FR2814278A1 - Procede de reperage d'une direction cristalline d'un materiau cristallin - Google Patents

Abstract

La présente invention est un procédé de repérage d'au moins une direction cristalline dans un matériau cristallin comportant les étapes suivantes : - gravure anisotrope du matériau cristallin à travers un masque (40) présentant au moins un faisceau (42) d'ouvertures (46) allongées convergentes conduisant à au moins un faisceau (43) de motifs gravés,- révélation de la direction cristalline, celle ci étant dirigée selon un motif gravé, ce motif gravé indiquant approximativement un axe de symétrie d'une portion au moins du faisceau (43) de motifs gravés,- repérage de la direction cristalline révélée par rapport à au moins une marque (81-84) de moyens de repérage (45) auxiliaires et distincts du faisceau (43) de motifs gravés. Application notamment dans l'industrie des semiconducteurs.

Description

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PROCEDE DE REPERAGE D'UNE DIRECTION CRISTALLINE
D'UN MATERIAU CRISTALLIN DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à un procédé de repérage d'une direction cristalline d'un matériau cristallin. Ce procédé prend toute son importance dans la fabrication des semi-conducteurs ou dans le domaine de l'optique ou de l'optoélectronique.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
La connaissance et la matérialisation d'au moins une direction cristalline dans un matériau semiconducteur cristallin est très utile par exemple lorsqu'on doit assembler deux plaquettes de silicium en réalisant une jonction ohmique entre les deux. Dans le brevet US-A-5 661 316 au nom de Kish, Jr, et al il est enseigné que pour créer une jonction ohmique à l'interface entre deux plaquettes de matériaux semiconducteurs, il fallait minimiser d'une part l'angle de décalage en rotation, dans le plan de l'interface, entre les réseaux cristallins des deux matériaux et d'autre part l'angle existant entre les plans cristallins présentés par les faces mises en contact.

Les plaquettes de silicium monocristallin du commerce peuvent présenter un méplat latéral pour

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repérer une direction cristalline dite direction nominale, mais l'orientation du méplat n'est connue en général qu'avec une précision de plus ou moins un degré et donc lors de l'assemblage d'une paire de telles plaquettes, l'angle de décalage en rotation présente au moins une incertitude de plus ou moins deux degrés. Ce n'est pas satisfaisant.

Dans l'article : Aligned Wafer Bonding : A Key to Three Dimensional Microstructures de R. W BOWER, M. S ISMAIL, et S. N FARRENS dans le Journal of Electronic Materials, Vol 20, Numéro 5,1991 pages 383 à 387, il est décrit une méthode pour aligner des plaquettes de semi-conducteur empilées l'une sur l'autre. Les faces en contact des plaquettes sont équipées d'un quadrillage, une exposition à des infrarouges traversant l'empilement permet de mettre le quadrillage d'une plaquette en coïncidence avec le quadrillage de l'autre plaquette avec une bonne précision. Le repérage de directions cristallines n'est pas évoqué.

On peut déterminer de manière précise par les rayons X une direction cristalline dans un matériau cristallin relativement massif. Mais cette méthode est lourde à mettre en oeuvre et consommatrice de temps. Il faut ensuite prévoir un système de repérage de la direction cristalline déterminée pour pouvoir la matérialiser. La précision du repérage doit être au moins aussi bonne que celle de la détermination. Ce n'est aisé. De plus pour des matériaux cristallins en film mince, la précision de détermination de l'axe

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cristallin n'est pas très bonne à cause du manque de volume diffractant.

Dans l'article : Angular Alignement for wafer bonding par Yuan-Fang CHOU dans SPIE volume 2879, pages 291-297, il est décrit un procédé de détermination du décalage angulaire existant entre une direction cristalline nominale repérée par le méplat d'une plaquette de silicium et la direction cristalline réelle du silicium, ce procédé est basé sur le principe de la gravure anisotrope.

On se réfère à la figure 1. Il consiste à graver, à l'aide d'une solution liquide d'attaque chimique et d'un masque 2, une plaquette 1 de silicium dont la surface est orientée < 100 > et qui est dotée d'un méplat (non représenté) donnant la direction cristalline < 100 > nominale y. Le masque 2 porte une ouverture circulaire 3 centrale et quatre groupes 4 d'ouvertures circulaires bien plus petites, disposés selon des arcs de cercle autour de l'ouverture centrale 3. Le milieu m de chaque groupe 4 de petites ouvertures est matérialisé sur le masque 2. On positionne les ouvertures du masque 2 de manière que l'axe passant-par deux milieux m diamétralement opposés coïncide avec la direction cristalline nominale < 100 > y. On attaque chimiquement le silicium au niveau de l'ouverture 3 du masque 2 à l'aide d'une solution liquide d'attaque chimique, par exemple à base d'hydroxyde de potassium KOH.

Un motif gravé 5 apparaît dans le silicium, c'est un carré dans lequel s'inscrit l'ouverture circulaire 3. En fait la gravure s'effectue au niveau

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de l'ouverture 3 et se développe aussi sous le masque 2, c'est le phénomène de surgravure. La diagonale du carré est orientée selon la direction cristalline < 100 > x du silicium. Cette direction cristalline x est dite direction cristalline réelle. Si la diagonale ne passe pas par le milieu m du groupe de petites ouvertures 4, la direction cristalline réelle x ne coïncide pas avec la direction cristalline nominale y donnée par le méplat, il y a un décalage angulaire dont il faut tenir compte si l'on veut aligner cette direction cristalline réelle avec celle d'une autre plaquette.

