Brevet FR3047605A1 — publié le 20170811

B14756 - DD16774CV 1 PROCÉDÉ DE RÉALISATION DE CONNEXIONS D'UNE PUCE ÉLECTRONIQUE Domaine La présente demande concerne le domaine de la fabrication de puces électroniques, et en particulier un procédé de réalisation de connexions conductrices entre des éléments 5 d'une puce électronique. Exposé de l'art antérieur Une puce électronique comprend des circuits électroniques formés dans et sur une plaquette semiconductrice. Dans ces circuits électroniques, des composants élémentaires 10 tels que des transistors, des diodes, des condensateurs, etc., sont interconnectés par des connexions conductrices. Lors de la fabrication de la puce, les composants élémentaires sont réalisés dans un premier temps. Ces composants élémentaires sont munis de contacts situés sur une face de la 15 plaquette. Les connexions sont formées dans un deuxième temps. Ces connexions sont couplées aux composants élémentaires par l'intermédiaire des contacts et sont séparées les unes des autres par un matériau isolant électriquement. L'article de N. Posseme et al, intitulé "Residue 20 growth on metallic bard mask after dielectric etching in fluorocarbon based plasmas. II. Solutions" (J. Vac. Sci. Technol. B 29 (1), Jan/Feb 2011), décrit un procédé de 3047605 B14756 - DD16774CV 2 réalisation de connexions séparées par des matériaux isolants. Dans ce procédé, les matériaux isolants sont gravés à travers un masque. De façon à retirer le masque sans détériorer les matériaux isolants utilisés dans le procédé, le masque est réalisé à base de métaux. D'une manière plus générale, des masques à base de métaux sont utilisés pour graver un matériau isolant dans des procédés connus de réalisation de connexions. Après gravure, il arrive que des corpuscules ou agrégats apparaissent sur le masque et dans les zones gravées. Ces agrégats sont à l'origine de défauts qui compromettent la fiabilité des procédés connus. Ainsi, il existe un besoin d'un procédé permettant la mise en oeuvre d'un masque à base de métaux pour réaliser des connexions séparées par des matériaux isolants. Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients décrits ci-dessus. Un objet d'un mode de réalisation est de former des connexions en permettant l'utilisation d'un masque à base de 20 métaux pour graver un matériau isolant, tout en limitant la formation d'agrégats après l'étape de gravure. Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de réalisation de connexions conductrices d'une puce électronique, comprenant les étapes suivantes : a) déposer une couche isolante 25 sur une face d'une plaquette ; b) réaliser une couche à base d'au moins un métal recouvrant la couche isolante et munie de premières ouvertures ; graver des deuxièmes ouvertures dans la couche isolante dans le prolongement des premières ouvertures par gravure plasma à base d'au moins un composé halogéné ; d) 30 recuire sous vide l'ensemble de la structure obtenue après l'étape c) ; et e) former, après l'étape d), les connexions conductrices dans les deuxièmes ouvertures. Selon un mode de réalisation, à l'étape d) ledit ensemble est recuit à une température supérieure à 100 °C. 3047605 B14756 - DD16774CV 3 Selon un mode de réalisation, à l'étape d) ledit ensemble est recuit sous une pression inférieure à 300 Pa. Selon un mode de réalisation, à l'étape d) ledit ensemble est recuit en présence de gaz comprenant de l'hydrogène 5 et/ou des gaz inertes. Selon un mode de réalisation, à l'étape d) ledit ensemble est recuit pendant une durée comprise entre 1 mn et 10 mn. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend 10 entre l'étape c) et l'étape d) une étape de traitement au cours de laquelle l'ensemble est exposé à de l'oxygène, à un mélange d'hydrogène et d'azote, ou à un mélange de méthane et d'azote, sous une pression supérieure à 1,3 Pa et pendant une durée supérieure à 5 mn. 15 Selon un mode de réalisation, le composé halogéné est un composé fluoré et la couche à base d'au moins un métal est une couche comprenant au moins 50 % en masse de titane. Selon un mode de réalisation, la couche isolante est une couche de SiOCH et à l'étape d) ledit ensemble est recuit à 20 une température inférieure à 300 °C. Selon un mode de réalisation, la couche de SiOCH est poreuse et a une porosité comprise entre 20 % et 50 %. Selon un mode de réalisation, la couche isolante est en oxyde de silicium. 