FR2975825A1 - Procede d'obtention d'une couche d'un materiau d'epaisseur controlee, en particulier une couche d'un resonateur acoustique ou optique - Google Patents

Abstract

Procédé d'obtention d'une couche d'un matériau (CM) d'épaisseur contrôlée (e0) sur un support (P), comprenant : - une formation sur ledit support (P) d'une couche initiale dudit matériau (CM), - une formation sur la couche initiale (CM) d'une couche de résine photosensible progressive (RES), - une insolation de zones de la résine (Z1-Z5), avec des doses d'insolation propres à chaque zone, - une révélation de la résine insolée, - une gravure de la couche de résine insolée (RES) et de la couche initiale (CM), chaque dose d'insolation dans une zone (Z1-Z5) étant déterminée en fonction de la sélectivité de la gravure, de l'épaisseur de la couche initiale et de l'épaisseur désirée (e0) de la couche de matériau dans ladite zone (Z1-Z5).

Description

B10-4709FR 1 Procédé d'obtention d'une couche d'un matériau d'épaisseur contrôlée, en particulier une couche d'un résonateur acoustique ou optique L'invention concerne l'obtention d'une couche d'épaisseur contrôlée sur un support, notamment sur une plaque utilisée en microélectronique lors de la réalisation de résonateurs acoustiques ou optiques.

Les résonateurs acoustiques, ou résonateurs à ondes de volume (« Film Bulk Acoustic Resonator : FBAR » en langue anglaise), comprennent généralement une couche d'un matériau piézoélectrique disposée entre une électrode inférieure et une électrode supérieure. L'épaisseur de cette couche piézoélectrique détermine la fréquence de résonance du résonateur. On pourra se référer au document « Influence of electrode configurations on the quality factor and piezoelectric coupling constant of solidly mounted bulk acoustic wave resonators - Lee, Yoon and Lee, Journal of applied physics volume 92, Number 7 » qui décrit l'influence de l'épaisseur de la couche résonnante piézoélectrique et de l'épaisseur des électrodes sur la fréquence de résonance d'un résonateur acoustique FBAR. D'autres dispositifs résonateurs, par exemple optiques, utilisent l'épaisseur d'une couche d'un matériau par exemple diélectrique pour former des filtres optiques. Ces filtres sont disposés au dessus de dispositifs imageurs tels que des photodiodes à avalanche (« Single Photon Avalanche Diode » en langue anglaise), et comprennent généralement une couche diélectrique disposée entre deux électrodes métalliques.

L'épaisseur de cette couche diélectrique détermine la fréquence de résonance du résonateur. Ainsi, l'épaisseur de la couche permet de déterminer la longueur d'onde des photons qui peuvent atteindre le dispositif imageur sous-jacent.

Les résonateurs optiques et acoustiques sont généralement réalisés au sein de plaques, ou « wafer » en langue anglaise, utilisées en microélectronique. Ces plaques ont de manière classique un diamètre pouvant être par exemple de 200 ou 300 millimètres.

