FR2983636A1 - Method for flattening substrate used in e.g. micro-electronics application, involves introducing species into surface layer, so that rate of removal of prominent areas is greater than rate of removal of non-prominent areas - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé d'aplanissement d'un substrat comportant une surface libre présentant des irrégularités. Le substrat peut être destiné à des applications en micro-électronique et/ou optoélectronique. L'invention concerne également un procédé d'amincissement d'un substrat. Les performances d'une structure semi-conductrice formée à partir d'un substrat peuvent se dégrader significativement en raison d'irrégularités de surface du substrat, et ce tout particulièrement lorsque la structure semiconductrice est développée avec un degré de miniaturisation important se manifestant par une densité de circuits élevée. Ainsi, le substrat à partir duquel est formée la structure semi-conductrice doit être sensiblement plan. Un procédé d'aplanissement d'un substrat connu de l'état de la technique, illustré aux figures 1A à 1C, est un procédé d'aplanissement d'un substrat 100 comportant une surface libre présentant des irrégularités 15 comprenant les étapes suivantes : a) formation d'une couche superficielle 140 sur la surface libre du substrat 100, ladite couche superficielle 140 étant réalisée dans un matériau présentant une vitesse d'enlèvement par polissage, la couche superficielle 140 présentant des irrégularités de surface correspondant aux irrégularités 20 de la surface libre du substrat 100, lesdites irrégularités de surface présentant des régions saillantes 141 et des régions non saillantes 142, b) polissage de la couche superficielle 140. La couche superficielle 140 formée lors de l'étape a) possède un degré de conformité avec la surface libre du substrat 100, c'est-à-dire, 25 qu'elle reproduit, soit en partie soit en totalité, les irrégularités de cette surface. A titre d'illustration, la figure 1A représente un substrat 100. La figure 1 B représente l'étape de formation de la couche superficielle 140 sur la surface libre du substrat 100. L'étape a) de formation de la couche superficielle 140 est suivie d'une 30 étape b) de polissage, généralement un polissage du type mécanico- chimique CMP (selon l'acronyme de l'appellation anglo-saxonne Chemical Mechanical Polishing), comme cela est représenté en figure 1C. L'étape b) de polissage vise à réduire les irrégularités de surface de la couche superficielle de manière à aplanir le substrat. Cependant, l'aplanissement du substrat 100 obtenu après l'étape b) de polissage n'est pas satisfaisant dans la mesure où cette étape b) introduit une variation en épaisseur de la couche superficielle 140 qui n'est pas uniforme spatialement, comme visible à la figure 1C. En outre, cette non uniformité spatiale est d'autant plus accentuée 10 que la quantité de matière enlevée de la couche superficielle 140 est importante. Or, en règle générale, plus les irrégularités de la surface libre du substrat 100 à éliminer sont importantes, plus l'épaisseur de la couche superficielle 140 formée et son enlèvement doivent être importants. Il est 15 ainsi typiquement conseillé de former une couche superficielle 140 et de retirer une épaisseur de cette couche d'au moins 3 fois la distance entre la région saillante la plus haute et la région non saillante la plus basse (« Peak to Valley » en terminologie Anglo-Saxonne). Par « région saillante », on entend une région s'étendant au-delà du plan moyen de la surface libre de 20 la couche superficielle. Par « région non saillante », on entend une région s'étendant en deçà du plan moyen de la surface de la couche superficielle. En d'autres termes, la couche superficielle doit être d'autant plus épaisse que la distance entre régions saillantes et régions non saillantes est importante. 25 Le contrôle de l'uniformité d'épaisseur de la couche 140 après l'étape b) de polissage CMP reste donc très difficile. Cela pose des problèmes lorsque des étapes de gravure de tranchées, par exemple, doivent être effectuées avec un contrôle strict de leur profondeur afin d'effectuer des interconnexions. En effet, la non uniformité en épaisseur de la couche 30 superficielle 140 après l'étape b) de polissage risque de faire apparaître des zones de sur gravure ou de sous gravure. The invention relates to a method of flattening a substrate comprising a free surface having irregularities. The substrate may be intended for applications in microelectronics and / or optoelectronics. The invention also relates to a method of thinning a substrate. The performance of a semiconductor structure formed from a substrate can be significantly degraded due to surface irregularities of the substrate, especially when the semiconductor structure is developed with a high degree of miniaturization manifested by a high circuit density. Thus, the substrate from which the semiconductor structure is formed must be substantially planar. A method for flattening a substrate known from the state of the art, illustrated in FIGS. 1A to 1C, is a method for flattening a substrate 100 comprising a free surface with irregularities comprising the following steps: ) forming a surface layer 140 on the free surface of the substrate 100, said surface layer 140 being made of a material having a polishing removal rate, the surface layer 140 having surface irregularities corresponding to surface irregularities; free of the substrate 100, said surface irregularities having protruding regions 141 and non-protruding regions 142, b) polishing the surface layer 140. The surface layer 140 formed in step a) has a degree of compliance with the surface free of the substrate 100, that is to say, it reproduces, either partially or completely, the irregularities of this surface . By way of illustration, FIG. 1A represents a substrate 100. FIG. 1B represents the step of forming the surface layer 140 on the free surface of the substrate 100. The step a) of forming the surface layer 140 is followed by a polishing step b), generally polishing of the CMP chemical mechanics type as shown in FIG. 1C. The polishing step b) aims to reduce the surface irregularities of the surface layer so as to flatten the substrate. However, the flattening of the substrate 100 obtained after the polishing step b) is not satisfactory insofar as this step b) introduces a variation in thickness of the superficial layer 140 which is not spatially uniform, as visible in Figure 1C. In addition, this spatial non-uniformity is all the more accentuated as the amount of material removed from the surface layer 140 is important. However, as a rule, the greater the irregularities of the free surface of the substrate 100 to be eliminated, the greater the thickness of the surface layer 140 formed and its removal must be important. It is thus typically recommended to form a superficial layer 140 and to remove a thickness of this layer at least 3 times the distance between the highest salient region and the lowest non-salient region ("Peak to Valley"). Anglo-Saxon terminology). By "projecting region" is meant a region extending beyond the mean plane of the free surface of the superficial layer. By "non-projecting region" is meant a region extending below the mean plane of the surface of the superficial layer. In other words, the surface layer must be even thicker as the distance between projecting regions and non-projecting regions is important. The control of the thickness uniformity of the layer 140 after the CMP polishing step b) therefore remains very difficult. This poses problems when trench etching steps, for example, have to be performed with strict depth control in order to perform interconnections. Indeed, the unevenness in thickness of the surface layer 140 after the polishing step b) may cause areas of on etching or undercutting.
