Brevet FR3066316A1 — publié le 20181116

B15731FR - 16-GR3-0037 1 PROCEDE DE FORMATION D'UNE STRUCTURE DE PLANARISATION Domaine La présente demande concerne un procédé de formation d'une structure de planarisation entourant un ou plusieurs reliefs formés sur une face supérieure plane d'un substrat. Exposé de l'art antérieur Une structure de planarisation reposant sur un substrat et entourant des reliefs formés sur la face supérieure plane d'un susbtrat peut être formée par dépôt d'un matériau autoplanarisant se déposant directement en une couche à face supérieure plane, par exemple par dépôt à la tournette d'un matériau fluable dont la face supérieure devient plane à la suite d'un recuit. Toutefois, les matériaux autoplanarisants disponibles sont limités et peuvent ne pas être adaptés aux applications visées. Un procédé classique plus couramment utilisé pour former une structure de planarisation entourant des reliefs consiste à déposer une couche d'un matériau qui est ensuite planarisée par polissage mécano-chimique ou CMP de l'anglais "Chemical Mechanical Planarization". Les figures LA à 1C sont des vues en coupe schématiques 20 illustrant des étapes successives de ce procédé classique de formation d'une structure de planarisation. 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 2 En figure LA, deux reliefs ou motifs 1, par exemple en oxyde de silicium, ont été formés sur la face supérieure plane d'un substrat 3. En figure 1B, une couche 5, par exemple de silicium 5 polycristallin, a été déposée sur le substrat 3 et les reliefs 1. Au-dessus des reliefs 1, la couche 5 comprend des protubérances 7 et on souhaite la planariser. L'épaisseur de la couche 5 est supérieure à la hauteur des reliefs 1, par exemple égale à deux fois leur hauteur, de façon à pouvoir être ultérieurement 10 planarisée par CMP. En figure 1C, la couche 5 a été planarisée par CMP jusqu'aux sommets des reliefs 1. En pratique, commê cela est représenté, la face supérieure de la couche 5 après CMP n'est pas parfaitement plane et présente des creux 9 entre les reliefs 1. 15 Ces creux sont d'autant plus profonds que les reliefs 1 sont hauts et éloignés les uns des autres. A titre d'exemple, pour deux reliefs 1 d'une hauteur de 0,2 gm et distants l'un de l'autre de 1 pin, le creux 9 entre ces deux reliefs 1 a une profondeur de 50 nm environ. Un inconvénient des creux 9 se formant entre des reliefs 1 distants est que le sommet des reliefs 1 est également poli lors de l'étape de planarisation de la figure 1C, d'où il résulte une diminution de leur hauteur. Cette diminution de la hauteur des reliefs 1 dépend de la densité de répartition de ces reliefs. Si la hauteur des reliefs 1 définit un paramètre d'un dispositif électronique, opto-électronique, ou électromécanique, on constate une dispersion de la valeur de ce paramètre dépendant de la densité de répartition des reliefs, et donc une dispersion des propriétés du dispositif liées à ce paramètre. Un autre inconvénient des creux 9 est qu'une couche d'un matériau déposé à une étape ultérieure sera impossible retirer par CMP sans réduire encore la hauteur des reliefs 1 et introduire de nouvelles non-uniformités, ou sans laisser de ce matériau dans les creux 9. Par exemple, les reliefs 1 sont des grilles sacrificielles et à des étapes ultérieures les reliefs 1 sont 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 3 retirés par gravure sélective par rapport à la couche 5, puis une couche du matériau de grille est déposée sur toute la structure avant d'être retirée par CPM jusqu'à la couche 5 pour former les grilles. Dans ce cas, il restera du matériau de grille dans les 5 creux 9. Pour résoudre le problème de défaut de planéité de la couche 5, il a été proposé de former, entre les reliefs 1, des motifs de remplissage ("dummies" en anglais) de même hauteur que les reliefs 1 mais sans fonctionnalité. Toutefois, cette 10 augmentation du nombre de motifs sur la face supérieure du substrat 3 pose divers problèmes. Par exemple, lorsque la fabrication de ces motifs de remplissage implique de mettre en oeuvre une étape répétée successivement pour chaque motif de remplissage, cela entraîne une augmentation du temps de 15 fabrication. C'est le cas notamment lorsque les reliefs 1 et les motifs de remplissage sont formés par photolithographie par faisceau