Brevet FR3091410A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Procédé de gravure Domaine technique [0001] La présente demande concerne les procédés de fabrication dc puces électroniques et vise plus particulièrement un procédé de gravure d'une cavité dans un empilement de couches pour la fabrication d'une puce électronique. Technique antérieure [0002] Dans certains domaines, il existe un besoin pour des puces électroniques comportant des cavités de dimensions relativement importantes, formées dans un empilement de couches revêtant le substrat de la puce. [0003] La fabrication d'une cavité ayant de telles dimensions pose toutefois divers problèmes. Résumé de l'invention [0004] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des procédés de formation de cavités connus. [0005] Un mode de réalisation prévoit un procédé de formation d'une cavité traversant un empilement de couches incluant une couche inférieure dont une première portion présente localement une surépaisseur, le procédé comprenant une première étape de gravure non sélective et une deuxième étape de gravure sélective à l'aplomb de la première portion. 100061 Selon un mode de réalisation, toutes les dimensions de l'ouverture de la cavité sont supérieures à 100 pm. 100071 Selon un mode de réalisation, la deuxième étape de gravure grave plus lentement la couche inférieure de l'empilement qu'une couche recouvrant la couche inférieure de l'empilement. 100081 Selon un mode de réalisation, la deuxième étape de gravure grave entre 8 et 10 fois plus lentement la couche inférieure de l'empilement que la couche recouvrant la couche inférieure de l'empilement. 100091 Selon un mode de réalisation, la première étape de gravure grave à sensiblement la même vitesse les matériaux de toutes les couches de l'empilement. 100101 Selon un mode de réalisation, l'empilement comprend une alternance de premières et de deuxièmes couches, la couche inférieure de l'empilement étant une des premières couches. 100111 Selon un mode de réalisation, les premières couches sont en nitrure de silicium et les deuxièmes couches sont en oxyde de silicium. 100121 Selon un mode de réalisation, la première portion à une épaisseur inférieure à trois 2 fois l'épaisseur du reste de la couche inférieure. [0013] Selon un mode de réalisation, la première portion a une épaisseur inférieure à 200 nm. [0014] Selon un mode de réalisation, les première et deuxième étapes de gravure sont ef- fectuées avec un même masque de gravure. [0015] Selon un mode de réalisation, le masque de la deuxième étape de gravure a une ouverture dont toutes les dimensions sont inférieures aux dimensions de l'ouverture du masque de la première gravure. [0016] Selon un mode de réalisation, la formation de la couche inférieure comprend : la formation d'une région en le matériau de la couche inférieure dont l'épaisseur est sensiblement égale à la différence entre l'épaisseur de la première portion et celle de la couche inférieure hors de la première portion et dont les dimensions horizontales sont sensiblement égales aux dimensions de la première portion ; et la formation d'une couche en le matériau de la couche inférieure dont l'épaisseur est sensiblement égale à celle de la couche inférieure hors de la première portion. [0017] Selon un mode de réalisation, la formation de la couche inférieure comprend : la formation d'une couche ayant l'épaisseur de la première portion ; la gravure de la couche hors de l'emplacement de la première portion de manière à atteindre l'épaisseur de la couche inférieure hors de la première portion. [0018] Selon un mode de réalisation, la formation de la couche inférieure comprend : la gravure d'une première couche située sous la couche inférieure de manière à former une cavité dont la profondeur est sensiblement égale à la différence entre l'épaisseur de la première portion et celle de la couche inférieure hors de la première portion et dont les dimensions horizontales sont sensiblement égales aux dimensions de la première portion ; la formation de la couche inférieure dans et hors de la cavité, la face supérieure de la couche inférieure étant sensiblement plane. [0019] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de gravure de la couche inférieure de l'empilement. [0020] Un autre mode de réalisation prévoit un dispositif électronique comprenant une cavité traversant un empilement de couches, l'empilement de couches incluant une couche inférieure dont au moins une portion