Brevet FR2029801A1 — publié le 19701023

On sait que la technique pîanar moderne permet de produire des composants semi-conducteurs par diffusion de régions semi-conductrices dans des zones déterminées d'un substrat semi-conducteur, généralement à partir d'une face. La diffusion s'effectue à travers des fenêtres dans une couche écran3 en oxyde ou nitrure de silicium par exemple,. située à la surface du semi-conducteur. Les régions diffusées dans le substrat semi-conducteur doivent avoir des dimensions géométriques parfaitement déterminées et être positionnées aussi précisément que possible, entre elles et par rapport au substrat. La technique des vernis photosensibles permet de satisfaire à ces conditions, compte tenu notamment des dimensions extrêmement réduites des régions produites par diffusion dans le substrat semi-conducteur. Une couche de vernis photosensible est déposée sur la couche écran et structurée par insolation à travers un masque, puis une zone correspondant à la fenêtre de diffusion est détachée au moyen du révélateur. La couche structurée de vernis photosensible sert alors de masque pour 1'attaque chimique de la fenêtre de diffusion dans la couche écran; il est évidemment nécessaire d'utiliser une solution de décapage qui n'attaque pas la couche de vernis photosensible, mais uniquement la couche écran. L'insolation structurée correspond au phénomène suivant; lorsque la couche de vernis photosensible est constituée par un vernis positif, l'insolation structurée n'intéresse lors de la production d'une fenêtre de diffusion que la région de la couche qui est située au-dessus de la future fenêtre et doit être.éliminée pour la production de cette dernière. On obtient ce résultat à l'aide d'un masque opaque, à l'exception d'une zone à reproduire sur la couche de vernis photosensible ou mosaïque. Un tel masque est constitué par exemple par une plaque de verre noircie sauf à l'endroit de la mosaïquè. La région diffusée étant généralement très petite, la totalité de la plaque de verre est pratiquement opaque dans ce procédé, de sorte que le positionnement précis du masque sur des points déterminés- du substrat semiconducteur présente des difficultés notables car le masque est opaque sauf sur une très petite zone et recouvre par suite presque complètement le substrat . C'est pour cette raison que des vernis négatifs sont parfois utilisés à la place de vernis positifs. Ils diffèrent des vernis positifs en ce que le révélateur n'attaque pas les parties insolées de la couche de vernis photosensible, mais les parties non insolées. En cas d'emploi de vernis négatifs à la place de vernis positifs, il ne faut donc pas noircir toute la plaque 70 03373 2 2029801 à l'exception de la zone de la fenêtre de diffusion, mais uniquement cette très petite zone, de sorte que pratiquement tout le masque est transparent ou translucide. Le remplacement de vernis positifs par des vernis négatifs facilite donc conçidérablemsnt le positionnement. Les versa négatifs pré-5 sentent toutefois aussi des inconvénients notables, tels qu'un pouvoir de résolution et une sensibilité inférieurs ou une densité de trous supérieure à ceux des vernis positifs. On a par suite déjà proposé des masques transparents pour «ne certaine gamme d'ondes lumineuses, mais opaques à l'exception de la mosaïque 10 pour une autre gamme d'ondes. La gamme d'ondes pour laquelle l'ensemble du masque est transparent et utilisée pour le réglage du masque doit être choisie de façon à ne produire aucune insolation de la couche de vernis photosensible» car cette dernière se trouve déjà sur la couche écran lors du positionnement et ne doit naturellement pas être insolée. Les maques précités, 15 à transparence variable en fonction de la longueur d'onde de la lumière uti- . lisée, présentent l'avantage de permettre un réglage parfait des masques d'insolation sur la plaquette semi-conductrice, sans appareillage important malgré l'emploi de vernis positifs, grâce à une lumière de longueur d'onde appropriée. 20 Les masques précités à transparence variable sont constitués par un substrat transparent, dont la surface porte une couche absorbante qui est transparente pour une gamme d'ondes déterminée et opaque ou pratiquement opaque par contre pour une autre gamme d'ondes. Cette couche, qui comporte la mosaïque à reproduire sur une couche de vernis photosensible sous forme 25 d'ouvertures, est par exemple en oxyde de silicium (SiO) selon une proposition connue. Le SiO a toutefois l'inconvénient de ne pas présenter la variation spectrale requise de 1'-absorption. Dans le domaine spectral considéré, l'absorption du SiO n'augmente en effet que faiblement quand la longueur d'onde décroît, alors qu'une nette caractéristique de filtre passe-bas est néces-30 saire pour un masque à transparence variable. Pour obtenir en outre la faible transparence 1 % nécessaire dans le domaine de suppression, l'épaisseur de la couche de SiO devrait être de plusieurs ^u, ce qui limiterait la finesse de la mosaïque contenue dans la couche. L'invention a pour objet Tin masque ne présentant pas ces inconvé-35 nients» Selon une particularité essentielle de l'invention,- le masque pour reproduction de mosaïques sur des couches photosensibles comporte un substrat transparent sur lequel se trouve une couche qui contient la mosaïque à reproduire, présente une transmission variable en fonction de la longueur d'onde 70 03373 3 2029801 de la lumière et est constituée par un composé ÏIl/V ou"II"/VI. De bons résultats sont obtenus par exemple quand la couche est constituée par un oxyde, sulfure, séléniure ou tellurure des métaux zinc ou cadmium. ZnSe, CdS et GaP notamment présentent une transmission spectrale pratiquement 5 parfaite. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un masque constitué par un substrat transit) parent et une couche, - la figure 2 représente un masque à mosaïque, - la figure 3 représente le masque de la figure 2 en plan, - la figure 4 représente la courbe de transmission des matériaux considérés en fonction de la longueur d'onde, 15 - la figure 5 représente un masque dont le substrat porte une cou che passivante, et - la figure 6 représente un masque dont la couche optique est recouverte d'une couche protectrice. La figure 1 représente un masque constitué par un substrat transpa-20 rent 1, en verre par exemple, syr lequel est-déposée une couche 2, constituée par un des matériaux prévus selon l'invention. La couche mince 2 peut être déposée par exemple sur le substrat 1 sous vide, par vaporisation thermique, pulvérisation cathodique ou pyrolyse. L'épaisseur de la couche 2 est choisie de préférence de façon à donner la faible transmission désirée dans le domaine 25 de suppression, soit environ 1 % ou moins. Par suite de l'indice de réfraction relativement élevé des matériaux considérés, des interférences variant fortement avec l'épaisseur de la couche 2 produisent d'importantes fluctuations périodiques de la transmission, comme le montre la courbé-de la figure 4. II y a par suite avantage à choisir l'épaisseur de couche précise 30 dans la plage fixée par la transmission ^ 1 %, de façon à obtenir un maximum à une longueur d'onde préférentielle du domaine de transmission, à 546 nm par exemple. Une épaisseur de 0,5 à 0,8 yu est par exemple avantageuse pour une couche 2 en ZnSe, et de 0,3 à 0,6 yU pour une couche en CdS. La couche 2 doit d'une façon très générale être choisie de façon que la trans-35 mission dans le domaine de suppression soit inférieure dans un rapport d'au moins 20 à celle dans la bande passante, .correspondant à des longueurs d'onde plus grandes. 70 03373 4 2029301 La mosaïque 3 représentée à la figure 2 est reproduite de façon connue dans la couche mince 2 par attaque chimique ou pelliculage. Le pel-liculage est un procédé dans lequel la structure désirée est d'abord déposée en négatif sous forme d'une structure de vernis photosensible sur le subs-5 tratj dont la surface est ensuite recouverte intégralement par la couche mince 2. Un solvant produit ensuite le gonflement et l'élimination de la couche de vernis photosensible, la couche mince 2 ne demeurant en positif sur le substrat que dans les fenêtres de la couche de vernis photosensible. Le pelliculage est préférable quand la couche 2 exige un produit 10 de décapage qui attaque le substrat transparent 1 (des solutions contenant } HF par exemple). Il est toutefois possible aussi, avant le dépôt de la couche 2 sur le substrat 1, de passiver la surface de ce dernier, comme l'indique la figure 5, avec une couche mince, résistant au décapage et constituée par de l'oxyde de tantale par exemple. 15 La figure 3 correspond à la vue en coupe de la figure 2 et repré sente le masque selon l'invention en plan, sur lequel est visible la structure de la mosaïque dans la couche 2. La figure 3 montre que la mosaïque est constituée par de nombreuses ouvertures carrées 3, servant à la production de nombreuses fenêtres de diffusion dans une couche isolante, située 20 sur une plaquette semi-conductrice. Cette mosaïque doit toutefois être reportée auparavant sur une couche de vernis photosensible qui se trouve sur la oàucheisalantèet constitue alors le masque de décapage des fenêtres de diffusion dans ladite couche isolante. Des régions sont enfin diffusées dans la plaquette semi-conductrice à travers les fenêtres de la couche isolante, chaque 25 région de diffusion correspondant généralement à un composant semi-conducteur distinct. La technique de diffusion actuelle ne se limite pas à un seul composant dans une plaquette semi-conductrice, mais permet de réaliser simultanément dans une plaquette semi-conductrice de dimensions appropriées de nombreuses régions appartenant à de nombreux composants. 