Brevet FR2515373A1 — publié le 19830429

1.- "Procédé de fabrication d'un cache maintenu à distance non soutenu " L'invention concerne un procédé de fabrication d'un cache maintenu à distance pour un système de projec- tion de faisceaux de particules, par exemple un canon à électrons ou à ions, en particulier pour la structuration sélective et/ou le dopage, dans l'établissement de circuits. intégrés de haut niveau. Le canon à ions ou à électrons contient un cache maintenu à distance non soutenu, partiellement trans- parent au faisceau de particules qui se reproduit, confor- mément à l'échelle de reproduction du dispositif, sur une couche de semiconducteur, de conducteur, d'isolant ou de vernis, et permet ainsi une sensibilisation ou un dopage sélectif, fragmentaire de la couche L'attaque de toute la surface ou un développement du vernis, après la sensibilisa- tion, rend possible une structuration. Il est connu que l'on peut obtenir des caches maintenus à distance stables, lorsque chaque plan du tracé est réparti, sur au moins deux caches en veillant à obtenir des rapports entre les longueurs et les largeurs des ouver- tures des caches, tels qu'il ne se forme aucun trou fermé annulaire dans le cache Des structures fermées annulaires sont obtenues dans les pièces, lorsque au moins deux caches appartenant à un plan du tracé sont reproduitel'uneaprès l'autre sur la couche y afférente. 2.- On sait aussi qu'il est également possible d 1 ob- tenir un cache stable, si des ouvertures de forme quelcon- que y sont insérées avec une grille de base régulière de façon que les barreaux de la grille cor tribuent à la sta- bilité du cache. L'état actuel de la technique de fabrication de caches à grille stable d'une longueur de bord de 30 à mm# permet de mettre en place une grille qui comporte un réseau et des trous de réseau carrés d'environ 5 P de côté Une sensibilisation/dopage uniforme de la zone de la pièce appartenant au domaine disposé en-dessous, est obtenu par une exposition quadruple A cet effet, le cache et la plaquette sont déplacés, après chaque exposition, l'un par rapport à l'autre, de façon telle que chaque orifice carré du cache permette d'éclairer un carré élémentaire cohérent. En les largeurs des trous et des barreaux sont identiques, après les quatre étapes d'exposition, tout le domaine cou- vert par la grille a été sensibilisé/dopé de façon cohé- rente. La proportion de numération du schéma ne peut, dans ce cas, qu'ôtre égale ou être un multiple de la lon- gueur d'arête de ce carré élémentaire Autrement, les trous de la grille ne seraient recouverts que partiellement par les structures du schéma de circuit Au cours des exposi- tions multiples, il se produirait alors des flots non ex- posés dans la zone à irradier, ce qui peut conduire à l'éli- mination du composant Actuellement, par application de procédés d'optique classiques, on maîtrise une trame de p pour la grille Avec une échelle de reproduction du projecteur de 10: 1, la plus petite dimension de numérisa- tion est 1 p Ceci correspond au niveau d'intégration d'un 1 k-5 R A M. On sait aussi préparer des caches maintenus à distance par dépôt électrolytique de nickel sur un subs- trat La structure voulue pour le cache s'obtient par la 3.- mise en oeuvre d'un cache adhérent de vernis, de structure appropriée, d'une épaisseur de A 2,5 P déposé sur le subs- trat. L'épaisseur de matière nécessaire pour assurer la stabilité du cache est obtenue en ce que, dans le cas d'un plan du tracé éclaté en au moins deux caches à distan- ce, le processus de dép 8 t électrolytique est poursuivi après obtention de l'épaisseur de la couche de vernie, la couche de nickel continuant à croître sur le vernis unifor- mément, de façon latérale et verticale Ce procédé ne permet cependant pas la réalisation d'une technique d'intégration d'un niveau élevé. Dans le cas d'un cache à grille, l'opération de dépôt électrolytique est interrompue après obtention de l'épaisseur de la couche de vernis, un autre cache de ver- nis adhérent, d'une épaisseur de ' 2,5 /J étant déposé, et le processus étant répété afin de renforcer les barreaux de la grille Après attaque du substrat, on obtient, dans les deux cas, un cache maintenu à distance stable. Il est également connu que l'on peut mettre en oeuvre une couche épaisse de riston (épaisseur 6 10 i) pour obtenir un cache à grille stable d'épaisseur correspon- dante La structure souhaitée est conférée à la couche de riston au moyen d'un cache auxiliaire par application d'une attaque par un faisceau ionique réactif, la structure du ca- che auxiliaire étant obtenues de son c 8 té, au moyen d'une couche de vernis. On sait en outre que par exemple, un plan de tracé d'un champ d'essai pour une mémoire RAM de 1 k octet contient de 104 à 105 points Cependant, la structure de grille qui doit être mise en place en-dessous, en cas de masque à grille, contient environ 108 points Dans la fa- brication du cache à grille, en particulier lorsqu'on con- tinue d'affiner la grille pour réaliser un degré d'intégra- tion plus élevé, la quantité de données nécessaire pour 4.