ENSERG – ENSPG - ENSEEG 3A – Option...

TP Microsystèmes T1

Laurent Montès / ENSERG-INPG 11

Année Universitaire 2003/2004

TRAVAUX PRATIQUES MICROSYSTEMES

ENSERG – ENSPG - ENSEEG 3A – Option “Microsystèmes”

I La Salle Blanche

II Consignes de sécurité

III Les plaquettes de Silicium

IV La Lithographie

V La gravure

VI Caractérisations

VII Nettoyage des substrats et plaquettes

Responsable : Laurent Montès [email protected] Enseignants : Edwige Bano, Raphaël Clerc, Laurent Montès, Youla Morfouli,

Fabien Volpi, Dimitri Tsamados

Séance T1



Séance T1

I La Salle Blanche Pour éviter que de la poussière puisse se fixer sur la surface de la plaquette de silicium

avant ou pendant les opérations technologiques d'élaboration des circuits intégrés et des microsystèmes, des salles à empoussiérage contrôlé appelées salles blanches sont utilisées. Ceci permet d'éviter les défauts généralement mortels pour le composant, l'ensemble du circuit ou le microsystème du fait des très faibles dimensions mises en jeu.

La qualité d'une salle blanche est définie par sa classe (voir Tableau 1) précisée par une norme américaine (federal standard n°209). On définit la "classe de propreté" par le nombre de particules de diamètre supérieur à 0,5 µm par pieds cube ; 1 pieds = 1 ft = 30 cm, c'est-à-dire que 1 ft3 = 0,027 m3 = 27 litres. La notion de salle blanche commence lorsque la classe est inférieure ou égale à 1000. Dans une atmosphère ambiante normale, la classe serait de 1 à 10 millions. Une bonne salle blanche industrielle est actuellement de classe 1 voire 0,1. Ceci nécessite des équipements nombreux et coûteux. En effet, l'atmosphère d'une salle blanche de production doit être entièrement renouvelée toutes les 7 secondes en évitant toute turbulence dans les zones de travail. Plusieurs millions de mètres cube d'air sont ainsi soufflés et filtrés par heure dans une usine de production. L'accès à ces salles doit se faire avec des survêtements spécialement conçus (surchausses, blouses, gants, bonnets, masques, …) car l'essentiel des poussières est introduit par le personnel lui-même.

Photo 1 : Pour éviter l'introduction de

poussière, toutes les personnes qui rentrent en salle blanche doivent revêtir des

vêtements spéciaux.

Classe Nombre maximum de particules 0,5 µm 0,5 µm US France ft -3 m -3 ft -3 m -3 100 4 000 100 3 500 23 10 000 400 000 10 000 350 00 65 2 300 100 000 4 000 000 100 000 3 500 000 700 25 000

Tableau 1 : Classification des salles blanches.

Par ailleurs, les produits utilisés (notamment les résines) sont sensibles à l'humidité et à la

température. Toute modification de l'un de ces deux facteurs modifie les dimensions des fenêtres. Les salles blanches sont donc climatisées et le degré d'humidité y est contrôlé



(autour de 50%). Enfin, les alignements précis nécessaires à l'enchaînement des différentes étapes ne peuvent se faire qu'en l'absence de vibrations : certaines installations industrielles ont une infrastructure des bâtiments réduisant au maximum les vibrations.

Ces précautions sont nécessaires pour la miniaturisation des dispositifs et des systèmes.

II Consignes de sécurité

Recommandations Importantes Il est interdit de pénétrer en salle blanche sans tenue spéciale et sans gants. Seul le matériel strictement nécessaire est introduit. Il est indispensable de suivre à la lettre les indications portées sur les fiches de mode opératoire. En cas de doute, on demandera systématiquement conseil à un responsable. On veillera en particulier à : • remettre chaque flacon et chaque objet utilisé à sa place, après usage. • respecter l'usage exclusif du matériel : béchers et éprouvettes pour HF, matériel pour

dopage P, ringard pour four d'oxydation, … • manipuler avec soin la verrerie (en particulier celle en quartz1 qu'il ne faut jamais toucher

à mains nues). • refermer immédiatement après usage les flacons, qui contiennent des produits chimiques

d'une très grande pureté qu'il est indispensable de préserver. • récupérer les produits chimiques dans les bidons spécifiques prévus à cet effet. Certains produits chimiques (notamment HF) sont dangereux. On se munira systématiquement de gants et de lunettes pour les manipuler. On prendra soin de manipuler près des bouches d'aspiration et d'éviter de les inhaler. Dans le doute, n'improvisez pas. Demandez conseil. Signalez immédiatement tout incident, même mineur, à un responsable.

