FR2784797A1 - Procede de fabrication d'un circuit integre - Google Patents

Abstract

Procédé de fabrication d'un circuit intégré, dans lequel on grave sur un substrat de silicium au moins une zone de marquage pourvue de rainures d'alignement du type prévu pour un photorépéteur, on dépose une couche d'arrêt sur le substrat de silicium, on grave des tranchées destinées à former des zones isolantes puis on dépose une couche d'oxyde de silicium sur le circuit, et on grave la couche d'oxyde sur toute la zone de marquage.

Description

Procédé de fabrication d'un circuit intégré.

La présente invention concerne le domaine de la fabrication des circuits intégrés à semi-conducteurs, comprenant un empilement de couches conductrices séparées par des couches isolantes et disposé sur un substrat en matériau semi-conducteur.

Les plaquettes de circuits intégrés sont généralement insolées au travers d'un système de lentilles d'un photorépéteur en vue de la gravure de cette plaquette pour former des composants électroniques intégrés.

On parvient à réaliser un empilement de l'ordre de 1 à 25 couches conductrices, généralement en métal.

De façon connue, les couches conductrices sont connectées électriquement au moyen de trous prévus dans la couche isolante les séparant et remplis de métal, une telle connexion étant appelée"via". Des vias peuvent aussi tre disposés entre le substrat et le premier niveau conducteur. Il en résulte que les différents niveaux conducteurs doivent tre alignés entre eux pour pouvoir réaliser des vias de façon satisfaisante.

Sur la plaquette circulaire, on prévoit des zones de marquage permettant au photorépéteur d'avoir une référence de positionnement sur la plaque, ces zones de marquage étant disposées en-dehors des secteurs destinés à former les différents circuits intégrés, en général en périphérie de ces secteurs.

Pour réaliser ces zones de marquage, on pourrait prévoir des étapes supplémentaires de fabrication qui leur seraient uniquement destinées. Toutefois, cela entraînerait une forte augmentation du coût de la plaquette et, éventuellement, aurait une influence sur le fonctionnement des circuits intégrés obtenus dans les zones actives de la plaquette.

Les zones de marquage sont constituées par une série de rainures de profondeur de l'ordre de 1200 À à 200 À près et de 8 microns de largeur.

Le photorépéteur peut alors repérer les bords de rainures en illuminant la zone de marquage par un faisceau laser et en détectant la lumière monochromatique réfléchie d'ordre 1 dont la puissance va varier lors du passage d'une marche entre la surface du substrat de silicium et le fond de la rainure de la zone de marquage. Les zones de marquage sont formées par photolithogravure. L'ensemble de la plaquette peut faire l'objet d'une étape d'oxydation sur une épaisseur faible et est ensuite recouvert d'une couche de nitrure de silicium de type Si3N4.

Puis les secteurs destinés à former les parties actives des circuits et les zones de marquage sont protégés par la résine alors que le reste de la surface destiné à isoler entre elles les parties actives est attaqué par gravure plasma. La gravure ainsi réalisée traverse la couche de nitrure et forme des tranchées de 4000 À environ de profondeur dans le silicium massif du substrat de la plaquette.

Après élimination chimique de la résine, la plaquette est recouverte d'une couche épaisse d'oxyde de silicium isolant permettant de remplir les tranchées. Ce dépôt épouse la forme initiale des tranchées et doit donc tre aplani par polissage mécano-chimique.

Toutefois, dans les zones de marquage, il reste une forte épaisseur d'oxyde après polissage, contrairement aux parties actives du circuit où l'épaisseur moyenne d'oxyde c'est-à-dire la quantité totale d'oxyde sur l'ensemble de la surface desdites parties actives divisée par ladite surface, est beaucoup plus faible. Il en résulte que les zones de marquage sont recouvertes d'oxyde aplani par le polissage dans lequel sont noyées les marques. Les zones de marquage se recouvrent donc au fur et à mesure du procédé de fabrication de différentes couches réfléchissantes de polysilicium ou de métal et ne permettent plus au photorépéteur de repérer le positionnement précis de la plaquette.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un procédé dans lequel les zones de marquage restent visibles au fur et à mesure de l'accumulation des couches sur le substrat.

