Brevet FR2120026A1 — publié le 19720811

la présente invention concerne des masques protecteurs que l'on peut utiliser par exemple dans le traitement des semiconducteurs et traitements analogues. Elle vise particulière-ment à la formation de masques protecteurs auto-portants» 5 le traitement localisé de régions choisies à l'avance de semi-conducteurs se fait normalement en formant un masque à la surface du semi-conducteur et en exécutant le traitement voulu ,c'est-à-dire l'attaque, la diffusion ou l'implantation d'ionss par exemple. L'emploi de masques protecteurs à cette 10 fin a été souvent proposé , étant entendu que le simple placement du masque à la surface à traiter , comme dans la photogra~ phie à contact , est par lui-même beaucoup plus simple que la formation d'un revêtement sur le semi-conducteur et l'enlèvement ultérieur par voie chimique du revêtement lorsque c'est 15 nécessaire. Une proposition pour un masque protecteur de ce genre a fait l'objet' de la description du brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3.286.690 , dans lequel le procédé de préparation comprend les étapes qui consistent à produire une couche 20 superficielle sur une base de silicium , à masquer cette couche de façon à définir le dessin du masque protecteur voulu et à enlever par attaque chimique la partie non masquée et la base en dessous de celle-ci. La couche superficielle est de bioxyde de silicium et on enlève une partie de la base plus étendue 25 que l'ouverture du masque 9 de façon à permettre un passage sans restriction de la matière à travers l'ouverture. La partie restante de la base sert de support pour le masque mince. Un tel masque a l'inconvénient de ne pas permettre une bonne résolution» et si l'on enlève trop de la base 9il ne se soutient 30 plus de lui-même. Un but de l'invention est de procurer un masque protecteur auto-portant capable d'assurer une bonne résolution. L'invention se caractérise par le fait que l'on forme la couche superficielle de silicium, de telle façon qu'au moins 35 une partie de la couche ait sensiblement l'épaisseur voulue pour le masque protecteur , en ce qi'on réalise le masquage de la couche de façon que le dessin du masque protecteur voulu 71 46747 2120026 soit disposé au-dessus de la partie en question, en ce qu'on transforme la partie exposée en matière de conductivité suffisamment différente de celle du reste de la couche pour permettre qu'il y ait une attaque préférentielle du dessin du 5 masque protecteur par rapport au reste de la couche et en ce qu'on mène l'attaque préférentiellement de façon à enlever toute la base et au moins une partie du dessin du masque protecteur. Le procédé est raisonnablement simple et économique et 10 il conduit à la production de masques protecteurs très minces de haute résolution. Spécifiquement, dans une forme de réalisation de l'invention ,on utilise l'attaque sélective rapide de silicium n+ ou de silicium endommagé ,que l'on peut produire par implantation d'ions ou par attaque par radiation ,respecti-15 vement. On fabrique le masque à partir de silicium épitaxial d'une épaisseur non supérieure à 50 . 10 mm et de préférence _3 de l'ordre d'une fraction de 1 . 10 mm à quelques multiples de cette grandeur , et de grande résistivité ( de préférence supérieure à 1 ohm -cm) que l'on a déposé sur une base n+. On 20 forme le dessin voulu dans la couche du masque à l'aide de techniques de photoréserve normales. Par exemple, on peut déposer -une couche de métal sur la couche épitaxiale et on peut former le dessin voulu par procédé de photolithographie normale. La couche de métal a une épaisseur suffisante pour protéger 25 les parties couvertes de la couche épitaxiale à l'égard du faisceau ionique. On implante ensuite dans la tranche des impuretés n+ ',par exemple de phosphore, avec une énergie suffisante pour que les régions ouvertes de la couche de métal n+ descendent à la matière de base n+. Alors, on peut enlever la couche 30 de métal ou la conserver ,et attaquer en l'enlevant la matière n+ par l'usage d'un procédé d'attaque préférentiel convenable, par exemple tels que ceux décrits dans la demande de brevet. On décrira des formes de réalisation de l'invention en se reportant aux dessins sur lesquels s 35 - Les figures 1 à 3 sont des représentations d'étapes de traitement séquentiel d'un procédé de formation d'un masque protecteur s 71 46747 3 2120026 » les figures 4 à 7 sont des représentations schématiques d'une autre forme de réalisation donnant