Brevet FR2785721A1 — publié le 20000512

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE SEMI-CONDUCTRICE Arrière plan de l'Invention Domaine de l'Invention La présente invention concerne de manière générale le dépôt de métal sur une structure semi-conductrice et plus particulièrement un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice dans laquelle du métal est déposé afin de former une interconnexion améliorée en dépit du défaut d'alignement entre le trou d'interconnexion et le motif de tranchée. Description de l'Art Connexe Le brevet US 4 789 648, délivré à Messieurs Chow et Al, décrit un procédé consistant à déposer du métal sur une structure semi-conductrice. Conformément à cet art antérieur, une structure en couches de matériau isolant est fournie sur un substrat semi-conducteur, dans lequel est formée une couche de métallisation. La structure isolante en couches consiste en une couche d'arrt de gravure intercalée entre des couches isolantes inférieure et supérieure. La couche d'arrt de gravure présente une fenetre. Une couche de photoréserve présentant un motif de tranchée est alors déposée sur la structure et la partie de la couche isolante supérieure est gravée à travers le motif de tranchée afin de former une tranchée de câblage. Le processus de gravure est poursuivi afin de graver la partie de la couche isolante inférieure à travers la fentre de la couche d'arrt de gravure vers le bas jusqu'à la couche de métallisation afin de former un trou d'interconnexion. Du métal est alors déposé dans le trou d'interconnexion et la tranchée de câblage pour réaliser une interconnexion entre la métallisation et le conducteur dans la tranchée de câblage. Toutefois, si le motif de tranchée est désaligné par rapport à la fentre de la couche d'arrt de gravure, la zone de contact efficace du métal dans le trou d'interconnexion et du métal dans la tranchée de câblage est réduite. Cette zone de contact réduite est une source potentielle de défaillances. En outre, la couche d'arrt de gravure est exposée à un gaz de gravure tandis que le processus de gravure est poursuivi pour former le trou d'interconnexion. De ce fait, la couche d'arret de gravure doit tre constituée d'un matériau capable de supporter l'érosion sous l'action d'un gaz de gravure, et le matériau qui forme la tranchée de câblage a une constante diélectrique élevée. En conséquence, la capacité parasite entre les conducteurs de câblage adjacents augmente au détriment de l'efficacité à grande vitesse des dispositifs semi-conducteurs. Résumé de l'Invention La présente invention a donc pour objet de proposer un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice qui assure une interconnexion avec une zone de contact non réduite, en dépit d'un défaut d'alignement. Un autre objet de la présente invention consiste à proposer un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice qui garantit une constante diélectrique faible pour les conducteurs de câblage afin d'assurer un fonctionnement à grande vitesse du dispositif semi-conducteur. Conformément à un premier aspect de la présente invention, est proposé un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice, comprenant les étapes consistant à fournir un substrat présentant une région dopée, à former une structure en couches successives sur le substrat, la structure en couches comprenant une couche isolante inférieure, une couche d'arrt de gravure inférieure, une couche isolante supérieure et une couche d'arrt de gravure supérieure, à former un trou d'interconnexion au-dessus de la région dopée, le trou d'interconnexion s'étendant à travers la couche d'arrt de gravure supérieure et la couche isolante supérieure jusqu'à la couche d'arret de gravure inférieure, à former, sur la couche d'arrt de gravure supérieure, une couche de photoréserve présentant un motif de tranchée, à former une réplique du motif de tranchée dans la couche d'arret de gravure supérieure, à retirer toute la couche de photoréserve, à retirer simultanément une partie de la couche isolante supérieure sur la réplique du motif de tranchée pour former une tranchée de câblage et une partie de la couche isolante inférieure à travers la partie retirée de la couche d'arrt de gravure inférieure pour étendre le trou d'interconnexion jusqu'à la région dopée, à retirer simultanément la couche d'arrt de gravure supérieure et une partie de la couche d'arrt de gravure inférieure à travers la tranchée de câblage, et à déposer du métal dans le trou d'interconnexion et la tranchée de cablage. Conformément à un deuxième aspect, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice, comprenant les étapes consistant à fournir un substrat présentant une région dopée, à former une structure en couches successives sur le substrat, la structure en couches comprenant une couche d'arrt de gravure inférieure, une couche isolante inférieure, une couche d'arrt de gravure centrale, une couche isolante supérieure et une couche d'arrt de gravure