EP1572578A2 - Procede de realisation d une micro-structure suspendue plane , utilisant une couche sacrificielle en materiau polymere et composant obtenu - Google Patents

Procede de realisation d une micro-structure suspendue plane , utilisant une couche sacrificielle en materiau polymere et composant obtenu

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EP1572578A2
EP1572578A2 EP03799623A EP03799623A EP1572578A2 EP 1572578 A2 EP1572578 A2 EP 1572578A2 EP 03799623 A EP03799623 A EP 03799623A EP 03799623 A EP03799623 A EP 03799623A EP 1572578 A2 EP1572578 A2 EP 1572578A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
sacrificial layer
planarization
etching
sacrificial
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03799623A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Robert
France Michel
Catherine Maeder-Pachurka
Nicolas Sillon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1572578A2 publication Critical patent/EP1572578A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00436—Shaping materials, i.e. techniques for structuring the substrate or the layers on the substrate
    • B81C1/00555—Achieving a desired geometry, i.e. controlling etch rates, anisotropy or selectivity
    • B81C1/00611—Processes for the planarisation of structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0102—Surface micromachining
    • B81C2201/0105—Sacrificial layer
    • B81C2201/0108—Sacrificial polymer, ashing of organics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C2201/00—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems
    • B81C2201/01—Manufacture or treatment of microstructural devices or systems in or on a substrate
    • B81C2201/0101—Shaping material; Structuring the bulk substrate or layers on the substrate; Film patterning
    • B81C2201/0118—Processes for the planarization of structures
    • B81C2201/0125—Blanket removal, e.g. polishing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an integrated microsystem-type component, comprising a planar suspended micro-structure, using a sacrificial layer of polymer material deposited on a substrate and having side walls delimiting the planar suspended structure, method comprising successively a planarization step, a step of depositing a formation layer of the suspended structure, a step of etching at least one opening of the formation layer up to the level of the front face of the sacrificial layer and a step dry etching of the sacrificial layer.
  • MEMS micro electro-mechanical Systems
  • planar suspended micro-structures This is for example the case of actuators, sensors, switches, variable capacitors, inductances (self) or acoustic wave resonators of suspended volume.
  • suspended micro-structures are produced by the use of a sacrificial layer.
  • the conventional steps for obtaining a suspended microstructure are shown, in simplified form, in FIGS. 1 to 5.
  • a layer 2a is deposited on a substrate 1.
  • the layer 2a is typically made of polymer material, silicon oxide or tungsten.
  • the second step shown in Figure 2, consists of lithographing and engraving the layer 2a so as to form a layer sacrificial 2 covering part of the substrate 1 on which the suspended structure must be formed.
  • a layer 3 for forming the suspended structure is deposited on the substrate 1 and on the sacrificial layer 2.
  • the layer 3 for formation can be conductive or dielectric or constituted by a stack of several different layers.
  • the fourth step, represented in FIG. 4 consists in lithographing and etching the formation layer 3 up to the level of the front face of the sacrificial layer, so as to delimit the suspended structure 5 by openings 4 in the layer 3 of training.
  • the sacrificial layer is removed by dry etching or wet etching, so as to constitute a free space between the substrate and the suspended structure 5, thus freeing the suspended structure.
  • the material constituting the sacrificial layer is chosen so that its etching is selective with respect to the material for making the microstructure.
  • the sacrificial layer can be made of silicon oxide (Si0 2 ) and the suspended structure can be made of polysilicon.
  • a second combination comprises a sacrificial layer of polymer material and a suspended structure of Si0 2 .
  • a third possibility is to use a sacrificial layer of polymer material and a suspended metal structure.
  • the outline of the suspended structure 5, in a plane perpendicular to FIG. 5, is perfectly defined during the lithography step.
  • its profile in the plane of FIG. 5 depends on the lower layers, and in particular on the sacrificial layer, on which the suspended structure is built.
  • the profile is very often strongly accentuated by the creep of the material during annealing.
  • the exact profile of the suspended structure affects system control. Indeed, undulations of the microstructure, brought about by the shape of the sacrificial layer, make it difficult to know the stiffness of the final device and its deformation as a function of the excitation conditions.
  • the space between the suspended structure and the substrate is also influenced by the profile.