- l'exposition du vernis s'accroit dans une telle mesure, qu'une fabrication ne présentant que peu de défauts de- vient presque impossible. L'invention a pour objectif de proposer un procédé pour la fabrication d'un cache maintenu à distance, non soutenu, o malgré le degré d'intégration élevé néces- saire (grandeur de numérisation par exemple de 0,2 p) et la finesse du réseau requise à cet effet, le processus de fabrication du cache s'effectue de façon simple et écono- mique. L'invention propose de disposer sous le domai- ne ouvert du cache maintenu à distance, à fabriquer, une grille stable qui soit suffisamment fine pour le degré d'in- tégration souhaité, dont la réalisation requiert un modèle qui ne dépasse pas la quantité de données du dispositif d'exposition pouvant être traitée de façon sûre. A cet effet, l'invention propose de mettre en oeuvre, comme modèle pour la grille à former, une feuille de matière synthétique fabriquée selon la technique des filtres nucléaires Pour la fabrication de celle-ci on utilise un faisceau de particules nucléaires à très faible dispersion de direction L'écartement et le diamètre des trous, répartis de façon statistique, seront choisis chacun entre 0,5 et 2 p Cela permet, en liaison avec l'échelle de reproduction d'environ 10: 1 et le pouvoir résolvant du projecteur, une irradiation des barreaux de la grille sur la pièce. On peut renoncer à une exposition multiple avec déplacement du cache et de la feuille mince l'un par rapport à l'autre, et de ce fait, des ouvertures de grille entail- lées ne causent qu'une rugosité d'arête sur les pièces qui sont déterminées par le rapport de reproduction et la somme des grandeurs de trous et l'étendue des sensibilisations/ dopages Comme on part d'un modèle existant qui peut être transféré, par exemple au moyen d'une exposition à un 5.- faisceau ionique, ou électronique, à grande surface, sur le vernis ou une matière ayant des propriétés de résistance négatives aux ions, sur le substrat porteur pour l'obten- tion électrolytique des caches, on ne constate qu'une aug- mentation peu importante de la masse de données, qui appar- tient à la structure du schéma Pour obtenir la stabilité nécessaire et pour fixer la structure du cache, les étapes de traitement suivantes sont à recommander: a) appliquer une couche de riston de 3 à 101 d'épaisseur sur un substrat conducteur, b) déposer une couche de Si O 2 sur la couche de riston c) déposer une couche de vernis négatif au faisceau électro- nique sur la couche de Si O 2 d) transférer la structure du modèle obtenu selon la tech- nique des filtres nucléaires, par exposition à un fais- ceau électronique dans la couche de vernis, e) rupture de la couche de Si O 2 par attaque en utilisant le vernis négatif comme cache adhérent, f) élimination des restes de vernis négatif g) transfert de la structure formée par la couche de Si O 2 sur la couche de riston et enlèvement jusqu'au substrat à l'aide d'une attaque par faisceau ionique réactifs en utilisant un faisceau ionique d'oxygène, h) 4 limination de la couche résiduelle de Si O 2 i) dépôt électrolytique de nickel sur le substrat conducteur jusqu'à la hauteur de la couche de riston, j) production et structuration d'une couche de vernis en procédé positif ou négatif, en laissant libre la partie de la feuille de riston entrecoupée de nickel oh l'on doit empocher le passage des électrons ou des ions dans le matériau semi-conducteur, k) poursuite du dép 8 t électrolytique de nickel sur les par- ties du cache libres, jusqu'à obtention d'une couche de nickel ne laissant plus passer les ions, 1) élimination des restes de vernis, 6.- n) élimination du substrat, n) élimination des restes de riston, o montage du cache dans un cadre, Dans une variante préférée du procédé oh la structure de la grille porteuse est obtenue par attaque supplémentaire d'une couche à surface totale et donc moins sensible, déposée par voie électrolytique, les étapes de a à i précédemment décrites sont remplacées par les sui- vantes: al) dépôt d'une première couche de nickel sur un substrat, par exemple du silicium ou de l'aluminium, bl) application du modèle sur la couche de nickel, ci) transfert de la structure de modèle sur la couche de nickel par gravure, de préférence au moyen de faisceau ionique, dl) élimination du modèle. Afin de permettre un contrôle amélioré du rap- port entre la largeur des barreaux et la grandeur des trous, et obtenir ainsi une meilleure stabilité du cache, un autre mode de réalisation de l'invention prévoit de remplacer les étapes de a à i par les suivantes: a 2) report du modèle sur le substrat, b 2) poursuite de l'opération d'irradiation avec des particu- les nucléaires, jusqu'à ce qu'il reste sur le substrat des ilots de feuille ayant en moyenne 0,2 à 1,5 J de diamètre, c 2) dépôt électrolytique d'une première couche de nickel. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation décrits ci-après. EXEMPLE I - La structure d'un modèle du type filtre nucléai- re ("feuille nueléopore") qui présente un écartement moyen des pores d'environ 2 ip (densité des trous 2 à 8 107 cm 2) avec des variations suffisamment faibles, et une largeur des pores de 0,8 à i,2 P est transférée, à l'aide d'un 7.- dispositif d'exposition, aux faisceaux électroniques, sur la couche supérieure de vernis à faisceau électronique d'une succession de couches, présentant la constitution suivante: substrat, de préférence silicium ou aluminium, riston avec une épaisseur de 5 à 10 /,, Si O 2, vernis à faisceau électronique négatif Pour l'exposition du vernis à faisceau électronique, on choisit le plus grand impact du dispositif d'exposition au faisceau électronique (le plus souvent 10 ti) la structure du vernis est reportée, par gravure plasmachimique, dans la couche de Si O 2 pulvérisée, qui sert de cache à gravure pour la pellicule de riston le transfert de la structure sur la pellicule de riston s'ef- fectue par gravure à l'aide de faisceau ionique, avec des ions oxygène Dans la structure ainsi obtenue, le cache à grille est élevé par voie électrolytique jusqu'à la hauteur de la couche de riston Après cela, le c 8 té riston/nickel du substrat est enduit d'un vernis négatif-au faisceau électronique (épaisseur 1 à 2 p) et la structure du schéma est transférée sur ce vernis à l'aide du dispositif d'expo- sition au faisceau électronique Après unedeuxième opéra- tion électrolytique, il est crée sur le cache à grille une couche de nickel entourant la structure du schéma Ensuite, le substrat est soumis à la gravure et les restes des cou- ches de riston et de vernis sont éliminés par dissolution. On obtient ainsi un cache maintenu à distance stable, dont les ouvertures de forme quelconque sont sous- tendues d'une grille irrégulière Pour reproduire la struc- ture du schéma dans la couche technique, il est effectué une irradiation unique à l'aide du projecteur Les barreaux de la grille sont ici irradiés Le positionnement de la structure du schéma sur la grille irrégulière n'est pas critique* La rugosité des arêtes produite permet la fabrica- tion d'un circuit intégré de haut niveau La masse de don- nées que le dispositif d'exposition au faisceau électroni- que doit traiter en plus, par suite du transfert par 8. grille, ne présente pas une charge importante pour le dis- positif. Il est particulièrement avantageux d'effectuer le transfert de la structure du modèle à l'aide de fais- ceaux ioniques, sur un vernis négatif, sensible au faisceau ionique, car l'irradiation par faisceau ionique permet une meilleure résolution que l'exposition à un faisceau élec- tronique Il est encore possible d'améliorer le procédé en utilisant, à la place du vernis négatif sensible au fais- 1 p ceau ionique et du cache en Si O 2, du molybdène ou une autre matière, qui présente, lors d'une irradiation par faisceau ionique, les propriétés d'une sensibilité négative. EXEMPIE 2 - Sur un substrat approprié, par exemple du sili- cium et de l'aluminium, on dépose une première couche de nickel d'environ 5 p d'épaisseur, et l'on y reporte le modèle, à l'aide d'un agent d'adhérence approprié, en uti- lisant la pression et la chaleur Après cela s'effectue, à l'aide de gravure par faisceau ionique sous environ 1 k V et 1 m A/cm 2, le transfert de structure sur la couche de Ni. Il faut choisir ici la densité de courant et la tension de façon qu'il ne se produise pas de retrait ni de décomposi- tion du cadre adhésif, et qu'il soit maintenu un rapport des vitesses de gravure A Ni/A Feuille 1; dans des cas particuliers, on peut atteindre / A Ni 5 it 54 nm/min. Par addition d'un gaz de gravure approprié, on peut rendre ce rapport optimal de façon que les résidus de caches soient faibles et qu'une attaque importante du subs- trat n'aie pas lieu. Après élimination des restes de cache adhésif par attaque au plasma ou par irradiation ionique prolongée, on dépose sur cette structure en grille une matière photo- sensible ou sensible aux électrons et l'on reproduit le dessin de structure par un procédé optique ou par faisceau électronique sur la couche de vernis Après le développement 9._ et le durcissement habituels, on dépose par électrolyse la deuxième couche de nickel de 5 P d'épaisseur environ. Après élimination du vernis et élimination du substrat, on obtient le cache à distance non soutenu sou- haité. i E Xl PLE 3 - La structure de modèle décrite dans