Brevet FR2982074A1 — publié le 20130503

DISPOSITIF MICROELECTRONIQUE COMPRENANT UN OU PLUSIEURS CONDUITS METALLIQUES FORMES PAR DES LIGNES D'INTERCONNEXION DE COMPOSANTS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de la microélectronique et plus particulièrement celui des interconnexions métalliques de composants d'un dispositif microélectronique. Elle prévoit une structure d'interconnexion de composants améliorée, ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle structure d'interconnexion. Elle s'applique à la réalisation de 15 dispositifs dans lesquels un fluide est destiné à circuler, notamment un fluide destiné à amener une espèce à analyser vers un capteur embarqué ou bien pour refroidir un circuit ou certains de ses composants Elle s'applique également notamment à la 20 réalisation de dispositifs microélectroniques dotés d'un composant électromécanique MEMS et/ou NEMS. ART ANTÉRIEUR Il est connu de co-intégrer sur un même substrat, un ou plusieurs composants électromécaniques 25 NEMS et/ou MEMS avec des composants électroniques tels que des transistors. La réalisation d'un dispositif microélectronique doté d'un composant NEMS et/ou MEMS, doté d'une structure semi-conductrice de détection ou SP 51025 ALP 2 d'actionnement suspendue et mobile pose problème, notamment lors de la libération de cette dernière. Lorsqu'on réalise un dispositif microélectronique doté d'un composant MEMS ou NEMS, co- intégré plusieurs composants électroniques tels que des transistors, la structure suspendue du composant électromécanique doit généralement être libérée de couches isolantes l'encapsulant une fois que des niveaux métalliques d'interconnexions des composants ont été réalisés. Cette libération est réalisée par une gravure isotrope qui peut avoir tendance à dégrader dans le même temps les couches isolantes environnant le composant NEMS ou MEMS et dans lesquelles les niveaux métalliques d'interconnexion sont disposés. Pour limiter la dégradation des couches environnant le composant NEMS ou MEMS lors de l'étape de libération, il est possible de réaliser à la place d'une seule gravure isotrope, une première gravure anisotrope des couches isolantes dans lesquelles les niveaux métalliques d'interconnexion sont disposés, puis, une fois que l'on se trouve à proximité de la structure de détection ou d'actionnement du composant électromécanique, une deuxième gravure, cette fois de type isotrope pour pouvoir graver sous cette structure et la libérer. Un tel procédé a cependant pour inconvénient de nécessiter l'utilisation de plusieurs équipements de gravure, au moins un premier équipement 30 permettant de réaliser la gravure anisotrope, au moins SP 51025 ALP 3 un deuxième équipement étant destiné à effectuer la gravure isotrope. Par ailleurs, cette gravure isotrope peut quand même entrainer une dégradation des couches 5 isolantes situées autour de l'élément mobile du composant électromécanique. Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique doté d'un composant MEMS ou NEMS. 10 EXPOSÉ DE L'INVENTION selon un aspect particulier, la présente invention prévoit un procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique doté d'un composant électro-mécanique MEMS ou NEMS dans lequel on libère la 15 structure de détection ou d'actionnement du composant électro-mécanique par gravure de couches isolantes recouvrant ledit composant électromécanique dans un tunnel ou un conduit formé par des niveaux métalliques d'interconnexions de composants et débouchant sur ledit 20 composant électro-mécanique. En effectuant cette gravure dans un tunnel, on libère ladite structure du composant tout en protégeant les éléments et en particulier les couches isolantes situées autour du tunnel ou du conduit. 