Brevet FR2488730A1 — publié le 19820219

- La présente invention concerne un procédé de fabrication de circuits intégrés comprenant les opérations qui consistent à former une première couche sur une surface principale d'une tranche, à déposer une couche de matière de réserve sur la première couche, à former une pellicule conductrice contiguë à une surface de la couche de matière de réserve et à tracer un motif dans la couche de matière de réserve en l'exposant sélectivement à un faisceau de particules chargées. On sait que les systèmes d'exposition à un faisceau d'électrons et d'ions constituent des moyens lithographiques- pour la fabrication des circuits du type à intégration à grande échelle et à très grande échelle. Cependant, la charge déposée par un faisceau d'électrons ou d'ions sur la couche de matière de réserve sensible de la pièce traitée pendant les opérations d'alignement ou d'écriture dans un tel système lithographique tend à s'accumuler sur la pièce traitée ou sur la couche de matière de réserve. Ceci a pour effet de produire des régions chargées qui sont caractérisées par des champs électriques variables dans l'espace et variablesen fonction du temps. Si ces champs sont suffisamment élevés, ils peuvent produire une déflexion parasite du faisceau incident qui arrive sur la pièce traitée, et entraîner ainsi des erreurs de coincidence et de positionnement du motif dans le processus de fabrication. De telles erreurs peuvent dégrader gravement les performances du système lithographique et, en pratique, elles rendent coûteuse ou même impossible l'obtention de circuits à haute résolution avec un tel systèmes Le brevet US 3 689 768 indique qu'on peut atténuer ce problème en déposant une pellicule métallique mince sur la couche de matière de réserve afin de dissiper les concentrations de charge localisées et les champs électriques qui les accompagnent0 Un autre problème qui limite l'obtention d'une résolution élevée consiste dans la difficulté à former une configuration de masque nettement définie sur une surface irrégulière ou non plane. Dans une solution décrite dans l'article de J.M> Moran et col, intitulé "High Resolution, Step Profile, Resist Patterns", The Bell System Technical Journal, Vol, 58, NI 5, mai'- juin, 1979, pages 1027-1036, la surface irrégulière est couverte d'une couche de masquage perdue épaisse ayant une surface supérieure plane. On forme ensuite une couche de masquage intermédiaire sur la couche perdue pour définir un motif à haute résolution qui est ensuite transféré par gravure à travers la couche perdue épaisse. De cette manière, un motif à haute résolution peut être transféré sur la surface irrégulière. Cependant, cette technique complique encore davantage le processus de fabrication du dispositif. Ces problèmes sont résolus par un procédé de fabrication de circuits intégrés tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que la couche conductrice est intercalée entre la première couche et la couche de matière de réserve, le motif tracé dans la couche de réserve est transféré sur la pellicule conductrice, et la pellicule conductrice est utilisée en tant que masque pour transférer le motif sur la première couche. Ainsi, la pellicule conductrice est utilisée à la fois pour dissiper la charge et en tant que masque intermédiaire. Le masque intermédiaire est utile en association avec une couche perdue relativement épaisse, de la manière décrite ci-dessus, mais il peut également être utile, même avec des surfaces très régulières, à cause des tolérances serrées qu'il permet d'obtenir. La pellicule conductrice est avantageusement déposée sur les surfaces latérales de la tranche, de façon à pouvoir établir commodément un contact électrique avec la tranche, pour évacuer efficacement les charge accumulées, au lieu de dissiper simplement les charges à la surface de la tranche. