Brevet FR3077422A1 — publié le 20190802

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ DE TRAITEMENT D'UNE PLAQUETTE DE SILICIUM AVEC UNE STRUCTURE À CAVITÉ TRAVERSANTE [0001] DOMAINE [0002] La présente invention concerne les technologies de traitement d'une plaquette de silicium, et, plus particulièrement, un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité traversante. [0003] CONTEXTE [0004] Avec le développement rapide de la technologie MEMS, de plus en plus d'exigences quant aux nouvelles structures MEMS ont fait leur apparition, mais de nombreuses structures se trouvent confrontées à une incapacité de production due aux contraintes des équipements de traitement. Lorsque le matériel ne peut pas respecter les exigences, les ingénieurs et les techniciens doivent développer de nouvelles technologies afin de surmonter ce paradoxe. [0005] Le MEMS à cavité traversante est l'une de ces structures spéciales. Contrairement à la cavité MEMS ordinaire qui est enfouie dans la plaquette de silicium dans une structure finale, la cavité traversante doit être exposée à la fin. La plupart des dispositifs de traitement de plaquettes de silicium actuels utilisent le vide pour saisir et traiter la plaquette de silicium, et la cavité qui traverse la plaquette de silicium entière détruit le vide, ce qui empêche directement les dispositifs d'agir. Par exemple, l'usinage classique doit, à la fin, utiliser une machine de meulage et de polissage pour effectuer un meulage deux fois de façon à exposer entièrement la partie couverte dans la plaquette gravée d'origine, de façon à former la structure traversante. Cependant, l'interférence de la gravure dans le second processus de meulage affecte l'étanchéité sous vide. Une fois que la cavité est ouverte, le vide est complètement détruit. Un poste de meulage et de polissage ne peut pas fixer la plaquette de silicium ou la transférer. Ainsi, le meulage ne peut pas être terminé selon les exigences, sinon le poste est endommagé. [0006] Afin de résoudre le problème de fuite de vide provoqué par le traitement de la cavité traversante, la technologie de traitement MEMS qui consiste à implanter et à décoller un substrat factice est développée, de façon à remédier à la fuite de vide et à décoller le substrat factice dont la structure finale n'a pas besoin. La technologie d'implantation et de décollement du substrat factice est constituée d'une technologie de liaison, d'une technologie d'implantation d'ions et d'une technologie de séparation par micro-ondes. Avant de former la structure finale, le substrat factice encapsule la cavité afin 2 d'empêcher toute fuite de vide. À une température normale ou à haute température, et à une pression normale ou une pression d'air de vide, la plaquette de silicium classique et la plaquette gravée sont liées en une seule plaquette par la technologie de liaison, afin d'encapsuler la cavité gravée. Le substrat factice correspond à la partie indésirable et doit donc être décollé de la structure finale. Le décollement du substrat factice comprend la réalisation d'une implantation d'ions sur la plaquette de silicium classique ou la plaquette gravée avant la liaison. Les ions d'hydrogène et les atomes d'hélium sont les agents d'implantation les plus couramment utilisés pour la séparation. Enfin, grâce à la technologie de séparation par micro-ondes, l'énergie cinétique destinée à l'implantation des ions est améliorée de façon à ce que les ions convergent afin de générer de petites bulles. Ces petites bulles sont extrudées par la plaquette de silicium afin de se déplacer dans la direction d'une surface de liaison, et convergent dans une couche d'implantation afin de former des bulles de grande taille complètes. La séparation macroscopique entre le substrat factice et la structure de corps principal est formée, l'effet de décollement du substrat factice est obtenu, et la structure traversante n'a pas besoin d'être réalisée par une machine de meulage. [0007] RÉSUMÉ [0008] Un objectif de la présente invention est de prévoir un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité traversante qui présente un excellent effet technique. [0009] La présente invention prévoit un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité traversante, dans lequel le procédé est appliqué selon les exigences suivantes, successivement. [0010] (1) Une implantation d'ions est effectuée sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée. Le traitement de l'étape (1) est destiné à effectuer un prétraitement de façon à finalement décoller un substrat factice à l'aide d'une technologie de décollement par micro-ondes. [0011] (2) Le substrat factice est implanté, et la plaquette de silicium est liée à la plaquette gravée. La plaquette de silicium liée correspond au substrat factice, et scelle la gravure aux étapes suivantes, de façon à garantir la capacité de traitement d'un poste. L'étape (2) consiste à introduire le substrat factice à l'aide d'une technologie de liaison directe de plaquette