Brevet FR2583894A1 — publié le 19861226

La présente invention est relative au domaine de la microlithographie, c'est-à-dire un procédé de reproduction d'images utilisé pour la fabrication de circuits intégrés. Elle stinteresse aux matériaux que l'on dépose sur le substrat semiconducteur et dont le rôle est de transformer l'image d'un masque en un dessin matérial dans le but de protéger certaines parties du substrat d'un traitement ultérieur (dépôt métallique, traitement thermique, diffusion gazeuse, gravure, etc.). L'invention concerne plus particulièrement la technique dite "structure multicouches organiques" qui consiste à projeter l'image du masque sur une structure formée de deux ou trois couches de matériaux polymères différents et à transférer, par gravure ionique dans les couches inférieures, l'image enregistrée dans la couche supérieure. L'invention porte sur les structures multicouches dont la couche inférieure en contact avec le substrat est constituée de matériaux à base de résine de photorésists, en particulier de résines novolaques. Dans l'état de la technique antérieure (par exemple illustré par "Introduction to Microlithography" L.F .Thompson, C.G.Willson, M.J. Bowden- A.C.S. Symposium Sertes 219- Washington D.C. 1983), il est connu que la tranche semi-conductrice initialement plane, se modifie au cours de la fabrication du circuit et présente alors un certain relief de surface. Une des limites pratiques la plus importante à la résolution de l'image projetée est la variation de la largeur de trait qui a lieu lors du recouvrement d'une marche séparant deux zones du substrat situées à deux côtes différentes. Les structures multicouches ont montré leur capacité à améliorer cette résolution, particulièrement dans le cas d'images submicrométriques. Les couches sont déposées les unes sur les autres à partir d'une solution de polymère et selon le procédé classique de dépôt à la tournette. Au cours du dépôt d'une couche polymère sur une autre, Il peut se former une couche interfaciale, alliage de composition intermédiaire entre les deux matériaux. Cela est particulièrement vrai lorsque le solvant de dépôt utilisé se révèle être également un bon solvant de la couche support. La littérature indique que les photorésists à base de novolaque, ou des solutions de résines novolaques sont toujours utilisées comme couche inférieure lors de la mise en oeuvre de procédés dans lesquels le transfert d'image s'effectue en gravure ionique réactive d'oxygène. Or, les résines novolaques sont solubles dans la plupart des solvants organiques : trichloréthylène, acétone, benzène, toluène, acétate de cellusolve, acétate de butyle, etc. En déposant à la tournette une couche polymère (par exemple du polysiloxane) sur la couche inférieure, on observe la présence d'un interface très marquée et néfaste pour la suite du procédé, notamment pour les étapes de gravure il en résulte en effet une difficulté de détection de fin d'attaque, une perte de définition lors du transfert d'image et par conséquent une diminution sensible de l'intérêt fondamental du système tri couche. Pour diminuer cette couche interfaciale, la littérature indique que la couche de photorésists base novolaque doit subir un recuit de durcissement supérieur à 200a pendant une demi-heure. Pendant le recuit, la couche subit un vieillissement thermo-oxydatif et il en résulte une réticulation partielle du matériau. L'interdiffusion du solvant porteur et donc des matériaux de chacune des couches est ralentie et l'épaisseur de la couche interfaciale est diminuée. Néanmoins, une couche interfaciale subsiste. La présente invention a pour but de supprimer totalement la couche interfaciale en augmentant considérablement le taux de réticulation de la couche d'aplanissement sans augmenter ni la durée ni la température de mise en oeuvre du procédé. Ce but se trouve atteint, conformément à la présente invention, par la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt de couche d'aplanissement de relief d'un substrat semi-conducteur, qui est caractérisé en ce que l'on effectue les opérations successives suivantes . on ajoute à une solution de résine de photorésist de 1 à 10% en poids d'hexaméthylène tétramine (HMTA1 ; . on homogénéise par agitation le mélange obtenu on