Brevet FR2975826A1 — publié le 20121130

i PROCEDE DE FORMATION D'UN TROU OU D'UNE TRANCHEE AYANT UN PROFIL EVASE La présente invention concerne la fabrication de circuits intégrés et en particulier le remplissage de trous ou de tranchées. La présente invention s'applique notamment à la formation de plots de connexion d'un circuit intégré. Un procédé classique de formation d'un plot de connexion est illustré par les figures 1A à 1 E qui représentent en coupe une partie d'un circuit intégré à différentes étapes du procédé. Les traits interrompus représentés sur les figures 1A à 1 E délimitent des parties de couche retirées lors d'une étape de traitement précédente. Sur la figure 1A, une piste conductrice CT io par exemple en cuivre a été déposée sur un substrat semi-conducteur (non représenté). La piste conductrice CT est recouverte d'une couche isolante BL, par exemple en nitrure de silicium (SiN). La couche BL forme une barrière empêchant une diffusion du métal formant la piste CT dans les couches supérieures. La couche BL est recouverte d'une couche 15 diélectrique DE par exemple verre de silicate non dopé USG (Undoped Silicate Glass), tel que le TEOS (TétraEthOxySilane ou silicate de tétraéthyle). La couche DE est recouverte d'une ou plusieurs couches incluant une couche de résine photosensible PR. Un motif de masque est ensuite transféré par photolithographie à la couche PR. Une cavité 1 en 20 forme de trou ou une tranchée est ainsi formée dans la couche PR, le fond de la cavité étant formé par la face supérieure de la couche DE. Sur la figure 1 B, la couche DE a été gravée au travers d'un masque formé par des parties restantes de la couche PR. Le fond de la cavité 1 atteint ainsi la face supérieure de la couche BL. Sur la figure 1C, la couche 25 PR est entièrement retirée. Sur la figure 1 D, la couche BL est gravée au travers de la couche DE. Le fond de la cavité 1 atteint ainsi la piste conductrice CT. Sur la figure 1 E, une couche métallique CP par exemple en aluminium est déposée dans la cavité 1 et autour de celle-ci sur la couche DE. La couche CP déposée sur la couche DE, présente une épaisseur 30 relativement grande par rapport à la profondeur de la cavité 1 de l'ordre de 1,5 fois la profondeur de la cavité 1. Classiquement, le dépôt du métal CP est effectué par PVD (Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition). La couche CP est ensuite recouverte d'une couche de passivation PL. La présence de la cavité 1, et en particulier des bords sensiblement verticaux (pente inférieure à 15° par rapport à une direction perpendiculaire au plan des différentes couches) de la cavité tend à former par effet de bord dans la couche CP, une cavité 2 relativement profonde et étroite. Dans certaines conditions, l'ouverture de la cavité 2 peut être partiellement refermée, notamment dans le cas où la cavité 1 est en forme de tranchée. La io présence de la cavité 2 peut entrainer la formation de discontinuités dans la couche de passivation PL, et ainsi soumettre la couche CP à la corrosion, pouvant provoquer un agrandissement de la cavité 2 et affecter la fiabilité du produit final. Il s'avère que l'évolution des conditions de fabrication des circuits 15 intégrés, notamment en vue d'accroître la miniaturisation, tend à amplifier le phénomène de formation de la cavité 2. En effet, l'épaisseur relative des couches DE et CP par rapport à la largeur de la cavité 1 tend à augmenter, ce qui augmente l'effet de bord provoqué par les bords de la cavité 1 lors du dépôt de la couche CP. Par ailleurs, plus les circuits intégrés sont 20 miniaturisés, moins les dispositifs semi-conducteurs qu'ils incorporent (notamment les transistors) supportent des températures de traitement élevées. Il en résulte que la température du substrat semiconducteur lors du dépôt de la couche CP tend à être abaissée, ce qui réduit la fluence du matériau déposé pour former la couche CP, et donc contribue également à 25 augmenter l'effet de bord de la cavité 1. Il est donc souhaitable de réduire, voire de supprimer les effets de bord lors du remplissage d'une cavité. Des modes de réalisation concernent un procédé de fabrication d'un circuit intégré, comprenant des étapes consistant à : former une cavité 30 traversante dans une première couche, réaliser une première gravure partielle d'une seconde couche au travers de la première couche, pour approfondir la cavité dans la seconde couche, réaliser une gravure isotropique partielle de la première couche, pour élargir des bords de la cavité et ainsi dégager la seconde couche au voisinage des bords de la 35 cavité, réaliser une seconde gravure partielle de la seconde couche au travers de la première couche, jusqu'à ce que la cavité traverse la seconde couche, les gravures partielles des première et seconde couches formant une marche dans la seconde couche dans des parois latérales de la cavité, et retirer totalement la première couche. