Brevet FR2506036A1 — publié le 19821119

_-1 _ "Masque pour lithographie par rayonnement et procédé de réalisation de ce masque" L'invention concerne un masque pour lithographie par rayonnement muni d'un support en silicium présentant une face prin- cipale qui est localement recouverte d'une couche absorbant le rayonnement. L'invention concerne en outre un procédé de réalisation d'un masque de ce genre. Un masque de ce genre peut être appliqué, par exemple, dans des processus lithographiques pour la réalisation de systèmes semiconducteurs dont les dimensions de structure sont comprises dans le domaine du micron, processus dans-lesquels on pratique une expo- sition de laque photosensible aux rayons X Dans ce cas, il est pos- sible de réaliser des structures de dimensions de l'ordre de 150 nm L'utilisation de rayons X pour l'exposition d'une laque à structurer présente l'avantage que l'influence de phénomènes de dif- fraction se produisant lors de la projection des structures de mas- quage sur la couche de laque est beaucoup plus faible que lors de l'utilisation de lumière visible. La demande de brevet allemand No 2 302 116 préconise un masque de ce genre, dans lequel la couche absorbant le rayonnement est constituée par une couche d'or. Dans la pratique, ce masque connu convient bien pour des applications déterminées Toutefois, il s'est avéré que lors de la réalisation de structures de plus en plus-fines, des tensions méca- niques se produisant dans le support et dans la couche absorbant le rayonnement provoquent des déformations du masque A la suite de ces déformations, des masques de ce genre pour la lithographie par rayonnement se sont avérés insuffisants pour des applications dans lesquelles il s'agit de disposer d'un pouvour de résolution élevé, c'est-à-dire d'une grande finesse de la configuration. L'invention vise à fournir un masque du genre décrit dans le préambule permettant de réaliser des structures d'une grande fi- nesse. -2- A cet effet, conformément à l'invention, un masque du genre décrit dans le préambule est remarquable en ce que la couche absor- bant le rayonnement est une couche double dont la tension mécanique est compensée en soi De cette façon, on empêche dans une large me- o 5 sure la déformation du masque, alors qu'en outre, on n'influence pas l'absorption de rayonnement par des parties du support non recouver- tes de la couche absorbant le rayonnement, de sorte que le masque présente le plus grand contraste possible. Un mode de réalisation préférentiel du masque conforme à l'invention est remarquable en ce que la couche double est consti- tuée par des couches faites de métaux différents De préférence, les métaux sont du tungstène et du molybdène, la couche de tungstène étant réalisée par pulvérisation cathodique dans les conditions sui- vantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmos- phère gazeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de l'électrode: 800 V; potentiel du support porte-masque: 40 V, alors que la couche en molybdène est réalisée par pulvérisation cathodique dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère ga- zeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de l'électrode: 700 V; potentiel du sup- port porte-masque: 95 V. Le choix de ces métaux de la couche double présente les avantages suivants: le tungstène aussi bien que le molybdène adhè- rent bien au support porte-masque en silicium, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de former entre le support porte-masque et la couche absorbant le rayonnement une couche intermédiaire servant de couche adhésive Les paramètres choisis pour le processus de pulvérisation cathodique utilisé pour la formation de la couche de tungstène aussi bien que de la couche de molybdène, offrent l'avantagé que la couche double ne présente que des tensions mécaniques minimales du fait que la tension de compression qui existe encore dans cette couche du fait des paramètres de réalisation de la couche de tungstène est compensée par une tension de traction présente dans la couche de molybdène, de sorte que dans son ensemble, on obtient une couche double absorbant le rayonnement et qui est pratiquement exempte de tension. -3- L'ordre dans lequel on réalise la couche en molybdène et la couche en tungstène est quelconque. De plus, l'utilisation de ces deux métaux pour la couche double présente l'avantage que les deux métaux forment des produits o 5 d'attaque volatils lors de l'attaque à l'aide d'ions réactifs; cela favorise la réalisation de structures à bords d'attaque abrupts, telles que désirables en vue du masquage. Un autre mode de réalisation préférentiel du masque con- forme à l'invention est remarquable en ce que la couche double est constituée par