une structure rigide ; et - les figures 8 à 10 sont dès représentations schémati-5 ques qui montrent une autre suite d'étapes à utiliser pour former un masque protecteur. En se reportant à présent à la figure 1, on y voit une base de silicium n+ 10 qui porte une couche épitaxiale de silicium 11. La résistivité de la couche doit être aumoins d'un 10 ordre de grandeur supérieur à celui de la résistivité de la base et, de préférence, la résistivité absolue de la couche doit être supérieure à 1 ohm cm .. Cette couche peut être formée par un procédé d'épitaxie normal quelconque et doit avoir une épaisseur qui, suivant la résolution voulue, soit de l'ordre 15 de 0,5 • 10°3 mm à 5 • 10""^ mm. La couche 11 est revêtue d'une matière de masquage que l'on traite à son tour par des techniques de photoréserve pour former une couche masquante 12 dont le dessin est indiqué par les régions dénudées 13» Pour l'implantation subséquente des 20 ions, ce masque peut avantageusement être un masque d'une matière connue quelconque telle que de l'aluminium, de l'or ou -=3 du nickel sous une épaisseur de 0,1 à 1,0 . 10 mm. La couche de masquage 12 ne doit pas faire partie de la structure de masquage finale et, en s'exprimant autrement, on peut faire 25 jouer cette fonction de masquage dans des cas appropriés par un masque de protection semblable à ceux que l'on fabrique. On suggère cela dans les cas où le masque doit être utilisé pour une exposition préférentielle au faisceau ionique. On expose ensuite l'objet de la figure 1 à un faisceau 30 d'ions pour implanter dans les régions 13 une imphreté n+. L'exposition doit être suffisante pour doper les régions jusqu'à tout près de la base 10 à une concentration qui satisfasse aux exigences établies précédemment pour la matière de base. La construction résultante est montrée à la figure 2 où. l'on 35 a enlevé la couche de masquage 12. On verra que dans des formes de réalisation constituant des variantes qui seront décrites dans la suite, cette couche est avantageusement retenue à ce 71 46747 4 2120026 moment-là dans le traitement» Les régions dopées 13 peuvent, en variante 9être formées par diffusion thermique d'impuretés à travers les régions dénudées de la couche de masquage 12. L'intérêt de cette varian-5 te dépendra dans une certaine mesure de l'épaisseur de la couche 11. On remarquera que si la couche 11 est très épaisse , une diffusion latérale excessive peut se présenter près de la surface avant que les régions inférieures à la surface reçoivent le dopage voulu. Ainsi, pour une résolution optimale du 10 masque protecteur final, on préfère que les régions à impuretés soient formées par implantation d'ions. Les techniques d'implantation d'ions sont de nature à former des régions d'impuretés sous-superficielles avec un minimum de diffusion latérale. La construction composite qui comprend maintenant une 15 couche de silicium n très mince , avec des régions n+ formées dans son épaisseur suivant un dessin voulu, est chauffée à une température dépassant 650°G pour activer les régions n+ et on l'expose ensuite au traitement d'attaque chimique préférentiel . Ce traitement peut être par exemple un traitement électrolyti-20 que de la construction que l'on prend comme anode dans un bain d'acide fluorhydrique à 5# » à une température de 25°C et avec une densité de courant de l'ordre de 40 à 100 mA/cm . Ce traitement donne lieu à une vitesse d'attaque de la matière n+ , qui est de l'ordre de dix fois la vitesse d'attaque du silicium 25 n qui forme le masque final. Le traitement électrolytique se poursuit jusqu'à ce que la matière n+ dans les régions 13 ; et la couche de base 109 soient enlevées 9laissant le masque protecteur final tel que montré à la figure 3. On remarquera que même si les régions 13 ne s'étendent pas complètement 30 jusqu'à la base n+, l'attaque préférentielle les enlèvera de façon efficace en raison de l'injection de trous à travers la région non transformée pendant 1'électrolyse9 ce qui conduit à un enlèvement préférentiel. Dans les cas où l'épaisseur finale de la couche n 11 35 est vraiment petite, il sera avantageux d'utiliser la techniaue d'attaque préférentielle décrite ici pour la formation d'élé ~ ments de nervure rigides ou de raidisseurs» Ces éléments peuvent 71 46747 5 2120026 avantageusement être constitués d'une pièce avec les régions du masque protecteur, qui ne participeront pas à la fonction de masquage. En se reportant à la figure 49 on y voit une construc-5 tion composite