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d'ajustement de la durée de chaque gravure partielle de la première couche pour ajuster la largeur de l'ouverture de la cavité. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend plusieurs gravures partielles de la première couche et de la seconde couche avant io que la cavité traverse la seconde couche, afin de former plusieurs marches dans la seconde couche dans les parois latérales de la cavité, ou de former une cavité présentant des parois latérales évasées avec un angle supérieur à 15° par rapport à un axe perpendiculaire aux première et seconde couches. 15 Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de dépôt dans et autour de la cavité sur la seconde couche, d'une troisième couche présentant une épaisseur au dessus de la seconde couche, supérieure à la profondeur de la cavité dans la première couche. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de 20 dépôt sur et autour de la troisième couche d'une couche de passivation, la troisième couche étant métallique. Selon un mode de réalisation, la troisième couche est déposée par un procédé de dépôt physique ou chimique en phase vapeur, ou encore par électrolyse. 25 Selon un mode de réalisation, la première couche est une couche photosensible dans laquelle la cavité est formée par un procédé de photogravure. Selon un mode de réalisation, chaque gravure isotropique de la première couche est réalisée par un plasma d'oxygène. 30 Selon un mode de réalisation, la première couche est une couche de masque dur dans laquelle la cavité est formée par un procédé de gravure. Selon un mode de réalisation, chaque gravure isotropique de la première couche est réalisée à l'aide d'un peroxyde. Selon un mode de réalisation, la seconde couche est réalisée en un 35 matériau diélectrique tel qu'un verre de silicate non dopé. Selon un mode de réalisation, la cavité présente la forme d'un trou ou d'une tranchée. Des modes de réalisation concernent également un circuit intégré comprenant une cavité formée par le procédé précédemment défini. Selon un mode de réalisation, la cavité débouche sur une piste de connexion du circuit intégré et est remplie d'un métal pour former une plage de connexion. Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits dans ce qui suit, à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A à 1E décrites précédemment, représentent io schématiquement en coupe une partie de circuit intégré, à différentes étapes d'un procédé de fabrication, la figure 2 représente une séquence d'étapes d'un procédé de fabrication d'un circuit intégré, selon un mode de réalisation, les figures 3A à 3F représentent schématiquement en coupe une 15 partie de circuit intégré, à différentes étapes du procédé de fabrication, selon un mode de réalisation, la figure 4 représente schématiquement en coupe une partie de circuit intégré, obtenue par un procédé de fabrication selon un autre mode de réalisation. 20 La figure 2 représente une séquence d'étapes de fabrication d'un circuit intégré, et en particulier de formation d'une plage de connexion sur un substrat par exemple en un matériau semi-conducteur. La séquence d'étapes comprend des étapes S1 à S8. Les figures 3A à 3F représentent une partie du circuit intégré à 25 certaines des étapes du procédé de formation d'une plage de connexion. Des traits interrompus représentés sur les figures 3A à 3F délimitent des parties de couche retirées lors d'une étape de traitement précédente. Sur la figure 3A, une piste conductrice CT a été déposée sur un substrat semi-conducteur (non représenté). La piste conductrice CT est recouverte d'une 30 couche isolante BL. La couche BL forme une