Plus le carré a une grande diagonale plus la précision de repérage est grande. Cela implique que le rayon de l'ouverture circulaire soit choisi en conséquence. Mais plus l'ouverture circulaire est grande plus le temps de gravure est long. On est obligé d'attendre que la totalité du carré soit gravée pour pouvoir localiser avec précision ses sommets et donc repérer ses diagonales. Cette gravure peut prendre plusieurs heures, voire un jour ou deux surtout si la précision recherchée est grande, par exemple de l'ordre du dixième de degré. De plus cette gravure d'un grand carré occupe une place non négligeable à la surface de la plaquette de matériau cristallin ce qui réduit sa surface utile.

Généralement le masque est réalisé en oxyde de silicium, les ouvertures grandes et petites sont délimitées par lithographie sur l'oxyde et ouvertes par gravure dans l'oxyde. Puisque la gravure du silicium se développe sous le masque d'oxyde, ce dernier risque de s'effondrer et de se briser s'il n'est plus

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suffisamment maintenu et la gravure obtenue risque d'être faussée et donc inexploitable.

Par ailleurs, si la surgravure est importante la solution chimique d'attaque doit circuler entre le masque et la surface attaquée sur une grande distance.

Si cet espace est limité en épaisseur, ce qui est le cas par exemple lors de l'attaque d'un film mince, la solution d'attaque risque de ne pas pouvoir circuler normalement et la gravure risque d'être faussée et donc inexploitable. Dans le cas d'un film mince notamment, le masque s'il se casse risque encore plus de gêner l'attaque chimique.

EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients de manque de précision, de perte de temps, de perte de surface utile, de bris du masque et de surgravure longue d'un film mince.

Le procédé de repérage d'une direction cristalline permet d'obtenir une très bonne précision, par exemple de l'ordre du dixième de degré voire du centième de degré avec un temps de gravure bien plus court qu'avant, ce qui limite la surgravure.

Avantageusement cela permet d'appliquer l'invention au cas des films minces avec la même précision. De plus ce procédé utilise beaucoup moins de surface utile qu'auparavant ce qui le rend plus économique que celui de l'art antérieur.

Pour y parvenir, la présente invention est un procédé de repérage d'au moins une direction

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cristalline dans un matériau cristallin qui comporte les étapes suivantes : - gravure anisotrope du matériau cristallin à travers un masque présentant au moins un faisceau d'ouvertures allongées convergentes conduisant à au moins un faisceau de motifs gravés, - révélation de la direction cristalline, celle-ci étant dirigée selon un motif gravé, ce motif gravé indiquant approximativement un axe de symétrie d'une portion au moins du faisceau de motifs gravés, - matérialisation de la direction cristalline révélée par au moins une marque de moyens de repérage auxiliaires distincts du faisceau de motifs gravés.

Les moyens de repérage auxiliaires peuvent être portés sur le matériau cristallin lui-même ou sur une structure comportant le matériau cristallin.

Le motif gravé révélant la direction cristalline présente, suivant au moins une direction, une vitesse de surgravure plus lente ou plus rapide que celle de ses deux plus proches voisins.

Il est particulièrement intéressant que les ouvertures soient rectilignes et rayonnantes de manière à donner des motifs gravés sensiblement rayonnants.

Le faisceau d'ouvertures peut prendre la forme d'un disque, mais pour utiliser moins de surface utile du matériau cristallin, il est possible qu'il se limite à une couronne, à un secteur angulaire éventuellement tronqué.

Ainsi l'étape de réalisation des moyens de repérage auxiliaires peut être une étape de gravure

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anisotrope à travers le masque présentant le faisceau d'ouvertures conduisant au faisceau de motifs gravés.

L'étape de réalisation des moyens de repérage auxiliaires peut aussi être réalisée par exemple, par une gravure chimique isotrope, par une gravure ionique, par une gravure mécanique, par une gravure optique, ou par tout moyen de marquage, ces techniques pouvant être utilisées en combinaison.

Elle peut intervenir avant ou après l'étape de révélation de la direction cristalline.

Des moyens de repérage auxiliaires peuvent être placés à proximité du faisceau de motifs pour faciliter ou améliorer un alignement ultérieur. Cette réalisation intervient avantageusement pendant l'étape de gravure anisotrope du faisceau de motifs gravés.

Pour obtenir une bonne précision du repérage, les moyens de repérage auxiliaires peuvent comporter un ou plusieurs ensembles de marques en forme d'échelles graduées.

Plus particulièrement, un ensemble de marques peut prendre la forme d'une portion de rapporteur.

Il est préférable qu'au moins une marque-et qu'au moins un rayon du faisceau de motifs soient dans le prolongement radial l'un de l'autre.

Avantageusement les marques d'un ensemble peuvent être disposées en arc de cercle et couvrir un secteur angulaire plus important que celui du faisceau de motifs, le centre du secteur angulaire des marques de l'ensemble étant confondu avec celui du faisceau de motifs.

