FR2793952A1 - Procede de realisation d'un niveau d'interconnexion de type damascene comprenant un dielectrique organique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de réalisation d'un niveau d'interconnexion de type Damascène sur un dispositif semi-conducteur, comprenant les étapes consistant à : - déposer une première couche constituée de matériau organique à faible constante diélectrique sur le dispositif semi-conducteur,- déposer une deuxième couche constituée de matériau minéral sur la première couche,- déposer une troisième couche constituée de matériau organique sur la deuxième couche, cette troisième couche étant destinée à servir de résist pour la gravure de la deuxième couche,- former un motif d'interconnexions dans la troisième couche,- graver par plasma la deuxième couche selon le motif d'interconnexions jusqu'à révéler la première couche, la gravure provoquant la formation d'une croûte à la surface du résist,- soumettre d'abord le résist à un plasma de " stripping " de type " downstream " à basse température pour fragiliser la croûte de surface,- éliminer ensuite le résist ainsi traité par voie humide en utilisant une solution chimique apte à dissoudre le résist traité sans modifier les caractéristiques électriques de la première couche,- procéder à la mise en place des interconnexions.
Description
PROCEDE <B>DE</B> REALISATION <B>D'UN</B> NIVEAU D'INTERCONNEXION<B>DE</B> TYPE DAMASCENE <B>COMPRENANT UN</B> DIELECTRIQUE <B>ORGANIQUE</B> Domaine technique La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un niveau d'interconnexion de type Damascène comprenant un diélectrique organique<B>à</B> faible constante diélectrique. Elle s'applique en particulier au domaine des interconnexions pour circuits intégrés utilisant du cuivre comme matériau conducteur.
Etat de la technique antérieure Une structure Damascène est formée par le dépôt, sur une face<B>à</B> connecter d'un dispositif micro- électronique, d'au moins une couche de matériau diélectrique, par la gravure de trous (pour les interconnexions verticales) et de tranchées (pour les interconnexions horizontales) dans cette couche de matériau diélectrique, par le dépôt d'une couche métallique sur la couche de matériau diélectrique gravée et par le polissage de l'excès de métal afin d'obtenir les lignes d'interconnexions.
L'amélioration des performances des circuits intégrés (vitesse, faible consommation) a nécessité un changement dans les matériaux qui étaient utilisés. Afin de diminuer la capacité existant entre les lignes conductrices, il est avantageux d'utiliser comme matériau diélectrique certains mal1--ér#Laux organiques dont la constante diélectrique est inférieure<B>à</B> celle des matériaux isolants habituellement utilisés comme le dioxyde de silicium. L'amélioration de ces performances passe aussi par l'emploi d'un métal plus conducteur que l'aluminium classiquement utilisé pour réaliser les lignes d'interconnexions. Le cuivre, qui a une résistivité deux fois plus faible que l'aluminium dopé au cuivre, est apparu comme le meilleur candidat. L'utilisation de couches intermédiaires est alors devenue nécessaire<B>:</B> couche barrière<B>à</B> la diffusion du cuivre, couche d'arrêt de polissage, couche constituant un masque dur.
La constitution des lignes conductrices d'interconnexions nécessite des opérations de masquage et de gravure de couches diélectriques. Tant que les couches diélectriques étaient en matériau minéral, le retrait de la résine de masquage ne présentait aucun problème puisque les procédés de retrait n'affectaient pas les couches minérales. La perspective de l'utilisation de matériau organique comme couche diélectrique dans une structure Damascène pose maintenant le problème de l'élimination de la résine de masquage sans altérer le reste de la structure et en particulier sans altérer la couche diélectrique en matériau organique. Exposé de l'invention La présente invention a été conçue pour remédier au problème exposé ci-dessus. Elle permet de simplifier considérablement l'architecture d'assemblage de cette phase de fabrication des circuits intégrés.