barrière empêchant une diffusion du métal formant la piste CT dans les couches supérieures. La couche BL est recouverte d'une couche diélectrique DE. A l'étape S1, la couche DE est recouverte d'une couche de résine photosensible PR. A l'étape S2, la couche PR est soumise à un faisceau de 35 particules (photons, électrons, ...) au travers d'un masque MSK. L'étape S3 qui suit, est une étape de développement durant laquelle sont retirées les parties exposées (ou non exposées) par la machine de photolithographie au travers du masque MSK. Sur la figure 3A, une cavité 1 en forme de trou ou de tranchée, traversante est ainsi formée dans la couche PR. Le fond 4 de la cavité 1 se trouve ainsi formé par la face supérieure de couche DE. A l'étape S4 illustrée par la figure 3B, la couche DE est partiellement gravée au travers d'un masque formé par des parties restantes de la couche PR, par un procédé de gravure anisotropique. La cavité 1 se trouve donc approfondie dans la couche DE sans traverser totalement cette dernière io (contrairement à ce qui est représenté sur la figure 1B). En revanche, la cavité 1 n'est pas ou sensiblement pas élargie. Le fond 41 de la cavité 1 se trouve ainsi formé dans la couche DE. La couche PR peut être légèrement amincie et réduite en surface en raison du fait que le traitement de gravure de la couche DE ne présente pas une sélectivité infinie à l'égard de la 15 couche PR. A l'étape S5 illustrée par la figure 3C, la couche PR dans l'état représenté sur la figure 3B est partiellement gravée par un procédé de gravure, ou attaque chimique, isotropique, qui est sélectif par rapport à la couche DE. La couche PR se trouve donc amincie et réduite en surface le 20 long de ses bords. La couche PR ne couvre donc plus la couche DE au voisinage des bords de la cavité 1. Les étapes S4 et S5 sont ensuite exécutées à nouveau pour graver partiellement la couche DE pour atteindre la couche BL au fond de la cavité 1 (étape S4 - figure 3D) et retirer totalement la couche PR (étape S5 - 25 Figure 3E). Comme la couche PR ne protège plus une partie de la couche DE au voisinage des bords de la cavité 1, une marche 3 est formée dans les parois latérales de la cavité 1 dans la couche DE, à la seconde exécution de l'étape S4. L'ouverture de la cavité 1 est ainsi élargie sans modifier la largeur du fond 42 de la cavité 1, en raison du caractère anisotropique de la 30 gravure effectuée à l'étape S4. La gravure anisotropique de la couche DE peut également diminuer l'épaisseur de la couche PR. Il est à noter que le sommet des marches 3 ainsi obtenues peut être arrondi comme représenté sur les figures 3D, 3E. A l'étape S6 illustrée par la figure 3F, la couche BL est gravée au 35 travers de la couche DE qui est ainsi utilisée comme masque, par un procédé de gravure anisotropique. Le fond 43 de la cavité 1 atteint ainsi la piste conductrice CT. Le traitement de gravure agit également sur la couche DE qui subit un amincissement, sans que la cavité 1 soit élargie au voisinage de son fond 43 ou de son ouverture. Il est à noter que le retrait total de la couche PR (seconde exécution de l'étape S5 - figure 3E) peut être réalisé après l'étape S6 au lieu d'être réalisé à la suite de la seconde exécution de l'étape S4. Les parois de la cavité 5 dans la couche DE ne sont pas nécessairement verticales, mais peuvent présenter une faible pente comprise entre 8 et 16° par rapport à io une direction perpendiculaire aux plans des couches PR, PE, BL. Le retrait total de la couche PR n'est pas non plus nécessairement effectué par un procédé de gravure isotropique, mais peut être effectué par un procédé de gravure anisotropique. Les étapes S7 et S8 sont illustrées par la figure 3G. A l'étape S7, une 15 couche métallique CP est déposée dans la cavité 1 et autour de celle-ci sur la couche DE, par exemple pour former une plage de connexion du circuit intégré. La couche CP présente une épaisseur relativement grande sur la couche DE, par rapport à la profondeur de la cavité 1, par exemple de l'ordre de 1,5 fois la profondeur de la cavité 1. La couche CP est gravée (étape S8), 20 puis recouverte d'une couche de passivation PL (étape S9). Il peut être noté sur la figure 3G qu'aucune cavité ne se forme dans la couche CP grâce à la présence des marches 3 qui élargissent