25 Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 30 les figures LA à 1F illustrent des étapes d'un procédé de réalisation de connexions d'une puce ; et les figures 2A et 2B illustrent un mode de réalisation d'étapes d'un procédé de réalisation de connexions d'une puce. 3047605 B14756 - DD16774CV 4 Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de 5 clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les composants élémentaires de circuits d'une puce électronique ne sont pas représentés. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait 10 référence à des qualificatifs de position relative, tels que le terme "dessus", il est fait référence à l'orientation de l'élément concerné dans les figures concernées. Dans la description qui suit, on appelle agrégats des corpuscules dont une dimension est supérieure à 5 nm. 15 Les figures lA à 1F sont des vues schématiques en coupe illustrant des étapes d'un procédé de réalisation de connexions conductrices d'une puce. Selon un mode de réalisation, les connexions obtenues sont séparées par des isolants ayant une permittivité diélectrique faible, c'est-à- dire une permittivité diélectrique relative inférieure à environ 3. Cette permittivité relative faible permet d'éviter que des signaux électriques transmis par des connexions voisines se perturbent mutuellement lors du fonctionnement de la puce. La figure lA représente une plaquette 1 de semiconducteur. Des composants élémentaires non représentés sont formés dans et sur la plaquette 1. Ces composants sont munis de contacts 3 disposés au niveau d'une face 5 de la plaquette 1. Seuls deux contacts 3 sont représentés. La face 5 est plane et les contacts 3 affleurent la face 5. La figure 1B illustre plusieurs étapes successives. Une couche isolante 7 de carbonitrure de silicium (SiCN) est déposée sur la face 5. Ensuite, une couche isolante 9 en oxyde de silicium carboné et hydrogéné (SiOCH) est formée sur la couche 7. La couche 7 est recouverte d'une couche 11 d'oxyde de silicium. Les couches 7, 9 et 11 peuvent être formées par dépôt 3047605 B14756 - DD16774CV 5 en phase vapeur assisté par plasma. On recouvre alors la couche 11 par une couche 13 de nitrure de titane (TiN). En figure 1C, des ouvertures 15 sont gravées dans la couche 13 au-dessus des contacts 3. La gravure peut être 5 réalisée à travers des ouvertures formées dans une couche de masquage non représentée. Cette couche de masquage est ensuite éliminée par gravure. A l'étape illustrée en figure 1D, des ouvertures 17 dans la couche 11 d'oxyde de silicium et la couche 9 de SiOCH 10 sont gravées par plasma dans le prolongement des ouvertures 15. La gravure des couches 11 et 9 peut être réalisée avec un plasma à base d'un hydrofluorocarbure, appelé plasma HFC par la suite, par exemple un plasma à base d'un fluorocarbure tel que l'octafluorobutane C4F8. La couche 13 de TiN munie des 15 ouvertures 15 constitue ainsi un masque. La gravure est réalisée jusqu'à la couche 7 de SiCN qui constitue une couche d'arrêt de gravure. Ensuite, les parties de la couche 7 situées sur les contacts 3 sont gravées. La couche 7 peut être gravée par un plasma à base d'hydrofluorocarbures tels que le tétrafluorure de 20 carbone (CF4) et le fluorométhane (CH3F). En figure 1E, l'ensemble a été stocké et exposé à l'air dans l'attente des étapes suivantes du procédé. L'attente peut être supérieure à 3 h. Des agrégats 19 apparaissent sur les parois des parties gravées et sur la surface de la couche 13. 