Photo 2 : Bouton "coup de poing" d'alarme et lave-œil.

1 Le quartz est un matériau fragile et de grande pureté.

Lave-œil pour solvants

Lave-œil pour acides

Bouton d'ALARME



III Les plaquettes de Silicium La fabrication de plaquettes de silicium nécessite un grand nombre d'étapes, depuis la

croissance d'un lingot cristallin, la découpe en rondelles de ce lingot et le polissage des plaquettes.

III.1. Les lingot de silicium cristallin Pour obtenir des lingots de silicium cristallin, la méthode de "Czochralski" est la plus

utilisée2 : elle consiste à tirer un lingot à partir d'un germe en utilisant un réacteur de croissance (Photo 3) dont la charge est constituée de silicium purifié. Un cristal de silicium comporte 5.1022 atomes/cm3. Or avec une pureté de 0,999999 (difficilement accessible) le dopage non intentionnel équivalent peut être de l'ordre de 5.1016 cm-3. La charge doit être dopée pour obtenir des plaquettes dopées, en rajoutant intentionnellement et en proportions calculées la quantité relative de dopant dans l'ensemble de la charge. La charge est fondue dans un creuset en graphite, puis on effectue un tirage progressif du lingot à partir d'un germe de silicium qui va donner l'orientation cristallographique au lingot. La qualité des lingots dépend des conditions du tirage telles que la vitesse de tirage du germe, les températures du creuset de charge fondue, de l'enceinte, le gradient de température, … C'est notamment la vitesse de tirage qui définit le diamètre du lingot. La différence de vitesse de diffusion des espèces entre la phase liquide et la phase solide entraîne une modification de la concentration relative des espèces le long du lingot. Ainsi la concentration de dopant , donc la résistivité, ne sera pas constante le long du lingot.

Photo 3 : Tirage d'un lingot par la technique Czochralski. Le diamètre et la qualité du lingot sont liés aux conditions du tirage.

2 Une autre technique de croissance est la fusion de zones.

germe

lingot de silicium

creuset

chauffage

tige

bain fondu de silicium



Les extrémités du lingot qui sont riches en impuretés ou mal cristallisées sont éliminée (Photo 4). Il s'agit de l'équeutage du lingot.

Photo 4 : Équeutage d'un lingot.

Après repérage des orientations cristallographiques, on crée un méplat (Photo 5 et Photo 6) qui sert de référence (plan 100 par exemple) pour effectuer la découpe suivant les axes cristallographiques. Cette référence servira au cours du procédé (orientation des zones de conduction par rapport aux axes du cristal, repérage des motifs lors de la photolithographie, axes cristallographiques pour la découpe des puces). Des repères supplémentaires3 permettent d'identifier le type de dopage de substrat et son orientation cristallographique (Photo 6). Les plaquettes sont ensuite découpées (Photo 7) avec des épaisseurs de l'ordre de 400 µm à 600 µm.

Photo 5 : Repérage cristallographique.

type p (100) type p (111) type n (100) type n (111)

Photo 6 : Méplats d'identification des plaquettes.

Photo 7 : Découpe du lingot en plaquettes. Le polissage "mirroir" est généralement obtenu à partir d'une abrasion mécano-chimique

qui combine à la fois les effets mécaniques et chimiques à l'aide de disques de polissage peu

3 À partir du diamètre de 200 mm, seule subsiste une petite encoche pour le repérage cristallographique. La nature du substrat est indiquée par un marquage au laser.

méplat



agressifs et d'une solution abrasive à très petits grains. Compte tenu de l'équeutage et du polissage, 50% à 60% du lingot est éliminé. La plaquette est alors amincie. Son épaisseur varie selon le diamètre des plaquettes (300µm pour des 2", 500µm pour des 8").