Les dépôts successifs sur ces plaques, nécessaires à la réalisation des résonateurs, ont pour inconvénient de ne pas être homogènes en terme d'épaisseur. Ainsi, de manière classique, un dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (« Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » : PECVD) va former une épaisseur de matériau déposée plus épaisse, ou au contraire moins épaisse, sur la périphérie d'une plaque qu'en son centre, selon les conditions du dépôt. Cette irrégularité peut réduire ou augmenter la fréquence de résonance des résonateurs optiques ou acoustiques de manière imprévue. I1 est donc nécessaire de corriger les irrégularités d'épaisseur des matériaux déposés. On pourra notamment se référer à la demande de brevet américaine US2004/0001913 qui décrit un procédé d'homogénéisation de l'épaisseur d'une couche d'un résonateur acoustique « FBAR ». Ce procédé propose notamment d'utiliser un volet obturateur pour contrôler la quantité de matériau déposé. I1 a également été proposé de graver localement les matériaux déposés de manière à corriger ces irrégularités, au moyen de techniques couramment désignées sous le vocable anglo-saxon de « trimming ». Par exemple, un faisceau d'ions peut être dirigé sur les parties les plus épaisses d'un matériau déposé, de manière à graver le matériau, selon un procédé bien connu de l'homme du métier sous le nom d'ablation ionique ou sous le vocable anglo-saxon de « ion beam sputtering ». On pourra se référer au document « Materials processing by gas cluster ion beams - Yamada et al., Materials Science and Engineering, R34 (2001) 231-295 » qui décrit l'utilisation d'un faisceau d'ions pour traiter la surface d'un matériau. Les ions du faisceau bombardent la surface de manière à arracher des parties de matériau lors de la formation de cratères. Les outils d'ablation ionique sont généralement des outils spécifiques et peu utilisés lors de la fabrication de dispositifs intégrés, et leur utilisation peut induire une augmentation des coûts de fabrication. L'utilisation de faisceaux d'ions a également pour inconvénient d'endommager la surface du matériau à graver, et des problèmes de recouvrements peuvent apparaître lors du balayage de la surface par le faisceau. En outre, lors du balayage de la surface par le faisceau, les plaques sont généralement disposées sur un support mobile dont la position peut présenter une incertitude. Selon un mode de mise en oeuvre, il est proposé de simplifier le contrôle de l'épaisseur d'une couche d'un matériau déposé sur un support, notamment pour former un résonateur optique ou acoustique. Selon un aspect, il est proposé un procédé d'obtention d'une couche d'un matériau d'épaisseur contrôlée sur un support, comprenant : -une formation sur ledit support d'une couche initiale dudit matériau, - une formation sur la couche initiale d'une couche de résine photosensible progressive, - une insolation de zones de la résine, avec des doses d'insolation propres à chaque zone, - une révélation de la résine insolée, - une gravure de la couche de résine insolée et de la couche initiale, chaque dose d'insolation dans une zone étant déterminée en fonction de la sélectivité de la gravure, de l'épaisseur de la couche initiale et de l'épaisseur désirée de la couche de matériau dans ladite zone. Après révélation, les résines photosensibles non progressives ont généralement une épaisseur inchangée après avoir reçu une dose d'insolation inférieure à un seuil, et une épaisseur nulle après avoir reçu une dose d'insolation dépassant ce seuil. Les résines photosensibles progressives diffèrent de ces résines en ce que l'épaisseur de ces résines après la révélation est une fonction sensiblement linéaire de la dose d'insolation reçue. Ainsi, une dose d'insolation intermédiaire, de l'ordre du seuil pour une résine photosensible non progressive, laissera une épaisseur de résine après révélation intermédiaire. La gravure de la résine insolée peut être une gravure de sélectivité quelconque. Cela étant pour des raisons de simplicité de mise en oeuvre, on choisira avantageusement une gravure non sélective, c'est-à-dire présentant une sélectivité égale à 1 ou approximativement égale à 1. En effet, une telle gravure peut par exemple graver à la même vélocité la résine et le matériau sous-jacent, ce qui évite de tenir compte des vitesses différentes de gravure pour notamment la détermination des doses d'insolation. Le calcul de l'épaisseur de résine à graver et celui de la dose d'insolation est ainsi facilité. L'homme du métier saura ajuster les doses d'insolation en fonction de la sélectivité de la gravure et des matériaux à graver. Les résines progressives ou bien adaptées à un usage en mode progressif sont bien connues de l'homme du métier. On peut notamment utiliser la résine vendue sous la dénomination SPR955 par la société Dow Chemical pour une gravure d'une couche sous-jacente de nitrure d'aluminium (A1N), avec une gravure non sélective de type RIE dans un réacteur de gravure. Les zones du support correspondent avantageusement aux champs d'un appareil à insolation de résine, par exemple des champs d'un « stepper », selon une dénomination anglaise bien connue de l'homme du métier. En outre, ces zones peuvent contenir plusieurs circuits intégrés découpés lors d'étapes ultérieures. L'utilisation d'un « stepper » permet d'insoler des zones généralement rectangulaires, et ce sans problème de recouvrement.

