FR2842755A1 - Rincage au moyen d'une solution de tensioactif apres planarisation mecano-chimique d'une tranche - Google Patents
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Abstract
Procédé de planarisation mécano-chimique d'une tranche comportant en surface un matériau non-métallique contenant au moins en partie du silicium, comprenant :• une étape de polissage de la surface de la tranche mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de polissage comprenant un agent apte à attaquer chimiquement ladite surface ainsi que des particules abrasives aptes à attaquer mécaniquement cette surface,• une étape de rinçage des résidus issus de l'étape de polissage, mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de rinçage,• une étape de nettoyage.La solution de rinçage est une solution aqueuse de tensioactif.
Description
i La présente invention concerne de manière générale le polissage de
tranches de matériaux non-métalliques contenant du silicium, en particulier de
tranches de silicium.
Plus précisément, l'invention concerne un procédé de planarisation mécanochimique d'une tranche de matériau non-métallique contenant du silicium, comprenant: * une étape de polissage de la surface de la tranche mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de polissage, ladite solution de polissage comprenant un agent apte à attaquer chimiquement ladite surface ainsi que des particules abrasives aptes à attaquer mécaniquement cette surface, * une étape de rinçage des résidus issus de l'étape de polissage, mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de rinçage,
* une étape de nettoyage.
On connaît déjà des procédés du type mentionné ci-dessus.
On précise que par " planarisation mécano-chimique " on entend un polissage combinant une attaque mécanique de la surface de la tranche avec une gravure chimique de cette même surface, suivi éventuellement d'une étape de rinçage et/ou de nettoyage. Ce type de procédé est aussi connu sous la dénomination CMP (abréviation anglo-saxonne de " Chemical Mechanical
Planarisation ").
A ces fins, le polissage est effectué avec une solution contenant un agent chimique apte à attaquer chimiquement la surface de la tranche, ainsi que des particules abrasives aptes à éroder cette même surface
mécaniquement.
Dans les applications connues, la tranche de matériau à polir peut avoir
une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de microns, ou plus.
Ces tranches peuvent être constituées d'une seule couche de matériau,
ou être des structures multicouches.
Les plateaux de polissage ont généralement la forme de disques, dont la
surface porte un revêtement de composition et de texture adapté.
Et ces plateaux sont appliqués avec une pression contrôlée sur la surface de la tranche à polir et/ou à rincer, tout en étant mis en mouvement par rapport à la tranche (typiquement selon une rotation autour d'un axe
perpendiculaire à la surface de la tranche).
La dureté du plateau du polissage est en outre et en général plus
importante que celle du plateau du rinçage.
Il est également connu d'employer des plateaux distincts pour le
polissage, et pour le rinçage.
Dans le cas o les deux étapes sont réalisées avec le même plateau, les résidus issus du polissage demeurent en effet piégés entre le plateau et la surface à rincer. Ces résidus sont alors entraînés par le plateau et mélangés avec la solution de rinçage, et continuent à éroder la surface de la tranche, ce
qui n'est généralement pas souhaité.
Le rôle du rinçage est en effet précisément d'éliminer au maximum ces résidus issus du polissage, avant de procéder à un nettoyage final de la surface de la tranche: ces résidus seraient en effet susceptibles de générer ensuite des dégradations dans les circuits intégrés qui sont ou seront constitués sur la
tranche.
On précise que par " résidu de polissage " on entend à la fois les résidus solides provenant des particules abrasives utilisées pour le polissage,
et les éventuelles contaminations métalliques à la surface de la tranche.
Le rinçage de tranche polie qui est intercalé entre le polissage et le nettoyage est, dans des techniques connues, réalisé avec des solutions
comprenant en général de l'eau dé-ionisée (EDI selon l'acronyme répandu).
Une limitation de ces rinçages à l'EDI est qu'ils doivent être prolongés suffisamment pour permettre une bonne élimination des résidus de polissage: les délais associés ralentissent la production de tranches polies, ce qui est
pénalisant dans un contexte industriel.
Il est également connu de mélanger l'EDI de rinçage avec un additif de type NH40H/H202 (SCl) ou HCI/H202 (SC2) qui permet d'accélérer
l'élimination des résidus de polissage.
Mais ces additifs ont également tendance à attaquer pour cela la-surface de la tranche sur une épaisseur de l'ordre de quelques nanomètres, par gravure chimique. Et si une telle gravure additionnelle est compatible avec les tolérances associées aux spécifications d'état de surface pour des couches minces de
quelques microns, elle devient problématique pour des couches plus minces.