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On peut envisager que l'étape de réalisation des moyens de repérage auxiliaires ait lieu après l'étape de révélation de la direction cristalline. Les moyens de repérage auxiliaires pourraient prendre la forme d'une ou plusieurs marques réalisées selon la direction cristalline révélée.

La direction cristalline repérée par le procédé de l'invention peut être utilisée pour effectuer un alignement avec un autre matériau cristallin. Cet alignement peut conduire à la mise en coïncidence des deux directions cristallines ou à un décalage relatif rendu très précis grâce aux moyens de repérage auxiliaires. On peut aussi utiliser cette direction lors d'un positionnement d'un masque de photolithographie sur le matériau cristallin.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre illustratif et non limitatif.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 illustre un procédé de repérage, selon l'art antérieur, d'une direction cristalline d'un matériau cristallin.

La figure 2 montre un motif gravé et l'ouverture d'un masque qui l'a généré.

Les figures 3A et 3B montrent respectivement un masque avec un faisceau d'ouvertures circulaire et le faisceau de motifs gravés obtenu à travers le masque avec le procédé objet de l'invention.

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Les figures 4A et 4B montrent respectivement un masque utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et une vue partielle du faisceau de motifs gravés et des moyens de repérage.

Les figures 5A à 5E sont des coupes d'une plaquette de silicium sur isolant au cours du procédé de repérage selon l'invention.

Les figures 6A à 6D sont des coupes d'une plaquette de silicium au cours du procédé de repérage selon l'invention
La figure 7 montre deux plaquettes à assembler l'une à l'autre, une direction cristalline ayant été repérée au niveau de chacune d'entre elles par le procédé selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
On se réfère à la figure 2 qui va permettre d'expliquer le principe de la gravure anisotrope dans un matériau cristallin. Cette gravure anisotrope est caractérisée par le fait qu'elle ne se fait pas à la même vitesse dans toutes les directions cristallines du matériau cristallin. Par exemple pour le silicium, la direction cristalline < 111 > correspond à la vitesse de gravure par KOH la plus lente, vient ensuite la direction < 011 > .

En particulier, pour une surface de silicium orientée < 001 > , c'est la direction < 110 > , intersection des plans < 111 > avec les plans < 001 > qui se surgrave le plus lentement, vient ensuite la direction < 100 > , intersection des plans < 110 > avec les plans < 001 > .

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Sur la figure 2 on a représenté un masque de gravure 12, doté d'une ouverture rectangulaire 13, recouvrant une surface de matériau cristallin 11, par exemple du silicium de surface < 001 > . Cette ouverture est légèrement désalignée par rapport à la direction cristalline < 110 > du matériau cristallin. Lorsqu'on grave à l'aide d'une solution d'attaque chimique anisotrope, à base de KOH par exemple, le matériau cristallin recouvert de ce masque 12, la gravure va se faire également sous le masque, c'est le phénomène de surgravure. Dans le cadre de cet exemple, le masque est en oxyde choisi pour sa grande sélectivité vis à vis de la surgravure réalisée par du KOH ou par du TMAH (triméthylamonium hydroxyde).

Le motif gravé obtenu va tendre vers un rectangle 14 dont les côtés sont orientés avec la direction cristalline réelle résultante de l'intersection de plans de gravure les plus lents, ici < 111 > et du plan de la surface gravée, ici < 001 > . Ses côtés sont orientés selon la direction cristalline < 110 > . Cette surgravure est d'autant plus rapide, au début, que la désorientation est grande.

Le procédé objet de l'invention comporte une étape de gravure anisotrope d'un faisceau de motifs dans le matériau cristallin à partir d'un faisceau d'ouvertures allongées convergentes dont est doté un masque. Le faisceau de motifs gravés dans le matériau cristallin permet de révéler une direction cristalline réelle par opposition à nominale. La direction du motif gravé avec la vitesse de surgravure la plus lente est, parmi les différentes directions données par les

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différents motifs du faisceau, celle qui indique la direction de surgravure lente, à la précision du pas du faisceau de motifs près.

Les figures 3A et 3B représentent respectivement un premier exemple de masque 22 utilisable dans le procédé de l'invention et le motif gravé apparaissant dans le matériau cristallin après l'étape de gravure anisotrope.

Dans l'exemple de la figure 3A, le masque 22 est dit en roue de wagon, il comporte une pluralité d'ouvertures 23 rectilignes rayonnantes autour d'une zone centrale pleine 24 circulaire tels les rayons d'une roue. L'ensemble des ouvertures 23 forme un faisceau 21 d'ouvertures convergentes vers la zone centrale pleine 24. Le faisceau 21 d'ouvertures est obtenu par la répétition d'une ouverture 23 soumise à des rotations élémentaires tout autour de la zone centrale 24. Cette rotation élémentaire représente la précision du faisceau de motifs. Dans l'exemple les ouvertures 23 se répètent avec un pas de 5 degrés. Plus le pas est faible, meilleure sera la précision de la détermination de la direction cristalline.

