Brevet FR2809532A1 — publié le 20011130

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CIRCUITS SEMICOIDUCTEURS DOUBLE FACE présente invention concerne, de façon générale, la fabrication de composants semiconducteurs. Plus particulièrement, la présente invention concerne la fabrication de composants semiconducteurs pour lesquels des motifs sont formés sur les deux faces dl plaquette, le motif dune face étant aligné par rapport au motif de l'autre face. Pour de nombreux dispositifs semiconducteurs notamment des dispositifs de puissance, il est nécessaire d@effectuer les traitements "double face" mettant en jeu la gravure d'au moins une couche de produit photosensible, ci-après appelée photoré- sine, sur les deux faces dune plaquette semiconductrice selon des motifs alignés les uns par rapport aux autres. motif de chaque face est alors défini individuellement par un masque de gravure correspondant. Pour former un motif sur une première face, ci-après appelée face avant, en fonction d'un motif présent sur une seconde face, ci-après appelée face arrière, il existe des machines, telles que, par exemple, l'équipement MA150 commer cialisé par la société Karl Suss. De tels équipements comportent des dispositifs optiques permettant de repérer un motif présent sur la face arrière, ce qui permet de placer de façon appropriée une plaquette pour former sur la face avant le motif voulu par rapport au motif de la face arrière. Pour former simultanément les deux faces d'une plaquette semiconductrice des motifs alignés les uns par rapport aux autres, il existe des machines telles que, par exemple, la machine MA25 commercialisée par la société Karl Suss. Toutefois, une telle machine pose des problèmes notamment en termes de précision d'alignement des masques avant et arrière et de répétatibilité (dérives). On préfère donc, pour effectuer des traitements double face, utiliser une machine du type de la machine MA150 de la société susmentionnée selon la séquence 'étapes exposée ci-après en relation avec la figure 1. La figure 1 présente la séquence d'étapes mise en oeuvre classiquement pour effectuer une gravure double face d'une photorésine et d'au moins une couche sous-jacente, les deux faces étant gravées selon des motifs alignés les uns par rapport aux autres. Selon ce procédé, on commence par traiter l'une des deux faces, par exemple la face arrière. Le traitement de cette face comporte les étapes suivantes 1. Dépôt sur la face avant d'une couche de photorésine négative. Plus particulièrement, la photorésine est généralement déposée sous forme liquide par centrifugation. 2. Premier recuit. La plaquette est chauffée, ou recuite, de façon à solidifier la photorésine. Ce premier recuit consiste généralement en un passage relativement rapide sur une plaque chauffée à une température relativement élevée par rapport à la température ambiante. Pour une résine de type SC 100 de la société Arch Chemicals, la plaquette est chauffée pendant sensi blement une minute à une température d'environ 85 C. 3. Retournement de la plaquette et dépôt de photorésine sur la face arrière. 4. Deuxième recuit, également destiné à solidifier la photorésine. Cette étape ne peut pas être effectuée de façon similaire à l'étape 2 de premier recuit. on procède alors à un étuvage par lot, dont la température est identique à celle de liétape 2 de premier recuit, les conditions de solidification étant fixées par le seul matériau photosensible. 5. Exposition à un rayonnement ultraviolet, ci-après appelée ,insolation", d'une des deux faces, par exemple la face arrière. Cette insolation de la face arrière s'effectue à laide d'un masque qui comporte des parties transparentes et des parties opaques au rayonnement. régions de la photorésine sous- jacentes aux parties transparentes sont alors polymérisées tandis que les régions sous-jacentes aux parties opaques conservent leur structure initiale. 6. "Développement de la face arrière. Cette étape consiste à soumettre la photorésine à une gravure spécifique propre, dans le cas consideré dune résine négative, à éliminer les seules régions non-polymérisées (non-éclairées) de la face arrière. on notera qu'à ce stade la photorésine en face avant est protégée à l'encontre d telle gravure. Cette protection est assurée par une insolation de toute la face avant, effectuée avant ou après l'étape 5 insolation sélective de la face avant. 