Brevet FR2848725A1 — publié le 20040618

PROCEDE DE FORMATION DE MOTIFS ALIGNES DE PART ET D'AUTRE D'UN FILM MINCE Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de formation de motifs alignés de part et d'autre d'un film mince. L'invention s'applique plus particulièrement à la fabrication de composants et de micro-systèmes à trois dimensions tels que, par exemple, les circuits 10 numériques de type circuits mémoire. De façon générale, en technologie microélectronique sur semi-conducteur, des marques sont utilisées pour réaliser l'alignement de motifs (grilles de transistors, contacts métalliques, niveaux de 15 métallisation, etc.). Ces marques sont utilisées aussi bien dans le cas de la lithographie optique que dans le cas de la lithographie électronique. Dans le cas de la lithographie électronique, les marques d'alignement sont généralement des trous 20 carrés de faibles dimensions (par exemple, 8 m2 de surface et 8OOnm de profondeur) réalisés dans un oxyde d'isolation qui isole les différents composants. Elles sont lues par différence d'intensité entre les électrons rétro-diffusés par les trous et ceux rétro25 diffusés par la surface. Dans le cas de substrats de silicium sur isolant (SOI), les marques d'alignement pour la lithographie optique sont réalisées dans un substrat qui se trouve sous un oxyde enterré. Dans un premier 30 temps, on effectue une gravure du film mince semiconducteur qui se trouve au-dessus de l'oxyde enterré B 14205.3/PR et, dans un deuxième temps, on grave l'oxyde enterré pour dégager une grande surface de substrat. Les marques sont alors gravées directement dans le substrat. Pour former des motifs alignés sur les deux faces d'un film mince semi-conducteur, il est nécessaire de positionner les motifs réalisés sur une face par rapport aux motifs réalisés sur l'autre face. Selon l'art connu, dans le cas de la 10 lithographie optique, la réalisation de circuits ayant des motifs sur les deux faces d'un film de silicium actif conduit à une opération durant laquelle le substrat d'origine dans lequel les marques sont gravées est éliminé. Les marques disparaissent donc avec le 15 substrat. Dans le cas de la lithographie électronique, les marques, réalisées sur un oxyde d'isolation, sont remplies avec de l'oxyde de planage. Au moment du retrait de l'oxyde enterré, elles sont également consommées puisque tout leur entourage est en oxyde. 20 Dans les deux cas, les marques qui ont servi à positionner les motifs sur une première face sont totalement éliminés. Il faut alors créer de nouvelles marques pour la réalisation de motifs sur la deuxième face. Les motifs créés sur la deuxième face ne peuvent 25 alors plus être alignés avec les motifs de la première face. Différentes méthodes ont été proposées pour éviter cet inconvénient. La demande brevet EP 513684 divulgue des 30 marques d'alignement pour réaliser des reprises de contact en face arrière d'un substrat. Pour cela, une B 14205.3/PR zone de champ est gravée dans un substrat de silicium. Le substrat est ensuite recouvert d'isolant. Les marques d'alignement sont gravées dans la zone de champ alors que des trous de contact sont gravés dans la zone 5 o les motifs doivent être formés. Une couche métallique est ensuite déposée, puis gravée, pour former les marques d'alignement et les trous de contacts. La face arrière du substrat est alors amincie jusqu'à trouver la marque d'alignement qui permet de 10 retrouver le trou de contact. Il est alors possible de retrouver en face arrière la position de motifs réalisés en face avant. Cette technique présente cependant plusieurs inconvénients, à savoir: - l'obligation d'utiliser des matériaux métalliques, 15 - l'obligation de conserver le même substrat, - la réalisation, en face arrière, de structures essentiellement locales (c'est-à-dire situées à des endroits précis) et donc l'impossibilité d'utiliser toute la face arrière (il n'est par exemple pas 20 possible de faire une implantation ionique). Une autre méthode connue divulgue un alignement des circuits en trois dimensions. Au départ, on dispose de deux substrats à aligner. Sur le premier substrat, les marques d'alignement sont réalisées, par exemple au 25 niveau des chemins de découpe. Au niveau du deuxième substrat, on réalise un trou qui correspond à la largeur du chemin de découpe, ce trou étant ensuite rempli avec une couche isolante qui est aplanie. Les deux substrats sont ensuite collés en prenant soin 30 d'aligner le trou et le chemin de découpe à l'aide d'un microscope infrarouge. Ensuite, la face arrière du B 14205.3/PR deuxième