25 Cependant, la présente invention n'est pas limitée à un tel procédé et prévoit plus généralement un procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique comprenant un ou plusieurs composants électroniques, le procédé comprenant des étapes 30 consistant à réaliser sur un support un ou plusieurs composants électroniques et un ou plusieurs niveaux SP 51025 ALP 4 métalliques d'interconnexions des composants électroniques disposés dans une ou plusieurs couches isolantes recouvrant lesdits composants, les niveaux métalliques formant au moins un conduit métallique délimité par une enveloppe métallique continue ou une paroi métallique continue. Le procédé peut comprendre en outre une étape consistant à graver lesdites couches isolantes à l'intérieur dudit conduit métallique. Le conduit métallique est réalisé de sorte que, sur au moins une partie de sa longueur, ou de préférence sur toute sa longueur, il a une section transversale réalisant un contour métallique fermé. L'enveloppe métallique peut être prévue 15 étanche. Le conduit métallique peut être utilisé comme conduit d'écoulement d'un fluide au cours de la réalisation du dispositif et en particulier d'un fluide de gravure. 20 En faisant passer un fluide de gravure dans le conduit métallique on peut graver des éléments se trouvant à l'intérieur du conduit métallique sans affecter des couches situées autour de ce dernier. Le conduit métallique peut être ainsi 25 utilisé comme moyen de protection vis-à-vis d'éléments situés à l'extérieur du conduit, en particulier lorsqu'on réalise une étape de gravure à travers le conduit ou dans le conduit. Selon une possibilité de mise en oeuvre du 30 procédé, le dispositif microélectronique réalisé peut comporter au moins un composant de capteur SP 51025 ALP électrochimique, par exemple un transistor de type chemFET. Ce composant de capteur électrochimique est alors disposé du tunnel métallique ou dans une région dans lequel ledit tunnel métallique ou ledit conduit 5 métallique débouche. Le procédé de réalisation suivant l'invention peut comprendre en outre, préalablement à l'étape a), des étapes consistant à former une structure de détection d'un composant électro-chimique ou une structure mobile d'un composant électromécanique, ladite structure étant disposée ou piégée dans une couche de matériau diélectrique, ledit conduit métallique formé à l'étape a) débouchant sur une région donnée de la couche de matériau diélectrique donné dans laquelle ladite structure est disposée. Le matériau diélectrique donné peut être alors choisi de sorte que les couches isolantes dans lesquelles les niveaux métalliques sont disposés peuvent être gravées de manière sélective vis-à-vis du matériau diélectrique donné. Pour obtenir une telle sélectivité, le matériau diélectrique donné peut par exemple être choisi avec une densité supérieure à celle du matériau des couches isolantes dans lesquelles les niveaux métalliques sont disposés. La gravure des couches isolantes à l'intérieur du conduit peut être effectuée par exemple à l'aide de HF. La présente invention concerne également un dispositif microélectronique comprenant un ou plusieurs composants, le dispositif comprenant en outre un ou SP 51025 ALP 6 plusieurs niveaux métalliques d'interconnexions de composants électroniques, les niveaux métalliques formant un tunnel, ou un tube, ou un conduit, doté d'une enveloppe métallique continue. Le conduit métallique ou tunnel métallique, ou tube métallique, a une section transversale réalisant un contour métallique fermé. L'enveloppe continue peut permettre de former un conduit étanche pour l'écoulement d'un fluide entre une première région du dispositif microélectronique et une deuxième région du dispositif microélectronique. Le conduit métallique peut comporter au moins une portion verticale, s'étendant dans une 15 direction réalisant un angle non-nul, en particulier de 90°, avec un plan principal du support. Le conduit métallique peut comporter également au moins une portion horizontale et parallèle avec ledit plan principal du support, ladite portion 20 horizontale communicant avec ladite portion verticale. Selon une possibilité de mise en oeuvre, le dispositif microélectronique suivant l'invention peut comporter en outre au moins un composant électromécanique à structure mécanique mobile, en particulier 25 une structure suspendue, disposée dans une région donnée dans laquelle ledit conduit débouche. Selon une autre possibilité de mise en oeuvre, le dispositif microélectronique suivant l'invention peut comporter en outre au moins un 30 composant d'un capteur, en particulier d'un capteur électrochimique ou biologique disposé dans une région SP 51025 ALP 7 donnée dans laquelle ledit conduit débouche. Le conduit métallique peut alors éventuellement servir à amener un gaz ou un liquide, en direction du capteur électrochimique ou biologique. Selon une autre possibilité de mise en oeuvre du dispositif suivant l'invention, le conduit métallique peut être prévu pour accueillir un fluide de refroidissement d'un ou plusieurs composants du dispositif microélectronique. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures lA à 1D illustrent un exemple de procédé suivant l'invention comprenant la réalisation d'un tunnel métallique vertical formé par les niveaux métalliques d'interconnexion de composants électroniques, puis une libération de la structure de détection et/ou d'actionnement d'un composant électromécanique situé dans une région vers laquelle ledit tunnel débouche ; - les figures 2A-2B illustrent un autre 25 exemple de procédé suivant l'invention comprenant la libération d'une structure suspendue mobile à travers un tunnel métallique vertical formé par les niveaux métalliques d'interconnexion de composants électroniques, ce tunnel vertical communicant avec au 30 moins un tunnel métallique horizontal formé SP 51025 ALP 8 dans plusieurs desdits niveaux métalliques d'interconnexion ; - la figure 3 illustre une variante de procédé suivant l'invention ; - la figure 4 illustre un dispositif comprenant un tunnel métallique formé par des niveaux métalliques d'interconnexion de composants électroniques et qui débouche sur un composant de capteur électro-chimique ; - la figure 5 illustre un dispositif comprenant un tunnel métallique formé par des niveaux métalliques d'interconnexion de composants électroniques par lequel un fluide de refroidissement de composant circule ; Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur 20 les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un exemple de procédé de réalisation d'un 25 dispositif microélectronique suivant l'invention va à présent être décrit en liaison avec les figures 1A-1D. Dans cet exemple, le procédé permet la réalisation d'un dispositif microélectronique doté d'un ou plusieurs composants électroniques et d'un composant SP 51025 ALP 9 électromécanique Cl doté d'au moins un élément qui peut être suspendu et mobile. Le matériau de départ du procédé peut être, par exemple, un substrat 100 en Silicium massif (tel 5 que sur la figure LA) ou de type semi-conducteur sur isolant, par exemple de type SOI (SOI pour « Silicon On Insulator » ou « silicium sur isolant »), et comprenant alors une couche semi-conductrice de support, une couche isolante, par exemple d'oxyde enterré, et une 10 couche mince semi-conductrice reposant sur la couche d'oxyde enterré. Sur le substrat, on réalise un composant électro-mécanique Cl de type MEMS ou NEMS doté d'une structure ou d'un élément 110 suspendu de détection 15 et/ou d'actionnement, ainsi qu'un ou plusieurs composants électroniques tels que des transistors Tl, 12. L'élément 110 peut être agencé de sorte à avoir une première de ses extrémités ancrée au substrat 100 tandis qu'une deuxième de ses extrémités est libre. 20 Une couche 121 de protection peut être ensuite réalisée de manière à recouvrir le composant Cette couche de protection 121 peut être à base d'un matériau diélectrique et avoir une hauteur H1 25 (mesurée dans une direction parallèle au vecteur j) supérieure à celle des transistors Ti et 12 et peut être comprise par exemple entre 30 nm et 500 nm. La couche 121 de protection peut être réalisée à l'aide d'un matériau diélectrique 123 30 différent ou de composition différente de celle de la ou des couches isolantes dans lesquelles un ou SP 51025 ALP 10 plusieurs niveaux métallique d'interconnexion des composants sont destinées à être réalisées. Ensuite, une fois les étapes appelées de « front end » effectuées, on effectue des étapes dites « de back end » lors desquelles on réalise un ou plusieurs niveaux métalliques d'interconnexion MI,...,Mk