Brevet FR2304104A1 — publié le 19761008

L'invention concerne la microélectronique et, plus préci sèment, un procédé d'obtention des masques colorés destinés à être utilisés dans la production des microcircuits intégrés. On connait un procédé d'obtention des masques colorés de photogravure, qui consiste à former, à la surface d'un substrat de verre, des zones de couche protectrice qui correspondent au dessin voulu, à introduire par diffusion des ions d'un métal colorant dans la couche superficielle des zones du substrat de verre dépourvues de couche protectrice, cette diffusion s'effectuant à une température de 600- à 8000 C, et à effectuer la réduction des ions du métal -colorant dans ces zones, en vue d'obtenir le dessin coloré exigé composé de zones colorées de la couche superficielle du substrat de verre. Lors de la diffusion des ions du métal colorant dans les zones de la couche superficielie du substrat de verre réalisée à la température ci-dessus indiquée, il se produit une inplan- tation des ions aussi bien perpendiculairement à la surface, que sous un angle par rapport à celle-ci, ce qui rend flou le bord de la ligne du dessin coloré, cela étant un défaut essentiel des masques colorés obtenus par le procédé connu. Ainsi, pour obtenir sur un substrat de verre un dessin coloré de densité optique voulue, et égale à 1,5 unités, on forme une couche colcrse de 6 à 7 u d'épaisseur. La largeur du bord flou de la ligne du dessin coloré obtenu par le procédé ci-dessus mentionné est alors égale à l'épaisseur de la couche colorée et atteint aussi de 6 à 7 microns, ce qui limite considérablement la résolution du masque coloré obtenu. L'invention vise à mettre au point un procédé d'obtention des masques colorés permettant de réaliser un masque à haute résolution et à dessin coloré ayant la densité optique exigée et une ligne de dessin nette non dispersée et non décapée. Ce but est atteint grâce au fait que, dans un procédé d'obtention des masques colorés, qui consiste en ce qu'on forme à l'aide d'une couche protectrice déposée, le dessin coloré recherché daxs la couche superficielle d'un substrat de verre, cela étant effectué par diffusion des ions d'un métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre et par réduction ultérieure de ces ions pour obtenir le dessin coloré recherché composé de zones colorées de la couche superficielle du substrat, selon l'invention, après la diffusion des ions du métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre, on dépose sur cette dernière des zones de couche protectrice, qui correspondent au dessin recherché, tandis que la réduction des ions du métal colorant dans les zones dépourvues de couche protectrice de la couche superficielle du substrat de verre est réalisée sous l'effet d'un champ électrique dans le milieu d'un mélange de gaz activé, comprenant de 90% à 98X d'hydrogène et de 10% à 2X d'un gaz lourd inerte, et cela étant fait, on élimine les zones de couche protectrice. L'invention est explicitée dans la description qui va suivre d'un exemple concret de sa réalisation, en se référant aux dessins, sur lesquels la figure 1 représente un substrat de verre, selon l'invention la figure 2 représente une installation dans laquelle est effectuée la diffusion des ions d'un métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre, selon l'invention la figure 3 représente un substrat ayant une couche superficielle qui comprend les ions du métal colorant, selon l'invention la figure 4 représente le même substrat de verre avec les zones déposées de la couche protectrice, selon l'invention la figure 5 représente le même substrat de verre ayant subi l'action des particules activées des gaz, selon l'inventiàn la figure 6 représente une chambre où s'effectue la réduction des ions du métal colorant des zones de la couche superficielle du substrat de verre dépourvues de couche protectrice, selon l'invention la figure 7 représente le même substrat à zones colorées de la couche superficielle du substrat de verre, selon l'invention la figure 8 représente un masque obtenu ayant le dessin coloré recherché, selon l'invention. Le procédé de fabrication des masques colorés consiste en ce qui suit On place les substrats de verre 1, préalablement préparés (fig. 1), dans une cuve d'échange ionique 3, en les fixant au moyen d'un support 2 (fig. 2). La cuve d'échange ionique 3 continent un bain de sel d'un métal colorant 4, ledit métal colorant étant choisi dans le groupe de colorants colloidaux, tels que, par exemple, le cuivre, le vanadium, le chrome et le cadmium, Ce bain de sel de métal colorant 4 est au préalable porté à une température de 600- à 7000C à l'aide de réchauffeurs 5. Afin d'assurer une diffusion uniforme des ions du métal colorant à partir dudit bain de sel de métal colorant 4, le support 2 avec substrats de verre 1 est déplacé dans les sens indiqués par des flèches 6 et 7. La durée de traitement du substrat de verre 1 par le métal colorant est fonction de l'épaisseur exigée d'une couche dopée, ainsi que de la température du bain de sel de métal colorant 4. En vue d'obtenir une pénétration plus profonde des ions du métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre 1 (pour obtenir une épaisseur plus grande de la couche dopée), on augmente la durée de traitement du substrat de verre 1, alors qu'd une température plus haute du bain de sel de métal colorant 4, on réduit cette durée. Sur une face (supérieure) du substrat de