En particulier, pour la planarisation mécano-chimique de tranches de matériau non-métallique contenant du silicium et comprenant une couche mince active d'une structure de type SOI (acronyme anglo-saxon de " Silicon On Insulator "), les techniques connues du type mentionné cidessus peuvent se
révéler inadaptées.
L'épaisseur de ces couches actives tendant à diminuer, il serait en effet souhaitable de contrôler l'épaisseur de la tranche après polissage avec une précision de l'ordre de plus ou moins 5 nanomètres, ce qui n'est pas
envisageable dans le cas d'un rinçage avec des additifs du type SC1 ou SC2.
On connaît par ailleurs un procédé de planarisation mécano-chimique d'une surface de tranche en tungstène comprenant une étape de polissage de la surface au moyen notamment d'une solution de polissage contenant des tensioactifs. Ce procédé est décrit par Free M.L., dans micromagazine, May 1998 (" Using surfactants in iron-based CMP slurries to minimize residual
particles ").
Par " tensioactifs ", nous entendons agents en solution, tels que par exemple des détergents ou des savons, aptes à diminuer la tension d'interface entre la solution et la tranche, et à augmenter la mouillabilité de la solution sur la surface de la tranche. Ils peuvent ainsi aider à l'évacuation des résidus
présents en surface de la tranche.
On précise que lors d'une étape de polissage d'un procédé CMP, le polissage est réalisé par deux actions principales: * une action mécanique menée par les particules abrasives sur la tranche;
* une action chimique menée par l'agent d'attaque sur la tranche.
Dans le cas d'un polissage d'une surface métallique tel que celui décrit
par Free, ces deux actions ont des importances sensiblement comparables.
En effet, les particules abrasives d'alumine ayant des tailles assez importantes (autour de 1 micron), leur action ne peut être sous-évaluée vis à vis
de celle des agents d'attaque chimique.
Ces particules abrasives, du fait de leurs tailles conséquentes, peuvent cependant provoquer des dommages sur la surface à polir (tels que des
rayures ou des trous).
Et l'apport de tensioactifs dans la solution de polissage permet d'éviter
ces détériorations, adoucissant ainsi l'action abrasive mécanique du polissage.
Pour des polissages de surfaces d'autres types de matériau tels que des matériaux non-métalliques comprenant du silicium, o l'agent d'attaque chimique est typiquement basique, l'enseignement du procédé décrit par Free n'est cependant pas transposable car l'ajout de tensioactifs pendant le
polissage augmenterait grandement le temps de polissage.
En effet, pour ces types de matériaux, les particules abrasives utilisées étant de plus petites tailles, l'action chimique est dominante vis à vis de l'action mécanique, contrairement aux particules abrasives d'alumine utilisées sur une
surface métallique par Free.
Et l'apport pendant le polissage de tensioactifs - généralement acides entraînerait un ralentissement voire une neutralisation de l'action chimique
associée à la basicité de la solution de polissage.
Le temps de polissage des tranches s'allongerait donc sensiblement ce qui provoquerait une diminution de la productivité d'une chaîne de fabrication
de tranches qui inclurait une telle étape de polissage.
Le silicium peut ainsi voir son temps de polissage être multiplié typiquement par dix selon qu'on utilise ou non un tensioactif dans la solution de polissage. D'autre part, le risque de détériorations que les petites particules abrasives peuvent créer sur la surface de la tranche est réduit par rapport à des particules abrasives plus importantes, et l'intérêt d'un apport de tensioactif pendant le polissage pour réduire leur agressivité, tel que proposé par Free,
devient alors moins évidente.
Le procédé consistant en un apport de tensioactifs pendant le polissage ne semble donc pas adaptable à une planarisation mécano-chimique efficace
de surfaces comprenant de tels matériaux.
Un but de l'invention est d'améliorer l'efficacité de CMP de tels matériaux. Afin d'atteindre ce but, l'invention propose selon un premier aspect un procédé de planarisation mécano-chimique d'une tranche comportant en surface un matériau non-métallique contenant au moins en partie du silicium, comprenant: ò une étape de polissage de la surface de la tranche mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de polissage, ladite solution de polissage comprenant un agent apte à attaquer chimiquement ladite surface ainsi que des particules abrasives aptes à attaquer mécaniquement cette surface, * une étape de rinçage des résidus issus de l'étape de polissage, mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de rinçage, * une étape de nettoyage, caractérisé en ce que la solution de rinçage est une solution aqueuse de tensioactif. Des aspects préférés, mais non limitatifs, du procédé selon l'invention sont les suivants: - La solution de polissage a un pH basique et la solution de rinçage a un pH acide, de manière à faire cesser physiquement l'action chimique de
polissage par un rinçage.