25 La figure 1F illustre une étape ultérieure du procédé. Un dépôt métallique, remplissant notamment les ouvertures 17, a été réalisé sur l'ensemble de la structure. Les couches 13 et 11 et des parties du dépôt métallique ont été retirées par un procédé de polissage mécanochimique. La couche 11 sert de couche 30 d'arrêt de polissage. Des portions 21 du dépôt métallique demeurent dans les ouvertures 17 et constituent des connexions reliées aux contacts 3. On a obtenu des connexions conductrices 21 séparées par des portions de la couche isolante 9 de SiOCH. La présence des agrégats 19 est à l'origine de 35 défauts. En particulier, les agrégats 19 présents dans les 3047605 B14756 - DD16774CV 6 ouvertures 17 peuvent perturber l'étape de dépôt métallique et altérer la qualité des connexions 21. En outre, les agrégats 19 présents dans les parties gravées peuvent altérer la qualité de la couche isolante 9 de SiOCH, et, lors du fonctionnement de la 5 puce, des signaux transmis par une connexion 21 risquent d'être perturbés par des signaux circulant par une connexion 21 voisine. De plus, les agrégats présents sur la surface de la couche 13 perturbent le procédé de polissage et provoquent des défauts 25 sur la face de la plaquette. La présence des défauts 10 peut compromettre le fonctionnement de la puce. Les inventeurs ont démontré que des résidus fluorés sont présents sur les surfaces de la structure obtenue après les étapes de gravure des couches 7 et 9 par des plasmas HFC. Les inventeurs ont démontré en outre que les agrégats 19 proviennent 15 d'une interaction entre le titane de la couche 13, les résidus fluorés et l'humidité de l'air. Par exemple, les inventeurs ont constaté que des agrégats apparaissent à la surface d'une couche de TiN exposée successivement à un plasma à base de C4F8 pendant au moins 60 s puis à l'air pendant une durée supérieure à 2 mn. 20 Afin de limiter la formation des agrégats, on peut prévoir une étape de traitement après l'étape de gravure illustrée en figure 1D et avant la phase d'attente décrite en relation avec la figure 1E. Cette étape de traitement peut être une phase d'exposition de l'ensemble à de l'oxygène, à un 25 mélange d'hydrogène et d'azote, ou à un mélange de méthane et d'azote, l'étape de traitement étant réalisée avant exposition à l'air ambiant. L'étape de traitement peut aussi être une phase de ventilation de l'ensemble par de l'air sec pendant une durée d'une dizaine de minutes. Cependant, cette étape de traitement 30 ne permet pas une réduction suffisante du nombre des agrégats. Ainsi, le procédé décrit en relation avec les figures LA à 1F présente un problème de fiabilité. Les figures 2A et 2B illustrent des étapes d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication de connexions d'une 35 puce. 3047605 B14756 - DD16774CV 7 Les étapes précédant l'étape illustrée en figure 2A sont similaires aux étapes illustrées par les figures lA à 1D, à savoir : a) déposer successivement des couches isolantes 7, 9 5 et 11 respectivement de SiCN, de SiOCH et d'oxyde de silicium sur une face d'une plaquette 1 comprenant des contacts 3 affleurant la face, puis déposer une couche 13 de TiN ; b) graver des ouvertures dans la couche 13 de TiN ; et c) graver les couches 11, 9 et 7 par un plasma HFC. 10 A titre d'exemple, la couche isolante 7 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 30 nm. La couche isolante 9 peut avoir une épaisseur comprise entre 30 nm et 200 nm. La couche 11 en oxyde de silicium peut avoir une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm. Selon un exemple, la couche 13 en TiN a 15 une épaisseur comprise entre 5 nm et 50 nm. A l'étape illustrée en figure 2A, l'ensemble de la structure obtenue après l'étape c) a été recuit sous vide sous une pression inférieure à 300 Pa (environ 2 mmHg). Les gaz résiduels présents pendant le recuit peuvent être de l'hydrogène 20 ou des gaz inertes tels que l'azote, l'hélium ou l'argon. Le recuit a lieu à une température supérieure à 100°C. La température du recuit est inférieure à 300°C afin d'éviter d'endommager la couche d'isolant 9 