Le procédé de fabrication, selon l'invention, est destiné à un circuit intégré. On grave sur un substrat de silicium une zone de marquage pourvue de rainures d'alignement du type prévu pour un photorépéteur. On dépose une couche d'arrt sur le substrat de silicium, on grave des tranchées destinées à former des zones isolantes puis on dépose une couche d'oxyde de silicium sur le circuit. On prévoit une étape de gravure de la couche d'oxyde sur toute la zone de marquage. Cette étape de gravure sur toute la zone de marquage a avantageusement lieu pendant la gravure de la couche d'oxyde recouvrant le secteur destiné à former les circuits intégrés. Ainsi, aucune étape supplémentaire n'est nécessaire dans ce procédé. On peut donc réaliser ces zones de marquage en se servant des étapes de fabrication des circuits intégrés proprement dits.

Dans un mode de réalisation de l'invention, on prévoit l'étape ultérieure de polissage mécano-chimique de l'ensemble du circuit intégré.

Dans un mode de réalisation de l'invention, on prévoit une étape ultérieure de gravure chimique de la couche d'arrt pour retrouver la zone de marquage. Le polissage peut enlever de 50 à 75% de l'épaisseur de la couche d'oxyde. On pourrait également prévoir que le polissage atteigne la couche d'arrt.

Dans un mode de réalisation de l'invention, le substrat étant prévu pour former une pluralité de circuits adjacents, l'un desdits circuits est pourvu de la zone de marquage. La gravure de la couche d'oxyde est réalisée sur tout ledit circuit.

Avantageusement, le substrat est gravé sur au moins une zone voisine de la zone de marquage, préalablement au dépôt de la couche d'oxyde.

La présente invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation de l'invention, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 représente schématiquement un dispositif d'insolation ;
les figures 2a à 2e représentent les différentes étapes d'un procédé de gravure d'un substrat ;
les figures 3a à 3d représentent les différentes étapes de gravure d'une zone de marquage, conformément à l'invention ;
les figures 4a à 4d illustrent une variante des figures 3a à ;
la figure 5 est une vue de dessus d'un circuit intégré, conforme à l'invention ; et
la figure 6 est une vue de dessus d'un masque utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention.

En se reportant à la figure 1, on voit qu'on a représenté un dispositif d'insolation 1 d'un substrat tel qu'une plaquette de circuit intégré 2 qui comprend un photorépéteur 3.

Ce photorépéteur 3 comprend un système de lentille 4 au travers duquel une source lumineuse 5 transfère sur la plaquette 2, en la réduisant, l'image d'un masque transparent 6 sur lequel est réalisé un motif opaque 7 en vue de former un motif 8 sur la plaquette 2. Le photorépéteur 3 et la plaquette 2 sont portés par des moyens de déplacement non représentés, qui permettent de les placer l'un par rapport à l'autre en différents endroits afin de répéter ce transfert et former une multiplicité de motifs 8.

Un exemple d'un procédé de photolithographie et de gravure est représenté sur les figures 2a à 2e.

La figure 2a montre que l'on recouvre tout d'abord la plaquette 2 d'une couche de résine 9 au-dessus d'une couche 10 à graver, par exemple en nitrure ou en oxyde de silicium.

La figure 2b montre que l'on a insolé des zones 8b de la couche de résine 9 en utilisant un masque 6 comportant un motif 7 souhaité en utilisant le photorépéteur 3.

La figure 2c montre que l'on a enlevé chimiquement la résine 9 dans ses zones 8b insolées.

La figure 2d montre que l'on a attaqué chimiquement ou gravé la couche 10 dans ses zones 8b qui ne sont plus recouvertes de résine.

La figure 2e montre la dernière étape qui consiste à enlever chimiquement toute la couche de résine restant sur la plaquette de manière à ne laisser apparaître que le motif en saillie 8 gravé dans la couche 10 et correspondant au motif 7 formé sur le masque 6.

Pour les marques d'alignement, comme on peut le voir sur la figure 3a, on forme dans un substrat de silicium 11 une marque 12, par exemple par gravure. La marque 12 consiste en une rainure sur la surface supérieure 1 la du substrat 11, par exemple de largeur égale à 8 microns et de profondeur de l'ordre de 1200. Le substrat peut tre oxydé sur une épaisseur faible, par exemple 120 À. Puis, on recouvre l'ensemble du substrat 11 pourvu de la marque 12 d'une couche de nitrure 13 par exemple de type Si3N4, d'épaisseur de l'ordre de 1600 . Comme la couche de nitrure 13 est d'épaisseur sensiblement constante, l'emplacement de la marque 12 est conservé. Toutefois, la précision de la marque se trouve affectée, car les bords 14 de la couche 13 à l'emplacement de la marque 12 sont moins nets que la marque 12 elle-mme. On grave des tranchées de grande profondeur destinées à séparer et isoler des zones dites actives prévues pour former une pluralité de circuits intégrés sur la plaquette.