- La vitesse d'injection des solutions de rinçage et de nettoyage en surface de la tranche est telle que le pH de la solution présente sur la surface de la tranche évolue progressivement d'un pH basique vers un pH acide puis un pH neutre, l'étape de nettoyage rendant à la surface de la tranche un pH neutre. - Le matériau non-métallique contenant du silicium de surface de la tranche est compris dans la liste suivante: silicium cristallin, silice, verre, quartz. - L'agent chimique a un pH compris entre 7 et dix, et plus
particulièrement entre huit et dix.
- Dans ce cas, l'agent chimique est une base azotée, telle que
l'ammoniaque.
- Le tensioactif a un pH entre trois et cinq, et plus particulièrement égal
ou avoisinant quatre.
- Dans ce cas, la solution de tensioactif est une solution aqueuse
contenant de l'éther d'alkyl de polyoxyalkylène.
- Le rinçage débute après l'arrêt de l'injection sur la surface de la tranche de la solution de polissage et avant un séchage de la solution
comprenant les résidus particulaires.
- La solution de rinçage avant addition de tensioactif, et la solution de
nettoyage sont de l'eau dé-ionisée.
- La concentration micellaire critique du tensioactif avoisine 0,1 % ou en
est inférieure.
- Le plateau du rinçage est un plateau distinct du plateau du polissage.
- Le plateau du polissage et le plateau du rinçage sont respectivement recouverts d'un matériau texturé, le matériau texturé du plateau du polissage
étant sensiblement identique au matériau texturé du plateau du rinçage.
- L'étape de nettoyage met en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de nettoyage. - Le plateau du nettoyage est un plateau distinct du plateau du
polissage et du plateau du rinçage.
- Le plateau du nettoyage est recouvert d'un matériau texturé sensiblement identique à celui du matériau texturé recouvrant le plateau du
rinçage dans le cas o ce dernier est en effet recouvert d'un tel matériau.
L'invention propose également selon un deuxième aspect l'application d'un procédé tel que mentionné ci-dessus à une planarisation mécano-chimique d'une surface d'une structure semiconducteur sur isolant, le semiconducteur contenant du silicium, l'isolant étant avantageusement de la silice, du verre ou
du quartz.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront
mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation
préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente dans une vue en perspective un dispositif de CMP
utilisé dans un procédé conforme à l'invention.
La figure 2 représente en vue de dessus un dispositif de CMP utilisé
dans un procédé conforme à l'invention.
Les tranches que l'on planarise selon l'invention ont une épaisseur
pouvant aller de quelques micromètres à quelques millimètres.
Une tranche comprend en général une couche superficielle pouvant aller de quelques nanomètres à quelques micromètres, plus précisément entre un et quelques dizaines de nanomètres, représentant la couche active de la tranche
comportant ou destinée à recevoir des composants électroniques.
Cette couche est en matériau non-métallique comprenant du silicium.
Le matériau non-métallique comprenant du silicium de cette couche peut être par exemple uniquement du silicium cristallin, de la silice, du verre, du
quartz ou un autre composé.
Elle est, dans un cas de figure préféré, en silicium, faisant partie par exemple de la couche supérieure d'une structure SOI (acronyme anglo-saxon de " Silicon On Insulator ") comprise elle-même dans la partie supérieure de la tranche. Le procédé conforme à l'invention comprend une première étape de polissage ayant pour but de planéifier de façon optimale au moins une face de la tranche à polir, et qui met en oeuvre les trois actions combinées suivantes: * une attaque mécanique macroscopique de la tranche grâce à des forces de frottement d'au moins un plateau de polissage sur au moins une face de la tranche; e une attaque mécanique microscopique de la tranche effectuée par des particules abrasives contenues dans une solution de polissage; * une attaque chimique de la tranche effectuée par un agent chimique
contenu dans la solution de polissage.
La combinaison de ces trois actions s'effectue de manière générale simultanément avec un apport d'une solution de polissage contenant les particules abrasives et l'agent chimique pendant que le ou les plateau(x) de
polissage frotte(nt) sur la tranche.