présente une surépaisseur formant une partie des parois de la cavité. Brève description des dessins [0021] 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 avec les figures jointes parmi lesquelles : [0022] [fig.]] 3 la figure 1 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité ; [0023] [fig.2] la figure 2 illustre schématiquement un exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure 1 ; [0024] [fig.3] la figure 3 illustre schématiquement un autre exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure 1 ; [0025] [fig.4] la figure 4 illustre schématiquement un autre exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure 1 ; [0026] [fig.5] la figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité ; [0027] [fig.6] la figure 6 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité ; et [0028] [fig.7] la figure 7 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité. Description des modes de réalisation [0029] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. [0030] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. [0031] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés ou couplés entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés ou couplés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. [0032] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. [0033] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sen- siblement", et "de l'ordre de" signifient à 10% près, de préférence à 5 % près. [0034] Des puces utilisées en photonique intégrée peuvent comprendre un substrat, par exemple en silicium, contenant des composants optiques, et un empilement de couches, par exemple des couches isolantes, revêtant le substrat. Pour connecter une fibre optique externe à la puce avec les composants optiques du substrat, il serait souhaitable de pouvoir former, dans l'empilement de couches revêtant le substrat, une cavité de dimensions suffisamment importantes pour recevoir une extrémité de la fibre optique, par exemple une cavité ayant des dimensions horizontales pouvant atteindre quelques millimètres et une profondeur de plusieurs micromètres. [0035] La figure 1 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité de dimensions relativement importantes dans une puce. [0036] Au cours de cette phase, des composants électroniques (non représentés) sont formés dans et/ou sur un substrat 2, par exemple un substrat semiconducteur, par exemple en silicium. Ces composants sont par exemple des composants optiques, électroniques ou optoélectroniques. Une couche isolante 4 (PMD - Pre-Metal Dielectric), par exemple en oxyde de silicium, est formée sur la face supérieure du substrat 2. Cette phase comprend en outre une étape de formation d'un empilement 10 sur la face supérieure de la couche isolante 4. [0037] L'empilement 10 comprend par exemple une alternance de couches 6 (6,, 62, 6_', 64) en un premier matériau isolant et de couches 8 (8,, 82, 81) en un second matériau isolant. Le premier matériau est par exemple du nitrure de silicium. Le second matériau est par exemple de l'oxyde de silicium. Plus particulièrement, dans l'exemple représenté, l'empilement 10 comprend, dans l'ordre, en partant de la face supérieure de la couche 4 : une couche 6, en nitrure de silicium, une couche 8, en oxyde de silicium, une couche 62 en nitrure de silicium, une couche 82 en oxyde de silicium, une couche 6 3 en nitrure de silicium, une couche 8' en oxyde de silicium et une couche 64 en nitrure de silicium. [0038] La couche 61, c'est-à-dire la couche inférieure de l'empilement 10, comprend une portion 24 présentant une surépaisseur. La portion 24 est située en regard d'une ouverture 22 dans un masque 20. Dans le mode de réalisation décrit en relation avec la figure 1, la surface dans un plan horizontal de la portion 24 est sensiblement égale à la surface dans un plan horizontal de l'ouverture 22. A titre de variante, la surface de la portion 24 pourrait être supérieure à celle de l'ouverture, la portion 24 ne pouvant cependant constituer toute la couche 61 au niveau de la puce finale. [0039] Plus généralement, l'empilement comprend un minimum d'une couche 61 du premier matériau, constituant la couche inférieure de l'empilement, et d'une couche 81 du deuxième matériau, formée sur et en contact avec la couche 61. La couche 8, peut ensuite être recouverte d'un nombre quelconque de couches 6 et 8 alternées, la couche supérieure de l'empilement pouvant être une couche 6 du premier