Brevet FR3135347A1 — publié le 20231110

Procédé de fabrication d’une structure d’interconnexion de circuit intégré La présente description concerne un procédé de fabrication d’une extrémité de structure d’interconnexion 202 de circuit intégré 200, le procédé comprenant : - prévoir un circuit intégré comprenant une structure d’interconnexion comportant des éléments d’interconnexion 216 en cuivre s’étendant au moins en partie à travers une couche isolante et affleurant à une première surface de ladite structure d’interconnexion ; - former une couche de protection 225 sur la première surface de la structure d’interconnexion, ladite couche de protection comprenant un matériau adapté à protéger le cuivre des éléments d’interconnexion ; - former une couche de passivation 220 sur la couche de protection, la couche de passivation présentant une première épaisseur ; puis - former une première ouverture 224 dans la couche de passivation sur une deuxième épaisseur inférieure à la première épaisseur, de sorte à conserver une couche résiduelle de passivation au fond de la première ouverture. Figure pour l'abrégé : Fig. 2F Procédé de fabrication d’une structure d’interconnexion de circuit intégré La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques tels que les circuits intégrés, et plus particulièrement des extrémités de structures d’interconnexion de circuits intégrés (FBEOL, Far Back End Of Line) comprenant des métallisations de cuivre, et les procédés de fabrication de ces structures. Les circuits intégrés (CI) sont généralement composés de plusieurs couches superposées constituées de matériaux semi-conducteurs, isolants et conducteurs. Dans une première phase (front end of line, FEOL) d'un processus de fabrication d'un circuit intégré, des composants tels que, entre autres, des transistors, des diodes, des résistances et/ou des condensateurs, sont formés dans et/ou sur un substrat, qui peut comprendre, ou consister en, une couche semi-conductrice. Dans une seconde phase (back end of line, BEOL) du processus, les composants sont interconnectés par une structure d’interconnexion électrique. Une structure d'interconnexion comprend typiquement des pistes (ou lignes) métalliques conductrices, généralement plusieurs pistes métalliques empilées sur plusieurs niveaux et isolées électriquement les unes des autres par des couches isolantes. Des vias traversent une ou plusieurs couches isolantes de la structure d'interconnexion de manière à relier électriquement entre elles les pistes métalliques. Dans une troisième phase du processus dite FBEOL (far back end of line), qui peut être incluse dans la phase BEOL, une extrémité de structure d’interconnexion peut être formée au-dessus du, ou au, dernier niveau de la structure d'interconnexion. Par extrémité de structure d’interconnexion, on entend le niveau le plus éloigné du substrat. Cette extrémité de structure peut comprendre au moins une piste métallique supplémentaire et/ou au moins un plot métallique pour relier des composants du circuit intégré à d'autres emplacements dudit circuit intégré ou pour relier le circuit intégré à un autre circuit électronique, par exemple un circuit imprimé. L’extrémité de la structure d'interconnexion peut être adaptée à faciliter l’encapsulation du circuit intégré dans une résine pour intégrer ledit circuit intégré dans un boîtier électronique. Les vias, les pistes métalliques, ainsi que la piste métallique supplémentaire et/ou le plot métallique (plus largement les éléments d’interconnexion), peuvent être en cuivre, qui remplace de plus en plus l’aluminium dans les circuits électroniques. En effet, le cuivre étant un meilleur conducteur que l'aluminium, les éléments d’interconnexion en cuivre peuvent avoir des dimensions plus réduites que celles en aluminium, et utiliser moins d'énergie pour faire passer l'électricité à travers eux. Une extrémité de structure d’interconnexion comprenant des éléments d’interconnexion en cuivre peut permettre de réaliser un contact cuivre-cuivre, par exemple par fil (wire bonding) sur le plot métallique, par exemple avant encapsulation dans un boîtier, ou par l’intermédiaire d’un pilier métallique et/ou d’une bille métallique. Cependant, il est préférable que le cuivre soit protégé de l’air, ou de toute atmosphère oxydante et/ou corrosive, au moins jusqu’à la mise en contact et l’encapsulation. Il existe un besoin d’une structure d’interconnexion pour circuit intégré qui comprenne, à son extrémité la plus éloignée du substrat, une métallisation de cuivre et qui permette de protéger le cuivre. Par raccourci, on désigne par le terme "extrémité" de la structure d’interconnexion, son extrémité la plus éloignée du substrat, et qui est adaptée à relier des composants du circuit intégré à d'autres emplacements dudit circuit intégré ou à relier le circuit intégré à un autre circuit électronique, par exemple un circuit imprimé. Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des structures d’interconnexion connues. Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d’une extrémité de structure d’interconnexion de circuit intégré, le procédé comprenant : - prévoir un circuit intégré comprenant une structure d’interconnexion comportant des éléments d’interconnexion en cuivre s’étendant au moins en partie à travers une couche isolante et affleurant à une première surface de ladite structure d’interconnexion ; - former une couche de protection sur la première surface de la structure d’interconnexion, ladite couche de protection comprenant un matériau adapté à protéger le cuivre des éléments d’interconnexion, par exemple de l’oxydation et/ou de la corrosion ; - former une couche de passivation sur la couche de protection, la couche de passivation présentant une première épaisseur ; puis - former une première ouverture dans la couche de passivation sur une deuxième épaisseur inférieure à la première épaisseur, de sorte à conserver une couche résiduelle de passivation au fond de la première ouverture. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre ; - former une couche isolante supplémentaire dans la première ouverture et sur la couche de passivation ; - former une deuxième ouverture dans la couche isolante supplémentaire, au droit de la première ouverture, depuis une première surface de ladite couche isolante supplémentaire jusqu’à la couche résiduelle de passivation ; puis - supprimer la couche résiduelle de passivation au fond de la première ouverture. Selon un mode de réalisation, la deuxième ouverture présente des dimensions latérales supérieures à la première ouverture. Selon un mode de réalisation, la couche de passivation est une structure multicouches comprenant au moins une première couche de passivation, par exemple en nitrure de silicium, sur la couche de protection, et au moins une autre couche sur la première couche de passivation, la première couche de passivation formant la couche résiduelle de passivation. Selon un mode de réalisation, la au moins une autre couche comprend une couche diélectrique, par exemple en dioxyde de silicium, sur la première couche de passivation et une deuxième couche de passivation, par exemple en nitrure de silicium, sur la couche diélectrique. Selon un mode de réalisation, la première épaisseur de la couche de passivation est comprise entre 710 et 1340 nm et l’épaisseur de la couche résiduelle de passivation est comprise entre 10 et 40 nm. Selon un mode de réalisation, l’étape de formation de la première ouverture et/ou l’étape de formation de la deuxième ouverture et/ou l’étape de suppression de la couche résiduelle de passivation comprend une étape de gravure sèche. Selon un mode de réalisation : - la couche de protection est formée par une technique de dépôt de couche atomique ; et/ou - la couche de passivation est formée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur, par exemple une technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Un mode de réalisation prévoit un circuit intégré comprenant une structure d’interconnexion comportant des éléments d’interconnexion en cuivre s’étendant au moins en partie à travers une couche isolante et affleurant à une première surface de ladite structure d’interconnexion, une extrémité de structure d’interconnexion comprenant : - une couche de protection sur la première surface de la structure d’interconnexion, ladite couche de protection comprenant un matériau adapté à protéger le cuivre des éléments d’interconnexion, par exemple de l’oxydation et/ou de la corrosion ; - une couche de passivation sur la couche de protection ; et - une première ouverture dans la couche de passivation s’étendant jusqu’à la couche de protection. Selon un mode de réalisation, l’extrémité de structure d’interconnexion comprend en outre : - une couche isolante supplémentaire dans la première ouverture et sur la couche de passivation ; et - une deuxième ouverture dans la couche isolante supplémentaire, au droit de la première ouverture, au moins une partie de ladite deuxième ouverture s’étendant jusqu’à la couche de protection. Selon un mode de réalisation, la deuxième ouverture présente des dimensions latérales supérieures à la première ouverture. Selon un mode de réalisation, la couche de passivation est une structure multicouches comprenant : - une première couche de passivation, par exemple en nitrure de silicium, sur la couche de protection ; - une couche diélectrique, par exemple en dioxyde de silicium, sur la première couche de passivation ; et - une deuxième couche de passivation, par exemple en nitrure de silicium, sur la couche diélectrique. Selon un mode de réalisation, l’extrémité de la structure d’interconnexion est obtenue en mettant en oeuvre le procédé selon un mode de réalisation. Selon un mode de réalisation, le circuit intégré comprend en outre un élément de contact électrique dont une première extrémité est reliée à au moins un des éléments d’interconnexion, l’élément de contact électrique étant par exemple un fil, un pilier et/ou une bille. Selon un mode de réalisation, la couche de protection : - est un matériau isolant ou diélectrique, en particulier incluant de l'aluminium et/ou de l’hafnium ; et/ou - a une épaisseur comprise entre 1 nm et 100 nm, par exemple entre 5 nm et 50 nm. 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 : la , la , la , la et la sont des vues en coupe illustrant une structure d’interconnexion à l’issue des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication ; la , la , la , la , la et la sont des vues en coupe illustrant une structure d’interconnexion à l’issue des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe représentant partiellement un exemple de circuit intégré après encapsulation, dans lequel un plot d’interconnexion de la structure d’interconnexion est mis en contact avec un fil de cuivre ; et la est une vue en coupe représentant partiellement un autre exemple de circuit intégré dans lequel un plot d’interconnexion de la structure d’interconnexion est mis en contact avec un pilier de cuivre. Procédé de fabrication d’une extrémité de structure d’interconnexion (202) de circuit intégré (200 ; 300 ; 400), le procédé comprenant : - prévoir un circuit intégré comprenant une structure d’interconnexion (202) comportant des éléments d’interconnexion (214, 216) en cuivre s’étendant au moins en partie à travers une couche isolante (212) et affleurant à une première surface (202A) de ladite structure d’interconnexion ; - former une couche de protection (225) sur la première surface de la structure d’interconnexion, ladite couche de protection comprenant un matériau adapté à protéger le cuivre des éléments d’interconnexion, par exemple de l’oxydation et/ou de la corrosion ; - former une couche de passivation (220) sur la couche de protection, la couche de passivation présentant une première épaisseur (e1) ; puis - former une première ouverture (224) dans la couche de passivation sur une deuxième épaisseur (e2) inférieure à la première épaisseur, de sorte à conserver une couche résiduelle de passivation (221) au fond de la première ouverture. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre : - former une couche isolante supplémentaire (226) dans la première ouverture (224) et sur la couche de passivation (220) ; - former une deuxième ouverture (227) dans la couche isolante supplémentaire (226), au droit de la première ouverture (224), depuis une première surface (226A) de ladite couche isolante supplémentaire jusqu’à la couche résiduelle de passivation (221) ; puis - supprimer la couche résiduelle de passivation (221) au fond de la première ouverture. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la deuxième ouverture (227) présente des dimensions latérales supérieures à la première ouverture (224). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de passivation (220) est une structure multicouches comprenant au moins une première couche de passivation (221), par exemple en nitrure de silicium, sur la couche de protection (225), et au moins une autre couche (222, 223) sur la première couche de passivation (221), la première couche de passivation (221) formant la couche résiduelle de passivation. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la au moins une autre couche comprend une couche diélectrique (222), par exemple en dioxyde de silicium, sur la première couche de passivation (221) et une deuxième couche de passivation (223), par exemple en nitrure de silicium, sur la couche diélectrique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première épaisseur (e1) de la couche de passivation (220) est comprise entre 710 et 1340 nm et l’épaisseur de la couche résiduelle de passivation (221) est comprise entre 10 et 40 nm. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de formation de la première ouverture et/ou l’étape de formation de la deuxième ouverture et/ou l’étape de suppression de la couche résiduelle de passivation comprend une étape de gravure sèche. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel : - la couche de protection (225) est formée par une technique de dépôt de couche atomique ; et/ou - la couche de passivation (220) est formée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur, par exemple une technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Circuit intégré (200 ; 300 ; 400) comprenant une structure d’interconnexion (202) comportant des éléments d’interconnexion (214, 216) en cuivre s’étendant au moins en partie à travers une couche isolante (212) et affleurant à une première surface (202A) de ladite structure d’interconnexion, une extrémité de structure d’interconnexion comprenant : - une couche de protection (225) sur la première surface (202A) de la structure d’interconnexion (202), ladite couche de protection comprenant un matériau adapté à protéger le cuivre des éléments d’interconnexion, par exemple de l’oxydation et/ou de la corrosion ; - une couche de passivation (220) sur la couche de protection ; et - une première ouverture (224) dans la couche de passivation (220) s’étendant jusqu’à la couche de protection (225). Circuit intégré selon la revendication 9, dans lequel l’extrémité de structure d’interconnexion comprend en outre : - une couche isolante supplémentaire (226) dans la première ouverture (224) et sur la couche de passivation (220) ; et - une deuxième ouverture (227) dans la couche isolante supplémentaire (226), au droit de la première ouverture (224), au moins une partie de ladite deuxième ouverture s’étendant jusqu’à la couche de protection (225). Circuit intégré selon la revendication 10, dans lequel la deuxième ouverture (227) présente des dimensions latérales supérieures à la première ouverture (224). Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel la couche de passivation (220) est une structure multicouches comprenant : - une première couche de passivation (221), par exemple en nitrure de silicium, sur la couche de protection (225) ; - une couche diélectrique (222), par exemple en dioxyde de silicium, sur la première couche de passivation (221) ; et - une deuxième couche de passivation (223), par exemple en nitrure de silicium, sur la couche diélectrique (222). Circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 9 à 12, dans lequel l’extrémité de la structure d’interconnexion est obtenue en mettant en oeuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Circuit intégré (300 ; 400) selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, comprenant en outre un élément de contact électrique (302 ; 402) dont une première extrémité (302A ; 402A) est reliée à au moins un des éléments d’interconnexion (214, 216), l’élément de contact électrique étant par exemple un fil (302), un pilier (402) et/ou une bille. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ou circuit intégré selon l’une quelconque des revendications 9 à 14, dans lequel la couche de protection : - est un matériau isolant ou diélectrique, en particulier incluant de l'aluminium et/ou de l’hafnium ; et/ou - a une épaisseur comprise entre 1 nm et 100 nm, par exemple entre 5 nm et 50 nm.