7. Troisième recuit destiné à éliminer par évaporation les traces des solvants gravure utilisés à l'étape précédente 6 de développement de la face arrière et à accentuer le durcis sement de la photorésine sur les deux faces afin de garantir sa résistance lors du traitement qui suit. Ce troisième recuit est donc effectué dans des conditions de température propres à durcir la photorésine. Dans le cas considéré dune résine de type SC 100, on effectue un passage trentaine de minutes en étuve à environ 130 C. 8. Traitement de face arrière. La seule face arrière est soumise à un quelconque traitement, par exemple une gravure des parties de la couche sous 'acente découvertes par l'ouverture de la couche de photorésine lors de l'étape 6 de développement de la face arrière. 9. Premier retrait, qui termine le traitement de la face arrière par une étape nettoyage, qui consiste essentiel- lement à retirer la photorésine sur les deux faces de plaquette. On met alors en oeuvre un procédé de traitement de face avant se déduisant de celui exposé précédemment pour la face arrière. À partir de l'étape 9 de premier retrait, et après nettoyages appropriés, la séquence d'étapes est alors suivante 11. Dépôt sur la face avant dune couche photorésine. 12. Quatrième recuit, destiné à solidifier la photo- résine déposee sur la face avant, comme le premier recuit l'étape 2. 13. Dépôt sur la face arrière dune couche photorésine. 14. Cinquième recuit de la plaquette, identique au deuxième recuit de l'étape 4. 15. Insolation sélective de la face avant, à laide d'un masque dont la position est ajustée en fonction du motif la face arriere. 16 Développement de la face avant, consistant a éliminer régions non-polymérisées de la photorésine sur la seule face avant, la face arrière étant protégée par une inso lation de toute sa surface, effectuée précédemment immédiatement avant ou après l'étape 15 d'insolation sélective de la face avant. 17. Sixième recuit, identique au troisième recuit de l'étape 7, destiné à évaporer des solvants et à durcir photorésine. 18. Traitement de la face avant. De façon similaire a l'étape 8 de traitement de la face arrière, la seule face avant est soumise à un quelconque traitement, par exemple, de gravure de la face avant dans les ouvertures de la photorésine formées pendant l'étape 16 de développement de la face avant. 19. Deuxième retrait, similaire l'étape 9 de premier retrait, c'est-à-dire élimination totale de la photorésine sur les deux faces de la plaquette. Diverses variantes sont possibles dans un procédé classique, notamment dans les opérations de dépôt du matériau photosensible. Ainsi, les différents recuits de durcissement et/ou d'évaporation peuvent être effectués de façon différente. Cependant, leurs conditions de température respective sont iden tiques. En effet, la température de solidification-durcissement relativement élevée, c'est-à-dire supérieure à la température ambiante, dépend de la seule nature du matériau photosensible (photorésine) utilisé. Plus particulièrement, les étapes parti- culières 2 et 12 de premier et quatrième recuits ont été considérées comme étant effectuées individuellement sur plaque chauffante qu'à titre d'exemple non-limitatif. I1 est possible de mettre en oeuvre en lieu et place de ces étapes un recuit en étuve similaire à ceux effectués aux étapes 4, 7, 14 et 17 de deuxième, troisième, cinquième et sixième recuits. Toutefois, les séquences classiques de traitement double face s'articulent, comme cela a été exposé précédemment, autour de la répétition, pour chaque face de la plaquette, du traitement propre à une face. Une telle répétition est classi quement indispensable pour permettre d'observer le motif de la face arrière lors de la mise en place, ou "centrage", du masque d'insolation de la face avant. Un tel procédé est particulièrement long et coûteux. La présente invention vise donc à proposer un nouveau procédé de photogravure double face particulièrement simple et peu coûteux à mettre en oeuvre. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de révélation d'un motif, sur un matériau photosensible du type négatif, comprenant les étapes suivantes a) déposer le matériau photosensible sur une face d'un substrat semiconducteur ; b) sécher ledit matériau de façon à obtenir l'adhérence du matériau en lui préservant une certaine souplesse ; c) insoler, selon un motif souhaité, des régions du matériau photosensible ; et d) procéder à un recuit de façon à solidifier le matériau photosensible. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape b) de séchage est effectuée à une température proche de la température ambiante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape b) de séchage est effectuée à sensiblement 210C pendant trente minutes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape b) de séchage consiste en un passage de dix secondes sur une plaque chauffée à sensiblement 65 C. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape d) de recuit est effectuée à une température comprise entre 80 C et 100 C. La présente invention prévoit également un procédé de traitement faces avant et arrière d'un substrat semiconduc teur comprenant les étapes suivantes déposer en face avant un matériau photosensible ; soumettre le substrat à un recuit à température relati vement élevée ; retourner le substrat et soumettre sa face arrière à un procédé de révélation conforme à l'un quelconque des modes de réalisation précédent, l'étape c) définissant un premier motif de gravure de face arrière ; retourner le substrat et le recentrer à l'aide de déformations en face arrière délimitant dans le matériau photosensible le premier motif et obtenues par les étapes c) et d) d'insolation et de durcissement ; insoler la face avant, selon un deuxième motif gra vure ; développer simultanément les deux faces ; et traiter simultanément sur les deux faces parties du substrat découvertes par les ouvertures du matériau photosensible effectuées à l'étape précédente de développement simultanée des deux faces. Selon un mode de réalisation de la présente invention, appliquée a un matériau photosensible de type négatif l'étape de développement simultané des deux faces comporte les étapes suivantes éliminer sur les deux faces les régions matériau photosensible sélectivement non-insolées ; et procéder à un recuit, à une température relativement élevée, d'évaporation des solvants de gravure et de durcissement des régions du matériau photosensible laissées en place. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de traitement du substrat simultanément sur les deux faces consiste en un dopage double face. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape traitement du substrat simultanément sur les deux faces consiste en une gravure double face d'un même matériau. objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de mise en oeuvre particulier faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles figure 1 est un organigramme illustrant de façon simplifiée la séquence d'étapes d'un procédé classique de gravure double face d'une couche d'un matériau donné ; la figure 2 est un organigramme illustrant la séquence d'étapes 'un procédé de traitement double face d substrat semiconducteur selon la présente invention ; et figure 3 est une vue en coupe partielle schéma- tique d plaquette semiconductrice en une étape intermédiaire de sa fabrication selon la présente invention. souci de clarté, des étapes similaires ou iden tiques ont été désignées par des noms similaires ou identiques aux différentes figures. De plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, la figure 3 n'est pas tracée à l'échelle. Une caractéristique de la présente invention est d'utiliser les matériaux photosensibles de façon inhabituelle, voire contraire aux spécifications usuelles. Plus particulièrement, la présente invention propose de remplacer, lors d'un traitement double face, le développement et le traitement d'une première face avant traitement de la seconde, comme cela a été exposé en relation avec la figure 1, par une "révélation" optique d'un motif de traitement souhaité à la surface d'une couche d'un matériau photosensible suite à une exposition de celui-ci à un rayonnement ultraviolet. On remplace alors une séquence d'étapes propre au traitement complet de la seule première face (face arrière) par un traitement thermique particulièrement simple à mettre en oeuvre. La séquence caracté ristique d'un procédé de traitement double face mettant en oeuvre une telle révélation selon l'invention est exposée ci-après en relation avec l'organigramme de la figure 2. La figure 2 illustre différentes étapes d'un procédé selon l'invention de traitement d'une couche de photorésine