substrat est retirée jusqu'à la couche isolante qui a permis de remplir le trou et la marque d'alignement est lue avec un microscope. Un inconvénient de cette méthode est l'insuffisance de la 5 précision de l'alignement qui est obtenu avec le microscope infrarouge (= lgm). L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de formation de motifs alignés de part et d'autre d'un film mince. Le procédé comprend: - la formation, sur un substrat, d'une structure 15 comprenant une première couche de motif et le film mince, - une gravure locale de la première couche de motif et du film mince pour former une première marque, - une première étape de lithographie pour définir un 20 emplacement de premier motif, avec alignement de l'emplacement de premier motif par rapport à la première marque, - une gravure locale de la première couche de motif pour former un premier motif, - un dépôt d'une première couche de collage pour recouvrir la première marque et le premier motif, - un retournement de la structure, - la suppression du substrat, - une étape de gravure de la première couche de collage 30 pour former une deuxième marque à l'emplacement de la première marque, B 14205.3/PR 4 5 - une étape de dépôt d'une deuxième couche de motif, - une deuxième étape de lithographie pour définir un emplacement de deuxième motif, avec alignement de l'emplacement de deuxième motif par rapport à la deuxième marque, et - une étape de gravure de la deuxième couche de motif pour former le deuxième motif. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le retournement de la structure est suivi 10 par une étape de collage de la première couche de collage avec une deuxième couche de collage qui recouvre un substrat de report. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les première et deuxième couches de 15 collage étant des couches d'oxyde, le collage est un collage moléculaire. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la deuxième marque est transférée dans le substrat de report. 1 Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la gravure locale des première et deuxième couches de motif est une gravure plasma. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la première et la deuxième couches de 25 motif sont des couches de silicium polycristallin, ou de métal, ou de nitrure, ou de silicium, ou de silice, ou de matériau de haute permittivité. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le film mince est un film mince semi30 conducteur. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le film mince semi-conducteur est un film de silicium, d'arséniure de gallium ou de SiGe. Selon une caractéristique supplémentaire de 5 l'invention, la gravure locale du film mince semiconducteur est une gravure chimique humide ou une gravure plasma anisotrope. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la structure comprenant une première 10 couche d'oxyde de grille située entre le film mince semi-conducteur et la première couche de motif, l'étape de dépôt de la deuxième couche de motif est précédée du dépôt d'une deuxième couche d'oxyde de grille sur le film mince semi-conducteur. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le premier motif et le deuxième motif sont des grilles de transistor. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le film mince est un film mince 20 métallique. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le film mince métallique est un film de TiN ou de W. Selon une caractéristique supplémentaire de 25 l'invention, la première et la deuxième étapes de lithographie sont des étapes de lithographie optique ou électronique. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la structure formée sur le substrat 30 comprend une couche tampon enterrée entre le film mince et le substrat. B 14205.3/PR Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la couche tampon enterrée est une couche de SiO2, ou de SiGe, ou de Si3N4. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles: - les figures 1 à 11 représentent différentes étapes d'un procédé de formation de motifs alignés de part et d'autre d'un film mince selon l'invention; et - les figures 12 et 13 représentent une variante du procédé représenté aux figures 1 à 11. Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas d'un alignement de grilles de transistors situées de part et d'autre d'un film mince de silicium. De façon plus générale, comme cela a déjà été mentionné ci-dessus, l'invention concerne l'alignement 25 de tout type de motif (grille, source, drain, interconnexion métallique, contact, etc.) situés de part et d'autre d'un film mince semi-conducteur ou métallique. La figure 1 représente une structure de type 30 SOI (SOI pour " Silicon On Insulator ") constitué d'un empilement de couches déposées sur un substrat 1, à savoir: une couche tampon enterrée 2, une couche mince de silicium 3, une première couche d'oxyde de grille 4 et une première couche de motif 5. Deux zones peuvent être distinguées dans la structure SOI: une première 5 zone A dans laquelle vont être réalisées les marques et une deuxième zone B dans laquelle vont être réalisés les motifs alignés avec les marques. La première couche de motif 5 présente une sélectivité de gravure chimique par rapport à l'oxyde 10 de silicium. Comme cela apparaîtra ultérieurement, la couche 5 est la couche dans laquelle le premier motif est formé. De façon générale, la première couche de motif 5 peut être, par exemple, une couche de silicium poly-cristallin, de métal, de nitrure de silicium, ou 15 d'isolant de grille surmontée d'un empilement de couches de grille. Une couche de résine 6 est tout d'abord déposée sur la première couche de motif 5. La couche de résine 6 est localement gravée pour faire apparaître, dans la 20 zone A, une cavité 7 qui définit la position d'une marque d'alignement (cf. figure 2). Une gravure plasma anisotrope de la couche 5, de la première couche d'oxyde de grille 4 et du film mince de silicium 3 est alors effectuée pour former une 25 marque 8. Cette étape de gravure plasma anisotrope est suivie par une étape de gravure chimique humide ou de gravure plasma anisotrope sélective par rapport au silicium qui transfère la marque 8 jusque dans la couche tampon enterrée 2 (cf. figure 3). La couche de 30 résine 6 qui appartient à la partie B de la structure SOI permet de protéger la couche 5 de la partie B lors B 14205.3/PR de l'opération de gravure. Une couche de résine 10 est ensuite déposée pour remplir partiellement la marque 8 (cf. figure 4). Une étape de lithographie optique ou électronique 5 permet alors de définir l'emplacement 9 d'une première grille. Durant cette étape de lithographie, l'emplacement 9 de la première grille est aligné sur la marque 8. La couche de résine 6 située dans la partie B de la structure est ensuite insolée par un procédé de 10 lithographie et révélée pour définir l'endroit des motifs à graver. La couche 5 est ensuite gravée, par exemple, par gravure plasma, aux endroits o la résine a disparu pour réaliser une première grille l1 recouverte d'une couche de résine 12 (cf. figure 5). La 15 couche de résine 12 est ensuite éliminée. Une première couche d'oxyde de collage 13 est alors déposée, par exemple par pulvérisation ou par dépôt chimique en phase vapeur, communément appelé dépôt CVD (CVD pour " Chemical Vapour Deposition "), pour combler l'espace 20 qui définit la marque ainsi que les zones gravées qui entourent la grille (cf. figure 6). La première couche d'oxyde de collage 13 est ensuite aplanie. La structure obtenue suite à l'opération de dépôt et de planage de la couche 13 est alors retournée et la face libre de la 25 couche 13 est collée, par collage moléculaire (oxyde sur oxyde), sur une deuxième couche d'oxyde de collage 14 qui recouvre un substrat de report 15 (cf. figure 7). Le substrat de silicium 1 est ensuite éliminé 30 par rectification puis attaque chimique, par exemple par attaque TMAH (TMAH pour " Tétra Methyl Amonium B 14205.3/PR Hydroxyde "), avec arrêt sur la couche tampon enterrée 2 (cf. figure 8). La couche tampon 2 est ensuite éliminée par voie humide et la première couche d'oxyde de collage 13 est gravée. Une marque 16 est ainsi 5 réalisée au même endroit que la marque 8 (cf. figure 9) . La couche de silicium 3 et l'intérieur de la marque 16 sont ensuite recouverts, successivement, d'une deuxième couche d'oxyde de grille 17, d'une 10 deuxième couche de motif 18 et d'une couche de résine 19 (cf. figure 10). Comme cela apparaîtra ci-dessous, la couche de motif 18 est la couche dans laquelle le deuxième motif est formé. Une étape de lithographie optique ou électronique permet ensuite de définir 15 l'emplacement 20 d'une deuxième grille par rapport à la marque 16. La marque 16 étant réalisée au même endroit que la marque 8, l'emplacement de la deuxième grille se trouve ainsi aligné avec l'emplacement de la première grille. La couche de résine 19 et la deuxième couche de 20 motif 18 sont ensuite gravées, par exemple, par gravure plasma, pour réaliser la deuxième grille 22 recouverte d'une couche de résine 21 (cf. figure 11). Les figures 12 et 13 représentent une variante du procédé