La présente invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités, et concerne un procédé d'aplanissement d'un substrat comportant une surface libre présentant des irrégularités, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a) formation d'une couche superficielle sur la surface libre du substrat, ladite couche superficielle étant réalisée dans un matériau présentant une vitesse d'enlèvement par polissage, la couche superficielle présentant des irrégularités de surface correspondant aux irrégularités de la surface libre du substrat, lesdites irrégularités de surface présentant des régions saillantes et des régions non saillantes, b) polissage de la couche superficielle; ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comprend entre l'étape a) et l'étape b), une introduction d'espèces dans la couche superficielle de sorte que la vitesse d'enlèvement des régions saillantes est supérieure à la vitesse d'enlèvement des régions non saillantes lors de l'étape b) de polissage. Ainsi, l'introduction d'espèces dans la couche superficielle permet de moduler localement les vitesses d'enlèvement afin d'enlever de la matière de manière sélective lors de l'étape b) de polissage. Cette modulation locale des vitesses d'enlèvement est mise en oeuvre de sorte que la vitesse d'enlèvement des régions saillantes est supérieure à la vitesse d'enlèvement des régions non saillantes lors de l'étape b) de polissage. L'enlèvement de matière de la couche superficielle est alors plus rapide dans les régions saillantes que dans les régions non saillantes. The present invention aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks, and relates to a method for flattening a substrate comprising a free surface having irregularities, said method comprising the following steps: a) formation of a surface layer on the free surface of the substrate, said surface layer being made of a material having a polishing removal rate, the surface layer having surface irregularities corresponding to the irregularities of the free surface of the substrate, said surface irregularities having protruding regions and non-projecting regions, b) polishing of the superficial layer; said method being remarkable in that it comprises between step a) and step b), introducing species into the surface layer so that the speed of removal of the projecting regions is greater than the speed of removing the non-projecting regions during the polishing step b). Thus, the introduction of species into the surface layer makes it possible locally to modulate the removal rates in order to selectively remove material during the polishing step b). This local modulation of the removal rates is implemented so that the speed of removal of the projecting regions is greater than the rate of removal of the non-projecting regions in the polishing step b). The removal of material from the surface layer is then faster in the salient regions than in the non-salient regions.
Par conséquent, un tel procédé d'aplanissement selon l'invention permet d'aplanir le substrat en réduisant significativement la non-uniformité spatiale de la variation en épaisseur de la couche superficielle après l'étape b) de polissage. Selon une forme d'exécution, les régions saillantes délimitent des 30 motifs régulièrement espacés entre eux. Therefore, such a planarization method according to the invention makes it possible to flatten the substrate by significantly reducing the spatial nonuniformity of the variation in the thickness of the surface layer after the polishing step b). According to one embodiment, the projecting regions delimit patterns regularly spaced from one another.
Ainsi, la présence de régions saillantes délimitant des motifs régulièrement espacés entre eux, permet l'utilisation de techniques de masquage par des procédés de photolithographie connus de l'homme de métier afin d'introduire des espèces selon des motifs réguliers. Thus, the presence of protruding regions delimiting patterns regularly spaced apart from each other makes it possible to use masking techniques by photolithography methods known to those skilled in the art in order to introduce species in regular patterns.
Selon un mode de mise en oeuvre, l'introduction d'espèces se fait dans les régions saillantes. Ainsi, il est possible de moduler la vitesse d'enlèvement des régions saillantes, et de la rendre plus importante que la vitesse d'enlèvement des régions non saillantes. According to one embodiment, the introduction of species is in the salient regions. Thus, it is possible to modulate the speed of removal of salient regions, and make it greater than the speed of removal of non-salient regions.
Avantageusement, les espèces introduites dans les régions saillantes comportent du phosphore ou de l'arsenic dont la concentration est supérieure à 11 018 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 11019 Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 1'1020 Atomes / cm3 Ainsi, la concentration en espèces introduites permet d'observer une augmentation significative sur les vitesses d'enlèvement des régions dans lesquelles le Phosphore ou l'Arsenic ont été introduits. Selon un mode de mise en oeuvre, l'introduction d'espèces se fait dans les régions non saillantes. Advantageously, the species introduced into the projecting regions comprise phosphorus or arsenic, the concentration of which is greater than 11 018 Atoms / cm 3, preferably greater than 110 19 At atoms / cm 3, even more preferentially greater than 10 10 At atoms / cm 3. the concentration of introduced species makes it possible to observe a significant increase in the removal rates of the regions in which the phosphorus or arsenic have been introduced. According to one embodiment, the introduction of species is in the non-salient regions.
Ainsi, il est possible de moduler la vitesse d'enlèvement des régions non saillantes, et de la rendre moins importante que la vitesse d'enlèvement des régions saillantes. Avantageusement, les espèces introduites dans les régions non saillantes comportent du bore dont la concentration est supérieure à 5*1 01° 25 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 1102° Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 51020 Atomes / cm3. Ainsi, la concentration en espèces introduites permet d'observer une diminution significative sur les vitesses d'enlèvement des régions dans lesquelles le Bore a été introduit. 30 L'introduction de Bore dans les régions non saillantes, et l'introduction de Phosphore ou d'Arsenic dans les régions saillantes permet d'augmenter la différence des vitesses d'enlèvement des régions saillantes et des régions non saillantes. Ceci permet alors de minimiser l'enlèvement nécessaire pour aplanir la couche superficielle, et donç améliorer l'uniformité en épaisseur du substrat après polissage de la couche superficielle. Thus, it is possible to modulate the rate of removal of the non-projecting regions, and to make it less important than the speed of removal of the projecting regions. Advantageously, the species introduced into the non-salient regions comprise boron whose concentration is greater than 5 * 10 ° 25 Atoms / cm3, preferably greater than 1102 ° Atoms / cm3, still more preferably greater than 51020 Atoms / cm3. Thus, the concentration of introduced species makes it possible to observe a significant decrease in the removal rates of the regions in which the boron has been introduced. The introduction of boron into non-salient regions, and the introduction of phosphorus or arsenic into the salient regions makes it possible to increase the difference in the rates of removal of salient regions and non-salient regions. This then makes it possible to minimize the removal necessary to flatten the surface layer, and to improve the uniformity in thickness of the substrate after polishing of the surface layer.
Selon une forme d'exécution, l'introduction d'espèces est réalisée par une technique choisie parmi les techniques suivantes : diffusion à haute température, dopage par activation plasma, implantation ionique. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison 10 techniquement possible : - le substrat comprend au moins un des matériaux sélectionné dans le groupe suivant : Silicium, Carbure de Silicium, Alliage de Silicium-Germanium, du verre, une céramique, un alliage métallique. - la couche superficielle est formée lors de l'étape a) par un dépôt, de 15 préférence selon une technique CVD, ou LPCVD, ou PECVD. - la couche superficielle comporte au moins un matériau choisi parmi les matériaux suivants : oxyde de silicium, nitrure de silicium ou oxynitrure, nitrure d'aluminium, oxyde d'aluminium, nitrure d'aluminium, oxyde d'hafnium, silicium poly cristallin, ou silicium amorphe. 20 La présente invention se rapporte également à un procédé d'amincissement d'un substrat. Un procédé d'amincissement d'un substrat connu de l'état de la technique, illustré aux figures 2A et 2B, comprend les étapes : a) formation d'une couche superficielle 240 sur le substrat 200, ladite 25 couche superficielle 240 étant réalisée dans un matériau présentant une vitesse d'enlèvement par polissage, ladite couche superficielle 240 comprenant une partie supérieure et une partie inférieure, b) polissage de la couche superficielle 240 de manière à enlever au moins partiellement la partie supérieure. 30 L'étape b) de polissage est généralement un polissage de type mécanico-chimique CMP L'amincissement de la couche superficielle 240 lors de l'étape b) de polissage induit une variation en épaisseur de la couche superficielle 240 qui n'est pas uniforme spatialement. Ce phénomène est d'autant plus important que la quantité de matière enlevée de la couche superficielle 240 est importante. Le contrôle de l'uniformité d'épaisseur de la couche superficielle 240 après l'étape b) de polissage reste donc très difficile, et cela pose des problèmes lorsque l'uniformité d'épaisseur de la couche 240 est un paramètre primordial pour la fabrication de composants. According to one embodiment, the introduction of species is carried out by a technique chosen from the following techniques: high temperature diffusion, doping by plasma activation, ion implantation. The invention is advantageously complemented by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination: the substrate comprises at least one of the materials selected from the following group: silicon, silicon carbide, silicon-germanium alloy , glass, a ceramic, a metal alloy. the surface layer is formed during step a) by deposition, preferably according to a CVD technique, or LPCVD, or PECVD. the surface layer comprises at least one material chosen from the following materials: silicon oxide, silicon nitride or oxynitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, polycrystalline silicon, or amorphous silicon. The present invention also relates to a method of thinning a substrate. A method of thinning a known substrate of the state of the art, illustrated in FIGS. 2A and 2B, comprises the steps of: a) forming a surface layer 240 on the substrate 200, said surface layer 240 being produced in a material having a polishing removal rate, said surface layer 240 comprising an upper portion and a lower portion, b) polishing the surface layer 240 so as to at least partially remove the upper portion. The polishing step b) is generally a chemical-mechanical polishing CMP The thinning of the surface layer 240 during the polishing step b) induces a variation in the thickness of the superficial layer 240 which is not spatially uniform. This phenomenon is all the more important as the amount of material removed from the surface layer 240 is important. Controlling the uniformity of thickness of the surface layer 240 after the polishing step b) therefore remains very difficult, and this poses problems when the thickness uniformity of the layer 240 is a paramount parameter for the manufacture of components.