  • the embedding of the micro-structure depends on the inclination of the suspended structure, which also depends on the profile. Lack of knowledge of the exact profile leads to a large gap between simulations and experimental measurements of the device and to the risk of stress concentrations at the embedding and on the mobile structure. Above all, this makes the devices extremely sensitive to process variations.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks and, more particularly, to produce planar suspended structures using a planarized polymer sacrificial layer.
  • this object is achieved by the fact that, between the deposition of the sacrificial layer and the planarization step, a step of deposition, on at least part of the substrate and of the front face of the sacrificial layer, an embedding layer, having a thickness greater than the thickness of the sacrificial layer, so that, after the planarization step, the front faces of the sacrificial layer and the layer of embedding form a common flat surface, the formation layer of the suspended structure being deposited on the front face of the common flat surface.
  • the planarization step successively comprises a sub-step of chemical mechanical polishing of the underlayment layer, and a sub-step of etching of the underlayment layer so that the faces before the sacrificial layer and the embedding layer form a common planar surface.
  • the side walls of the sacrificial layer are delimited by etching by means of a mask formed on the front face of a layer of polymer material by deposition, lithography and etching of a temporary layer, the deposition of the embedding layer being carried out on the assembly constituted by the sacrificial layer and the mask, the mask being eliminated during the planarization step.
  • the component comprising elements projecting from the substrate comprises, before the deposition of the sacrificial layer, successively a deposition on at least one area of the substrate, intended to be covered by the layer sacrificial and comprising projecting elements, of a base layer, having a thickness greater than the thickness of the projecting elements, and an additional planarization step, by chemical mechanical polishing, of the base layer, so as to that the front faces of the base layer and the projecting elements form a common flat surface.
  • the two faces of the formation layer of the suspended structure are completely flat.
  • Figures 1 to 5 show a method, according to the prior art, of a component comprising a suspended structure.
  • Figures 6 to 1 1 show different steps of a particular embodiment of a method according to the invention.
  • Figures 12 to 14 show steps of another particular embodiment of a method according to the invention.
  • Figures 15 to 19 show steps of a third particular embodiment of a method according to the invention.
  • Figures 20 to 23 show steps of a fourth particular embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 6 represents a sacrificial layer 2 arranged on a substrate 1.
  • the side walls 10 of the sacrificial layer 2 have been delimited by lithography and etching, as in FIG. 2.
  • the planar suspended structure intended to be formed on the sacrificial layer 2 is delimited by the side walls 10 of the sacrificial layer 2.
  • FIG. 7 represents a step of depositing, on at least a portion of the substrate and of the front face of the sacrificial layer 2, of an embedding layer 6, having a thickness greater than the thickness of the sacrificial layer. Typically the thickness of the embedding layer 6 is 1.7 times greater than the thickness of the sacrificial layer 2.
  • the embedding layer 6 must be arranged so as to envelop the sacrificial layer 2 and to block lateral movement. of the sacrificial layer 2.
  • the embedding layer 6 can completely cover and surround the sacrificial layer 2. It can also cover only a limited band of the sacrificial layer 2 and extend, at the ends of this band, over the zones adjacent to the substrate 1, on either side of the sacrificial layer 2.
  • the material of the embedding layer 6 must be a material allowing the use of planarization process, in particular of CMP type, for example Si0 2 , silicon nitride or aluminum. As shown in the figure
  • a planarization step of the assembly of the embedding layer 6 and of the sacrificial layer 2 is carried out so that the front faces of the sacrificial layer 2 and of the embedding layer 6 form a flat surface common.
  • the planarization stage must be stopped as soon as the front face of the sacrificial layer 2 is completely discovered.
  • the thickness fluctuations of the sacrificial layer 2 are leveled and the sacrificial layer 2 and the embedding layer 6 form a common flat surface. Continuation of the planarization step beyond this limit increases the risk of deteriorating the quality of the surface of the sacrificial layer 2 and of deteriorating the flatness.
  • FIG. 9 represents a step of depositing a planar layer 3 for forming the structure suspended on the front face of the common planar surface of the sacrificial layer 2 and the embedding layer 6.
  • the deposition of the formation layer 3 is done on a single plane.