L'homogénéisation de l'épaisseur dudit matériau n'utilise pas de faisceau d'ions pour graver la couche dudit matériau, mais une gravure globale du matériau au sein du support, à travers une résine dont l'épaisseur varie en fonction de l'épaisseur de la couche de matériau sous-jacente et de l'épaisseur désirée. Avantageusement, le procédé peut comprendre préalablement au dépôt de ladite résine photosensible progressive une mesure de l'épaisseur de la couche dudit matériau au sein de chaque zone. Ainsi, pour un dépôt de la couche du matériau qui présente des irrégularités, une mesure, par exemple par ellipsométrie, permet de connaître l'épaisseur de cette couche afin de calculer l'épaisseur de matériau à graver pour obtenir l'épaisseur désirée. Cette mesure peut en outre permettre de calculer la dose d'insolation de la résine photosensible progressive.

Avantageusement, l'épaisseur de ladite couche de matériau est identique dans au moins deux zones du support. Ainsi, le procédé est utilisé pour homogénéiser l'épaisseur du matériau au sein du support, et la dose d'insolation est calculée de manière à ce que la quantité de matériau à graver additionnée à la quantité de résine soit constante. En variante, l'épaisseur de ladite couche de matériau est différente dans au moins deux zones du support. Ainsi, il est possible d'obtenir une couche d'épaisseur contrôlée mais différente dans au moins deux zones et ce sans étape supplémentaire. Avantageusement, le support comprend un ensemble de circuits intégrés réalisés sur une plaque, et chaque zone comprend plusieurs circuits intégrés. En outre, ladite couche de matériau peut être une couche résonnante d'un résonateur optique ou acoustique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels - les figures 1 à 4 illustrent un premier mode de mise en oeuvre selon l'invention, et - les figures 5 et 6 illustrent un deuxième mode de mise en oeuvre selon l'invention.

La figure 1 est une vue en coupe d'une plaque P, par exemple une plaque d'un matériau utilisé en microélectronique, d'un diamètre par exemple de 200 ou 300 millimètres. La plaque P peut par exemple comprendre un matériau semi-conducteur tel que du silicium ou un matériau diélectrique tel que du verre. La plaque P est divisée en plusieurs zones parmi lesquelles les zones Z1, Z2, Z3, Z4 et Z5. Les zones Z1-Z5 sont généralement des champs de « stepper » lors d'éventuelles étapes de photolithographies, et ont des dimensions généralement de l'ordre de plusieurs centaines de millimètres carrés. Chaque zone Z1-Z5 peut comprendre plusieurs circuits intégrés pouvant être au moins partiellement réalisés. A titre d'exemple, les circuits intégrés situés au sein des zones Zl-Z5 peuvent être destinés à recevoir des résonateurs acoustiques ou optiques. Afin de réaliser la couche de résonance de ces résonateurs acoustiques ou optiques, une couche initiale d'un matériau CM a été déposée sur la plaque P. Dans le cas où ces résonateurs sont des résonateurs acoustiques, la couche CM peut comprendre un matériau piézoélectrique, par exemple du nitrure d'aluminium (A1N). Dans le cas où ces résonateurs sont des résonateurs optiques, cette couche CM peut comprendre un matériau diélectrique. La couche CM peut en outre être destinée à recevoir les électrodes des résonateurs acoustiques, par exemple des électrodes en molybdène (Mo). La couche CM peut être déposée au moyen d'un dépôt PECVD, et peut éventuellement présenter une inhomogénéité d'épaisseur sur la plaque P. De manière classique, la couche CM peut présenter une inhomogénéité radiale et être plus épaisse en périphérie de la plaque P qu'en son centre. L'inhomogénéité d'épaisseur de la couche initiale CM a été volontairement exagérée sur la figure 1.