Afin de permettre la réalisation de tranchées ou la réalisation d'interconnexions ou de circuits de manière fiable sur toute la surface du substrat 200, il est primordial que l'épaisseur de la couche superficielle 240 soit la plus uniforme possible. L'invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients 15 précités, et concerne également un procédé d'amincissement d'un substrat, ledit procédé comprenant les étapes : a) formation d'une couche superficielle sur le substrat, ladite couche superficielle étant réalisée dans un matériau présentant une vitesse d'enlèvement par polissage, ladite couche superficielle comprenant une 20 partie supérieure et une partie inférieure, b) polissage de la couche superficielle de manière à enlever au moins partiellement la partie supérieure; ledit procédé étant remarquable en ce qu'il comprend entre l'étape a) et l'étape b), une introduction d'espèces dans la couche superficielle de 25 sorte que la vitesse d'enlèvement de la partie supérieure est supérieure à la vitesse d'enlèvement de la partie inférieure lors de l'étape b) de polissage. Ainsi, l'introduction d'espèces dans la couche superficielle permet de moduler la vitesse d'enlèvement de la partie supérieure par rapport à la partie inférieure de la couche superficielle. Cet ajustement des vitesses 30 d'enlèvement est mis en oeuvre afin d'enlever de manière séleciive la partie supérieure, et limiter l'enlèvement de la partie inférieure lors de l'exécution du procédé d'amincissement selon l'invention. Cet enlèvement sélectif de matière permet donc de minimiser la non uniformité en épaisseur de la couche superficielle lors de l'étape b) de polissage. Selon un mode de mise en oeuvre, l'introduction d'espèces se fait dans la partie supérieure de la couche superficielle. Ainsi, il est possible de moduler la vitesse d'enlèvement de la partie supérieure, et de la rendre plus importante que la vitesse d'enlèvement des la partie inférieure. Avantageusement, les espèces introduites dans la partie supérieure de la couche superficielle comportent du phosphore ou de l'arsenic dont la concentration est supérieure à 1*1018 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 11018 Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 1*1020 Atomes / cm3. Ainsi, lorsqu'ils sont introduits dans la partie supérieure de la couche superficielle, le Phosphore et l'Arsenic sont des espèces permettant d'augmenter la vitesse d'enlèvement de ladite partie supérieure par rapport à la partie inférieure ; la concentration en espèces introduites permet d'observer une augmentation significative sur les vitesses d'enlèvement de la partie de la couche superficielle dans laquelle le Phosphore ou l'Arsenic ont été introduits. Selon un mode de mise en oeuvre l'introduction d'espèces se fait dans la partie inférieure de la couche superficielle. Ainsi, il est possible de moduler la vitesse d'enlèvement de la couche inférieure, et de la rendre moins importante que la vitesse d'enlèvement des 25 la couche supérieure. Avantageusement, les espèces introduites dans la partie inférieure de la couche superficielle comportent du bore dont la concentration est supérieure à 5'1018 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 1*1020 Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 5*1020 Atomes / 30 cm3. In order to allow the realization of trenches or the realization of interconnections or circuits reliably over the entire surface of the substrate 200, it is essential that the thickness of the surface layer 240 is as uniform as possible. The aim of the invention is to remedy all or part of the aforementioned disadvantages, and also relates to a process for thinning a substrate, said process comprising the steps of: a) forming a surface layer on the substrate, said surface layer being made of a material having a polishing removal rate, said surface layer comprising an upper portion and a lower portion, b) polishing the surface layer so as to at least partially remove the upper portion; said method being remarkable in that it comprises between step a) and step b), introducing species into the surface layer so that the speed of removal of the upper part is greater than the speed removal of the lower part during the polishing step b). Thus, the introduction of species into the surface layer makes it possible to modulate the rate of removal of the upper part relative to the lower part of the surface layer. This adjustment of the removal rates is implemented in order to selectively remove the upper part, and to limit the removal of the lower part during the execution of the thinning process according to the invention. This selective removal of material thus makes it possible to minimize the unevenness in thickness of the surface layer during the polishing step b). According to one embodiment, the introduction of species is in the upper part of the surface layer. Thus, it is possible to modulate the speed of removal of the upper part, and make it greater than the speed of removal of the lower part. Advantageously, the species introduced into the upper part of the surface layer comprise phosphorus or arsenic whose concentration is greater than 1 * 10 18 atoms / cm 3, preferably greater than 110 18 atoms / cm 3, even more preferably greater than 1 * 1020. Atoms / cm3. Thus, when they are introduced into the upper part of the surface layer, phosphorus and arsenic are species making it possible to increase the speed of removal of said upper part relative to the lower part; the concentration of introduced species makes it possible to observe a significant increase in the rates of removal of the part of the surface layer in which the phosphorus or arsenic have been introduced. According to one embodiment, the introduction of species is done in the lower part of the surface layer. Thus, it is possible to modulate the rate of removal of the lower layer, and to make it less important than the rate of removal of the top layer. Advantageously, the species introduced into the lower part of the surface layer comprise boron whose concentration is greater than 5'1018 Atoms / cm3, preferentially greater than 1 * 1020 Atoms / cm3, still more preferably greater than 5 * 1020 Atoms / 30 cm3.