En raison de la variation de la concentration d'impuretés lors tirage du lingot, la résistivité finale varie en fonction de la position. Une mesure électrique "quatre pointes" permet une vérification de la gamme de spécifications de la résistivité.

L'évolution de la dimension des lingots (Tableau 2) est liée à la maîtrise des procédés et des équipements. Elle a permis l'augmentation du rendement de fabrication et la diminution des coûts de production par circuit intégré réalisé. En moins de 30 ans, le diamètre des plaquettes a varié dans un rapport 10.

Année Diamètre en mm Diamètre en pouces 1964 25 mm 1 " 1969 50 mm 2 " 1974 75 mm 3 " 1978 100 mm 4 " 1982 125 mm 5 " 1985 150 mm 6 " 1990 200 mm 8 " 1998 300 mm 12 " Tableau 2 : Évolution de la taille des substrats de silicium.

Pour réaliser les microsystèmes, vous disposerez de 2 plaquettes de silicium, disposées

dans une boîte plastique (Photo 8). Ce boîtier sera ouvert de préférence sous les hottes à flux laminaire, où la classe est de l’ordre de 100, alors qu’elle est de 1000 dans le reste de la salle.

Vous prendrez soin de toujours utiliser des pinces pour manipuler les plaquettes. Ces pinces sont spécialement conçues. Elles permettent d’appréhender les plaquettes en ne

les tenant que par le bord, pour protéger au maximum les circuits.

Photo 8 : Les plaquettes devront être rangées dans des boîtiers spécifiques.

Les plaquettes dont vous disposez sont polies sur les deux faces et ont un oxyde de 1,5µm environ.



IV La Lithographie C'est dans la couche de silice que vont être ouvertes des fenêtres de diffusion (dans le cas

du capteur de pression et des transistors) ou les plages d'attaque chimique (dans le cas des microsystèmes de surface comme le bi-lames). Pour délimiter les surfaces mises en jeu, on fait appel à un procédé de transfert d'un masque vers la plaquette appelé photolithographie4. Ce procédé implique l'utilisation d'une laque organique, la résine photosensible5 qui puisse résister à divers attaquants chimiques (notamment à HF). Des ouvertures sont effectuées dans cette résine après une exposition localisée à un flux d'énergie UV 6. Un masque (Photo 9) sur lequel sont dessinés des motifs7 en opaque et transparent est placé entre la source énergétique et la plaquette. L'utilisation du quartz est liée à la nature des photons qui sont en général dans l’UV. Le dioxyde de chrome est opaque à ce rayonnement et permet une bonne définition des motifs élémentaires. L'énergie absorbée par la résine provoque des changements de structure qui modifient sa solubilité dans un solvant, le révélateur ou développeur. Il existe deux types de résines : positives ou négatives. Pour les résines positives (celles que nous utilisons), la résine est exposée à la lumière UV aux endroits où le matériau sous-jacent doit être enlevé. Dans ce type de résine, la partie insolée devient soluble dans le révélateur. En conséquence, le masque est l’exacte copie du motif à transférer et qui reste sur la plaquette (Photo 10). En ce qui concerne les résines négatives, elles agissent de manière opposée : les parties exposées de la résine restent sur la plaquette (Photo 10).

Photo 9 : Masque de photolithographie.

Les résines négatives ont été surtout utilisées dans les premiers temps de la microélectronique ; à l’heure actuelle, ce sont les résines positives qui sont les plus utilisées car elles permettent un meilleur contrôle du processus pour les géométries de faible dimension.

Nous allons utiliser une table à aligner KarlSuss dont la notice de fonctionnement est fournie en annexe.

4 Ce mot est construit à partir de lithos (pierre en grec) et de photographie. 5 en anglais : photoresist. 6 actuellement d'autres types de sources sont à l'étude : UV profonds (Deep UV), rayons X, électrons, ions. 7 en anglais : pattern.

rayonnement UV

plaque de quartz (ou verre) transparente dioxyde de Chrome opaque

résine photosensible substrat



Photo 10 : Principe de la photolithographie.