ainsi que du substrat sous-jacent, sur les deux faces d'une plaquette semiconductrice, les motifs de traitement de chacune des faces étant alignés les uns par rapport aux autres. Plus particuliè rement, on considère que les surfaces avant et arrière du substrat sont constituées d'un même matériau et doivent subir un même traitement. Ce matériau peut être le substrat même, ou une couche spécifiquement déposée. On considérera ci-après à titre d'exemple non-limitatif le cas particulier d'un traitement de gravure des surfaces du substrat. Par "substrat" on désigne alors tant une tranche de silicium uniformément dopée, que des zones épitaxiées et/cu spécifiquement dopées par diffusion/implantaticn for mées sur ou dans un substrat massif, qu'une couche isolante ou conductrice, par exemple métallique, spécifiquement formée sur les deux surfaces d'un substrat. A titre d'exemple non-limitatif, on considère ci-apres que la photorésine est de type négatif. I1 s'agit, par exemple, d'une résine de la famille Waycoat SC RESIST commercialisée la société Chemicals, telles que les résines SC100, SC180 SC450. traitement selon l'invention comporte les étapes suivantes . Dépôt d'une couche d'un matériau photosensible, photorésine par exemple par centrifugation, sur une première face ou face avant d'un substrat semiconducteur. . Solidification de la photorésine sur la face avant, effectuée conformément à une séquence classique par un recuit. Ce recuit peut être soit un passage en étuve, soit, de préférence, un passage sur une plaque chauffante. I1 est effectué à une température relativement élevée par rapport à la température ambiante. Pour une résine de type SC100, la température de recuit est comprise entre 80 et 100 C, par exemple de 85 C. La photo- résine étant solidifiée en face avant, la plaquette semiconductrice est retournée et la photorésine est déposée sur la face arrière de la plaquette à l'étape suivante 23. . Dépôt de photorésine sur la face arrière. Ces étapes 21 à 23 sont identiques aux étapes 1 à 3 ou 11 à 13. Le procédé de l'invention se distingue de l'état de technique par l'étape 24 ci-après. 24. Séchage. Selon l'invention, la photorésine séchée à température relativement faible, c'est-à-dire inférieure à la température usuelle d'un recuit de solidification, suffisante pour garantir l'adhérence de la photorésine au subs trat sous-jacent. L'objet d'un tel séchage est d'obtenir un - durcisement la résine, c'est-à-dire d'amener la résine dans un état où, bien que non liquide, elle adhère au substrat tout en conservant une certaine "souplesse". Un tel état est classi quement proscrit. Les conditions de température et de durée du séchage sont choisies pour que malgré cette souplesse, la photo- résine assure son rôle de protection. Son état doit donc être tel que la photorésine, lors de manipulations de la plaquette, ne soit pas rayée, pas plus quelle n'accroche d'éléments polluants. Pour une photorésine de type SC RESIST, on effectuera soit un séchage relativement long à température ambiante, soit un séchage relativement court à température plus élevée, mais infé rieure à celle d'un recuit classique de solidification. Par exemple, pour une résine SC100, le séchage aura une température de l'ordre de vingt-et-un degrés Celsius à un degré près par excès ou par défaut (21 C 1 C) pendant environ trente minutes. Pour obtenir le même état, on pourra également sécher la résine SC100 sur plaque chauffante à au plus soixante-cinq degrés Celsius pendant au plus dix secondes. 25. Insolation sélective, selon des techniques connues, de la seule face arrière de la plaquette semiconductrice, selon le motif de gravure souhaité pour au moins la couche de photo- résine. 26. Durcissement et "révélation". Cette étape consiste en un deuxième recuit effectué dans des conditions classiques à une température élevée, fixée par la nature du matériau photo sensible. Par exemple, pour une résine de type SC100, le recuit est effectué à une température comprise entre 80 et 100 C, par exemple d'environ 85 C ( 5 C) pendant sensiblement trente minutes. Après ces étapes 25 et 26 d'insolation et de durcis sement, la surface de la photorésine présente, comte l'illustre la figure 3 détaillée ci-après, des déformations (D, figure 3) aux limites entre les régions respectivement exposées (3-1) et non-exposées (3-2) au rayonnement. En effet, lors