  • a fourth step, represented in FIG. 10, consists in etching at least one opening 4 in the formation layer 3 up to the level of the front face of the sacrificial layer 2.
  • the dry etching of the sacrificial layer 2 is carried out.
  • the planar formation layer 3 then forms the planar suspended structure 5.
  • a component produced by the method according to the invention comprises a layer 3 for forming the suspended structure 5 having two flat faces, the front face and the rear face arranged on the embedding layer 6.
  • the planarization step may include a chemical mechanical polishing (CMP) and, in particular, consist only of a chemical mechanical polishing.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a CMP type process consists, in known manner, of holding the object to be planarized against a rotary polishing plate wet in a polishing bath, containing abrasives and an acid or basic solution.
  • Abrasives are typically particles based on aluminum or silicon.
  • the layer intended to be planarized is chemically modified by the liquid and then removed by the particles of the abrasive.
  • the application of a type CMP directly to the sacrificial layer 2 risks damaging the sacrificial layer 2, even in the presence of an embedding layer 6, in particular by encrustation of abrasive residues.
  • the initially deposited embedding layer 6 has a thickness approximately 1.7 times greater than the thickness of the sacrificial layer 2 (FIG. 12) and the planarization step includes a mechanical-chemical polishing sub-step. , making it possible to obtain a flat surface of the embedding layer 6 (FIG. 13), and a sub-step of etching the embedding layer 6 uncovering the sacrificial layer 2 so that the front faces of the layer sacrificial 2 and the embedding layer 6 form a common flat surface ( Figure 14).
  • the initial etching of the sacrificial layer 2 is carried out by means of a mask 7 previously formed on the front face of the sacrificial layer 2 by deposition, lithography and etching of a temporary layer ( Figure 15).
  • the temporary layer can be of dielectric or metallic material (for example chrome, aluminum, etc.).
  • the typical thickness of the temporary layer is between 10 and 50 nanometers.
  • the mask 7 makes it possible to delimit the side walls 10 of the sacrificial layer 2.
  • the deposition of the embedding layer 6 is then carried out on the assembly constituted by the sacrificial layer 2 and the mask 7
  • a first planarization sub-step can be carried out by a CMP type process, without risk of deterioration of the sacrificial layer 2, because the sacrificial layer 2 is protected by the mask 7 (FIG. 18).
  • a second planarization sub-step consists in eliminating the mask 7, preferably by dry or wet etching, as shown in FIG. 19. Then the process for producing the suspended structure can be continued by the steps shown in Figures 9 to 11 , described above.
  • the method for producing the suspended structure may include additional steps before the deposition of the sacrificial layer 2.
  • a base layer 9 is deposited on the substrate 1 and on the protruding elements 8 so as to completely fill the areas arranged between the protruding elements 8.
  • the base layer 9 has a thickness greater than 1 thickness of the projecting elements (typically 1.7 times greater).
  • the next step is planarization by chemical mechanical polishing of the base layer 9, so that the front faces of the base layer 9 and of the projecting elements 8 form a common flat surface (FIG. 22), serve as a substrate for the deposition of the sacrificial layer 2 (FIG. 23). If there is a risk that the protruding elements 8 are damaged during the planarization step, a CPM type planarization is followed by etching up to the level of the front face of the protruding elements 8.
  • the process is suitable for any type of polymer of the sacrificial layer (photosensitive resin, polyimide, PMMA, etc.) and independent of any treatment of the polymer of the sacrificial layer (polymer highly or slightly annealed or even not annealed, annealed under UV, having undergone ion implantation, etc.).
  • the process makes it possible to produce any geometry of the sacrificial layer (narrow, wide, thick, thin, rectangular, round shape, etc.). There is no risk of scratches on the sacrificial layer and the substrate nor of risks tearing of the sacrificial layer during the planarization step, the sacrificial layer at no time exceeding the embedding layer.