L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'un niveau d'interconnexions de type Damascène sur un dispositif semi-conducteur, comprenant les étapes consistant<B>à :</B> <B>-</B> déposer une première couche constituée de matériau organique<B>à</B> faible constante diélectrique sur le dispositif semi-conducteur, <B>-</B> déposer une deuxième couche constituée de matériau minéral sur la première couche, <B>-</B> déposer une troisième couche constituée de matériau organique sur la deuxième couche, cette troisième couche étant destinée<B>à</B> servir de résist pour la gravure de la deuxième couche, <B>-</B> former un motif d'interconnexions dans la troisième couche, <B>-</B> graver par plasma la deuxième couche selon le motif d'interconnexions jusqu'à révéler la première couche, la gravure provoquant la formation d'une croûte<B>à</B> la surface du résist, <B>-</B> soumettre d'abord le résist <B>à</B> un plasma de "stripping" de type "downstream" <B>à</B> basse température pour fragiliser la croûte de surface, <B>-</B> éliminer ensuite le résist ainsi traité par voie humide en utilisant une solution chimique apte <B>à</B> dissoudre le résist traité sans modifier les caractéristiques électriques de la première couche, <B>-</B> procéder<B>à</B> la mise en place des interconnexions.
La deuxième couche peut notamment être une couche de masque dur.
Avantageusement, le plasma de "stripping" est réalisé<B>à</B> partir d'un mélange d'hydrogène et d'azote. De préférence, ladite solution chimique comprend un composé aminé comprenant de l'hydroxylamine et une base constituée par de l'hydroxycholine.
La solution chimique peut comprendre jusqu'à<B>10%</B> en volume du composé aminé HDA'#', jusqu'à <B>25%</B> en volume d'une base, le reste étant constitué de solvant et/ou d'eau.
Brève description des dessins.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront<B>à</B> la lecture de la description qui va suivre, donnée<B>à</B> titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels<B>:</B> <B>-</B> la figure<B>1</B> est une vue transversale d'une structure constituée d'un empilement de couches réalisées<B>à</B> la surface d'un substrat semi-conducteur, <B>-</B> la figure 2 montre le résultat d'une opération de gravure réalisée dans la structure représentée<B>à</B> la figure<B>1.</B>
Description détaillée de mode de réalisation de l'invention La figure<B>1</B> montre un empilement de couches déposées sur une surface d'un substrat semi-conducteur <B>1.</B> Le substrat<B>1</B> supporte d'abord une couche 2 en polymère<B>à</B> faible constante diélectrique, par exemple du benzocyclobutène (PCB), un polymère aromatique thermostable tel que le SiLK TM <B>,</B> du polyaryléther (PAE), destiné<B>à</B> supporter des trous d'interconnexion. La couche 2 supporte une couche<B>3</B> de matériau minéral<B>à</B> base de silicium (nitrure, oxyde, carbure). Afin de graver la couche<B>3,</B> on dépose sur celle-ci une couche 4 de résine.
Par lithographie, par exemple optique ou électronique, on forme un motif de gravure dans la couche de résine 4, ce qui permet de graver la couche minérale<B>3</B> sous-jacente. C'est ce que montre la figure 2. Une fois la gravure de la couche<B>3</B> effectuée, le problème est d'éliminer complètement la couche organique 4 ou résist sans altérer la couche organique 2. Ces deux couches étant de même nature, même si les matériaux qui les constituent ne possèdent pas la même formule chimique.
Il s'agit donc de ne pas consommer, modifier ou dégrader le matériau de la couche 2. La notion de consommation peut se résumer en une perte d'épaisseur de la couche 2. La notion de modification se situe au niveau de la constante diélectrique qui, si elle évolue, fait perdre au matériau ses qualités d'isolation. La notion de dégradation du matériau se caractérise par l'apparition de phénomènes de décollement (ou délamination) vis-à-vis des couches adjacentes. D'autre part, si on utilise du cuivre pour les lignes d'interconnexions, il faut tenir compte du fait que le cuivre est très sensible<B>à</B> la corrosion. Le procédé de retrait de la couche 4 doit donc être compatible avec la présence du cuivre car le risque d'atteindre ce métal, même encapsulé, existe.
Selon l'invention, la gravure de la couche <B>3</B> est une gravure plasma. Il se forme alors une croûte <B>à</B> la surface de la couche 4. Cette croûte est constituée du matériau de la couche 4<B>à</B> travers laquelle les espèces chimiques des gaz de gravure ont été adsorbées.