représenté aux figures 1 à 11. Selon cette variante, lors de la formation de la deuxième marque 16, cette dernière est transférée dans le substrat de report 15, comme cela apparaît sur la figure 12. Le film mince de silicium 3 sert alors de masque à une gravure anisotrope de l'oxyde par plasma 30 sélective par rapport au silicium. Ensuite, l'oxyde définit un masque pour la gravure anisotrope du B 14205.3/PR il silicium du substrat de report, la partie B sur laquelle est réalisée la grille étant protégée par une couche de résine 23 lors de cette étape (cf. figure 13). B 14205.3/PR REVENDICATIONS 1. Procédé de formation de motifs (11, 22) alignés de part et d'autre d'un film mince (3), le procédé comprenant: - la formation, sur un substrat (1), d'une structure comprenant une première couche de motif (5) et le film mince (3), - une gravure locale de la première couche de motif (5) 10 et du film mince (3) pour former une première marque (8), - une première étape de lithographie pour définir un emplacement (9) de premier motif (11), avec alignement de l'emplacement (9) de premier motif par 15 rapport à la première marque (8), - une gravure locale de la première couche de motif pour former un premier motif (11), caractérisé en ce qu'il comprend: - un dépôt d'une première couche de collage (13) pour 20 recouvrir la première marque (8) et le premier motif (11), - un retournement de la structure, - la suppression du substrat (1), - une étape de gravure de la première couche de collage 25 (13) pour former une deuxième marque (16) à l'emplacement de la première marque (8), - une étape de dépôt d'une deuxième couche de motif (18), - une deuxième étape de lithographie pour définir un 30 emplacement (20) de deuxième motif (22), avec EB 14205.3/PR alignement de l'emplacement (20) de deuxième motif par rapport à la deuxième marque (16), et - une étape de gravure de la deuxième couche de motif (18) pour former le deuxième motif (22). 2. Procédé de formation de motifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retournement de la structure est suivi par une étape de collage de la première couche de collage (13) avec une deuxième 10 couche de collage (14) qui recouvre un substrat de report (15). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, les première (13) et deuxième 15 (14) couches de collage étant des couches d'oxyde, le collage est un collage moléculaire. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la 20 deuxième marque (16) est transférée dans le substrat de report (15). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la 25 gravure locale des première (5) et deuxième (18) couches de motif est une gravure plasma. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la 30 première (5) et la deuxième (18) couches de motif sont des couches de silicium poly- cristallin, ou de métal, B 14205.3/PR ou de nitrure, ou de silicium, ou de silice, ou de matériau de haute permittivité. 7. Procédé selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que le film mince (3) est un film mince semi-conducteur. 8. procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le film mince semi-conducteur est 10 un film de silicium, d'arséniure de gallium ou de SiGe. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la gravure locale du film mince semi-conducteur (3) est une gravure chimique humide ou 15 une gravure plasma anisotrope. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, la structure (1) comprenant une première couche d'oxyde de 20 grille (4) entre le film mince semi- conducteur (3) et la première couche de motif (5), l'étape de dépôt de la deuxième couche de motif (18) est précédée du dépôt d'une deuxième couche d'oxyde de grille (17) sur le film mince semi-conducteur (3). 25 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le premier motif (11) et le deuxième motif (22) sont des grilles de transistor. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le film mince (3) est un film mince métallique. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le film mince métallique est un film de TiN ou de W. 14. Procédé selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que la première et la deuxième étapes de lithographie sont des étapes de lithographie optique ou électronique. 15. Procédé selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure formée sur le substrat (1) comprend une couche tampon enterrée (2) entre le film mince (3) et le substrat (1). 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la couche tampon enterrée (2) est une couche de SiO2, ou de SiGe, ou de Si3N4.