Landscapes

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Abstract

Le procédé comporte successivement un dépôt d'une couche sacrificielle (2) en matériau polymère, un dépôt, sur au moins une partie du substrat (1) et de la face avant de la couche sacrificielle (2), d'une couche d'encastrement (6), dont l'épaisseur est supérieure à celle de la couche sacrificielle (2) et une planarisation de manière à ce que les faces avant de la couche sacrificielle (2) et de la couche d'encastrement (6) forment une surface plane commune. Une couche de formation (3) d'une structure suspendue (5) est déposée sur la face avant de la surface plane commune. La planarisation peut comporter un polissage mécano-chimique et une gravure de la couche d'encastrement (6). Une gravure de la couche sacrificielle (2) peut être réalisée au moyen d'un masque, formé sur la face avant d'une couche en matériau polymère, éliminé au cours de l'étape de planarisation.

Description

Procédé de réalisation d'une micro-structure suspendue plane, utilisant une couche sacrificielle en matériau polymère et composant obtenu
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un procédé de réalisation d'un composant de type microsystème intégré, comportant une micro-structure suspendue plane, utilisant une couche sacrificielle en matériau polymère déposée sur un substrat et ayant des parois latérales délimitant la structure suspendue plane, procédé comportant successivement une étape de planarisation, une étape de dépôt d'une couche de formation de la structure suspendue, une étape de gravure d'au moins une ouverture de la couche de formation jusqu'au niveau de la face avant de la couche sacrificielle et une étape de gravure sèche de la couche sacrificielle.
État de la technique
Beaucoup de micro-systèmes électromécaniques intégrés (« MEMS : micro electro-mechanical Systems »), comportent des micro-structures suspendues planes. C'est par exemple le cas d'actionneurs, de capteurs, de commutateurs, de condensateurs variables, d'inductances (self) ou de résonateurs à onde acoustique de volume suspendu. En micro-technologie ou microélectronique, les micro-structures suspendues sont réalisées par l'utilisation d'une couche sacrificielle. Les étapes classiques d'obtention d'une micro-structure suspendue sont représentées, sous forme simplifiée, aux figures 1 à 5. Dans une première étape représentée à la figure 1 , une couche 2a est déposée sur un substrat 1. La couche 2a est typiquement en matériau polymère, en oxyde de silicium ou en tungstène. La deuxième étape, représentée à la figure 2, consiste à lithographier et à graver la couche 2a de manière à former une couche sacrificielle 2 recouvrant une partie du substrat 1 sur laquelle doit être formé la structure suspendue. Ensuite, dans une troisième étape représentée à la figure 3, une couche 3 de formation de la structure suspendue est déposée sur le substrat 1 et sur la couche sacrificielle 2. La couche 3 de formation peut être conductrice ou diélectrique ou constituée par un empilement de plusieurs couches différentes. La quatrième étape, représentée à la figure 4, consiste à lithographier et graver la couche 3 de formation jusqu'au niveau de la face avant de la couche sacrificielle, de manière à délimiter la structure suspendue 5 par des ouvertures 4 dans la couche 3 de formation. Dans une cinquième étape, représentée à la figure 5, la couche sacrificielle est retirée par gravure sèche ou gravure humide, de manière à constituer un espace libre entre le substrat et la structure suspendue 5, libérant ainsi la structure suspendue.
Le matériau constituant la couche sacrificielle est choisi de manière à ce que sa gravure soit sélective par rapport au matériau de réalisation de la microstructure. Par exemple la couche sacrificielle peut être en oxyde de silicium (Si02) et la structure suspendue peut être en polysilicium. Une deuxième combinaison comporte une couche sacrificielle en matériau polymère et une structure suspendue en Si02. Une troisième possibilité consiste à utiliser une couche sacrificielle en matériau polymère et une structure suspendue en métal.
L'utilisation d'une couche sacrificielle qui se retire par gravure humide, par exemple Si02 dans un bain chimique à base d'acide fluorhydrique (HF), pose des problèmes de collage des structures lors de l'étape de libération. Ce problème est généralement associé à des effets de capillarité et des forces de surface. Par conséquent, on utilise de plus en plus une couche sacrificielle en matériau polymère qui se retire facilement par gravure plasma, par exemple de type plasma d'oxygène. Cette gravure se faisant à sec, les problèmes de collage disparaissent. La forme géométrique et le profil en coupe de la structure suspendue a des conséquences importantes sur la déformation ou le déplacement de la structure suspendue en fonction d'une excitation extérieure (électrique, thermique, accélération, pression, etc.).