La surface du plateau est de façon préférentielle plane et parallèle à la tranche avec un mouvement de rotation par rapport à elle autour d'un axe, et de manière avantageuse, tous ces paramètres sont particulièrement calibrés afin que le plateau exerce sur la tranche des intensités de forces de frottement les
plus constantes possibles sur toute la surface de la tranche.
Il est avantageusement recouvert d'un tissu.
Nous verrons plus loin des exemples de dispositif de polissage
mécanique pouvant être mis en oeuvre par la présente invention.
Les particules abrasives ont, quant à elles, des tailles particulièrement calibrées pour être d'une part suffisamment importantes pour que les particules abrasent convenablement la surface de la tranche et d'autre part pour qu'elles n'abrasent pas trop la surface, pouvant ainsi créer des dommages superficiels
importants, tels que des rayures ou des " trous d'épingle ".
Les particules utilisées pour l'abrasion de surfaces en silicium ont des tailles de l'ordre de 0.1 micron, ce qui est bien inférieur aux molécules abrasives que Free décrit dans son document comme ayant un diamètre
typique de 1 micron.
La concentration de ces particules abrasives mises en oeuvre par le polissage du silicium est en outre sensiblement inférieure aux concentrations
habituellement utilisées pour polir des matériaux tels que le tungstène.
La nature des particules abrasives est choisie pour leur dureté par rapport à une surface contenant au moins en partie du silicium qui est attaquée chimiquement, pour leur résistance à l'agent chimique de la solution de
polissage et pour leur faculté de ne pas trop agglomérer entre elles.
Alors que la concentration des particules abrasives de matériaux métalliques est typiquement comprise entre 5% et 25%, elle est typiquement
comprise, dans le cas de l'abrasion du silicium, entre 0,01% et 1%.
La concentration des particules abrasives de silicium est en général plus spécifiquement comprise entre 0,2% et 0,7%, et préférentiellement comprise
entre 0,3% et 0,4%.
Les particules abrasives utilisées ici sont avantageusement des
particules de silice.
Le rôle de ces particules abrasives injectées est ainsi de frotter sur la surface de la tranche en y arrachant de fines pellicules de matières semiconductrices. L'abrasion est facilitée par l'action du plateau de polissage qui plaque non seulement sa surface mais aussi les particules abrasives contre la tranche,
les entraînant ainsi tout au long de la surface de la tranche.
L'abrasion peut aussi être aidée par le flux liquide de l'injection de la solution sur la surface de la tranche qui y déplace ainsi les particules abrasives. L'agent chimique ajouté dans la solution de polissage est en général choisi pour créer des réactions chimiques en surface de la tranche permettant de fragiliser voire détacher des particules en surface de la tranche; il peut ainsi
jouer un rôle d'aide supplémentaire à l'action abrasive.
L'agent chimique a un pH basique, de manière à favoriser l'attaque chimique de matériaux tels que le silicium cristallin, la silice (encore notée ici
SiO2), le verre, le quartz.
La base de la solution de polissage contenant les particules abrasives et l'agent chimique est avantageusement de l'eau présentant un pH
particulièrement neutre et de préférence dé-ionisée.
Dans un mode particulier de réalisation de la solution de polissage, un agent de surface, apte à augmenter la mouillabilité de la solution de polissage sur la surface de la tranche, est ajouté en solution permettant ainsi de répartir les particules abrasives et l'agent chimique en solution, afin d'obtenir une
abrasion et une attaque chimique particulièrement homogènes.
La combinaison desdites trois actions simultanées de frottement, d'abrasion et d'attaque chimique donne assez rapidement un très bon état de
surface de la tranche.
Le contrôle de l'épaisseur à polir est réalisé par deux voies: * premièrement par les paramètres dosant l'action de ce polissage (vitesse de rotation du plateau, pression exercée normalement au plateau, concentration des particules abrasives, de l'agent chimique, etc...) * et deuxièmement par les moyens mis en oeuvre pour arrêter les trois
actions combinées.
