occasionnés par des erreurs de focali- sation, D'après ce qui précède, il est nécessaire d'améliorer le procédé classique de fabrication d'interconnexions par double incrustation. La présente invention a donc pour but de procurer un procédé de double incrustation pour la fabrication d'interconnexions, qui exige une seule opération de photolithographie et d'attaque. Par conséquent, I'opération de fabrication est simplifiée et des problèmes dûs à des er- reurs de focalisation sont réduits. Pour obtenir ces avantages, ainsi que d'autres, et conformé- ment au but de l'invention, telle qu'elle est mise en oeuvre et décrite ici de façon générale, I'invention procure un procédé de fabrication d'inter- connexions utilisant un procédé de double incrustation. Le procédé com- prend les étapes de formation d'une couche d'oxyde sur un substrat sur lequel se trouve une couche conductrice. La couche d'oxyde présente une région en saillie qui se trouve directement au-dessus de la couche conductrice. On forme ensuite une couche d'isolation sur la couche d'oxyde. On utilise ensuite un procédé de polissage, comme une opéra- tion de polissage chimio-mécanique, pour enlever une partie de la couche d'isolation dans la région en saillie, pour former ainsi une ouverture qui s'étend au-dessus de la couche conductrice. Enfin, on accomplit des opé- rations subsidiaires pour achever la fabrication. Un autre procédé comprend les étapes qui consistent à former une couche d'oxyde sur un substrat sur lequel se trouve une couche con- ductrice. La couche d'oxyde comporte une région en saillie qui se trouve directement au-dessus de la couche conductrice. On forme ensuite une couche d'isolation sur la couche d'oxyde. On forme ensuite une couche de revêtement sur la couche d'isolation. On utilise ensuite un procédé d'enlèvement, tel qu'une opération de polissage chimio-mécanique, pour enlever une partie de la couche de revêtement et de la couche d'isolation dans la région en saillie, pour former ainsi une ouverture qui s'étend au- dessus de la couche conductrice. Enfin, on effectue des opérations sub- sidiaires pour achever la fabrication. L'invention est donc capable de simplifier une opération de fa- brication en économisant une opération d'application de résine photosen- sible et de développement, en comparaison avec un procédé classique. Il faut noter que la description générale précédente comme la description détaillée suivante sont des exemples, et sont destinées à ex- pliquer davantage l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés a titre d'exemples non limitatifs. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: Les figures 1A a 1C sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la réalisation d'une interconnexion métalli- que conformément à un procédé de double incrustation classique; Les figures 2A à 2C sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la réalisation d'une interconnexion métalli- que en utilisant un procédé de double incrustation conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention; et Les figures 3A a 3C sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la réalisation d'une interconnexion métalli- que en utilisant un procédé de double incrustation conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention. Chaque fois que c'est possible, on utilise les mêmes références numériques dans les dessins et la description pour désigner les éléments identiques ou similaires. Les figures 2A à 2C sont des coupes montrant la progression d'étapes de fabrication dans la réalisation d'une interconnexion métalli- que en utilisant un procédé de double incrustation, conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention. Premièrement, comme repré- senté sur la figure 2A, on fournit un substrat 50 sur lequel se trouvent des couches conductrices 53 et 54. On utilise la couche conductrice 54 à titre de moyen de couplage avec une autre structure de dispositif désirée (non représentée). Au-dessous des couches conductrices 53 et 54 se trouve une couche diélectrique inter-métal 52, pour éviter un contact électrique non désiré entre d'autres structures de dispositifs et les cou- ches conductrices. Sur la figure 2A, la largeur de la couche conductrice 54 est supérieure à la largeur de la couche conductrice 53. Ensuite, comme représenté sur la figure 2B. on forme une cou- che d'oxyde 56 sur les couches conductrices 53, 54 et le substrat 50, en utilisant par exemple un procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité (ou HDPCVD), ou un procédé de dépôt en phase vapeur renforcé par plasma. Pendant le processus de dépôt d'oxyde sur le substrat et les couches conductrices