Brevet FR2607323A1 — publié le 19880527

PROCEDE DE FORMATION D'UN MOTIF CONSISTANT EN UNE PELLICULE METALLIQUE A DEUX COUCHES La présente invention concerne un procédé de for- mation d'un motif consistant en une pellicule métallique à deux couches, et elle porte plus particulièrement sur un procédé de formation d'une seconde pellicule métallique sur un motif d'une première pellicule métallique formé sur la surface principale d'un substrat semiconducteur. Dans une couche d'électrode ou une couche d'in- terconnexion formée sur un substrat semiconucteur d'un dis- positif à semiconducteur, la matière d'une partie qui est en contact avec le substrat semiconducteur fait l'objet de res- trictions liées au traitement du substrat semiconducteur, tandis que la matière pour une autre partie peut être sélec- tionnée en fonction des caractéristiques du dispositif à se- miconducteur. En d'autres termes, il est nécessaire de défi- nir un motif dans une pellicule métallique à deux couches qui est formée par des métaux différents. On se référera aux figures 1A à 1F pour décrire un procédé classique pour la formation d'un motif avec une telle pellicule métallique à deux couches. On dépose tout d'abord une première pellicule métallique 2, résistant à la chaleur, sur la totalité de la surface principale d'un substrat semiconducteur 1, comme le montre la figure 1A. La première pellicule métallique 2 doit résister à la chaleur, du fait que le substrat semiconduc- teur 1 est soumis à un traitement thermique au cours d'une étape ultérieure. On soumet à des opérations de photolitho- graphie et d'attaque ionique réactive, etc, la première pellicule métallique 2 qui est déposée, pour former un motif 3 de la première pellicule métallique, ayant une configura- tion déterminée, comme le montre la figure lB. On utilise ensuite le motif 3 de la première pellicule métallique en tant que masque pour introduire des impuretés dans des posi- tions déterminées des deux côtés de ce motif, par implanta- tion ionique, et on soumet le substrat semiconducteur 1 à un traitement thermique pour faire diffuser l'impureté et pour former ainsi une région d'impureté 4, comme le montre la fi- gure 1C. Apres le traitement thermique, on forme une pelli- cule de résine phQtosensible 5 sur la totalité de la surface principale du substrat semiconducteur 1, y compris sur le motif 3 de la première pellicule métallique. On forme une ouverture 6 dans la pellicule de résine photosensible 5, par photolithographie, pour mettre à nu la surface supérieure du motif 3 de la première pellicule métallique. Ensuite, comme le montre la figure 1E, on forme une seconde pellicule mé- tallique 7 sur la totalité de la pellicule de résine photo- sensible 5, y compris sur le motif 3 de la première pellicu- le métallique qui est à nu. On sélectionne la seconde pelli- cule métallique 7 en relation avec ses caractéristiques fonctionnelles, au contraire de la première pellicule métal- lique 2. Enfin, on enlève par un procédé de décollement la pellicule de résine photosensible 5 et la seconde pellicule métallique 7 qui est formée sur la pellicule de résine pho- tosensible 5, pour obtenir un motif de pellicule métallique à deux couches ayant une configuration déterminée, et ce motif de pellicule métallique à deux couches comprend le motif 3 de la première pellicule métallique qui est en con- tact avec le substrat semiconducteur 1, et un motif 8 de la seconde pellicule métallique qui est formé par-dessus, comme le montre la figure 1F. Dans un tel procédé classique de formation de mo- tif, un alignement extrêmement précis est nécessaire pour l'opération de photolithographie destinée à former l'ouver- ture 6 dans la pellicule de résine photosensible 5. Cepen- dant, dans un dispositif à semiconducteur perfectionné ayant une densité d'intégration plus élevée, il est extrêmement difficile d'exposer correctement la pellicule de résine pho- tosensible 5 sur le motif fin 3 de la première pellicule métallique, à cause de la précision exigée pour l'exposition. Il a donc été presque impossible de former la seconde pelli- cule métallique 8 avec une précision élevée sur le motif fin 3 de la première pellicule métallique. D'autre part, on trouve la description d'un procédé de formation d'une électrode de grille fine dans le document "Self-Aligned Pt-Buried Gate FET Process with Surface Plana- rization Technique for GaAs LSI" (Terada et col.), IEEE GaAs IC Symposium, 1983, pages 138-141. Dans ce procédé, on dépose sur la totalité de la surface principale d'un substrat se- miconducteur une couche de SiO2 qu'on utilise en tant qu'élé- ment auxiliaire dans la formation du motif dé l'électrode de grille, et on forme sur cette couche une couche de recouvre- ment en métal définissant un motif de configuration détermi- née. On utilise la couche de recouvrement en métal en tant que masque pour enlever par gravure la partie à nu de la couche de SiO2, pour former ainsi une couche de SiO2 ayant une configuration déterminée. On dépose une pellicule de résine photosensible