Brevet FR2893182A1 — publié le 20070511

PROCEDE DE DECOUPE DE PUCES DE CIRCUIT-INTEGRE SUR SUBSTRAT AMINCI L'invention concerne la fabrication des circuits intégrés, et notamment la fabrication des capteurs d'image sur substrat de silicium aminci. La fabrication d'un capteur d'image sur substrat aminci comprend généralement les étapes suivantes : on part d'un substrat de silicium normal, d'une épaisseur de quelques centaines de micromètres, permettant la manipulation industrielle de tranches collectives de dix à vingt centimètres de diamètre, ce substrat étant revêtu sur une face avant d'une couche épitaxiale de silicium monocristallin, éventuellement isolée du reste du substrat par une couche d'oxyde dans le cas de substrats dits SOI ("silicon on insulator" en anglais). On réalise sur la face avant de cette couche monocristalline la circuiterie électronique nécessaire aux différentes fonctions du capteur (prise d'image, traitement de signaux). Puis on colle le substrat, par sa face avant qui porte cette circuiterie, sur un substrat de report d'une épaisseur suffisante pour la manipulation industrielle, et on amincit le substrat de silicium de départ jusqu'à une épaisseur de quelques micromètres. L'épaisseur très fine de silicium qui en résulte ne permettrait pas la manipulation industrielle de la tranche, et c'est la raison de la présence du substrat de report collé. L'épaisseur très fine, dans le cas d'un capteur d'image en couleurs, sert à améliorer considérablement les qualités colorimétriques du capteur, l'éclairement du capteur se faisant par la face arrière, à travers une couche de filtres colorés déposés sur cette face arrière et à travers la couche très fine de silicium monocristallin. Dans la fabrication de tels capteurs, on a constaté une difficulté lors du sciage de la tranche en puces individuelles. Des craquelures tendent à se former dans la couche épitaxiale monocristalline, partant du bord du trait de scie et allant vers les circuits actifs. Ces craquelures perturbent l'image lorsqu'elles s'étendent dans la matrice de zones photosensibles qui constitue le coeur du capteur et on a constaté que les craquelures pouvaient aller jusque dans cette matrice. Elles peuvent également perturber les circuits associés. Les craquelures peuvent être dues aux défauts de collage entre le substrat de silicium et le substrat de report, malgré l'existence d'une couche de planarisation entre les deux substrats. Le collage peut être fait par adhérence moléculaire et les manques d'adhérence par endroits peuvent être une des causes de craquelure lors du sciage. Un but de l'invention est d'éviter autant que possible la présence de telles craquelures, dans les capteurs d'image ou d'autres puces de circuit-intégré sur substrat aminci. Pour y parvenir, l'invention propose un procédé de fabrication dans lequel on interpose entre un chemin de découpe, dans lequel passera l'outil de découpe, et une zone active de la puce, un ensemble serré d'ouvertures distribuées tout autour de la zone active du capteur, formant une barrière continue ou discontinue mais dense entre le trait de découpe et la zone active pour empêcher la propagation de craquelures vers la zone active lors de la découpe, ces ouvertures ayant toute la profondeur de la couche monocristalline. Ainsi, on propose un procédé de fabrication d'une puce de circuit-intégré sur substrat de silicium aminci reporté par sa face avant sur un substrat de report, le substrat de silicium comportant une couche mince monocristalline (en principe une couche épitaxiée) et une structure multicouche composée d'une superposition de couches isolantes et conductrices gravées, la structure multicouche étant interposée entre la face avant de la couche monocristalline et le substrat de report, procédé caractérisé en ce qu'on réalise, tout autour d'une zone active du circuit-intégré incluant des plots de connexion d'entrée/sortie du circuit, au moins une ligne d'ouvertures creusées sur toute la profondeur de la couche monocristalline et interposées entre la zone active et un chemin de passage d'un outil de découpe de puces individuelles, cette ligne d'ouvertures formant une barrière tout autour de la zone active pour limiter la propagation de craquelures induites par l'outil de découpe. Dans une première réalisation, la série d'ouvertures est faite à partir de la face arrière du substrat de silicium, après amincissement. Dans une deuxième réalisation, la série d'ouvertures est faite à partir de la face avant du substrat de silicium, avant collage sur un substrat de report et amincissement. Les ouvertures peuvent être ponctuelles, rapprochées les unes des autres, et forment alors une sorte de ligne pointillée tout autour de la zone active du capteur. On a de préférence plusieurs lignes d'ouvertures, parallèles les unes aux autres. Les ouvertures sont de préférence en quinconce. La ligne d'ouvertures peut également (et de préférence) être constituée par