en SiOCH. La durée du recuit peut être comprise entre 1 mn et 10 mn. 25 Par la suite, l'ensemble est exposé à l'air ambiant au cours de phases d'attente et de stockage. Les inventeurs ont constaté l'absence de formation d'agrégats après une phase d'exposition à l'air pouvant atteindre 18 h. Il semble que les résidus fluorés présents sur les parois à la fin de l'étape 30 précédente soient partiellement éliminés par le recuit. Dans une variante, une étape supplémentaire de traitement est prévue après l'étape de recuit illustrée traitement, l'ensemble de la 35 est exposé à de l'oxygène, à l'étape c) de gravure et avant en figure 2A. A cette étape de structure obtenue après l'étape c) un mélange d'hydrogène et d'azote, 3047605 B14756 - DD16774CV 8 ou à un mélange de méthane et d'azote, sous une pression supérieure à 1,3 Pa (environ 10 mTorr) et pendant une durée supérieure à 5 mn. D'autres gaz susceptibles d'éliminer des résidus fluorés peuvent être employés, par exemple des gaz 5 contenant du carbone ou des gaz susceptibles d'éliminer les résidus fluorés par oxydation ou par réduction. A l'étape illustrée en figure 2B, les ouvertures 17 ont été remplies d'un conducteur tel que du cuivre ou du tungstène et la face a été polie, d'une manière identique à 10 l'étape décrite en relation avec la figure 1F. On obtient des connexions conductrices 30 reliées aux contacts 3 et séparées par des parties de la couche isolante 9 en SiOCH. Des pistes conductrices disposées sur l'isolant 9 et reliant des connexions 30 peuvent être formées à une étape 15 ultérieure. Lors du fonctionnement de la puce, des signaux électroniques sont transmis par les pistes vers les connexions 30. La permittivité diélectrique relative du SiOCH peut être inférieure à 3. De ce fait, un signal transmis par une connexion 20 30 n'est pas perturbé par des signaux transmis par des connexions voisines. Dans une variante, le SiOCH de la couche isolante est poreux et a de ce fait une permittivité diélectrique inférieure à la permittivité diélectrique du SiOCH dépourvu de porosité. La couche isolante en SiOCH poreux peut 25 avoir une porosité comprise entre 20 % et 50 %. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que, dans les modes de réalisation décrits, des isolants soient gravés par des plasmas HCF, des 30 isolants peuvent être gravés au moyen de plasmas à base de tout type de composé halogéné, par exemple des halogénoalcanes tels que des chlorofluorocarbures ou des hydrochlorocarbures. En outre, bien que, dans les modes de réalisation décrits, la couche isolante 9 soit en SiOCH, la couche isolante 35 9 peut être en tout autre matériau adapté à être gravé par un 3047605 B14756 - DD16774CV 9 plasma à base d'un composé halogéné. A titre d'exemple, la couche isolante 9 est en oxyde de silicium. De plus, bien que la température utilisée au cours de l'étape de recuit décrite en relation avec la figure 2A soit 5 inférieure à 300°C afin d'éviter d'endommager la couche isolante 9 de SiOCH, cette température peut avoir une valeur supérieure compatible avec les matériaux mis en oeuvre. En outre, bien que la couche d'arrêt de gravure 7 soit en SiCN dans des modes de réalisation, cette couche peut être en 10 tout autre matériau adapté au plasma utilisé. A titre d'exemple la couche d'arrêt de gravure peut être en nitrure de silicium lorsque le plasma utilisé est prévu pour graver un isolant en oxyde de silicium. De plus, bien qu'une couche d'arrêt de polissage 15 particulière ait été décrite, cette couche peut être omise ou remplacée par toute autre couche adaptée. De plus, bien que, dans des modes de réalisation décrits précédemment, un masque en TiN soit utilisé, le masque peut être tout masque à base d'au moins un métal, c'est-à-dire 20 contenant une proportion de métal supérieure à 50 % en masse, en particulier tout masque à base d'au moins un métal produisant des agrégats après expositions successives à un plasma halogéné puis à l'air. A titre d'exemples, le masque peut être en