Brevet FR2149303A1 — publié le 19730330

La présente invention concerne un procédé de contrôle sur une plaquette semi-conductrice, de l'alignement des diverses photogravures nécessaires à la formation d'au moins un dispositif de type planaire. On sait qu'unie photogravure, telle qu'elle est effectuée sur les dispostifs semi-conducteurs, représente l'ensemble des opérations qui permet soit d'enlever localement l'oxyde recouvrant les plaques semi-conductrices, soit de découper une couche métallique pour lui donner la forme de connexions. Dans une opération de photogravure, les zones qui ne doivent pas être attaquées sont protégées, pendant l'attaque chimique, par un revêtement résistant au bain d'attaque. La forme de ces zones est obtenue par une méthode photographique, utilisant une laque photosensible exposée à travers un masque ayant la forme et les dimensions de ces zones. Le processus de photogravure se décompose en deux groupes d'opération : le le premier destiné à protéger les zones ne devant pas etre attaquées et qui consiste essentiellement en un procédé photographique utilisant une laque photosensible et le second comportant notamment l'opération de gravure durant laquelle est effectuée une attaque chimique suivie de toutes les opérations ayant pour but d'enlever la couche protectrice lorsque celle-ci a joué son rôle. Or, la qualité du dispositif terminé dépend pour beaucoup non seulement de la qualité des diverses photogravures mais également de leur alignement. En effet, à chaque photogravure à l'exception de la première, il faut mettre en place les motifs à graver dans une position rigoureusement déterminée par rapport à celle des motifs gravés précédemment. La précision demandée est le plus souvent de 11 ordre du micron, et même supérieure, et doit être respectée sur la totalité de la surface de la plaquette semi-conductrice. Des machines ont été conçues pour réaliser cette opération qu'un microscope permet de contrôler, les erreurs pouvant être corrigées à l'aide d'un micromanipulateur. Mais, malgré les possibilités qu'offrent les machines les plus récentes, la précision des alignements reste très relative dans les empilements de motifs dont les dimensions diffèrent peu d'un motif à l'autre; celà est surtout vrai pour les petits motifs qui sont difficiles à mettre en place, même sous microscope à fort grossissement. Or, dans l'élaboration d'un transistor ou d'un circuit intégré basée sur la technique planar, la photogravure représente environ 40 % du total des opérations. En effet, les opérations de photogravure s'étendent tout au long du processus d'élaboration physique du transistor ou du circuit intégré, e-n alternance avec les autres opérations et chaque opération de photogravure conditionne toutes les opérations suivantes et influe sur leurs résultats. Le but de la présente invention est donc de réaliser un moyen de contrôle de l'alignement des diverses photogravures les unes par rapport aux autres lors de l'élaboration desdites photogravures. En effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle, sur une plaquette semi-conductrice, de l t alignement des diverses photogravures nécessaires à la formation d'au moins un dispositif de type planaire remarquable en ce que, simultanément à une première opération de photogravure et dans les mêmes conditions, on élabore un premier motif de contrôle comportant au moins un ensemble en forme de deux escaliers symétriques-par rapport à un centre et en ce que, simultanément à une seconde opération de photogravure suivant immédiatement la précédente et en superposition du premier motif, on élabore, dans les mêmes conditions, un second motif de contrôle comportant au moins un rectangle et en ce que l'on compare la position du rectangle-du second motif par rapport à celle des escaliers du premier motif. Avantageusement, les escaliers du premier motif sont constitués d'un nombre impair de marches et l'intervalle entre deux marches en regard l'une de l t autre est égal à la largeur du rectangle du second motif. Si le rectangle se superpose aux marches centrales des deux escaliers ou à des marches symétriques par rapport aux marches centrales, celà laisse entendre que les deux photogravures successives correspondant aux deux motifs de contrôle sont alignées, sinon la superposition se fait sur des marches non symétriques. De préférence, la hauteur des marches constituant les escaliers du premier motif est constante et choisie en fonction du type de dispositifs réalisés sur la plaquette semi-conductrice et de l'ordre de grandeur des dimensions des îlots diffusés pour réaliser ceux-ci. Eventuellement, les motifs étudiés isolément peuvent permettre de donner des renseignements sur la définition, la résolution et la précision dimensionnelle des photogravures. Dans une forme préférentielle de mise en oeuvre du procédé, le premier motif comporte deux ensembles de deux escaliers symétriques disposés orthogonalement et le second motif comporte deux rectangles également disposés orthogonalement, chacun d'entre eux étant associé à un ensemble de deux escaliers symétriques. Ainsi, on peut mesurer les défauts d'alignement suivant deux directions privilégiées à partir desquelles il est éventuellement possible de déterminer, par le calcul, la valeur et la direction réalle du défaut. La descriptinn qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures l à 4 illustrent quatre opérations de photogravure effectuées sur l'un des groupes de motifs de contrôle d'une plaquette semi-conductrice sur laquelle sont réalisés des transistors. Les figures portant l'indice 'tb't montrent des coupes partielles suivant les flèches respectives A, B, C et D des vues de dessus représentées sur les figures portant