d'électron ("e-beam" en anglais). Par ailleurs, la présence des motifs de remplissage peut dégrader les fonctionnalités des reliefs 1, par exemple, lorsque le dispositif 20 comprenant les reliefs 1 est un dispositif haute fréquence, en introduisant des capacités parasites altérant les propriétés du dispositif. Il serait souhaitable de disposer d'un procédé de formation d'une structure de planarisation entourant des reliefs 25 qui pallie au moins certains des inconvénients des procédés existants et qui permette d'obtenir une structure plus plane que celle obtenue par le procédé des figures LA à 1C, sans recourir à des motifs de remplissage. Résumé 30 Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de formation d'une structure de planarisation à face supérieure plane entourant un relief faisant saillie à partir d'un substrat à face supérieure plane, comprenant les étapes suivantes : a) déposer une couche d'un premier matériau ; b) former une couche à face 35 supérieure plane en un deuxième matériau gravable sélectivement 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 4 par rapport au premier matériau ; c) graver sélectivement de façon isotrope une partie seulement de l'épaisseur de la couche du deuxième matériau pour découvrir des protubérances du premier matériau ; et d) planariser le premier matériau jusqu'à la couche 5 du deuxième matériau par polissage mécano-chimique sélectif par rapport au deuxième matériau. Selon un mode de réalisation, une autre couche du premier matériau est déposée entre les étapes c) et d). Selon un mode de réalisation, le premier matériau est 10 du silicium polycristallin et le deuxième matériau est de l'oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation, à l'étape c), la couche du deuxième matériau est formée par dépôt à la tournette de résine HSQ suivi d'une étape de recuit. 15 Selon un mode de réalisation, le relief est une grille de transistor bordée d'espaceurs. Selon un mode de réalisation, le relief a une hauteur comprise entre 0,1 et 3 pin. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en 20 outre, après l'étape d), une étape de polissage mécano-chimique arrêtée après le retrait de la couche du deuxième matériau. Selon un mode de réalisation, à l'étape a), le premier matériau est déposé sur une épaisseur inférieure à la hauteur du relief. 25 Selon un mode de réalisation, à la fin de l'étape c), la face supérieure de la couche du deuxième matériau est à un niveau supérieur au sommet du relief. Selon un mode de réalisation, l'étape d) comprend en outre, un polissage mécano-chimique non sélectif jusqu'au sommet 30 du relief. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation 35 avec les figures jointes parmi lesquelles : 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 5 les figures LA à 1C, décrites précédemment, sont des vues en coupe schématiques illustrant des étapes successives d'un exemple d'un procédé classique de formation d'une structure de planarisation entourant des reliefs ; et 5 les figures 2A à 2E sont des vues en coupe schématiques illustrant des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une structure de planarisation entourant des reliefs. Description détaillée 10 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. 15 Dans la description qui suit, les termes "dessus", "supérieur", "inférieur", "sommet", "latéral", etc. se réfèrent à l'orientation des éléments concernés dans les figures correspondantes. Sauf précision contraire, les expressions "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient à 10 % 20 près, de préférence à 5 % près. Les figures 2A à 2E sont des vues en coupe schématiques illustrant des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une structure de planarisation entourant des reliefs. 25 En figure 2A, une couche 15, par exemple en silicium polycristallin, a été déposée sur une structure comprenant deux reliefs 1 formés sur la face supérieure plane d'un substrat 3. Au-dessus de chaque relief 1, la couche 15 présente une protubérance 17, par exemple d'une hauteur légèrement inférieure 30 à celle des reliefs 1. L'épaisseur de la couche 15 est inférieure à la hauteur des reliefs 1, par exemple de 10 rua, de préférence de 5 rua. A titre d'exemple, chaque relief 1 a une hauteur comprise entre 0,1 et 3 pin, par exemple 0,2 gm. Chaque relief 1 est distant des reliefs 1 voisins, par exemple de plus de 1 gm. 