Le contour de la structure suspendue 5, dans un plan perpendiculaire à la figure 5, est parfaitement défini lors de l'étape de lithographie. Par contre, son profil dans le plan de la figure 5 dépend des couches inférieures, et en particulier de la couche sacrificielle, sur laquelle la structure suspendue est construite. Dans le cas de l'utilisation d'une couche sacrificielle en matériau polymère, le profil est bien souvent fortement accentué par le fluage du matériau lors du recuit. Or, le profil exact de la structure suspendue se répercute sur le contrôle du système. En effet, des ondulations de la micro-structure, amenées par la forme de la couche sacrificielle, rendent difficile la connaissance de la raideur du dispositif final et de sa déformée en fonction des conditions d'excitation. L'espace compris entre la structure suspendue et le substrat est aussi influencé par le profil. Par ailleurs, l'encastrement de la micro-structure dépend de l'inclinaison de la structure suspendue, qui dépend elle aussi du profil. La méconnaissance du profil exact mène à un décalage fort entre simulations et mesures expérimentales du dispositif et à des risques de concentrations de contraintes aux encastrements et sur la structure mobile. Surtout, cela rend les dispositifs extrêmement sensibles aux variations de procédé.
Afin de mieux contrôler le profil de la structure suspendue finale, il est souhaitable de passer par une étape de planarisation de la couche sacrificielle. Or, les polymères sont des matériaux qui se planarisent très difficilement. Des essais de polissage mécano-chimique (« CMP : chemical mechanical polishing ») montrent des résultats très médiocres, par exemple l'arrachement de la résine lors du polissage, l'irrégularité de la planarisation ou l'incrustation de silice colloïdale (contenue dans le produit de planarisation CMP) dans le polymère, se retrouvant lors du retrait de la couche sacrificielle.
D'autres essais en planarisation sèche (planarisation sur film abrasif) ont également donné des résultats médiocres. Une bonne rectification du polymère a été obtenue, mais au prix de très nombreuses rayures sur le plan de la puce et des arrachements sur les plots de polymère, ainsi que l'incrustation du matériau de l'abrasif dans le polymère.
Les brevets US6361402 et US6150274 proposent des procédés de planarisation de polymères. Cependant, ces procédés n'apportent pas de solution simple. Par ailleurs, ces procédés ne sont pas adaptés à tout type de polymère (résine photosensible, polyimide, etc..) et à toutes les conditions de recuit de ces polymères. En effet, dans certains cas, on peut être amené à recuire le polymère à une température supérieure à sa température d'utilisation, par exemple par un recuit à 300°C d'une résine photosensible, dont la température d'utilisation est classiquement inférieure à 200°C, pour permettre l'utilisation d'un procédé de dépôt plasma par vapeur chimique («PECVD : plasma enhanced chemical vapor déposition») à 300°C sur le polymère. Ces traitements thermiques peuvent conduire à dénaturer le polymère et le rendre quasiment impossible à planariser. D'une manière générale, et en particulier lorsqu'ils sont recuits à haute température, les polymères sont très sensibles aux arrachements et tendent à emprisonner les composés abrasifs contenus dans les produits de planarisation qui se déposent sous la structure mobile lors de l'étape de libération. Objet de l'invention
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, plus particulièrement, de réaliser des structures suspendues planes utilisant une couche sacrificielle polymère planarisée.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le procédé comporte, entre le dépôt de la couche sacrificielle et l'étape de planarisation, une étape de dépôt, sur au moins une partie du substrat et de la face avant de la couche sacrificielle, d'une couche d'encastrement, présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la couche sacrificielle, de manière à ce que, après l'étape de planarisation, les faces avant de la couche sacrificielle et de la couche d'encastrement forment une surface plane commune, la couche de formation de la structure suspendue étant déposée sur la face avant de la surface plane commune.
Selon un mode de réalisation préférentiel, l'étape de planarisation comporte successivement une sous-étape de polissage mécano-chimique de la couche d'encastrement, et une sous-étape de gravure de la couche d'encastrement de manière à ce que les faces avant de la couche sacrificielle et de la couche d'encastrement forment une surface plane commune.