Par ailleurs, la couche CM a une épaisseur initiale supérieure en tout point de la plaque P à une épaisseur e0, qui est l'épaisseur désirée de la couche CM. Sur la figure 2, on a représenté la plaque P après une formation sur la couche CM initiale, d'une couche de résine photosensible progressive RES. La résine RES a été déposée par exemple par enduction centrifuge (« spin coating » en langue anglaise), et a une épaisseur homogène. Sur la figure 2, on a noté el 1 l'épaisseur à graver de matériau de la couche CM au sein de la zone Z1. On notera qu'à des fins de simplifications, l'épaisseur de la couche CM est considérée comme constante au sein de chaque zone. On a également noté e2l l'épaisseur à graver de matériau de la couche CM au sein de la zone Z4.

L'épaisseur de résine e12 au sein de la zone Z1 est égale à l'épaisseur de résine e22 au sein de la couche Z4. Les épaisseurs ell, e12, e2l et e22 peuvent être connues, par exemple lors de mesures par ellipsométrie. Afin d'obtenir une épaisseur de la couche CM homogène et égale à e0, le surplus (couche CM et résine RES) à graver a la même épaisseur pour chaque zone de la plaque, dans le cas d'une gravure ultérieure non sélective. Ainsi et à titre d'exemple, l'épaisseur ell de la zone Z1 étant sensiblement plus grande que l'épaisseur e2l de la zone Z4, une quantité supérieure de matériau de la couche CM est à graver au sein de la zone Z1. L'épaisseur de résine RES e12 de la zone Z1 doit donc être rendue inférieure à l'épaisseur e22 de la zone Z4. Sur la figure 3, on a représenté la plaque P après une étape d'insolation de chaque zone Zl-Z5 de la couche de résine RES, avec une dose d'insolation propre à chaque zone, et après une étape de révélation. On a par exemple insolé la zone Z1 avec une dose supérieure à celle de la zone Z4, de manière à obtenir une épaisseur e12 inférieure à l'épaisseur e22. Par ailleurs, la somme du surplus de matériau de la couche CM et l'épaisseur de résine au sein d'une zone est une constante pour la plaque P. Ainsi, la somme des épaisseurs ell et e12 est égale à la somme des épaisseurs e2l et e22.

De ce fait, l'épaisseur à graver (surplus de la couche CM et couche de résine RES restante) est la même pour toutes les zones Z 1-Z5. Sur la figure 4, on a représenté la plaque P après une gravure de la couche de résine RES et du surplus de matériau de la couche CM.

Cette gravure peut être mise en oeuvre lors d'une gravure sèche non sélective. On pourra par exemple mettre en oeuvre une gravure ionique réactive (« Reactive Ion Etching » : RIE) sur l'ensemble des zones Z 1-Z5. Cette gravure est configurée de manière à graver une épaisseur égale à la somme des épaisseurs el 1 et e12, ou encore égale à la somme des épaisseurs e2l et e22. La gravure ionique réactive est une gravure qui n'endommage pas la surface de la couche de matériau CM comme une gravure utilisée selon l'art antérieur par ablation ionique.

On obtient ainsi une couche CM d'épaisseur contrôlée égale à e0, et ce pour chaque zone Z1-Z5 de la plaque P. On va maintenant décrire plus en détails en se référant plus particulièrement aux figures 5 et 6, une variante de l'invention. Sur la figure 5, on a représenté la plaque P après une étape d'insolation de la résine RES. L'épaisseur désirée est ici différente dans au moins deux zones, ainsi, l'épaisseur désirée dans les zones Z1, Z3 et Z5 est égale à eb et est inférieure à l'épaisseur désirée dans les zones Z2 et Z4, ea.

Ainsi, la dose d'insolation est donc à ajuster au sein de chaque zone de manière à ce que la somme des épaisseurs el 1 et e12 et la somme des épaisseurs e2l et e22 soient égales, et ce en mesurant ell et e2l respectivement par rapport à eb et ea.

Sur la figure 6, on a représenté la plaque P après une étape de gravure d'une épaisseur égale à la somme des épaisseurs ell et 12 ou égale à la somme des épaisseurs e2l et e22. On obtient une épaisseur de la couche CM propre à chaque zone, et ce sans étape supplémentaire.