des couches faites d'un même métal mais réalisées de manières différentes De préférence, le métal est du molybdène La première moitié de la couche en molybdène est réalisée dans les con- ditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de la cathode: 700 V; potentiel du support porte-masque: 65 V, alors que la seconde moitié de l'épaisseur désirée pour la couche en molybdène est réalisée dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des é- lectrodes 200 mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de la cathode: 800 V; potentiel du support porte-masque: à la masse Avec ces para- mètres du processus de pulvérisation cathodique, on obtient une cou- che en molybdène présentant une tension très faible De plus, pour réduire davantage la tension mécanique se produisant dans le masque, un autre mode de réalisation préférentiel du masque conforme à l'invention est remarquable en ce qu'au moins sur l'une des faces principales du support est formée une couche compensatrice de tension, pratiquement perméable au rayonnement De préférence, la couche perméable au rayonnement est constituée soit par du titane soit par du dioxyde de titane. Une couche en titane est réalisée par pulvérisation ca- thodique dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: A = 0,78 Pa; poten- tiel de la cathode: 900 V; potentiel du support porte-masque: à la masse. -4- Une couche en dioxyde de titane est réalisée dans les con- ditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: 02 = 1,3 Pa; potentiel de la cathode: 750 V; potentiel du support porte-masque: à la masse. L'invention concerne en outre un procédé de réalisation d'un masque pour lithographie par rayonnement muni d'un support de silicium présentant une face principale qui est localement recouver- te d'une couche absorbant le rayonnement, procéde suivant lequel on part d'un disque de silicium Conformément à l'invention, ce procédé est remarquable en ce que le disque de silicium est muni d'une cou- che dopée au bore adjacente à sa surface entière, après quoi une partie de cette couche, adjacente à l'une des faces principales du disque en silicium est éliminée dans le silicium situé au-dessous de celle-ci, jusqu'à la couche dopée au bore et adjacente à l'autre face principale de façon qu'il soit formé un support mince en sili- cium dopé au bore sur laquelle, finalement est réalisée la couche absorbant le rayonnement Ainsi, on obtient de façon simple un sup- port mince relativement exempt de tension. La description suivantem en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux com- prendre comment l'invention est réalisée. Les figures la à le représentent différentes étapes suc- cessives de réalisation d'un premier mode de réalisation préféren- tiel d'un masque conforme à l'invention. Les figures 2 a et 2 b représentent un autre mode de réali- sation préférentiel du masque conforme à l'invention. La figure la représente un disque de silicium monocristal- lin 1 qui dans toute sa région adjacente à la surface, est muni d'u- ne couche 3 diffusée au bore Il n'est pas nécessaire de soumettre le disque de silicium à un traitement de polissage général avant le dopage au bore. En vue du dopage au bore, un disque de silicium monocris- tallin tel que par exemple, disponible dans le commerce, d'un diamà- tre de 75 mm, d'une orientation cralline ( 100) et d'une épaisseur de 0,4 mm par exemple, est nettoyé d'abord durant 5 minutes à l'acide -5nitrique fumant ( HNO 3) et, ensuite, durant 10 minutes à l'acide nitrique bouillant (HNO 3) En vue de la diffusion de bore générale, des disques de silicium 1 ainsi préparés sont traités de la manière suivante: D'abord, on forme un dépôt de bore sur les disques de silicium a) en chauffant les disques de silicium jusqu'à 850 C dans une atmosphère de N 2/02 contenue dans un premioer four, ce four étant chargé alternativement de disques de nitrure de bore et de disques de silicium; b) en élevant la température du four à une vitesse de 9 C/mn jusqu'à une température de 970 C sous une atmosphère de N 2/02; c) en soumettant les disques de silicium à une atmosphère de N 2/02 durant 3 minutes à cette température; d) en soumettant ensuite les disques de silicium à une atmosphère de N 2/02/H 2 durant 1 minute à la même templérature; e) puis en soumettant les disques de silicium à une atmosphère de N 2 pur durant 40 minutes, toujours à la même température; f) puis en refroidissant les disques de silicium à une vitesse de 4 C/min jusqu'à 870 C dans une atmosphère de N 2 pur; Ensuite on procède à la diffusion de bore des disques de silicium: a) en réchauffant les disques de silicium jusqu'à 900 C dans une atmosphère de N 2/02 contenue dans un second four, par exemple un four de diffusion; b) en