Il est particulièrement avantageux que les ouvertures soient proches les unes des autres, c'est à dire que l'espace entre deux rayons successifs soit petit. La formation de l'axe de symétrie est alors d'autant plus rapide, ce qui limite le temps de gravure.

Le faisceau d'ouvertures forme sensiblement une couronne mais en diminuant la taille de la zone centrale 24, il pourrait être en forme de disque.

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Dans l'article Anisotropic etching of Crystalline Silicon in Alkaline Solutions de H. Seidel, L. Csepregi, A Heuberger, H. Baumgärtel dans le Journal of Electrochem. Soc., Vol 137, Nu11, novembre 1990 et dans l'article The Wagon Wheel applied around the < 011 > zone of Silicon de D. L Kendall, G. R. de Gule, A. Torres-Jacome, Abstract 132, page 209, dans The Electrochemical Extended Abstract, Volume 82-1, Montreal, Quebec, Canada, 9-14 Mai 1982, il est préconisé de réaliser une gravure dans du silicium avec un masque en forme de roue de wagon , pour étudier la dépendance entre vitesse de gravure et orientation cristalline en fonction de différentes solutions d'attaque. La connaissance de l'orientation cristalline par d'autres moyens est à la base de ces études. Il y est enseigné qu'on peut déduire une vitesse d'attaque différente selon l'orientation, mais pas la façon de repérer une direction cristalline à partir d'une forme d'attaque.

Dans le cadre de l'invention, sur la figure 3B est représenté un faisceau de motifs gravés 31 qui résulte d'une étape de gravure anisotrope dans-un matériau cristallin, par exemple du silicium, de surface orientée < 001 > à travers le masque de la figure 3A.

On y voit également des zones non gravées 32 entre deux motifs gravés 31. Les motifs gravés forment un faisceau de motifs allongés et convergents assimilables à des rainures. Lors de la gravure, au niveau d'une ouverture notée a fortement désalignée par rapport à la direction cristalline < 110 > , (direction

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dont la vitesse de surgravure est la plus lente), la vitesse de surgravure est grande et la gravure latérale est importante. Le motif gravé appelé a'à partir de cette ouverture a, est beaucoup plus large qu'elle, il a été fortement déformé.

Au contraire au niveau d'une ouverture notée b sensiblement orientée selon la direction cristalline < 110 > , la vitesse de surgravure est lente, la gravure peu importante et le motif gravé appelé b'sensiblement aussi large que l'ouverture b. Il possède la plus grande ressemblance par rapport à l'ouverture du masque qui lui est associée.

Le motif gravé révélant la direction cristalline à déterminer est un des motifs qui ressemble le plus à l'ouverture du masque qui lui est associée. Il n'y a pratiquement pas eu de déformation, pendant la gravure, entre le motif et l'ouverture.

Les extrémités convergentes des ouvertures 23, c'est à dire situées vers la'zone centrale 24 sont très proches les unes des autres. Les motifs gravés vont se rejoindre en formant une zone de surgravure totale 34. Cette zone de surgravure totale 34 prend la forme d-une fleur avec des pétales 35. Un pétale 35 correspond à des motifs gravés qui se rejoignent, ils sont issus d'ouvertures désorientées par rapport aux directions cristallines les plus lentes.

Le faisceau de motifs gravés possède des axes de symétrie radiaux z, z'passant entre deux pétales 35, ils suivent approximativement un motif gravé b' dont les dimensions transversales sont pratiquement les

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mêmes que celles de l'ouverture b sensiblement orientée selon la direction cristalline < 110 > .

La direction cristalline réelle < 110 > est approchée au plus près de ces motifs b'et elle est révélée avec la précision du faisceau de motifs qui peut atteindre le centième de degré.

Ce motif b'apparaît comme un axe de symétrie pour au moins une portion du faisceau de motifs gravés.

L'axe central du faisceau d'ouvertures n'est pas forcément orienté suivant la direction < 110 > .

D'autres axes de symétrie peuvent apparaître, ils révèlent d'autres directions cristallines pour lesquelles la vitesse de surgravure est plus rapide que celle de la direction < 110 > .

Le motif gravé révélant la direction cristalline à déterminer présente, suivant au moins une direction une vitesse de surgravure plus lente ou plus rapide que celle de ses deux plus proches voisins.

La direction cristalline réelle est, en fait, révélée par la formation d'un axe de symétrie au sein d'une portion de motifs gravés. Ce motif gravé révèle une direction qui est approximativement celle de l axe de symétrie. La précision de la direction révélée dépend du pas du faisceau de motifs. Un avantage de cette technique est qu'il n'est plus nécessaire d'attendre comme dans l'art antérieur qu'un motif se réaligne sur la direction cristalline recherchée. C'est donc beaucoup plus rapide et cela limite la surgravure. Cette surgravure étant peu importante, cette invention est donc plus facilement applicable au cas des films minces.

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Le temps de gravure est beaucoup plus court qu'auparavant, car il n'est pas nécessaire d'attendre que les motifs soient complètement gravés. Seul le début de la surgravure suffit pour révéler la direction cristalline à déterminer, dès qu'un axe de symétrie commence à se dessiner, la gravure peut alors être stoppée. Le temps de gravure est d'ailleurs d'autant plus court que les lignes d'ouvertures sont proches. La précision de la révélation de la direction cristalline ne dépend pratiquement pas du temps de gravure mais du pas des motifs gravés.

