Brevet FR2618230A1 — publié le 19890120

La présente invention concerne un perfectionnement aux procédés de lithographie utilisés notamment dans les semiconducteurs. Dans la technique des semiconducteurs on utilise très fréquemment un procédé de lithographie pour transcrire à la surface de la plaquette le motif représenté par un masque. Ces techniques de lithographie sont ainsi utilisées pour réaliser les zones diffusées dans le substrat ou pour réaliser des contacts intercouches en ouvrant des fenêtres dans des couchés isolantes. Le procédé de lithographie utilisé classiquement consiste à déposer sur la couche isolante recouvrant la plaquette une mince couche de résine photosensible. Cette couche de résine photosensible est déposée "à la tournette" de manière à obtenir une couche régulière. Après séchage de la résine, on positionne un masque présentant des motifs correspondant à la géométrie à obtenir. L'ensemble est insolé, en général, par des rayons ultraviolets dans le cas d'une lithographie optique. Le temps d'insolation est fonction de la puissance de la source mais aussi de l'épaisseur de la couche de résine photosensible. On réalise ensuite le développement de la plaquette. Suivant le type de résine utilisé, les parties insolées de la résine seront solubles dans le produit de développement ou non.Ainsi, lorsque la plaquette est plongée dans le bain de développement, les parties insolées sont éliminées dans le cas d'une résine de type positif tandis que les parties non insolées sont éliminées dans le cas d'une résine de type négatif. Après rinçage et séchage, la plaquette est passée au four afin de durcir la résine pour qu'elle résiste aux opérations de gravure qui seront réalisées ultérieurement lors de l'ouverture de fenêtres dans la couche isolante mise à nu. Ces fenêtres peuvent être ouvertes en utilisant différents types de gravure, notamment une gravure humide par attaque à l'acide fluorhydrique dans le cas d'une couche isolante en Si 2 ou une gravure sèche. Ensuite, une fois la gravure réalisée, on élimine la résine restant sur la plaquette en la dissolvant à l'aide d'un solvant spécial.Puis, des opérations de diffusion ou de dépôt de couches peuvent alors être réalisées de manière habituelle. Toutefois, lorsque cette technique de lithographie est utilisée avec des dispositifs semiconducteurs présentant une surface vallonnée, on observe une mauvaise définition au niveau des motifs. Or une telle surface vallonnée est relativement fréquente à la surface d'une plaquette semiconductrice. Elle peut résulter soit de l'ouverture de sillons dans la plaquette semiconductrice soit de la superposition de plusieurs gravures pour réaliser des interconnections de plus en plus nombreuses. Pour illustrer le problème ci-dessus, on a représenté sur la figure 1, un dispositif semiconducteur muni de sillons 3 présentant une profondeur X non négligeable qui peut être, par exemple, de 25 microns pour une plaquette de 250 microns d'épaisseur. D'autre part, on a utilisé un procédé classique de lithographie pour ouvrir des fenêtres sur le plateau 5 du dispositif semiconducteur représenté à la figure 1. Ainsi, sur un substrat I qui peut être un substrat en silicium, recouvert d'une couche isolante, par exemple, une couche d'oxyde thermique ou une couche d'oxyde de silicium déposée à basse température, on dépose, de préférence "à la tournette", une couche de résine photosensible. Du fait de sa viscosité, la résine 4 se dépose de la manière représentée sur la figure I. Elle présente donc une épaisseur E à l'aplomb des sillons et une épaisseur e sur le reste de la plaquette.Pour ouvrir des fenêtres 6 sur le plateau 5, on utilise un masque non représenté et on insole la résine à travers ce masque. Or dans le cas d'une résine négative, le temps d'exposition doit être réglé de manière à polymériser complètement la résine jusqu'au fond du sillon 3. Il en résulte que, dans les zones d'épaisseur e, la résine est surexposée. Cela entraîne une perte importante au niveau de la définition des motifs. Ainsi, comme représenté sur la figure 3 qui concerne l'ouverture d'un carré 6, on observe sur les bords du carré un motif en "dentelle" avec des piques p d'amplitude courante de tordre de 5 microns. Cette dentelle présente un certain nombre d'inconvénients, tels que des courants de fuite de jonction plus importants ou une mauvaise tenue en tension. Elle est de plus incompatible avec des technologies de photolithographie micronique. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un nouveau procédé de lithographie qui s'adapte à une surface vallonnée. En conséquence la présente invention a pour objet un procédé de lithographie d'une surface vallonnée caractérisé en ce qu'il consiste à déposer une résine sur toute la surface à traiter, la résine présentant des zones d'épaisseurs différentes, puis pour un motif final donné, à insoler sélectivement la résine en fonction de l'épaisseur des zones à traiter de manière à éviter une surexposition des zones de faible épaisseur. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'insolation sélective de la résine est réalisée en insolant la résine successivement à travers au moins deux masques présentant des motifs de géométries différentes délimitant les zones d'épaisseurs différentes à ouvrir. D#e préférence, le temps d'insolation à travers le masque de géométrie définitive correspond au temps nécessaire pour insoler les zones de plus faible épaisseur délimitées par les motifs du masque et la somme des temps d'insolation à travers les différents masques correspond au temps minimum nécessaire pour insoler les zones de plus fortes épaisseurs. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'insolation sélective de la résine est réalisée par au moins une première insolation à travers un masque présentant des motifs avec des dimensions inférieures aux dimensions finales, l'insolation étant réalisée pendant une durée qui peut être inférieure au temps nécessaire pour insoler les zones les plus épaisses puis une insolation finale à travers un masque présentant des motifs aux dimensions finales, l'insolation étant effectuée pendant une durée correspondant au temps nécessaire pour insoler les zones moins épaisses, la somme des différentes durées correspondant au temps minimum d'insolation des zones les plus épaisses. Dans les procédés ci-dessus, la résine photosensible utilisée peut être aussi bien une résine négative qu'une résine positive. Toutefois, on utilisera de préférence une résine de type négatif car les résines de type négatif présentent en général une viscosité plus élevée que les résines de type positifs, ce qui permet un meilleur étalement de la résine dans les zones vallonnées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation préférentiel faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 déjà décrite représente la première étape d'un procédé classique de lithographie, - la figure 2 représente un dispositif semiconducteur muni de fenêtres obtenues avec un procédé classique de lithographie, - la figure 3 représente une vue de dessus d'une fenêtre de la figure 2, - les figures 4A à 4E représentent les différentes étapes d'un procédé de lithographie conforme à la présente invention utilisant une résine de type négatif, et - les figures SA à SE représentent les différentes étapes d'un procédé de lithographie conforme à la présente invention utilisant une résine de type positif. Pour simplifier la description, dans les figures les mêmes références désignent les mêmes éléments. Comme représenté sur la figure 4A, le procédé de lithographie conforme à la présente invention est utilisé principalement dans le cas d'un circuit semiconducteur présentant une surface supérieure vallonnée. Sur la figure I on a représenté un circuit semiconducteur constitué par un substrat semiconducteur 1, par exemple en silicium, dans lequel ont été réalisés des sillons 3 qui présentent une profondeur non négligeable par rapport à l'épaisseur du substrat 1. De manière classique, la surface supérieure du substrat 1 a été recouverte d'une couche 2 d'un matériau isolant tel que de l'oxyde de silicium Si 02. Cette couche isolante peut être obtenue soit par oxydation thermique, soit par dépôt. En vue d'effectuer notamment des diffusions d'impuretés, on réalise des ouvertures dans cette couche isolante. Pour ce faire, on recouvre la surface supérieure de la couche isolante 2 d'une couche 4 d'une résine photosensible qui, dans le présent cas, est une résine de type négatif. Ce dépôt est réalisé de manière classique selon le procédé dit "à la tournette".Du fait de la viscosité de la résine photosensible utilisée, cette résine se dépose sur toute la surface supérieure de la couche isolante 2 de la manière représentée sur la figure 4A et présente donc une épaisseur E dans la zone des sillons supérieure à l'épaisseur e sur la zone plate 5. Dans le cas du mode de réalisation décrit, on souhaite réaliser une ouverture au niveau du plateau 5. Ainsi conformément au procédé de lithographie de la présente invention, on utilise comme représenté sur la figure 4B, un premier masque 8 constitué par des zones opaques 9 et des zones transparentes 10. Les parties transparentes 10 du masque 8 ont des dimensions 1 inférieures aux dimensions des parties transparentes du masque définitif de manière à ne réaliser l'insolation de la résine que dans les parties 11 où cette résine présente l'épaisseur la plus importante. Cette partie 11 correspond sensiblement au sillon 3.Une fois le masque positionné, on réalise l'insolation de -la résine en l'insolant à l'aide d'un faisceau de rayons ultra-violets h5t. De préférence, pour diminuer le temps total du procédé, le temps d'insolation de la résine est choisi de manière à être inférieur au temps d'insolation nécessaire pour insoler toute l'épaisseur E de résine. Ensuite, conformément à la présente invention et comme représenté sur la figure 4C, on applique un second masque 8' dont les motifs présentent la géométrie définitive à obtenir. Ce masque 8' présente des parties opaques 9' correspondant à la fenêtre que l'on désire obtenir et des parties transparentes 10' de dimension L.On insole à nouveau la résine à travers ce masque 8' avec un temps d'exposition qui correspond au temps nécessaire pour insoler une épaisseur e de résine, c'est-àdire le temps nécessaire pour insoler les zones de résine de faible épaisseur. Le temps d'insolation total a été choisi de manière à ce que l'épaisseur E de résine contenu dans les sillons soit complètement polymérisée. Ensuite, comme représenté sur la figure 4D, on procède au développement de la résine photosensible en éliminant la résine non