FR2519157A1

FR2519157A1 - Procede pour la realisation de motifs submicroniques et motifs ainsi obtenus

Info

Publication number: FR2519157A1
Application number: FR8124507A
Authority: FR
Inventors: Vincent Jean Henri Chalmeton; Pierre Michel Marcel Baudet
Original assignee: Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Current assignee: Laboratoires dElectronique Philips SAS
Priority date: 1981-12-30
Filing date: 1981-12-30
Publication date: 1983-07-01
Also published as: FR2519157B1

Abstract

LE PROCEDE COMPORTE LE REVETEMENT DE LA FACE DE L'ECHANTILLON 11 D'UNE COUCHE 13 DE RESINE SENSIBLE A UN RAYONNEMENT X D'EPAISSEUR D'ORDRE MICRONIQUE, LA CONSTRUCTION A MEME CETTE COUCHE D'UN MASQUE A MOTIFS MICRONIQUES 16, 17, L'INSOLATION DE LA COUCHE 13 DE RESINE X A L'AIDE DE DEUX RAYONNEMENTS X SELON DES FAISCEAUX DE RAYONS PARALLELES 23, 24, 25, 26, CHACUN SOUS UNE INCLINAISON DIFFERENTE, RESPECTIVEMENT 21, 22, LES DOSES RESPECTIVES , DE CHAQUE RAYONNEMENT TRANSMISES A LA RESINE X ETANT OU NON EGALES ET AJUSTEES PAR RAPPORT A LA SENSIBILITE DE LA RESINE, PUIS LE DEVELOPPEMENT DE LA RESINE X INSOLEE APRES OU AVANT RETRAIT DU MASQUE CONSTRUIT, SUIVANT LA NATURE DE LA RESINE ET LES DOSES UTILISEES. APPLICATION: CONSTRUCTION DE COMPOSANTS SOLIDES ELECTRONIQUES.

Description

PROCEDE POUR LA REALISATION DE MOTIFS SUBMICRONIQUES ET MOTIFS AINSI
OBTENUS
La présente invention concerne un procédé de réalisation de motifs submicroniques et les motifs ainsi obtenus. Par motifs, on entend les configurations en relief ou en creux isolées ou répétées composées de parties pleines ou creuses de matière, déposées sur un support matériel sensiblement plan. Ces motifs sont déposés en particulier sur des dispositifs semiconducteurs en cours de construction.

Selon l'art antérieur, on connaît pour la réalisation de motifs submicroniques des méthodes par lithographie au moyen d'électrons ou de rayonnement X. En raison de l'absence de diffusion des rayons X dans les résines et les substrats, la lithographie X est potentiellement plus intéressante que la lithographie par électrons. L'échantillon devant porter les motifs est revêtu d'une couche de résine X puis insolé à travers un masque constitué par un substrat comportant des parties transparentes aux rayons X et des parties opaques, ledit masque étant situé à une certaine distance de la résine.Dans le cas idéal où les X sont parallèles et où la diffraction n'intervient pas, on obtient après développement de la surface de l'échantillon recouverte de résine, la réplique du masque avec des largeurs de parties pleines et vides de résine, égales, soit à celles respectivement des parties opaques et transparentes du masque, soit l'inverse selon que la résine est positive ou négative.

Une telle méthode présente un certain nombre d'inconvénients, certains empêchant d'atteindre une parfaite similitude entre motif et masque. D'une part, la source X n'étant ni ponctuelle ni à l'infini, il y a à la fois pour le motif distorsion géométrique et effet de pénombre, tous deux proportionnels à la distance entre source et échantillon. Par ailleurs, l'insolation à l'aide de rayons X nécessite un masque mince, en silicium le plus souvent, donc très fragile et qui de ce fait ne peut être en contact parfait avec l'échantillon. La distance masque-échantillon non nulle entraîne une diffraction non négligeable des rayons X. Ce masque, de plus, est très coOteux et suppose déjà résolu le problème d'obtention de motifs submicroniques. Enfin, l'alignement de plusieurs motifs superposés est un problème extrêmement difficile à réaliser.