dépose en une couche mince continue ledit mélange ainsi homogénéisé sur le substrat semi-conducteur ;; on soumet ledit substrat ainsi revêtu à un premier recuit à une température inférieure à environ 1400C, puis . on soumet ledit substrat à un second recuit à une température supérieure à environ 1500C. Il convient d'observer que I a la dissolution de cristaux d'hexaméthylène tétramine (HMTA) dans une solution de résine de photorésist n'a jamais été proposée ou suggérée dans le cadre d'applications en microélectronique. Il est d'ailleurs tout à fait surprenant de constater que l'adjonction d'HMTA, molécule tridensionnelle volumineuse, puisse conduire à l'obtention dans des conditions simples et efficaces, d'une couche d'aplanissement de relief se présentant sous la forme d'un film parfaitement régulier et de très faible épaisseur de l'ordre du micron. La concentration en HMTA de la solution de résine utilisée peut atteindre jusqu'à environ 10% en poids. Il est donc nécessaire d'agiter le mélange et d'attendre quelques heures pour que la dissolution des cristaux soit complète. Après obtention d'un mélange homogène monophasique, on effectue le dépôt sur la plaquette semi-conductrice au moyen d'une tournette. Les conditions de dépôt sont avantageusement choisies pour obtenir un film mince et homogène correspondant à la couche d'aplanissement. Puis, la plaquette est soumise à un premier recuit dans le but de réaliser le fluage de la résine d'aplanissement. La température ne doit pas excéder, pour ce recuit, la valeur d'environ 1400C. La plaquette est ensuite soumise à un deuxième recuit dans le but de durcir la couche d'aplanissement. Pour ce faire, elle est chauffée pendant quelques minutes à une température supérieure à environ 150 C. EXEMPLE NON LIMITATIF DE MISE EN OEUVRE DU PROCEDE DE L'INVENTION On effectue le mélange de 1009 du photorésist produit par la Société HUNT Chemical sous la référence HPR 204 et de 59 d'HMTA produit par la Société MERK sous la référence 237 1548. Après agitation du mélange pendant quatre heures, celui-ci est déposé sur une plaquette de silicium présentant un relief de marche de 500 nm espacées de 7 um. Le dépôt se fait au moyen d'une tournette, à la vitesse de 4000 t/min. La plaquette est alors soumise à un recuit d'aplanissement de 20 minutes à 1300C, puis à un recuit de durcissement de 10 minutes à 1800C. Une telle plaquette se trouve être complètement insensible à l'action des solvants organiques. Par l'observation des variations de couleur, on peut affirmer que le gonflement de la couche dans le tétrahydrofurane est Inférieure à 10 D'où l'impossibilIté de création d'une couche interfaciale lors du dépôt par tournette d'une solution polymère. On a déposé sur une telle plaquette une couche de polysiloxane Accupsin X.103# de la Société Allled Chemical. La mesure des épaisseurs et la possibilité d'enlèvement de la couche montre l'absence totale d'interface. REVEND ICAT IONS 1/ Procédé de dépôt d'une couche d'aplanissement de relief d'un substrat semi-conducteur en vue de la réalisation de structures multicouches pour microlithographie, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations successives suivantes on ajoute à une solution de résine de photorésist de 10% en poids d'hexaméthylène tétramine (HMTA) . on homogénéise par agitation le mélange obtenu . on dépose en une couche mince continue ledit mélange ainsi homogénéisé sur le substrat semi#onducteur . on soumet ledit substrat ainsi revêtu à un premier recuit à une température inférieure à environ 1400C, puis on soumet ledit substrat à un second recuit à une température supérieure à environ 1500C. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mélange de solution de résine de photorésist et de HMTA est déposé sur le substrat semi-conducteur au moyen d'une tournette. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de ladite tournette est de l'ordre de 4000 t/min. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la durée du premier recuit est d'environ 20 minutes. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée du second recuit est d'environ 10 minutes. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la solution de résine de photorésist est une solution de résine novolaque dans un solvant organique.