Lorsqu'if est introduit dans la partie inférieure de la couche superficielle, le Bore est une espèce permettant de diminuer la vitesse d'enlèvement de ladite partie inférieure par rapport à la partie supérieure. Ainsi, la concentration en espèces introduites permet d'observer une diminution significative sur les vitesses d'enlèvement de la partie de la couche superficielle dans laquelle le bore a été introduit. L'introduction de Bore dans la partie inférieure, et l'introduction de Phosphore ou d'Arsenic dans la partie supérieure de la couche superficielle permet d'augmenter la différence des vitesses d'enlèvement de la partie supérieure et de la partie inférieure de la couche superficielle. Ceci permet alors de minimiser la non uniformité en épaisseur de la couche superficielle après polissage. Avantageusement, l'introduction d'espèces est réalisée par une technique choisie parmi les techniques suivantes : diffusion à haute 15 température, dopage par activation plasma, implantation ionique. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : -le substrat est comporte au moins un des matériaux suivants : 20 Silicium, Carbure de Silicium, Alliage de Silicium-Germanium, du verre, une céramique, un alliage métallique. -la couche superficielle est formée lors de l'étape a) par un transfert de couche à partir d'un substrat donneur. -la couche superficielle est formée lors de l'étape a) par un dépôt, de 25 préférence selon une technique CVD, ou LPCVD ou PECVD. -la couche superficielle comporte au moins un matériau choisi parmi les matériaux suivants : oxyde de silicium, nitrure de silicium ou oxynitrure, nitrure d'aluminium, oxyde d'aluminium, nitrure d'aluminium, oxyde d'hafnium, silicium, silicium poly cristallin, ou silicium amorphe. 30 Les deux inventions ainsi présentées sont liées entre elles de manière à former un seul concept inventif général consistant à introduire des espèces dans une couche superficielle formée sur un substrat afin d'autoriser un polissage sélectif ultérieur de cette couche superficielle par modulation de la vitesse d'enlèvement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - Les figures 1A - 1C sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'aplanissement selon les techniques connues de l'art antérieur ; Les figures 2A - 2B sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'amincissement selon les techniques connues de l'art antérieur ; - Les figures 3A - 3B sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'aplanissement selon l'invention - Les figures 4A - 4E sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'aplanissement selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention ; Les figures 5A - 5E sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'aplanissement selon un second mode de mise en oeuvre de l'invention Les figures 6A - 6B sont des représentations schématiques d'un substrat traité par un procédé d'amincissement selon l'invention. Le procédé d'aplanissement selon l'invention est destiné à être mis en oeuvre pour toute structure comportant un substrat 100, présentant une 25 surface libre 103. La surface libre 103 du substrat 100 présente des irrégularités de surface. A titre d'exemple, sur la figure 3A, la surface libre 103 dudit substrat 100 présente des irrégularités de surface. Le substrat 100 peut être constitué de tous les matériaux utilisés 30 habituellement dans l'industrie de la micro-électronique, de l'optique, l'opto- électronique et le photovoltaïque. Notamment, le substrat 100 comprend au moins un des matériaux sélectionné dans le groupe suivant: silicium, Carbure de silicium, silicium germanium, le verre, une céramique, un alliage métallique. Le procédé selon l'invention commence par l'étape a) de formation d'une couche superficielle 140 en recouvrement de la surface libre 103 du substrat 100, tel que présenté sur la figure 3B. La couche superficielle 140 est formée lors de l'étape a) par un dépôt conforme, de préférence selon la technique CVD ou LPCVD ou PECVD.. Par conforme, on entend que la couche superficielle 140 présente des irrégularités de surface qui suivent les irrégularités de la surface libre 103 du substrat 100. La surface de la couche superficielle présente des régions saillantes 141 et des régions non saillantes 142. Par région saillante 141, on entend une région s'étendant au-delà du plan moyen de la surface de la couche superficielle 140. Par région non saillante 142, on entend une région s'étendant en deçà du plan moyen de la surface de la couche superficielle 140. La distance entre la région saillante 141 la plus haute et la région non saillante 142 la plus basse correspond à la hauteur 144 (« Peak to Valley » en terminologie Anglo-Saxonne). La hauteur 144 peut varier de quelques dizaines d'Angstrôms à quelques milliers d'Angstrôms. When introduced into the lower part of the surface layer, the boron is a species which makes it possible to reduce the speed of removal of said lower part with respect to the upper part. Thus, the concentration of introduced species makes it possible to observe a significant decrease in the rates of removal of the part of the surface layer into which the boron has been introduced. The introduction of Boron in the lower part, and the introduction of Phosphorus or Arsenic in the upper part of the superficial layer makes it possible to increase the difference in the rates of removal of the upper part and the lower part of the superficial layer. This then makes it possible to minimize the non-uniformity in thickness of the surface layer after polishing. Advantageously, the introduction of species is carried out by a technique chosen from the following techniques: high temperature diffusion, doping by plasma activation, ion implantation. The invention is advantageously completed by the following characteristics, taken alone or in any of their technically possible combination: the substrate is comprised of at least one of the following materials: Silicon, Silicon Carbide, Silicon-Germanium Alloy, Glass , a ceramic, a metal alloy. the superficial layer is formed during step a) by a layer transfer from a donor substrate. the surface layer is formed during step a) by deposition, preferably according to a CVD technique, or LPCVD or PECVD. the surface layer comprises at least one material chosen from the following materials: silicon oxide, silicon nitride or oxynitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, silicon, polycrystalline silicon , or amorphous silicon. The two inventions so presented are related to each other so as to form a single general inventive concept of introducing species into a surface layer formed on a substrate to allow subsequent selective polishing of this surface layer by modulating the speed of the surface. 'removal. Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the accompanying drawings, in which: FIGS. 1A-1C are diagrammatic representations of a substrate treated by a planarization method according to the techniques known from the prior art; FIGS. 2A-2B are schematic representations of a substrate treated by a thinning process according to the techniques known from the prior art; FIGS. 3A-3B are schematic representations of a substrate treated by a flattening process according to the invention; FIGS. 4A-4E are schematic representations of a substrate treated by a planarization method according to a first embodiment implementation of the invention; FIGS. 5A-5E are schematic representations of a substrate treated by a planarization method according to a second embodiment of the invention. FIGS. 6A-6B are schematic representations of a substrate treated by a method of FIG. thinning according to the invention. The planarization process according to the invention is intended to be implemented for any structure comprising a substrate 100 having a free surface 103. The free surface 103 of the substrate 100 has surface irregularities. By way of example, in FIG. 3A, the free surface 103 of said substrate 100 has surface irregularities. Substrate 100 may be any of the materials commonly used in the microelectronics, optics, optoelectronics and photovoltaics industries. In particular, the substrate 100 comprises at least one of the materials selected from the following group: silicon, silicon carbide, silicon germanium, glass, a ceramic, a metal alloy. The process according to the invention begins with step a) of forming a surface layer 140 covering the free surface 103 of the substrate 100, as shown in FIG. 3B. The surface layer 140 is formed during step a) by a conformal deposition, preferably according to the CVD or LPCVD or PECVD technique. By conforming, it is meant that the surface layer 140 has surface irregularities which follow the irregularities of the free surface 103 of the substrate 100. The surface of the surface layer has protruding regions 141 and non-protruding regions 142. By projecting region 141 is meant a region extending beyond the mean plane of the surface of the layer superficial 140. By non-projecting region 142 is meant a region extending below the average plane of the surface of the surface layer 140. The distance between the highest and the lowest non-projecting region 141 corresponds to at height 144 ("Peak to Valley" in Anglo-Saxon terminology). The height 144 can vary from a few tens of Angstroms to a few thousand Angstroms.
De manière avantageuse, les régions saillantes 141 peuvent délimiter des motifs régulièrement espacés entre eux sur toute la surface de la couche superficielle 140. L'épaisseur de la couche superficielle 140 est avantageusement comprise entre 1 et 3 fois la hauteur 144. Advantageously, the projecting regions 141 may delimit patterns evenly spaced from each other over the entire surface of the surface layer 140. The thickness of the surface layer 140 is advantageously between 1 and 3 times the height 144.