La première voie de contrôle d'épaisseur à polir est directe: les paramètres tels que les dosages de composants et la vitesse de rotation du plateau sont facilement ajustables, et leurs effets sur le polissage, du fait des nombreuses expérimentations passées, sont prévisibles et reproductibles à des tolérances satisfaisantes, pouvant atteindre le nanomètre. La deuxième voie de contrôle d'épaisseur à polir est plus indirecte: si l'arrêt de la rotation du ou des plateau(x) de polissage termine l'action de frottement de celui ou ceux-ci sur la tranche, en revanche les actions abrasive et chimique continuent tant que les agents et particules qui les mettent en
oeuvre demeurent sur la surface de la tranche.
Outre le contrôle de l'arrêt de ces attaques microscopiques, et donc de leur temps d'action, l'évacuation de toutes les autres particules résiduelles issues de l'étape de polissage (particules arrachées de la surface de la tranche, particules issues d'une certaine usure de tissus recouvrant potentiellement le(s)
plateau(x) de polissage, etc) doit être menée de manière efficace.
Des étapes de rinçage et de nettoyage efficaces de la tranche sont donc
nécessaires à ces fins.
L'étape de rinçage de la tranche doit ainsi permettre d'évacuer ces particules et de mettre un terme de façon contrôlable à ces actions " latentes "
d'attaque de surface.
L'emploi selon l'invention d'un agent tensioactif dans la solution aqueuse de rinçage est un moyen efficace pour obtenir une bonne évacuation des particules indésirables de la surface de la tranche, en agissant à la fois de
manière physico-chimique et chimique.
Premièrement, l'action physico-chimique d'une particule tensioactive est liée étroitement au fait qu'elle possède habituellement une partie hydrophile et
une partie hydrophobe.
La partie hydrophobe, formée la plupart du temps d'une longue chaîne carbonée de type alkyl, a tendance à vouloir fuir l'eau et donc à se fixer sur les parties solides que sont la surface de la tranche et les particules résiduelles en
surface et en suspension.
La partie hydrophile ayant quant à elle tendance à rechercher le contact avec l'eau, les molécules tensioactives se repoussent mutuellement, exerçant une pression latérale qui diminue la tension interfaciale solution - surface de la tranche et favorise ainsi l'étalement de la solution de rinçage sur la surface de
la tranche, et permet donc une bonne mouillabilité de la solution sur la surface.
Les particules tensioactives qui sont adsorbées à la surface de la tranche réduisent les forces attractives de type Van der Waals qui s'exercent entre les
résidus et la surface.
Les particules tensioactives qui sont liées aux résidus sont suffisamment nombreuses en solution, à partir d'une certaine concentration dite concentration micellaire critique (ou CMC), pour créer des micelles en suspension, c'est à dire des agrégats de particules résiduelles sur lesquelles sont accrochées les molécules tensioactives par leurs parties hydrophobes et mis en suspension
par les parties hydrophiles recherchant le contact de l'eau.
Les tensioactifs permettent donc de disperser les particules résiduelles dans la solution de rinçage et de diminuer ainsi leur déposition sur la surface, et
permettre leur évacuation.
La CMC est d'autre part et notamment fonction de la taille des particules résiduelles à évacuer. Or, les particules résiduelles habituellement trouvées en solution après polissage de telles surfaces semiconductrices étant généralement plus petites que celles trouvées dans des solutions après polissage de surfaces métalliques (décrit plus haut), la CMC en est d'autant
plus réduite.
Deuxièmement, l'action chimique d'une solution tensioactive est liée à la
valeur de son pH.
Pour des matériaux de surface tels le silicium, le quartz, le verre ou la silice, l'attaque chimique de la surface par la solution de polissage se fait sous un pH basique qui fragilise les liaisons des particules de la surface de la tranche. En ajoutant à la solution de polissage un agent tensioactif acide, on
favorise donc l'arrêt rapide de l'action chimique de la solution de polissage.
Pour une surface contenant du silicium, l'action chimique est en général prépondérante sur l'action mécanique car les tailles des particules abrasives
issues du polissage de la surface en silicium sont petites.
Un tel rinçage avec tensioactif acide permet donc d'arrêter
significativement l'action du polissage, et de contrôler son effet sur la tranche.
De la sorte, l'épaisseur post-polissage est ainsi garantie et reproductible.
On obtient ainsi un contrôle de l'arrêt du polissage.
On notera que les tailles des particules abrasives contenues dans une solution de polissage sans tensioactifs conforme à l'invention étant suffisamment réduites pour ne pas créer, en l'absence de tensioactifs au stade du polissage, de dommages superficiels manifestes, comme ceux engendrés par les particules abrasives contenues, par exemple, dans des solutions de
polissage sans tensioactifs de surfaces en tungstène.
