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FR2884646A1 - Procede de fabrication d'un circuit integre comprenant un condensateur tridimensionnel - Google Patents

Procede de fabrication d'un circuit integre comprenant un condensateur tridimensionnel Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de fabrication au sein d'un circuit intégré (CI) d'un condensateur ayant au moins deux tranchées capacitives (3a, 3b) s'étendant au sein d'un matériau diélectrique, caractérisé par le fait qu'on réalise une couche métallique (1a) noyée dans ledit matériau diélectrique, on grave le matériau diélectrique avec arrêt sur ladite couche métallique (1a) de façon à former lesdites tranchées (3a, 3b) et on dépose une couche de matériau conducteur formant l'électrode inférieure (4a) du condensateur, au moins sur les flancs desdites tranchées et au contact de ladite couche métallique (1a), ainsi qu'un circuit intégré comprenant un tel condensateur.

Description

au sein d'un matériau diélectrique. Ce procédé comprend la réalisation
d'une couche métallique noyée dans ledit matériau diélectrique, une gravure du matériau diélectrique avec arrêt sur ladite couche métallique de façon à former lesdites tranchées, puis le dépôt d'une
couche de matériau conducteur formant l'électrode inférieure du condensateur, au moins sur les flancs desdites tranchées et au contact de ladite couche métallique.
Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend en outre la formation au sein du matériau diélectrique d'une prise de contact s'appuyant sur une partie de ladite couche métallique.
Selon un autre mode de mise en oeuvre dans lequel le condensateur s'étend sur au moins deux niveaux d'interconnexions du circuit intégré, et ladite couche métallique noyée forme partie du niveau de métallisation d'un niveau d'interconnexion inférieur, le procédé comprend en outre la formation au sein du matériau diélectrique d'une prise de contact s'appuyant directement sur ladite électrode inférieure à un niveau d'interconnexion supérieur situé au-dessus dudit niveau d'interconnexion inférieur.
L'invention porte également sur un circuit intégré comprenant au moins un condensateur s'étendant au sein d'un matériau diélectrique, comprenant une couche métallique noyée dans ledit matériau diélectrique, au moins deux tranchées capacitives, dont les fonds s'appuient sur ladite couche métallique et une couche de matériau conducteur formant l'électrode inférieure du condensateur, située au moins sur les flancs desdites tranchées et au contact de ladite couche métallique.
Selon un mode de réalisation, le circuit intégré comprend, au sein du matériau diélectrique, une prise de contact s'appuyant sur une partie de ladite couche métallique.
Selon un autre mode de réalisation, le circuit intégré comprend le condensateur s'étendant sur au moins deux niveaux d'interconnexions du circuit intégré, ladite couche métallique noyée formant partie du niveau de métallisation d'un niveau d'interconnexion inférieur. Le circuit intégré comprend en outre, au sein du matériau diélectrique, une prise de contact s'appuyant directement sur ladite électrode inférieure à un niveau d'interconnexions supérieur situé au-dessus du niveau d'interconnexion inférieur.
D'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l'invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels les figures 1 à 8 illustrent schématiquement les principales étapes d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'un condensateur tridimensionnel selon l'invention la figure 9 illustre un autre mode de réalisation du condensateur tridimensionnel selon l'invention.
La figure 1 représente un circuit intégré CI comprenant un substrat de silicium A, sur lequel a été déposée une couche de diélectrique B, sur laquelle repose plusieurs niveaux d'interconnexions C, D et E. Chaque niveau d'interconnexion comporte un niveau de métallisation formé de pistes métalliques et un niveau de vias, le tout enrobé dans un matériau diélectrique. La réalisation de chaque niveau d'interconnexion est classique et connue en soi. Dans l'exemple décrit ici, le niveau de métallisation M; du niveau d'interconnexion C comprend une couche de métal la. La couche la peut être en aluminium ou en cuivre. Le niveau de métallisation M;+, du niveau d'interconnexion D comprend une ligne d'interconnexion ou piste lb. Le niveau de métallisation M;+, du niveau d'interconnexions E comprend une ligne d'interconnexion ou piste 1c. Les lignes d'interconnexions la, lb, le des différents niveaux d'interconnexions C, D, E sont reliées entre elles par les vias Va, Vb, Vc ménagées dans les matériaux diélectriques 2a, 2b et 2c. Les niveaux d'interconnexions B, C, D et E peuvent incorporer des composants passifs.
La figure 2 illustre la réalisation de deux tranchées au sein du circuit intégré CI. Les deux tranchées 3a et 3b ont été réalisées de façon classique et connue en soi au sein des diélectriques intermétalliques 2a, 2b et 2c des niveaux C, D et E par photolithographie puis gravure. La gravure de ces tranchées s'arrête sur la couche métallique la.
La figure 3 illustre la formation classique, par exemple par dépôt, d'un empilement capacitif formé de 3 couches successives de métal 4a-isolant 4b-métal 4c. Les couches métalliques formant les électrodes peuvent être en TiN, W, TaN. La couche d'isolant peut être constituée de SiO2 ou d'un diélectrique tel que le Ta205, Al203, SiN, HfO2, High-K....
Cet empilement capacitif est notamment déposé sur les flancs des tranchées et dans le fond de celles-ci, de sorte que la couche métallique inférieure 4a vienne au contact de la couche métallique la. Cette couche métallique 4a est destinée à former l'électrode inférieure du condensateur.
La figure 4 illustre le remplissage des tranchées par un matériau conducteur 5, tel que W, TiN, Al, par exemple par dépôt.