de l'inso lation, seules les régions insolées de la photorésine sont polymérisées. Alors, la structure de ces régions insolées diffé rant de celle des régions voisines non-insolées, une contrainte mécanique apparaît aux frontières entre deux régions différentes. Lors du recuit de durcissement ultérieur, les contraintes se traduisent par les déformations qui sont alors figées. Les défor- mations "révèlent" alors, à la surface de la photorésine, le motif masque d'insolation. Cette "révélation" peut ensuite être utilisée pour aligner un masque sur l'autre face de plaquette. Les études effectuées par l'inventeur ont montré les déformations se caractérisent par une dépression qui présente une pente donnée. Cette pente est reproductible, et dépend essentiellement de la nature et de l'épaisseur du matériau photosensible utilisé, de sa souplesse avant insolation, c'est-a- dire conditions (température et durée) du séchage de durcissement (étape 24), ainsi que des conditions du recuit durcissement (étape 26) à température plus élevée. À ce stade, la face avant n'est pas insolée. Par conse- quent, photorésine qui la recouvre n'est pas polymérisée. 27. Insolation de la face avant. La plaquette est retournee et recentrée. Le recentrage est possible puisque le motif révélé" sur la face arrière peut être détecté par les dispositifs optiques classiquement utilisés par des équipements tels lune la machine MA150. La face avant peut alors être insolée sélectivement selon le motif de gravure souhaité, la position du masque de gravure étant parfaitement déterminée par rapport au motif de gravure souhaité de la face arrière. Pour la photorésine de la face arrière conserve intacte l'information du motif de gravure qui lui est propre, on insole sélectivement la seule face avant. 28. Développement, en une seule étape, simultané deux faces de la plaquette. 29. Recuit, destiné à évaporer les solvants de gravure des régions non-polymérisées de la photorésine et à durcir les zones résine polymérisée sur les deux faces avant traitement ultérieur. 30. Traitement, par exemple gravure, des deux faces substrat. Une telle gravure peut être effectuée par tout procédé connu type gravure sèche ou humide. 31. Retrait. Étape finale unique de nettoyage de la plaquette (retrait des zones polymérisées de la photorésine sur les deux faces et élimination des impuretés). La figure 3 illustre en vue en coupe partielle et sché matique l'état de la face arrière d'une plaquette à l'issue de l'étape 25 du procédé selon l'invention. La plaquette est constituée d'un substrat semiconduc teur 1, par exemple en silicium. on considère, comme cela a été exposé précédemment, que les faces avant (non- représentée) et arrière (représentée) du substrat 1 sont constituées d'une couche 2 d'un même matériau. La couche 2 est recouverte d'une couche d'un matériau photosensible, par exemple une photorésine de type négatif 3. Après l'étape d'insolation 25, la photorésine comporte des régions 3-1 insolées et des régions 3-2 non-insolées. Aux limites entre ces régions 3-1 et 3-2, des contraintes mécaniques se créent dans la photorésine 3. Ces contraintes se traduisent lors du recuit de durcissement ultérieur par des déformations D de la surface de la photorésine 3 présente, comme cela a été exposé précédemment en relation avec les étapes 25 et suivantes de la figure 2. Les déformations D dessinent ou "révèlent", à la surface de la face arrière le motif du masque d'insolation. Le procédé selon la présente invention permet d'éviter le traitement complet (développement et gravure) d'une première face (arrière) d'une plaquette avant le traitement de la seconde (face avant). Cela permet de réduire considérablement une séquence de traitement double face. En outre, le phénomène de révélation, selon l'invention, d'un motif de gravure de la photo- résine, sur la première face, est particulièrement simple à mettre en oeuvre, comme cela ressort de la description précé dente. En pratique, on passe avantageusement d'un procédé double face à au moins dix-huit étapes distinctes (1-9, 11-19, figure 1) à un procédé à seulement onze étapes (21-31, figure 2). Les principes exposés précédemment appliqués à une gra vure double face du substrat - c'est-à-dire du substrat même et/ou d'une ou plusieurs couches formées sur ses surfaces - s'appliquent également un quelconque autre traitement. L'étape 