Il est recommandé d'injecter la solution de rinçage avant le séchage de la solution de polissage à la surface de la tranche, car les résidus particulaires
ainsi séchés seraient alors difficiles à retirer.
Les tensioactifs peuvent également jouer un rôle électrostatique, en amenant, par leur action chimique, les particules résiduelles et la surface de la
tranche à perturber leurs liaisons électriques.
Ceci est le cas en particulier pour des surfaces de silicium abrasées par des molécules de silice, avec une solution de polissage basique. La basicité de la solution de polissage utilisée provoque alors l'attraction électrique des particules par la surface de la tranche. L'acidité apportée par le tensioactif (acide) injecté lors du rinçage provoquera en effet au contraire une diminution de l'attraction, voire une répulsion des particules abrasives et de la surface de
la tranche.
La neutralité électrique d'un tensioactif évite une influence néfaste de celui-ci sur les propriétés électriques de la surface semiconductrice, avec un
risque additionnel d'intrusion de contaminants dans le matériau de surface.
Mais on peut toutefois et aussi agir plus fortement au niveau électrique en choisissant des tensioactifs ioniques ayant une polarité opposée à celle du matériau présent en surface de la tranche: ainsi, les molécules ionisées s'intègrent à la surface de la tranche et permettent d'inverser la polarité du potentiel électrique de cette surface afin de repousser les particules résiduelles
de même charge, et qui auraient eu tendance à se lier à la surface.
La solution aqueuse utilisée contenant le ou les agent(s) tensioactif(s) est
préférentiellement de l'eau dé-ionisée.
Ce rinçage est avantageusement accompagné de l'action d'un ou de plusieurs plateau(x) de rinçage sur la tranche, identique(s) au plateau de polissage, avantageusement recouvert(s) de tissu souple et en contact avec la
tranche à rincer.
Les plateaux de rinçage sont mis en mouvement par rapport à la tranche, préférentiellement en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la tranche. Le contact plateau - tranche combiné au mouvement du plateau contribue à déplacer le liquide présent en surface de tranche et à l'évacuer plus rapidement. Enfin une étape de nettoyage à l'eau de la surface de la tranche permet de lui rendre un pH neutre et d'évacuer les derniers résidus et produits chimiques.
L'eau de nettoyage est avantageusement dé-ionisée.
L'action de nettoyage s'accompagne avantageusement de l'action d'un
plateau de nettoyage identique au plateau de rinçage.
En référence à la figure 1, est représenté un dispositif mettant en oeuvre une planarisation mécano-chimique et permettant ainsi de corriger la rugosité
d'une ou des deux faces d'une tranche.
Une tête de polissage 200 pouvant tourner autour d'un arbre
d'entraînement 600 comporte une cavité interne apte à recevoir une tranche.
On précise que la tranche n'apparaît pas sur les figures, car elle est destinée à être enfermée dans la cavité interne de la tête de polissage. A cet effet, la forme et les dimensions de la cavité interne de la tête de polissage
correspondent sensiblement à la forme et aux dimensions de la tranche à polir.
Un plateau de polissage 100, également apte à être mis en rotation, referme la cavité de la tête de polissage 200 qui est plaquée contre la surface du plateau, en enfermant ainsi la tranche entre le fond de la cavité de la tête de
polissage 200 et la surface du plateau. On précise que l'axe 1000 autour duquel le plateau 100 est mis en
rotation est fixe.
L'axe 600 autour duquel la tête de polissage 200 est quant à elle mise en rotation est parallèle à l'axe 1000 de rotation du plateau, mais peut être déplacé dans le plan perpendiculaire à ces deux axes de rotation (qui est également le
plan dans lequel s'étendent le plateau de polissage 100 et la tranche à polir).
Une force 1 appliquée le long de l'arbre 600 sur la tête de polissage met en contact la tranche avec la paroi transversale de la cavité de la tête 200 et
avec la face supérieure du plateau 100.
Cette force 1 est typiquement égale à 0,14 kg / cm2 (2 psi).
Les mouvements de rotation respectifs 2 et 4 de la tête 200 et du plateau par rapport à la tranche provoquent des frottements sur au moins une face
de celle-ci, et provoquent ainsi un polissage de cette ou ces face(s).
Les vitesses de rotation associées aux mouvements 2 et 4 sont
typiquement compris entre 30 tours/mn et 60 tours/mn.
