Brevet FR2810447A1 — publié le 20011221

PROCÉDÉ DE CRÉATION D'UN ÉTAGE DE CIRCUIT INTÉGRÉ OU COEXISTENT DES MOTIFS FINS ET LARGES DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un procédé de création d'un étage de circuit intégré ' coexistent motifs fins et des motifs larges, notamment semi- conducteurs. I1 est connu de graver des couches semi conductrices pour ne laisser subsister des motifs isolés qui feront partie du circuit intégré. On y parvient notamment en déposant un masque dur sur la couche semi-conductrice, qu'on fait ensuite disparaître les portions à graver de manière qu' soustraie les motifs à préserver de la gravure. On recourt en général à une autre étape de gravure pour enlever le masque aux endroits inutiles, après avoir déposé de la résine sur les portions du masque qu'il convient de protéger. La résine ,est déposée en couche continue qui est exposée, c'est-à-dire soumise à des conditions qui la sensibilisent, soit sur les portions à protéger du masque, soit sur les autres portions, selon qu'on a affaire à une résine appelée négative ou positive . Une étape de développement de la résine enlève ensuite celle-ci ailleurs que sur les portions à protéger du masque. Enfin, le reste de la résine est enlevé quand le masque a été gravé. I1 existe deux procédés principaux pour exposer la résine : les rayonnements, notamment lumineux aux ultraviolets au aux rayons X, et les bombardements de particules, notamment d'électrons ou aussi d'ions, etc. souvent réalisés par un balayage d'un faisceau. Selon leur composition, les résines sont en pratique sensibles à l' ou l'autre de ces procédés. Les rayonnements permettent d'exposer la résine de manière collective donc de tracer les motifs en une fois. Par contre on constate qu'ils ne permettent pas d'obtenir ensuite des motifs semi conducteurs avec une grande précision de dimensions, ce qui les rend inadaptés quand les motifs qu'il faut faire apparaître sont fins, car les incertitudes deviennent alors excessives. Les bombardements particules permettent au contraire de réaliser des motifs avec une grande précision mais n'exposent la résine que lentement, le faisceau devant être déplacé à peu au-dessus de toute la surface à exposer. Quand des motifs larges et fins coexistent, l'utilisation générale du bombardement de particules, pourtant rendu nécessaire par la présence des motifs fins, conduit à des temps de fabrication excessifs. L'objet de l'invention est donc de permettre dans ce secteur technique l'utilisation conjointe des rayonnements et des bombardements de particules pour former respectivement les motifs larges et fins (typiquement, de 100 et 20 nm de largeurs respectives) de l'étage de circuit intégré, sans que l'application du rayonnement d'effet néfaste sur la formation des motifs fins et en réservant le bombardement de particules aux motifs fins afin de ne pas accroître le temps de fabrication de l'étage plus qu'il n'est nécessaire. Un article de Tedesco autres Resist process of hybrid (electron-beam / deep ultraviolet) lithography paru dans le Journal Vacuum Science and Technology, B16(6), novembre-décembre 1998, p.3676- 3683, mentionne la possibilité d'user d'une résine mixte , pouvant être exposée la fois aux rayonnements et aux faisceaux de particules ; mais de telles résines ne sont optimales ' pour un procédé d'exposition ni pour l'autre. L'utilisation de masques durs à la place de la résine a aussi été proposée pour permettre de graver des_ motifs fins avec précision ; mais les résines restent d'emploi plus commode. Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne ainsi un procédé de création d'un étage de circuit intégré comprenant des motifs, notamment semi conducteurs, dont des premiers ont des largeurs supérieures à un seuil et des seconds ont des largeurs inférieures au seuil, consistant à déposer une couche de matière des motifs sur un substrat, un masque sur la couche de matière des motifs, puis, de façon caractéristique, une couche supérieure sur le masque, une première résine qui est exposée et développée en subsistant seulement sur les premiers motifs encore à former, à graver la couche supérieure, à éliminer la première résine, à déposer une seconde résine qui est exposée et développée en subsistant sur les seconds motifs encore à former, à graver le masque où il est apparent, à graver la couche de matière des motifs, formant ainsi les premiers et les seconds motifs, où elle est apparente, et à enlever la seconde résine. Certains des premiers motifs peuvent être jointifs à certains des seconds motifs sans que des problèmes particuliers apparaissent. Conformément à ce qu'on a déjà exposé, la première résine en général sensibilisée par une exposition à un rayonnement et la seconde résine est sensibilisée par une exposition à un bombardement de particules. Avant de procéder à la gravure de la couche supérieure dans le premier cas, à la gravure de la couche de matière des motifs