l'indice tata". Il est à noter que, sur les dessins, les dimensions sont consi dérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Le choix de la description s'est porté sur le contrôle de l'alignement des photogravures d'un transistor, mais il est évident que, hormis le fait que le nombre de motifs à photograver est différent, la description est similaire dans le cas de circuits intégrés. De même, on ne montre ci-dessous qu'un groupe de motifs disposé dans une direction déterminée mais la mise en oeuvre du procédé est identique si l'on prévoit deux groupes de motifs disposés orthogonalement l'un par rapport à l'autre. Les figures la et lb correspondent à la première phase de réalisation d'un transistor, à savoir l'élaboration de la base. La plaquette 1 d'un matériau d'un type de conduction approprié, silicium de type N par exemple, est recouverte dtune couche d'oxyde 2. Pour former la base d'un transistor, il est nécessaire d'ouvrir une fenêtre dans ladite couche d'oxyde 2, fenêtre par laquelle l'on dépose et diffuse ensuite les impuretés de type P. Simultanément à cette opération, on photograve également, dans la zone de la plaquette destinée aux contrôles, un premier motif composé de deux escaliers 3a et 3b symétriques par rapport à un point H et une ouverture 4 nécessaire au contrôle des opérations ultérieures. Simultanément à la diffusion des impuretés nécessaires à la création des îlots de base des transistors on diffuse les mêmes impuretés dans les ouvertures 3a, 3b et 4 pour obtenir les îlots 5a, 5b et 6. A ce moment, figures 2a et 2b, les surfaces de la plaquette 1 mises à nu se recouvrent d'une nouvelle couche d'oxyde 7. Dans l'élaboration du transistor, l'opération suivante conciste à former l'émetteur dans l'îlot de base. En conséquence, simultanément à cette opération, on photograve la nouvelle couche d'oxyde de 7 pour ouvrir, d'une part, un motif 8 en forme de rectangle, associé aux motifs 3a et 3b et, d'autre part, les motifs 9a et 9b de forme en escaliers identique à celle desdits motifs 3a et 3b, nécessaires aux contrôles d'alignement suivants. Par ces ouvertures, on diffuse des impuretés de type de conduction oppcsé à celui des îlots 5a, 5b et 6 pour obtenr les nouveaux lots 10a et lOb de type N qui se recouvrent alors d'une nouvelle couche d'oxyde 11 (fig. 3a et 3b). L'ultime opération, sur un transistor, consiste à prendre les contacts sur l'émetteur et sur la base, la prise de contact sur le collecteur étant effectuée, le plus souvent, directement par la soudure de la plaquette semi-conductrice sur un boltier métallique. Pour ce faire, on ouvre de nouvelles fenêtres dans l'oxyde, en regard de la base et de l'émetteur, et l'on dépose une couche métallique, le plus souvent de l'aluminium, que l'on photograve ensuite. Ces opérations qui correspondent donc à deux photogravures font l'objet d'un contrôle d'alignement d'une part entre elles et, d'autre part, par rapport à la photogravure précédente. En effet, à l'ouverture des fenêtres sur la base et l'émetteur, on fait correspondre la photogravure, dans la couche d'oxyde 7, du motif 12 en forme de rectangle qui est associé aux motifs 9a et 9b et, par ailleurs, la photogravure des motifs 13a et 13b. On recouvre l'ensemble de la surface de la plaquette 1 par une couche métallique 14 (figure 4a et 4b) et l'on contrôle alors l'alignement de la photogravure de cette couche 14 par rapport à la photogravure précédente en découpant simultanément dans la couche 14 le motif 15 associé aux motifs 13a et 13b. L'association des motifs 3a et 3b avec 8, 9a et 9b avec 12, 13a et 13b avec 15 permet de déterminer la qualité de l'alignement des photogravures les unes par rapport aux autres et, même, en comparant les motifs avec les masques utilisés il est possible d'obtenir d'utiles renseignements sur la résolution et la précision dimensionnelle des photogravures. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrôle, sur une plaquette semi-conductrice, de l'alignement des diverses photogravures nécessaires à la formation d'au moins un dispositif de type planaire, caractérisé en ce que, simultanément à une première opération de photogravure et dans les mêmes conditions, on élabore un premier motif de contrôle comportant au moins un ensemble en forme de deux escaliers symétriques et en ce que, simultanément à une seconde opération de photogravure suivant immédiatement la précédente et en superposition du premier motif, on élabore, dans les mêmes conditions, un second motif de cnntrôle comportant au moins un rectangle et en ce que l'on compare la position du rectangle du second motif par rapport à celle des es-caliers du premier motif. 2.- Procédé de contrôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que les escaliers du premier motif sont constitués d'un nombre impair de marches. 3.- Procédé de contrôle selon l'ensemble des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'intervalle entre deux marches en regard l'une de l'autre est égal à la largeur du rectangle du second motif. 4.- Procédé de contrôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que la hauteur des marches constituant les escaliers du premier motif est constante et de l'ordre des dimensions des îlots diffusés des dispositifs réalisés sur la plaquette semi-conductrice. 5.- Procédé de contrôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier motif de contrôle comporte deux ensembles de deux escaliers symétriques disposés orthogonalement et en ce que le second motif comporte deux rectangles également disposés orthogonalement, chacun d'entre eux étant associé à un ensemble de deux escaliers symétriques. 6.- Dispositif semi-conducteur portant des motifs de contrôle selon l'une des revendications 1 à 5.