Les moyens de la microélectronique

* La salle blanche

* Bilan gravure

La salle blanche

A l'ESIEE, salle blanche de type 1000, appareil sous flux laminaire type [10 - 100]

Retour

I Photolithographie : Simple face ou double face

• Etuve 250°C 15 Mn
• Dépot de résine photosensible à la tournette
• Précuisson 15 mn à 110°C (évaporation des solvants)
• Insolation sous UV (Etape de masquage pour alignement simple ou double face) + Développer (trichlo, dissoud les parties non exposées, garde la résine qui a été polymérisée par les UV)
• Cuisson 15 mn à 140°C

  résine négative : la résine insolée reste, résiste bien aux acides, bonne adhérence.

  résine positive : la résine insolée est "bouffée", meilleur contraste et résolution.

Retour

II Traitement Thermique : Oxydation - dopage

• Oxydation :
  • humide : four à 1000° soumis à un flux de H2 et O , vapeur d'eau (oxyde épais)

    Si + 2H20 --> SiO2 + 2H2

  • séche : idem mais sans H2 (oxyde mince de bonne qualité, 1MV/cm)

    Si + 02 --> SiO2

    Rôle du SiO2 : Masque pour diffusion (1000A°)

On consomme 45% de Si lors d'une oxydation

• Oxyde par RTP : 200 - 500 A°

Dioxyde de Silicium : SiO2

Présente l'avantage d'être gravé beaucoup plus rapidement que le Si par le HF (Acide fluofhydrique). Il peut jouer vis à vis du Si (cas du poly) le rôle de couche sacrificielle. Dans le cadre d'un dopage, il jouera le rôle de couche de protection.

• Dopage : Prédépot (1000° en surface) puis recuit (annealing) (diffusion et homogénéisation du profil de dopage)
  • type N (Phosphore)
• type P (Bore)

 

Couche de protection : SiO2

Retour

 

III Nettoyage

• Solvants : élimination de particules organiques et/ou carbonées (résidus de résine), graisses...

Trichloréthylène (1mn) Acétone (1mn, rince le trichlo qui est non soluble dans l'eau) eau déionisée (3mn) séchage Azote

• Acides : élimination de particules métalliques ou minérales..

  Sulfurique H2SO4 140° (3mn, enlève les particules de 10 à 100 A°) Acide Nitrique fumant + ultrasons HNO3 (3mn, élimine résidu de résine) eau déionisée (3mn) HF 1% (15sec, enlève les 50A° de SiO2 généré par la photolithographie OK quand hydrophyle -> hydrophobe), eau déionisée (>Mohm.cm) séchage Azote

  remarque : le Si est hydrophobe, le SiO2 est hydrophyle.

  Retour

IV Gravure

Elle peut être de deux types :

• Isotrope : uniforme selon toutes les directions.
• Anisotrope : privilégie une direction au sein du materiau gravé.

On peut faire appel à deux types de gravure :

• Humide : Utilisation d'un produit chimique
  • KOH (hydroxyde de potassium): anisotrope
    • Plaquette SI 100 : flanc à 54,7 °
    • Plaquette SI 110 Flanc à 90°
  • EDP (Ethylenediamine pyrocathechol)

 

• Sèche : utilisation d'un plasma

C'est essentiellement une gravure dite directive qui ne tient pas compte de l'orientation cristalline du substrat.

• Sputter etch : on bombarde la surface du substrat par des ions (argon) accélérés par un géné RF. On arrache ainsi les atomes de la cible.
• Ion Beam etching : on bombarde la surface du substrat par des ions (argon) accélérés par un champ continu. On arrache ainsi les atomes de la cible.
• Plasma Etching : Les ions générés par le plasma entre en réaction chimique avec le substrat. La grauvure est isotrope mais offre une bonne sélectivité.
• RIE : Reactive Ion Etching : Combine le sputter etch et le plasma etch. Permet un relatif controle de la selectivité.

 

Gaz ionisé (SF6, Argon)

 

Retour

V Dépôt :

• Sputtering : (Chrome Or Aluminium)

Dépôt sous vide par plasma. On bombarde une cible par un plasma. Les atomes arrachées (pulvérisation) à la cible sont déposés sur le substrat. Par rapport à un dépôt du type "évaporation", on recouvre mieux les "marches"

• Evaporation : (Aluminium)

Sous vide, un faisceau d'électron est projeté sur une cible via un champ magnétique. L'aluminium, par échauffement, passe en phase vapeur et se dépose sur le substrat. On procède à un recuit pour favoriser le recouvrement de marche et l'adhérence.

SiO2 - SI3N4 - Polysilicium

• CVD :

Réaction chimique d'un gaz en surface du Wafer.

Cas SiO2

Cas SI3N4 : Dépôt chimique en phase vapeur (800°C), sert comme masque d'oxydation.

• LPCVD : CVD à basse pression

  Dépot de Polysilicium (625°) et de SiO2 (400°)

• PECVD:

Cas Si3N4 : Dépot chimique en phase vapeur sous plasma amélioré (400°C), sert comme isolant pour connectique (couche de passivation) (Ionisation à 380° d'un Gaz SiH4 et NH3, dépot en surface du Si des ions recombinés en Si3N4

• Epitaxie

• Implanteurs ioniques

Polysilicium - Métal (Al, Au, Cr)

Retour

VI Assemblage

Soudure anodique : soudure Verre Silicium

effectuée autour de 350°C, on polarise la structure Silicium - Verre sous +400V.

Soudure directe Si/Si : (Oxydation Humide, solution adhérence, mise en contact, Scellement thermique).

Remarques :

• Le chrome améliore l'adhérence dans le cas de dépots d'or.
• L'or diffuse dans le Si si T°C>200/250°C
• L'oxyde de Si est hydrophobe, le Silicium est hydrophyle
• L'oxyde de Si est isolant, le Silicium est conducteur
• L'oxyde de Si est aisément gravé par le HF, le Silicium est résistant face au HF
• Le plan 111 du Si est le plus dense (maximum de concentration en atomes de Si), le polysilicium n'a pas d'orientation défini...
• la mobilité dépend de l'orientation du cristal.
• SOI : Silicon On Insulator

Retour

BILAN sur les gravures :

Couches de protection :

SiO2 (Dioxyde de Silicium) : Couche de protection lors de dopage (prédépots N ou P), gravé par plasma

Si3N4 (Silicon Nitride) : couche de protection pour gravure KOH. Gravé par Plasma. Couche isolante pour piste conductrice

Si : résiste au HF, le SiO2 non.

Retour

Bibliographie :

* L'expérience de l'équipe du SMM de l'ESIEE. (The Bruno Mercier Team)

* Silicon Micromachining, M. Elwenspoek and H.V. Jansen, Cambridge University

* Rapport O.Gigan, B. Stoinski

Caractéristiques du SI

Module de Young : 179GPa

Do=E/(12(1-u²))=14.9Gpa

Retour