31 de traitement des deux faces peut, par exemple, consister en une implantation double face. Une telle implantation peut être destinée soit à doper des caissons/régions spécifiques de surface depuis chaque face, soit à former dans toute l'épaisseur du substrat un caisson traversant. Dans ces cas de dopage, une couche, généralement une couche isolante de faible épaisseur, est interposée entre la photorésine et le substrat. L'homme de l'art saura déterminer, en fonction de la filière de fabrication, si et/ou quand il convient d'éliminer ou de maintenir cette couche. La présente invention permet également dans ces applications de dopage d'éviter le recours à un traitement complet de la face arrière. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'homme de l'art saura adapter les tempé ratures des différentes opérations de chauffage (séchage ou recuit) au matériau photosensible utilisé et au résultat recher ché (pré-durcissement, solidification ou durcissement d'un matériau photosensible spécifique). En outre, on a considéré dans la description précédente que le matériau photosensible tait une résine de la famille SC RESIST commercialisée par la société Arch Chemicals. Toutefois, il pourra s'agir d'une quelconque autre résine négative de caractéristiques (composition, viscosité ... ) similaires mais commercialisée sous un nom différent par cette même société ou une autre. REVENDICATIONS Procédé de révélation d'un motif, sur un matériau photosensible (3) du type négatif, caractérisé en ce qu il comprend étapes suivantes a) déposer le matériau photosensible sur une face d substrat semiconducteur (23) ; b) sécher (24) ledit matériau de façon à obtenir l'adhérence du matériau en lui préservant une certaine sou plesse ; c) insoler (25), selon un motif souhaité, des régions (3-1) du matériau photosensible ; et d) procéder à un recuit (26) de façon à solidifier le matériau photosensible. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l1étape b) de séchage (24) est effectuée à une température proche de température ambiante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape b) de séchage (24) est effectuée à sensiblement 210C pendant trente minutes. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape b) de séchage (24) consiste en un passage de dix secondes une plaque chauffée à sensiblement 65 C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 étape d) de recuit (26) est effectuée à une température comprise entre 80 C et 100 C. Procédé de traitement des faces avant et arrière d'un substrat semiconducteur (1), caractérisé en ce qu'il comprend étapes suivantes déposer en face avant (21) un matériau photosensible (3) ; soumettre le substrat à un recuit à température relati vement élevée (22) ; retourner le substrat et soumettre sa face arrière à un procédé de révélation conforme à lune quelconque des reven- dications 1 à 5, l'étape c) (25) définissant un premier motif de gravure de la face arrière ; retourner le substrat et le recentrer à l'aide de déformations (D) en face arrière délimitant dans le matériau photosensible le premier motif et obtenues par la séquence précédente des étapes b) de séchage (24), c) d'insolation (25) et d) de durcissement (26) ; insoler la face avant, selon un deuxième motif de gra vure (27) ; développer simultanément les deux faces ; et traiter simultanément sur les deux faces (30) les par ties du substrat découvertes par les ouvertures du matériau photosensible effectuées à l'étape précédente de développement simultanée des deux faces. 7. Procédé selon la revendication 6, appliqué à un matériau photosensible (3) de type négatif, caractérisé en ce que l'étape de développement simultané des deux faces comporte les étapes suivantes éliminer (28) sur les deux faces les régions du maté riau photosensible sélectivement non-insolées (3-2) ; et procéder à un recuit (29), à une température relative ment élevée, d'évaporation des solvants de gravure et de durcissement des régions (3-1) du matériau photosensible laissées en place. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'étape de traitement (30) du substrat (1) simulta nément sur les deux faces consiste en un dopage double face. 9. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'étape de traitement (30) du substrat (1) simulta nément sur les deux faces consiste en une gravure double face d'un même matériau.