Brevet FR3086462A1 — publié le 20200327

B17225 - 18-GR4-0103 DESCRIPTION TITRE : Procédé de fabrication d'un composant électronique Domaine technique [0001] La présente description concerne de façon générale les procédés de fabrication de composants électroniques. Technique antérieure Exposé de l'art antérieur [0002] Les composants électroniques fabriqués ont des dimensions toujours plus petites. En conséquence, les modifications de la composition chimique des matériaux de ces composants, dues aux procédés de fabrication, ont toujours plus d'impact sur le fonctionnement et les performances des composants. Cela est par exemple le cas pour les dispositifs mémoires à changement de phase. [0003] Les matériaux à changement de phase sont des matériaux qui peuvent basculer, sous l'effet de la chaleur, entre une phase cristalline et une phase amorphe. Comme la résistance électrique d'un matériau amorphe est significativement supérieure à la résistance électrique d'un matériau cristallin, ce phénomène peut être utile pour définir deux états de mémoire, par exemple 0 et 1, différenciés par la résistance mesurée à travers le matériau à changement de phase. Les matériaux à changement de phase les plus communs dans les mémoires sont les alliages à base de germanium, d'antimoine et de tellure. [0004] Une modification de la composition du matériau à changement de phase d'une cellule mémoire peut entraîner une baisse des performances de la cellule mémoire, par exemple en diminuant le nombre de cycles d'écriture pouvant être effectués par la cellule. Résumé de l'invention 2 B17225 - 18-GR4-0103 [0005] Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un composant électronique comprenant une première étape de gravure d'au moins une première couche suivie, sans remise en contact avec de l'oxygène, d'une deuxième étape de passivation. [0006] Selon un mode de réalisation, le composant électronique est une cellule mémoire à changement de phase. [0007] Selon un mode de réalisation, la première couche est une couche de matériau à changement de phase. [0008] Selon un mode de réalisation, le matériau de la première couche est susceptible d'être oxydé. [0009] Selon un mode de réalisation, le matériau susceptible d'être oxydé comprend du germanium. [0010] Selon un mode de réalisation, les première et deuxième étapes sont effectuées dans une même enceinte par un même appareil. [0011] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une troisième étape de gravure d'un élément situé sous la première couche. [0012] Selon un mode de réalisation, l'élément est un élément résistif. [0013] Selon un mode de réalisation, la deuxième étape est effectuée au cours de la troisième étape. [0014] Selon un mode de réalisation, la deuxième étape est effectuée entre la première et la troisième étape. [0015] Selon un mode de réalisation, la deuxième étape est effectuée après la troisième étape. [0016] Selon un mode de réalisation, la deuxième étape est effectuée après une étape de retrait d'un masque de gravure. 3 B17225 - 18-GR4-0103 [0017] Selon un mode de réalisation, la couche de passivation recouvre les parois de l'élément. [0018] Selon un mode de réalisation, la couche de passivation comprend du carbone. [0019] Selon un mode de réalisation, le gaz est un composé comprenant du carbone, et de l'hydrogène ou un composé comprenant du carbone, de l'hydrogène et du fluor. [0020] Selon un mode de réalisation, la première couche est recouverte d'un empilement d'au moins une deuxième couche, la deuxième couche étant une couche conductrice. Brève description des dessins [0021] 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 : [0022] [Fig. 1] la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cellule mémoire à changement de phase ; et [0023] [Fig. 2] la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cellule mémoire à changement de phase. Description des modes de réalisation [0024] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. [0025] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, bien 4 B17225 - 18-GR4-0103 que les figures 1 et 2 ne représentent que la formation d'un composant électronique, ici une cellule mémoire, il est bien entendu que les modes de réalisation décrits sont applicables à la fabrication simultanée de multiples composants sur une même