élevant la température des plaques de silicium à une vitesse de 9 C/mn jusqu'à 1200 C dans une atmosphère de N 2/02; c) puis en soumettant les disques de silicium à une atmosphère de N 2/O 2 durant 30 minutes à cette température; d) en refroidissant ensuite les disques de silicium à une vitesse de 3 C/mn jusqu'à 900 C dans une atmosphère de N 2/02. Conmme atmosphère de N 2/02, on utilise, par exemple, une atmosphère en circulation de gaz N 2 d'un débit de 5 ml/mn et de gaz 02 d'un débit de 100 ml/mn. Une couche diffusée au bore, formée dans ces conditions, présentait: une résistivité par carré de 1,4-1,5 Ohm. -6- un dopage de l'ordre de 1,5 1020 atomes par cc et une épaisseur de l'ordre de 4/um. Une partie de la couche 3 diffusée au bore est éliminée à l'aide d'ions réactifs. Pour ce faire, on utilise, par exemple, un masque de re- couvrement 5 mis en place par voie mécanique et consistant, par ex- emple, en aluminium, en acier fin, en silicium ou en verre d'une épaisseur comprise entre 0,3 et 1,0 mm (voir Figure lb) Ce masque de recouvrement 5 protège les régions de la couche 3 diffusée au bord ne devant pas être éliminées, régions qui sont situées sur l'u- ne des faces principales du disque de silicium Avantageusement, dans la région non recouverte par le masque de recouvrement 5, la couche 3 diffusée au bore peut être éliminée par attaque ionique dans un plasma de CF 4/O 2 ou un plasma de SF 6/02, la quantité de 02 étant de l'ordre de 10 % Le processus d'attaque se déroule, par exemple, dans les conditions suivantes: générateur HF: 27,2 M Hz; diamètre des électrodes: 150 mm; potentiel de la cathode: 500 V; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: SF ou CF = 0,5 Pa; 6 4 C 05 a 02 = 0,05 Pa; matériau de la cathode: Si O 2. Dans ces conditions, la vitesse d'attaque R pour du silicium dopé au bore à une concentration de dopage 1020 ato- mes/cm 3 est de 6/ umn/heure dans le Cf 4/O 2 et de 30/um/heure dans le SF 6/O 2. Le disque de silicium 1 ainsi mis à découvert au niveau de l'ouverture du masque 5 de la couche 3 diffusée au bore est soumis ensuit à une étape d'attaque, au cours de laquelle la partie du dis- que de silicium 1 non dopée au bore est éliminée par attaque chimi- que par voie humide La couche 3 restante sert de masque d'attaque (voir Figure 1 c) L'attaque chimique par voie humide est effectuée à l'aide d'un mélange d'éthylènediamine: pyrocatéchine: eau = 5: 1: 2,5 comme solution d'attaque; l'attaque chimique s'opère à une tem- pérature de 110 C Toutefois, il est également possible d'effectuer avantageusement l'attaque chimique à l'aide d'un mélange de 300 g de KOH + 2 g de K 2 Cr 207 + 1200 ml de H 20 à une température de 81 C. Ensuite, sur le support mince 3 ainsi formé et consistant -7- en silicium dopé au bore, on réalise une couche simple en molybdène absorbant le rayonnement sur celle des faces principales de la cou- che 3 diffusée au bore qui est située à l'opposé de la fenêtre, et à l'opposé de la couche 7, perméable au rayonnement dont le procédé d'obtention sera décrit plus loin (figure ld) en procédant par des techniques connues, telles que le dépôt ou la pulvérisation cathodi-. que La configuration de masque voulue est obtenue dans cette couche absorbant le rayonnement à l'aide de techniques connues, telles que la lithographie par faisceau électronique La figure le illustre une telle structure de masque 9 absorbant le rayonnement et constituée par cette couche simple L'épaisseur de la couche de molybdène à partir de laquelle est formée la structure 9, est de 0,8 um dans l'exemple ici décrit L'épaisseur de la couche 9 absorbant le rayon- nement dépend de l'épaisseur du support 3, pour obtenir un rapport de contraste utilisable entre le support porte-masque et la couche absorbant le rayonnement Pour réaliser cette couche en molybdène de façon qu'elle présente peu de tension, il y a lieu de procéder comme suit: on forme lapremière moitié de l'épaisseur voulue de la couche de molybdène dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 m Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; distance entre les électrodes: 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de la cathode: 700 V; potentiel du support porte-masque: 65 V, alors qu'on forme la seconde moitié de l'épaisseur voulue dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; distance entre les électrodes; 42 mm; pression de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; potentiel de la cathode: 800 V; potentiel du support porte-masque: à la masse. La figure 2 a représente comme couche absorbant le rayonne- ment une structure multicouche constituée par une couche de tungs- tène 11 et une couche de molybdène 13 et formée sur le support 3. Efficament, la