Brevet FR2853645A1 — publié le 20041015

i PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMPOSANT ELECTRONIQUE INCLUANT UNE STRUCTURE MICRO-ELECTROMECANIQUE. Domaine technique L'invention se rattache au domaine de la microélectronique, et plus précisément au secteur de fabrication de composants incluant des structures microélectromécaniques, généralement appelées par l'abréviation "MEMS". L'invention concerne plus spécifiquement un procédé permettant de réaliser de tels 10 composants. Un tel procédé permet notamment d'assurer un excellent ancrage des portions métalliques des structures MEMS, tout en permettant leur libération vis-àvis du reste du composant de manière à autoriser une bonne amplitude de mouvement. Techniques antérieures De façon générale, les structures MEMS implantées sur des composants électroniques comportent des portions qui sont ancrées sur le substrat, et qui possèdent une capacité de déformation utilisée pour remplir des fonctions déterminées. Dans certains cas, ces portions sont métalliques pour permettre le 20 passage d'un courant. D'un point de vue mécanique, ces portions défornables sont ancrées sur le substrat du composant, directement, ou par l'intermédiaire de couches ou de zones prévues à cet effet. Ces zones peuvent par exemple constituer les pistes d'amenée du courant. Au-delà des zones d'ancrage, ces portions métalliques sont donc mécaniquement séparées du substrat, ce qui leur confère une 25 capacité de déformation et/ou de déplacement par rapport au substrat. Ce déplacement peut s'obtenir sous l'effet de forces de différents types, que ce soit électrostatique, électromagnétique, thermique ou mécanique. Le Demandeur a décrit dans les demandes de brevets français n0 FR 30 02. 05200 et FR 02.08250, non encore publiées à la date de dépôt de la présente demande, des exemples de telles structures MEMS. Plus précisément, les composants décrits dans ces documents sont des microcommutateurs utilisés dans des circuits radiofréquences, et qui possèdent une portion métallique déformable en forme de poutre. Cette poutre conductrice peut être déformée et adopter plusieurs positions d'équilibre. Dans certaines de ces positions, le microcommutateur est dans un état fermé, alors que dans d'autres positions, le micro5 commutateur est ouvert. Pour un bon fonctionnement du micro-commutateur, il est nécessaire de tenir compte de différents phénomènes. Ainsi, dans les circuits radiofréquences, il est préférable que les portions métalliques conduisant les signaux soient relativement éloignés du reste du substrat. Cela nécessite donc d'écarter suffisamment la poutre du substrat, ce qui pose des problèmes de rigidité 10 mécanique. En effet, outre les questions de rigidité propre de la structure, il importe également que la poutre soit fermement ancrée par rapport au substrat. L'augmentation des dimensions de la zone d'ancrage de la poutre par rapport au substrat, n'est pas satisfaisante, puisqu'elle augmente la rigidité de l'ensemble, et diminue donc la capacité de déformation de la poutre. 15 Un problème que se propose de résoudre l'invention est celui de procurer un ancrage efficace, qui ne modifie pas la structure mécanique des portions déformables, -et qui permette la libération des portions déformnables pour autoriser leur mouvement. De façon générale, les procédés employés pour réaliser de telles structures consistent à déposer une couche sacrificielle sur le substrat, puis à réaliser par dessus les portions déformables, et enfin à éliminer la couche sacrificielle de manière à libérer les portions déformables. 25 On conçoit qu'un tel procédé n'est pas satisfaisant, puisque l'ancrage des portions déformables se fait directement sur le substrat ou sur les couches supérieures apparentes, ce qui augmente les contraintes au niveau des zones d'ancrage, avec des risques de rupture. En outre, le substrat, ou plus précisément, 30 les pistes qui sont réalisées sur ce dernier, ne sont plus électriquement isolées, ce qui peut poser certains problèmes. Le Déposant a décrit dans la demande de brevet français 02.11920, non encore publiée à la date de la présente demande, un procédé consistant à déposer deux couches à base de dioxyde de silicium, de formulation chimique différentes, et donc présentant des sélectivités différentes à certaines gravures chimiques. Ce 5 procédé ne donne pas entière satisfaction pour toutes les géométries de structure à libérer, et notamment lorsque l'épaisseur des couches à base de dioxyde de silicium sont très faibles, puisque certains phénomènes de collage peuvent apparaître. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'un composant électronique incluant une structure micro-électromécanique, ou structure MEMS. De façon classique, cette structure MEMS comporte des portions métalliques ancrées sur le substrat du composant par des zones d'ancrage. Ces portions 15 métalliques possèdent également des zones mécaniquement séparées du substrat pour pouvoir être déplacées par rapport à ce dernier. Conformément à l'invention, ce procédé se caractérise en ce qu'il comporte des étapes de réalisation, au-dessus du substrat, d'un empilement formé de deux 20 couches à base de dioxyde de silicium (SiO2), et de deux couches à base de carbure de silicium (SiC), dont l'une sépare les deux couches à base de dioxyde de silicium, l'autre couche à base de carbure de silicium recouvrant la couche supérieure à base de dioxyde de silicium Le procédé comprend ensuite une ou plusieurs étapes permettant de réaliser, 25 à travers cet empilement, des zones d'ancrage des portions métalliques sur le substrat. Le procédé comprend par la suite une ou plusieurs étapes de réalisation, au dessus de cet empilement, des zones des portions métalliques qui seront destinées à être séparées mécaniquement du substrat. Enfin, le procédé conforme à l'invention comporte une étape de gravure de la couche supérieure à base de dioxyde de silicium, par une phase gazeuse d'acide fluorhydrique anhydre. Autrement dit, l'invention consiste à réaliser les portions déformables de la structure MEMS au dessus d'une couche intermédiaire, dont la fraction supérieure peut ensuite être éliminée sans endommager la fraction inférieure. Cette couche inférieure de dioxyde de silicium recouvre l'ensemble du substrat, et entoure les zones d'ancrage des portions métalliques. Cet ancrage est donc ainsi amélioré, ce qui augmente la robustesse de la structure MEMS, et donc la fiabilité globale du composant. Il est ainsi possible d'éliminer la couche supérieure sans attaquer la couche inférieure, du fait que celle-ci est protégée par la couche intermédiaire de SiC qui insensible à la gravure par l'acide fluorhydrique anhydre. De son coté, la couche supérieure de SiC protège le dessous des structures métalliques destinées à être 15 libérées. La gravure à l'acide fluorhydrique anhydre est donc canalisée entre les deux couches de SiC. Grâce à cette amélioration de l'ancrage, il est possible d'augmenter la distance entre les portions déformables et le substrat, ce qui joue en faveur du découplage 20 entre les portions métalliques déformables et le reste du substrat. En pratique, les couches de dioxyde de silicium peuvent être densifiées en oxygène. Par cette présence accrue en atomes d'oxygène, l'efficacité de la gravure à l'acide fluorhydrique est améliorée. En pratique, les couches à base de dioxyde de silicium sont déposées par des techniques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), et notamment à partir d'hydrure de silicium (SiH4) et d'ozone.. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: * les figures 1 à 15 représentent une vue en coupe d'un substrat sur lequel est réalisé l'ancrage d'une portion métallique de structure MEMS, montré au fur et à mesure des étapes du procédé conforme à l'invention; 0 la figure 16 est une vue selon le plan 16-16' de la figure 15. 10 Bien entendu, les formes et dimensions montrées aux figures ne le sont qu'à titre d'illustration, et les dimensions réelles des composants, notamment leurs épaisseurs, peuvent différer en réalité de celles qui sont illustrées, dans le but de faciliter la compréhension de l'invention. 15 Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un procédé permettant de réaliser des structures MEMS en privilégiant un bon ancrage de ces dernières sur le substrat, et tout en autorisant leur libération. De telles structures permettent donc 20 de réaliser des structures MEMS soit sur des composants dédiés, c'est-à-dire n'incluant que la structure MEMS, soit sur des composants incluant déjà des zones fonctionnelles préalablement réalisées sur le substrat. La structure MEMS est alors disposée au dessus du circuit intégré, selon une technique connue sous l'appellation de "ABOVEIC". Dans la forme de réalisation illustrée aux figures, la couche de substrat (1) est recouverte d'une couche de passivation (3). Ce substrat peut également inclure des pistes métalliques (2) qui peuvent par exemple servir pour amener le courant à la future portion libre de la structure MEMS. 30 Comme illustré à la figure 2, cette couche de passivation (3) peut ensuite être recouverte d'une couche (5) à base de carbure de silicium (SiC), typiquement de 300 d'épaisseur, déposée en utilisant une technique PECVD, par exemple avec des installations commercialisées par la société TRIKON. L'ensemble est par la suite, comme illustré à la figure 3, recouvert de la 5 couche inférieure (8) à base de dioxyde de silicium. Cette couche peut être déposée par des techniques de dépôt communément appelées "PECVD" pour Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ou "APCVD" pour Atmospheric Plasma Chemical Vapor Deposition. Cette couche inférieure (8) peut par exemple être réalisée par les dépôts successifs d'un empilement de couches élémentaires (non 10 représentées), d'une épaisseur de l'ordre du micron, pour donner une couche globale d'une épaisseur de l'ordre de 5, tm. Les matériaux utilisés pour réaliser cette couche inférieure peuvent dépendre du type de composant à réaliser. Ainsi, pour réaliser un composant dédié, incluant la structure MEMS 15 uniquement, c'est-à-dire par des applications couramment dénommées "stand alone", on pourra utiliser de l'oxyde de silicium thermique déposé par une technique de croissance d'oxyde de Silicium en milieu mixte de vapeur d'eau et de gaz d'oxygène dans une gamme de température variant entre 850'C et 1050'C. A l'inverse, lorsque la structure MEMS est réalisée au dessus d'un circuit intégré, on pourra utiliser comme couche inférieure, ou servant de couche d'ancrage, du Tétraethyl Ortho Silicate (TEOS) (Si(OCH2H5)4). Par la suite, on procède à un nouveau dépôt d'une couche de SiC (6), de 25 l'ordre de 500 d'épaisseur, par PECVD. Par la suite, et comme illustré à la figure 4, on procède au dépôt de la couche supérieure (9) à base du dioxyde de silicium. Cette couche supérieure (9) peut être réalisée comme la couche inférieure par PECVD. Plus précisément, ce dépôt se fait 30 à partir de SiH4 et 03.Dans un second temps, on procède à un chauffage aux alentours de 3000C, ce qui permet d'éliminer les molécules d'eau qui se sont générées lors de la réaction. On soumet ensuite l'ensemble à une atmosphère d'ozone, ce qui provoque la diffusion d'atomes d'oxygène à l'intérieur du dioxyde de silicium, en augmentant donc ainsi la densité en oxygène de cette couche (9). La densité optimale est déterminé par réflectométrie, et correspond à un indice de réfraction de 1,57. Par la suite, on procède à un nouveau dépôt d'une couche de SiC (7), de l'ordre de 500 d'épaisseur, par PECVD. Par la suite, et comme illustré à la figure 5, on réalise un masque de gravure 10 (11) définissant une ouverture (12) destinée à former le trou d'interconnexion avec le substrat (1). Comme illustré à la figure 6, le trou d'interconnexion (ou via) est ensuite réalisé par gravure chimique, jusqu'à faire apparaître la couche inférieure (5) de 15 SiC. Comme illustré à la figure 7, la via (12) et les faces supérieures apparentes (14) sont recouvertes d'une couche barrière à diffusion du cuivre (15), pouvant être par exemple à base de tantale ou nitrure de tantale, d'une épaisseur de quelques 20 centaines d'angstrôms. Par la suite, comme illustré à la figure 8, le composant reçoit un dépôt d'une couche amorce de cuivre (16). On dépose par la suite une résine de lithographie (17), destinée à protéger les faces supérieures de la couche amorce de cuivre (16). Cette résine est du type photo-négative, pour éviter d'insoler le cuivre présent au fond de la via, et donc limiter sa diffusion. On procède ensuite à un dépôt de cuivre (20) par voie électrolytique destiné à remplir la via (12). 