Brevet FR2093930A1 — publié le 19720204

La présente invention concerne les techniques photolithographiques utilisées dans la fabrication des circuits intégrés semiconducteurs et plus particulièrement, une amélioration qui permet d'obtenir des masques photolithographiques ou photographiques de qualité supérieures» 5 Le terme "circuits intégrés" englobe une grande variété de techniques et de formes qui ont été développées dans le domaine des microcircuits lors des dernières années. Dans une de ses formes les plus avancées,. c'est-à-dire, pour le circuit intégré monolithique, on pratique la technologie des micro-circuits planaires. Par un tel procédé, les dispositifs constituant 10 un circuit complexe sont constitués dans la tranche par l'intermédiaire de diffusions réalisées à partir de la surface supérieure de la tranche semiconductrice et des interconnexions seront ultérieurement réalisées entre les dispositifs par métallisation à la surface supérieure. En contrôlant la diffusion des impûretés dans la tranche ou le bloc monolithique, pour 15 constituer les dispositifs demandés, les techniques photolithographiques qui sont utilisées demandent sept masques environ pour la réalisation de la séquence des étapes nécessaires pour réaliser lesdits dispositifs dans le bloc monolithique et pour interconnecter les dispositifs par métallisation. Les techniques photolithographiques sus-mentionnées permettent la réali-20 sation d'un décapage sélectif de l'oxyde qui est essentielle dans la séquence des opérations de diffusion. De façon à obtenir un décapage adéquat de l'oxyde, la tranche est recouverte d'un matériau photorésistant dans lequel est réalisée une configuration de circuit désirée par exposition de zones déterminées du matériau photorésistant. Ensuite la couche d'oxyde sous-jacente au matériau 25 photorésistant peut être sélectivement attaquée. De façon à empêcher toute confusion, il est utile de remarquer qu'il y a trois sortes différentes de "masques" auxquelles on se réfère lors de la fabrication du circuit intégré: un masque photolithographique ou photographique, un masque photorésistant et un masque d'oxyde. Le masque pnotolithogra-30 phique, en général, est soit une image positive, soit négative d'une configuration de circuits réalisée sur la plaque de verre photosensible. Ainsi, un masque photolithographique comprend en général une matrice, un substrat de verre ou un matériau identique et une couche d'émulsion, photographique ou dans certains cas, une couche de chrome, dans laquelle est définie une 35 configuration de circuits. L'objet du masque photolithographique est la formation d'un masque résistant, le but de ce dernier étant de graver de façon sélective l'oxyde ou le métal qu'il recouvre. Ledit masque d'oxyde est défini par une configuration de décapage sélectif des ouvertures dans ■ l'oxyde ce qui permet la diffusion sélective d'impûretés dans la tranche. 40 Comme on l'a remarqué précédemment, la présente invention concerne une 71 15061 2 2093930 1D amélioration du masque photolithographique utilisé pour créer la configuration désirée dans le masque photorésistant. Ainsi, le masque photolithographique amélioré comprend un substrat de quartz ou de verre recouvert d'une couche de silicium amorphe en fines particules ou d'un alliage silicium-germanium, la couche semiconductrice étant décapée en certains endroits qui ont été remplacés par du métal, tel que du cuivre, donnant par ce moyen la configuration de masques désirée. La sélection d'un alliage silicium-germanium a l'avantage de permettre une large gamme de longueurs d'onde qui fournissent un coefficient d'absorption élevé. Un autre aspect de la présente invention concerne la technique cfe fabrication du masque photolithographique mentionné ci-dessus comportant les étapes essentielles suivantes; dépôt d'une couche d'un matériau semiconducteur sur un substrat de quartz ou de verre et le décapage photolithographique du matériau semiconducteur par réaction chimique de déplacement du cuivre 15 pour donner les ouvertures nécessaires définissant le masque dans le matériau semiconducteur. □n soulignera que le masque amélioré sera capable de s'opposer à l'établissement d'un contact avec une tranche de silicium non uniforme. Au contraire, le masque à émulsion photographique ne peut pas réaliser un tel contact 20 dû à la nature trop molle de l'émulsion. En outre, on remarquera que la technique de décapage par déplacement du métal, qui est avantageusement utilisée avec la couche semiconductrice définissant la configuration, permet la création d'ouvertures dans le silicium, ou une couche d'un semiconducteur similaire présentant des bords extrêmement raides par comparaison aux ouverts tures obtenues dans les couches à émulsion photo. La