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple particulier de réacteur à flux radial du type convenant à - formation d'une pellicule de conduction de charge sur une trancheconformément aux principes de l'invention; La figure 2 est une coupe d'une tranche revêtue d'une telle pellicule de conduction de charge; La figure 3 montre la tranche revêtue de la figure 2 sur laquelle on a déposéune couche de matière de réserve; La figure 4 montre la structure de la figure 3 montée dans un portecassette; et La figure 5 est une coupe d'une tranche qui comporte une pellicule de conduction de charge réalisée conformément à l'invention et déposée au sommet d'une couche relativement épaisse du type utilisé dans un processus de génération de motif du type dit à trois couches. Une pellicule de conduction de charge réalisée conformément aux principes de l'invention est avantageusement déposée sur la surface d'une pièce traitée dans un réacteur à plasma à flux radial de.type classique. La figure 1 montre une représentation schématique simplifiée d'un tel réacteur. Le réacteur comprend une chambre de réaction 10. Plusieurs pièces traitées 12-15-sont montées dans la chambre 10. Conformément à une caractéristique de l'invention constituant un exemple particulier, une pellicule continue de conduction de charge est conçue de façon à être formée sur la totalité de la surface supérieure de chacune des pièces traitées 12--15, sur les surfaces latérales des pièces traitées et sur une partie périphérique de la surface inférieure de chacune des pièces traitées. La figure 2 montre une telle pellicule 16 déposée sur une pièce traitée qui consiste, à titre d'exemple, en une tranche de silicium 18 portant une couche 20 sur laquelle on doit définir un motif. A titre d'exemple, la couche 20 consiste en une couche de matière de réserve photographique d'une épaisseur de 1,5 pm. Comme le montre la figure 1, les pièces traitées 12-15 qui doivent être revêtues sont respectivement montées en position centrale sur des éléments d'espacement 22-25 qui sont par exemple en aluminium. A titre d'exemple, chacun des éléments 22-25 consiste en un disque d'environ 0,5 mm d'épaisseur et d'environ 5 cm de diamètre. Chaque pièce traitée 12-15 a par exemple un diamètre d'environ 7,6 cmo Ainsi, chaque pièce traitée surplombe l'élément d'espacement 4 2488730 associé. Dans l'exemple particulier qui est considéré ici, une bande d'une largeur de 13 mm à la surface inférieure de chaque pièce traitée en surplomb est ainsi accessible pour le dépôt d'une pellicule de conduction de charge. La chambre de réaction 10 de la figure 1 est limitée par une paroi isolante cylindrique 26, une cathode conductrice 28 et une plaque de fond 30. Les éléments d'espacement 22-25 et les pièces traitées 12-15 sont montés sur l'anode conductrice 32. L'anode 32 est supportée par des conduits 34 et 36. Le conduit 34 se dirige par l'intermédiaire d'un robinet 38 vers un ensemble ventilateur-pompe classique 4OLe conduit 36 est branché à un robinet mélangeur 42 qui reçoit une combinaison de gaz, de la manière indiquée ci-après. L'extrémité du conduit 36 qui se trouve dans la chambre 10 forme une espace annulaire ayant un côté ouvert face aux pièces 12-15 à rev9tir. On obtient de cette manière un flux de gaz radial sur les pièces traitées. Il en résulte que la pellicule qui est déposée sur les pièces traitées dans la chambre 10 est en pratique extrêmement uniforme. Dans un mode particulier de mise en oeuvre des principes de l'invention, le revêtement de conduction de charge qui est déposé sur chacune des pièces traitées 12-15 consiste avantageusement en une pellicule de silicium amorphe dopé au bore. On peut former une telle pellicule de silicium polycristallin en mélangeant par exemple des gaz qui proviennent respectivement de sources d'alimentation en gaz sous pression 43-45. A titre d'exemple, la source d'alimentation en gaz 43 tournit 3 % de silane (SiH4) dans un gaz porteur consistant en argon (Ar), la source 44 fournit 1 % de diborane (B2H6) dans un gaz porteur consistant en argon, et la source 45 fournit un gaz de dilution consistant en argon pur. Les gaz fournis par les sources 43-45 traversent les robinets respectifs 46-48 et ils sont ensuite mélangés dans le robinet 42. A titre d'exemple, après mélange, le débit de gaz entrant dans la chambre 10 est d'environ 4,75 1/mn et sa composition est approximativement la suivante: 0,8 % de SiH4, 0,2 % de B2H6 et 99,0 % de Ar. Une décharge dans un plasma est établie dans la chambre de réaction 10 de la figure 1 en applicant un potentiel radiofréqurnce (Ré) entre la cathode 28 et l'anode 32. Un générateur