La couche superficielle 140 comporte au moins un matériau choisi parmi les matériaux suivant : oxyde de silicium, le nitrure de silicium ou oxynitrure, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'aluminium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'hafnium, le silicium poly cristallin, et le silicium amorphe. La couche superficielle 140 est préférentiellement constituée de silicium poly cristallin, ou de silicium amorphe. The surface layer 140 comprises at least one material chosen from the following materials: silicon oxide, silicon nitride or oxynitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, hafnium, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. The surface layer 140 is preferably made of polycrystalline silicon or amorphous silicon.
Ainsi, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, une couche superficielle 140 de silicium amorphe de 2000 à 10000 Angstrôm d'épaisseur est déposée par PECVD à une température de 300cC avec comme précurseur par exemple du Silane (SiH4). Thus, in a particularly advantageous embodiment, a surface layer 140 of amorphous silicon of 2000 to 10,000 Angstrom thick is deposited by PECVD at a temperature of 300cC with precursor for example Silane (SiH4).
Selon un autre mode de réalisation, on fait suivre l'étape de dépôt de la couche de silicium amorphe par un recuit à une température supérieure à 500`C, pendant au moins 30 min, sous une atmosphère non oxydante, de préférence sous N2 ou sous Ar, qui permet de transformer la couche superficielle 140 de silicium amorphe précédemment formée en silicium poly cristallin. Après l'étape a) de formation de la couche superficielle 140, on y introduit des espèces. A cette fin, un masque est formé sur la couche superficielle 140 de manière à définir des zones dites « exposées », non recouvertes par le masque, et des zones dites « non exposées », recouvertes par le masque. Le masque permet d'introduire des espèces dans la couche superficielle 140 en regard des zones « exposées » de manière à modifier sensiblement la vitesse d'enlèvement par CMP des zones dans lesquelles des espèces sont introduites par rapport à la vitesse d'enlèvement par CMP du matériau non traité. Les espèces introduites sont confinées dans la couche superficielle 140 c'est-à-dire qu'elles s'étendent en profondeur dans la couche superficielle 140, sans la traverser entièrement. L'introduction d'espèces peut avantageusement être réalisée par une technique choisie parmi les techniques suivantes : implantation ionique, 25 diffusion à haute température, dopage par activation plasma. De manière avantageuse, les espèces introduites comprennent au moins un des éléments sélectionnés dans le groupe suivant : Bore, Phosphore, Arsenic. Avantageusement, le Bore, l'Arsenic ou le Phosphore peuvent être 30 introduits dans les zones «exposées », en surface de la couche superficielle 140. Par ailleurs, il a été constaté expérimentalement qu'une région dans laquelle le bore est introduit présentera alors une vitesse d'enlèvement par CMP d'au moins 50% inférieure à la vitesse d'enlèvement de la région sans espèces introduites, tandis qu'une région dans laquelle le Phosphore ou l'Arsenic est introduit présentera une vitesse d'enlèvement par .CMP d'au moins 10% supérieure à la vitesse d'enlèvement de la région sans espèce introduite. Ainsi, selon les figures 4A à 4D, dans un premier mode de réalisation particulièrement avantageux pour introduire les espèces, un film d'oxyde de silicium 150 est déposé par PECVD à une température de 400`C sur la surface libre de la couche superficielle 140. L'épaisseur de ce film d'oxyde de silicium 150 est comprise entre 1000 et 10000 Angstrôm. Une couche de résine photosensible 160 est ensuite déposée sur toute la surface du film d'oxyde de silicium 150. According to another embodiment, the deposition step of the amorphous silicon layer is followed by annealing at a temperature greater than 500 ° C., for at least 30 min, under a non-oxidizing atmosphere, preferably under N 2 or under Ar, which makes it possible to transform the surface layer 140 of amorphous silicon previously formed into polycrystalline silicon. After step a) of forming the surface layer 140, species are introduced therein. To this end, a mask is formed on the surface layer 140 so as to define so-called "exposed" areas, not covered by the mask, and so-called "unexposed" areas, covered by the mask. The mask makes it possible to introduce species into the superficial layer 140 opposite the "exposed" zones so as to substantially modify the rate of CMP removal of the zones in which species are introduced with respect to the CMP removal rate. untreated material. The introduced species are confined in the superficial layer 140, that is to say that they extend deep into the superficial layer 140, without passing entirely through it. The introduction of species can advantageously be carried out by a technique chosen from the following techniques: ion implantation, high temperature diffusion, doping by plasma activation. Advantageously, the introduced species comprise at least one of the elements selected from the following group: boron, phosphorus, arsenic. Advantageously, the boron, arsenic or phosphorus may be introduced into the "exposed" zones, on the surface of the superficial layer 140. Furthermore, it has been found experimentally that a region in which boron is introduced will then be present. a CMP removal rate of at least 50% lower than the rate of removal of the region without introduced species, while a region in which phosphorus or arsenic is introduced will have a removal rate by. CMP of at least 10% greater than the removal rate of the region without introduced species. Thus, according to FIGS. 4A to 4D, in a first particularly advantageous embodiment for introducing the species, a silicon oxide film 150 is deposited by PECVD at a temperature of 400 ° C. on the free surface of the surface layer 140 The thickness of this silicon oxide film 150 is between 1000 and 10,000 Angstroms. A layer of photoresist 160 is then deposited on the entire surface of the silicon oxide film 150.
Un masque photo lithographique 170 présentant un motif correspondant aux régions non saillantes 142 de la surface de la couche superficielle 140 est appliqué. En d'autres termes, le motif du masque comporte des ouvertures correspondant aux zones dites « exposées ». On procède ensuite à l'insolation de la résine au travers du masque. A lithographic photo mask 170 having a pattern corresponding to the non-projecting regions 142 of the surface of the surface layer 140 is applied. In other words, the pattern of the mask has openings corresponding to the so-called "exposed" zones. The resin is then exposed to exposure through the mask.