de façon qu'elle recouvre entièrement la surface principale du substrat semiconducteur, y compris la couche de SiO2, et on attaque ensuite la surface de la pellicule de résine photosensible pour mettre à nu la surface supérieure de la couche de SiO2. On enlève la couche de SiO2 à nu, par un procédé d'attaque par plasma, pour définir une ouverture dans la pellicule de résine photosensible, et pour former ainsi une électrode de grille dans l'ouverture, par un procédé de décollement. Un procédé similaire pour former une électrode de grille fine est décrit dans l'article "A New Self-Align Tech- nology for-Low Noise GaAs MESFET's - Sidewall-Assisted Pat- tern Inversion Technology -" (Hagio et col.)paru dans IEDM Technical Digest, 1984, pages 194-197. Les documents précités ne traitent cependant pas d'un procédé de formation d'un motif consistant en une pel- licule métallique à deux couches, comme dans l'invention, mais d'un procédé de formation d'un motif consistant en une pellicule métallique à une seule couche. En outre, du fait que l'électrode de grille est formée par évaporation d'une pellicule de métal dans l'ouverture de la pellicule de résine photosensible formée par l'utilisation de la grille factice de la pellicule de SiO2, la surface de contact entre l'élec- trode de grille et la surface principale du substrat semi- conducteur n'est pas stable. De plus, la taille de l'ouver- ture dans la pellicule de résine photosensible varie en fonction de la précision d'exposition de la surface supérieu- re de la grille factice, ce qui influence la précision dimen- sionnelle de l'électrode de grille. Les exemples précités de l'art antérieur ne présen- tent donc aucun des avantages que procure l'invention dans le cas de l'application à la formation d'une électrode de grille, comme un contact stable entre un motif d'une première pelli- cule métallique, formé précédemment, et la surface principale d'un substrat semiconducteur, et l'assurance d'une précision élevée concernant la largeur du motif de la première pelli- cule métallique qui fait fonction de couche inférieure de l'électrode de grille. Le but principal de l'invention est de procurer un procédé de formation d'une ouverture avec une précision éle- vée dans une pellicule de résine photosensible formée sur un motif fin d'une première pellicule métallique, c'est-à-dire un procédé de formation de motif qui permet de former avec précision un motif d'une secondepellicule métallique sur un motif fin d'une première pellicule métallique. Pour atteindre le but précité, le procédé de forma- tion de motif conforme à l'invention comprend une étape qui consiste à former une première pellicule métallique sur la totalité de la surface principale d'un substrat semiconduc- teur, une étape qui consiste à former une pellicule mince sur la totalité de la première pellicule métallique, une étape qui consiste à définir un motif dans la première pellicule métallique et dans la pellicule mince, pour former un motif de pellicule à deux couches ayant une configuration détermi- née, une étape qui consiste à former une pellicule de résine photosensible sur la surface principale du substrat semicon- ducteur,y compris sur e motif de pellicule à deux couches, une étape qui consiste à enlever la surface supérieure de la pellicule de résine photosensible, pour mettre à nu la sur- face supérieure du motif de pellicule à deux couches, une étape qui consiste à enlever seulement la partie de pellicule mince formant la couche supérieure du motif de pellicule métallique à deux couches à nu, une étapequi consiste à for- mer une seconde pellicule métallique sur la pellicule de ré- sine photosensible, y compris sur la première pellicule mé- tallique mise à nu par l'enlèvement de la pellicule mince, et une étape qui consiste en enlever la pellicule de résine photosensible avec la seconde pellicule métallique qui est formée sur la pellicule de résine photosensible. Le procédé de formation de motif basé sur les opé- rations précitées permet de définir de façon aisée et précise un motif d'une pellicule à deux couches, formé par des pre- mière et seconde pellicules métalliques. Du fait que la dé- finition du motif s'effectue conjointement dans la première pellicule métallique et dans la pellicule mince formant le motif de pellicule à deux couches, la pellicule mince reste sur la première pellicule métallique avec une excellente coïncidence, même si le motif formé dans la première pelli- cule métallique est extrêmement fin. La seconde pellicule métallique est formée sur la première pellicule métallique à nu, à travers une ouverture d'une pellicule de résine pho- tosensible qui est définie par l'enlèvement de la pellicule mince, ce qui fait qu'aucun défaut d'alignement n'apparaît entre la première pellicule métallique faisant fonction de couche inférieure, et la seconde pellicule métallique fai- sant fonction de couche supérieure. En outre, la pellicule métallique à deux couches dont on définit la configuration par le procédé de formation de motif conforme