RF 50, fonctionnant par exemple à 13,56 MHz,est connecté à la cathode 28 par un réseau d'adaptation d'impédance RF, 52, de type classique. L'anode 32 est connectée à un point de potentiel de référence tel que la masse. On peut réaliser ceci en utilisant par exemple un métal approprié pour le conduit 34 et en mettant le conduit à la masse. A titre d'exemple, la pression maintenue dans la chambre de réaction 10 est d'environ 130 Pa. La puissance d'entrée appliquée à la chambre est d'environ 6 W. La température de l'anode est avantageusement maintenue à environ 2000CO Ceci est réalisé, par exemple, au moyen d'un élément chauffant classique 54. Dans ces conditions particulières, une pellicule uniforme se dépose sur les pièces traitées 12-15 à une vitesse d'environ 15 nm/mn. On peut aisément faire varier la vitesse de dépôt en commandant sélectivement la composition du gaz, la pression du gaz et le débit de gaz ou la puissance d'entrée. En pratique, on a constaté qu'une pellicule de conduction de charge du type spécifié ayant une épaisseur dans la plage de 50 à 100 nm était avantageuse. Une telle pellicule se conforme bien à diverses surfaces sous-jacentes et elle présente de façon caractéristique une bonne couverture des marches de ces surfaces. De plus, on peut définir un motif avec une résolution élevée dans une telle pellicule, par une opération d'attaque par voie sèche, en utilisant comme masque résistant à l'attaque une matière de réserve sensible à des particules chargées, placée sur la pellicule. L'attaque de la pellicule peut être accomplie dans un plasma classique comprenant par exemple CF4 et 02 ou CA et Cl.. ou CF et CF3Cl, ou CF3CI ou CHF30 En outre, la pellicule dans laquelle on a formé un motif peut être utilisée elle-même en tant que masque résistant à l'attaque pour transférer le motif qu'elle porte dans une couche sous- jacente, comme on le décrira ci-après de façon plus détaillée, Une pellicule de conduction de charge du type indiqué 6 2488730 ci-dessus présente en outre des efforts de traction relativement faibles (par exemple moins d'environ 2 x 10 Pa). Une telle pellicule à faibles efforts de traction est avantageuse du fait qu'elle a très peu tendance à se décoller et, en outre, elle ne produit pratiquement aucune déformation de la pièce qu'elle revêt. Pour des intensités de champ électrique relativement faibles, la pellicule 16 décrite ci-dessus se comporte comme un semiconducteur intrinséque. Cependant, pour les intensités de champ électrique relativement élevées qu'on rencontre de façon caractéristique au cours de la lithographie par faisceau de particules chargées, la pellicule devient conductrice et constitue un chemin effectif de décharge destiné à éviter l'accumulation de toute charge de valeur notable sur la pièce traitée, On voit sur la figure 3 une couche de matière de réserve 56 déposée uniquement sur la partie supérieure de la pellicule de conduction de charge 16 décrite précédemment. La couche 56 est constituée par n'importe quelle matière de réserve négative ou positive appropriée, adaptée à l'utilisation dans un système d'exposition par faisceau de particules chargées0 On connaît diverses matières de ce type sensibles à des faisceaux d'électrons et/ou d'ions. De façon caractéristique, ces matières s'attachent d'elles- mêmes d'une manière très adhérente à la pellicule 16 décrite précédemment. En irradiant sélectivement puis en enlevant des régions spécifiées d'une telle matière, on trace un motif déterminé dans cette matière. Ensuite, par une séquence de traitement classique, le motif défini dans la couche de matière de réserve 56 est transféré dans la couche sous-jacente 20 Ici, conformément à la séquence de traiteme6t--V- de l'invention, le motif présent dans la couche de matière de réserve 56 est tout d'abord transféré dans la couche de conduction de charge, puis ensuite dans la couche sous- jacente 20O A titre documentaire, on notera en particulier que la pellicule de conduction de charge décrite ici est compatible avec le processus utilisé pour les mrtières de 7 2488730 réserve pour faisceau d'électrons et convient particulièrement à l'utilisation avec ces matières. On peut citer à titre d'exemple de telles matières le poly (méthacrylate. de