L'invention permet d'obtenir une bonne précision de détermination d'une direction cristalline tout en ayant un temps de surgravure relativement court. Cela permet d'éviter tous les problèmes du masque liés à une surgravure importante. Cela permet d'appliquer ce procédé sur un film cristallin mince.

Par ailleurs, le temps de surgravure étant d'autant plus court que les motifs sont proches, peu de surface utile est consommée.

L'étape suivante du procédé selon l'invention est une étape de matérialisation de la direction cristalline révélée par au moins une marque de moyens de repérage auxiliaires et distincts du faisceau de motifs gravés.

En effet, l'optimisation du temps de surgravure et de la consommation de surface rend difficile un alignement ultérieur uniquement à partir des motifs gravés : ces motifs gravés sont trop proches les uns des autres pour être utilisables, par exemple lors d'un

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alignement de deux plaquettes de silicium par infrarouge.

On se réfère à la figure 4A qui montre un exemple de plaquette de silicium circulaire avec un méplat 41 indiquant la direction cristalline < 110 > et recouverte d'un masque 40. La plaquette n'est pas visible sur la figure. Ce masque 40 permet de la protéger de l'attaque anisotrope. Il est doté d'au moins un faisceau 42 d'ouvertures 46 rectilignes et convergentes conduisant à l'obtention du faisceau de motifs gravés et d'au moins un ensemble 44 d'ouvertures 49 conduisant aux moyens de repérage auxiliaires qui sont alors portés par le matériau cristallin.

La figure 4B représente partiellement et agrandi un faisceau 43 de motifs 47 et deux ensembles 48 de marques induites par la gravure à travers le masque 40 et constituant les moyens de repérage auxiliaires 45 gravés dans la plaquette 400. Le masque a été ôté.

Dans l'exemple de la figure 4A, on a représenté deux faisceaux 42 d'ouvertures 46 allongées convergentes. Ces faisceaux 42 sont en forme-de secteurs angulaires éventuellement tronqués,

symétriques par rapport au centre 0 du cercle. Les ouvertures 46 rectilignes convergent vers ce centre O. Le centre 0 n'est pas forcément matérialisé par une ouverture dans le masque 40. Il peut l'être mais ce n'est pas obligatoire. Une telle forme permet que les motifs gravés résultants occupent moins de surface utile sur la plaquette que celle occupée par les motifs gravés illustrés sur la figure 3B.

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Avantageusement le secteur angulaire formé par les ouvertures 46 du masque peut être positionné sur quelques degrés autour d'un axe repéré sommairement, par exemple grâce à un méplat sur le bord du matériau cristallin, ce méplat indiquant la direction nominale du matériau cristallin. Le secteur angulaire peut être limité.

Le fait d'utiliser plusieurs faisceaux d'ouvertures permet d'améliorer la précision du repérage mais un seul faisceau d'ouvertures peut suffire.

Dans cet exemple, les faisceaux 42 d'ouvertures sont disposés dans une zone centrale du masque, ce qui signifie que les faisceaux 43 de motifs résultants apparaîtront dans une zone centrale de la plaquette de silicium 400.

Sur la plaquette de silicium 400 représentée sur la figure 4B, on ne voit que partiellement un faisceau 43 de motifs 47.'Les motifs gravés prennent la forme de rainures rectilignes orientées radialement. On ne voit que la partie du faisceau de motifs la plus éloignée de la zone centrale de la plaquette 400,-les rainures sont plus éloignées les unes des autres que dans la zone centrale et il n'y a pas de zone de surgravure totale.

Les moyens de repérage auxiliaires 45 tels que ceux illustrés partiellement sur la figure 4B et résultant du masque de la figure 4A, peuvent comporter un ou plusieurs ensembles 48 de marques 81-85, ces marques formant les graduations d'une ou plusieurs échelles graduées. Ces graduations peuvent être

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regroupées en plusieurs séries à la manière d'une règle ou d'un rapporteur. Sur un seul des ensembles 48 les marques sont référencées.

Les séries de graduations apparaissent en creux à la surface de la plaquette 400 tout comme les motifs gravés. Ces séries de graduations s'étendant, dans cet exemple, sur deux arcs de cercles symétriques par rapport au centre projeté. Chaque arc de cercle comporte une première série de petites graduations 81 rectangulaires matérialisant les centièmes de degré.

Une deuxième série de graduations 82 plus petites, placée entre la première série de graduations 81 et le bord de la plaquette 400 permet de repérer les vingtièmes de degrés. Une troisième série de graduations 83 rectangulaires, plus grandes que les graduations 81, placée entre la première série de graduations 81 et le centre de la plaquette 40 permet le repérage des dixièmes de degrés. Une quatrième série de graduations 84, placée entre le bord de la plaquette et la deuxième série de marques 82 permet de repérer les degrés. Une cinquième graduation 85 permet de repérer l'axe de symétrie de l'ensemble 48-die graduations.