l'ouverture et la partie supérieure de la cavité 1 dans la couche DE, sans élargir la partie inférieure de la cavité 1. Selon un mode de réalisation illustré par la figure 4, plusieurs 25 marches 3, 3' sont formées dans les parois latérales de la cavité 1 dans la couche DE. Dans l'exemple de la figure 4, deux marches 3, 3' sont formées dans chaque paroi latérale de la cavité 1 en exécutant trois fois chacune des étapes S4, S5 de gravure partielle des couches DE et PR. Selon un mode de réalisation, la largeur de l'ouverture de la cavité 1 30 est ajustée en réglant la durée du premier traitement de gravure isotropique partielle de la couche de résine photosensible PR (première exécution de l'étape S5), si une seule marche 3 est formée dans les parois latérales de la cavité 1. Si plusieurs marches 3, 3' sont réalisées dans les parois latérales de la cavité 1, la largeur de l'ouverture de la cavité 1 est ajustée en réglant 35 la durée totale d'exécution des étapes S5, sans compter la dernière exécution de l'étape S5 permettant de retirer totalement la couche PR. Il est à noter également que comme la largeur du fond 43 de la cavité n'est pas modifiée par rapport au procédé illustré par les figures 1A à 1E, les propriétés du circuit intégré ainsi réalisé ne sont pas modifiées. Selon un mode de réalisation, les étapes S4 et S5 sont exécutées plusieurs fois et sont de suffisamment courte durée pour obtenir une cavité avec des parois latérales évasées, formant avec axe perpendiculaire aux faces des couches DE, BL un angle supérieur à 15°. Selon un mode de réalisation, la piste conductrice CT est réalisée en io cuivre (Cu), la couche isolante BL est réalisée en nitrure de silicium (SiN), la couche diélectrique DE est réalisée en verre de silicate non dopé USG (Undoped Silicate Glass), par exemple en TEOS (TétraEthOxySilane ou silicate de tétraéthyle), et la couche CP est réalisée en aluminium (Al). La gravure anistropique partielle de la couche DE peut être réalisée à l'aide 15 d'un plasma d'argon (Ar) en présence d'octafluorobutène (C4F8). La gravure isotropique partielle (étape S5) de la couche PR peut être réalisée à l'aide d'un plasma d'oxygène, éventuellement en présence de tétrafluorure de carbone (CF4) ou d'hexafluoroéthane (C2F6). La gravure anisotropique de la couche DE peut également être effectuée à l'aide de CF4 ou d'autres 20 composés à base de fluor tels que l'hexafluorure de soufre (SF6) ou le trifluorure d'azote (NF3). La gravure anisotropique de la couche BL peut être réalisée par un plasma d'argon en présence de tétrafluorure de carbone. Le dépôt de la couche métallique CP peut être effectué par PVD (Physical Vapor Deposition), par électrolyse ("electro-plating"), ou éventuellement par 25 CVD (Chemical Vapor Deposition) si l'épaisseur de la couche à déposer n'est pas trop grande. Le rapport entre la largeur du fond 43 et la profondeur de la cavité 1 formée dans les couches DE et BL peut être inférieur à 2, et l'épaisseur de la couche CP au dessus de la cavité (sur la couche DE) peut être supérieur 30 à 1,4 fois la profondeur de la cavité 1. A titre d'exemple, la cavité 1 présente une profondeur d'environ 1,5 pm, une largeur à l'ouverture supérieure à 3 pm, une largeur au fond 43 d'environ 2,5 pm. La couche CP présente une épaisseur de 2 pm sur la couche DE. Dans ce contexte, le procédé qui vient d'être décrit peut permettre de remplir la cavité par un dépôt physique en phase vapeur d'aluminium à une température inférieure à 350°C. Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications. En particulier, l'invention ne s'applique pas nécessairement à la formation de plages de connexion d'un circuit intégré. Il en résulte que les étapes de dépôt des couches CP et PL peuvent être remplacées par d'autres étapes, et que la présence des couches BL et CT n'est pas nécessaire. Les traitements appliqués aux couches BL et CT ne sont donc pas non plus io nécessaires. D'une manière générale, la formation de cavités à parois latérales inclinées ou présentant une ou plusieurs marches peut présenter d'autres applications que la formation de plages de connexion. Selon les applications envisageables, d'autres matériaux peuvent être utilisés pour former les couches CT, BL, DE, CP et PL. En particulier, la couche déposée 15 dans la cavité n'est