30 Dans le cas d'une forte sollicitation mécanique des masques, comme dans la copie par contact par exemple, et quand il est nécessaire de nettoyer souvent les masques, une couche protectrice 5, résistante mécaniquement et chimiquement, est disposée de préférence sur la mince couche 2, active optique ment, comme l'indique la figure 6. Cette couche protectrice, de même que la 35 couche de protection contre le décapage représentée à la figure 5, est évidemment importante non seulement dans le cas de la présente invention, mais aussi d'une façon très générale. La couche de recouvrement et la couche protectrice doivent présenter une absorption aussi faible que possible. Les matériaux uti 70 03373 5 2029801 lisables pour la couche protectrice 5 sont par exemple SiO, SiC^j ^^3^4 ou SiC. Ces matériaux peuvent également être déposés par exemple sous vide, par vaporisation thermique ou pulvérisation cathodique. La couche protectrice 5 est de préférence déposée après la réalisation de la mosaïque 3 5 dans la couche active optiquement, de façon à recouvrir la couche 2 ainsi que les fenêtres 3 qu'elle contient. L'épaisseur et l'indice de réfraction de la couche protectrice 5 sont choisis en fonction de l'indice de réfraction du substrat transparent 1 et de celui de la couche 2 active optiquement, de façon que cette couche 10 5 augmente la réflexion dans la couche active 2 et la diminue dans les fenêtres 3, sur le substrat 1, à une longueur d'onde choisie dans le domaine de suppression de la couche 2. Cette solution présente l'avantage d'améliorer le contraste du masque. Il en est de même quand le- masque est éclairé par l'arrière, c'est-à-dire à travers le substrat. Dans le cas le plus sim-15 pie, cette condition est satisfaite- . L'emploi des masques selon l'invention ne se limite naturellement 20 pas à la technique des semi-conducteurs, mais est avantageusement possible aussi dans d'autres domaines. 70 03373 6 2029801 REVENDICATIONS 1 - Masque pour la reproduction de mosaïques sur des couches photo-5 sensibles, constitué par un substrat transparent sur lequel se trouve une couche qui contient la mosaïque à reproduire et présente une transmission variable en fonction de la longueur d'onde de la lumière, ledit masque étant caractérisé en ce que la couche est constituée par un composé III/V ou II/VI. 2 - Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cou-10 che est constituée par un oxyde, sulfure, séléniure ou tellurure des métaux zinc ou cadniium. 3 - Masque selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche est en ZnSe, CdS ou GaP. 4 - Masque selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 15 que la couche est choisie de façon à donner un domaine de suppression de la lumière aux longueurs d'onde inférieures à 450 nm et une bande passante aux longueurs d'onde supérieures à 500 nm. 5 - Masque selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche est choisie de façon que .la transmission dans le donâine de 20 suppression soit inférieure à 1 %. 6 - Masque selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche est choisie de façon que le maximum de transmission produit par des interférences d'épaisseur se situe à une longueur d'onde d'observation déterminée, dans la bande passante. 25 7 - Masque selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche est choisie de façon que la transmission dans le domaine de suppression soit inférieure dans un rapport d'au moins 20 à celle dâns la bande passante, correspondant aux longueurs d'onde plus grandes. 8 - Masque selon une des revendications 1 à 7, caractérisé par une 30 couche disposée entre la première couche et le substrat pour la protection de ce dernier lors du décapage d'une mosaïque dans la première couche. 9 - Masque selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche protectrice est en oxyde de tantale. 10 - Masque selon une des revendications 1 à 9, caractérisé par une 35 couche de recouvrement sur la première couche. 11 - Masque selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche de recouvrement est constituée de façon à augmenter la réflexion sur la première couche et à la réduire sur le substrat ou sur une couche protec 70 03373 7 2029801 trice située sur ce dernier, dans la zone des ouvertures déterminées par la mosaïque. 12 - Masque selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de recouvrement est un multiple de A/2 et son indice de réfraction est compris entre celui du substrat et celui de la première couche. 13 - Masque selon une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la couche de recouvrement est en oxyde, nitrure ou carbure de silicium ou en silice. 14 - Procédé pour la production d'un masque selon une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la couche comportant la mosaïque est déposée par vaporisation, pulvérisation cathodique ou pyrolyse. 15 - Procédé pour la production d'un masque selon une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'une mosaïque est réalisée dans la ♦ T couche par attaque chimique, selon la technique des vernis photosensibles. 16 - Procédé de production d'un masque selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une mosaïque est réalisée dans la couche par pelliculage, selon la technique des vernis photosensibles.