une tranchée continue tout autour de la zone active. Et on peut avoir au moins deux (voire plus) tranchées continues parallèles, l'une entourant l'autre, autour de la zone active. Les ouvertures, ponctuelles ou en tranchées, peuvent être comblées par un matériau qui planarise la surface dans laquelle elles sont formées. On aboutit en fin de fabrication à une puce de circuit intégré formée sur un substrat de silicium aminci reporté par sa face avant sur un substrat de report, le substrat de silicium comportant une couche mince monocristalline et une structure multicouche composée d'une superposition de couches isolantes et conductrices gravées, la structure multicouche étant interposée entre la face avant de la couche monocristalline et le substrat de report, la puce comportant une zone active incluant des plots de connexion d'entrée/sortie, la puce étant caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une ligne d'ouvertures percées dans toute la profondeur de la couche monocristalline et formant une barrière pointillée ou continue tout autour de la zone active, entre celle-ci et la périphérie de la puce de circuit-intégré. Les circuits de la zone active sont constitués notamment par une superposition de couches métalliques alternées avec des couches isolantes, et on prévoit de préférence qu'un anneau de garde métallique est formé tout autour de la zone active par une superposition de plusieurs couches métalliques en anneau autour de la zone, reliées les unes aux autres par des vias à travers des couches isolantes qui séparent ces couches métalliques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 et 2 représentent schématiquement, en vue de dessus et en coupe verticale, une tranche collective dans une phase de découpage de la tranche en puces conformément à l'art antérieur ; - la figure 3 représente, en coupe, une phase de découpage selon l'invention, dans un premier mode de réalisation ; - la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation ; - la figure 5 représente un troisième mode de réalisation ; - la figure 6 représente un quatrième mode de réalisation ; - les figures 7 et 8 représentent, respectivement en vue de dessus et en coupe verticale un détail d'une réalisation avec plusieurs tranchées continues ouvertes dans la couche épitaxiale monocristalline ; - la figure 9 représente un détail de réalisation utilisant des lignes d'ouvertures ponctuelles dans la couche épitaxiale. Les dessins ne sont pas à l'échelle, pour simplifier la représentation. Sur la figure 1 on a représenté une étape de séparation par sciage de puces de circuit-intégré formées collectivement sur une tranche comportant de multiples puces individuelles. La scie qui sépare les puces est désignée par 10, avec une puce 12 à gauche et une puce 14 à droite. Le découpage peut être fait par un autre outil qu'une scie, mais on considérera dans la suite que l'outil est une scie. Les circuits intégrés sur ces puces sont formés sur un substrat de silicium aminci à quelques micromètres d'épaisseur et reporté (avant amincissement) sur un substrat de report qui assure la tenue mécanique des puces en fabrication collective sur tranche jusqu'à la séparation en puces individuelles. Pour réaliser ces circuits-intégrés sur substrat aminci, on part d'une tranche de silicium (tranche ordinaire ou tranche SOI, c'est-à-dire tranche de silicium comportant une couche de silicium monocristallin sur couche isolante) ; la face avant de cette tranche est une couche de silicium monocristallin qu'on appelera couche épitaxiale car elle est en principe formée par croissance épitaxiale ; on réalise sur cette face avant, par des opérations classiques de dopages localisés du silicium, puis des dépôts et gravures de couches successives conductrices et isolantes, l'ensemble des circuits actifs nécessaires à la fonctionnalité du circuit-intégré. Puis on planarise la face avant de la tranche par dépôt d'une couche qui comble le relief formé par les opérations précédentes, et on reporte la face avant de la tranche de silicium contre un substrat de report qui assurera la tenue mécanique dans les opérations ultérieures. On amincit le silicium par la face arrière jusqu'à ce qu'il ne subsiste plus que quelques micromètres d'épaisseur de couche épitaxiale. La structure de la tranche des figures 1 et 2 comprend alors successivement, de bas en haut un substrat de report 20, une couche de planarisation 22, une structure multicouche 24 (alternance de ~o couches isolantes et conductrices) formant la circuiterie nécessaire au fonctionnement du capteur, et une couche épitaxiale très mince 26 comprenant notamment, dans le cas d'un capteur d'image, des zones photosensibles agencées en une matrice de lignes et colonnes. On n'a pas représenté sur les figures les couches éventuelles qui 15 peuvent être formées au stade collectif sur la couche épitaxiale (côté face arrière) après amincissement. Typiquement, dans le cas d'un capteur