On notera que selon un aspect l'invention peut comporter d'autres étapes, notamment des étapes de recuit de la résine RES, et des étapes de fabrication de circuits intégrés réalisés au sein de la plaque P. L'invention offre de nombreuses applications. Ainsi, des résonateurs acoustiques comprenant une couche piézoélectrique de nitrure d'aluminium (A1N) disposée entre deux électrodes de molybdène peuvent être réalisés. On peut notamment former des couches de nitrure d'aluminium (A1N) d'une épaisseur comprise entre un et deux micromètres destinés à avoir des fréquences de résonnance comprises entre un de deux gigahertz. On peut en outre réaliser des résonateurs optiques comprenant une couche de sulfure de zinc (ZnS) ou d'alliage sulfure de zinc et dioxyde de silicium (Zns-SiO2) disposée entre deux électrodes d'argent.

L'utilisation de résines progressives permet de contrôler l'épaisseur de ces couches de nitrure d'aluminium, de sulfure de zinc ou de sulfure de zinc-dioxyde de silicium. On peut par exemple utiliser la résine vendue sous la dénomination SPR955 par la société Dow Chemical, et d'une épaisseur par exemple comprise entre un et deux micromètres, par exemple dans le cas d'une couche de nitrure d'aluminium (A1N) d'un résonateur acoustique d'une épaisseur comprise entre un et deux micromètres. Après exposition et révélation de cette résine, on peut mettre en oeuvre une gravure ionique réactive, utilisant un gaz de trifluorure d'azote (NF3) sous un débit de dix à cent centimètres cube par minute, une puissance de 200 watts à 600 watts et une pression allant de vingt à quatre-vingt millitorr, de manière à obtenir une gravure non sélective, permettant aisément de contrôler l'épaisseur de la couche de nitrure d'aluminium (A1N) du résonateur acoustique. En outre, la plaque P peut comporter d'autres zones ou champs. Selon un aspect de l'invention, on obtient un procédé de contrôle de l'épaisseur d'une couche déposée sur un support, et ce sans gravure par ablation ionique.

Par ailleurs, selon un autre aspect de l'invention, on met en oeuvre une gravure dite pleine plaque, réalisée au moyen d'outils utilisés de manière classique. Selon un autre aspect de l'invention, on peut obtenir des résonateurs acoustiques ou optiques comprenant des couches de matériau d'épaisseur contrôlée et ce sans gravure par ablation ionique. On notera enfin que l'insolation par zone ou par champ suivie d'une gravure pleine plaque ne fait pas apparaître de défaut de recouvrement.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'une couche d'un matériau (CM) d'épaisseur contrôlée (e0, ea, eb) sur un support (P), comprenant : - une formation sur ledit support (P) d'une couche initiale dudit matériau (CM), - une formation sur la couche initiale (CM) d'une couche de résine photosensible progressive (RES), - une insolation de zones de la résine (Z1-Z5), avec des doses d'insolation propres à chaque zone, - une révélation de la résine insolée, - une gravure de la couche de résine insolée (RES) et de la couche initiale (CM), chaque dose d'insolation dans une zone (Zl-Z5) étant déterminée en fonction de la sélectivité de la gravure, de l'épaisseur de la couche initiale et de l'épaisseur désirée (e0, ea, eb) de la couche de matériau dans ladite zone (Zl-Z5).
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant préalablement au dépôt de ladite résine photosensible progressive (RES) une mesure de l'épaisseur de la couche dudit matériau (CM) au sein chaque zone (Zl-Z5).
3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite gravure est réalisée au moyen d'une gravure sèche non sélective.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur (e0) de ladite couche de matériau (CM) est identique pour toutes les zones (Zl-Z5) du support (P).
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'épaisseur (ea, eb) de ladite couche de matériau (CM) est différente dans au moins deux zones du support (P).
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le support (P) comprend un ensemble de circuits intégrés réalisés sur une plaque, et chaque zone (Zl-Z5) comprend plusieurs circuits intégrés.
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite couche de matériau (CM) est une couche résonnante d'un résonateur optique ou acoustique.