30 Comme illustré à la figure 10, on procède ensuite à l'élimination de la couche de résine (17), ainsi qu'au nettoyage par voie chimique de la face supérieure du cuivre (20) déposé dans la via (12). On peut également procéder à une étape de recuit améliorant l'arrangement cristallographique du cuivre. On dépose ensuite une couche épaisse de résine (22) destinée à définir l'emplacement (23) de la future portion métallique libre de la structure MEMS. Comme illustré ensuite à la figure 11, on procède à un dépôt électrolytique de cuivre permettant de réaliser la portion (24) de la structure MEMS destinée à être libérée du substrat. Les couches de résine (22) sont ensuite éliminées. Comme illustré ensuite à la figure 12, on procède à une étape de gravure sélective permettant d'éliminer la couche amorce de cuivre et la couche barrière à diffusion du cuivre à l'extérieur du motif de cuivre préalablement réalisé. Un recuit au voisinage de 250'C peut améliorer l'élimination de résidus chimiques résultat du dépôt électrolytique de cuivre. Ce recuit diminue également la résistance 15 électrique du cuivre. Comme illustré ensuite à la figure 13, on procède au dépôt d'une couverture du motif de cuivre, par une couche (26) de nitrure de titane, destinée à protéger la portion (24) de la structure MEMS qui sera ensuite libérée. Par la suite, comme illustré à la figure 14, on procède à la gravure chimique de la couche supérieure (7) à base de carbure de silicium. Par la suite, comme illustré à la figure 15, on procède à la gravure chimique de la couche supérieure (8) à base de dioxyde de silicium. 25 Conformément à l'invention, cette gravure s'effectue en phase gazeuse d'acide fluorhydrique anhydre. Dans ce cas, cette gravure met en oeuvre des réactions chimiques pendant lesquelles les ions H2F- captent les atomes d'oxygène présents dans la couche supérieure de SiO2. Cette gravure de la couche (9) de dioxyde de 30 silicium s'effectue par exemple sur des machines commercialisées par la société FSI, sous la dénomination Excalibur. Cette gravure est canalisée par les deux couches (6,7) de SiC qui emprisonnent la couche de SiO2, de sorte que l'élimination de cette dernière est totale. Les risques de collage sont ainsi fortement réduits. Il est possible ensuite de procéder à un nettoyage à l'argon ou à l'azote supercritique. On obtient ainsi, comme illustré aux figures 15 et 16, une structure MEMS, dont les portions d'ancrage (20) sur la couche métallique (2) au contact dudit substrat (1), traversent la couche inférieure (8) à base de dioxyde de silicium. Cette disposition améliore l'ancrage. La partie supérieure (24) de la structure MEMS, libre par rapport au substrat, peut donc recevoir les efforts en permettant la 10 déformation, selon la géométrie et la configuration de la structure. Bien entendu, le procédé conforme à l'invention peut être utilisé pour réaliser de nombreux types de structures comportant une paroi libre par rapport au substrat, et n'est pas limité à la seule application décrite ci-avant. 15 Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention présente l'avantage important de permettre la réalisation de structures MEMS dont certaines parties sont libérées par rapport au substrat, en améliorant l'ancrage et ce, sans augmenter le nombre d'étapes du procédé. REVENDICATIONS 1/ Procédé de fabrication d'un composant électronique incluant une structure micro-électromécanique comportant des portions métalliques ancrées sur un 5 substrat (1) par des zones d'ancrage (20), et possédant des zones (24) mécaniquement séparées du substrat (1) aptes à se déplacer par rapport audit substrat (1), caractérisé en ce qu'il comporte: des étapes de réalisation, au-dessus du substrat, d'un empilement formé de deux couches (8,9) à base de dioxyde de silicium (SiO2), et de deux couches à 10 base de carbure de silicium (SiC), dont l'une sépare les deux couches à base de dioxyde de silicium, l'autre couche à base de SiC recouvrant la couche supérieure (9) à base de dioxyde de silicium; une ou plusieurs étapes de réalisation, à travers ledit empilement, de zones d'ancrage (20) des portions métalliques sur le substrat; * une ou plusieurs étapes de réalisation, au dessus dudit empilement, de zones (24) des portions métalliques destinées à être séparées mécaniquement du substrat; une étape de gravure de la couche supérieure (9) à base de dioxyde de silicium, par une phase gazeuse d'acide fluorhydrique anhydre. 20 2/ Procédé de fabrication d'un composant électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches inférieure (8) à base de dioxyde de silicium sont densifiées en oxygène. 3/ Procédé de fabrication d'un composant électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches à base de dioxyde de silicium sont déposées par des techniques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). 4/ Procédé de fabrication d'un composant électronique selon la revendication 4, 30 caractérisé en ce que les couches à base de dioxyde de silicium (8,9) sont obtenues à partir de dépôts de d'hydrure de silicium (SiH4) et d'ozone (03).