IV.1. La tournette La méthode la plus répandue pour déposer la résine consiste à étaler le polymère à l’aide

d’une roue à centrifugation à très haute vitesse plus communément appelée tou rnette (Photo 11, Photo 12). La plaquette est aspirée pour qu’elle ne soit pas éjectée (Photo 13). Cette technique8 permet de déposer des couches fines et très uniformes à la sur face des plaquettes.

8 en anglais : spin coating

Photo 11 : Tournette.

Photo 12 : Etalement de la résine.

résine photosensible couche où les motifs doivent être réalisés

masque

résine positive résine négative



Photo 13 : Vue en coupe d’une tournette permettant l’étalement de la résine.

IV.2. Dépôt de la résine Avant de déposer la résine, il faut placer la plaquette sur une plaque chauffante ou dans

une étuve à 120°C de façon à éliminer l'eau et les traces de corps volatils éventuellement présents à la surface. Pour permettre à la résine d’adhérer cor rectement sur la plaquette, il est nécessaire de déposer un promoteur d’adhérence si la couche sur laquelle se fait la lithographie est lisse. C’est notamment le cas pour des couches de silicium et de silice. On dépose le promoteur d’adhérence lorsque la plaquette est en rotation.

La résine, dissoute dans un solvant, se présente sous la forme d'un liquide relativement fluide. Elle est étalée de manière relativement uniforme en utilisant la tournette (Photo 12). Après avoir déposé une goutte sur le centre de la plaquette pour couvrir environ les 2/3 de la surface, celle-ci est étalée par rotation de l'ensemble à grande vitesse. L'épaisseur de la résine est de l'ordre de 1,12 µm. Cette épaisseur est contrôlée par l'accélération (5000 tr/min).

Plus la vitesse de rotation est importante, plus l'épaisseur du film est faible (Photo 14). Il faut cependant tenir compte de l'accélération pour avoir une bonne homogénéité, les solvants de la résine s'évaporant au fur et à mesure de l'étalement, le coefficient de viscosité variant donc simultanément. Cela sous-entend un étalonnage précis. On utilise en général les indications fournies par le fabricant de résine mais l'environnement (notamment la pression partielle des gaz volatiles et l’humidité) joue un rôle important.

103 1040,1

1

10

Epa

isse

ur (

µm )

Vitesse de rotation ( tr/min ) Photo 14 : Variation de l’épaisseur de résine avec la vitesse de rotation.

Pour évaporer le solvant présent dans la résine, la plaquette est ensuite chauffée9 à 120°C.

9 en anglais : soft baking

résine plaquette

tournette

aspiration



IV.3. Alignement L’une des étapes les plus importantes dans la technique de lithographie est l’alignement du

masque. En effet, il faut aligner les motifs sur le masque avec les motifs déjà présent sur la plaquette (niveau précédent). Ainsi il faut aligner tous les niveaux de masque par rapport aux précédents, à l’exception du premier. On utilise une table à aligner 10 (Photo 15 et Photo 16).

10 La procédure d’utilisation de la table à aligner KarlSuss est fournie en annexe.

Photo 15 : Table à aligner simple face.

Photo 16 : Table à aligner double face.

Photo 17 : Alignement.

IV.4. Insolation Une fois que le masque a été correctement aligné avec les motifs de la plaquette, on

procède à l’exposition de la résine à travers le masque avec une lampe UV de haute intensité. L'insolation de la plaquette peut se réaliser de trois différentes manières (Photo 18) : par contact, par proximité ou par projection. Chacune d'entre elles présente ses avantages et ses inconvénients. Par exemple, la technique par contact donne théoriquement la meilleure définition des motifs, mais détériore le masque après chaque opération de masquage en raison des frottements importants à l'échelle microscopique. La projection donne la moins bonne définition optique (Photo 19) en raison des effets de diffraction de la lumière, mais permet par contre d'effectuer une réduction. Dans ce dernier cas, la fabrication du masque est plus simple puisqu'elle n'exige pas une définition au moins égale à celle du motif reporté sur la plaquette.



Photo 18 : Différentes techniques d'insolation : par contact, par proximité et projection.