On suppose que la plaquette 400 est dotée de plusieurs ensembles 48 de marques pour améliorer la précision du repérage. Ces ensembles 48 de marques peuvent être en concordance les uns par rapport aux autres, cela signifie qu'à une graduation de l'un des ensembles correspond une graduation d'un autre ensemble. Les graduations de ces ensembles peuvent être diamétralement opposées. Une direction cristalline

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révélée par la gravure pourra être ensuite repérée par une graduation de chacun des ensembles 48 de marques.

La forme et les dimensions des ouvertures 49 diffèrent peu de celles des marques obtenues, la transformation provoquée par la gravure est minime. Les marques obtenues par la gravure se rapprochent certes un peu les unes des autres par rapport aux ouvertures du masque. Mais les ouvertures 46 conduisant aux faisceaux 43 de motifs 47 sont bien plus rapprochées que celles 49 conduisant aux ensembles 48 de marques car les premières sont plus centrales que les secondes.

Les graduations 81-85 restent donc suffisamment écartées entre elles pour permettre un repérage ultérieur, par exemple par infrarouge, de la direction cristalline révélée.

Une ou plusieurs marques 81-85 ou graduations sont en correspondance avec un motif 47, ce qui permet de repérer la direction cristalline révélée. Pour faciliter la. correspondance, on peut placer un ou plusieurs ensembles de marques 48 à proximité du faisceau 43 de motifs gravés 47, par exemple sur le bord intérieur et/ou extérieur du faisceau 43 comme l'illustre la figure 4B.

Dans l'exemple des moyens de repérage 45 assimilables à une portion de rapporteur avec des graduations, on peut s'arranger pour qu'une ouverture 46 conduisant à un motif 47 se prolonge par au moins une ouverture 49 conduisant à une graduation 81-85. Pour faciliter le repérage, on peut bien entendu avoir plus de graduations que de motifs. Ainsi une marque et un motif gravé sont dans le prolongement l'un de

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l'autre et la matérialisation de la direction cristalline révélée est facile et précise.

Dans cette configuration, les moyens de repérage 45 et les faisceaux 43 de motifs sont obtenus par une même étape de gravure à travers un même masque.

L'utilisation de moyens de repérage avec des ensembles de marques tels que ceux qui viennent d'être décrits, a l'avantage d'autoriser un faisceau de motifs de surface réduite. En effet, si ces ensembles de marques sont absents, il faut que les motifs gravés soient suffisamment longs pour pouvoir faire aisément un repérage par visualisation directe. Il faut alors utiliser un masque 40 avec un faisceau d'ouvertures 42 de grand diamètre pour que leurs extrémités convergentes ne soient pas trop proches les unes des autres et que les motifs 47 gravés résultants ne soient pas trop transformés et/ou trop rapprochés par le phénomène de surgravure totale.

La présence des moyens de repérage permet de séparer la fonction de révélation de la direction cristalline de la fonction de repérage.

Elle permet également de réaliser un faisceau de motifs relativement petit, avec des motifs gravés serrés, ce qui consomme peu de surface utile, limite la surgravure tout en conservant une lisibilité facile du résultat. Ces moyens de repérage ne révélant pas la direction cristalline peuvent être conçus indépendamment du faisceau de motifs gravés. Avantageusement, ils peuvent présenter un nombre de graduations supérieur au nombre de motifs gravés pour, par exemple, augmenter la précision du repérage.

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Il est possible que les moyens de repérage prennent une autre forme que celle qui vient d'être décrite. Il est possible qu'ils ne comportent qu'une seule marque ou deux et pas un ou plusieurs ensembles de marques.

En effet, on pourrait envisager que les moyens de repérage 45, ne comportent qu'une ou plusieurs marques réalisées après la révélation et toutes orientées dans la direction cristalline révélée.

Après que la direction cristalline à déterminer a été révélée par la gravure, il est possible, pour la matérialiser, d'effectuer une découpe du bord de la plaquette en suivant cette direction, le bord découpé de la plaquette formant une marque des moyens de repérage ou de réaliser au moins une marque orientée suivant cette direction sur la plaquette sur la face gravée et/ou sur l'autre face. Les moyens de repérage sont alors obtenus après la gravure du faisceau de motifs.

On aurait pu envisager que le matériau cristallin soit doté des moyens de repérage avant de réaliser la gravure du faisceau de motifs. Des moyens de repérage, par exemple du type rapporteur à graduations suffisamment rapprochées aurait pu être réalisés avant la gravure du faisceau de motifs. Ces moyens de repérage peuvent se trouver par exemple sur la face arrière de la plaquette si les faisceaux de motifs sont gravés sur la face avant. Les moyens de repérage peuvent par ailleurs être protégés de la gravure qu'ils soient réalisés sur la face avant ou arrière.

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Le fait d'effectuer en même temps le faisceau de motifs et les moyens de repérage apporte un gain de temps et de précision appréciable.

On va voir maintenant un exemple de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention. On se réfère aux figures 5A à 5E et éventuellement aux figures 4A, 4B.

Les échelles ne sont pas respectées dans un souci de clarté.

On part d'une plaquette de silicium sur isolant (SOI) d'environ 10 centimètres de diamètre dont l'épaisseur du film de silicium 50.2 est d'environ 200 nanomètres et dont l'épaisseur d'isolant 51.1, de l'oxyde de silicium, est d'environ 400 nanomètres.