Les zones de résine insolées sont éliminées sélectivement, par exemple par dissolution dans un solvant, de manière à définir le motif correspondant au masque photo lithographique. On procède alors à une étape de gravure de l'oxyde de silicium 150 dans les zones exposées. Cette gravure est typiquement effectuée par gravure 25 sèche, par exemple par gravure plasma. La couche résiduelle de résine est ensuite éliminée à l'aide d'un solvant approprié. On procède alors à l'introduction d'espèces, par exemple du Bore, dans les régions non saillantes 142 de la couche superficielle 140. Le profil de concentration en Bore introduit débouche sur la surface libre des régions 30 non saillantes 142 et s'étend jusqu'à une profondeur 143. La profondeur 143 peut correspondre à l'épaisseur de la couche superficielle 140 que l'on désire enlever dans les régions non saillantes 142. L'introduction du Bore peut être effectuée par implantation, ou par plasma. Avantageusement, la concentration en Bore introduit est supérieure à 5*1019 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 11 02° Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 51 02° Atomes / cm3. On procède ensuite à l'élimination du masque par gravure. On procède, éventuellement, ensuite à un recuit d'activation des espèces introduites à une température supérieure à 650t, p endant au moins 2 heures, sous gaz inerte, i.e. non oxydant. L'azote et l'argon peuvent être 10 avantageusement choisis pour former une atmosphère inerte. Un second mode de réalisation d'introduction des espèces, représenté aux figures 5A à 5D, diffère du premier mode de réalisation en ce que :. - le masque photo lithographique dont le motif correspond aux régions 15 saillantes 141 de la surface de la couche superficielle 140 est appliqué. En d'autres termes, les ouvertures du masque correspondent aux zones dites exposées. Les espèces introduites comprennent au moins un élément sélectionné dans le groupe : Phosphore, Arsenic. 20 - Les espèces sont introduites dans les régions saillantes 141 de la couche superficielle Le profil de concentration en Phosphore ou en Arsenic introduit débouche sur la surface exposée à l'environnement extérieur des régions saillantes 141 et s'étend jusqu'à une profondeur 145. La 25 profondeur 145 correspond à l'épaisseur de couche superficielle 140 que l'on désire enlever dans les régions saillantes 141. - Avantageusement, la concentration en Phosphore ou en Arsenic introduit peut être supérieure à 1*1 019 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 1*1019 Atomes / cm3, encore plus 30 préférentiellement supérieure à 11 02° Atomes / cm3. - Les espèces sont avantageusement introduites au moins sur toute la hauteur de la région saillante 141. Dans un troisième mode de réalisation particulièrement avantageux permettant d'effectuer une implantation des régions saillantes 141 avec du 5 phosphore et des régions non saillantes 142 avec du bore, combinant ainsi les deux premiers modes de réalisation précédemment cités. Après l'étape d'introduction d'espèces dans la couche superficielle 140, une étape b) de polissage de la couche superficielle 140 est mis en oeuvre afin d'aplanir la surface de la couche superficielle 140. 10 Avantageusement ce polissage est un polissage mécano-chimique (CMP). Le polissage CMP, « Chemical-Mechanical Polishing » en terminologie anglo-saxonne consiste en un polissage hybride combinant une action chimique et une force mécanique. Un tissu de polissage est appliqué avec pression sur la surface en rotation du matériau. La solution chimique 15 chargée en fines particules solides est appliquée sur le matériau. Ladite solution chimique vient circuler entre la surface à traiter et le tissu de polissage et décuple l'efficacité du polissage. La technologie CMP permet d'adapter avec précision les vitesses d'enlèvement (« Removal rate » en terminologie Anglo-Saxonne) par le 20 choix du couple « solution chimique chargée en fines particules solides » / « tissu de polissage » en fonction du matériau à polir. Les régions saillantes 141 et les régions non saillantes 142 n'ayant pas subit la même introduction d'espèces, la vitesse d'enlèvement de la couche superficielle par CMP ne sera pas la même dans ces deux régions. Nous sommes alors en présence 25 d'un polissage sélectif, pour lequel la sélectivité est définie par le rapport des vitesses d'enlèvement dans les régions saillantes 141 et les régions non saillantes 142. Donc, si le Phosphore ou l'Arsenic a été avantageusement introduit dans les régions saillantes 141, et le Bore a été introduit dans les régions 30 non saillantes 142, les régions saillantes subissent un enlèvement plus fort que les régions non saillantes. Ce mode de réalisation permet alors d'obtenir une surface 140 aplanie avec un enlèvement modéré par rapport à un procédé de CMP standard non sélectif. Bien entendu, les modes de mise en oeuvre de l'invention décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif. Des détails et améliorations 5 peuvent y être apportés dans d'autres variantes d'exécution sans pour autant sortir du cadre de l'invention. La présente invention se rapporte également à un procédé d'amincissement. Le procédé d'amincissement selon l'invention est destiné à toute structure composé d'un substrat 200, présentant une surface 203. 10 Le substrat 200 peut comprendre au moins un matériau sélectionné parmi tous les matériaux utilisés habituellement dans l'industrie de la micro-électronique, de l'optique, l'opto-électronique et le photovoltaïque, notamment les matériaux suivants : silicium, Carbure de silicium, silicium germanium, le verre, une céramique, un alliage métallique. 15 Le procédé selon l'invention commence par l'étape a) de formation d'une couche superficielle 240 en recouvrement de la surface libre 203 du substrat 200, tel que présenté sur la figure 6A. La couche superficielle 240 présente une partie supérieure 241 et une partie inférieure 242. 20 La couche superficielle 240 formée lors de l'étape a) peut faire appel à divers procédés, notamment des procédés comprenant le transfert de couche à partir d'un substrat donneur. Lesdits procédés de transfert impliquent la création d'une zone de fragilisation dans l'épaisseur d'un substrat de départ, dit substrat donneur, et une fracture au niveau de cette 25 zone, après assemblage du substrat donneur avec un substrat receveur. La couche superficielle 240 peut également être réalisée lors de l'étape a) par un dépôt, de préférence selon une technique CVD, ou LPCVD ou PECVD. La couche superficielle 240 comporte au moins un matériau choisi parmi 30 les matériaux suivants : oxyde de silicium, le nitrure de silicium ou oxynitrure, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'aluminium, le nitrure d'aluminium, l'oxyde d'hafnium, le silicium, le silicium poly cristallin, et le silicium amorphe. La couche superficielle 240 est préférentiellement constituée de silicium, silicium poly cristallin, ou de silicium amorphe. La couche de silicium amorphe ou de silicium poly cristallin peut être obtenue par les techniques de dépôt CVD, déposition chimiques en phase vapeur, LPCVD, et PECVD. Ainsi, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, une couche superficielle 240 de silicium amorphe de 1000 à 10000 Angstrôm d'épaisseur est déposée par PECVD à une température de 300`C. Le 10 précurseur de ce mode de déposition est du Silane (SiH4). Selon un autre mode de réalisation, on fait suivre l'étape de dépôt de la couche de silicium amorphe par un recuit à une température supérieure à 500`C, pendant au moins 30 min, sous une atmosphère non oxydante, de préférence sous N2 ou sous Ar, qui permet de transformer la couche 15 superficielle 240 de silicium amorphe précédemment formée en silicium poly cristallin. Après l'étape a) de formation de la couche superficielle 240, on y introduit des espèces. Les espèces sont introduites dans la couche superficielle 240 de manière à modifier sensiblement la vitesse 20 d'enlèvement par CMP de la partie de la couche superficielle 240 dans laquelle des espèces sont introduites par rapport à la vitesse d'enlèvement par CMP du matériau non traité. L'introduction d'espèces peut avantageusement être réalisée par une technique choisie parmi les techniques suivantes : implantation ionique, 25 diffusion à haute température, dopage par activation plasma. De manière avantageuse, les espèces introduites comprennent au moins un des éléments sélectionnés dans le groupe suivant : Bore, Phosphore, Arsenic. Avantageusement, le Bore, l'Arsenic ou le Phosphore peuvent être 30 introduits. Le Bore introduit induira alors une vitesse d'enlèvement par CMP d'au moins 50% inférieure à la vitesse d'enlèvement du même matériau sans espèce introduite, tandis que l'introduction de Phosphore ou d'Arsenic induira une vitesse d'enlèvement par CMP d'au moins 10% supérieure à la vitesse d'enlèvement du même matériau sans espèce introduite. Ainsi, selon les figures 6A à 6C, dans un premier mode de réalisation particulièrement avantageux, on procède alors à l'introduction d'espèces, par exemple du Bore, dans la partie inférieure 242 de la couche superficielle 240. Le dopage en Bore peut