matériau ou une couche 8 du deuxième matériau. De préférence, l'empilement comprend au moins deux couches 61 et 62 du premier matériau séparées par la couche 8, du deuxième matériau. L'épaisseur totale de l'empilement est par exemple comprise entre 1 et 20 pm. [0040] A titre de variante, l'empilement 10 peut comprendre des couches en d'autres matériaux au-dessus des couches 61 et 81. [0041] L'empilement 10 est par exemple à un empilement dc couches d'interconnexion comprenant, outre les couches isolantes 6 et 8, des pistes conductrices d'interconnexion (non visibles sur la figure) permettant dc relier des composants de la puce entre eux et/ ou à des bornes de connexion de la puce à un dispositif extérieur à la puce. Dans cet exemple, la cavité sera formée dans une zone de l'empilement 10 ne comportant pas dc pistes conductrices d'interconnexion. La portion 24 s'étend alors uniquement dans cette zone. L'épaisseur de la couche 6, hors de la portion 24 est par exemple choisie pour correspondre aux caractéristiques d'un empilement d'interconnexion. [0042] L'épaisseur de la portion 24 est par exemple comprise entre l'épaisseur de la couche 6 , hors de la portion 24 et trois fois l'épaisseur de la couche 61 hors de la portion 24. Par exemple, l'épaisseur de la portion 24 est supérieure à 30 nm et inférieure à 200 nm. A titre de variante, la portion 24 peut atteindre la couche 62. [0043] L'étape de formation de l'empilement 10 est suivie du dépôt d'un masque 20 sur la couche supérieure de l'empilement 10, ici sur la couche 64. Le masque 20 comprend une ouverture située à l'emplacement où une cavité va être formée et dont les dimensions horizontales, c'est-à-dire les dimensions en vue de dessus, sont sensiblement égales à celles de l'ouverture de la cavité que l'on souhaite former. Par exemple, les dimensions horizontales de l'ouverture 22 sont toutes supérieures à 100 pm, par exemple supérieures à 500 im, par exemple supérieures à 1 mm. [0044] La figure 2 illustre schématiquement un exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure I. Cette partie de la phase de la figure 1 est un premier exemple de procédé de formation de la portion 24 de la couche 61. [0045] Au cours (l'une étape A) de cette partie, le procédé comprend la formation, à l'emplacement de la portion 24, d'une région 26 en le matériau de la couche 61 avant la formation de la couche 8,. L'épaisseur de la région 26 est sensiblement égale à la différence entre l'épaisseur voulue de la portion 24 et l'épaisseur voulue du reste de la couche 61. De plus, les dimensions horizontales de la région 26 sont de préférence sensiblement égales à celles de la portion 24. Les dimensions horizontales de la région 26 peuvent éventuellement être inférieures à celles de la portion 24. [0046] Au cours (l'une étape B) de cette partie, une couche 27 en le matériau de la couche 61 6 est ensuite formée sur la région 26 et sur la couche 4. La couche 27 a une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de la couche 61 en dehors de la portion 24. De plus, une couche 28 en le matériau de la couche 81 est par exemple formée sur la couche 27. L'épaisseur de la couche 28 est supérieure ou égale à l'épaisseur de la couche 8, en regard de la couche 6,, hors de la portion 24. [0047] Au cours d'une étape C), la couche 28 est par exemple planariséc, de manière à former la couche 81. La région 26 et la couche 27 forment la couche 6,. [0048] La figure 3 illustre schématiquement un autre exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure 1. Cette partie de la phase de la figure 1 est un deuxième exemple de procédé de formation de la portion 24 de la couche 61. [0049] Au cours d'une étape A) de cette partie, le procédé comprend la formation d'une couche 29 en le matériau de la couche 61 avant la formation de la couche 8,. La couche 29 a une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de la portion 24. [0050] Au cours d'une étape B) de cette partie, un masque 31 est formé à l'emplacement voulu de la portion 24. La couche 29 est ensuite gravée hors de l'emplacement de la portion 24, de manière à obtenir l'épaisseur voulue de la couche 6, hors de la portion 24. [0051] Au cours d'une étape C) de cette partie, le masque 31 est retiré et la couche 8, est formée, par exemple comme cela est décrit en relation avec la figure 2. [0052] La figure 4 illustre schématiquement un autre exemple d'une partie de la phase dont le résultat est illustré en figure 