Cette gravure ne concerne pas les zones de marquage. On recouvre ensuite la plaquette d'une couche d'oxyde, par exemple d'épaisseur d'environ 8800 À. Ces deux étapes de dépôt de la couche 13 et de la couche 15 sont réalisées sur l'ensemble de la plaquette en cours de fabrication.

Sur la figure 3b, on voit que la couche d'oxyde 15 a été, dans la zone où se trouve la marque 12, exposée pour retirer une grande partie de l'épaisseur de ladite couche d'oxyde 15. On prévoit d'exposer ainsi une zone suffisamment grande autour et au-dessus de la marque 12, par exemple de 18mm x 6 mm, afin d'éviter qu'une surépaisseur d'oxyde restant à proximité de la marque 12 ne gne les étapes ultérieures. Les portions de la couche 15 disposées au-dessus des zones actives sont également exposées.

Une fois obtenue une couche d'oxyde 15 d'épaisseur réduite tel qu'illustrée sur la figure 3b, on prévoit une étape de polissage mécanochimique. Pour plus de détails sur un tel procédé de polissage mécanochimique, on peut se reporter au document US-A-4 944 836.

Généralement, lors d'un tel procédé, la plaquette est maintenue contre un tampon de polissage rotatif humidifié avec une solution à base de silice et appliquée avec pression.

Comme on le voit sur la figure 3c, ce procédé de polissage mécano-chimique a pour effet de retirer l'ensemble de la couche d'oxyde 15, à l'exception d'une très faible épaisseur recouvrant la surface 13a de la couche de nitrure 13 à l'emplacement de la marque 12, cette surface 13a restant en creux par rapport au reste de la couche de nitrure 13. L'épaisseur 16 restante d'oxyde est d'épaisseur négligeable par rapport à la couche de nitrure 13.

On procède enfin à une étape de gravure chimique qui permet de retirer de la zone où se trouve la marque 12, la couche de nitrure 13 ainsi que l'épaisseur restante 16 d'oxyde. On retrouve alors la marque 12 comme on peut le voir sur la figure 3d. On peut donc, pour chaque couche recouvrant le reste de la plaquette, retrouver la marque initiale 12 en supprimant les différentes couches déposées dessus.

La présence de l'épaisseur restante 16 d'oxyde telle qu'on peut la voir sur la figure 3c, est inhérente au polissage mécano-chimique qui a tendance à réduire fortement les aspérités en relief tout en pouvant laisser subsister de l'oxyde dans les creux. Pour éviter cet inconvénient, on peut prévoir que l'étape de polissage mécano-chimique descende plus bas que la couche d'oxyde 15 et commence à polir la couche de nitrure 13. Cette variante est illustrée sur les figures 4a à 4d.

On voit donc, sur la figure 4c, qu'il ne subsiste pas d'oxyde sur la surface 13a en creux, mais que les bords 14 de cette surface 13a et la partie supérieure de la couche de nitrure 13 située en-dehors de la zone de la marque 12 ont été attaqués lors du polissage mécano-chimique. On facilite ainsi l'étape ultérieure de gravure qui permet de retrouver la marque 12 initiale tel qu'illustrée à la figure 4d. Toutefois, il faut prter attention à ce que l'étape de polissage mécano-chimique n'atteigne en aucun cas le substrat de silicium 11 qui risquerait d'tre attaqué lors de ce polissage beaucoup plus rapidement que la couche de nitrure 13 en raison de sa faible résistance au polissage. La plaquette risquerait alors de devenir inutilisable.

Comme l'étape de polissage mécano-chimique est effectuée en fonction des exigences du reste de la plaquette sur laquelle sont fabriqués les circuits intégrés, on ne peut pas ajuster la durée du polissage pour les seuls besoins des zones de marquage.