supérieure, à former un trou d'interconnexion au-dessus de la région dopée, le trou d'interconnexion s'étendant sur la couche d'arret de gravure supérieure, la couche isolante supérieure jusqu'à la couche d'arrt de gravure centrale, à former, sur la couche d'arrt de gravure supérieure, une couche de photoréserve présentant un motif de tranchée, à former une réplique du motif de tranchée dans la couche d'arrt de gravure supérieure, à retirer toute la couche de photoréserve, à retirer simultanément une partie de la couche isolante supérieure à travers la réplique du motif de tranchée afin de former une tranchée de câblage et à retirer une partie de la couche isolante inférieure à travers la partie retirée de la couche d'arret de gravure centrale afin d'étendre le trou d'interconnexion jusqu'à la couche d'arrt de gravure inférieure, à retirer simultanément la couche d'arrt de gravure supérieure, une partie de la couche d'arrt de gravure centrale sur la tranchée de câblage et une partie de la couche d'arrt de gravure inférieure à travers le trou d'interconnexion, et à déposer du métal dans le trou d'interconnexion et la tranchée de câblage. Brève Description des Dessins La présente invention sera décrite plus en détail en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels : Les figures 1 à 9 sont des vues en coupe transversale illustrant les étapes d'un procédé employé dans la présente invention afin de fabriquer une structure semi-conductrice. Description Détaillée La figure 1 montre une structure semi-conductrice de la présente invention. La structure semi-conductrice de cette invention est constituée d'un substrat 1 d'un type de conductivité déterminé sur lequel une pluralité de régions dopées présentant des impuretés sont formées. Une de ces régions dopées 10 est illustrée. Une couche d'arret de gravure inférieure 2 en nitrure de silicium (Si3N4) est déposée sur le substrat pour présenter une épaisseur de 500 angstroms. Sur la couche en nitrure de silicium 2 se trouve une couche 3 en verre de borophosphosilicate (BPSG) d'une épaisseur de 12 000 angströms, qui est fournie comme couche isolante inférieure. La couche 3 BPSG est aplanie par une technique de polissage mécanochimique pour présenter une épaisseur de 7000 angströms. Une couche d'arrt de gravure centrale 4 en nitrure de silicium est formée sur la couche isolante inférieure 3 pour présenter une épaisseur de 500 angströms. Une technique CVD (dépôt chimique en phase vapeur) à plasma standard est alors utilisée pour former une couche 5 en dioxyde de silicium (Si02) d'une épaisseur de 5000 angströms sur la couche d'arrt de gravure centrale 4 pour servir de couche isolante supérieure. Enfin, une couche d'arrt de gravure supérieure 6 en nitrure de silicium est déposée pour obtenir une épaisseur supérieureà l'épaisseur de chacune des autres couches d'arret de gravure inférieure et centrale. De manière typique, la couche d'arrt de gravure 6 a une épaisseur de 1000 angströms. Au lieu d'utiliser une valeur d'épaisseur supérieure à celles des couches d'arrt de gravure 2 et 4, la couche d'arrt de gravure 6 peut tre constituée d'un matériau plus tolérant (résistant) à la gravure que les autres couches d'arrt de gravure 2 et 4. En fonction des applications, on peut se dispenser de la couche d'arrt de gravure 2. Un trou d'interconnexion 11 est alors formé sur la structure en couches de la figure 1 par photolithographie standard et un procédé de gravure sèche anisotrope, comme le montre la figure 2, en utilisant un mélange gazeux de C4Fs/Ar/O2. Ce trou d'interconnexion s'étend à travers la couche d'arrt de gravure supérieure 6, la couche isolante supérieure 5 et la couche d'arrt de gravure centrale 4. De préférence, le trou d'interconnexion s'étend partiellement dans la couche isolante inférieure 3. Sur la structure en couches de la figure 2 est déposée une couche de photoréserve7 présentant un motif de tranchée 12, comme le montre la figure 3. De manière idéale, la ligne centrale du motif de tranchée 12 est alignée avec l'axe central du trou d'interconnexion 11. Toutefois, en raison d'un défaut d'alignement possible, le trou d'interconnexion 11 peut tre partiellement rempli avec du matériau de réserve comme indiqué par la référence 12A. La couche de photoréserve 7 est alors utilisée comme un masque pour procéder à la gravure sèche de manière anisotrope d'une partie de la couche d'arrt de gravure supérieure 6 qui est exposée à l'extérieurà travers le motif de tranchée 12, comme le montre la figure 4. Dans ce processus de gravure sèche, un mélange gazeux de CHT/Oz est employé. La couche de photoréserve 7 est alors retirée comme le montre la figure 5, mettant au jour une réplique du motif de tranchée 12 dans la couche d'arrt de gravure supérieure 6. On remarque qu'en retirant la couche de photoréserve 7, le matériau de réserve 12A est également retiré du trou d'interconnexion 11. En dépit du défaut d'alignement, le motif de tranchée 12 et le trou d'interconnexion 11 