de silicium. [0012] (3) Un meulage et un polissage sont effectués par un procédé de meulage mécanique et/ou de polissage chimique. La plaquette de silicium liée, c'est-à-dire le substrat factice, est utilisée comme substrat, la plaquette gravée est amincie, le meulage est effectué à la profondeur d'exposition de la gravure, et la cavité qui n'a pas été exposée à l'origine est exposée. Grâce au meulage mécanique et au polissage chimique, la plaquette de silicium peut être traitée selon une épaisseur désignée et une excellente 3 rugosité exigée par la conception est obtenue, afin de garantir qu'une surface présentant un excellent état sera utilisée lors du processus suivant. [0013] (4) Une liaison est effectuée, et une liaison motif-à-motif est effectuée sur les deux plaquettes de silicium soumises aux étapes (1) et (2).Le substrat factice est situé sur les côtés supérieur et inférieur de la structure intégrale. [0014] (5) Le substrat factice est décollé, et le substrat factice qui joue un rôle de protection est décollé par un recuit à basse température et une opération de séparation par micro-ondes afin d'obtenir la plaquette de silicium à structure traversante. Le recuit peut augmenter la force de liaison d'une interface de liaison, afin de garantir l'excellent état de liaison de l'interface de liaison entre les motifs, et la fiabilité de l'usage ultérieur. Le traitement de recuit permet d'améliorer la force de liaison de l'interface de liaison motif-à-motif, et empêche toute fuite de vide provoquée par le traitement sur le dispositif après la formation de la structure traversante. La séparation par micro-ondes est destinée à augmenter l'énergie cinétique des ions par micro-ondes. Les ions en mouvement se heurtent afin de former de petites bulles. L'extrusion de la plaquette de silicium limitera le mouvement des bulles dans une direction perpendiculaire à l'interface de liaison, et les petites bulles auront tendance à se déplacer dans la direction de l'interface de liaison. Les petites bulles se transforment ainsi en bulles de grande taille, et, enfin, la séparation de la plaquette de silicium est formée dans la couche d'implantation, et le substrat factice est décollé de la structure de corps principal. [0015] L'étape (3) correspond au prétraitement de l'étape (4) et est destinée à procéder aux préparatifs pour relier les cavités des deux tranches gravées ensemble. Grâce au meulage mécanique et au polissage chimique, la plaquette de silicium peut être traitée selon une épaisseur désignée et une excellente rugosité exigée par la conception est obtenue, afin de garantir qu'une surface présentant un excellent état sera utilisée lors du processus suivant. [0016] Les exigences préférées pour le procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité traversante sont les suivantes. [0017] Les exigences de réalisation d'une implantation d'ions sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée sont les suivantes : une profondeur d'implantation est comprise entre 1 [Lm et 0,001 [Lm par rapport à la surface ; et les exigences quant aux paramètres de l'implantation d'ions d'hydrogène sont une énergie comprise entre 10 et 120 KeV, une dose comprise entre 1E15 et 9E16, et un faisceau compris entre 1 et 20 mA. Le contrôle des paramètres permet de garantir que la surface de la plaquette de silicium soumise à l'implantation présente un meilleur état, et n'affecte pas négativement le traitement ultérieur. [0018] Les exigences spécifiques quant à la liaison de la plaquette de silicium à la plaquette 4 gravée sont les suivantes : la rugosité de la plaquette de silicium doit être inférieure ou égale à 5 nm ; la plaquette de silicium et la plaquette gravée doivent être utilisées en contact direct, et doivent être combinées à l'aide des forces intermoléculaires sur leurs surfaces. [0019] La plaquette de silicium est liée à la plaquette gravée à l'aide d'un procédé de liaison directe à amélioration par plasma. Plus spécifiquement, la plaquette de silicium classique et la plaquette gravée sont soumises à une amélioration par plasma pendant 0 à 90 s, la plaquette de silicium classique est liée à la surface avec le motif, et la plaquette de silicium classique correspond au substrat factice. [0020] Avec les exigences de l'industrie relatives à la force de liaison multiple et à la réduction du budget thermique, la technologie de liaison directe à amélioration par plasma est développée par la suite et permet d'atteindre une vitesse de traitement plus rapide et une température de recuit ultérieur plus basse. [0021] L'exigence de température liée au recuit de la plaquette liée lorsque le substrat factice est décollé est comprise entre 150 et 450°C. [0022] Avant de procéder à l'implantation d'ions sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée, l'opération suivante est effectuée : un nettoyage humide chimique est effectué sur la plaquette gravée afin d'éliminer les contaminants de façon à réduire le métal et la pollution organique ; puis