formés de ligne métalliques horizontales superposées connectées entre elles par des éléments de connexion verticaux ou vias Vi,...,Vk_i. Les niveaux métalliques d'interconnexion MI,..,Mk et vias Vi,...,Vk_i sont réalisés dans un empilement de plusieurs couches isolantes 1310'131p formé sur la couche de protection 121 (figure 1B). L'empilement de couches isolantes 1310'131p peut comprendre par exemple des couches à base d'oxyde de Silicium ou avantageusement de SiOC poreux. Le matériau diélectrique 123 de la couche de protection 121 peut être avantageusement choisi de sorte que les couches isolantes 1310'131p peuvent être gravées de manière sélective vis-à-vis de la couche de protection 121. Pour obtenir une telle sélectivité, on peut choisir par exemple le matériau diélectrique 123 de la couche de protection 121 avec une densité plus élevée que celle du matériau des couches isolantes 1310,",131p, ces dernières pouvant être à base d'un matériau poreux. Dans le cas, par exemple, où le matériau diélectrique donné destiné à être utilisé pour recouvrir les transistors Ti, 12 est à base d'oxyde de silicium, le matériau diélectrique 123 des parois 121 SP 51025 ALP 11 peut être par exemple un oxyde de silicium de plus haute densité, par exemple un oxyde de silicium dit HDP (HDP pour « High Density Plasma Oxide ») que celui ou ceux utilisés pour former les couches 1310'131p. Les niveaux métalliques d'interconnexion et les vias sont réalisés de manière à former un tunnel vertical 150 ou un conduit 150 vertical au dessus du composant C. Par « vertical », on entend ici que le 10 tunnel ou le conduit s'étend dans une direction (parallèle au vecteur J du repère orthogonal [0; ; ; défini sur la figure 1B) réalisant un angle non-nul, en particulier de 90° ou sensiblement égale à 90°, avec le plan principal du substrat (le plan principal du 15 substrat étant lui-même un plan passant par le substrat et parallèle au plan [0;i;ii] du repère [0; i ; j ; ). Ce tunnel 150 est délimité par des parois métalliques continues formant une enveloppe métallique continue dont la section transversale, de préférence 20 sur toute la longueur du tunnel 150, réalise un contour métallique fermé. Par section transversale du conduit métallique, on entend ici une section dans un plan parallèle au plan [0;i;ii] du repère orthogonal [0;i;j 25 ;k] donné sur la figure 1B. L'enveloppe métallique du tunnel 150 peut être prévue pour être étanche. Le tunnel 150 est disposé au dessus d'une zone de la couche de protection 121 dans laquelle se 30 trouve le composant C, et débouche sur cette zone. SP 51025 ALP 12 Ainsi, le tunnel 150 métallique vertical 150 est rempli par les couches isolantes 1310'131p. On forme ensuite un masquage 160, qui peut être par exemple à base de résine et doté d'au moins 5 une ouverture 161 située dans le prolongement du tunnel 150. On réalise ensuite une gravure isotrope à travers l'ouverture 161 du masquage 160, de manière à retirer les couches isolantes 1310,", 131p à travers le 10 masquage 160. Cette gravure isotrope peut être réalisée par exemple à l'aide de HF. Durant la gravure isotrope, le matériau diélectrique des couches isolantes 1310'131p est 15 consommé à l'intérieur du tunnel métallique 150. Les parois métalliques du tunnel métallique sont étanches et prévues couches isolantes 1310,", transistors Ti et 12 de la 20 de retirer ces couches de manière à protéger les 131p situées au dessus des gravure isotrope et permettre 1310,", 131p uniquement à l'intérieur du tunnel métallique 150, sans les altérer autour du tunnel métallique 150. Une gravure de la couche de protection 121 dans le prolongement du tunnel 150 peut être réalisée 25 durant la même étape que celle de gravure des couches isolantes 1310,", 131p, ou selon une variante, à l'aide d'une étape de gravure ultérieure. On libère ainsi l'élément suspendu 110 du composant C sans effectuer de sur-gravure des couches 30 isolantes 1310'131p autour du tunnel métallique (figure 1C). A l'issue de cette étape de gravure, la SP 51025 ALP 13 couche de protection 121 peut comporter des flancs 125, 126, disposés dans le prolongement