Brevet FR2672138A1 — publié le 19920731

Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique. La présente invention a trait à un procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique, dans lequel un micromotif net, au-dessous de la limite de résolution, est formé par gravure à sec d'un motif de vernis photosensible imparfait durant une photolithographie. Des DRAM 16M selon une règle de conception de 0,5gm, fabriquées en préparation à une application commerciale, ont subi l'essai de performances ces dernières années, et seront bientôt disponibles avec un délai pour une fabrication en série. Conjointement à cette tendance, des études sont concentrées sur les générations suivantes de DRAM 64M et DRAM 256M. La règle de conception nécessaire pour des DRAM 64M et DRAM 256M est 0,3 à 0,4 Rm et 0,2 Fm, respectivement. Ainsi, il est raisonnablement certain que le développement de ces générations suivantes de DRAM possédant des densités d'enregistrement supérieures dépend du développement de techniques photolithographiques à résolution élevée qui sont capables de former un micromotif au-dessous des dimensions du demi-micron. Durant le traitement de dispositifs DRAM 0,sium, la longueur d'onde utilisée dans une technique photolithographique progresse de la raie g (436 nm) à la raie i de longueur plus courte (365 nm). Egalement, un vernis photosensible à résolution élevée constante qui est couramment utilisé pour la raie g et la raie i, ou un vernis photosensible du type chimiquement amplifié, ont été présentés pour le processus photolithographique. De plus, la technique de formation d'une structure de vernis photosensible à niveaux multiples au lieu d'une unique structure de vernis photosensible a été introduite pour obtenir un rapport de contraste élevé. Cependant, le traitement de ces dispositifs à 0,5#m, le phénomène de diffraction de la lumière dans la technique photolithographique empêche la formation d'un micromotif avec une largeur de trait et un espacement audessous de 0,4#m. Par conséquent, des lasers à excimire KrF de longueur d'onde de 248 nm, des lasers à excib~ere ArF de 193 nm, et analogues sont présentement introduits pour fabriquer des DRAM 64M avec une dimension caractéristique de 0,4 à 0,3 Rm. De plus, la recherche pour former un micromotif au-dessous du niveau du demi-micron utilisant un faisceau d'électrons ou des rayons X, faisant l'objet d'une intense activité, est nécessairement suivie par le remplacement d'appareils couramment utilisés pour créer des dispositifs de 0,5 gm par de nouveaux appareils coûteux. La présente invention a pour but de proposer un procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique, pouvant former un micromotif à 0,35 gm, sans modifier les techniques ou appareils photolithographiques utilisés pour la formation de dispositifs de 0,5pu. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique, qui soit économique grâce à la formation d'un micromotif de 0,35 gm sans remplacer les appareils photolithographiques classiques qui forment des dispositifs de 0,5 Rm. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique, pouvant former un micromotif pour des générations suivantes de dispositifs ayant des densités d'enregistre ment supérieures en utilisant des appareils photolithographiques d'utilisation courante. Afin d'atteindre ces buts ainsi que d'autres, on prévoit un procédé de formation d'un micromotif audessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique comportant les étapes consistant à appliquer une couche de vernis photosensible sur un matériau à graver exposer la couche de vernis photosensible en utilisant un masque sur lequel un motif est formé possédant une largeur de trait et un espacement au-dessous de la limite de résolution de la couche de vernis photosensible, et développer la couche de vernis photosensible exposée pour former des gorges sur les surfaces de la couche de vernis photosensible exposée remplir les gorges d'un matériau empêchant une gravure résistant à une gravure ionique réactive à l'oxygene;; graver la couche de vernis photosensible par gravure ionique réactive à l'oxygène, en utilisant le matériau empêchant une gravure remplissant les gorges en tant que masque ; et graver le matériau à graver en utilisant le motif qui est constitué d'une couche de vernis photosensible et former par le processus de gravure ionique réactive à l'oxygène, en tant que masque. Par conséquent, puisqu'un micromotif au-dessous de la limite de résolution de générations suivantes peut être formé en utilisant des dispositifs photolithographiques classiques sans avoir à les remplacer, le procédé de formation d'un micromotif selon la présente invention est très économique et dépasse