1. Cette partie de la phase de la figure 1 est un troisième exemple de procédé de formation de la portion 24 de la couche 61. [0053] Au cours d'une étape A) de cette partie, le procédé comprend la gravure d'une cavité dans la couche 4 au niveau de l'emplacement de la portion 24 avant la formation de la couche 81. La profondeur de cette cavité est sensiblement égale à la différence entre l'épaisseur de la portion 24 voulue et l'épaisseur voulue du reste de la couche 61. Les dimensions horizontales de la cavité sont sensiblement égales à celle de la portion 24. [0054] Au cours d'une étape B) de cette partie, une couche 33 en le matériau de la couche 61 est déposée sur la couche 4, l'épaisseur de la couche 33 étant supérieure ou égale à la profondeur de la cavité. La couche 33 remplie donc la cavité dans la couche 4. [0055] Au cours (l'une étape C) de cette partie, la couche 33 est ensuite retirée partiellement de manière à ne conserver qu'une partie 35 remplissant la cavité et dont la face supérieure est coplanaire avec la face supérieure de la couche 4. [0056] Au cours (l'une étape D) de cette partie, une couche 37 en le matériau de la couche 61 et ayant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de la couche 61 hors de la portion 24 est formée sur la couche 4 et sur la partie 35. Ainsi, la face supérieure de la couche 61 est sensiblement plane. La couche 37 et la partie 35 forment la couche 61. La couche 81 est ensuite formée sur la couche 61. 7 [0057] A titre de variante, l'épaisseur dc la couche 33 peut être supérieure ou égale à l'épaisseur de la portion 24. La couche 33 est planarisée, par exemple par un procédé de planarisation mécanochimique (CMP), de telle manière que son épaisseur soit égale à l'épaisseur voulue dans et hors de la portion 24. La couche 37 n'est donc pas formée. La face supérieure de la couche 6, est ainsi sensiblement plane. [0058] La figure 5 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité. [0059] Au cours de cette phase de fabrication, une première étape de gravure est effectuée à travers l'ouverture 22 de manière à former une ouverture 30. Cette première étape de gravure est une gravure non sélective, c'est-à-dire que les couches de l'empilement 10, ici les couches 6 et 8, sont gravées sensiblement à la même vitesse. [0060] La première gravure est par exemple configurée pour être arrêtée de telle manière que le fond de la cavité est situé dans une même couche, par exemple dans une couche 8, de préférence dans la couche 81. En raison du processus dc gravure, le fond de la cavité n'est pas, à ce stade, plat. La cavité obtenue comprend des tranchées 32 dans une région périphérique du fond dc la cavité 30. De préférence, les tranchées 32 n'atteignent pas la portion 24. A titre d'exemple, lors de cette étape de gravure, 60 à 95 % de l'épaisseur de l'empilement 10 est retirée. De plus, la partie centrale du fond dc la cavité n'est pas plat. [0061] Le masque 20 a partiellement été gravé par la première gravure. L'épaisseur du masque 20 après la première gravure est donc inférieure à celle du masque 20 tel que déposé. [0062] Cette gravure poun-ait être utilisée seule pour former une cavité, le temps de gravure étant fixé de manière à s'approcher au plus près de la couche 4, sans la graver. Un inconvénient serait que la gravure de l'empilement 10 s'effectuerait plus rapidement dans une région périphérique de la cavité que dans une région centrale de la cavité. Ainsi, à l'issue de la gravure, la région périphérique de la cavité serait plus profonde que sa région centrale et comprendrait des tranchées. Il s'agit d'un phénomène généralement désigné par le terme anglais "trenching". Le fond de la cavité serait en revanche sensiblement plat dans la région centrale de la cavité. A titre d'exemple, pour une cavité dont la région centrale présenterait une profondeur d'approximativement 8 pm, la région périphérique pourrait avoir une profondeur supplémentaire d'approximativement 400 nm par rapport à la région centrale. La gravure étant interrompue avant que la cavité n'atteigne la couche 4 dans sa région périphérique, le fond de la cavité se trouverait être relativement éloigné de la couche 4 dans la région centrale de la cavité. [0063] La figure 6 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de formation d'une cavité. 