Cette structure silicium sur isolant est portée par un support 50.1 en silicium d'épaisseur environ 520 micromètres. Un film d'oxyde repéré 51.2 est réalisé à la surface du film de silicium 50.2 à graver. On suppose que la surface du film de silicium 50.2 qui va être gravée anisotropiquement est orientée < 001 > .

Le film d'oxyde 51.2 va servir de masque. On réalise une étape de lithographie optique sur une résine 58 déposée sur le film d'oxyde 51.2 (figure 5A).

On révèle au niveau de la résine des zones 52 correspondant aux ouvertures que devra posséder le masque d'oxyde 51.2. Sur la figure 5B une seule zone 52 est visible, elle correspond dans l'exemple décrit à une des ouvertures du faisceau d'ouvertures (figure 5B).

Plus généralement une zone 52 correspond soit à au moins une ouverture 46 d'un faisceau 42 d'ouvertures conduisant à un motif 47 d'un faisceau 43 de motifs

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gravés et soit à une ouverture 49 d'un ensemble 44 d'ouvertures conduisant à une graduation d'un ensemble 48 de graduations.

Un faisceau d'ouvertures est, dans cet exemple, un faisceau de lignes radiales, espacées de 0, 01 , de 2,5 micromètres de large et de 5 millimètres de long, sur un secteur angulaire de l 100 autour de la direction nominale < 110 > et un diamètre extérieur de 50 millimètres. Il est similaire à ceux 42 de la figure 4A.

Un exemple d'un ensemble d'ouvertures destiné à réaliser les moyens de repérage comporte au moins une série de lignes radiales espacées de 0,01 degré, de 2,5 micromètres de large et de 30 micromètres de long, sur un secteur angulaire de l 10 et un diamètre extérieur de 80 millimètres. D'autres séries peuvent être prévues pour obtenir, par exemple, l'ensemble de graduations de la figure 4B ou de la figure 7. Les lignes radiales conduisant au faisceau de motifs et celles conduisant à tout ou partie des marques des moyens de repérage sont dans le prolongement les unes des autres.

L'étape suivante consiste à ouvrir le masque d'oxyde 51.2 sous les zones 52 délimitées par la lithographie pour mettre à nu le silicium en réalisant au niveau de chaque zone 52 une ouverture 53 dans l'oxyde 51.2. Cette étape peut se faire par exemple par une attaque par ions réactifs connue sous le sigle anglo-saxon de RIE pour Réactive Ion Etching. Sur la figure 5C, l'ouverture 53 est représentée après retrait de la résine.

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On peut alors débuter la gravure anisotrope du silicium à travers les ouvertures 53. On peut utiliser comme solution d'attaque, par exemple, du triméthyl amonium hydroxyde (TMAH) aux alentours de 800C pendant environ 30 minutes. Sur la figure 5D, on remarque qu'un motif 54 gravé, à profil en V apparaît en s'étendant sur tout ou partie de la surface du motif sous le masque 51.2. Les côtés du V correspondent, dans cet exemple, à des plans orientés < 111 > du silicium. Pour certaines épaisseurs du film de silicium 50.2 le profil en V peut être tronqué. Le masque d'oxyde 51.2 peut ensuite être ôté, si nécessaire.

Dans l'exemple décrit, on remarque à la figure 5E que le support de silicium 50.1 porte une marque gravée 57 sur sa face arrière. Cette marque 57 est une partie des moyens de repérage auxiliaires. Cette marque 57 est en correspondance avec le motif 53 gravé sur le film de silicium 50.2. De tels moyens de repérage auxiliaires peuvent être réalisés par au moins une des techniques suivantes, une gravure chimique anisotrope, une gravure chimique isotrope, une gravure optique par exemple par laser, une gravure ionique, une gravure mécanique par exemple par indentation ou par tout moyen de marquage. Vu de dessus, les moyens de repérage apparaîtraient, par exemple, comme sur la figure 7. Ces techniques pourraient être utilisées pour réaliser des moyens de repérage sur la face portant les motifs gravés.

Les mêmes étapes peuvent être menées sur une plaquette de silicium. On se réfère aux figures 6A à 6D en relation avec les figures 4. On part d'une plaquette

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de silicium d'environ 10 centimètres de diamètre et d'environ 520 micromètres d'épaisseur. Le silicium est référencé 60 sur les figures. Un film d'oxyde de silicium 61 est réalisé sur la surface à graver du silicium 60. Il sert de masque de gravure. Une étape de lithographie optique, à l'aide d'une résine 69 déposée sur la couche d'oxyde 61 (figure 6A) va permettre d'ouvrir le masque 60. On révèle dans la résine 69 des zones 65 correspondant aux ouvertures que devra posséder le masque 61. Sur la figure 6B une seule zone 65 est visible, elle correspond par exemple à une des ouvertures du faisceau d'ouvertures ou à d'autres types d'ouvertures comme décrit précédemment.

On ouvre aussi le masque d'oxyde en créant une ouverture 66 (figure 6C). On réalise alors la gravure anisotrope qui conduit à la formation d'un motif gravé 67, qui peut avoir un profil en V et qui peut s'étendre sous le masque 61 sur tout ou partie de la surface du motif (figure 6D). Le masque d'oxyde 61 peut ensuite être ôté, si nécessaire.