plaque. [0026] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. [0027] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. [0028] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 5 près. [0029] La figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un composant électronique, plus précisément d'une cellule à changement de phase. La figure 1 représente cinq structures, chacune illustrant le résultat d'une étape de fabrication A), B), C), D) ou E), la structure correspondant à l'étape E représentant une cellule mémoire à changement de phase 100. [0030] L'étape A) comprend : B17225 - 18-GR4-0103 - la formation d'un élément résistif 102, par exemple en contact avec un via conducteur non représenté ; - la formation d'une couche isolante, non représentée, entourant l'élément résistif 102, par exemple de manière à séparer l'élément résistif 102 d'un autre élément résistif voisin. La couche isolante est formée de telle manière qu'une face supérieure de l'élément résistif 102 soit coplanaire avec la face supérieure de la couche isolante ; la formation d'une couche 104 de matériau à changement de phase sur la couche isolante et de préférence en contact avec la face supérieure de l'élément résistif 102 ; - la formation d'une couche conductrice 106 recouvrant la couche 104 de matériau à changement de phase ; - la formation d'une couche isolante 108 recouvrant la couche conductrice 106 ; et - la formation d'un masque de gravure 110 en regard de l'emplacement où sera située la cellule mémoire 100. [0031] La couche 104 de matériau à changement de phase est par exemple en un alliage de germanium, d'antimoine et de tellure, de préférence du Ge2Sb2Te5 ou un alliage de germanium, d'antimoine et de tellure dont la proportion atomique du germanium est supérieure à celle du tellure et de l'antimoine. La couche conductrice 106 est par exemple en métal, par exemple en un alliage à base de titane. La couche isolante 108 est par exemple en nitrure de silicium. Le masque 110 est par exemple en une résine. [0032] L'épaisseur de l'élément résistif 102, c'est-à-dire par exemple la distance entre le via non représenté sur lequel repose d'l'élément résistif et la couche 104 de matériau à changement de phase, est par exemple comprise entre environ 40 nm et environ 60 nm. L'épaisseur de la couche 104 de matériau à changement de phase est par exemple comprise entre 6 B17225 - 18-GR4-0103 environ 40 nm et environ 60 nm. L'épaisseur de la couche conductrice 106 est par exemple comprise entre environ 15 nm et environ 30 nm. L'épaisseur de la couche isolante 108 est par exemple comprise entre environ 15 nm et environ 30 nm. Le masque 110 a par exemple une épaisseur comprise entre environ 250 nm et environ 300 nm. [0033] L'étape B) comprend un enchainement d'étapes de gravure retirant les parties des couches 104, 106 et 108 non protégées par le masque 110, dont une première gravure, par exemple effectuée en dernier, est par exemple une gravure plasma retirant la couche 104 de matériau à changement de phase, par exemple avec du bromure d'hydrogène (HBr). La première gravure est arrêtée sur la face supérieure de l'élément résistif 102. La première gravure grave partiellement le masque 110, entraînant une diminution de son épaisseur. [0034] L'étape C) comprend une deuxième gravure, retirant les parties de l'élément résistif 102 non situées en regard du masque 110, non représenté mais présent au début de l'étape C). [0035] La deuxième gravure est une gravure plasma avec un mélange gazeux, le gaz utilisé comprenant un premier composé servant a la gravure de l'élément résistif 102 et un deuxième composé servant à former une couche de passivation 112. Le premier composé est par exemple un gaz comprenant du fluor. Le deuxième composé est par exemple un gaz comprenant du carbone, de préférence un gaz comprenant du carbone et de l'hydrogène ou un gaz comprenant du carbone, de l'hydrogène et du fluor, de préférence CH4 ou CH3F. [0036] Dans le cas où le gas ne comprend que le premier composant et non le second, le premier composant, plus précisément le fluor, aura tendance à modifier la composition du matériau à changement de phase. 