d'image en couleurs, ces couches peuvent comprendre éventuellement une couche conductrice, puis une couche de planarisation, puis des couches en mosaïque de filtres colorés. Ces couches seraient situées au-dessus de la 20 couche épitaxiale 26 sur les différentes figures. La zone active d'une puce comprend tous les éléments électriques nécessaires au fonctionnement de la puce ; elle est éloignée de quelques centaines de micromètres du bord de la puce afin que ces éléments ne risquent pas d'être endommagés par l'outil de découpe lors de la division de 25 la tranche en puces individuelles. Les zones actives ZA de la puce 12 et ZB de la puce 14 sont représentées sur la figure 1 par l'intérieur de rectangles tiretés respectifs. Les zones actives comprennent notamment les plots de connexion d'entrée/sortie permettant la communication électrique entre la puce et 30 l'extérieur. Ces plots sont en général situés à la périphérie de la zone active. Des chemins de découpe CH en lignes horizontales et verticales sont ménagés entre les zones actives des puces adjacentes ; l'outil de découpe devra rester dans ces chemins de découpe. Il n'y a pas de circuits électriques fonctionnels dans ces chemins. La largeur des chemins est en 35 général d'environ quelques dizaines de micromètres. Lors de la découpe, la scie engendre des contraintes fortes dans la tranche. On a constaté que des craquelures telles que 28 pouvaient se produire et que ces craquelures pouvaient s'étendre bien au delà du chemin de découpe, jusque dans la zone active des puces. Ces craquelures sont nuisibles au fonctionnement du circuit-intégré, notamment dans le cas d'un capteur d'image et dans ce dernier cas tout spécialement si elles s'étendent jusque dans la matrice de zones photosensibles. Pour éviter ces craquelures, on a eu l'idée selon l'invention d'éliminer la couche épitaxiale 26 sur toute sa profondeur, tout autour de la zone active, selon une ligne continue ou discontinue ; ces lignes d'ouvertures de la couche épitaxiale contribuent à empêcher la formation de craquelures ou à interrompre les craquelures dans leur propagation vers la zone active. La figure 3 représente une première variante du procédé selon l'invention. Dans cette variante, on élimine la couche épitaxiale 26 de manière continue sous forme d'une tranchée 30 constituée dans la largeur du chemin de découpe CH. Dans l'exemple représenté, on considére que l'ouverture 30 occupe toute la largeur et toute la longueur des chemins de découpe CH. Même si l'ouverture n'occupe pas toute la largeur du chemin de découpe elle a une largeur supérieure à la largeur de la scie 10, majorée par une marge d'incertitude sur la position de la scie lors du découpage. La scie passera donc dans l'ouverture 30 formée et attaquera donc d'abord la structure multicouche 24 puis la couche de planarisation 22 puis le substrat de report 20. L'ouverture 30 en forme de tranchée est dans cette réalisation continue et elle entoure complètement la zone active de chaque puce. La figure 4 représente une deuxième variante de réalisation. Dans cette variante, on forme des tranchées continues 31 et 33 de part et d'autre du trajet que suivra la scie, tout autour de chaque zone active de puce et sur toute la profondeur de la couche épitaxiale. La scie passe donc dans la couche épitaxiale 26 mais les tranchées de part et d'autre tendront à empêcher la propagation de craquelures dans la couche 26 vers les zones actives. On peut prévoir qu'il y a non pas une mais plusieurs tranchées de part et d'autre du trait de scie. L'avantage est de permettre une réduction de la largeur de chacune des tranchées et on verra que cela peut être utile si des traitements de photogravure doivent être réalisés sur la face arrière de la couche épitaxiale postérieurement à la formation des tranchées. La figure 5 représente une réalisation dans laquelle il y a deux tranchées continues 31, 31' tout autour de la zone active ZA et deux tranchées continues 33, 33' tout autour de la zone active ZB. Les tranchées sont parallèles l'une à l'autre et renforcent l'effet de neutralisation des craquelures éventuelles. On peut prévoir plus de deux tranchées successives, par exemple une dizaine de tranchées très étroites autour de la zone active de chaque puce. La figure 6 représente une variante de réalisation dans laquelle les ouvertures formées sur toute la hauteur de la couche épitaxiale sont comblées par un matériau 34 qui aplanit le relief de la face arrière du substrat de silicium. Le matériau de remplissage peut être de l'oxyde de silicium ou du silicium polycristallin ou un matériau conducteur. Dans le cas d'un capteur d'image en couleurs, qui est une application dans laquelle l'invention est particulièrement utile, il faut déposer des couches de filtres colorés sur la face arrière amincie de la couche épitaxiale. Cette opération suppose des étapes de dépôt et des étapes de photolithographie à partir de résines photosensibles. II