La gravure des tranchées profondes

La gravure des tranchées profondes dans le silicium nécessite avant une étape de photolithographie et une étape de gravure de l’oxyde de masquage.

 La photolithographie avec la résine épaisse AZ 40XT

En début de procédé, les plaquettes de silicium sont recouvertes de la couche d’oxyde de masquage. Cet oxyde protège la surface du silicium contre les contaminants pendant toute la durée du procédé. Le masque de résine est donc réalisé sur cette couche d’oxyde. À la sortie du four d’oxydation, l’oxyde de masquage ne présente pas une surface totalement hydrophile. Pour rendre cette surface davantage hydrophile et améliorer l’adhérence de la résine, la plaquette est plongée dans un bain de Buffer-HF (acide fluorhydrique) pendant quelques secondes puis rincée à l’EDI et séchée à l’azote.

La plaquette est placée dans une étuve à 200 °C durant 15 min pour la déshydrater au maximum. Ensuite, elle est placée dans une étuve afin de déposer sous phase vapeur un promoteur d’adhérence de résine, le HMDS (Hexaméthyldisilazane). La plaquette est maintenant prête pour le dépôt de résine. Le choix de la résine photosensible s’est porté sur une résine positive épaisse de type AZ 40XT [6]. Cette dernière est déposée de manière automatique avec l’équipement EVG 120. Elle est ensuite insolée à travers les

25µm 50µm

finir, elle subit un post recuit suivit d’une révélation sur l’EVG 120 afin de réaliser les motifs dans la résine. Dans une résine aussi épaisse de 40 µm, la définition de petits motifs (9 µm) est plus difficile que la définition de grands motifs. Il faut ainsi s’assurer de l’ouverture totale jusqu’à l’oxyde de masquage de l’ensemble des motifs de la plaquette. La caractérisation au profilomètre mécanique permet de contrôler la bonne épaisseur du masque de résine, qui doit être de 40 µm.

Lors du dépôt de la résine sur la plaquette, nous avons rencontré plusieurs difficultés : 1) Des bulles se forment dans la résine épaisse au moment du dépôt sur la plaquette.

Lors de la gravure profonde des tranchées au plasma, ces bulles vont engendrer des trous dans la plaquette. L’étape suivante du procédé, qui est le remplissage des tranchées avec du polysilicium, ne permet pas de remplir ces trous de diamètre plus grand que les tranchées. Nous obtenons au final une plaquette percée qui ne permet pas de poursuivre le procédé.

2) Après le dépôt de résine et son recuit, nous avons observé un rétrécissement de la résine sur les bords de la plaquette. Une solution a été de placer un anneau de verre au-dessus pour protéger les bords de la plaquette. Lors de la gravure profonde au plasma, la plaquette est tout de même attaquée sur les bords. Nous obtenons une plaquette rongée sur les bords fortement fragilisée pour le reste du procédé.

 La gravure RIE du SiO2 de masquage

À ce stade, la plaquette de silicium est recouverte de l’oxyde de masquage, et au-dessus du masque de résine AZ 40XT 40 µm avec ses ouvertures pour la gravure des tranchées. Avant de réaliser la gravure profonde du silicium, il faut graver l’oxyde de masquage pour atteindre le silicium. La gravure de l’oxyde de masquage se fait par plasma dans le bâti de gravure ICP-RIE (Omega 201). La gravure est réalisée sous vide en introduisant le gaz CF4 sous une puissance de 40 W. Au préalable, la plaquette à graver est collée sur un wafer

support 6’’ avec de l’huile fomblin, car cette machine ne traite que des plaquettes 6”. Le temps nécessaire à la gravure de 800 nm de SiO2 est d’environ 10 minutes. Après la

gravure, la plaquette est décollée et nettoyée sur sa face arrière. Un contrôle au microscope permet de s’assurer de la gravure de l’oxyde jusqu’au silicium. Ensuite, un anneau de verre est collé sur la plaquette toujours recouverte du masque de résine, ceci afin de protéger les bords de la plaquette lors de la gravure profonde, comme évoqué précédemment.

 La gravure RIE profonde du silicium

La gravure profonde est réalisée dans un autre bâti de gravure l’Alcatel P1 (AMS4200) [7]. Ce bâti est adapté à la gravure profonde de silicium par un procédé « tri-pulsé » ou

« Bosch ». Lors de la gravure, la chambre de réaction est sous vide et la plaquette est refroidie par un flux d’hélium en face arrière. Le procédé que nous utilisons pour la gravure profonde du silicium est le procédé dit « Bosch » qui permet d’avoir des flancs bien droit, avec des séquences de gravure-passivation-nettoyage. Le plasma de gravure est de type SF6, la passivation est réalisée avec du C4F8 et le nettoyage se fait sous O2. La

durée de gravure nécessaire à la réalisation de tranchées de 300 µm de profondeur, avec ces faibles dimensions du masque de résine, est d’environ 2 heures. La gravure de la plaquette est contrôlée visuellement pendant toute la durée du procédé. Le masque de résine est également attaqué lors de la gravure des tranchées et son épaisseur diminue. Une fois la gravure terminée, la plaquette est retirée pour s’assurer de la traversée des tranchées. Si les tranchées ne sont pas traversantes, la plaquette peut être réintroduite quelques minutes pour compléter la gravure. Pour finir, une procédure de nettoyage spécifique de l’huile Fomblin sera effectuée après avoir retiré l’anneau. La Figure 136 est une vue au MEB d’une tranchée profonde réalisée dans un substrat de silicium de 300 µm d’épaisseur.

Figure 136 : vue au MEB (Microscope Electronique à Balayage) d’une tranchée profonde réalisée par gravure DRIE