Un autre moyen d'atteindre des géométries submicroniques, selon l'art antérieur, est d'utiliser des techniques autoalignées à partir d'une insolation classique par rayons ultraviolets. Dans ce cas, les phénomènes de diffraction limitent les géométries des motifs à des valeurs supérieures à 1,5 pm. L'échantillon à traiter, par exemple un corps semiconducteur, est revêtu d'une couche intermédiaire, souvent métallique. Ce métal est recouvert d'une résine que l'on insole de manière classique à travers un masque présentant un motif de largeur Q transparent ou opaque, typiquement de l'ordre de 1,5 à 2 pm, pour laquelle on sait relativement bien réaliser des masques et des insolations avec une influence réduite des phénomènes de diffraction.La résine insolée èt développée présente ainsi des ouvertures ou lignes de largeur Q. Après le développement, la couche métallique sous-jacente est attaquée jusqu'à la surface du semiconducteur, l'attaque se développant latéralement sous la résine sur une largeur b dite de "sous-gravure" à partir des limites d'ouverture ou de ligne dans la résine. On obtient ainsi dans le métal, à la surface de l'échantillon, soit des traits de largeur réduite = = Q - 2b, soit des fentes de largeur plus grande Q' = Q + 2b. Dans le cas des traits, le motif est de largeur submicronique. Une fente submicronique peut s'obtenir à partir d'une sous-gravure b avec une évaporation supplémentaire sur la surface de l'échantillon. Ce type de technologie présente un certain nombre d'inconvénients.L'un de ceux-ci concerne l'attaque de la couche métallique qui suppose, pour obtenir la dimension géométrique souhaitée, de bien contrôler la vitesse et l'homogénéité de l'attaque. Un autre provient du fait que toutes les imperfections des bords de motifs dues au masque se retrouvent, à l'insolation et au développement, telles quelles dans le métal et que leur importance relative dans la précision de la géométrie des motifs obtenus croit en même temps que Q' diminue.

L'un des buts de l'invention est de proposer un procédé de réalisation de motifs submicroniques à partir d'un masque initial nettement micronique (dimension des motifs de l'ordre de 2 Vm) dont on sait que les délimitations des motifs peuvent être extrêmement nettes. Un autre but de l'invention est de pouvoir disposer d'un masque de faible épaisseur et situé à faible distance de l'échantillon de manière à rendre quasiment inexistants les effets de flou et distorsion géométrique ainsi que ceux de diffraction. De ce fait, le masque ne peut avoir la fragilité de ceux par exemple en silicium de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de ne pas utiliser pour la réduction des motifs des techniques de sous-gravure qui sont toujours délicats à contrôler et qui amplifient les défauts des masques.L'invention propose pour cela d'associer les deux techniques de lithographie et d'autoalignement précédemment évoquées.

Le procédé selon l'invention est remarquable en ce qu'il comporte le revêtement de l'échantillon d'une couche de résine sensible à un rayonnement X, ladite couche étant d'épaisseur uniforme et d'ordre micronique (typiquement 2 #m),#puis la construction, à même cette couche, d'un masque pour insolation X dont l'épaissseur est de l'ordre de quelques dizièmes de Vm et la largeur des motifs est micronique (typiquement de l'ordre de 1,5 à 2 #m), ledit masque étant la réplique par alignement d'un masque initial micronique, l'insolation, à travers le masque construit, de l'échantillon à l'aide de deux rayonnements X, chacun, sous une inclinaison par rapport à la normale au masque différente, les doses respectives A #2 de chaque rayonnement transmises à la résine X au travers des parties transparentes du masque étant ou non égales pour les deux rayonnements et les doses ajustées par rapport à la sensihilité a de la résine, puis le développement de la résine insolée après pu avant retrait du masque suivant la nature de la résine et les doses utilisées. Selon la nature de la résine, positive ou négative, et les doses d'insolation utilisées, il résulte des inclinaisons différentes des deux insolations, une non uniformité des doses reçues en surface par la résine X au travers des parties transparentes du masque construit, faisant apparaître après développement de la résine X sur l'échantillon des motifs de dimensions plus petites que celles des motifs du masque.

Selon un mode préférentiel de réalisation du procédé, pour la construction du masque à même la couche de résine X de l'échan- tillon, celle-ci est recouverte d'une couche métallique, en or par exemple, d'épaisseur de quelques dizièmes de pm, puis ladite couche métallique est recouverte à la tournette d'une couche de résine pour insolation par rayonnement ultraviolet ou X, ou encore par électrons, puis ladite couche est insolée à travers un masque micronique et la résine développée.