un traitement par oxydation est effectué afin de développer de manière uniforme une couche d'oxyde ayant une épaisseur de 0,1 à 0,5 [Lm sur la surface avant, la surface arrière et le bord, et dans la cavité de la plaquette gravée à 800 à 1150°C. [0023] Une fois que le substrat factice des deux côtés a été décollé à l'aide de la technologie de séparation par micro-ondes, la couche d'oxyde de la plaquette de silicium ayant une structure de cavité traversante est nettoyée et rincée par HF afin d'éliminer une interface de séparation, de façon à former la surface ayant un excellent état. [0024] En comparaison avec l'art antérieur, la présente invention peut être utilisée de manière standard, et la qualité du produit peut être efficacement garantie. Le produit présente une rentabilité élevée et d'excellents effets techniques. La présente invention présente des valeurs économiques et sociales prévisibles relativement élevées. Brève description des dessins [0025] La figure 1 est un schéma de principe d'un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité traversante. Description des modes de réalisation [0026] Mode de réalisation 1 [0027] Un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité tra- versante est appliqué selon les exigences suivantes, successivement. [0028] (1) Une implantation d'ions est effectuée sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée. Le traitement de l'étape (1) est destiné à effectuer un prétraitement de façon à finalement décoller un substrat factice à l'aide d'une technologie de décollement par micro-ondes. [0029] (2) Le substrat factice est implanté, et la plaquette de silicium est liée à la plaquette gravée. La plaquette de silicium liée correspond au substrat factice, et scelle la gravure aux étapes suivantes, de façon à garantir la capacité de traitement d'un poste. L'étape (2) consiste à introduire le substrat factice à l'aide d'une technologie de liaison directe de plaquette de silicium. [0030] (3) Un meulage et un polissage sont effectués par un procédé de meulage mécanique et/ou de polissage chimique, la plaquette de silicium liée, c'est-à-dire le substrat factice, est utilisée comme substrat, la plaquette gravée est amincie, le meulage est effectué à la profondeur d'exposition de la gravure, et la cavité qui n'a pas été exposée à l'origine est exposée. Grâce au meulage mécanique et au polissage chimique, la plaquette de silicium peut être traitée selon une épaisseur désignée et une excellente rugosité exigée par la conception est obtenue, afin de garantir qu'une surface présentant un excellent état sera utilisée lors du processus suivant. [0031] (4) Une liaison est effectuée, et une liaison motif-à-motif est effectuée sur les deux plaquettes de silicium soumises aux étapes (1) et (2). Le substrat factice est situé sur les côtés supérieur et inférieur de la structure intégrale. [0032] (5) Le substrat factice est décollé, et le substrat factice qui joue un rôle de protection est décollé par un recuit à basse température et une opération de séparation par micro-ondes afin d'obtenir la plaquette de silicium à structure traversante. Le recuit peut augmenter la force de liaison d'une interface de liaison, et garantir l'excellent état de liaison de l'interface de liaison entre les motifs, et la fiabilité de l'usage ultérieur. Le traitement de recuit permet d'améliorer la force de liaison de l'interface de liaison motif-à-motif, et empêche toute fuite de vide provoquée par le traitement sur la machine après la formation de la structure traversante. La séparation par micro-ondes est destinée à augmenter l'énergie cinétique des ions par micro-ondes. Les ions en mouvement se heurtent afin de former de petites bulles. L'extrusion de la plaquette de silicium limitera le mouvement des bulles dans une direction perpendiculaire à l'interface de liaison, et les petites bulles auront tendance à se déplacer dans la direction de l'interface de liaison. Les petites bulles se transforment ainsi en bulles de grande taille, et, enfin, la séparation de la plaquette de silicium est formée dans la couche d'implantation, et le substrat factice est décollé de la structure de corps principal. [0033] L'étape (3) correspond au prétraitement de l'étape (4) et est destinée à procéder aux préparatifs pour relier les cavités des deux tranches gravées ensemble. Grâce au 6 meulage mécanique et au polissage chimique, la plaquette de silicium peut être traitée selon une épaisseur désignée et une excellente rugosité exigée par la conception est obtenue, afin de garantir qu'une surface présentant un excellent état sera utilisée lors du processus suivant. [0034] Les exigences de réalisation d'une implantation d'ions sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée sont les suivantes : une profondeur d'implantation est comprise entre 1 [Lm et 0,001 [Lm par rapport à la surface ; et les exigences quant aux paramètres de l'implantation d'ions d'hydrogène sont une énergie comprise entre 10 et 120 KeV, une dose comprise