l'exemple 1 sera, après la pose de la feuille de départ sur un subs- trat approprié, influencé par le procédé de fabrication connu de cette feuille, de sorte que les trous obtenus par irradiation nucléaire fondent et qu'il reste des flots de feuille d'environ 1 p d'épaisseur sur le substrat On dépose ensuite par électrolyse la première couche de nickel d'en- viron 5 J d'épaisseur, de façon à obtenir une surface lisse (réseau de nickel avec Ilots de feuille) On dépose là- dessus une résine photosensible ou sensible aux électrons, sur laquelle on reproduit de la façon décrite, le dessin de la structure Après dép 8 t électrolytique de la deuxième couche de nickel, les restes de substrat et de feuille sont éliminés comme dans l'exemple 2. 10.- REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un cache maintenu à distance non soutenu pour un système de projection d'un faisceau de particules réducteur, o l'on obtient par dé- p 8 t électrolytique sur un substrat non conducteur une cou- che de nickel de structure suffisamment fine, la structure étant obtenue au moyen d'un modèle et d'au moins une cou- che auxiliaire, sur laquelle on dépose ensuite une couche isolante, sur laquelle on reporte le dessin de la structure et dans laquelle on poursuit le processus électrolytique, de sorte qu'après séparation du système de couches de nickel du substrat, et élimination par dissolution du reste de couche isolante, le cache obtenu est monté dans un cadre, procédé caractérisé en ce que pour la formation de la grille, on met en oeuvre un modèle du type filtre nucléaire, qui présente des pores à répartition statistique, dont le diamètre P, en relation avec l'échelle de réduction M du système de projection de faisceau de particules, donne une valeur Pli = 0,05 à 0,2/t et dont l'écart moyen se monte au maximum à 0,2 p. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par les étapes suivantes: pose d'une couche de riston sur un substrat conducteur, dépôt d'une couche de Si O 2 sur la couche de riston, dépôt d'une couche de vernis, négatif par rapport au fais- ceau électronique, sur la couche de Si O 2 transfert de la structure du modèle par exposition à un faisceau électronique sur la couche de vernis négatif, rupture de la couche de Si O 2 par attaque en utilisant un vernis négatif comme cache adhérent, élimination des restes de vernis négatif, transfert de la structure formée par la couche de Si O 2 sur la couche de riston et enlèvement de celui-ci jus- qu'au substrat par attaque par un faisceau ionique réac- tif en utilisant un faisceau d'ions d'oxygène, 11.- élimination des restes de couche de Si 02, dép 5 t électrolytique de nickel sur le substrat conducteur jusqu'à la hauteur de la couche de riston, dépôt et structuration d'une couche de vernis en procédé positif ou négatif, poursuite du dép 8 t électrolytique de nickel sur les par- ties du cache libres élimination des restes de vernis, élimination du substrat, élimination des restes de riston, montage du cache à distance dans un cadre. 3. Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la structure du modèle est transférée au moyen d'une exposition à un faisceau ionique, sur une cou- che de vernis à sensibilité négative au faisceau ionique. 4. Procédé selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la structure du modèle est transférée sur une matière ayant des propriétés de sensibilité négative aux ions, de préférence le molybdène. 5 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par les étapes suivantes: dép 8 t d'une première couche de nickel sur un substrat, par exemple du silicium ou de l'aluminium, dép 8 t du modèle sur la couche de nickel, transfert de la structure du modèle sur la couche de nickel par gravure, de préférence à l'aide du faisceau ionique, élimination du modèle, dép 8 t d'une couche de vernis photosensible ou sensible aux électrons, transfert de la structure du dessin sur la couche de ver- nis et développement de celle-ci. dép 8 t électrolytique d'une deusième couche de nickel, élimination du vernis et du substrat. 6. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé par les étapes suivantes: 12.- pose du modèle sur le substrat, poursuite du processus d'irradiation par des particules nucléaires jusqu'à obtention sur le substrat d' lots de feuille avec un diamètre de 0,2 à 1,5 P dép 8 t électrolytique d'une première couche de nickel, obtention d'une couche photosensible ou sensible aux électrons, transfert de la structure du dessin sur la couche de ver- nis et développement de celle-ci, dépôt électrolytique d'une deuxième couche de nickel, élimination du vernis, du substrat et des restes de feuil- le, 7. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 2, 5 et 6, caractérisé en ce que la première couche de nickel peut être jusqu'à dix fois plus épaisse que la seconde.