7 B17225 - 18-GR4-0103 [0037] La couche de passivation 112 recouvre les parois gravées de la cellule mémoire, c'est-à-dire recouvre les parois de l'élément résistif 102, et des couches 104, 106 et 108. [0038] Le masque 110 est retiré en fin d'étape C). Le retrait du masque 110 est généralement effectué par une étape spécifique de gravure plasma à base d'oxygène dite de "stripping". Un inconvénient d'une telle étape est qu'elle entraine généralement, en l'absence de la couche de passivation 112, l'oxydation d'une partie de la couche 104 de matériau à changement de phase. [0039] L'étape D) est une étape de nettoyage. Cette étape comprend le retrait de la couche de passivation 112 et le retrait (ou nettoyage) des résidus situés sur les parois de la cellule mémoire, par exemple sous la couche de passivation 112. La couche de passivation 112 comprenant par exemple majoritairement du carbone, elle est volatile et peu dense. Il est donc facile de la retirer sans porter atteinte à l'intégrité du matériau à changement de phase. L'étape de nettoyage est de préférence un traitement par voie humide de type "WET" à base de fluorure d'hydrogène et d'acide glycolique. [0040] L'étape E) comprend la formation d'une couche de protection 120 sur la cellule mémoire et plus particulièrement sur les parois des couches 102, 104, 106 et 108 et sur la face supérieure de la couche 108. La couche de protection 120 est de préférence en nitrure de silicium et empêche la cellule mémoire d'être oxydée. [0041] Les étapes A), B) et C) sont effectuées sans que le matériau à changement de phase soit en contact avec de l'oxygène, par exemple avec l'air. Par exemple, les étapes A), B) et C) sont effectués par une même machine de gravure 8 B17225 - 18-GR4-0103 et dans une même enceinte, de préférence à atmosphère contrôlée. [0042] Chacune des étapes D) et E) est généralement effectuée dans un dispositif différent de celui généralement utilisé pour les étapes A), B) et C). Les plaques (wafer) sur lesquelles sont formées les cellules mémoire sont donc mises en contact avec de l'air, et donc de l'oxygène, entre les étapes C) et D) et entre les étapes D) et E). Durant la remise à l'air entre les étapes C) et D), qui peut durer plusieurs heures, voire plusieurs jours, la couche 104 de matériau à changement de phase est protégée par la couche de passivation 112. [0043] Les performances des cellules mémoire à changement de phase, ainsi que ses caractéristiques telles que la température de cristallisation, dépendent de la composition du matériau à changement de phase. De plus, les performances des dispositifs mémoire comprenant lesdites cellules mémoire dépendent de la similarité entre les différentes cellules du dispositif considéré. Le matériau à changement de phase des cellules mémoire comprend généralement un élément ou alliage chimique susceptible d'être oxydé, particulièrement durant les périodes de remise à l'air ou durant les étapes de gravure avec un composé comprenant de l'oxygène ou d'être modifié par le gaz utilisé durant les étapes de gravure, par exemple le gaz comprenant du fluor utilisé durant la gravure de l'élément résistif. Ainsi, sans la couche de passivation 112 protégeant la couche 104 de matériau à changement de phase, la composition du matériau à changement de phase, particulièrement au niveau des parois, serait modifiée. Cela entrainerait une diminution des performances des cellules mémoire et des dispositifs mémoire les comprenant. De plus, ces modifications ne seraient pas identiques dans toutes les 9 B17225 - 18-GR4-0103 cellules, ce qui entrainerait une diminution des performances du dispositif mémoire. [0044] Ce problème est d'autant plus important que la taille de la cellule mémoire est petite. [0045] L'épaisseur de la couche de passivation 112 dépend au moins partiellement de la nature du deuxième composé, des paramètres de la gravure plasma, par exemple la pression, la tension d'accélération, la puissance, et de la quantité du deuxième composé Il est donc possible de choisir l'épaisseur de la couche 112 en fonction de la quantité d'oxygène en contact avec la couche de passivation 112. En effet, la couche de passivation 112 est consommée petit à petit par l'oxygène de l'air et son épaisseur doit être suffisante pour ne pas être entièrement consommée. [0046] Une autre solution pourrait être de limiter le temps d'exposition à l'air de la couche 104 de matériau à changement de phase. Cependant, le temps d'exposition à l'oxygène maximal pour que les cellules mémoire soient fonctionnelles, en l'absence de couche de passivation, n'est pas viable dans un procédé de fabrication industriel. [0047] Selon un autre mode