dans le deuxième cas, on procède au développement la résine exposée. La couche supérieure est avantageusement en matière des motifs et complètement enlevee quand la couche de matière des motifs est gravée. I1 est encore possible de graver 1 e masque où il est apparent après avoir grave la couche supérieure, puis de déposer un second masque après avoir enlevé la première résine, et à graver le second masque là où i1 ..est apparent après avoir déposé la seconde résine. En effet, le second masque peut former des flancs autour de reliquats du premier masque déposé sur couche des matières des motifs, et flancs ne sont enlevés que quand la couche de matière des motifs est gravée. Un effet de ce procédé particulier est que les premiers motifs peuvent être formés avec une base élargie sous les flancs du second masque, ce qui est avantageux si ces motifs sont des transistors MOS. L'invention sera décrite plus en détail au moyen de réalisations pratiques exposées à titre non exhaustif dans les figures suivantes - les figures 1A à 1F sont les étapes d' déroulement du procédé, - les figures 2A et 2B sont deux vues motifs typiques raccordés, - et les figures 3A et 3E illustrent déroulement d'un autre procédé, plus compliqué, de l'invention. Une réalisation particulière du procédé est exposée au moyen des figures 1A à 1F. Sur la figure 1A il a été déposé sur un substrat 1, pouvant consister en une couche d'arrêt en oxyde de silicium (Si02), une couche semi-conductrice 2 pouvant être en silicium polycristallin ou nitrure de silicium dans laquelle devront être gravés des motifs d'une grille semi conductrice, un masque dur 3 pouvant être en oxyde de silicium a été déposé sur la couche semi-conductrice et couche supérieure 4 semi-conductrice éventuellement de même composition que la couche 2, été déposée sur le masque dur 3. Ensuite, comme le montre la figure 1B, la résine sensible aux rayonnements 5 est déposée exposée et développée en subsistant sur les portions la couche supérieure 4 qui surplomberont les motifs larges à graver dans la couche semi-conductrice 2. Une première gravure de la couche supérieure 4 est alors entreprise conformément à la figure 1C, sauf aux endroits //où elle est recouverte par la-résine sensible aux rayonnements 5. La résine sensible aux rayonnements S peut alors être enlevée par une exposition par exemple à un plasma oxygène, avant qu'une résine sensible aux particules 6 ne soit déposée sur le masque dur 3, qui a été mis nu précédemment, puis exposée et développée en ne subsistant qu'au-dessus des motifs fins à graver dans la couche 2. C'est l'état représenté ' la figure 1D. Des reliquats 4' de la couche semi-conductrice 4 qui subsistent au-dessus des motifs larges, sont pas ou ne sont que peu attaqués quand la résine 6 est développée puis enlevée. La figure 1E montre que l'étape suivante consiste en une gravure du masque dur 3 où il est apparent, ne le laissant subsister qu'aux endroits des futurs motifs larges et fins de la couche semi conductrice 2 ; il y forme des reliquats, respectivement 3' et 3", qui sont respectivement protégés par les reliquats 4' de la couche semi conductrice 4 et par la résine sensible aux particules 6. La figure 1F illustre l'état obtenu à la fin du procédé, après que la résine 6 a ' ' ensuite enlevée par exemple par un plasma d'oxygène, puis enfin que la matière semi-conductrice a été gravée, en ne la laissant subsister qu'aux motifs larges 2' et fins 2'' sous les reliquats 3' et 3'' du masque dur, qu'on laisse aussi subsister pour qu'ils produisent une isolation électrique dans le circuit intégré dont la fabrication sera poursuivie par d'autres étapes. On peut employer une gravure chimique anisotrope avec un des produits suivants : HBr, C12, 02 ou CF402. Les reliquats 3' des motifs larges 2' peuvent avoir en pratique été quelque peu attaqués et restent alors moins epais que les reliquats 3 " ; cela est pourtant acceptable. Comme on le voit aux figures 2A les motifs larges et fins 2' et 2 " peuvent parfaitement être jointifs. I1 serait utile alors que résine sensible aux particules 6 déposée à l'étape de la figure 1D chevauche quelque peu les reliquats 4', ce qu'on figuré par la portion 7 de la figure . La dénivellation entre les reliquats 3' et 3 " est alors séparée de la jonction des motifs 2' et 21, une distance de garde 8, ce qui offre un meilleur raccordement. Une variante du procédé sera maintenant décrite à l'aide des figures 3A à 3E. La figure 3A est obtenue à partir de l'état de la figure 1C après une gravure du masque dur 3 qui n'a laissé subsister crue les reliquats 3'. La résine sensible aux rayonnements 5 est alors enlevée, et un second masque 9 est déposé sur toute la structure obtenue alors ; il forme une couche horizontale, sauf en des flancs 10 sensiblement verticaux qui entourent les reliquats 3' et 4' aux emplacements des motifs larges, ce qu'illustre la figure 3B. La figure 3C montre que la résine sensible