On procède alors de la manière suivante. Un plasma de listripping" de type "downstream" est appliqué,<B>à</B> basse température (de l'ordre de 130'C), sur la couche 4 pour ne pas dégrader le matériau organique de la couche 2. Cette opération permet de fragiliser la croûte de surface. Une chimie<B>à</B> base de gaz réducteurs, de type gaz inerte de protection (mélange d'hydrogène et d'azote) est utilisée. Une chimie purement oxydante (de type oxygène) consommerait en totalité le matériau de la couche 2.
L'opération suivante, par voie humide, utilise une chimie de type organique pour éliminer le reste de la couche 4 et nettoyer parfaitement la surface du matériau minéral gravé. Le phénomène utilisé est basé sur le principe d'un retrait par une technique de "lift-off" qui favorise d'autant le retrait du matériau de la couche 4 sans modifier le matériau de la couche 2. On peut pour cela utiliser une solution mise au point par la société EKC Technology Inc. basée<B>à</B> Hayward (Californie)<B>.</B> Cette solution comprend un composé aminé comprenant de l'hydroxylamine et une base constituée par de l'hydroxycholine. Ces produits permettent de faire gonfler les polymères et de les dissoudre. On peut citer<B>à</B> titre d'exemple les produits commercialisés<B>sous</B> les appellations EKC265 TM et Posistripe EKCO <B>LE.</B>
La solution chimique de dissolution peut être constituée du composé aminé commercialisé sous l'appellation HDATm jusqu'à<B>10%</B> en volume, jusqu'à<B>25%</B> en volume d'une base, le reste étant constitué de solvant et/ou d'eau. Comme solvant, on peut utiliser l'acétamide de diméthyle, le sulfoxyde diméthylique, le propylène glycol, le dipropylène glycol, l'éther monométhylique, le N-méthyl pyrrolidone, le N-cyclohexyl pyrrolidone.
Comme base, on peut utiliser la morpholine, la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la diglycolamine, le bicarbonate de choline, l'hydroxyde de tétraméthylammoniun et l'hydroxycholine. Les interconnexions peuvent être réalisées ensuite de manière connue de l'homme de l'art, par dépôt d'une couche métallique et polissage mécano- chimique de l'excès de métal.
Claims (1)
- REVENDICATIONS <B>1.</B> Procédé de réalisation d'un niveau d'interconnexion de type Damascène sur un dispositif semi-conducteur<B>(1)</B> comprenant les étapes consistant <B>à :</B> <B>-</B> déposer une première couche (2) constituée de matériau organique<B>à</B> faible constante diélectrique sur le dispositif semi-conducteur<B>(1),</B> <B>-</B> déposer une deuxième couche<B>(3)</B> constituée de matériau minéral sur la première couche (2), <B>-</B> déposer une troisième couche (4) constituée de matériau organique sur la deuxième couche, cette troisième couche (4) étant destinée<B>à</B> servir de résist pour la gravure de la deuxième couche <B>(3),</B> <B>-</B> former un motif d'interconnexions dans la troisième couche (4), <B>-</B> graver par plasma la deuxième couche (3) selon le motif d'interconnexions jusqu'à révéler la première couche (2), la gravure provoquant la formation d'une croûte<B>à</B> la surface du résist, <B>-</B> soumettre d'abord le résist <B>à</B> un plasma de "stripping" de type "downstream" <B>à</B> basse température pour fragiliser la croûte de surface, <B>-</B> éliminer ensuite le résist ainsi traité par voie humide en utilisant une solution chimique apte <B>à</B> dissoudre le résist traité sans modifier les caractéristiques électriques de la première couche (2), <B>-</B> procéder<B>à</B> la mise en place des interconnexions. 2. Procédé selon la revendication<B>1,</B> caractérisé en ce que le plasma de "stripping" est réalisé<B>à</B> partir d'un mélange d'hydrogène et d'azote. <B>3.</B> Procédé selon l'une des revendications<B>1</B> ou 2, caractérisé en ce que ladite solution chimique comprend un composé aminé comprenant de l'hydroxylamine et une base constituée par de l'hydroxycholine. 4. Procédé selon la revendication<B>1,</B> caractérisé en ce que ladite solution chimique comprend TM jusqu'à<B>10%</B> en volume du composé aminé HDA # jusqu'à <B>25%</B> en volume d'une base, le reste étant constitué de solvant et/ou d'eau.
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| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 175 (E - 0914) 6 April 1990 (1990-04-06) * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1999, no. 11 30 September 1999 (1999-09-30) * |
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