glycidyle-co-acrylate d'éthyle), encore appelé COP, le poly (méthacrylate de glycidyle-co-chlorostyrène), encore appelé GMC et lespoly(oléfines.su1fonez), encore appehEkPBS. En pratiquela tranche revêtue de matière de réserve représentée sur la figure 3 est montée de façon caractéristique dans une cassette. La cassette est chargée à son tour dans un système lithographique à faisceau de particules chargées dans le but de définir un motif dans la couche de matière de réserve 56. La figure 4 représente en coupe une telle cassette classique 60. La pièce traitée de la figure 3, revêtue de matière de réserve, est représentée montée dans la cassette 60, La cassette 60 de la figure 4 comporte un élément de châssis en L renversé, 62. La cassette 60 comprend également une plaque arrière 64 constituée par une matière conductrice telle que de l'aluminium et un ressort 66 constitué par une matière conductrice telle que du cuivre au béryllium. Une extrémité du ressort 66 est fixée, par exemple par une vis 68s à la face inférieure de l'élément de châssis 62. Lorsque la cassette 60 est montée dans un système lithographique, l'élément de châssis 62 de la cassette 60 est connecté au point de vue électrique à un point de potentiel de référence tel que la masse. Pour monter une pièce traitée revêtue de matière de réserve dans la cassette 60 de la figure 4, on sépare de l'élément de châssis 62 la vis 68 et le ressort associé 66. La plaque arrière 64 est ainsi libérée et peut être séparée de la cassette, Avec l'élément de châssis 62 dans une position inversée par rapport à celle représentée sur la figure 4, on place ensuite la pièce traitée (avec une orientation inversée par rapport à celle représentée sur la figure 3) dans la cassette 60, Ensuite, on assemble la plaque arrière 64 et son ressort de retenue 66 de la manière représentée sur la figure 4. De cette manière, les parties supérieure et inférieure de la pièce traitée revêtue de matière de réserve 8 2488730 sont placées en contact ferme et élastique avec l'élément de châssis 62 et la plaque arrière 64, respectivement. De façon caractéristique, dans le but de ne pas introduire d'efforts genants susceptibles d'entraîner un gauchissement de la pièce traitée, les faces latérales de la pièce sont conçue de façon à ne pas venir en contact avec l'élément de châssis 62. Lorsque la pièce traitée est positionnée de la manière indiquée sur la figure 4, la plaque arrière conductrice 64 est maintenue en bon contact électrique avec la partie périphérique du côté inférieur, décrite précédemment, de la pellicule de conduction de charge 16. Il en résulte que la charge déposée par un faisceau d'électrons ou d'ions pendant l'alignement ou l'écriture de l'opération de lithographie est conduite vers la masse par la pellicule 16. L'accumulation de charge dans la pièce traitée représentée, ou sur cette pièce, est ainsi notablement réduite. Par conséquent, les erreurs d'alignement ou de position de motif provenant des effets d'une telle accumulation de charge sont virtuellement éliminées. La pellicule de conduction de charge 16'décrite ci-dessus rend inutile la pratique courantejusqutà présent qui consiste à enlever des pellicules d'isolant (par exemple d'oxyde) du côté inférieur de la tranche 18 avant d'irradier la couche de matière de réserve de cette tranche dans un système lithographique. La possibilité de conserver ces couches d'isolant en place simplifie la séquence de traitement et, en outre, élimine le risque d'introduire des efforts et d'entraîner un gauchissement de la tranche pendant l'enlèvement Il est important que des images à haute résolution puissent être transférées dans la pellicule de conduction de charge décrite ci-dessus, et à partir de cette pellicule, en utilisant des processus d'attaque par voie sèche de type classique. Cette caractéristique de la pellicule rend son utilisation particulièrement intéressante dans la technique de génération de motif à trois couches à profil abrupt qui est décrite par J.M. Moran et D. Maydan dans l'article "High Resolution, Step Profile, Resist Patterns", The Bell 9 2488730 System Technical Journal, volume 58, NO 5 (mai-juin 1979), pages 1027-1036. La figure 5 illustre la possibilité d'application des principes de l'invention