à l'invention peut être utilisée très avantageusement pour une électrode de grille faisant partie d'un transistor à effet de champ. La première pellicule mé- tallique formée sur la totalité de la surface principale du substrat semiconducteur, et dans laquelle on forme ensuite directement un motif, reste de façon à former partiellement la pellicule métallique à deux couches, ce qui permet d'ob- tenir un excellent contact entre celle-ci et le substrat semiconducteur. En outre, la première pellicule métallique destinée à faire fonction de couche inférieure de l'électro- de de grille, peut être préparée à partir d'un métal ayant un point de fusion élevé, à titre de matière supportant un traitement tel qu'un traitement thermique du substrat semi- conducteur, tandis que la seconde pellicule métallique, des- tinée à faire fonction de couche supérieure de l'électrode de grille, qui est formée après le traitement thermique du substrat semiconducteur, peut être préparée à partir d'un métal à faible résistance, pour améliorer la fiabilité et la vitesse de fonctionnement du dispositif à semiconducteur. En outre, la précision de formation de la largeur de grille, qui est un paramètre extrêmement important qui commande l'effet de canal de l'électrode de grille, n'est en rien influencée par le mode de formation de la seconde pellicule métallique, grâce à quoi on obtient une amélioration extrê- mement importante des performances du dispositif à semicon- ducteur exigeant une très faible largeur de grille. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1A à 1F sont des coupes montrant les principales étapes d'un procédé classique de formation d'un motif d'une pellicule métallique à deux couches sur la sur- face principale d'un substrat semiconducteur; et Les figures 2A à 2I sont des coupes montrant les principales étapes d'un procédé de formation d'un motif d'une pellicule métallique à deux couches sur la surface principale d'un substrat semiconducteur, conforme à un mode de réalisation de l'invention. Les figures 2A à 2I sont des coupes montrant les principales phases d'un procédé de formation d'un motif d'une pellicule métallique à deux couches conforme à un mode de réalisation de l'invention. On décrira le procédé de for- mation de motif de l'invention en se référant aux figures 2A à 2I. Premièrement, comme le montre la figure 2A, on forme par pulvérisation cathodique sur la totalité de la surface principale d'un substrat semiconducteur 1 en GaAs, etc, une première pellicule métallique 2 en un métal ayant un point de fusion élevé, tel que le siliciure de tungstène (WSi). Ensuite, comme le montre la figure 2B, on forme sur la totalité de la première pellicule métallique 2 une pel- licule mince 9 d'oxyde de silicium (SiO2), par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) par plasma. La pel- licule mince 9 doit avoir une épaisseur au moins égale à celle d'une seconde pellicule métallique qui sera formée au cours d'une opération ultérieure. On forme un motif dans la pellicule à deux couches formées par la première pellicule métallique 2 et la pellicule mince 9, en procédant par pho- tolithographie et attaque ionique réactive, pour produire un motif de pellicule à deux couches ayant une configuration déterminée, qui est constitué par un motif de la première pellicule métallique, 3, et un motif de la pellicule mince, , comme le montre la figure 2C. On utilise le motif de la pellicule à deux couches en tant que masque pour introduire une impureté déterminée dans le substrat semiconducteur 1, par implantation ionique, et on fait diffuser cette impureté par traitement thermique, pour former une région d'impureté 4, comme le montre la figure 2D. La région d'impureté 4 est destinée à former une région de source ou une région de drain d'un transistor à effet de champ. Après le traitement thermique, on revêt la totali- té de la surface principale du substrat semiconducteur 1 d'une pellicule de résine photosensible de type positif, 5. A ce moment, on applique la pellicule de résine photosensi- ble 5 de façon qu'elle couvre le motif de pellicule à deux couches formé par le motif de la première pellicule métalli- que, 3, et le motif de la pellicule mince, 10, comme le mon- tre la figure 2E. On expose ensuite la pellicule de résine photosensible 5 qui est appliquée, avec un niveau d'exposi- tion tel que cette pellicule ne soit photosensibilisée que sur l'épaisseur qui recouvre le motif de pellicule à deux couches. Après le traitement d'exposition, on développe la pellicule de résine photosensible 5 de façon à enlever uni- quement la partie photosensibilisée, grâce à quoi la surface du motif de pellicule mince 10 qui fait partie du motif de pellicule à deux couches est mise à nu, comme le montre la figure 2F. On immerge ensuite ce substrat dans un produit chimique qui dissout le motif de pellicule mince à nu 10, mais qui ne dissout pas la pellicule de résine photosensible 5 et le motif de la première pellicule métallique, 3, de façon que seul le motif de pellicule mince 10 