sont alignés bord à bord. La réplique du motif de tranchée 12 formée par la couche d'arrt de gravure supérieure 6 est alors utilisée comme masque pour retirer une partie de la couche isolante supérieure 5 et une partie de la couche isolante inférieure 3 par une technique de gravure sèche anisotrope en utilisant un mélange gazeux de C4F8/CO/Ar/O2. Comme le montre la figure 6, la gravure de la couche isolante supérieure 5 se termine au niveau de la couche d'arrt de gravure centrale 4. Au mme moment, la gravure de la couche isolante inférieure 3 se termine au niveau de la couche d'arret de gravure inférieure 2. En conséquence, une tranchée de cablage 13 est formée sur la partie exposée de la couche d'arrt de gravure centrale 4 et le trou d'interconnexion 11 s'étend vers le bas jusqu'à la couche d'arrt de gravure 2 ou jusqu'à la région dopée 10 si la couche 2 n'est pas fournie. Puisque la couche d'arrt de gravure supérieure 6 est également exposée à un gaz de gravure, cette couche est gravée pour présenter la mme épaisseur que les autres couches d'arrt de gravure 2 et 4, comme le montre la figure 6. Si la couche d'arrt de gravure 6 est plus tolérante (résistante) à la gravure que les autres couches d'arrt de gravure, cette couche peut ne pas tre gravée pour présenter la mme épaisseur que les autres couches d'arrt de gravure 2 et 4. Dans ce cas, l'épaisseur de la couche d'arrt de gravure 6 est déterminée par rapport à l'épaisseur des autres couches d'arrt de gravure de telle sorte que toutes les couches d'arrt de gravure soient simultanément gravées jusqu'à leur épaisseur totale lorsque la structure en couches sera exposée à un processus de gravure qui suivra. Puisque les couches d'arrt de gravure inférieure et centrale 2 et 4 ne sont pas exposées au gaz de gravure durant la gravure des couches 3 et 5, la valeur d'épaisseur de 500 angströms est considérée comme suffisante pour les couches d'arrt de gravure 2 et 4. Pour cette raison, la technique CVD à plasma à basse température standard peut tre utilisée de manière avantageuse pour le dépôt des couches d'arrt de gravure 2 et 4. Un processus de gravure s'ensuit pour retirer la couche d'arret de gravure supérieure 6, une partie de la couche d'arret de gravure centrale 4 qui est exposée au travers de la tranchée de câblage 13 et une partie de la couche d'arrt de gravure inférieure 2 qui est exposée au travers du trou d'interconnexion 11, comme le montre la figure 7. Un gaz de gravure de CHF3/02 est utilisé pour réaliser ce processus. Des matériaux d'oxyde qui peuvent tre formés dans le trou d'interconnexion 11 par une oxydation spontanée sont évacués en ayant recours à une technique de pulvérisation d'ions argon. Puisque la partie de la couche de gravure centrale 4 qui définissait le trou d'interconnexion 11 est retirée et puisque la souscouche isolante 3 est exposée, les matériaux formant la tranchée de câblage 13 présentent une faible valeur de constante diélectrique. La capacité entre les conducteurs adjacents d'un dispositif semi-conducteur est, de ce fait, réduite, ce qui est fortement bénéfique pour un fonctionnement à grande vitesse. Par dessus la structure en couches de la figure 7, une fine pellicule de substance métallique telle que du nitrure de titane ou du titane (TiN/Ti) est déposée comme le montre la figure 8. La fine pellicule métallique 8 fait office de contact intime entre la région dopée 10 et un métal avec lequel le trou d'interconnexion et la tranchée de cablage sont remplis. Un métal de remplissage préféré est le tungstène, que l'on fait croitre sur la structure enrobée d'une fine pellicule, par une technique CVD afin de former une couche métallique 9 d'une épaisseur de 8000 angströms. De cette manière, une interconnexion est établie entre la région dopée 10 et le métal présent dans la tranchée de câblage 13. Une technique de polissage mécanochimique est alors utilisée pour retirer une couche métallique de surremplissage 9 et la pellicule fine 8 pour mettre au jour la couche isolante supérieure 5 de telle sorte que les surfaces de la couche isolante supérieure 5 et le métal 9 soient rendus coplanaires comme le montre la figure 9. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure semiconductrice comprenant les étapes consistant à : a) fournir un substrat (1) présentant une région dopée (10) ; b) former une structure en couches successives sur ledit substrat, la structure en couches comprenant une couche isolante inférieure (3), une couche d'arrt de gravure inférieure (4), une couche isolante supérieure (5) et une couche d'arrt de gravure supérieure (6) ; c) former un trou d'interconnexion (11) au-dessus de ladite région dopée, le trou d'interconnexion s'étendant à travers la couche d'arrt de gravure supérieure (6) et la couche isolante supérieure (5) jusqu'à la couche d'arrt de gravure inférieure (4) ; d) former, sur ladite couche d'arrt de gravure supérieure (6), une couche de photoréserve (7) présentant un motif de tranchée (12) ; e) former