de réalisation, une couche de passivation peut être indépendamment formée à différents instants au cours de la fabrication d'une cellule mémoire. Par indépendamment, on entend que l'étape au cours de laquelle la couche de passivation est formée ne forme que cette couche de passivation. La couche de passivation obtenue recouvre alors entièrement la structure. La formation de la couche de passivation est effectuée de préférence par le même appareil que les étapes de gravure de la couche de matériau à changement de phase et de l'élément résistif. La formation de la couche de passivation est effectuée entre l'étape de gravure de la couche de matériau à changement de phase et la remise à l'air de la cellule mémoire. La formation de la B17225 - 18-GR4-0103 couche de passivation est effectuée à l'aide d'un plasma comprenant par exemple un gaz comprenant du carbone, de préférence un gaz comprenant du carbone et de l'hydrogène ou un gaz comprenant du carbone, de l'hydrogène et du fluor, de préférence CH4 ou CH3F. [0048] Les différents instants au cours desquels la couche de passivation peut être formée seront décrits par la suite, en relation avec la figure 2. [0049] La figure 2 représente schématiquement et partiellement un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'un composant électronique, plus précisément d'une cellule mémoire à changement de phase 800. La figure 2 représente quatre structures, chacune illustrant le résultat d'une étape de fabrication A), B), C), ou D). [0050] L'étape A) de la figure 2 est similaire à l'étape A) de la figure 1, et comprend similairement la formation de l'élément 102, des couches 104, 106 et 108 et du masque 110. [0051] L'étape B) de la figure 2 est similaire à l'étape B) de la figure 1, et comprend similairement la gravure des couches 104, 106, et 108. L'étape B) de la figure 2 comprend de plus une étape de gravure de la couche 102 par des procédés similaires à ceux décrits en relation avec la figure 1. [0052] L'étape C) comprend le retrait du masque 110, par exemple par un procédé similaire à celui décrit en relation avec la figure 1. [0053] L'étape D) comprend la formation d'une couche de passivation 202 recouvrant les parois de l'élément résistif 102, des couches 104, 106 et 108 ainsi que la face supérieure de la couche 108. La formation de la couche 202 est effectuée avec un gaz comprenant un composé similaire au deuxième composé décrit en relation avec l'étape C) de la figure 1. Ce composé est par exemple un gaz comprenant du carbone, de 11 B17225 - 18-GR4-0103 préférence un gaz comprenant du carbone et de l'hydrogène ou un gaz comprenant du carbone, de l'hydrogène et du fluor, de préférence CH4 ou CH3F. [0054] Des étapes similaires aux étapes D) et E) de la figure 1 sont ensuite généralement effectuées. [0055] De préférence, les étapes A), B), C) et D) de la figure 2 sont effectuées sans que le matériau à changement de phase soit en contact avec de l'oxygène, par exemple avec l'air. Par exemple, les étapes A), B), C) et D) de la figure 2 sont effectuées par une même machine de gravure et dans une même enceinte, de préférence à atmosphère contrôlée. La cellule est généralement mis en contact avec de l'air après l'étape D). Durant cette période de remise à l'air, qui peut durer plusieurs heures, voire plusieurs jours, la couche 104 de matériau à changement de phase est, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, protégée par la couche de passivation 202 jusqu'à effectuer l'étape de nettoyage (étape D) de la figure 1). [0056] A titre de variante, l'étape D) peut être effectuée à d'autres instants au cours du procédé de fabrication d'une cellule mémoire. Par exemple, l'étape D) peut être effectuée entre la gravure de la couche 104 de matériau à changement de phase et la gravure de l'élément résistif 102. L'étape D) peut aussi être effectuée entre l'étape B) et l'étape C). Il est ainsi possible de mettre les cellules mémoire en contact avec de l'air, au cours du procédé décrit en relation avec la figure 2. Par exemple, il peut être utile d'arrêter le procédé de fabrication après la gravure de la couche 104 de matériau à changement de phase ou après la gravure de l'élément résistif 102 et de stocker les cellules mémoire. La présence de la couche 202 de passivation empêche alors l'oxydation de la couche 104. Le procédé de fabrication peut être repris plus tard sans détérioration du matériau à changement de phase. 