Selon un autre mode préférentiel de réalisation du procédé, la construction du masque à même la couche de résine X de l'échantillon s'effectue à partir d'une couche relativement épaisse de résine (typiquement de l'ordre de 1 pm) sensible à un rayonnement ultraviolet ou à des électrons, ladite couche de résine étant insolée à travers un masque micronique, puis développée et jouant par la suite, dans le déroulement du procédé, le rôle de masque X.

Selon une première variante du procédé, la résine X sur l'échantillon est positive et les doses A1, A2 d'irradiation X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon supérieures, chacune, à la sensibilité a de la résine. A un élément de motif en forme de trait non transparent de masque construit, correspond, après développement de la résine X, un élément de motif sur l'échantillon en forme de trait de largeur plus petite. Au contraire, à un élément de motif du masque en forme de fente transparente correspond sur l'échantillon un élément en forme de fente de largeur plus grande.

Selon une seconde variante du procédé , la résine X sur l'échantillon est encore positive et les doses Aî, A2 d'irradiation X sont comprises entre 2 et a (# < A1,A2 < a). A un trait et une fente de motif de masque construit correspondent pour le motif sur l'échantillon respectivement un trait plus large et une fente plus étroite.

Selon une troisième variante du procédé, la résine X sur l'échantillon est négative et les doses Q1' A2 d'irradiation X sont supérieures à o. A un trait du masque correspond sur l'échantillon une fente plus fine, tandis qu'à une fente correspond un trait plus large.

Selon une quatrième variante, la résine est négative et les doses A 2 comprises entre a2 et a ( a < A1,#2 < a). Un trait et une fente de masque sont alors transformés sur l'échantillon respectivement en fente plus large et trait plus étroit. A noter, que dans les deux cas, le développement de la résine X après insolation X doit être précédé d'une dissolution du masque construit sur l'échan- tillon.

Selon une cinquième variante, la résine est positive et inversable, la dose de rayonnement X d'inversion étant ai et les doses
a a.

d'irradiation X comprises entre 2 et a < A Un
2 1 l'2 a#.

trait de masque est alors transformé sur l'échantillon en deux fentes parallèles espacées par un trait, tandis qu'une fente de ma que est tranformée en un trait et deux fentes, fentes et trait pouvant être de largeur inférieure aux trait et fentes initiaux pour des orientations bien choisies des insolations
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de quelques exemples non limitatifs de mise en oeuvre du procédé, ladite description étant accompagnée d'explications et dessins qui représentent
Figure 1 : l'obtention par le procédé d'un élément de motif en forme de trait et/ou fente submicroniques à partir d'un élé- ment de motif de masque en forme de trait micronique.

Figure 2 : l'obtention par le procédé d'un élément de motif en forme de trait et/ou fente à partir d'un élément de motif de masque en forme de fente micronique.

Sur ces figures, la structure de mise en oeuvre du procédé est représentée en coupe, d'une part perpendiculaire a l'échantillon support du motif submicronique à réaliser et aux diverses couches de revêtement de l'échantillon nécessaires à la construction du motif et d'autre part parallèle à la plus petite dimension des motifs. Pour simplifier, les dessins n'indiquent que la construction de motifs submicroniques effectuée à partir d'un seul élément trait ou fente du masque initial, ces trait ou fente étant perpendiculaires au plan de la feuille. Il va de soi que la construction peut utiliser simultanément plusieurs de ces éléments en fonction de la complexité et de la fréquence spatiale du motif submicronique à construire sur l'échantillon. Sur ces figures, l'échantillon support du motif submicronique à réaliser porte le repère 11.Le motif est construit sur la surface 12 sensiblement plane de cet échantillon. Pour ce faire, la surface 12 est revêtue à la tour nette d'une couche 13 de résine sensible à un rayonnement X. Cette couche, subit un séchage puis une pré-cuisson classiques. L'épaisseur e de cette couche est de l'ordre de quelques microns, typiquement 2 pm. C'est sur cette couche que selon le procédé de l'invention est construit un masque micronique réplique d'unmasque de l'art antérieur (largeur des éléments de motif de l'ordre de 1,5 à 2 pm). A cette fin, selon un mode préféren-tiel de mise en oeuvre du procédé, la couche X est recouverte d'une couche métallique mince 14 -épaisseur de quelques dizièmes de pm- en or par exemple.Cette couche de métal est recouverte à son tour à la tournette d'une couche 15 de résine sensible à un rayonnement ultraviolet ou à des électrons. Cette couche subit les traitements de pré-cuisson et autres convenables. Elle est insolée à travers un masque initial micronique classique (largeur Q des trait ou fente des motifs de ce masque de l'ordre de 2 un). La résine est ensuite développée et le métal sous-jacent attaqué chimiquement, par plasma ou par tout autre moyen, sans sous-gravure, faisant apparaître dans le métal un masque réplique du masque initial.Lors de ces opérations, apparaissent en particulier dans la résine le trait 1G et dans le métal sous-jacent le trait 17, tous deux de largeur Q comme représenté sur la figure 1, ou encore dans la résine la fente 18 et dans le métal sous-jacent la fente 19, tous deux également de largeur Q comme représenté sur la figure 2. La résine X est insolée en faisceau parallèle à travers le masque construit dans la couche métallique à l'aide de deux rayonnements X de directions différentes 21 et 22 faisant avec la normale 20 à l'échantillon les angles respectivement al et a2, les doses e et A2 de rayonnement trans- mises dans la résine à travers les parties transparentes du masque étant ou non égales.Du fait de l'inclinaison différente des rayonnements, la résine X sous-jacente au trait 17 ou à la fente 19 comporte des régions d'insolation inégale qui sont schématiquement délimitées par les couples de rayons parallèles aux directions de rayonnement et qui s'appuient sur lesdits trait ou fente dans le métal. Ces couples de rayons sont, sur la figure 1, respectivement 23, 24 et 25, 26 et sur la figure 2 respectivement 26, 27 et 28, 29. Les différentes régions que l'on peut distinguer d'après la dose reçue sont indiquées par les lettres respectivement A, B, C, D.