en utilisant le procédé HDPCVD, des bords en pente caractéristiques se forment sur sa surface. Par con- séquent, des saillies 57 et 61 sont produites. La saillie 61 est placée au- dessus de la couche conductrice 54, tandis que la saillie 57 est placée au-dessus de la couche conductrice 53. Du fait que la couche conduc- trice 54 a une largeur supérieure à celle de la couche conductrice 53, la saillie 61 résultante sur la couche d'oxyde 56 est plus haute et plus grosse que la saillie 57. Ensuite, on forme une couche d'isolation 58 sur la couche d'oxyde 56, en utilisant par exemple un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression. A titre d'exemple, la couche d'isolation 58 peut être une couche de nitrure de silicium ou d'oxynitrure de silicium, dont le profil de section transversale est le réciproque du profil de la couche d'oxyde 56 se trouvant au-dessous. On enlève une partie de la couche d'isolation 58 dans la région en saillie 61, pour former une ouverture 59 qui met à nu la couche d'oxyde 56, en utilisant par exemple un procédé de polissage chimio- mécanique (ou CMP pour "Chemical-mechanical polishing"). Du fait que la hauteur de la saillie 57 est faible, I'opération de polissage n'enlèvera pas complètement la couche d'isolation 58 dans la région en saillie 57. Par conséquent, la couche d'oxyde à nu 56 comme la couche d'isolation résiduelle 58 ont approximativement la même hauteur. A l'étape suivante, on forme une couche d'oxyde 60 recouvrant la couche d'isolation 58 et la couche d'oxyde à nu 56, en utilisant par exemple un procédé de dépôt chimique en phase vapeur a basse pression. Un aspect important de cette invention réside dans l'utilisation d'une opération de polissage chimio-mécanique pour enlever la couche d'isolation 58 dans la région en saillie 61, pour former l'ouverture 59. Par conséquent, une opération de photolithographie et d'attaque de moins est nécessaire. En outre, même lorsqu'il y a un ensemble de saillies hautes et basses entre la couche conductrice 53 et la couche conductrice 54, seule la couche d'isolation 58 dans les régions en saillie les plus hautes sera enlevée en formant des ouvertures. Des ouvertures ne sont pas for- mées dans les régions en saillie basses. Par conséquent, lorsqu'une au- tre couche conductrice est déposée au cours d'une opération suivante, un contact inutile entre cette couche conductrice et la couche conductrice se trouvant au-dessous est évité. On forme ensuite sur la couche d'oxyde 60 une couche de ré- sine photosensible 62 dans laquelle on définit un motif. La couche de ré- sine photosensible 62 met à nu la couche d'oxyde 60 au-dessus de l'ou- verture 59. En outre, l'étendue à nu est plus grande que la taille de l'ou- verture 59. Ensuite, comme représenté sur la figure 2C, on utilise des techniques classiques de photolithographie et d'attaque pour attaquer la couche d'oxyde 60 de façon à former une autre ouverture 64. On poursuit ensuite l'attaque en descendant dans la couche d'oxyde 56, à travers l'ouverture 59, jusqu'à ce que la couche conductrice 54 soit mise à nu. On dépose un matériau conducteur pour former une couche conductrice 68 qui remplit les ouvertures 59 et 64, et par conséquent la couche conductrice 54 est connectée électriquement. Par exemple, on peut former la couche conductrice 68 en déposant du tungstène ou un autre matériau conducteur, en utilisant un procédé de pulvérisation ca- thodique ou un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. Enfin, on accomplit des opérations subsidiaires pour achever la fabrication d'une structure à double incrustation. Du fait que ces opéra- tions subsidiaires ne sont pas directement liées à l'invention, on ne pré- sente pas ici de descriptions détaillées. En résumé, le procédé de double incrustation de l'invention uti- lise un dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité et un procédé de dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma, pour former la couche d'oxyde 56 et la couche d'isolation 58 de façon que des saillies 57 et 61 soient formées. Ensuite, on utilise une opération de po- lissage chimio-mécanique pour enlever la couche d'isolation 58 dans les saillies 61 de plus grande taille, pour former l'ouverture 59. Par conséquent, on a besoin d'une opération de photolithographie et d'attaque de moins que dans le procédé classique. On décrit ci-dessous un autre procédé de fabrication utilisant le procédé de double incrustation est. On accomplit le même processus que sur la figure 2A, de façon à former les structures qui sont représentées sur la figure 2A. En se référant à la figure 3A, on note qu'on forme une couche de revêtement 70 