Cette couche de matériau 5 permet de court-circuiter l'électrode supérieure 4c du condensateur et de réduire par conséquent la résistance d'accès. Par ailleurs, l'épaisseur de cette couche 5 est avantageusement choisie égale à celle des pistes métalliques du niveau correspondant de métallisation, c'est-à-dire le niveau Mi+3 situé au-dessus du niveau M;+2. La réalisation des vias est de ce fait facilitée: les vias Vdl et Vd2 réalisés ultérieurement (voir figure 8) débouchent simultanément sur cette couche métallique 5 (pour Vd2), ainsi que sur la piste métallique 9 (pour Vdl) situées au même niveau.
La figure 5 illustre le condensateur après la gravure des couches métalliques supérieures 5 et 4c de façon à former l'électrode supérieure dudit condensateur.
La figure 6 illustre le condensateur tridimensionnel après gravure simultanée du diélectrique 4b et de l'électrode inférieure 4a.
Cette gravure est avantageusement effectuée de manière à déporter légèrement le diélectrique 4b et l'électrode inférieure 4a sous-jacente par rapport aux couches métalliques 4c et 5 formant l'électrode supérieure, constituant la partie déportée P. On évite ainsi de courtcircuiter latéralement l'électrode inférieure et l'électrode supérieure du condensateur lors de la gravure ou de produire des fuites de courant entre les deux électrodes. La distance d entre l'extrémité de l'électrode supérieure 4c et 5 et l'extrémité de l'empilement du diélectrique 4b et de l'électrode inférieure 4a est par exemple de 0,5 5!lm.
On réalise ensuite de façon classique le niveau de métallisation M; +3 (figure 7) pour former notamment la piste 9 en contact avec le via Vc.
La figure 8 illustre la fin du procédé de réalisation du niveau d'interconnexions F par dépôt d'un diélectrique 2d. Un via Vd, est réalisé dans le prolongement des vias Vc, Vb, Va et des lignes d'interconnexions la, lb, le et 9. Un second via Vd2 est réalisé de manière à venir contacter la couche de métal 5 de l'électrode supérieure du condensateur. Des lignes d'interconnexions l0a et 10b sont ensuite réalisées au niveau de métal M;+4 sur les vias Vd, et Vd2.
La prise de contact sur l'électrode inférieure 4a s'effectue par les pistes 10a, 9, lc, lb, les vias Vd,, Vc, Vb, Va et la couche métallique la. La prise de contact sur l'électrode supérieure s'effectue par la piste 10b, le via Vd2 et la couche métallique 5.
Dans le mode de réalisation de la figure 9, la prise de contact sur l'électrode inférieure 4a s'effectue directement sur celle-ci et non pas par l'intermédiaire de la couche métallique la. A cet égard, le procédé de fabrication d'un tel condensateur ne comporte pas la réalisation des vias Va, Vb et Vc, ni celle des pistes lb, le et 9. La gravure simultanée du diélectrique 4b et de la couche 4a est effectuée de façon à obtenir une partie déportée P ayant une longueur d suffisante pour permettre la réalisation du via Vdl venant contacter la partie déportée de l'électrode inférieure 4a.
Alors que dans le mode de réalisation de la figure 8, la couche la avait également une fonction de prise de contact sur l'électrode inférieure, la fonction de la couche métallique la dans le mode de réalisation de la figure 9 est d'être une couche d'arrêt de gravure des tranchées et de court-circuit de l'électrode inférieure.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication au sein d'un circuit intégré (CI) d'un condensateur ayant au moins deux tranchées capacitives (3a, 3b) s'étendant au sein d'un matériau diélectrique, caractérisé par le fait qu'on réalise une couche métallique (la) noyée dans ledit matériau diélectrique, on grave le matériau diélectrique avec arrêt sur ladite couche métallique (la) de façon à former lesdites tranchées et on dépose une couche de matériau conducteur formant l'électrode inférieure (4a) du condensateur, au moins sur les flancs desdites tranchées (3a, 3b) et au contact de ladite couche métallique (la).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre la formation au sein du matériau diélectrique d'une prise de contact s'appuyant sur une partie de ladite couche métallique (la).
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le condensateur s'étend sur au moins deux niveaux d'interconnexions du circuit intégré, ladite couche métallique (la) noyée formant partie du niveau de métallisation d'un niveau d'interconnexion inférieur (Mi) et par le fait que le procédé comprend en outre la formation au sein du matériau diélectrique d'une prise de contact s'appuyant directement sur ladite électrode inférieure à un niveau d'interconnexions supérieur (Mi+3) situé au-dessus du niveau d'interconnexion inférieur (M;).
4. Circuit intégré comprenant au moins un condensateur s'étendant au sein d'un matériau diélectrique, comprenant une couche métallique (la) noyée dans ledit matériau diélectrique, au moins deux tranchées capacitives (3a, 3b), dont les fonds s'appuient sur ladite couche métallique (la) et une couche de matériau conducteur formant l'électrode inférieure (4a) du condensateur, située au moins sur les flancs desdites tranchées et au contact de ladite couche métallique (la).
5. Circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend, au sein du matériau diélectrique, une prise de contact s'appuyant sur une partie de ladite couche métallique.
6. Circuit intégré selon la revendication 4, caractérisé en ce le condensateur s'étend sur au moins deux niveaux d'interconnexions du circuit intégré (CI), ladite couche métallique (la) noyée formant partie du niveau de métallisation d'un niveau d'interconnexion inférieur (Mi) et par le fait qu'il comprend en outre, au sein du matériau diélectrique, une prise de contact s'appuyant directement sur ladite électrode inférieure (4a) à un niveau d'interconnexions supérieur (Mi+3) situé au- dessus du niveau d'interconnexion inférieur (M;).
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