pas nécessairement métallique. La couche PR n'est pas non nécessairement réalisée en un matériau photosensible. La cavité 1 peut alors être formée dans la couche PR à l'aide d'une couche photosensible permettant de recevoir un motif de masque qui est ensuite transféré à la couche PR. Ainsi, la couche PR peut être une 20 couche dite de "masque dur", par exemple en nitrure de titane TiN. Un tel matériau peut faire l'objet d'une gravure isotropique par exemple en utilisant un peroxyde éventuellement à chaud. Egalement, d'autres procédés de traitement que ceux précédemment décrits, peuvent être mis en oeuvre à chacune des étapes S1 à S8. Il importe 25 simplement que les gravures de couche effectuées aux étapes S4 soient anisotropiques, c'est-à-dire essentiellement en réduction d'épaisseur et peu ou pas du tout en réduction de surface, et isotropiques aux étapes S5, c'est-à-dire à la fois en réduction d'épaisseur et de surface. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un circuit intégré, comprenant des étapes consistant à : former une cavité traversante (1) dans une première couche (PR), réaliser une première gravure partielle d'une seconde couche (DE) au travers de la première couche, pour approfondir la cavité dans la seconde couche, réaliser une gravure isotropique partielle de la première couche, pour élargir des bords de la cavité et ainsi dégager la seconde couche au voisinage des bords de la cavité, io réaliser une seconde gravure partielle de la seconde couche au travers de la première couche, jusqu'à ce que la cavité traverse la seconde couche, les gravures partielles des première et seconde couches formant une marche (3, 3') dans la seconde couche dans des parois latérales de la cavité, et 15 retirer totalement la première couche. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape d'ajustement de la durée de chaque gravure partielle de la première couche (PR) pour ajuster la largeur de l'ouverture de la cavité (1). 20 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant plusieurs gravures partielles de la première couche (PR) et de la seconde couche (DE) avant que la cavité (1) traverse la seconde couche, afin de former plusieurs marches (3) dans la seconde couche dans les parois latérales de 25 la cavité, ou de former une cavité (1) présentant des parois latérales évasées avec un angle supérieur à 15° par rapport à un axe perpendiculaire aux première et seconde couches. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une 30 étape de dépôt dans et autour de la cavité (1) sur la seconde couche (DE), d'une troisième couche (CP) présentant une épaisseur au dessus de la seconde couche, supérieure à la profondeur de la cavité dans la première couche. 9 5i0 5. Procédé selon la revendication 4, comprenant une étape de dépôt sur et autour de la troisième couche (CP) d'une couche de passivation (PL), la troisième couche étant métallique. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la troisième couche est déposée par un procédé de dépôt physique ou chimique en phase vapeur, ou encore par électrolyse. io 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première couche (PR) est une couche photosensible dans laquelle la cavité (1) est formée par un procédé de photogravure. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel chaque gravure 15 isotropique de la première couche (PR) est réalisée par un plasma d'oxygène. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première couche (PR) est une couche de masque dur dans laquelle la cavité 20 (1) est formée par un procédé de gravure. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel chaque gravure isotropique de la première couche (PR) est réalisée à l'aide d'un peroxyde. 25 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la seconde couche est réalisée en un matériau diélectrique tel qu'un verre de silicate non dopé. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel la 30 cavité (1) présente la forme d'un trou ou d'une tranchée. 13. Circuit intégré comprenant une cavité (1) formée par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12. 2975826 Il 14. Circuit intégré selon la revendication 13, dans lequel la cavité (1) débouche sur une piste de connexion du circuit intégré et est remplie d'un métal pour former une plage de connexion.5