semblable à celle de la figure 1 9 sauf que le dessin de la couche résistante 22 définit les nervures ou la construction de raidissement: 9e'est-à-=dire la grille 24» Les numéros de référence 20 et 21 correspondent aux numéros de référence 10 et 11 de la figure 1. La construction de la figu-10 re 4 est montrée comme déjà exposée à une étape d'attaque qui a enlevé une partie de l'épaisseur de la couche 21. Cette suite d'étapes comprend des étapes d'attaque multiples qui sont intercalées avec des opérations de dopage multiples pour la raison que la couche 21 est typiquement très épaisse 9 de façon 15 à assurer l'épaisseur nécessaire pour la grille raidisseuse 24. La couche de masquage 22 reste avantageusement en place pendant toutes ces étapes. La figure 5 montre la galette ou pastille dans une étape ultérieure du processus f après au moins une étape supplémentaire de dopage et de préférence -d'attaque chi-20 mique. On verra que la base 20 est amincie tandis que les fenêtres 23 deviennent plus profondes. Le rapport de l'épaisseur des nervures raidisseuses 24 aux régions amincies des fenêtres 23 dépend largement des conditions d'un choix propre à chaque cas. Ce rapport dépassera 2 pour que lfon ait un avantage cer-25 tain9 et on ne voit pas d'avantage à étendre ce rapport au-delà de 20. Lorsqu'on a atteint l'épaisseur finalement désirée pour les régions des fenêtres 23 9 on remplace le masque pour les fenêtres 22 par un masque 26 qui définit le détail désiré pour 30 le masque protecteur. Il est souhaitable 9 du point de vue de l'efficacité de cette opération de masquage9 que les fenêtres -3 23 aient des dimensions sensibles 9par exemple de 50 . 10 mm à 500 . 10 mm. En faisant des circuits intégrés très petits (à séparation ultérieure) intégrés sur une puce semi-eonductri-35 ce unique, il peut être commode que chaque circuit occupe une fenêtre. La construction masquée de la figure 6 est 'exposée alors 71 46747 o 2120026 comme précédemment, à un traitement d'enlèvement sélectif de la matière non masquée qui est représentée sur la figure par 25. les régions enlevées sélectivement,25, sont montrées comme de simples trous pour la simplicité, mais en pratique elles 5 peuvent être "bien plus compliquées. Après exposition de la pastille à l'enlèvement sélectif de la couche n+ 20, qui peut se produire simultanément avec l'enlèvement des régions définies par 25, ou séparément par rapport à cet enlèvement, et après enlèvement de la couche de masquage 26 , le masque pro-10 tecteur final reste comme le montre la figure 7. Dans certains cas, il peut être souhaitable de conserver la couche 26 pour avoir plus d'intégrité ou un masquage plus efficace. liorée encore en recourant à l'expédient que montrent les figu-15 res 8, 9 et 10. A la figure 8, la base de silicium n+ est montrée en 30 avec la couche n 31 couvrant le substrat comme précédemment. Une couche de masquage 32 est appliquée à la surface de la couche n sous la forme voulue dans le masque protecteur final , mais avec des dimensions différentes pour une raison 20 que l'on comprendra. L'épaisseur de la couche 30 correspond à l'épaisseur finale du masque protecteur. Une région 33 est enlevée sélectivement 9par exemple par la technique d'attaque préférentielle décrite à propos des figures 1 et 2. Cependant, cette étape d'enlèvement sélectif se termine avant la pénétra-25 tion complète de la couche n 30, c'est-à-dire que la profondeur de la région attaquée 33 est inférieure à l'épaisseur de la couche n. A ce moment, on expose la construction à une attaque cristallographique anisotropique . Si la base 30 est orientée avec le plan cristallographique {loo} traité (cette désignation 30 comprenant des orientations équivalant à[100]par symétrie) , L'attaque se produira préférentiellement suivant les plans de qui apparaît à la figure 9. L'enlèvement de la couche de masquage temporaire 32 et l'enlèvement préférentiel de la couche 35 de support n+ 30 ,comme précédemment, laissent la construction montrée à la figure 10. Il sera évident maintenant, en se reportant à la figure 10, que la largeur finale de la région attaquée La résolution du masque protecteur final peut être amé- et produira une région attaquée telle que celle 71 46747 7 2120026 indiquée par W^est inférieure à la dimension originelle du masque. Par conséquent, si/des dimensions du masque 32 sont limitées par les capacités de résolution de la ph.otolith.ogra-phie , cette résolution peut être améliorée alors par les 5 traitements d'attaque préférentiels combiné que l'on vient de décrire. Comme les plans du cristaljl1sont à 45° par rapport à la normale, la largeur peut être théoriquement infiniment petite lorsqu'on fait approcher la profondeur de l'attaque cristallographique d'une moitié de la dimension originelle 10 wr Les attaques cristallographiques anisotropiques pour produire le résultat que l'on vient de décrire sont bien connues. Cette forme de réalisation de l'invention est destinée aux applications à haute résolution qui suggèrent une épais- -3 15 seur finale pour le masque protecteur de l'ordre de 50 . 