Selon un développement de l'invention, les parois latérales de la couche sacrificielle sont délimitées par gravure au moyen d'un masque formé sur la face avant d'une couche en matériau polymère par dépôt, lithographie et gravure d'une couche temporaire, le dépôt de la couche d'encastrement étant réalisé sur l'ensemble constitué par la couche sacrificielle et le masque, le masque étant éliminé au cours de l'étape de planarisation. Selon un autre développement de l'invention, le composant comportant des éléments en saillie sur le substrat, le procédé comporte, avant le dépôt de la couche sacrificielle, successivement un dépôt sur au moins une zone du substrat, destinée à être recouverte par la couche sacrificielle et comportant des éléments en saillie, d'une couche de base, présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur des éléments en saillie, et une étape additionnelle de planarisation, par polissage mécano-chimique, de la couche de base, de manière à ce que les faces avant de la couche de base et des éléments en saillie forment une surface plane commune.
Selon un composant, réalisé par un procédé selon l'invention, les deux faces de la couche de formation de la structure suspendue sont totalement planes.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1 à 5 représentent un procédé, selon l'art antérieur, de réalisation d'un composant comportant une structure suspendue.
Les figures 6 à 1 1 représentent différentes étapes d'un mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention.
Les figures 12 à 14 représentent des étapes d'un autre mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention.
Les figures 15 à 19 représentent des étapes d'un troisième mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention. Les figures 20 à 23 représentent des étapes d'un quatrième mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention.
Description de modes particuliers de réalisation
La figure 6 représente une couche sacrificielle 2 disposée sur un substrat 1. Les parois latérales 10 de la couche sacrificielle 2 ont été délimitées par lithographie et gravure, comme sur la figure 2. La structure suspendue plane destinée à être formée sur la couche sacrificielle 2 est délimitée par les parois latérales 10 de la couche sacrificielle 2. La figure 7 représente une étape de dépôt, sur au moins une partie du substrat et de la face avant de la couche sacrificielle 2, d'une couche d'encastrement 6, présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la couche sacrificielle. Typiquement l'épaisseur de la couche d'encastrement 6 est 1 ,7 fois supérieure à l'épaisseur de la couche sacrificielle 2. La couche d'encastrement 6 doit être disposée de manière à envelopper la couche sacrificielle 2 et à bloquer un déplacement latéral de la couche sacrificielle 2. La couche d'encastrement 6 peut recouvrir et entourer totalement la couche sacrificielle 2. Elle peut également ne recouvrir qu'une bande limitée de la couche sacrificielle 2 et se prolonger, aux extrémités de cette bande, sur les zones adjacentes du substrat 1 , de part et d'autre de la couche sacrificielle 2. Le matériau de la couche d'encastrement 6 doit être un matériau permettant l'utilisation de procédé de planarisation, notamment de type CMP, par exemple du Si02, du nitrure de silicium ou de l'aluminium. Comme représenté à la figure
8, une étape de planarisation de l'ensemble de la couche d'encastrement 6 et de la couche sacrificielle 2 est effectuée de manière à ce que les faces avant de la couche sacrificielle 2 et de la couche d'encastrement 6 forment une surface plane commune. L'étape de planarisation doit être arrêtée dès que la face avant de la couche sacrificielle 2 est complètement découverte. Ainsi, les fluctuations d'épaisseur de la couche sacrificielle 2 sont nivelées et la couche sacrificielle 2 et la couche d'encastrement 6 forment une surface plane commune. Une continuation de l'étape de planarisation au-delà de cette limite augmente le risque de détériorer la qualité de la surface de la couche sacrificielle 2 et de détériorer la planéité.
La figure 9 représente une étape de dépôt d'une couche plane 3 de formation de la structure suspendue sur la face avant de la surface plane commune de la couche sacrificielle 2 et la couche d'encastrement 6. Contrairement à l'art antérieur (figure 3), le dépôt de la couche de formation 3 se fait sur un seul plan. Une quatrième étape, représentée à la figure 10, consiste à graver au moins une ouverture 4 dans la couche de formation 3 jusqu'au niveau de la face avant de la couche sacrificielle 2. Ensuite, dans une cinquième étape, représentée à la figure 11 , la gravure sèche de la couche sacrificielle 2 est effectuée. La couche plane de formation 3 forme alors la structure suspendue plane 5.