Lors de la gravure, un axe de symétrie apparaît pour au moins une partie du faisceau de motifs gravés, aux environs d'un des motifs gravés. Ce motif gravé (référencé b'sur la figure 3B) permet alors de révéler au mieux la direction cristalline à déterminer. La précision de la révélation dépend du pas du faisceau d'ouvertures.

Le motif gravé est approximativement un axe de symétrie pour tout le faisceau de motifs s'il se trouve dans la partie centrale du faisceau de motifs. Cela signifie que le faisceau d'ouvertures du masque

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possédait une ouverture centrale orientée sensiblement selon la direction cristalline à déterminer.

Dans cet exemple, il s'agit de la direction cristalline < 110 > . A cette direction correspond une graduation des moyens de repérage, c'est celle qui est alignée avec le motif gravé indiquant au mieux l'axe de symétrie. Cette graduation matérialise au mieux la direction cristalline.

On peut ensuite, si on dispose d'un repérage similaire dans une autre plaquette de silicium par exemple une plaquette massive de silicium de type P, orientée < 001 > , dont la résistivité est de 14-22 Ohm/cm, assembler les deux plaquettes en alignant en rotation les deux directions cristallines < 110 > repérées. Cet alignement peut se faire par exemple par infrarouge et l'assemblage par exemple par adhésion moléculaire.

La figure 7 illustre partiellement vue de dessus et par transmission infrarouge une structure faite de deux plaquettes empilées. On a mis en coïncidence relative des ensembles de graduations 70, 71 des deux plaquettes empilées. Les flèches qui sont se font face indiquent les directions cristallines < 110 > que l'on veut aligner et qui ont été repérées par le procédé objet de l'invention.

Avantageusement, à l'aide des séries de graduations qui jouent alors le rôle d'un vernier, il est également possible d'introduire un angle de décalage, de valeur contrôlée, entre les deux directions cristallines ainsi repérées. La précision du

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décalage peut atteindre 0, 01 avec les moyens de repérage décrits précédemment.

En outre, on peut si on le désire, avec une seule plaquette, utiliser un ensemble de graduations pour aligner ou désaligner de façon contrôlée un masque d'insolation par rapport à la direction cristalline ainsi repérée.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de repérage d'au moins une direction cristalline dans un matériau cristallin (400) comportant les étapes suivantes : - gravure anisotrope du matériau cristallin (400) à travers un masque (40) présentant au moins un faisceau (42) d'ouvertures (46) allongées convergentes conduisant à au moins un faisceau de motifs gravés,

- révélation de la direction cristalline, celle ci étant dirigée selon un motif gravé (b'), ce motif gravé (b') indiquant approximativement un axe de symétrie d'une portion au moins du faisceau (43) de motifs gravés, - matérialisation de la direction cristalline révélée par au moins une marque (81-84) de moyens de repérage (45) auxiliaires distincts du faisceau (43) de motifs gravés.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de repérage (45, 57) auxiliaires sont portés par le matériau cristallin (400) lui-même ou par une structure (50.1, 51.1, 50.2) comportant le matériau cristallin (50.2).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le motif gravé (b') révélant la direction cristalline présente, suivant au moins une direction, une vitesse de surgravure plus lente ou plus

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rapide que celle de ses plus proches voisins du faisceau.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les ouvertures (46) sont rectilignes et rayonnantes.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau (21) d'ouvertures (23) prend la forme d'un disque ou d'une couronne.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau (42) d'ouvertures (46) prend la forme d'un secteur angulaire éventuellement tronqué.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation des moyens de repérage (45) auxiliaires qui est une étape de gravure anisotrope à travers le masque (40) présentant le faisceau (42) d'ouvertures (46) conduisant au faisceau (43) de motifs gravés (47).-

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation des moyens de repérage auxiliaires (57) qui est réalisée par au moins une des techniques suivantes, gravure chimique isotrope, gravure optique, gravure ionique, gravure mécanique, marquage.

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9. procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de réalisation de moyens de repérage auxiliaires (45) qui a lieu après ou avant l'étape de révélation de la direction cristalline.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de repérage (45) auxiliaires comportent un ou plusieurs ensembles (48) de marques (81-84) en forme d'échelles graduées.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un ensemble (48) de marques prend la forme d'une portion de rapporteur.

12. Procédé selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une marque (81-85) et qu'au moins un motif gravé (47) rayonnant sont dans le prolongement radial l'un de l'autre.

13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'au moins un ensemble-de marques (48) est en secteur angulaire centré sur le centre du faisceau (43) de motifs gravés.

14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'au moins un ensemble de marques (48) est en secteur angulaire, l'angle de ce secteur angulaire étant plus important que celui du faisceau de motifs gravés.

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15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de repérage auxiliaires prennent la forme d'une ou plusieurs marques réalisées selon la direction cristalline révélée.

16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il est réalisé avant un alignement du matériau cristallin avec un autre matériau cristallin.

17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il est réalisé avant un positionnement d'un masque sur le matériau cristallin.