sur la couche d'isolation 58, pour obtenir une surface plane. La couche de revêtement 70 peut être une couche de résine pho- tosensible, une couche de verre déposée par centrifugation (ou SOG pour "spin-on glass") ou une couche d'autres matériaux quelconques qui ont les mêmes propriétés que les matériaux précités. On enlève une partie de la couche d'isolation 58 dans la région en saillie 61, pour former une ouverture 159 qui met à nu la couche d'oxyde 56, en utilisant par exemple un procédé de polissage chimio- mecanique (CMP) ou un procédé d'attaque de réduction d'épaisseur. Ce procédé d'attaque a la même vitesse d'attaque vis-à-vis de la couche d'isolation 58 et de la couche de revêtement 70. Du fait que la hauteur de la saillie 57 est faible, I'opération de polissage n'enlèvera pas complète- ment la couche d'isolation 58 dans la région en saillie 57. Par consé- quent, la couche d'oxyde 56, la couche d'isolation résiduelle 58 et la cou- che de revêtement 70 sont toutes approximativement à la même hauteur. En se référant à la figure 3B, on note qu'on forme une couche d'oxyde 160 recouvrant la couche d'isolation 58, la couche de revêtement 70 et la couche d'oxyde à nu 56, en utilisant par exemple un procédé de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression. Ensuite, on forme sur la couche d'oxyde 160 une couche de ré- sine photosensible 162 dans laquelle un motif est défini. La couche de résine photosensible 162 met à nu la couche d'oxyde 160 au-dessus de I'ouverture 159. En outre, I'étendue à nu est supérieure à la taille de l'ouverture 159. Ensuite, comme représenté sur la figure 3C, on utilise des techniques classiques de photolithographie et d'attaque pour attaquer la couche d'oxyde 160, de façon à former une autre ouverture 164. Ensuite, on continue l'opération d'attaque en descendant dans la couche d'oxyde 56 à travers l'ouverture 159, jusqu'à ce que la couche conductrice 54 soit mise à nu. On dépose un matériau conducteur pour former une couche conductrice 168 qui remplit les ouvertures 159 et 164, et par conséquent la couche conductrice 54 est connectée électriquement. A titre d'exem- ple, on peut former la couche conductrice 168 en déposant du tungstène ou un autre matériau conducteur, en utilisant un procédé de pulvérisation cathodique ou un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. Enfin, on accomplit des opérations subsidiaires pour achever la fabrication d'une structure de double incrustation. Du fait que ces opéra- tions subsidiaires ne sont pas directement liées à l'invention, on ne pré- sente pas ici de descriptions détaillées. En résumé, le procédé de double incrustation de l'invention uti- lise un dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité et un procédé de dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma, pour former la couche d'oxyde 56 et la couche d'isolation 58 de façon à former des saillies 57 et 61. On forme ensuite la couche de revêtement 70 sur la couche d'isolation 58. Ensuite, on utilise une opération de polissage chi- mio-mécanique pour enlever la couche d'isolation 58 dans les plus gran- des saillies 61, ce qui forme l'ouverture 159. Par conséquent, on a besoin d'une opération de photolithographie et d'attaque de moins qu'avec le procédé classique. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être ap- portées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procéde de double incrustation pour former des intercon- nexions, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on four- nit un substrat (50) portant un ensemble de premières couches conductri- ces (53, 54); on forme une première couche d'oxyde (56) sur ces premières couches conductrices (53, 54) et sur le substrat (50), la première couche d'oxyde comportant des régions en saillie hautes ou basses (61, 57) situées aux endroits auxquels une première couche conductrice (53, 54) est présente au-dessous; on forme une couche d'isolation (58) sur la première couche d'oxyde (56), de façon que le profil en coupe de la cou- che d'isolation coïncide avec le profil ondulé de la première couche d'oxyde (56) se trouvant au-dessous; on enlève la couche d'isolation (58) dans la région en saillie la plus haute (61) pour former une première ou- verture (59) qui met a nu une partie de la première couche d'oxyde (56), la première ouverture (59) étant située au-dessus de l'une des première couches conductrices (53, 54); on forme une seconde couche d'oxyde (60) sur la couche d'isolation (58) avec la première ouverture (59); on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première cou- che d'oxyde (56), pour former une seconde ouverture (64) qui met à nu la première ouverture (59) et l'une (54) des premières couches conductrices (53, 54); et on forme une seconde couche conductrice (68) qui remplit la première ouverture (59) et la seconde ouverture (64), pour établir une connexion électrique avec la première couche conductrice (54) à nu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'étape de formation de la première couche d'oxyde (56) comprend l'utili- sation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de formation de la couche d'isolation (58) comprend le dépôt de nitrure de silicium. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillie hautes (61) comprend l'utilisation d'un procédé de polissage chi- mio-mécanique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de définition de motif dans la seconde couche d'oxyde (60) et la première couche d'oxyde (56) comprend une opération de photolithogra- phie et d'attaque. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'étape d'enlèvement de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillies hautes (61) comprend le maintien de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillie basses (57). 7. Procédé de double incrustation pour former des intercon- nexions, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on four- nit un substrat (50) portant un ensemble de premières couches conductri- ces (53, 54); on forme une première couche d'oxyde (56) ayant des ré- gions en saillie hautes et basses (61, 57), et on forme ensuite une cou- che d'isolation (58) sur les premières couches conductrices (53, 54) et sur le substrat (50), les régions en saillie hautes ou basses (61, 57) de la première couche d'oxyde (56) étant situées aux endroits auxquels une première couche conductrice (53, 54) est présente au- dessous; on forme une couche de revêtement (70) sur la première couche d'oxyde (56) et la couche d'isolation (58); on enlève la couche de revêtement (70) et la couche d'isolation (58) dans la région en saillie la plus haute (61), pour former une première ouverture (159) qui met a nu une partie de la pre- mière couche d'oxyde (56), la première ouverture (159) étant située au- dessus de l'une (54) des premières couches conductrices; on forme une seconde couche d'oxyde (160) sur la couche d'isolation (58) dans la pre- mière ouverture (159); on définit un motif dans la seconde couche d'oxyde (160) et la première couche d'oxyde (56), pour former une se- conde ouverture (164) qui met à nu la première ouverture (159) et l'une (54) des premières couches conductrices; et on forme une seconde cou- che conductrice (168) qui remplit la première ouverture (159) et la se- conde ouverture (164), pour établir une connexion électrique avec la première couche conductrice (54) à nu. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de formation de la première couche d'oxyde (56) comprend l'utili- sation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma à haute densité. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de formation de la première couche d'oxyde (56) comprend l'utili- sation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur renforcé par plasma. 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que I'étape de formation de la couche d'isolation (58) comprend le dépôt de nitrure de silicium. 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement de la couche de revêtement (70) et de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillie hautes (61) comprend l'utilisa- tion d'un procédé de polissage chimio-mécanique ou d'un procédé d'atta- que. 12. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de définition de motif dans la seconde couche d'oxyde (160) et la première couche d'oxyde (56) comprend une opération de photolithogra- phie et d'attaque. 13. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'enlèvement de la couche de revêtement (70) et de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillies hautes (61) comprend le maintien de la couche de revêtement (70) et de la couche d'isolation (58) dans les régions en saillie basses (57). 14. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de formation de la seconde couche conductrice (168) comprend le dépôt de tungstène, de cuivre ou d'aluminium. 15. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que I'étape de formation de la seconde couche conductrice (168) comprend l'utilisation d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur. 16. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de revêtement comprend une couche de résine photosensible. 17. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche de revêtement (70) comprend une couche de verre déposée par centrifugation.