8 [0064] Au cours de cette phase, une deuxième gravure est effectuée dans la cavité 30. La deuxième gravure est une gravure sélective du matériau de la couche 81par rapport au matériau de la portion 24. Par exemple, au cours de cette deuxième gravure, le matériau de la couche 8, est gravé entre 8 et 10 fois plus vite que le matériau de la portion 24. [0065] La deuxième gravure est maintenue jusqu'à cc que la portion de la couche 81 située au fond de la cavité 30 soit gravée et que la portion 24 forme le fond de la cavité. Plus précisément, la portion de la couche 81 située entre les tranchées 32 est gravée. Le fond de la cavité 30 est alors sensiblement plat. La portion 24 peut être partiellement gravée par la deuxième étape de gravure, certaines parties de la couche 81 étant gravées plus rapidement que d'autres. La surépaisscur de la portion 24 permet d'assurer que la deuxième gravure n'atteint pas la couche 4, que l'on ne souhaite pas graver. Cela est d'autant plus important dans le cas où, comme dans cet exemple, la couche 4 est en le même matériau que la couche Si. [0066] A titre de variante, la première gravure décrite en relation avec la figure 3 peut être arrêtée dans une couche autre que la couche Si. par exemple une autre couche 8. La deuxième gravure peut alors comprendre une pluralité d'étapes de gravure sélectives retirant une à une les couches de l'empilement jusqu'à atteindre la portion 24. [0067] La figure 7 est une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant le résultat d'une autre phase d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication d'une cavité. [0068] Au cours de cette phase, une troisième gravure est effectuée dans la cavité 30. La troisième gravure est une gravure sélective du matériau de la portion 24 par rapport au matériau de la couche située sous l'empilement, ici la couche 4. La troisième gravure est maintenue durant une période relativement courte et permet de graver la partie de la portion 24 située au fond de la cavité 30 de manière sensiblement plane jusqu'à atteindre la couche 4. [0069] La couche 4 n'est pas gravée par la troisième gravure. En effet, la portion 24 a une épaisseur sensiblement constante et est gravée à sensiblement la même vitesse en tout point. [0070] La troisième gravure ne grave pas entièrement la portion 24, et des parties 50 de la portion 24, ayant une surépaisseur, restent présentes après la troisième gravure. Ces parties 50 sont situées au niveau des parois de la cavité 30 et forment une partie des parois de la cavité 30. [0071] Une autre possibilité serait de prévoir un procédé de gravure comprenant la gravure successive des couches 6 et 8 par des procédés de gravure sélectifs, c'est-à-dire adaptés à graver successivement chaque couche de l'empilement de façon sélective par rapport au matériau de la couche sous-jacente, par exemple à graver chaque couche 6 de façon sélective par rapport au matériau de la couche 8 sous-jacente, et chaque couche 8 de 9 façon sélective par rapport au matériau dc la couche 6 sous-jacente. Par gravure sélective, on entend un procédé dc gravure adapté à graver sélectivement un premier matériau par rapport à un second matériau, c'est-à-dire adapté à graver le premier matériau au moins deux fois plus vite que le second matériau, de préférence au moins trois fois plus vite. Ce procédé a l'avantage de réduire l'amplitude du phénomène de trcnching, niais a pour inconvénient d'être lent et coûteux. [0072] Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de former une cavité ayant des dimensions importantes et ayant un fond sensiblement plat. En particulier, un avantage est de pouvoir éviter la présence de tranchées dans la périphérie du fond de la cavité. [0073] Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de former une cavité ayant des dimensions importantes et ayant un fond sensiblement plat à partir d'un empilement comprenant au moins une couche dont l'épaisseur à l'emplacement où sera formée la cavité est différente de l'épaisseur sur le reste de la puce, cette différence d'épaisseur pouvant être liée à des variabilités dans les différents procédés de fabrication de l'empilement. [0074] Un autre avantage des modes de réalisation décrits est que la couche sur laquelle repose l'empilement n'est ni attaquée ni détériorée par les étapes de gravure. [0075] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L'homme de l'art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaitront à l'homme de Fart. [0076] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. [Revendication 1] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11]