entre 1E15 et 9E16, et un faisceau compris entre 1 et 20 mA. Le contrôle des paramètres permet de garantir que la surface de la plaquette de silicium soumise à l'implantation présente un meilleur état, et n'affecte pas négativement le traitement ultérieur. [0035] Les exigences spécifiques quant à la liaison de la plaquette de silicium à la plaquette gravée sont les suivantes : la rugosité de la plaquette de silicium doit être inférieure ou égale à 5 nm ; la plaquette de silicium et la plaquette gravée doivent être utilisées en contact direct, et doivent être combinées à l'aide des forces intermoléculaires sur leurs surfaces. [0036] La plaquette de silicium est liée à la plaquette gravée à l'aide d'un procédé de liaison directe à amélioration par plasma. Plus spécifiquement, la plaquette de silicium classique et la plaquette gravée sont soumises à une amélioration par plasma pendant 0 à 90 s, la plaquette de silicium classique est liée à la surface avec le motif, et la plaquette de silicium classique correspond au substrat factice. Avec les exigences de l'industrie relatives à la force de liaison multiple et à la réduction du budget thermique, la technologie de liaison directe à amélioration par plasma est développée par la suite et permet d'atteindre une vitesse de traitement plus rapide et une température de recuit ultérieur plus basse. [0037] L'exigence de température liée au recuit de la plaquette liée lorsque le substrat factice est décollé est comprise entre 150 et 450°C. [0038] Avant de procéder à l'implantation d'ions sur une plaquette de silicium ou une plaquette gravée, l'opération suivante est effectuée : un nettoyage humide chimique est effectué sur la plaquette gravée afin d'éliminer les contaminants de façon à réduire le métal et la pollution organique ; puis un traitement par oxydation est effectué afin de développer de manière uniforme une couche d'oxyde ayant une épaisseur de 0,1 à 0,5 [Lm sur la surface avant, la surface arrière et le bord, et dans la cavité de la plaquette gravée à 800 à 1150°C. [0039] Une fois que le substrat factice des deux côtés a été décollé à l'aide de la technologie de séparation par micro-ondes, la couche d'oxyde de la plaquette de silicium ayant une structure de cavité traversante est nettoyée et rincée par HF afin d'éliminer une 7 interface de séparation, de façon à former une surface ayant un excellent état. [0040] En comparaison avec l'art antérieur, la présente invention peut être utilisée de manière standard, et la qualité du produit peut être efficacement garantie. Le produit présente une rentabilité élevée et un excellent effet technique. La présente invention présente des valeurs économiques et sociales prévisibles relativement élevées. [0041] Mode de réalisation 2 [0042] Un procédé de traitement d'une plaquette de silicium avec une structure à cavité tra- versante est appliqué selon les exigences suivantes, successivement. [0043] (1) Un nettoyage humide chimique est effectué sur la plaquette gravée afin d'éliminer la contamination et de réduire le métal et la pollution organique, puis un traitement par oxydation est effectué, et la couche d'oxyde ayant une épaisseur de 0,1 à 0,5 pm est développée de manière uniforme sur la surface avant, la surface arrière et le bord, et dans la cavité de la plaquette gravée à 800 à 1150°C. [0044] (2) La plaquette gravée est soumise à une implantation d'ions d'hydrogène avec une énergie comprise entre 10 et 120 KeV, une dose comprise entre 1E15 et 9E16, et un faisceau compris entre 1 et 20 mA. [0045] (3) Une plaquette de silicium classique et la plaquette gravée sont soumises à une amélioration par plasma pendant 0 à 90 s, la plaquette de silicium classique est liée à la surface avec le motif, et la plaquette de silicium classique correspond à un substrat factice. [0046] (4) La plaquette de liaison soumise à l'étape (3) est utilisée pour meuler la plaquette gravée, le substrat factice est utilisé comme substrat, la plaquette gravée est amincie, le meulage est effectué à une profondeur d'exposition de la gravure. [0047] (5) Les deux plaquettes soumises à l'étape (4) sont soumises à une liaison à amé- lioration par plasma pendant 0 à 90 s, le motif exposé est fermé, et le substrat factice sort des côtés supérieur et inférieur de la structure intégrale. [0048] (6) La plaquette liée soumise à l'étape (5) est soumise au traitement de recuit à 150 à 450°C afin d'améliorer la force de liaison de l'interface de liaison motif-à-motif, de façon à empêcher toute fuite de vide provoquée par le traitement sur la machine après la formation de la structure traversante. [0049] (7) Le substrat factice situé des deux côtés est décollé à l'aide d'une technologie de séparation par micro-ondes. [0050] (8) Pour la plaquette de silicium avec la structure à cavité traversante, la couche d'oxyde est nettoyée et rincée par HF, et l'interface de séparation est éliminée afin de former une surface ayant un excellent état. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]