être effectué par implantation, ou par plasma. Avantageusement, la concentration en Bore est supérieure à 51 019 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 1*1 02° Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 51029 Atomes / cm3. On procède, éventuellement, ensuite à un recuit d'activation des espèces introduites à une température supérieure à 650`C, p endant au moins 2 heures, sous gaz inerte, i.e. non oxydant. L'azote et l'argon peuvent être avantageusement choisis comme atmosphère inerte. The insolated resin zones are eliminated selectively, for example by dissolving in a solvent, so as to define the pattern corresponding to the lithographic photomask. This is followed by a step of etching the silicon oxide 150 in the exposed areas. This etching is typically carried out by dry etching, for example by plasma etching. The residual layer of resin is then removed using a suitable solvent. The introduction of species, for example boron, into the non-projecting regions 142 of the superficial layer 140 is then introduced. The introduced boron concentration profile opens onto the free surface of the non-projecting regions 142 and extends The depth 143 may correspond to the thickness of the superficial layer 140 that it is desired to remove in the non-projecting regions 142. The introduction of the boron may be carried out by implantation, or by plasma. Advantageously, the concentration of introduced boron is greater than 5 * 1019 atoms / cm3, preferably greater than 11 02 ° atoms / cm3, even more preferably greater than 51 02 ° atoms / cm3. The mask is then removed by etching. Activation annealing of the species introduced at a temperature above 650 ° C., for at least 2 hours, is then carried out under an inert gas, i.e. a non-oxidizing agent. Nitrogen and argon may be advantageously selected to form an inert atmosphere. A second species introduction embodiment, shown in FIGS. 5A-5D, differs from the first embodiment in that: the lithographic photo mask whose pattern corresponds to the projecting regions 141 of the surface of the superficial layer 140 is applied. In other words, the openings of the mask correspond to the so-called exposed zones. The introduced species comprise at least one element selected from the group: Phosphorus, Arsenic. The species are introduced into the salient regions 141 of the superficial layer. The introduced phosphorus or arsenic concentration profile opens onto the surface exposed to the external environment of the projecting regions 141 and extends to a depth 145. The depth 145 corresponds to the superficial layer thickness 140 that is desired to be removed in the protruding regions 141. Advantageously, the phosphorus or Arsenic concentration introduced may be greater than 1 × 10 atoms / cm 3, preferably greater than at 1019 Atoms / cm 3, still more preferably greater than 11 02 Atoms / cm 3. The species are advantageously introduced at least over the entire height of the protruding region 141. In a third particularly advantageous embodiment making it possible to implant the protruding regions 141 with phosphorus and non-protruding regions 142 with boron. thus combining the first two embodiments mentioned above. After the step of introducing species into the surface layer 140, a step b) of polishing the surface layer 140 is carried out so as to flatten the surface of the surface layer 140. Advantageously, this polishing is a polishing mechanical-chemical (CMP). Polishing CMP, "Chemical-Mechanical Polishing" in English terminology consists of a hybrid polishing combining a chemical action and a mechanical force. A polishing cloth is applied with pressure to the rotating surface of the material. The chemical solution loaded with fine solid particles is applied to the material. Said chemical solution circulates between the surface to be treated and the polishing cloth and increases the polishing efficiency tenfold. The CMP technology makes it possible to precisely adjust the removal rates (Anglo-Saxon terminology) by the choice of the pair "chemical solution loaded with fine solid particles" / "polishing cloth" depending on the material. to polish. Since the salient regions 141 and the non-salient regions 142 have not undergone the same species introduction, the rate of removal of the surface layer by CMP will not be the same in these two regions. We are then in the presence of a selective polishing, for which the selectivity is defined by the ratio of the removal rates in the protruding regions 141 and the non-protruding regions 142. Therefore, if the phosphorus or arsenic has been advantageously When introduced into the projecting regions 141, and the boron introduced into the non-projecting regions 142, the projecting regions undergo a stronger removal than the non-projecting regions. This embodiment then makes it possible to obtain a flattened surface 140 with a moderate removal compared to a non-selective standard CMP process. Of course, the embodiments of the invention described above are not limiting in nature. Details and improvements can be made in other variant embodiments without departing from the scope of the invention. The present invention also relates to a thinning process. The thinning process according to the invention is intended for any structure composed of a substrate 200, having a surface 203. The substrate 200 may comprise at least one material selected from all the materials usually used in the micro industry. -electronics, optics, opto-electronics and photovoltaics, including the following materials: silicon, silicon carbide, silicon germanium, glass, a ceramic, a metal alloy. The process according to the invention starts with step a) of forming a surface layer 240 covering the free surface 203 of the substrate 200, as shown in FIG. 6A. The surface layer 240 has an upper portion 241 and a lower portion 242. The surface layer 240 formed in step a) may employ a variety of methods, including methods including layer transfer from a donor substrate. . Said transfer processes involve the creation of an embrittlement zone in the thickness of a starting substrate, said donor substrate, and a fracture at this zone, after assembly of the donor substrate with a receiving substrate. The surface layer 240 may also be made during step a) by deposition, preferably according to a CVD technique, or LPCVD or PECVD. The surface layer 240 comprises at least one material chosen from the following materials: silicon oxide, silicon nitride or oxynitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxide, hafnium, silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. The surface layer 240 is preferably made of silicon, polycrystalline silicon, or amorphous silicon. The amorphous silicon or polycrystalline silicon layer can be obtained by CVD deposition techniques, chemical vapor deposition techniques, LPCVD, and PECVD. Thus, in a particularly advantageous embodiment, a surface layer 240 of amorphous silicon of 1000 to 10,000 Angstrom thick is deposited by PECVD at a temperature of 300 ° C. The precursor of this deposition mode is Silane (SiH4). According to another embodiment, the deposition step of the amorphous silicon layer is followed by annealing at a temperature greater than 500 ° C., for at least 30 min, under a non-oxidizing atmosphere, preferably under N 2 or under Ar, which makes it possible to transform the surface layer 240 of amorphous silicon previously formed into polycrystalline silicon. After step a) of forming the surface layer 240, species are introduced therein. The species are introduced into the surface layer 240 so as to substantially alter the CMP removal rate of the portion of the surface layer 240 in which species are introduced relative to the CMP removal rate of the untreated material. . The introduction of species can advantageously be carried out by a technique chosen from the following techniques: ion implantation, high temperature diffusion, doping by plasma activation. Advantageously, the introduced species comprise at least one of the elements selected from the following group: boron, phosphorus, arsenic. Advantageously, the boron, arsenic or phosphorus may be introduced. The introduced boron will then induce a CMP removal rate of at least 50% less than the rate of removal of the same material without introduced species, while the introduction of phosphorus or arsenic will induce a removal rate by CMP of at least 10% greater than the rate of removal of the same material without introduced species. Thus, according to FIGS. 6A to 6C, in a first particularly advantageous embodiment, the introduction of species, for example boron, into the lower part 242 of the superficial layer 240 is then carried out. be performed by implantation, or by plasma. Advantageously, the concentration of boron is greater than 51 019 Atoms / cm3, preferably greater than 1 * 10 02 Atoms / cm3, still more preferably greater than 51029 Atoms / cm3. Activation annealing of the species introduced at a temperature above 650 ° C. is then carried out for at least 2 hours under an inert gas, i.e. a non-oxidizing agent. Nitrogen and argon may be advantageously chosen as the inert atmosphere.