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 6 En figure 2B, une couche 19 d'un matériau gravable sélectivement par rapport au matériau de la couche 15, par exemple une couche d'oxyde de silicium, a été formée sur la couche 15 de manière à recouvrir la couche 15 et ses protubérances 17. Par 5 exemple, l'épaisseur de la couche 19 au-dessus des protubérances 17 est de 100 nm. environ. La couche 19 est une couche d'un matériau autoplanarisant, et est formée de manière à ce que sa face supérieure soit plane, par exemple avec des différences de niveaux inférieures ou égales à 5 rua. A titre d'exemple, la couche 19 est 10 formée par dépôt à la tournette d'un produit fluable, généralement suivi d'une étape de recuit. Ce produit est par exemple un borophosphosilicate (BPSG de l'anglais "BoroPhospoSilicate Glass") ou une résine HydrogénoSilsesQuioxane (HSQ). En figure 2C, une partie de l'épaisseur de la couche 19 15 est retirée par gravure isotrope sélective par rapport au matériau de la couche 15 de manière à découvrir les protubérances 17 et à laisser en place une partie de l'épaisseur de la couche 19 sur les portions planes de la face supérieure de la couche 15. L'épaisseur laissée en place de la couche 19 est telle que le 20 niveau de la face supérieure de la couche 19 est supérieur ou égal au niveau des sommets des reliefs 1. Pour cela, le temps de gravure de la couche 19 est par exemple déterminé lors de phases d'essai et/ou de simulation. A titre d'exemple, l'épaisseur de la couche 19 laissée en place est comprise entre 3 et 20 nm, par exemple 25 5 nm. Dans une variante de réalisation, la viscosité du matériau autoplanarisant de la couche 19 est telle que, à l'étape de la figure 2B, la couche 19 n'est déposée qu'entre les protubérances 17 comme cela est représenté en figure 2C. Dans ce 30 cas, l'étape de la figure 2C est omise. La figure 2D illustre une étape optionnelle au cours de laquelle une couche 21 en le même matériau que la couche 15 a été déposée sur la couche 19 et les protubérances 17. La couche 21 comprend des protubérances 22 similaires aux protubérances 17 de 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 7 la couche 15. L'épaisseur de la couche 21 est par exemple de l'ordre de 1,5 fois l'épaisseur de la couche 15. La figure 2E illustre une étape réalisée après l'étape de la figure 2C ou celle de la figure 2D, au cours de laquelle le 5 matériau des couches 21 et 15 de la structure de la figure 2D ou le matériau de la couche 15 de la structure de la figure 2C est planarisé jusqu'au niveau supérieur de la couche 19. La planarisation est effectuée par CMP sélective par rapport au matériau de cette couche 19. Les portions laissées en place des 10 couches 15 et 19 forment alors une couche ou structure planarisée 23 à face supérieure plane, par exemple avec des différences de niveaux inférieures à 5 nia. De préférence, la planarisation est poursuivie par CMP non sélective jusqu'au sommet des reliefs 1, les sommets des reliefs 1 affleurant alors au niveau de la face 15 supérieure de la structure de planarisation 23. De manière avantageuse, la structure 23 a une face supérieure plus plane quand l'étape optionnelle de la figure 2D est mise en oeuvre. Par exemple, sans l'étape optionnelle, la face supérieure de la structure 23 présente des différences de niveaux 20 inférieures à 5 nia, alors que, avec l'étape optionnelle, celles- ci sont inférieures à 2,5 nia. A une étape optionnelle suivante non illustrée, la couche 19 est supprimée par CMP non sélective effectuée à partir de la face supérieure plane de la structure 23. Du fait que la 25 CMP est effectuée à partir d'une face plane, la couche planarisée 15 obtenue a une face supérieure plane. Le procédé décrit ci-dessus en relation avec les figures 2A à 2E permet de former une structure 15 ou 23 entourant des reliefs 1 et présentant avantageusement une face supérieure plus 30 plane que celle obtenue par le procédé des figures LA à 1C. En outre, il n'est pas nécessaire de recourir à des motifs de remplissage pour parvenir à ce résultat. Dans une variante de réalisation, à l'étape de la figure 2C, la gravure isotrope est arrêtée quand la face supérieure de 35 la couche 19 atteint un niveau inférieur à celui des sommets des 