la limite de résolution. D'autres buts et avantages de la présente inven tion ressortiront de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés, sur lesquels la Figure 1 est un graphique représentant la linéarité de la largeur de trait d'une dimension de motif de masque en fonction de la dimension d'un motif de vernis photosensible les Figures 2A à 2M sont des photographies SEM (Microphotographies au microscope électronique à balayage) de motifs dont les largeurs de trait et les espacements sont 0,5 tjm, 0,45 Rm, 0,4 tjm et 0,35 Rm, respectivement, lorsque la raie i (NA = 0,45) est utilisée ; et les Figures 3A à 3G représentent un processus de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la présente invention. La Figure 1 est un graphique représentant la linéarité de la largeur de trait de la dimension d'un motif de masque en fonction d'un motif de vernis photosensible qui a été obtenue en application pratique. Comme représenté sur la Figure 1, le motif de vernis photosensible dans un processus de vernis photosensible classique a été, pour toutes les applications pratiques, complètement transféré pour des motifs de masque allant de 1,0 jim à 0,6 ijm. Cependant, le motif de vernis photosensible de 0,5 à 0,4 Rm augmentait par rapport à la dimension du motif de masque, tandis que le motif de vernis photosensible n'est pas formé au-dessous de 0,4 #m. Les Figures 2A à 2D sont des photographies SEM représentant des configurations de motif de vernis photosensible formées en pratique, avec des largeurs de trait et des espacements de chaque motif formés sur le masque à 0,5 Rm, 0,45 Rm, 0,4 ijm, et 0,35 Rm, respectivement. Comme indiqué sur la Figure 2D, avec une largeur de trait et un espacement à 0,35 Rm, le motif est imparfait. Dans la présente invention, lorsqu'un motif est laissé imparfait et au-dessous de la limite de résolution comme représenté, le motif incomplètement formé est recouvert de matériaux organiques/inorganiques à l'exception d'un vernis photosensible. Ensuite, la surface résultante est rendue plane par un processus de contre-gravure. Ensuite, la couche inférieure constituée de vernis photosensible est éliminée par gravure à sec en utilisant les matériaux organiques/inorganiques qui n'ont pas été éliminés par le processus de contre-gravure, comme masque. Par conséquent, le motif imparfait devient complètement formé. C'est-à-dire que le micromotif peut être formé audessous de la limite de résolution selon la présente invention dans laquelle le motif imparfait, au-dessous de la limite de résolution et dont la linéarité de largeur de trait manquante provoquée par les limitations des installations et du traitement photolithographique classiques, est complété par un processus de contre-gravure et gravure à sec du vernis photosensible. La présente invention sera à présent décrite plus en détail en référence aux Figures 3A à 3G. En référence à la Figure 3A, un matériau à graver, par exemple un substrat semiconducteur 10, est recouvert d'une couche de vernis photosensible ll d'épaisseur prédéterminée. Ici, le matériau utilisé pour former la couche de vernis photosensible 11 peut être un vernis photosensible à résolution élevée comprenant des composés de naphtoquinone et des résines novolac, ces dernières étant des résines de base, telles que TSMR-V3 (Tokyo-Ohka Kogyo, Co.), PFR GX100 (Nippon Synthetic Chemical Industry Co.), FH-6300 (Fuji Hunt, Co.), et MCPR 3000 (Mitsubishi Chemical, Co.) pour la raie g (436 nm), et pour la raie i (365 nm), TSMR-365i et TSMR-i1100 (Tokyo-Ohka-Kogyo, Co.). Un vernis photosensible du type chimiquement amplifié peut également être utilisé. En référence à la Figure 3B, la couche de vernis photosensible ll est exposée à travers un masque 15 sur lequel un motif est formé possédant une largeur de trait et un espacement au-dessous de la limite de résolution de la couche de vernis photosensible 11. Selon les types de vernis photosensibles, un dispositif de progression pas à pas de raie g, un dispositif de progression pas à pas de raie i, un dispositif de progression pas à pas à large bande (250 nm à 460 nm), un exposemètre à faisceau d'électrons, un exposemètre à rayons X, ou un dispositif de progression pas à pas à laser à excimere peuvent être utilisés durant l'exposition.Il est largement connu qu'avec des dispositifs de progression pas à pas de raie g courants (NA = 0,45), la limite de résolution est 0,45 Rm, 0,40 Rm dans le dispositif de progression pas à pas de raie i (NA = 0,45), et 0,35 Rm dans le dispositif de progression pas à pas à laser à excimère (NA = 0,45).Ainsi, lorsque le dispositif de progression pas à pas de raie g (NA = 0,45) est utilisé, la largeur de trait et l'espacement sont abaissés