nitrure de tantale, en oxyde d'aluminium ou en oxyde d'hafnium, ou le 25 masque peut-être métallique, par exemple en titane ou en tantale. En outre, bien que des étapes particulières aient été décrites pour réaliser un masque à base d'au moins un métal, ces étapes peuvent être remplacées par tout procédé adapté à former 30 une couche à base d'au moins un métal recouvrant la couche isolante et munie d'ouvertures. En outre, bien que, dans des modes de réalisation décrits, un seul masque à base d'au moins un métal soit mis en oeuvre, le masque à base d'au moins un métal peut être combiné 35 par exemple à des masques en matériaux organiques. A titre 3047605 B14756 - DD16774CV 10 d'exemple, une couche de masquage en matériau organique peut être étendue sur l'ensemble de la structure obtenue après l'étape décrite en relation avec la figure 1C de gravure d'ouvertures dans la couche 13 de TiN. Cette couche de masquage 5 est ensuite gravée pour obtenir un masque organique. Le masque organique, combiné au masque à base de métaux, permet de réaliser une configuration choisie de connexions et de pistes reliant ces connexions. De plus, dans le mode de réalisation présenté, des 10 pistes reliant des connexions 30 sont formées après l'étape illustrée en figure 2B. Dans une variante, les pistes reliant des connexions 30 peuvent être formées en ajoutant, avant l'étape illustrée en figure 2A, les étapes suivantes : - graver des ouvertures dans la couche 13 selon la configuration 15 des pistes ; et - graver à partir de ces ouvertures la couche 11 puis la couche 9 sur une partie de son épaisseur, la gravure pouvant être réalisée par un plasma HFC. Les pistes peuvent alors être formées en même temps que les 20 connexions au cours de l'étape illustrée en figure 2B. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation de connexions conductrices (30) d'une puce électronique, comprenant les étapes suivantes : a) déposer une couche isolante (7, 9) sur une face d'une plaquette ; b) réaliser une couche (13) à base d'au moins un métal recouvrant la couche isolante et munie de premières ouvertures (15) ; c) graver des deuxièmes ouvertures (17) dans la couche isolante (7, 9) dans le prolongement des premières ouvertures 10 par gravure plasma à base d'au moins un composé halogéné ; d) recuire sous vide l'ensemble de la structure obtenue après l'étape c) ; et e) former, après l'étape d), les connexions conductrices dans les deuxièmes ouvertures. 15 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à l'étape d) ledit ensemble est recuit à une température supérieure à 100 °C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel à l'étape d) ledit ensemble est recuit sous une pression 20 inférieure à 300 Pa. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel à l'étape d) ledit ensemble est recuit en présence de gaz comprenant de l'hydrogène et/ou des gaz inertes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 4, dans lequel à l'étape d) ledit ensemble est recuit pendant une durée comprise entre 1 mn et 10 mn. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant entre l'étape c) et l'étape d) une étape de traitement au cours de laquelle l'ensemble est exposé à de 30 l'oxygène, à un mélange d'hydrogène et d'azote, ou à un mélange de méthane et d'azote, sous une pression supérieure à 1,3 Pa et pendant une durée supérieure à 5 mn. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le composé halogéné est un composé fluoré et la 3047605 B14756 - DD16774CV 12 couche à base d'au moins un métal est une couche comprenant au moins 50 % en masse de titane. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche isolante (9) est une couche de SiOCH 5 et à l'étape d) ledit ensemble est recuit à une température inférieure à 300 °C. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la couche (9) de SiOCH est poreuse et a une porosité comprise entre 20 % et 50 %. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la couche isolante (9) est en oxyde de silicium.