des parois métalliques du tunnel 150. Ensuite, on peut retirer le masquage isolant 160. Sur la figure 1D, le tunnel métallique 150, dont la section transversale forme un contour fermé, est représenté selon une vue de dessus après retrait des couches diélectriques dans ce dernier et retrait du masquage 160. Une variante du procédé qui vient d'être décrit est illustrée sur les figures 2A-2B. Les niveaux métalliques d'interconnexion et les vias sont réalisés de manière à former un premier tunnel 150, vertical, au dessus du composant C1 électro-mécanique. Pour cette variante, un deuxième tunnel 250, horizontal (la direction horizontale étant définie comme une direction parallèle au plan [0;i;ii] du repère [0; i ; j ; donné sur la figure 2A) est également formé par des lignes métalliques horizontales par exemple de certains niveaux métalliques M3, M4 parmi l'ensemble desdits niveaux métalliques d'interconnexion et par exemple par des vias d'interconnexions. Le deuxième tunnel 250 est réalisé de manière à communiquer avec le premier tunnel 150 et est également formé de parois métalliques ou d'une enveloppe métallique ou d'une gaine métallique dont la section transversale réalise un contour fermé sur toute sa longueur (la section transversale du deuxième tunnel étant cette fois une section prise dans un plan SP 51025 ALP 14 parallèle au plan [0; ;k ). L'intérieur du deuxième tunnel 250 est isolé par les parois métalliques de zones situées autour de ce dernier. Ce deuxième tunnel 250, tout comme le premier tunnel 150 peut être par exemple prévu pour réaliser un conduit étanche de transport pour un liquide ou pour un gaz. Le premier tunnel 150 et le deuxième tunnel 250 peuvent être tout d'abord remplis de matériau(x) diélectrique(s) formés au cours de la réalisation des niveaux métalliques d'interconnexion. On effectue ensuite un retrait des couches isolantes dans le premier tunnel 150 et dans le deuxième tunnel 250, par exemple en réalisant un masquage 160 doté d'une ouverture débouchant sur une 15 entrée du premier tunnel 150 puis en effectuant une gravure isotrope du ou des matériau(x) diélectrique(s) dans les tunnels 150 et 250, par exemple à l'aide de HF (figure 2B). Une autre variante de réalisation est 20 illustrée sur la figure 3, prévoit que les parois diélectriques entourant l'élément suspendu 110 du composant électromécanique sont remplacées par des parois métalliques 325, 326 formant un contour fermé ou une gaine fermée ou une portion de tunnel à parois 25 hermétiques dans le prolongement duquel le tunnel métallique 150 est formé. Un autre exemple de dispositif microélectronique suivant l'invention est donné sur la figure 4A. Ce dispositif comprend un substrat sur 30 lequel des transistors TI, 12, sont formés ainsi que des niveaux métalliques d'interconnexions M1, Mk des SP 51025 ALP 15 composants électroniques. Les niveaux métalliques sont agencés de manière à former au moins un conduit 150 ou un tunnel 150, doté d'une enveloppe métallique continue. Le conduit 150 débouche cette fois sur un capteur électro-chimique C2 destiné à la détection ou à la mesure d'un gaz ou d'un liquide ou d'une substance véhiculée par un liquide ou un gaz amené par le conduit 150. Le capteur C2 peut être notamment formé d'un transistor T' ou comprendre un transistor T' de type chemFET agissant comme un capteur chimique, doté d'une couche 173 de fonctionnalisation reposant sur une couche diélectrique 171. Un autre exemple de dispositif microélectronique suivant l'invention est donné sur la figure 5. Le tunnel 150, débouche cette fois sur un circuit C3 ou un composant C3 que l'on redroidit par l'intermédiaire d'un fluide F de refroidissement amené par le conduit 150. Le fluide de refroidissement F utilisé peut être par exemple de l'azote sous forme de liquide ou de gaz, ou de l'hélium sous forme de liquide ou de gaz, ou de l'air. REVENDICATIONS1. Dispositif microélectronique comprenant un support (100) sur lequel un ou plusieurs composants 5 (T1, T2, T Cl, C2, C3) et un ou plusieurs niveaux métalliques d'interconnexions (M1, 110 de composants électroniques sont disposés, caractérisé en ce que les niveaux métalliques sont agencés de manière à former au moins un conduit métallique doté d'une enveloppe 10 métallique continue. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit conduit comporte au moins une portion verticale (150) d'enveloppe métallique continue, ladite 15 portion verticale s'étendant dans une direction réalisant un angle non-nul, en particulier de 90°, avec un plan principal du support. 3. Dispositif selon la revendication 2, 20 dans lequel ledit conduit métallique comporte au moins une portion horizontale (250) d'enveloppe métallique continue, ladite portion horizontale s'étendant dans une direction parallèle avec ledit plan principal du support, ladite portion horizontale communicant avec 25 ladite portion verticale (150). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit conduit métallique débouche sur une région donnée dans laquelle 30 une structure (110) de détection et/ou d'actionnement d'un composant électro-mécanique (C1) est disposée.SP 51025 ALP 17 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit conduit métallique débouche sur une région donnée dans laquelle une structure (T') de détection d'un capteur électrochimique (C2) est disposée. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel un fluide (F) de refroidissement circule dans ledit conduit métallique (150, 250), ledit conduit métallique débouchant sur une région donnée dans laquelle au moins un composant destiné à être refroidit par ledit fluide (F) est disposé. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, ladite région est entourée par des parois isolantes (125, 126), formant un autre conduit dans le prolongement dudit conduit métallique. 8. Procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique comprenant de étapes consistant à : a) former sur un support (100) un ou plusieurs niveaux métalliques d'interconnexions (M1, Mk) de composants disposés dans une ou plusieurs couches isolantes (1310,...,131p) recouvrant lesdits composants, les niveaux métalliques (M1, Mk) étant réalisés de manière à former au moins une enveloppe métallique continue d'un conduit métallique, b) retirer des couches isolantes dans ledit 30 conduit métallique.SP 51025 ALP 18 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit conduit métallique comporte au moins une portion verticale (150) s'étendant dans une direction réalisant un angle non-nul, en particulier de 90°, avec un plan principal du support. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit conduit métallique comporte au moins une portion horizontale (250), et parallèle avec ledit plan principal du support, ladite deuxième portion communiquant avec ladite première portion. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel préalablement à l'étape a), on 15 forme sur un support (100) une structure de détection et/ou d'actionnement (110) d'un composant électromécanique (C1) ou une structure de détection d'un capteur électrochimique (02), ainsi que des composants électroniques (T1, T2) , ledit conduit 20 métallique formé à l'étape a) débouchant sur une région donnée dans laquelle ladite structure est située. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel après avoir réalisé lesdits composants et 25 préalablement à la formation desdites couches isolantes, on forme une couche de protection (121) isolante sur ladite structure (110, T') ainsi que sur les composants électroniques (Tl, T2), ladite couche de protection étant à base d'un matériau diélectrique 30 donné prévu de sorte que lesdites couches isolantesSP 51025 ALP 19 (1310',131p) peuvent être gravées de manière sélective vis-à-vis de la couche de protection. 13. Procédé selon la revendication 12, le retrait des couches isolantes(1310,_,131p) à l'étape b) étant réalisé par gravure isotrope. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, ladite couche de protection (121) étant à base d'un 10 matériau diélectrique de densité supérieure à celle desdites couches isolantes. 15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14 lorsque dépendante de la revendication 13, 15 ladite gravure isotrope étant effectuée à l'aide de HF.