une réplique dudit motif de tranchée dans la couche d'arrt de gravure supérieure (6) ; f) retirer toute ladite couche de photoréserve (7) ; g) retirer simultanément une partie de la couche isolante supérieure (5) à travers ladite réplique dudit motif de tranchée afin de former une tranchée de câblage (13) et une partie de la couche isolante inférieure (3) à travers la partie retirée de ladite couche d'arrt de gravure inférieure (4) afin d'étendre ledit trou d'interconnexion jusqu'à ladite région dopée ; h) retirer simultanément la couche d'arrt de gravure supérieure (6) et une partie de la couche d'arrt de gravure inférieure (4) à travers ladite tranchée de câblage (13) ; et i) déposer du métal (9) dans ledit trou d'interconnexion et ladite tranchée de câblage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'arrt de gravure supérieure (6) présente une épaisseur supérieure à une épaisseur de ladite couche d'arrt de gravure inférieure (4). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche d'arrt de gravure supérieure (6) est plus résistante à la gravure que ladite couche d'arrt de gravure inférieure (4). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (c) comprend la formation dudit trou d'interconnexion de telle sorte que le trou d'interconnexion s'étende partiellement dans ladite couche isolante inférieure (3). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (i) comprend les étapes consistant à : enrober la structure en couches réalisée par l'étape (h) d'une pellicule fine (8) d'un premier métal ; déposer une couche (9) d'un deuxième métal sur la structure en couches enrobée ; et retirer une partie de la couche (9) au moyen d'une technique de polissage mécanochimique afin de rendre coplanaires les surfaces de la couche isolante supérieure (5) et le métal déposé dans ladite tranchée de câblage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier métal comprend du titane ou du nitrure de titane et ledit deuxième métal comprend du tungstène. 7. Procédé de fabrication d'une structure semiconductrice, comprenant les étapes à : a) fournir un substrat (1) présentant une région dopée (10) ; b) former une structure en couches successives sur ledit substrat, la structure en couches comprenant une couche d'arrt de gravure inférieure (2), une couche isolante inférieure (3), une couche d'arrt de gravure centrale (4), une couche isolante supérieure (5) et une couche d'arrt de gravure supérieure (6) ; c) former un trou d'interconnexion (11) audessus de ladite région dopée, le trou d'interconnexion s'étendant à travers ladite couche d'arrt de gravure supérieure (6), la couche isolante supérieure (5) jusqu'à la couche d'arrt de gravure centrale (4) ; d) former, sur ladite couche d'arrt de gravure supérieure (6), une couche de photoréserve (7) présentant un motif de tranchée (12) : e) former une réplique dudit motif de tranchée dans la couche d'arrt de gravure supérieure (6) ; f) retirer toute ladite couche de photoréserve (7) ; g) retirer simultanément une partie de la couche isolante supérieure (5) à travers ladite réplique dudit motif de tranchée pour former une tranchée de câblage (13) et retirer une partie de la couche isolante inférieure (3) à travers la partie retirée de ladite couche d'arrt de gravure centrale (4) afin d'étendre ledit trou d'interconnexion jusqu'à ladite couche d'arrt de gravure inférieure (2) ; h) retirer simultanément la couche d'arrt de gravure supérieure (6), une partie de la couche d'arrt de gravure centrale (4) à travers ladite tranchée de câblage (13) et une partie de la couche d'arrt de gravure inférieure (2) à travers ledit trou d'interconnexion ; et i) déposer du métal (9) dans ledit trou d'interconnexion et ladite tranchée de câblage. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche d'arrt de gravure supérieure (6) a une épaisseur supérieure à l'épaisseur de ladite couche d'arrt de gravure inférieure (4). 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche d'arrt de gravure supérieure (6) est plus résistante & la gravure que lesdites couches d'arrt de gravure inférieure et centrale (2,4). 10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (c) comprend la formation dudit trou d'interconnexion de telle sorte que le trou d'interconnexion s'étende partiellement dans ladite couche isolante inférieure (3). 11. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape (i) comprend les étapes consistant à : enrober la structure en couches réalisée par l'étape (h) avec une fine pellicule (8) d'un premier métal ; déposer une couche (9) d'un deuxième métal sur la structure en couches enrobée ; et retirer une partie de la couche (9) au moyen d'une technique de polissage mécanochimique afin de rendre coplanaires les surfaces de la couche isolante supérieure (5) et le métal déposé sur ladite tranchée de câblage. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit premier métal comprend du titane ou du nitrure de titane et ledit deuxième métal comprend du tungstène.