Par projection, il est possible de jouer sur le grandissement optique pour réaliser des motifs sur la masque de dimension 5 fois supérieure à celle des motifs projetés sur la plaquette.

Photo 19 : Intensité de la lumière au niveau de la résine photosensible après insolation par contact, par proximité ou par projection.

Apparemment, la projection constitue le cas le plus défavorable. Mais en exploitant le fait que la réponse de la résine à la lumière n'est pas linéaire (Photo 20), on peut améliorer la définition des motifs en jouant sur la quantité de photons reçus (intensité lumineuse, temps d'insolation). En ajustant la dose d'insolation pour être au niveau 0,5 Io, on récupère la même dimension de motif.

Photo 20 : Effet de la non linéarité de polymérisation. En choisissant le seuil astucieusement on peut améliorer la définition des motifs.

Dimension (µm)

Inte

nsité

(no

rmal

isée

)

Dose lumineuse

Poly

mér

isat

ion

Contact Proximité Projection

Source UV

Système Optique

Masque

Résine

Plaquette



IV.5. Développement / révélation Après exposition de la résine, il faut effectuer le développement (Photo 22) qui consiste à enlever la résine des zones exposées11. On utilise pour cela un développeur qui est un produit spécialement adapté à chaque type et marque de résine. Pour renforcer la résistance de la résine aux attaquants chimiques et améliorer l'adhérence sur le substrat, le développement est suivi d'un recuit à 130°C.

Photo 21 : Révélation puis néttoyage.

Photo 22 : Aspect après développement d’une résine négative (gauche) et d’une résine positive (droite).

11 dans le cas d'une résine positive. Non exposées dans le cas d'une résine négative.



V La gravure Deux techniques de gravure sont couramment utilisées :

- la gravure dite par voie humide, - la gravure sèche.

Ces deux types de gravure interviennent de nombreuses fois au cours des procédés modernes. Elles permettent de graver de façon sélective, des couches ou des films afin de créer des motifs (zone actives de dispositifs, grille de transistors, pistes d'interconnexion, etc.).

V.1. La gravure humide

La gravure par voie humide se fait par attaque chimique en solution aqueuse (bain contenant de l'eau et un agent de gravure). Par exemple, l'oxyde de silicium (Si02) est gravé par une solution partiellement diluée d'acide fluorhydrique (HF) tamponnée par du fluorure d'ammonium (NH4F). Suivant les concentrations de l'espèce réactante, on étalonne les vitesses de gravure pour un type de couche. En général, par voie humide, la couche est attaquée de façon équivalente suivant toutes les directions de l'espace. On dit que la gravure est isotropique (Photo 27).

Dans de très nombreuses filières technologiques, la gravure humide est utilisée majoritairement car elle est relativement simple à mettre en œuvre et car un lot complet 12 peut être traité en une seule opération dans des grands bacs.

Photo 23 : Gravure d'un panier de plaquettes par voie humide (vue en coupe). Cela constitue un gain de temps considérable. Par contre, il faut après traitement chimique

rincer abondamment et sécher les plaquettes. Le rinçage se fait aussi dans des bacs. Durant le rinçage à l'eau désionisée, la résistivité de l'eau est contrôlée afin de déterminer la quantité d'ions contaminants encore désorbés par les plaquettes. Lorsque la résistivité devient supérieure à 14 à 16 M Ω.cm, on s'approche de la résistivité de l'eau ultra pure (18 MΩ.cm) et on peut arrêter le rinçage. Le séchage s'effectue dans des centrifugeuses.

La gravure humide présente aussi des inconvénients, à savoir : - la gravure est isotropique (toutes les directions de l'espace) ce qui crée des attaques latérales notamment dans les zones protégées par la résine. - la vitesse de gravure dépend de la concentration et du type d'impureté que contient le film à graver. Cette vitesse de gravure dépend de la quantité des substrats traités, l'efficacité d'attaque diminuant après plusieurs lots. - le point de fin de gravure est difficilement contrôlé. Cela peut entraîner une surgravure latérale ou verticale dans le cas d'une faible sélectivité.