aux particules 6 est ensuite déposée au-dessus des motifs fins et sur le second masque 9, avant que celui-ci ne soit enlevé ailleurs par une gravure appropriée, sauf toutefois aux flancs 10 qui sont restés abrités, selon l'état de la figure 3D. Les étapes finales du procédé consistent à enlever la résine sensible aux particules 6 et à graver la matière semi-conductrice, ce fait disparaître les reliquats 4' et surtout les portions de la couche 2 qui n'étaient pas recouvertes masques durs. Une certaine attaque des masques durs est cependant produite, qui fait disparaître tout ou partie les flancs 10 tout en laissant subsister une portion au moins des reliquats 3' sur les motifs larges 2' et 9" sur les motifs fins 2" ; de la meure façon, les motifs larges 211 présentent une base élargie 11 sous les emplacements des anciens flancs . Cette base élargie 11 peut être utile si les motifs larges 2' sont destinés à former des transistors MOS à haute tension par exemple. Sinon, il peut être préférable de les enlever, ce qu'on peut accomplir en prolongeant un peu la gravure de la matière semi-conductrice. Dans ce procédé, la sélectivité des gravures, c'est-à-dire leur faculté de n'attaquer qu'un des matériaux exposés en épargnant les autres, et qui n'est que partielle en pratique, revêt une importance particulière en raison du nombre important de matériaux différents employés : les épaisseurs des masques 3 et 9 et de la couche supérieure 4 seront suffisantes pour qu'on arrive aux états illustrés pour les matériaux et les modes de gravure choisis, veillant surtout à éviter que les reliquats tels 3', 4' et 3'' ne disparaissent accidentellement, après une gravure excessive. En d'autres termes, gravure de la couche semi-conductrice 2 sera assez rapide pour laisser une épaisseur suffisante des masques durs 3 et 9 aux reliquats 3' et 9" . De plus, le premier masque dur 3 doit résister quand le second masque dur 9 est attaqué aux flancs 10. Toutes ces conditions peuvent imposer des choix sur les matériaux, leurs épaisseurs et les procédés employés mais les possibilités sont assez nombreuses pour offrir des solutions. REVENDICATIONS 1. Procédé de création d'un étage de circuit intégré comprenant des motifs, notamment semi conducteurs, dont des premiers (2') ont des largeurs supérieures à un seuil et des seconds (211) ont des largeurs inférieures au seuil, consistant à déposer une couche matière (2) des motifs sur un substrat (1), un masque (3) sur la couche de matière motifs, puis, façon caractéristique, une couche supérieure (4) sur le masque, une première résine (. , qui est exposée et développée en subsistant seulement sur les premiers motifs encore à former, à graver la couche supérieure (4) où elle est apparente, à enlever la première résine, à déposer une seconde résine, qui est exposée développée en subsistant sur les seconds motifs encore à former, à graver le masque ) où il est apparent, à graver la couche de matière (2) des motifs, formant ainsi les premiers et seconds motifs, ou elle est apparente, et à enlever seconde résine (6). 2. Procédé de création d'un étage de circuit intégré selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première résine (5) est exposée par un rayonnement et la seconde résine (6) est exposée par à un rayonnement de particules. 3. Procédé de création d'un étage de circuit intégré selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayonnement est lumineux et les particules sont des électrons. 4. Procédé de ,création d'un étage de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde résine (5) est exposée par un balayage d'un faisceau. 5. Procédé de création d'un étage de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications l ,à 4, caractérisé en ce que certains des premiers motifs (2') sont jointifs à certains des seconds motifs (2-). 6. Procédé création d'un étage de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche supérieure (4) est en matière des motifs et est complètement enlevée quand la couche de matière des, motifs est gravée. 7. Procédé création d'un étage de circuit intégré selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste encore à graver le masque ) où il est apparent après avoir gravé la couche superieure, à déposer un second masque (9) @après avoir enlevé la première résine (5), à graver le second masque où est apparent après avoir déposé, exposé et développe la seconde résine (6). 8. Procédé de création d'un étage de circuit intégré selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second masque forme des flancs (10) autour de reliquats (3') du masque (3) déposé sur la couche de matière (2) des motifs, qui ne sont enlevés que quand la couche de matière des motifs est gravée. 9. Procédé de création d'un étage de circuit intégré selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est réglé de façon que les premiers motifs soient formés avec une base élargie (11) sous les flancs du second masque.