soit dissous et enlevé, pour mettre à nu le motif de la première pellicu- le métallique 3, entouré par la pellicule de résine photo- sensible 5. Dans cet état, on évapore sur la totalité de la surface du substrat une seconde pellicule métallique 7 en un métal à faible résistance tel que de l'or (Au), grâce à quoi des secondes pellicules métalliques se forment respective- ment sur le motif de la première pellicule métallique, 3, et sur la pellicule de résine photosensible 5, comme le montre la figure 2H. Enfin, on enlève par un procédé de décollement la pellicule de résine photosensible 5 et la seconde pellicule métallique 7 formée sur elle, pour former un motif de pelli- cule métallique à deux couches ayant une configuration dé- terminée, qui comprend le motif de la première pellicule métallique, 3, et un motif de la seconde pellicule métalli- que, 8, formés sur lui de façon précise, comme le montre la figure 2I. Dans le mode de réalisation ci-dessus, le motif de pellicule métallique à deux couches est utilisé pour une électrode de grille d'un transistor à effet de champ, mais l'invention est applicable à n'importe quel cas de formation d'un motif fin dans une pellicule métallique à deux couches formées par des métaux différents. De tels cas peuvent ne pas comprendre l'opération qui consiste à introduire une im- pureté dans le substrat semiconducteur, par implantation ionique, et à effectuer un traitement thermique de celui-ci. Bien que la pellicule de résine photosensible 5. soit partiellement enlevée par attaque chimique dans le but de mettre à nu le motif de pellicule mince 10 dans l'opéra- tion qui est représentée sur la figure 2F, cet enlèvement peut être effectué par d'autres procédés bien connus, comme l'attaque ionique réactive. Pour former un motif de pellicule à deux couches par un procédé général, à l'opération représentée sur la figure 2C, on peut former temporairement un motif dans la pellicule mince 9, pour lui donner une configuration déter- minée, sur la base d'un photomasque formé sur la pellicule mince 9, afin d'enlever ensuite la première pellicule de métal à nu, 2, par exemple par attaque ionique réactive, en utilisant en tant que masque le motif de pellicule mince 10 de configuration prédéterminée. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation d'un motif d'une pellicule métallique à deux couches constituée par une première pelli- cule métallique et une seconde pellicule métallique, carac- térisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: une opération de préparation d'un substrat semiconducteur (1) ayant une surface principale; une opération de formation d'un motif de pellicule à deux couches (3, 10), de configu- ration prédéterminée, sur la surface principale du substrat semiconducteur (1), ce motif à deux couches comprenant une couche inférieure consistant en un motif (3) formé par la première pellicule métallique, et une couche supérieure con- sistant en un motif (10) formé par une pellicule mince ayant une épaisseur au moins égale à celle de la seconde pellicule métallique (8); une opération de formation d'une pellicule de résine photosensible (5) sur la surface principale du substrat semiconducteur (1), de façon qu'elle soit en contact avec la périphérie du motif de pellicule à deux couches (3, ), l'épaisseur de cette pellicule de résihe photosensible étant au moins égale à la somme de l'épaisseur du motif de la première pellicule métallique (3) et de l'épaisseur de la seconde pellicule métallique (8); une opération d'enlèvement du motif de pellicule mince (10) se trouvant sur le motif de pellicule à deux couches (3, 10); une opération de formation de la seconde pellicule métallique (7, 8) sur le motif (3) de la première pellicule métallique qui est laissé par l'en- lèvement du motif de pellicule mince (10) et de la pellicule de résine photosensible (5); et une opération d'enlèvement de la pellicule de résine photosensible (5), ainsi que de la seconde pellicule métallique (7) qui est formée sur la pel- licule de résine photosensible (5). 2. Procédé de formation d'un motif d'une pell- cule métallique à deux couches selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de formation de la se- conde pellicule métallique (7,8) et l'opération d'enlé- vement de la pellicule de résine photosensible (5) avec la seconde pellicule métallique (7) formée sur la pelli- cule de résine photosensible (5), sont basées sur un procédé de décollement. 3. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches constituée par une pre- miére pellicule métallique et une seconde pellicule mé- tallique, caractérisé en ce qu'il comprend les opéra- tions suivantes: une opération de préparation d'un sub- strat semiconducteur (1) ayant une surface principale; une opération de formation d'un motif de pellicule à deux couches (3,10) de configuration déterminée, sur la surface principale du substrat semiconducteur (1), ce motif de pellicule à deux couches comprenant une couche inférieure consistant en un motif (3) formé par la pre- mière pellicule métallique, et une couche supérieure consistant en un motif (10) formé par une pellicule min- ce dont l'épaisseur est au moins égale à celle de la se- conde pellicule métallique; une opération de formation d'une pellicule de résine photosensible (5) sur la sur- face principale du substrat semiconducteur (1) y compris sur le motif de pellicule à deux couches (3,10); une opération d'enlèvement partiel de la pellicule de résine photosensible (5) formée sur le motif de pellicule à deux couches (3,10), pour mettre à nu la surface supé- rieure du motif de pellicule mince (10); une opération d'enlèvement du motif de pellicule mince (10); une opé- ration de formation de la seconde pellicule métallique (7,8) sur le motif (3) de la première pellicule métal- lique qui est mis à nu par l'enlèvement du motif de pel- licule mince (10), et sur la pellicule de résine photo- sensible (5); et une opération d'enlèvement de la pellicule de résine photosensible (5) avec la secoadi pellicule métallique (7) formée sur la pellicule de r. sine photosensible (5). 4. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de formation du motif de pellicule à deux couches (3,10) comprend une opéra- tion de photolithographie. 5. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération de formation de la se- conde pellicule métallique (7,8) et l'opération d'enlé- vement de la pellicule de résine photosensible (5) avec la seconde pellicule métallique (7) formée sur la pelli- cule de résine photosensible (5), sont basées sur un procédé de décollement. 6. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches constituée par une premiè- re pellicule métallique et une seconde pellicule métal- lique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: une opération de préparation d'un substrat semiconducteur (1) ayant une surface principale; une opération de formation de la première pellicule métalli- que (2) sur la surface principale du substrat semicon- ducteur (1); une opération de formation sur la première pellicule métallique (2) d'une pellicule mince (9) ayant une épaisseur au moins égale à celle de la seconde pel- licule métallique (8); une opération de définition d'un motif dans la première pellicule métallique (2) et la pellicule mince (9), pour former un motif de pellicule à deux couches (3,10) d'une configuration prédéterminée, constitué par une couche inférieure consistant en un mo- tif (3) formé par la première pellicule métallique (2). et une couche supérieure consistant en un motif (10) formé par la pellicule mince (9); une opération de for- mation d'une pellicule de résine photosensible (5) sur la surface principale du substrat semiconducteur (1) y compris sur le motif de pellicule à deux couches (3,10); une opération d'enlèvement partiel de la pellicule de résine photosensible (5) formée sur le motif de pellicu- le à deux couches (3,10), pour mettre à nu la surface supérieure du motif de pellicule mince (10); une opéra- tion d'enlèvement du motif de pellicule mince (10); une opération de formation de la secohde pellicule métalli- que (7,8) sur le motif (3) de la première pellicule mé- tallique qui est mis à nu par l'enlèvement du motif de pellicule mince (10), et sur la pellicule de résine pho- tosensible (5); et une opération d'enlèvement de la pellicule de résine photosensible (5) avec la seconde pellicule métallique (7) qui est formée sur la pellicule de résine photosensible (5). 7. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de formation du motif de pellicule à deux couches (3,10) comprend les opéra- tions suivantes: une opération de définition d'un motif dans la pellicule mince (9), pour former un motif de pellicule mince (10) ayant une configuration déterminée, et une opération d'enlèvement de la partie à nu de la première pellicule métallique (2). en utilisant comme masque le motif de pellicule mince (10). 8. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de formation de la se- conde pellicule métallique (7,8) et l'opération d'enlè- vement de la pellicule de résine photosensible (5) avec la seconde pellicule métallique (7) formée sur la pelli- cule de résine photosensible (5), sont basées sur un procédé de décollement. 9. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de formation du motif de pellicule à deux couches (3, 10) comprend en outre: une opération d'implantation d'ions d'impuretés dans la surface principale du susbtrat semiconducteur (1), en utilisant comme masque le motif de pellicule à deux cou- ches (3,10). et une opération de traitement thermique destinée à faire diffuser les ions d'impuretés qui ont été implantés, pour former ainsi des régions d'impuretés (4). 10. Procédé de formation d'un motif d'une pelli- cule métallique à deux couches selon la revendication 9, caractérisé en ce que le motif (3) de la première pelli- cule métallique, la seconde pellicule métallique (8) formée sur le motif (3) de la première pellicule métal- lique, et les régions d'impuretés (4) sont conçus de fa- çon à former un transistor à effet de champ.