Selon les figures 7A à 7C, dans un second mode de réalisation particulièrement avantageux, on procède alors à l'introduction d'espèces, par exemple du Phosphore ou de l'Arsenic, dans la partie supérieure 241 de la couche superficielle 240. La concentration en Phosphore ou en Arsenic introduit peut être effectué par implantation, ou par plasma. According to FIGS. 7A to 7C, in a second particularly advantageous embodiment, the introduction of species, for example phosphorus or arsenic, into the upper part 241 of the superficial layer 240 is then carried out. Phosphorus or introduced Arsenic can be performed by implantation, or by plasma.
Avantageusement, la concentration en Phosphore ou en Arsenic peut être supérieure à 1*1018 Atomes / cm3, préférentiellement supérieure à 1*1 019 Atomes / cm3, encore plus préférentiellement supérieure à 1'1020 Atomes / cm3 On procède, éventuellement, ensuite à un recuit d'activation des espèces 25 introduites à une température supérieure à 650<C, p endant au moins 2 heures, sous gaz inerte. L'azote et l'argon peuvent être avantageusement choisis comme atmosphère inerte. Dans un troisième mode de réalisation particulièrement avantageux permettant d'introduire du phosphore ou de l'arsenic dans la partie 30 supérieure 241, et d'introduire du bore dans la partie inférieure 242, combinant ainsi les deux premiers modes de réalisation précédemment cités. Après l'étape d'introduction d'espèces, une étape b) de polissage de la couche superficielle 240 est mis en oeuvre afin d'amincir la couche 5 superficielle 240. Avantageusement ce polissage est un polissage mécano-chimique (CMP). Le polissage CMP, (« Chemical-Mechanical Polishing » en terminologie anglo-saxonne) consiste en un polissage hybride combinant une action chimique et une force mécanique. Un tissu de polissage est appliqué avec pression sur la surface en rotation du matériau. La solution 10 chimique chargée en fines particules solides est appliquée sur le matériau. Ladite solution chimique vient circuler entre la surface à traiter et le tissu de polissage et décuple l'efficacité du polissage. La technologie CMP permet d'adapter avec précision les vitesses d'enlèvement (« Removal rate » en terminologie Anglo-Saxonne) par le 15 choix du couple « solution chimique chargée en fines particules solides » / « tissu de polissage » en fonction du matériau à polir. Les parties 241 et 242 n'étant pas dopées par les mêmes espèces, la vitesse d'enlèvement de la couche superficielle par CMP ne sera pas la même dans la partie supérieure 241, et la partie inférieure 242. Nous sommes alors en présence d'un 20 polissage sélectif, pour lequel la sélectivité est définie par le rapport des vitesses d'enlèvement dans les parties supérieure 241 et inférieure 242. Donc, si le Phosphore ou l'Arsenic a été avantageusement introduit au niveau de la partie supérieure 241 de la couche 240, et le Bore a été introduit au niveau de la partie inférieure 242 de la couche 240, la vitesse 25 d'enlèvement de la partie supérieure 241 est supérieure à la vitesse d'enlèvement de la partie inférieure 242. L'amincissement par polissage devient donc sélectif, et ralentit lorsque la partie inférieure 242 est atteinte. Ce mode de réalisation permet alors d'obtenir une couche 240 amincie avec une non uniformité en épaisseur moins importante par rapport à un procédé 30 de CMP standard non sélectif. Advantageously, the concentration of phosphorus or of arsenic may be greater than 1 * 1018 atoms / cm3, preferably greater than 1 * 1019 atoms / cm3, still more preferably greater than 1'1020 atoms / cm3. Activation annealing of species introduced at a temperature above 650 ° C for at least 2 hours under an inert gas. Nitrogen and argon may be advantageously chosen as the inert atmosphere. In a third particularly advantageous embodiment making it possible to introduce phosphorus or arsenic into the upper part 241, and to introduce boron into the lower part 242, thus combining the first two embodiments mentioned above. After the species introduction step, a step b) of polishing the surface layer 240 is carried out in order to thin the superficial layer 240. Advantageously, this polishing is a chemical mechanical polishing (CMP). Polishing CMP ("Chemical-Mechanical Polishing") consists of a hybrid polishing combining a chemical action and a mechanical force. A polishing cloth is applied with pressure to the rotating surface of the material. The chemical solution loaded with fine solid particles is applied to the material. Said chemical solution circulates between the surface to be treated and the polishing cloth and increases the polishing efficiency tenfold. The CMP technology makes it possible to precisely adjust the removal rates (Anglo-Saxon terminology) by the choice of the pair "chemical solution loaded with fine solid particles" / "polishing cloth" depending on the material. to polish. The parts 241 and 242 are not doped with the same species, the speed of removal of the surface layer by CMP will not be the same in the upper part 241, and the lower part 242. We are then in the presence of selective polishing, for which the selectivity is defined by the ratio of the removal rates in the upper 241 and lower 242 portions. Thus, if the phosphorus or arsenic has been advantageously introduced at the top 241 of the layer 240, and the boron was introduced at the lower portion 242 of the layer 240, the removal rate of the upper portion 241 is greater than the removal rate of the lower portion 242. Thinning by polishing thus becomes selective, and slows down when the lower portion 242 is reached. This embodiment then makes it possible to obtain a thinned layer 240 with less uniformity in thickness compared to a non-selective standard CMP process.
Bien entendu, les modes de mise en oeuvre de l'invention décrits ci-dessus ne présentent aucun caractère limitatif. Des détails et améliorations peuvent y être apportés dans d'autres variantes d'exécution sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Of course, the embodiments of the invention described above are not limiting in nature. Details and improvements can be made in other embodiments without departing from the scope of the invention.
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| FR1201460A FR2983636A1 (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Method for flattening substrate used in e.g. micro-electronics application, involves introducing species into surface layer, so that rate of removal of prominent areas is greater than rate of removal of non-prominent areas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1201460A FR2983636A1 (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Method for flattening substrate used in e.g. micro-electronics application, involves introducing species into surface layer, so that rate of removal of prominent areas is greater than rate of removal of non-prominent areas |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR2983636A1 true FR2983636A1 (en) | 2013-06-07 |
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ID=46852065
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| FR1201460A Pending FR2983636A1 (en) | 2012-05-22 | 2012-05-22 | Method for flattening substrate used in e.g. micro-electronics application, involves introducing species into surface layer, so that rate of removal of prominent areas is greater than rate of removal of non-prominent areas |
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2983636A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5314843A (en) * | 1992-03-27 | 1994-05-24 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuit polishing method |
| US5674784A (en) * | 1996-10-02 | 1997-10-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method for forming polish stop layer for CMP process |
| JPH11340174A (en) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Nippon Steel Corp | Producing method for semiconductor device |
| US20050014346A1 (en) * | 2001-11-29 | 2005-01-20 | Kiyoshi Mitani | Production method for soi wafer |
-
2012
- 2012-05-22 FR FR1201460A patent/FR2983636A1/en active Pending
Patent Citations (4)
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| US5314843A (en) * | 1992-03-27 | 1994-05-24 | Micron Technology, Inc. | Integrated circuit polishing method |
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| Title |
|---|
| FORSBERG M ET AL: "Effect of dopants on chemical mechanical polishing of silicon", MICROELECTRONIC ENGINEERING, ELSEVIER PUBLISHERS BV., AMSTERDAM, NL, vol. 60, no. 1-2, 1 January 2002 (2002-01-01), pages 149 - 155, XP004313059, ISSN: 0167-9317, DOI: 10.1016/S0167-9317(01)00591-3 * |
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