figure 1 est une vue en coupe représentant la technique photolithographique connue dans l'art antérieur. Les figures 2A, 2B, 2C et 2D sont des vues en perspectives illustrant les différentes étapes conformément aux techniques de la présente invention 30 pour réaliser un masque photolithographique. En se référant pour le moment à la figure 1, il est représentée une technique photolithographique générale connue dans l'art antérieur. Conformément à cette technique, un masque photolithographique 10, se; composant d'un substrat 12 réalisé en verre ou par un matériau identique, et d'une couche 14 35 définissant une configuration réalisée à partir d'une émulsion photographique ou de chrome, est disposée au-dessus de la structure semiconductrice 1B. La structure 16 se compose d'une tranche semiconductrice 18, dont la surface supérieure est revêtue d'une couche d'oxyde 20, permettant la diffusion sélective; une couche d'un matériau photorésistant 22 recouvre la couche 40 d'oxyde. 71 15061 3 2093930 Comme on le comprendra, l'exposition à la lumière ultraviolette de la structure 16 par l'intermédiaire du masque 10 entraîne la création d'une configuration sur la couche de matériau photorésistant 22. Se référant maintenant à la figure 2A, il est représenté un masque 5 photolithographique 30, tout a fait semblable au masque 10 de la figure 1, et qui era utilisé dans le même but. Cependant, au contraire du masque 10 qui comporte une couche 14 d'une émulsion photo ou identique, le masque photolithographique 30 comprend un substrat 32 de quartz ou de verre sur lequel est déposée uns couche 34, qui est soit constituée de silicium, soit 10 d' un alliage silicium-germanium. La couche 34 peut être réalisée de différentes façons telles que par croissance en phase vapeur sur la surface du substrat 32. La technique de croissance en phase vapeur est bien connue dans l'art, et est décrite dans le brevet américain n° 2 993 762. Une telle technique demande, dans l'exemple 15 préféré, la pyrolyse du silane à une température d'approximativement 700°C ou inférieure. La couche de silicium 34 a une épaisseur inférieure à 2500 A. Comme illustré dans la figure 2B, l'étape suivante dans le procédé de réalisation d'un masque photolithographique particulier consiste à recouvrir la couche de silicium déjà déposée 34 par une couche 36 d'un matériau photo-20 résistant tel que du K.TFR [matériau vendu par Eastman-Kodak]. Le matériau photorésistant est alors exposé à la configuration qui est désirée pour obtenir le masque 30, et après une telle exposition les parties non affectées du photorésistant sont éliminées par lavage, et l'on obtient comme décrit dans la figure 2B une configuration désirée des ouvertures 36 dans le matériau 25 photorésistant. Ensuite, le silicium qui n'est pas protégé par le photorésistant est décapé par une solution de déplacement du cuivre. Pour une description détaillée de l'utilisation de la solution de déplacement du cuivre, on se référera au brevet américain n° 3 436 259 de Regh et al. On a trouvé que l'agitation 30 ultrasonique pendant cette étape de décapage augmente le décapage du silicium. L'effet du déplacement des atomes de silicium par le cuivre est représenté dans la figure 2C. En suivant l'étape de décapage classique décrite ci-dessus, qui se poursuit pendant environ une minute, le cuivre est complètement éliminé 35 par lavage en rinçant la tranche. Cependant, s'il reste du cuivre résiduel, 11 peut être enlevé par une solution d'acide nitrique. L'acide nitrique agit aussi pour détruire ou dissoudre le matériau photorésistant restant. La structure résultante est illustrée dans la figure 2D dans laquelle on peut voir que la configuration des ouvertures 42 correspond au remplacement 40 sélectif du silicium par le cuivre dans les zones 40 qui, à leur tour, corres 71 15061 4 2093930 pondent aux ouvertures choisies 38 dans le matériau photorêsistant, c'est-à-dire, aux zones pour lesquelles le photorésistant est supprimé, permettant par ce moyen le décapage du silicium. Si nécessaire; bn peut réaliser la suppression totale de tout photoré-5 sistant résiduel par l'intermédiaire d'un bain d'acétone. Ultérieurement, un rinçage dans l'alcool et un séchage dans un courant d'air chaud peut être réalisé dans le cas où on utilise l'acétone comme solvant. Il est apparent que l'avantage fondamental de l'étape de décapage par déplacement du cuivre réside dans le fait qu'elle n'attaque pas la couche 10 photorésistante 36. Un autre avantage est que pour une épaisseur de silicium inférieure à environ 2000 A la couche de cuivre réalisée pendant le décapage par déplacement apparaisse supprimer le décapage latéral et donne un décapage préférentiel à travers l'épaisseur du film. Ceci est particulièrement vrai