12 pouvant contenir jusqu'à 200 plaquettes

panier (quartz)

bac (téflon ou pyrex)

solution d’attaque

plaquettes



Les solutions chimiques les plus couramment utilisées en fonction de la nature des couches à graver sont les suivantes :

Matériau Mélange d’attaque silicium monocristallin (Si-mono) N2H4 (65%) + H2O (35%)

silicium polycristallin (Si-poly) HNO3 + HF dioxyde de silicium (SiO2) HF + NH4F + H2O nitrure de silicium (Si3N4) H3PO4

Aluminium (Al) H3PO4 + HNO3 + acide acétique + H20 En fonction des concentrations relatives des différents éléments les solutions auront une

vitesse d'attaque plus ou moins importante. Dans le cas de la gravure d'un oxyde recouvrant du silicium monocristallin, la fin de gravure est détectée grâce au phénomène d'hydrophobie ; le liquide a tendance à quitter la surface de la plaquette alors qu'en présence d'oxyde toute la surface est mouillée.

V.2. La gravure sèche : La gravure sèche est en réalité une technique de gravure plasma dans laquelle

interviennent à la fois les effets de bombardement par des ions et la réaction chimique. On la dénomme R.I.E. pour Reactive Ion Etching (gravure réactive ionique). Le réacteur (Photo 24) est composé de deux électrodes qui génèrent dans le réacteur les espèces réactives à partir d’un générateur radiofréquence et des gaz injectés pour graver la couche de surface. Sans polarisation particulière des électrodes, l'attaque est en général isotropique, c'est-à-dire identique suivant toute les directions. Cependant, lorsque les matériaux à graver ont des orientations préférentielles, c'est le cas des cristaux semiconducteurs, la gravure peut se faire préférentiellement suivant des plans réticulaires ou axes cristallographiques. Le réacteur est équipé d'un système de contrôle de gravure ou plus exactement de fin de gravure. Il s'agit d'un interféromètre à laser dont la période du signal détecté change lors d'un changement d'espèces gravées.

Photo 24 : Vue en coupe d’un bâti de gravure RIE.

interféromètre

entrée des gazpompage

anode

cathode / porte-substrat plaquette

plasma



Photo 25 : Bâti de gravure RIE.

Le principe du procédé (Photo 26) est le suivant : - génération dans le plasma des espèces pouvant attaquer chimiquement la couche, - transfert des espèces réactives depuis le plasma vers la surface de la couche à graver, - adsorption de l'espèce attaquante à la surface, - réaction avec la matériau de surface. Le matériau produit par la réaction doit être volatile

pour pouvoir quitter la surface, - désorption du produit de réaction, - diffusion dans l'environnement gazeux. Pour la mise au point de cette étape technologique, la difficulté est de générer des espèces

volatiles après réaction en surface.

Photo 26 : Principe de la gravure plasma.

Suivant les espèces introduites dans le réacteur et suivant la nature de la couche à graver la vitesse d'attaque sera différente. Il faut jouer sur la différence des vitesses pour s'assurer d'un bon contrôle de la gravure. La précision notamment sur la fin de gravure est d'autant meilleure que la sélectivité est importante. En effet, il faut pouvoir graver, par exemple, un oxyde sans pour autant éliminer la couche sous-jacente. On peut aussi éliminer la couche de silicium polycristallin sur un oxyde. En réglant la proportion des gaz réactifs, on ajuste la sélectivité de la gravure du SiO2 par rapport au polysilicium.

Un réglage astucieux entre l'énergie des ions incidents issus du plasma et le flux des ions chimiquement actifs permet d'obtenir des gravures soit isotropiques soit anisotropiques. En effet, en accélérant les ions par une polarisation continue entre les deux électrodes, on peut accélérer les ions réactifs en leur donnant une orientation préférentielle en direction de la surface. La gravure est alors anisotropique. On joue ainsi sur la compétition entre le bombardement ionique et l'attaque chimique.

Film à graver

Espèces réactives

adsorption

désorption

Flux de gaz



Les principaux gaz utilisés dans les gravures sèches sont indiqués dans le tableau suivant :

Matériau à graver Gaz utilisés en R.I.E.