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 8 reliefs 1. A l'étape de la figure 2E, une partie des sommets des reliefs est alors retirée lors de l'étape de CMP et la structure obtenue est identique à celle représentée en figure 2E. Dans une autre variante, à l'étape de la figure 2A, 5 l'épaisseur de la couche 15 est supérieure ou égale à la hauteur des reliefs 1. A l'étape de la figure 2C, la couche 19 est alors à un niveau supérieur à celui des sommets des reliefs 1, et, à l'étape de la figure 2E, du fait que l'étape de CMP est arrêtée sur le niveau supérieur de la couche 19, la structure planarisée 10 23 obtenue recouvre les sommets des reliefs 1. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le substrat 3 à face supérieure plane peut être tout type de support à face supérieure plane couramment 15 utilisé dans les procédés de fabrication microélectronique. Le substrat 3 est par exemple un substrat massif ou un substrat correspondant à un empilement de couches isolantes, semiconductrices et/ou conductrices. Les reliefs 1 peuvent être constitués d'un ou plusieurs 20 matériaux. Ces reliefs 1 correspondent par exemple à des grilles de transistors bordées d'espaceurs, à des grilles sacrificielles ou à des canaux de transistors, notamment des transistors MOS de type Fin-Fet ou Nanowire, à des motifs d'un filtre plasmonique, à des Microsystèmes ou Nanosystèmes ElectroMécaniques (MEMs ou 25 NEMs), à des coeurs de guides d'onde ou à des motifs d'un dispositif optique intégré par exemple sur silicium, etc. Bien que l'on ait décrit un exemple d'un procédé de formation de la couche 19 à l'étape de la figure 2B, tout autre procédé permettant d'obtenir une couche 19 à face supérieure plane 30 peut être utilisé par l'homme du métier. On a décrit à titre d'exemple des couches 15 et 21 en silicium polycristallin et une couche 19 en oxyde de silicium, ces matériaux peuvent être modifiés par l'homme du métier dès lors que les matériaux qu'il choisit respectent les sélectivités de 35 gravure et de polissage mécano-chimique décrites précédemment. 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 9 Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. REVENDICATIONS1. Procédé de formation d'une structure de planarisation (15 ; 23) à face supérieure plane entourant un relief (1) faisant saillie à partir d'un substrat (3) à face supérieure plane, comprenant les étapes suivantes : a) déposer une couche (15) d'un premier matériau ; b) former une couche (19) à face supérieure plane en un deuxième matériau gravable sélectivement par rapport au premier matériau c) graver sélectivement de façon isotrope une partie 10 seulement de l'épaisseur de la couche (19) du deuxième matériau pour découvrir des protubérances (17) du premier matériau ; et d) planariser le premier matériau jusqu'à la couche (19) du deuxième matériau par polissage mécano-chimique sélectif par rapport au deuxième matériau. 15 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une autre couche (21) du premier matériau est déposée entre les étapes c) et d). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier matériau est du silicium polycristallin et le deuxième 20 matériau est de l'oxyde de silicium. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, à l'étape c), la couche (19) du deuxième matériau est formée par dépôt à la tournette de résine HSQ suivi d'une étape de recuit. 25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le relief (1) est une grille de transistor bordée d'espaceurs. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le relief (1) a une hauteur comprise entre 0,1 30 et 3 pin. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, après l'étape d), une étape de polissage mécano-chimique arrêtée après le retrait de la couche (19) du deuxième matériau. 3066316 B15731FR - 16-GR3-0037 11 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, à l'étape a), le premier matériau est déposé sur une épaisseur inférieure à la hauteur du relief (1). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, à la 5 fin de l'étape c), la face supérieure de la couche (19) du deuxième matériau est à un niveau supérieur au sommet du relief (1). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel l'étape d) comprend en outre, un polissage mécano-chimique non sélectif jusqu'au sommet du relief (1).