Un composant réalisé par le procédé selon l'invention comporte une couche 3 de formation de la structure suspendue 5 présentant deux faces planes, la face avant et la face arrière disposée sur la couche d'encastrement 6.
L'étape de planarisation peut comporter un polissage mécano-chimique (CMP) et, en particulier, consister uniquement en un polissage mécano-chimique. Un procédé de type CMP consiste, de manière connue, à maintenir l'objet à planariser contre une plaque de polissage rotative mouillée dans un bain de polissage, contenant des abrasifs et une solution acide ou basique. Les abrasifs sont typiquement des particules à base d'aluminium ou de silicium. Ainsi, la couche destinée à être planarisée est modifiée chimiquement par le liquide et ensuite enlevée par les particules de l'abrasif. L'application d'un procédé de type CMP directement à la couche sacrificielle 2 risque de détériorer la couche sacrificielle 2, même en présence d'une couche d'encastrement 6, notamment par incrustation de résidus de l'abrasif.
Dans un autre mode de réalisation particulier du procédé de l'invention, représenté aux figures 12 à 14, le contact de la couche sacrificielle avec le bain de polissage est évité. En effet, la couche d'encastrement 6 initialement déposée présente une épaisseur environ 1 ,7 fois plus importante que l'épaisseur de la couche sacrificielle 2 (figure 12) et l'étape de planarisation comporte une sous-étape de polissage mécano-chimique, permettant d'obtenir une surface plane de la couche d'encastrement 6 (figure 13), et une sous-étape de gravure de la couche d'encastrement 6 découvrant la couche sacrificielle 2 de manière à ce que les faces avant de la couche sacrificielle 2 et de la couche d'encastrement 6 forment une surface plane commune (figure 14).
Dans un autre mode de réalisation particulier d'un procédé selon l'invention, représenté aux figure 15 à 19, la gravure initiale de la couche sacrificielle 2 est réalisée au moyen d'un masque 7 préalablement formé sur la face avant de la couche sacrificielle 2 par dépôt, lithographie et gravure d'une couche temporaire (figure 15). La couche temporaire peut être en matériau diélectrique ou métallique (par exemple chrome, aluminium, etc .). L'épaisseur typique de la couche temporaire est comprise entre 10 et 50 nanomètres. Comme représenté à la figure 16, le masque 7 permet de délimiter les parois latérales 10 de la couche sacrificielle 2. Le dépôt de la couche d'encastrement 6 est ensuite réalisé sur l'ensemble constitué par la couche sacrificielle 2 et le masque 7
(figure 17). L'étape complète de planarisation est ensuite effectuée en deux sous-étapes. Une première sous-étape de planarisation peut être effectuée par un procédé de type CMP, sans risque de détérioration de la couche sacrificielle 2, parce que la couche sacrificielle 2 est protégée par le masque 7 (figure 18). Une seconde sous-étape de planarisation consiste à éliminer le masque 7, de préférence par gravure sèche ou humide, comme représenté à la figure 19. Ensuite le procédé de réalisation de la structure suspendue peut être continué par les étapes représentées aux figures 9 à 11 , décrites ci-dessus.
Si le composant comporte des éléments en saillie 8 sur le substrat 1 , comme représenté à la figure 20, le procédé de réalisation de la structure suspendue peut comporter des étapes supplémentaires avant le dépôt de la couche sacrificielle 2. Dans un mode de réalisation particulier, illustré à la figure 21 , une couche de base 9 est déposée sur le substrat 1 et sur les éléments en saillie 8 de manière à remplir complètement les zones disposées entre les éléments en saillie 8. La couche de base 9 présente une épaisseur supérieure à l'épaisseur des éléments en saillie (typiquement 1 ,7 fois supérieure). L'étape suivante est la planarisation par polissage mécano-chimique de la couche de base 9, de manière à ce que les faces avant de la couche de base 9 et des éléments en saillie 8 forment une surface plane commune (figure 22), pouvant servir de substrat pour le dépôt de la couche sacrificielle 2 (figure 23). S'il y a un risque que les éléments en saillie 8 soient détériorés lors de l'étape de planarisation, on procède par une planarisation de type CPM suivie d'une gravure jusqu'au niveau de la face avant des éléments en saillie 8.