verre 1 traitée dans la cuve 3, laquelle possède une couche dopée superficielle 8 (fig. 3), comprenant des ions du métal colorant, on dépose, par un procédé largement connu, des zones 9 (fig. 4) d'une couche protectrice 10 qui correspondent au dessin exigé. Cette couche protectrice 10 peut être du type photorésistant, ainsi qu'en tout autre matériau protecteur. On procède ensuite à un traitement des zones Il de la couche 8, qui ne sont pas protégées à l'aide des zones 9 de la couche, ce traitement étant fait dans un Milieu d'hydrogène activé ayant comice impureté un gaz lourd inerte. De façon conventionnelle, des flèches 12 (fig. 5) indiquent l'action des particules activées de ces gaz. Le traitement des zones 11 de la couche superficielle 8 du substrat de verre 1 s'effectue dans une chambre 13 (fig. 6) contenant, sous une pression de 2.10 M Hg, un mélange de gaz comprenant 98% d'hydrogène et 2% d'un gaz lourd inerte ; pour ce dernier, on peut utiliser 1'argon. Le gaz inerte sert à accélérer le processus de réduction des sions du métal colorant. Il y a dans la chambre 13 des électrodes 14 et 15, auxquelles est appliquée une tension continue de l'ordre de 100 V, en vue de provoquer une décharge gazeuse 16 dans l'espace inter électrodes, et une électrode 17 constituant un support pour les substrats de verre 1, une tension THT U de l'ordre de 1 à 5 V environ étant appliquée à ce support 17. La décharge gazeuse 16, agissant dans la chambre 13 au cours du traitement des substrats de verre 1, engendre des ions positifs et négatifs (particules activées) de l'hydrogène et du gaz lourd inerte qui, sous l'effet d'un champ électrique créé par la tension THT U, bombardent normalement la surface de chacun des substrats de verre 1 portant la couche protectrice 10 (fig Les particules activées, en s'implantant dans la couche dopée 8 superficielle des sonnes Il dépourvues de la couche protectrice 10 provoquent la réduction des ions du métal colorant jusqu'à 1' état atomique, cette réduction ayant pour résultat rne coloration de ces zones 11. La réduction des ions du métal colorant se trouve accé- lérée par suite du bombardement des zones Il par des particules lourdes activées du gaz inerte. Le rapport susmentionné entre les quantités de gaz inerte et d'hydrogène dans le mélange est conditionné par l'exigence d'obtenir les zones Il colorées non décapées. La durée de traitement des zones Il du substrat de verre 1 dans la chambre i3 (fig. 6) est fonction de la vitesse des particules activées qui bombardent le substrat de verre i, de la profondeur de la couche dopée superficielle 8 Ifig. 5) et de la densité optique requise. Les substrats de verre 1 avec des zones colorées Il (fig. 7) étant extraits de la chambre 13 (fig. 6), on élimine, par un des procédés connus et largement appliqués, les zones 9 (fig. 7) de la couche protectrice 10, qui correspondent au dessin exigé, de la face supérieure et la couche 8 de la face in- férieure des substrats 1. La figure 8 illustre un masque obtenu, constitué par un substrat de verre 1 à zones colorées Il de la couche superficielle, ces zones formant le dessin en couleur exigé. Le masque coloré, obtenu selon ce procédé, présente une densité optique du dessin coloré égale à 1,5 unités. Un bord net de la ligne. du dessin en couleur est obtenu grâce au fait qu'au cours de la réduction des ions du métal colorant, les zones Il ont subi un bombardement strictement perpendiculaire (normal) par les particules activées des gaz, et que, de ce fait, elles ont été colorées en stricte conformité avec les zones 9 (fig. 7) de la couche protectrice 10. L'absence de relief géométrique des lignes du dessin coloré (obtention des zones colorées 11 non décapées) a permis d'augmenter la durée de vie des masques colorés obtenus, ainsi que d'améliorer la qualité des empreintes faites à l'aide de ces masques, vu l'absence d'effets de diffraction de bord. Les masques en couleur, produits par le procédé proposé, présentent une haute résolution, ce qui permet de fabriquer à 1'aide de ces masques des éléments des microcircuits ayant les dimensions de 5 à 1 Tous ces avantages permettent d'utiliser les masques colorés décrits pour la fabrication des microcircuits intégrés à intégration à grande échelle (LSI = Large Scale Integration) et des microcircuits intégrés hybrides. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Procédé d'obtention des masques colorés de photogravure, du genre de ceux consistant en ce au'on forme, à l'aide d'une couche protectrice déposée, le dessin coloré recherché dans la couche superficielle d'un substrat de verre, cela s'effectuant par diffusion des ions d'un métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre et par une réduction consécutivendes ions assurant l'obtention du dessin coloré recherché composé de zones colorées de la couche superficielle du substrat de verre, caractérisé par le fait qu'après la diffusion des ions du métal colorant dans la couche superficielle du substrat de verre, on dépose sur cette couche les zones d'une couche protectrice correspondant au dessin recherché, on effectue la réduction des ions du métal colorant dans les zones de la couche superficielle dépourvues de couche protectrice, laauelle réduction est réalisée sous l'effet d'un champ électrique dans le milieu d'un mélange de gaz activé comprenant de 90% à 98% d'hydrogène et de 10% a 2% d'un gaz lourd inerte et, ensuite, on élimine les zones de la couche protectrice.