couche de tungstène 11 aussi bien que la couche de molybdène 13 sont réalisées par pulvérisation cathodique directement sur la couche 3 diffusée au bore ou bien sur la couche compensatrice de tension 7 décrite plus loin Le processus de pulvérisation catho- dique pour la couche de tungstène 11 se déroule, par exemple, dans -8- les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; potentiel de la cathode: 800 V; potentiel du support porte-masque: 40 V; pres- sion de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; distance entre les électrodes: 42 mm. Le processus de pulvérisation cathodique pour la couche de molybdène 13 se déroule, par exemple, dans les conditions suivantes: générateur HF: 13, 6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; potentiel de la cathode: 700 V; potentiel du support porte-masque: 95 V; pres- sion de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 2 Pa; distance entre les électrodes: 42 mm. La figure 2 b représente une structure de masque multicou- che 9 ' constituée par la couche de molybdène 11 et la couche de tungstène 13 La configuration de masque voulue, est obtenue dans la couche multiple absorbant le rayonnement également à l'aide de techniques connues, par exemple par lithographie au faisceau élec- tronique. De plus, pour l'obtention d'un masque particulièrement pauvre en tension, le support 3 est recouvert d'une couche 7 permé- able au rayonnement et compensatrice de tension, couche qui est réa- lisée à l'aide de techniques connues, par exemple par dépot ou par pulvérisation cathodique (voir aussi Figure ld) Dans l'exemple de réalisation envisagé, la couche 7 est en titane ou en dioxyde de titane Avantageusement, la couche en dioxyde de titane peut être réalisée par pulvérisation cathodique réactive dans un plasma d'oxy- gène, dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; potentiel de la cathode: 750 V; potentiel du support porte-masque: à la masse; pression de régime de l'atmosphère gazeuse 02 = 1,3 Pa; distance entre les électrodes: 42 mm. On peut aussi bien, cependant, utiliser au lieu de la cou- che en dioxyde de titane précitée une couche en titane qui, par pul- vérisation cathodique dans une atmosphère inerte, est réalisée dans les conditions suivantes: générateur HF: 13,6 M Hz; diamètre des électrodes: 200 mm; potentiel de la cathode: 900 V; potentiel du support portemasque: à la masse -9- pression de régime de l'atmosphère gazeuse: Ar = 0, 78 Pa, distance entre les électrodes: 42 mm La couche 7 peut être réalisée du c 6 té du support 3 qui est situé à l'opposé de la couche absorbant le rayonnement comme indiqué sur la figure 1, mais il est également possible de la réaliser du même côté que cette couche absorbant le rayonnement, comme indiqué sur la figure 2. -10- REVENDICATIONS 1 Masque pour lithographie par rayonnement muni d'un support de silicium présentant une face principale qui est localement recou- verte d'une couche absorbant le rayonnement, caractérisé en ce que la couche absorbant le rayonnement est une couche double dont la tension mécanique est compensée en soi. 2 Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche double est constituée par des couches faites de métaux dif- férents. 3 Masque selon la revendication 2, caractérisé en ce que les métaux sont du tungstène et du molybdène. 4 Masque selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche double est constituée par des couches faites d'un même métal mais réalisées de manières différentes. Masque selon la revendication 4, caractérisé en ce que le métal est du molybdène. 6 Masque selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le métal est formé par pulvérisation cathodi- que, les couches différentes étant obtenues par une modification de la tension de cathode et de la tension de support. 7 Masque selon l'une quelconque des revendications précéden- tes caractérisé en qu'au moins sur l'une des faces principales du support est formée une couche compensatrice de tension pratiquement perméable au rayonnement. 8 Masque selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche perméable est en titane ou en oxyde de titane. 9 Procédé de réalisation d'un masque selon la revendication 1, suivant lequel on part d'un disque de silicium, caractérisé en ce que le disque de silicium est muni d'une couche dopée au bore adja- cente à sa surface entière, après quoi une partie de cette couche adjacente à l'une des faces principales du disque de silicium est éliminée dans le silicium situé au-dessous de celle-ci, jusqu'à la couche dopée au bore et adjacente à l'autre face principale de fa- çon qu'il soit formé un support mince en silicium dopé au bore sur laquelle, finalement, est réalisée la couche absorbant le rayonne- ment.