Comme illustré sur la figure 5, on peut prévoir autour de la zone de marquage 17 une couronne 18 à l'emplacement de laquelle on a creusé une tranchée dans le substrat. On laissera toutefois une zone périphérique 19 non creusée autour de la zone de marquage 17. La couronne 18 permet de diminuer la hauteur moyenne à proximité de la zone de marquage 17 et tend à augmenter l'efficacité du polissage car la zone de marquage 17 et la zone périphérique 19 apparaissent alors comme des aspérités en saillie que le polissage tend à réduire. La couronne 18 est creusée lors de la gravure des tranchées séparant les zones actives après le dépôt de la couche de nitrure 13. L'ensemble du secteur 20 dans lequel est disposée la zone de marquage 17 fera l'objet de la gravure postérieure au polissage. La portion de plaquette représentée sur la figure 5 est donc représentée à la fin du procédé de fabrication illustré sur les figures 4a à 4d. Le secteur 20 laisse apparaître le substrat de silicium. La couronne en creux 18 reste partiellement remplie par la couche d'oxyde. La zone périphérique 19 laisse là encore apparaître le substrat, tandis que la zone de marquage 17 laisse apparaître les marques.

Toutefois, dans le cas où il ne reste qu'une faible épaisseur d'oxyde avant l'étape de polissage mécano-chimique, par exemple inférieure à 2000 , on peut prévoir de se passer de ces zones creuses périphériques. Bien entendu, ces zones creuses peuvent présenter différentes formes. Sur la figure 5, on a montré une couronne 18. On pourrait aussi prévoir deux zones carrées disposées de part et d'autre de la zone de marquage ou encore d'autres formes.

Un avantage du procédé conforme à l'invention est que la zone de marquage reste ainsi à un niveau équivalent au niveau des circuits adjacents, ce qui évite des problèmes de polissage ou de surépaisseur intervenant ultérieurement, susceptibles de nuire aux circuits adjacents.

Grâce à l'invention, on dispose d'un procédé permettant de conserver les marques d'alignement quel que soit la nature des différentes couches utilisées et ce, sans ajouter d'étape supplémentaire mais, au contraire, en mettant à profit des étapes de procédé nécessaires à la fabrication des circuits intégrés adjacents.

L'invention concerne donc la définition originale de la zone ouverte dans le secteur des marques d'alignement pour la gravure de l'oxyde avant le polissage.

Cette ouverture pratiquée autour des marques permet d'éliminer tout l'oxyde situé au dessus des marques lors du polissage et ainsi de nettoyer parfaitement les marques lors du bain chimique ultérieur. Les marques sont alors visibles pour le photorépéteur sans étape supplémentaire pour les dégager.

Cette invention élimine donc les trois ou quatre étapes supplémentaires traditionnellement indispensables pour dégager les marques après le polissage lié au procédé d'isolation en tranchées superficielles (Shallow Trench Isolation).

Elle permet en outre d'éliminer les surépaisseurs de marquage sur les zones adjacentes du circuit.

En revenant à la figure 1, on voit que les motifs sont carrés ou rectangulaires tandis que la lentille 4 est de section circulaire. Le bord 4a de la lentille 4 est donc disponible pour former les zones de marquage. On prévoit un masque 6 comportant en plus du motif 7 un motif 21 (figure 6) correspondant à une zone de marquage et disposé en dehors du motif 7 tout en étant apte à etre transmis par le bord 4a de la lentille 4. Si on veut un nombre de zones de marquage inférieur au nombre de motifs 8, on occultera le motif 21 correspondant à une zone de marquage, par exemple au moyen d'une plaque. Ainsi le mme masque servira à la définition d'un circuit et à celle d'une marque d'alignement.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un circuit intégré, dans lequel on grave sur un substrat de silicium au moins une zone de marquage pourvue de rainures d'alignement du type prévu pour un photorépéteur, on dépose une couche d'arrt sur le substrat de silicium, on grave des tranchées destinées à former des zones isolantes puis on dépose une couche d'oxyde de silicium sur le circuit, caractérisé par une étape de gravure de la couche d'oxyde sur toute la zone de marquage.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par une étape ultérieure de polissage mécano-chimique de l'ensemble du circuit intégré.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par une étape ultérieure de gravure de la couche d'arrt pour retrouver la zone de marquage.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le polissage enlève de 50 à 75% de l'épaisseur de la couche d'oxyde.

5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le polissage atteint la couche d'arrt.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, le substrat étant prévu pour former une pluralité de circuits adjacents, l'un desdits circuits est pourvu de la zone de marquage.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la gravure de la couche d'oxyde est réalisée sur tout ledit circuit.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le substrat est gravé sur au moins une zone voisine de la zone de marquage préalablement au dépôt de la couche d'oxyde.