Dans un mode préférentiel, la tête de polissage 200, accompagnée de la tranche, se déplace sur la surface supérieure du plateau de polissage 100 selon un parcours déterminé afin d'homogénéiser au mieux le polissage. Ce
mouvement peut être par exemple un mouvement de translation 3 en va-et30 vient le long d'un axe déterminé ou un mouvement hélicodal.
Le plateau de polissage est avantageusement revêtu d'un matériau
texturé ou tissu.
Les solutions de polissage, de rinçage et/ou de nettoyage sont avantageusement injectées à travers le plateau 100, humidifiant le tissu qui répartit ainsi au mieux la solution sur toute la surface de la tranche. Dans un premier mode de réalisation des plateaux, lesdites fonctions de plateaux de polissage, de rinçage et de nettoyage ne sont remplies que par un
seul plateau.
Mais pour améliorer la productivité de l'ensemble du procédé, on préférera des dispositifs à plusieurs plateaux: Dans un deuxième mode de réalisation des plateaux, la fonction de polissage est remplie par un plateau de polissage et les fonctions de rinçage et de nettoyage sont remplies par un seul plateau dit de rinçage/nettoyage. Ce mode de réalisation qui découple le polissage du rinçage/nettoyage améliore la qualité du rinçage en utilisant pour le rinçage un plateau " vierge " de tous
résidus particulaires pouvant rester accrochés à un plateau.
Dans un troisième mode de réalisation des plateaux, le plateau de polissage, le plateau de rinçage et le plateau de nettoyage sont des plateaux distincts. Ce mode de réalisation découple, par rapport au deuxième mode de réalisation, le rinçage du nettoyage et améliore ainsi la propreté finale de la surface de la tranche en utilisant pour le nettoyage un plateau vierge de tous
résidus particulaires pouvant rester accrochés à un plateau de rinçage.
En référence à la figure 2, un dispositif de CMP conforme à ce troisième
mode de réalisation est représenté.
Ce dispositif peut mettre en oeuvre un procédé CMP conforme à l'invention avec une correction de rugosités de surface d'une tranche, suivi d'un rinçage et d'un nettoyage. Il comporte un plateau de polissage 100a, un plateau de rinçage 100b, un plateau de nettoyage 100c et trois injecteurs de solutions
300a, 300b, 300c associés respectivement à ces trois plateaux.
Trois têtes de polissage 200a, 200b, 200c, solidaires entre elles, sont éloignées d'une égale distance d'un arbre de rotation 700, et sont mobiles par
rapport à lui, selon le principe du carrousel.
Les plateaux 100a, 100b, 100c sont préférentiellement et respectivement en contact avec trois dispositifs de brossage 400a, 400b, 400c, afin de pouvoir
retirer régulièrement des plateaux des résidus superficiels.
Dans un mode d'utilisation de ce dispositif, le plateau 100a et la tête a s'occupent à mettre en oeuvre un polissage de façon identique à celui exposé dans la figure 1. En addition à ce polissage mécanique, une solution de polissage apportée par l'injecteur 100a met en oeuvre une gravure chimique au moyen d'agent d'attaque et une gravure mécanique au moyen de particules abrasives. Puis la tête de polissage 100a amène la tranche au niveau du second plateau 100b, et enfin au niveau du troisième plateau de polissage 100c, grâce à un mouvement de rotation de la tête 100a autour de l'arbre 700, afin de mettre en oeuvre des procédés respectifs de rinçage et de nettoyage de surface de la tranche, à l'aide de solutions respectives de rinçage et nettoyage injectées
par les injecteurs 300b et 300c.
Des procédés similaires de polissage mécanique ou de CMP peuvent être mis en oeuvre pour effectuer la correction de rugosité des faces de la tranche. Un exemple d'application de mise en oeuvre d'un procédé conforme à
l'invention est la planarisation de structures de silicium sur isolant (ou SOI).
La surface de la tranche étant en silicium, la solution de polissage adaptée est une solution basique ayant un pH compris entre 7 et 10, et de
préférence entre 8 et 10.
L'agent chimique est préférentiellement une base azotée telle que l'ammoniaque. Les particules abrasives sont préférentiellement des molécules de silice,
avec des tailles de l'ordre du dixième de micron.
Le tensioactif utilisé a un pH préférentiellement entre trois et cinq, voire
autour de quatre avec une CMC avoisinant 0,1 % ou moins.