lorsque l'agitation ultrasonique augmente l'élimination du cuivre pendant 15 le déplacement du silicium. Cependant, dans le cas où les couches de silicium ont une épaisseur d'environ 4000Â, on observe un décapage latéral. On remarquera particulièrement qu'il est avantageux d'obtenir une couche de masquage très fine. Une analyse spectrographique révèle un domaine d'absorption de 4200-5800A. Cette absorption rend la lumière blanche transmise légère-20 ment rougeatre. Par conséquent, la lumière filtrée jaune ou verte de longueur d'onde supérieure peut être utilisée pendant l'alignement superposé. Le domaine d'absorption convient aussi puisque la plupart des photorésistants sont sensibles à la lumière de longueur d'onde inférieure à 4800 A. Dans l'exemple ou réalisation déjà décrit, le substrat est constituée 25 de quartz, et le matériau semiconducteur utilisé est du silicium, de nombreuses expériences ont été réalisées en utilisant ces matériaux. Cependant, comme on l'a déjà noté, d'autres matériaux semiconducteurs peuvent convenir tout aussi bien. Dans un autre exemple, on utilise un alliage de silicium-germanium, et, en particulier, ce dernier peut être déposé sur du verre de façon à . 30 donner un masque photolithographique adéquat par une réaction telle qu'une simple pyrolyse ou par d'autres réactions de croissances en phase vapeur à basse température. Dans le cas où l'on désirs utiliser un verre tendre putôt que du quartz comme substrat, il est souhaitable, pour adapter les caractéristiques de 35 ramollissement à température faible de ces verre que le silicium soit déposé par pulvérisation à haute fréquence. Dans l'expérience qui est réalisée, le silicium est pulvérisé sur des plaques de verre de 6,35 x 6,35 jusqu'à une épaisseur de l'ordre de 1200Â, et le substrat est chauffé jusqu'à une température de 300°C pour augmenter l'adhésion. 40 Ce qui a été décrit est une amélioration des masques photolitho^raphiques 71 15061 5 2093930 et de la technique de réalisation de ces masques. Conformément à l'invention, un masque photolithographique est réalisé comprenant un substrat de quartz ou de verre recouvert d'use fine couche d'un matériau semiconducteur, définissant la configuration, cette configuration étant définie dans le matériau 5 semiconducteur par décapage par déplacement de la couche semiconductrice. Par une telle technique, un masque de haute résolution est obtenu, et le principal avantage réside dans la transparence relative du matériau semiconducteur qui permet de voir les configurations précédentes qui ont été développées sur la tranche à travers ledit masque. Un avantage supplémentaire est 10 que les techniques d'oxydation peuvent être utilisées pour augmenter la durée de vie du masque et promouvoir ses propriétés antiréfléchissantes. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut 15 y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 71 15061 6 2093930 REVENDICATIONS 1.- Masque photolithographique caractérisé sn ce qu'il comprend un substrat de quartz, ou de verre et une couche d'un matériau semiconducteur formée sur ledit substrat, et comprenant au moins une ouverture correspondant à 5 la configuration de masquage désirée. 2.- Masque photolithographique selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau- constituant la couche, cette dernière définissant la configuration est choisie dans le groupe Si, alliage Si-Ge. 10 3.- Procédé de fabrication de masque photolithographique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: l'obtention d'un substrat de quartz ou de verre, le dépôt sur une surface dudit substrat d'une couche d'un matériau semiconducteur, 15 la formation d'une couche photorésistante sur ladite couche et la créa tion d'une configuration désirée par la formation d'au moins une ouverture dans ladite couche phatorésistante, le décapage de ladite couche de matériau semiconducteur à travers ladite ouverture pratiquée dans ladite couche photorésistante par une solution 20 de déplacement de telle sorte qu'un métal soit déposé dans les parties exposées de ladite couche semiconductrice, élimination du métal et du matériau photorésistant pour laisser une configuration comportant au moins une ouverture dans ledit matériau semiconducteur. 25 4.- Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le matériau semiconducteur est du silicium ou un alliage silicium-germanium. 5.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que le matériau photorésistant est du KTFR. 6.- Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la solution 30 de décapage est une solution de déplacement de cuivre dans laquelle le cuivre déplace le silicium. 7.- Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que ladite couche de silicium a une épaisseur inférieure à 2500 A.