est alors souhaitable de minimiser la largeur des ouvertures ponctuelles ou en tranchées, pour éviter de perturber l'homogénéité d'épaisseur des couches déposées (filtres ou résine photolithographique). C'est tout particulièrement dans ce cas que les ouvertures peuvent être comblées par un matériau qui planarise la surface avant de réaliser ces étapes ; pour cette planarisation, il est préférable que les tranchées (ou les ouvertures ponctuelles si les tranchées sont remplacées par des ouvertures ponctuelles) soient aussi étroites que possible. Le comblement des ouvertures est d'autant plus facile que les ouvertures sont plus étroites. Il est donc particulièrement intéressant de leur donner une très faible largeur (moins de 1 micromètre) en les gravant par attaque anisotrope verticale (gravure ionique réactive). Les figures 7 et 8 représentent une vue plus en détail d'une réalisation avec deux tranchées continues 31 et 31', ou 33 et 33' qui subsistent de chaque côté du passage de la scie 10 autour des zones actives. Dans cet exemple, les tranchées sont formées par photogravure chimique, d'où leur forme en V. Elles peuvent avoir une largeur du même ordre de grandeur que l'épaisseur de la couche épitaxiale (de 3 à 15 micromètres par exemple) ; par conséquent elles sont chacune beaucoup moins large que le chemin de découpe ménagé entre les zones actives de puces adjacentes (de l'ordre de 100 micromètres). Sur les figures 4 et 5, on a représenté cinq tranchées dans un chemin de découpe, la scie passant d'ailleurs au milieu de la tranchée centrale, mais on peut très bien envisager qu'il y ait dix ou vingt tranchées parallèles dans le chemin de découpe qui fait plusieurs dizaines de micromètres de large si ces tranchées ne font pas plus de 1 à 3 micromètres de large chacune. Pour avoir des tranchées très étroites et très rapprochées, ce qui est avantageux, il est possible de faire la gravure des tranchées par un procédé de gravure anisotrope aboutissant à des tranchées à flancs verticaux. Dans ce cas, pour une épaisseur de quelques micromètres de couche épitaxiale, on sait faire des tranchées étroites à flancs verticaux, d'une largeur inférieure à 1 micromètre, espacées de moins d'1 micromètre. La figure 9 représente, en vue dessus, une autre variante de réalisation, dans laquelle les ouvertures sur toute la profondeur de la couche épitaxiale ne sont pas des tranchées mais des ouvertures ponctuelles 35. Les trous ainsi creusés dans la couche épitaxiale forment donc, tout autour de la zone active du circuit-intégré, une ligne discontinue ou ligne pointillée. Dans l'exemple de la figure 9, il y a plusieurs lignes de trous 35 de part et d'autre du trait de scie, le trait de scie pouvant d'ailleurs passer au-dessus d'une ou plusieurs de ces lignes pointillées. Sur la figure 9, les trous sont arrangés en damier régulier dans les chemins de découpe avec un espacement entre trous égal au pas des lignes et colonnes de trous. Cependant, ils pourraient aussi être agencés en quinconce, avec un espacement entre trous deux fois plus grand que le pas des lignes et des colonnes de trous ; ceci réduit le risque de propagation de craquelures dans la couche épitaxiale dans cette configuration où la zone épitaxiale active n'est pas complètement isolée de la zone épitaxiale sciée ; le risque est d'autant plus réduit qu'il y a plus de lignes parallèles d'ouvertures ponctuelles. Comme pour les tranchées continues, il est possible de faire la gravure des lignes d'ouvertures ponctuelles par un procédé de gravure anisotrope aboutissant à des trous à flancs verticaux, et ces ouvertures peuvent être comblées par un matériau de remplissage. Dans toutes ces configurations, on peut prévoir en outre que la zone active du circuit-intégré, contenant aussi les plots de connexion d'entrée-sortie normalement prévus à la périphérie de la puce, est entourée par un anneau de garde constitué dans la structure multi-couche 24. Un tel anneau de garde peut être formé par une superposition d'anneaux métalliques séparés par des couches isolantes mais reliés entre eux par des vias traversant la couche isolante. Cet anneau contribue à renforcer la structure pour limiter les contraintes du sciage. L'anneau de garde peut être situé au-dessous des tranchées telles que 31, 33 ou des lignes discontinues de trous 35. Il peut aussi être situé entre les tranchées et la zone active du circuit-intégré. Dans tous les cas, les tranchées sont faites dans un chemin de découpe dans lequel il n'y a pas d'élément actif faisant partie de la puce de circuit-intégré (le chemin peut cependant comprendre des éléments de test) ; dans ce chemin de découpe on trouvera l'anneau de garde et les tranchées selon l'invention ; le trait de scie sera placé dans une partie du chemin de découpe (en principe le centre pour des raisons de symétrie) où la structure multicouche ne comporte que de l'oxyde de silicium mais pas de couches métalliques. Dans