Silicium SF6 CF4 + O2 HF CFCl3 SiO2 CHF3 CF4 + O2 CF4 + H2 SiCl4

Siliciure CFCl3 CF2Cl2 CCl4 SF6 Tableau 3 : Gaz utilisés en gravure RIE en fonction du matériau à graver.

En pratique, la différence entre gravure isotropique et anisotropique peut être représentée sur la Photo 27. Il faudra tenir compte de la gravure latérale plus importante dans le cas de la gravure humide. Il est clair que pour les motifs de très petite dimension, il sera préféré une gravure anisotropique.

Photo 27 : Différence entre gravure isotropique et anisotropique.

La largeur du motif gravé sera différente.

V.3. Comparaison des propriétés des gravures humide et sèche Gravure humide Gravure sèche Sélectivité Élevée Faible Coût de la gravure Faible Élevé Durée Importante Faible Technologie submicronique Difficile Aisée Anisotropie Non Oui Défauts spécifiques Effet galva Dommages par rayonnement Coût environnement Élevé Faible Consommation de produits Élevée Faible Contrôle Difficile Assez bon

Tableau 4 : Comparaison entre gravure humide et sèche.

Substrat (Si)

Film

résine résine

Substrat (Si)

Film

résine résine

Substrat (Si)

Film

résine résine



VI Caractérisations Différentes techniques sont utilisées pour caractériser les matériaux et les étapes.

Notamment pour vérifier le bon déroulement du process.

VI.1. Microscope Optique Les dispositifs étant de la taille de quelques microns, il est nécessaire d’avoir recours à un

microscope optique pour observer les motifs13. Cela permet notamment de vérifier le bon développement de la résine, des attaques, … Comme les couches réalisées sont très minces (<1µm) et qu’elles sont composées de différents matériaux, elles auront des couleurs différentes qui permettrons de les identifier.

13 lorsque vous réalisez des photos, pensez à noter le grossissement de l’objectif et l’échelle.

Photo 28 : Microscope optique.

Photo 29 : Microscope optique : une

caméra CCD permet de visualiser sur un écran les motifs sur la plaquette.

VI.2. Ellipsométrie Pour mesurer l’épaisseur des couches minces de diélectrique, nous utiliserons un

ellipsomètre. Il s’agit d’une technique optique, non destructive, dont le principe et la notice de fonctionnement sont fournis en annexe.

Photo 30 : Ellipsomètrie.



VI.3. Profilométrie La profilométrie est une autre technique pour réaliser des mesures d’épaisseur. Il s’agit

d’une technique destructive puisqu’il est nécessaire d’obtenir une marche, et donc de graver une partie du matériau dont on veut connaître l’épaisseur. Le principe et la notice de fonctionnement sont fournis en annexe.

Photo 31 : Profilomètre Tencor.

VII Nettoyage des substrats et plaquettes L'opération de nettoyage est indispensable avant chaque étape technologique principale et

correspond à une longue suite d'opérations élémentaires. En effet, si une plaquette ou un substrat a attendu entre deux étapes majeures, il faut procéder à un dégraissage et un décapage de la surface en éliminant l'ensemble des impuretés ainsi que l'oxyde natif du silicium qui se forme automatiquement s'il n'est pas recouvert d'une couche protectrice.

Les opérations de nettoyage sont décrites dans le Tableau 5. Etape Durée Action

HF (5% vol) 300 ml 10s Enlève l’oxyde natif Eau DI 5 min ; ρ > 15 MΩ.cm Rinçage

H2SO4 (96% vol) 160ml + H2O2 (30% vol) 160 ml

15 min Oxydation

Eau DI 5 min ; ρ > 15 MΩ.cm Rinçage HF (5% vol) 300 ml 10s Enlève l’oxyde natif

Eau DI 5 min ; ρ > 15 MΩ.cm Rinçage Tableau 5 : Description de la procédure de nettoyage dite du « carreau ».

Cet ensemble d'opérations est renouvelé autant que nécessaire au cours du procédé complet de fabrication.

Photo 32 : Rinçage à l’eau désionisée (DI).

Photo 33 : Séchage à l’essoreuse

(N2, 1800 tr/min).

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