12 B17225 - 18-GR4-0103 La couche de passivation 202 est ensuite retirée au cours d'une étape similaire à l'étape D) de la figure 1. [0057] A titre de variante, les modes de réalisation des figures 1 et 2 peuvent être combinés dans un même procédé de fabrication. Ainsi, un procédé de fabrication d'une cellule mémoire peut comprendre : - la formation d'une couche de passivation 112 (étape C) de la figure 1) de manière à protéger la couche 104 de matériau à changement de phase durant la gravure de l'élément résistif 102 et durant l'étape de "stripping" ; et - la formation d'une couche de passivation 202, après le retrait du masque 110 (étape D) de la figure 2), dont l'épaisseur est choisie selon le temps pendant lequel la cellule doit pouvoir rester en contact d'oxygène sans être détériorée. [0058] Bien que la présente description ne détaille que des modes de réalisation de procédés de fabrication de cellules mémoire à changement de phase, les modes de réalisation des étapes de fabrication des couches de passivation 112 (figure 1) et 202 (figure 2) peuvent être appliquées à d'autres procédés de fabrication de composants électroniques. Lesdits autres modes de réalisation comprennent la gravure d'une première couche, par exemple en un matériau susceptible d'être oxydé et correspondant à la couche 104 des modes de réalisation décrits précédemment. La première couche recouvre un élément, par exemple l'élément résistif 102. Lesdits autres modes de réalisation comprennent en outre la formation d'une couche de passivation (couche 112 ou 202) sur les parois de la première couche durant la gravure de l'élément résistif ou entre la gravure de la première couche et la gravure de l'élément résistif. 13 B17225 - 18-GR4-0103 [0059] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, un procédé de fabrication peut comprendre la formation de plusieurs couches de passivation telle que les couches 112 et 202. [0060] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composant électronique (100, 800) comprenant une première étape de gravure d'au moins une première couche (104) suivie, sans remise en contact avec de l'oxygène, d'une deuxième étape de passivation (112, 202). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composant électronique (100, 800) est une cellule mémoire à changement de phase. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première couche (104) est une couche de matériau à changement de phase. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau de la première couche (104) est susceptible d'être oxydé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le matériau susceptible d'être oxydé comprend du germanium. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les première et deuxième étapes sont effectuées dans une même enceinte par un même appareil. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une troisième étape de gravure d'un élément (102) situé sous la première couche (104). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'élément (102) est un élément résistif. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la deuxième étape est effectuée au cours de la troisième étape. 15 B17225 - 18-GR4-0103 10. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la deuxième étape est effectuée entre la première et la troisième étape. 11. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel la deuxième étape est effectuée après la troisième étape. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la deuxième étape est effectuée après une étape de retrait d'un masque de gravure (110). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, dans lequel la deuxième étape comprend la formation d'une couche de passivation (112, 202) recouvrant les parois de l'élément (102). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la deuxième étape comprend la formation d'une couche de passivation (112, 202) comprenant du carbone. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le gaz utilisé durant la deuxième étape est un composé comprenant du carbone, et de l'hydrogène ou un composé comprenant du carbone, de l'hydrogène et du fluor. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel la première couche (104) est recouverte d'un empilement d'au moins une deuxième couche, la deuxième couche étant une couche conductrice (106, 108).