Ces zones reçoivent au cours des deux insolations X les doses respectivement Al+A2,Al,L2 etO Les résultats obtenus après développement de la résine X dépendent de la nature de la résine, de sa sensibilité a et des doses Al, A2.

Selon une première variante, la résine est positive et les doses Al,Q2 sont supérieures à a. Les zones A, B et C sont dissoutes au cours du développement, tandis pue les zones D subsistent.

Du trait 17 de la figure 1, on obtient le trait sur la surface 12 dont la largeur est
l'= = - e (tg a1 + tg a2) plus petite que Q, tandis que de la fente 19 de la figure 2, on obtient la fente S'R' de largeur Q' = Q + e (tg cil + tg a2) donc plus large que l.

Selon une seconde variante, la résine est positive et les doses Al, #2 choisies telles que a2 < al, A2 < G. La zone A est totalement développée tandis que les zones B, C et D sont intactes. Le trait 17 est rendu en SR sous une forme élargie de largeur
g. = g + e (tg cil + tg 2) tandis que de la fente 19 résulte la fente P'Q' rétrécie de largeur
Q' = t- e (tg al + tg a2)
Selon une troisième variante, la résine est négative et l'insolation est choisie forte, c'est-à-dire que Al, A2 > a. Après développement, seules les zones A, B et C subsistent. Le trait 17 est transformé en fente PQ de largeur plus fine que le trait, tandis que la fente 19 est transformée en trait S'R' plus large.

Selon une quatrième variante, la résine est négative et les insolations sont faibles, choisies telles que 2 < #1, A2 < a
Seules les zones A subsistent après développement. Le trait 17 est transformé en fente SR plus large que le trait et la fente 19 en trait P'Q' plus étroit que la fente.

Selon une cinquième variante, la résine est positive et inversable de dose d'inversion ai et les doses A1 A2 choisies telles que Al, A2 < ai.La zone A est négative et insolée, les 2 A2 insolée et zones B et C sont positives et insolées et la zone D positive et insoluble. Après développement, le trait 17 PQ est transformé en trait PQ et fentes respectivement naissance SP et QR, la largeur dePQétant inférieure à 1. La fente 19 donne naissance au trait P'Q' de largeur inférieure à 1 et aux fentes. S'P' et les
A noter que selon les troisième, quatrième et cinquième variantes, le procédé comporte l'enlèvement de la couche métallique avant le développement de la résine X.

Selon un autre mode préférentiel de mise en oeuvre du procédé, la construction du masque micronique à même la couche de résine X de l'échantillon s'effectue à partir d'une couche épaisse de résine (typiquement de l'ordre de 1 un d'épaisseur) sensible à un rayonnement ultraviolet ou à des électrons et déposée sur la couche 14 de résine X, ladite couche étant insolée en ultraviolet ou à l'aide d'électrons à travers un masque micronique de l'art antérieur, puis développée.