10 mm ou moins, et ceci , comme les formes de réalisation précédentes, doit être spécialement efficace avec la technologie connue comme celle du "silicium mince" , dans laquelle l'épais- —3 seur du masque serait normalement inférieure à 1*0 . 10 mm. 20 Pour un masquage efficace dans le sens usuel, la couche ne de- -3 vrait pas être plus mince que 0,1 . 10 mm. Bien que les exemples précédents aient été décrits pour l'enlèvement sélectif de matière à faible résistivité, l'invention n'en n'est pas limitée pour autant. La situation com-25 plémentaire et autres touchant des jonctions p-n peuvent être traitées suivant un traitement d'attaque préférentiel convenable . 71 46747 8 2120026 REVENDICATIONS 1.- Procédé de préparation d'un masque protecteur comprenant les étapes qui consistent à produire une couche superficielle sur une hase de silicium, à masquer la couche de 5 façon à définir le dessin de masquage protecteur voulu et à enlever par attaque chimique la partie non masquée et la hase en dessous de celle-ci , caractérisé en ce qu'on forme la couche superficielle de silicium de façon à ce qu'au moins une partie de la couche soit sensiblement de l'épaisseur désirée 10 pour le masque protecteur , en ce qu'on réalise le masquage de la couche de façon que le dessin du masque protecteur voulu soit disposé au-dessus de cette partie citée , en ce qu'on transforme la région exposée en matière de conductivité assez différente de celle du reste de la couche pour permettre l'atta-15 que préférentielle du dessin du masque protecteur par rapport au reste de la couche et en ce qu'on attaque préférentiellement de façon à enlever la totalité de la base et au moins une partie du dessin du masque protecteur. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 en ce qu'on forme la couche par des étapes qui consistent à former une première couche de silicium ayant une épaisseur supérieure à celle que l'on désire pour le masque protecteur , à masquer la première couche pour donner un dessin de rainures de renforcement et des régions analogues à des fenêtres, en ce 25 qu'on transforme les parties exposées en une matière de conductivité telle qu'elle puisse être attaquée préférentiellement par rapport au reste de la couche, et en ce qu'on attaque préférentiellement jusqu'à ce que les régions attaquées soient sensiblement de l'épaisseur voulue pour le masque protecteur. 30 3.- Prfecédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la couche contenant les ouvertures du masque protecteur est d'une épais- —3 seur inférieure à 50 . 10 mm et de préférence inférieure à 10 . 10-5 mm. 35 4.-Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche est d'orientation cristalline |^100^,en ce que l'attaque est exécutée de façon à enlever le dessin du masque 71 46747 9 2120026 protecteur jusqu'à partie de la profondeur requise et en ce qu'on complète l'attaque au moyen d'une attaque cristallographique anisotropique qui attaque de préférence le plan cristallin (m} . 5 5-~ Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4) caractérisé en ce que la conductivité de la base est au moins dix fois égale à la conductivité de la couche , et en ce que la conductivité des régions transformées de la couche est au moins de dix fois la conductivité de la couche. 10 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 et 4» caractérisé en ce que la couche est d'un type de conductivité opposé à celui de la "base et en ce que les régions exposées sont transformées en matière de même conductivité que la hase. 15 7.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que la conversion de conductivité est réalisée par implantation d'ions . 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3j> 49 5 et 6, caractérisé en ce qu'on réalise la conver- 20 sion de conductivité par diffusion d'impuretés. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on forme la couche par dépôt sur la base.