Le procédé est adapté à tout type de polymère de la couche sacrificielle (résine photosensible, polyimide, PMMA, etc.) et indépendant de tout traitement du polymère de la couche sacrificielle (polymère fortement ou faiblement recuit voire non recuit, recuit sous UV, ayant subi une implantation ionique, etc .). Le procédé permet de réaliser toute géométrie de la couche sacrificielle (forme étroite, large, épaisse, mince, rectangulaire, ronde, etc .). Il n'y a pas de risques de rayures sur la couche sacrificielle et le substrat ni de risques d'arrachement de la couche sacrificielle lors de l'étape de planarisation, la couche sacrificielle ne dépassant à aucun moment la couche d'encastrement.
L'application d'une sous-étape de gravure pendant l'étape de planarisation (figures 12 à 14) et/ou l'utilisation d'une couche temporaire (masque 7) sur la couche sacrificielle 2 (figures 15 à 19) permet en plus d'éliminer tout risque de détérioration de la couche sacrificielle 2 par les abrasifs.
Dans le cas où un traitement thermique de la couche sacrificielle est nécessaire (par exemple lorsque les étapes technologiques de réalisation du composant comportent des étapes à haute température, c'est-à-dire supérieure à la température de dépôt du polymère), celui-ci se fera preferentiellement avant l'étape de gravure du polymère afin d'éviter son fluage.

Claims

Revendications
1. Procédé de réalisation d'un composant de type micro-système intégré, comportant une micro-structure suspendue (5) plane, utilisant une couche sacrificielle (2) en matériau polymère déposée sur un substrat (1) et ayant des parois latérales (10) délimitant la structure suspendue (5) plane, procédé comportant successivement une étape de planarisation, une étape de dépôt d'une couche de formation (3) de la structure suspendue (5), une étape de gravure d'au moins une ouverture (4) de la couche de formation (3) jusqu'au niveau de la face avant de la couche sacrificielle (2) et une étape de gravure sèche de la couche sacrificielle (2), procédé caractérisé en ce qu'il comporte, entre le dépôt de la couche sacrificielle (2) et l'étape de planarisation, une étape de dépôt, sur au moins une partie du substrat (1 ) et de la face avant de la couche sacrificielle (2), d'une couche d'encastrement (6), présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la couche sacrificielle (2), de manière à ce que, après l'étape de planarisation, les faces avant de la couche sacrificielle (2) et de la couche d'encastrement (6) forment une surface plane commune, la couche de formation (3) de la structure suspendue (5) étant déposée sur la face avant de la surface plane commune.
2. Procédé de réalisation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape de planarisation comporte un polissage mécano-chimique.
3. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'étape de planarisation comporte successivement une sous-étape de polissage mécano-chimique de la couche d'encastrement (6), et une sous-étape de gravure de la couche d'encastrement (6) de manière à ce que les faces avant de la couche sacrificielle (2) et de la couche d'encastrement (6) forment une surface plane commune.
4. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les parois (10) latérales de la couche sacrificielle (2) sont délimitées par gravure au moyen d'un masque (7) formé sur la face avant d'une couche (2a) en matériau polymère par dépôt, lithographie et gravure d'une couche temporaire, le dépôt de la couche d'encastrement (6) étant réalisé sur l'ensemble constitué par la couche sacrificielle (2) et le masque (7), le masque étant éliminé au cours de l'étape de planarisation.
5. Procédé de réalisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de planarisation comporte une étape de gravure du masque (7).
6. Procédé de réalisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, le composant comportant des éléments en saillie (8) sur le substrat (1), le procédé comporte, avant le dépôt de la couche sacrificielle (2), successivement un dépôt sur au moins une zone du substrat (1), destinée à être recouverte par la couche sacrificielle (2) et comportant des éléments en saillie (8), d'une couche de base (9), présentant une épaisseur supérieure à l'épaisseur des éléments en saillie (8), et une étape additionnelle de planarisation, par polissage mécano-chimique, de la couche de base (9), de manière à ce que les faces avant de la couche de base (9) et des éléments en saillie (8) forment une surface plane commune.
7. Composant, réalisé par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux faces de la couche de formation (3) de la structure suspendue (5) sont totalement planes.
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