Un exemple de tensioactif agissant conformément au procédé selon l'invention est le NCW-1001 de la société Wako Chemical GmbH, terisioactif non ionique de composition d'éther d'alkyl de polyoxyalkylène, ayant un pH
sensiblement égal à 3,7 et une CMC autour de 0,01 % à température ambiante.
En ce qui concerne le rinçage d'une surface de silicium précédemment polie, il est préféré une injection progressive de la solution de rinçage: une injection trop rapide entraînerait une diminution trop rapide de la valeur du pH de la solution présente en surface de la tranche et aurait pour conséquence d'augmenter la taille des particules de silice par agglomération et donc de s'exposer à des dommages d'abrasion causés par ces agglomérats de
particules plus volumineux.
Pour cela, le temps de l'étape de rinçage est de l'ordre de 50 % du temps
de polissage.
Il est également préféré le dispositif de polissage représenté figure 2 qui permet, grâce aux trois plateaux successifs et à la gestion des vitesses d'injection des solutions de rinçage et de nettoyage, d'aider à une évolution progressive du pH basique (polissage) vers un pH neutre puis vers un pH acide
(rinçage) et enfin vers un pH neutre (nettoyage).
Claims (18)
1. Procédé de planarisation mécano-chimique d'une tranche comportant en surface un matériau non-métallique contenant au moins en partie du silicium, comprenant: * une étape de polissage de la surface de la tranche mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de polissage, ladite solution de polissage comprenant un agent apte à attaquer chimiquement ladite surface ainsi que des particules abrasives aptes à attaquer mécaniquement cette surface, e une étape de rinçage des résidus issus de l'étape de polissage, mettant en oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de rinçage, * une étape de nettoyage, caractérisé en ce que la solution de rinçage est une solution aqueuse de tensioactif.
2. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution de polissage a un pH basique et la solution de rinçage a un pH acide, de sorte que l'apport de la solution de
rinçage favorise l'arrêt de l'action chimique du polissage.
3. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la vitesse d'injection des solutions de rinçage et de nettoyage en surface de la tranche est telle que le pH de la solution présente sur la surface de la tranche évolue progressivement d'un pH basique vers un pH acide puis un pH neutre, l'étape de nettoyage rendant à la surface
de la tranche un pH neutre.
4. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des deux
revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau nonmétallique
contenant du silicium de surface de la tranche est compris dans la liste suivante: silicium cristallin, silice, verre, quartz.
5. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agent chimique a un pH
compris entre sept et dix, et plus particulièrement entre huit et dix.
6. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'agent chimique est une base azotée, telle
que l'ammoniaque.
7. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des trois
revendications précédentes, caractérisé en ce que le tensioactif a un pH entre
trois et cinq, et plus particulièrement égal ou avoisinant quatre.
8. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la solution de tensioactif est une solution
aqueuse contenant de l'éther d'alkyl de polyoxyalkylène.
9. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le rinçage débute après
l'arrêt de l'injection sur la surface de la tranche de la solution de polissage et
avant un séchage de la solution comprenant les résidus particulaires.
10. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution de rinçage avant
addition de tensioactif, et la solution de nettoyage sont de l'eau déionisée.
11. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration micellaire
critique du tensioactif avoisine 0,1 % ou en est inférieure.
12. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau du rinçage est un
plateau distinct du plateau du polissage.
13. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le plateau du polissage et le plateau du rinçage sont respectivement recouverts d'un matériau texturé, le matériau texturé du plateau du polissage étant sensiblement identique au matériau
texturé du plateau du rinçage.
14. Procédé de planarisation mécano-chimique selon l'une des deux
revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de nettoyage met en
oeuvre un plateau de polissage associé à une solution de nettoyage.
15. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le plateau du nettoyage est un plateau
distinct du plateau du polissage et du plateau du rinçage.
16. Procédé de planarisation mécano-chimique selon la revendication précédente et la revendication 13, caractérisé en ce que le plateau du nettoyage est recouvert d'un matériau texturé sensiblement identique à celui du
matériau texturé recouvrant le plateau du rinçage.
17. Application d'un procédé selon l'une des revendications précédentes
à une planarisation mécano-chimique d'une surface d'une structure semiconducteur sur isolant, le semiconducteur étant un matériau contenant au
moins en partie du silicium.
18. Application de planarisation mécano-chimique selon la revendication
précédente pour laquelle l'isolant est de la silice, du verre ou du quartz.
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