à la technique de génération de motif à trois couches mentionnée ci-dessus. Sur la figure , la pellicule de conduction de charge 16, la tranche 18 et la couche de matière de réserve 56 sont désignées par les mêmes numéros de référence que sur les figures 2-4. On voit également sur la figure 5 des éléments conducteurs 70 et 72 et une couche isolante 74 ayant une surface supérieure non plane0 Conformément à une séquence caractéristique de fabrication de circuit intégré, on doit former un motif dans la couche 74 pour y définir des fenêtres en alignement avec les éléments 70 et 720 Comme l'indique l'article précité, on dépose avantageusement sur la couche 74 une couche perdue relativement épaisse 760 Dans un cas particulier considéré à titre d'exemple, la couche 76 est une couche de 2,6 pm d'épaisseur de matière de réserve photographique HPR-204 fabriqué par la fibre Hunt Chemical Company. La surface supérieure de la couche relativement épaisse 76 est pratiquement plane. La pratique utilisée jusqu'à présent consiste à former sur la couche 76 une couche de masquage intermédiaire mince, par exemple en dioxyde de silicium, Conformément à une caractéristique de l'invention, la pellicule de conduction de charge 16 fait elle-même fonction de couche intermédiaire, Après exposition et développement de la couche de matière de réserve supérieure 56, on soumet la pellicule 16 à une attaque par voiè sèche (par exemple par attaque ionique réactive avec CHF). La couche épaisse 76 est ensuite attaquée par voie sèche, en procédant par exemple par attaque ionique réactive avec de l'oxygène, et en utilisant la pellicule 16 en tant que masque d'attaque, On obtient ainsi une résolution descendant au-dessous du micron, avec des parois pratiquement verticales dans la couche épaisse 760 On effectue ensuite des opérations de traitement classiques. Ces opérations suivantes comprennent de façon caractéristique l'enlèvement de la structure représentée constituée par la couche 76, la pellicule 16 et la couche 56. Ainsi, comme le montre la figure 5 et comme il est décrit ci-dessus, on peut avantageusement inclure la pellicule 16 dans une séquence de fabrication de circuit intégré dans le double but de minimiser l'accumulation de charge et de constituer la couche de masquage intermédiaire dans la technique de génération de motif à trois couches mentionnée ci-dessus0 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication dé circuits intégrés comprenant les opérations qui consistent à former une première couche (76) sur une surface principale d'une tranche, à déposer une couche de matière de réserve (56) sur la première couche, à former une pellicule conductrice (16) contiguë à une surface de la couche de matière de réserve, et à tracer un motif dans la couche de matière de réserve en l'exposant sélectivement à un faisceau de particules chargées, caractérisé en ce que la pellicule conductrice est intercalée entre la première couche et la couche de matière de réserve, le motif tracé dans la couche de matière de réserve est transféré dans la pellicule conductrice et la pellicule conductrice est utilisée en tant que masque pour transférer le motif dans la première couche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche consiste en une couche perdue relativement épaisse ayant une surface supérieure qui est pratiquement plane. 3, Procédé selon larevendication 1, caractérisé en ce que la pellicule conductrice consiste en une pellicule de silicium polycristallin dopé. 4. Procédé selon la revendication-3, caractérisé en ce que la pellicule consiste en une couche de silicium polycristallin dopé au bore et déposé par plasma ayant une épaisseur d'environ5O à 100 nm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pellicule conductrice est également formée sur les surfaces latérales de la tranche et sur une partie périphérique de l'autre surface principale de la tranche. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on monte la tranche dans un support (60),-dans un système de lithographie par faisceau d'électrons, afin d'établir une connexion électrique entre la partie périphérique de la pellicule conductrice et un point de potentiel de référence, afin d'évacuer la charge hors de la pellicule conductrice.