Selon ces modes de réalisation et variantes, l'échantillon est en particulier un corps semiconducteur avec lequel on veut constituer un composant électronique ou encore une membrane mince perméable à un rayonnement X ou ultraviolet. Le produit final est alors un masque autonome déplaçable à motifs submicroniques pour insolation avec rayonnement X ou ultraviolet. Une application de ces masques consiste dans l'obtention directe de motifs submicroniques sur échantillon recouvert d'une résine sensible à l'aide d'une seule insolation par rayonnement X ou ultraviolet. L'échantillon est en particulier dans ce cas un corps semiconducteur.

Claims

REVENDICATIONS :

1. Procédé de réalisation de motifs submicroniques sur une face sensiblement plane d'un échantillon, caractérisé en ce qu'il comporte le revêtement de la face de l'échantillon d'une couche de résine sensible à un rayonnement X, ladite couche étant d'épaisseur uniforme et d'ordre micronique -typiquement 2 pm-, puis la construc tion~à même cette couche, d'un masque dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dizièmes de pm et la largeur des motifs micronique -typiquement de l'ordre de 1,5 à 2 Vm- ledit masque étant la réplique par alignement d'un masque initial micronique, l'insolation de la couche de résine X à travers le masque construit sur la face d'échantillon à l'aide de deux rayonnements X selon des faisceaux de rayons parallèles, chacun sous une inclinaison par rapport à la normale au masque différente, les doses respectives Bol, A2 de chaque rayonnement transmises à la résine X au travers des parties transparentes du masque étant ou non égales pour les deux rayonnements et les doses ajustées par rapport à la sensibilité de la résine, puis le développement de la résine X insolée après ou avant retrait du masque construit suivant la nature de la résine et les doses utilisées.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la construction du masque à même la couche de résine X de l'échantillon comporte le revêtement de la couche de résine X d'une couche métallique, en or par exemple, d'épaisseur de quelques dizièmes de un, le revêtement de ladite couche métallique d'une couche pour insolation par rayonnement ultraviolet ou par électrons, l'insolation de cette dernière couche à travers un masque initial micronique de l'art antérieur, le développement de cette résine insolée et l'attaque chimique sans sous-gravure de la couche métallique, puis la dissolution de la résine insolée restante.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la construction du masque à même la couche de résine X comporte le revêtement de cette dernière d'une couche épaisse de résine sensible à un rayonnement ultraviolet ou à des électrons -typiquement épaisseur de l'ordre de 1 pm- l'insolation de ladite couche à travers un masque micronique de l'art antérieur puis le développement et la dissolution de la résine insolée.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine X sur l'échantillon est positive de sensibilité a et en ce que les doses Aî, A2 de rayonnement X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon sont supérieures à a.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine X sur l'échantillon est positive, de sensibilité a et en ce que les doses A1 Q2 de rayonnement X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon sont telles que

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine X sur l'échantillon est négative, de sensibilité a et en ce que les doses Aî, Q2 de rayonnement X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon sont supérieures à a, le développement de la résine X insolée étant précédé du retrait du masque construit.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine X sur l'échantillon est négative, de sensi bih té a et en ce que les doses Q1 Q2 de rayonnement X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon sont telles que 2 < Q1 A2 < a , le développement de la résine X insolée étant précédé du retrait du masque construit.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résine X sur l'échantillon est positive inversable, la dose d'inversion étant ai et en ce que les doses Aî, A 2 de rayonnement X transmises à travers le masque construit sur l'échantillon sont telles que r < A1 Q2 < oi le développement de la résine X insolée étant précédé du retrait du masque construit.

9. Motifs submicroniques sur face sensiblement plane d'échantillon, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8.

10. Motifs submicroniques selon la revendication 9, caractérisés en ce que l'échantillon support est un corps semiconducteur ou constitutif d'un composant électronique.

11. Motifs submicroniques selon la revendication 9, constitutifs d'un masque autonome et mobile, caractérisés en ce que l'échantillon support est une membrane mince perméable à un rayonnement X ou ultraviolet.

12. Application d'un masque à motifs submicroniques selon la revendication 11, caractérisée dans l'obtention directe de motifs submicroniques sur échantillon recouvert de résine sensible, à l'aide d'une seule insolation par rayonnement X ou ultraviolet.