à 0,3 Rm, et avec le dispositif de progression pas à pas laser à excimère(NA = 0,45) abaissés à 0,2 gm. En bref, un motif imparfait dans la présente invention est suffisant, pourvu qu'il possède une largeur de trait désirée (0,35 Wm) et un espacement sur les surfaces de la couche de vernis photosensible. En référence à la Figure 3C, la couche de vernis photosensible exposée ll est développée pour former le motif imparfait 14 avec des gorges 13 ayant une largeur de trait et un espacement sur les surfaces de la couche de vernis photosensible 11. En référence à la Figure 3D, une couche de matériau empêchant une gravure 12 ayant une épaisseur prédéterminée recouvre la couche de vernis photosensible 11 dans laquelle sont formées les gorges 13, pour avoir une surface généralement apla ie. Ici, le matériau empêchant une gravure possède une vitesse de gravure différente de celle de la couche de vernis photosensible 11 en ce qui concerne une gravure à sec. Par exemple, lorsqu'un procédé de gravure ionique réactive à l'oxygène est utilisé pour graver la couche de vernis photosensible 11, le matériau résiste à la gravure ionique réactive à l'oxygène telle qu'une couche SOG (Centrifugation sur verre), une couche TEOS (Tétra-étbyl-ortho-silicate) ou une couche de PE-oxyde (Oxyde accru par plasma).Si la couche SOG est utilisée en tant que matériau empêchant une gravure, il est préférable de cuire et de durcir la couche de vernis photosensible 11 à une température prédéterminée pendant une période de temps optimum, avant d'appliquer la couche SOG. En ce qui concerne 1 1épaisseur du matériau empêchant la gravure, il suffit qu'elle soit approximati o vement supérieure à 3000 A d'épaisseur dans le cas de la o couche SOG, et supérieure à environ 1000 A d'épaisseur dans le cas de la couche TEOS ou la couche de PE-oxyde. En référence à la Figure 3E, la couche de matériau empêchant une gravure 12 est gravée par un procédé de gravure ionique réactive qui sert à graver sélectivement la couche de matériau empêchant une gravure, de sorte que ce matériau est éliminé de la surface de la couche de vernis photosensible 11 mais subsiste dans les gorges 13. En référence à la Figure 3F, la couche de vernis photosensible 11 est gravée à sec par un procédé de gravure ionique réactive, en utilisant le matériau empêchant une gravure 12 remplissant les gorges 13 comme masque, formant ainsi le micromotif désiré au-dessous de la limite de résolution. En référence à la Figure 3G, le matériau à graver, par exemple le substrat semiconducteur, est gravé en utilisant le micromotif ci-dessus obtenu comme masque en formant ainsi le micromotif final désiré. L'exemple suivant a pour but d'illustrer encore la présente invention Une couche de vernis photosensible de TSMR-i1100 (fourni par Tokyo-Ohka-Kogyo, Co.) est appliquée sur un substrat semiconducteur. La limite de résolution du TSMRi1100 est d'environ 0,5 jim. Ensuite, un dispositif de progression pas à pas de raie i (365 nm) avec une valeur d'ouverture numérique de 0,45 est utilisé pour exposer la couche de vernis photosensible, en utilisant un masque sur lequel un motif a été formé ayant une largeur de trait et un espacement de 0,3 Rm. Après développement de la couche de vernis photosensible exposée, les gorges d'une largeur de 0,35 Rm sont formées sur les surfaces de la couche de vernis photosensible. La couche de vernis photosensible munie de gorges est cuite et durcie à 2000C dans un four à plaque chaude pendant 60 secondes. Ensuite, une couche SOG de 5000 A0 d'épaisseur est appliquée sur la couche de vernis photosensible, est ensuite cuite et durcie à 1800C pendant 60 secondes. La couche SOG cuite durcie est gravée à la surface de la couche de vernis photosensible, et subsistant dans les gorges seulement, par un procédé de gravure ionique réactive dans lequel du tétrafluorure de carbone (CF4) est utilisé en tant qu'ingrédient principal. La couche de vernis photosensible est gravée par gravure ionique réactive à l'oxygène, en utilisant la couche SOG remplissant les gorges comme masque. Enfin, un micromotif au-dessous de la limite de résolution présentant une largeur de trait et un espacement de 0,35 Rm est forme. Comme décrit ci-dessus, puisqu'un motif plus fin, un motif au-dessous du micromotif à la limite de résolution formé par un équipement et un traitement photolithographiques classiques, peut être obtenu sans remplacer les équipements et le traitement, le procédé afin de former le micromotif selon l'invention est très économique. Par exemple, les techniques et installations pour former un micromotif de 0,5 Rm nécessaires pour des DRAM 16M peuvent également être utilisés pour des DRAM 64M exigeant un micromotif de 0,35 gm. De plus, la présente invention permet la formation d'un micromotif de 0,2 ijm nécessaire pour des DRAM 256M, en utilisant un dispositif de progression pas à pas à laser à excimere de 0,35 pm. REVENDICATIONS 1. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un procédé photolithographique caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à appliquer une couche de vernis photosensible (11) sur un matériau à graver (10) exposer ladite couche de vernis photosensible (11) en utilisant un masque sur lequel est formé un motif présentant une largeur de trait et un espacement au-dessous de la limite de résolution de ladite couche de vernis photosensible, et développer ladite couche de vernis photosensible exposée pour former des gorges (13) sur les surfaces de ladite couche de vernis photosensible exposée (11) ~ remplir lesdites gorges (13) d'un matériau empêchant une gravure (12) qui résiste à une gravure ionique réactive à l'oxygène graver ladite couche de vernis photosensible (11) par gravure ionique réactive à l'oxygène, en utilisant ledit matériau empêchant une gravure (12) remplissant lesdites gorges (13) comme masque ; et graver ledit matériau à graver (10) en utilisant ledit motif comme masque qui est constitué d'une couche de vernis photosensible et formé par ledit processus de gravure ionique réactive à l'oxygène. 2. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de vernis photosensible est constituée d'un vernis photosensible à résolution élevée possédant une limite de résolution inférieure à un niveau submicronique. 3. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que des résines novolac sont utilisées pour constituer ladite couche de vernis photosensible. 4. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de vernis photosensible est exposée à l'une quelconque d'une raie g (436 nm), une raie i (365 nm), et un rayonnement infrarouge à large bande de 250 nm à 460 nm. 5. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendictaion 1, caractérisé en ce que ladite couche de vernis photosensible est constituée d'un vernis photosensible du type chimiquement amplifié. 6. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de vernis photosensible est exposée à l'un quelconque d'un faisceau d'électrons, d'un rayonnement X, et d'un laser à excimère 7. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de matériau empêchant la gravure est l'une quelconque d'une couche SOG, d'une couche TEOS, et d'une couche PE-oxyde. 8. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de remplissage desdites gorges est effectuée en recouvrant ladite couche de vernis photosensible possédant lesdites gorges d'un matériau empêchant la gravure, pour présenter une surface généralement aplanie, en éliminant ensuite ledit matériau empêchant la gravure grâce à un procédé de contre-gravure jusqu'à la surface de ladite couche de vernis photosensible tout en laissant ledit matériau empêchant la gravure dans lesdites gorges seulement. 9. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographi que,#caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: appliquer une couche de vernis photosensible (11) sur un matériau à graver (10) exposer ladite' couche de vernis photosensible (11) en utilisant un masque sur lequel est formé un motif possédant une largeur de trait et un espacement au-dessous de la limite de résolution de ladite couche de vernis photosensible (11), et développer ladite couche de vernis photosensible exposée pour former des gorges (13) sur les surfaces de ladite couche de vernis photosensible exposée (11) recouvrir ladite couche de vernis photosensible (11) possédant des gorges (13) à l'aide d'un matériau empêchant la gravure (12) qui résiste à une première étape de gravure à sec, selon une épaisseur prédéterminée et de manière à avoir une surface généralement aplanie graver ledit matériau empêchant la gravure (12) au cours d'une seconde étape de gravure à sec jusqu'à la surface de la couche de vernis photosensible (11) tout en ne gravant :pas dans lesdites gorges (13) graver ladite couche de vernis photosensible (11) par un procédé de gravure ionique réactive à l'oxygène, en utilisant ledit matériau empêchant la gravure (12) remplissant lesdites gorges (13) comme masque ; et graver ledit matériau à graver (12), en utilisant ledit motif qui est constitué d'une couche de vernis photosensible et formé par ledit processus de gravure ionique réactive à l'oxygène, comme masque. 10. Procédé de formation d'un micromotif au-dessous de la limite de résolution d'un processus photolithographique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite couche de matériau empêchant la gravure est une couche o SOG possédant une épaisseur de 3000 A ou plus.