le cas des capteurs d'image, où la face arrière de la couche épitaxiale (en haut sur les figures) est revêtue d'autres couches et notamment des couches de filtrage colorées, on fera les ouvertures dans la couche épitaxiale de préférence avant d'avoir déposé ces couches supplémentaires, et de préférence après avoir comblé les ouvertures formées en les remplissant d'un matériau qui planarise la surface. Dans une variante de réalisation du procédé selon l'invention, les tranchées ou ouvertures ponctuelles sont réalisées sur toute la profondeur de la couche épitaxiale avant le report de la face avant de la tranche de silicium sur un substrat de report ; par conséquent elles sont réalisées à partir de la face avant du substrat de silicium alors que celui-ci n'a pas encore été aminci. Les tranchées sont alors de préférence faites par un procédé d'attaque anisotrope (gravure ionique réactive), ce qui permet de faire des tranchées étroites à flancs verticaux (et non obliques comme à la figure 5) faciles à combler avec un matériau de remplissage. Le matériau de remplissage est de préférence du silicium polycristallin dopé isolé des flancs de la tranchée par une fine couche d'oxyde de silicium qui tapisse ces flancs. En effet, si ces tranchées sont ainsi constituées elles peuvent être réalisées en même temps que des tranchées ayant une fonction de vias conducteurs entre face avant et face arrière de la couche épitaxiale dans la zone active du circuit-intégré et dès lors les tranchées selon l'invention peuvent être réalisées au cours de la même opération de photogravure que ces vias conducteurs. Lorsque les ouvertures ponctuelles ou en tranchées sont ainsi io faites à partir de la face avant, il faut bien sûr les creuser à une profondeur au moins égale à la profondeur de couche épitaxiale qui subsistera après amincissement, afin que la couche épitaxiale soit complètement éliminée dans les ouvertures après la phase d'amincissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une puce de circuit-intégré sur substrat de silicium aminci reporté par sa face avant sur un substrat de report (20), le substrat de silicium comportant une couche mince monocristalline (26) et une structure multicouche (24) composée d'une superposition de couches isolantes et conductrices gravées, la structure multicouche étant interposée entre la face avant de la couche monocristalline et le substrat de report, caractérisé en ce qu'on réalise, tout autour d'une zone active du circuit-intégré incluant des plots de connexion d'entrée/sortie du circuit, au moins une ligne d'ouvertures (31, 33, 35) creusées sur toute la profondeur de la couche monocristalline et interposées entre la zone active et un chemin de passage d'un outil de découpe de puces individuelles, cette ligne d'ouvertures formant une barrière tout autour de la zone active pour limiter la 15 propagation de craquelures induites par l'outil de découpe. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne d'ouvertures est faite à partir de la face avant du substrat de silicium, avant amincissement. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne d'ouvertures est faite à partir de la face arrière du substrat de silicium après amincissement. 4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ouvertures sont ponctuelles, rapprochées les unes des autres, et forment une ligne pointillée tout autour de la zone active du capteur. 30 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que plusieurs lignes parallèles d'ouvertures rapprochées sont formées tout autour de la zone active. 20 25 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les ouvertures des différentes lignes sont placées en quinconce 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la ligne d'ouvertures est constituée par une tranchée continue tout autour de la zone active. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on forme au moins deux tranchées continues, l'une entourant l'autre, autour de la zone active. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8,caractérisé en ce que les ouvertures sont comblées par un matériau qui planarise la surface dans laquelle elles sont formées. 10. Puce de circuit intégré sur substrat de silicium aminci reporté par sa face avant sur un substrat de report (20), le substrat de silicium comportant une couche mince monocristalline (26) et une structure multicouche (24) composée d'une superposition de couches isolantes et conductrices gravées, la structure multicouche étant interposée entre la face avant de la couche monocristalline et le substrat de report, la puce comportant une zone active incluant des plots de connexion d'entrée/sortie, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une ligne d'ouvertures (31, 33, 35) percées dans toute la profondeur de la couche monocristalline et formant une barrière pointillée ou continue tout autour de la zone active, entre celle-ci et la périphérie de la puce de circuit-intégré.30