insolée, c'est-à-dire la résine se trouvant sous les parties opaques 9'. Puis, de manière classique, on réalise la gravure de la couche isolante 2 pour obtenir la fenêtre 6 comme représenté sur la figure 4E. Le même type de procédé de lithographie peut être utilisé avec une résine positive. La résine positive sera utilisée de préférence pour graver les sillons comme représenté sur la figure SE. Le procédé de lithographie conforme à la présente invention utilisé avec une résine de type positif sera expliqué schématiquement en se référant aux figures SA à SE. Ce procédé est décrit dans le cas d'un dispositif semiconducteur présentant des sillons 3. Ce dispositif semiconducteur est constitué schématiquement d'un substrat semiconducteur I recouvert d'une couche isolante 2, le substrat présentant des parties en plateau 5 et des sillons 3. Conformément à la présente invention, on a déposé "à la tournette" sur la couche isolante 2 une résine photosensible 20 de type positif. Cette résine se dépose dans les sillons avec une épaisseur E supérieure à l'épaisseur e de la résine au niveau du plateau 5. Comme représenté sur la figure SB, on réalise une première insolation des parties épaisses 27 à travers un masque 21 présentant des parties opaques 22 et des parties transparentes 23, les parties transparentes 23 présentant des dimensions 11 inférieures aux dimensions définitives de manière à ne réaliser l'insolation que des parties 27 où la résine est épaisse. Puis comme représenté sur la figure 28, on réalise une autre insolation à travers un second masque 24 présentant des parties opaques 25 et des parties transparentes 26. Les dimensions L1 des parties transparentes correspondent aux dimensions du motif définitif et permettent d'insoler des' zones de résine de faible épaisseur. Le temps d'insolation est contrôlé de la même manière que dans le cas d'une résine négative. Puisque l'on a utilisé une résine de type positif, lors du développement, les parties 28 de résine insolées seront éliminées en ne laissant que les parties de résine 29 se trouvant sous les zones opaques 25, comme représenté sur la figure 5D. Puis en utilisant la résine 29 comme masque on réalise la gravure de la couche isolante 2 de manière à obtenir une ouverture 30 qui inclut le sillon comme représenté sur la figure SE. La présente invention a été décrite en se référant à un dispositif semiconducteur présentant une surface vallonnée avec deux zones d'épaisseurs différentes, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut aussi s'appliquer à des surfaces présentant plusieurs zones d'épaisseur différente. Dans ce cas, on utilise plusieurs masques avec des temps d'insolation différents. Toutefois, il est évident que le procédé de lithographie de la présente invention n'a d'intérêt que si les différences d'épaisseur entre les différentes zones de résine sont suffisamment grandes. Dans le mode de réalisation décrit avec des sillons présentant une profondeur de 25 microns par rapport à un substrat d'épaisseur de 150 microns, les temps d'insolation nécessaires pour insoler la résine déposée dans le sillon et la résine sur le plateau vont du simple au triple, mais il n'y a pas règle générale, cela dépend par exemple de la profondeur de la marche ou de la viscosité de la résine. D'autre part on peut aussi envisager, sans sortir du cadre de la présente invention, d'inverser l'utilisation des masques, c'est-à-dire de commencer par le masque de géométrie définitive pour insoler les zones de faible épaisseur puis de continuer par les masques de géométrie inférieure. REVENDICATIONS 1. Procédé de lithographie d'une surface vallonnée caractérisé en ce qu'il consiste: - à déposer une résine sur toute la surface à traiter, la résine présentant des zones d'épaisseurs différentes, puis - pour un motif final donné, à insoler sélectivement la résine en fonction de l'épaisseur des zones à traiter de manière à éviter une surexposition des zones de faible épaisseur; 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'insolation sélective de la résine est réalisée en insolant la résine successivement à travers au moins deux masques présentant des motifs de géométries différentes délimitant les zones d'épaisseurs différentes à ouvrir. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps d'insolation à travers le masque de géométrie définitive correspond au temps nécessaire pour insoler les zones de plus faible épaisseur délimitées par les motifs du masque. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la somme des temps d'insolation à travers les différents masques correspond au temps minimum nécessaire pour insoler les zones de plus forte épaisseur. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'insolation sélective de la résine consiste à réaliser au moins une première insolation à travers un masque présentant des motifs de dimensions inférieures aux dimensions finales, l'insolation étant réalisée pendant un temps inférieur au temps nécessaire pour insoler les zones les plus épaisses, puis à réaliser une insolation finale à travers un masque de géométrie définitive, l'insolation étant effectuée pendant un temps correspondant au temps nécessaire pour insoler les zones les moins épaisses, la somme des différents temps d'insolation correspondant au temps d'insolation minimum de la zone la plus épaisse.