BE1014248A3 - Procede de production d'une impression de circuit utilisee pour la fabrication d'un dispositif semi-conducteur. - Google Patents
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Abstract
Procédé de production d'une impression de circuit d'un dispositif semi-conducteur, comprenant les étapes de dépôt successif d'une première couche impressionnable et d'une couche de réserve antiacide, de traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans un alcali, de morsure sélective de la seconde couche impressionnable pour former un masque d'impression de réserve antiacide, d'application de plasma d'O2 à travers le masque d'impression de réserve antiacide pour former une impression de réserve antiacide, et de morsure sélective de la première couche impressionnable par l'utilisation de l'impression de réserve antiacidecomme masque pour obtenir une fine impression de circuit.
Description
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Procédé de production d'une impression de circuit utilisée pour la fabrication d'un dispositif semi-conducteur
La présente invention est relative à un dispositif semiconducteur, et plus particulièrement à un procédé de production amélioré d'une impression de circuit d'une résolution élevée utilisée pour la fabrication d'un dispositif semi-conducteur.
La technologie des semi-conducteurs a été encore fortement développée pour la fabrication de mémoires à accès sélectif dynamiques (DRAM) de 1 G pour le stockage d'informations de 1 gigabit dans une seule puce. Ceci fait que la taille de chaque simple cellule de la mémoire soit nécessairement d'environ 0,3 IJm2, de sorte qu'une mesure extrême doit être prise pour que l'impression de circuit puisse s'adapter à une telle taille de dispositif.
Par conséquent, la photolithographie nécessite également un nouveau matériel pour la réserve. En particulier, comme l'échelle d'intégration a été élevée d'une DRAM de 256M à une valeur de l'ordre de 1 G, la région des longueurs d'onde de la source lumineuse a été déplacée de la région de l'U. V. profonde (U. V. profond : 248 nm) à celle de l'ArF (193 nm), pour laquelle le laser à excimère a été proposé
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comme source lumineuse. De ce fait, il est fortement nécessaire de développer une nouvelle réserve utilisée dans une région d'une longueur d'onde plus courte que celle de 248 nm.
La réserve utilisable pour l'ArF doit avoir de la transparence dans la région de 193 nm, une bonne durabilité vis-à-vis du processus de morsure, une résistance au feu et une bonne adhérence. De plus, comme la longueur d'onde de la source lumineuse devient plus courte, une nouvelle technologie photolitographique a été proposée en introduisant une réserve chimiquement amplifiée d'une sensibilité élevée et d'une résolution élevée, qui exposée à la lumière, génère des protons H+ servant de catalyseur pour réaliser des réactions en chaîne de diffusion de H+ et de dépolymérisation, de manière à former l'impression de circuit tout en maintenant une transparence élevée.
En même temps, puisque l'impression de la réserve antiacide générée par la photolithographie est largement utilisée comme masque pour la morsure, l'implantation d'ions, etc., au cours du processus de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, elle doit être façonnée de façon précise, stabiliser le processus de fabrication, être clairement éliminée après achèvement du processus et faciliter toute refabrication en cas de défaillance.
Dans le domaine de la photolithographie, on prépare la réserve antiacide en dissolvant un composé photoactif (CPA) et une résine soluble en solution alcaline dans un solvant approprié, que l'on applique uniformément sur un substrat du type semi-conducteur par rotation, et que l'on soumet principalement à un processus de cuisson doux à basse température. Ensuite, on utilise un masque d'impression pour durcir sélectivement la couche de réserve antiacide par exposition à la lumière, qui à son tour est soumise à une cuisson d'après-exposition.
Finalement, la réserve antiacide est traitée par de l'hydroxyde de
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tétraméthylammonium (TMAH) pour enlever sélectivement les parties non durcies, en formant ainsi une impression de réserve antiacide.
Toutefois, la photolithographie dépendant d'un tel procédé humide présente l'inconvénient que l'impression de la réserve antiacide formée à l'échelle sous-micronique dû au dispositif semi-conducteur fortement intégré peut s'effacer, et par conséquent la couche de réserve antiacide est recouverte d'une couche supérieure contenant du Si, Ge, etc., afin d'empêcher cette effaçure. Ensuite, la couche de réserve antiacide est soumise à un procédé de formation d'images en surface supérieure (TSI) par l'utilisation d'un plasma d'oxyde pour attaquer l'impression. Ce procédé TSI utilisant une couche supérieure contenant du Si est d'une manière générale appelée DESIRE (réserve silylée activée par diffusion).
Les Fig. At à 1 C illustrent le procédé de production conventionnel d'une impression pour fabriquer un dispositif semiconducteur. Si l'on se réfère à la Fig. 1A, une couche inférieure 2 déposée sur un substrat du type semi-conducteur (non représenté) est recouverte d'une réserve antiacide 3 par rotation pour former une impression. Evidemment, la réserve antiacide est préparée par dissolution d'un CPA et de résine dans un solvant approprié.
Ensuite, le substrat recouvert de la réserve antiacide 3 est traité par un procédé de cuisson doux, et la réserve antiacide 3 est exposée sélectivement à un laser à excimère d'une longueur d'onde courte dans l'ultraviolet de 248 nm. La réserve antiacide 3 est exposée à un composé métallique organique contenant du Si pour substituer du Si à la place de H de l'hydroxyde contenu dans la réserve antiacide 3, ce que l'on appelle la silylation. La réserve antiacide 3 est enlevée sélectivement par un agent de développement alcalin conformément à la différence de dissolution entre les parties exposées à la lumière et celles qui ne le sont pas. De plus, on obtient une couche supérieure 4
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contenant du Si durable à l'encontre du plasma d'O dû à la silylation de la réserve antiacide.
Ensuite, le substrat du type semi-conducteur est soumis à une cuisson d'après-exposition et la couche supérieure 4 est utilisée comme masque à l'attaque d'une impression de réserve antiacide 3a lors d'une attaque sélective des parties des surfaces ne contenant pas de Si par du plasma d'O.
Si l'on se réfère à la Fig. 1 C, l'impression de réserve antiacide 3a sert de masque pour des processus de morsure et d'implantation d'ions ultérieurs, qui est ensuite enlevé par l'utilisation de plasma d'Oz ou d'un solvant organique ou d'acide organique. Toutefois, le solvant organique ou d'acide organique peut endommager une couche particulière telle qu'une couche métallique et le plasma d'02 peut endommager les autres parties en même temps que l'impression de réserve antiacide 3a. De plus, la couche supérieure de Si02 sur l'impression de réserve antiacide n'est pas complètement enlevée et laisse un résidu 5. En outre, la dimension critique doit être réduite pour un dispositif fortement intégré, de sorte que l'équipement pour fabriquer le dispositif semi-conducteur doit être amélioré et augmente le coût.
De plus, un masque de déphasage et un processus d'écoulement de la réserve sont utilisés pour améliorer la résolution de l'impression mais ils ne confèrent pas une résolution suffisamment élevée, nécessitent des processus additionnels et ne peuvent être appliqués qu'à une couche particulière.
C'est ainsi que le procédé de fabrication conventionnel d'un dispositif semi-conducteur par l'utilisation du procédé TSI présente un inconvénient tel que la couche supérieure contenant du Si, Ge, etc., n'est pas enlevée de façon efficace et laisse un résidu lors de l'enlèvement de la réserve antiacide usagée ou défaillante. Par ailleurs, si le débit du plasma d'02 est accru, ou bien si le solvant organique ou d'acide organique est utilisé en excès pour enlever complètement le résidu, la
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surface du substrat du type semi-conducteur ou une couche particulière telle qu'une couche métallique est endommagée en dégradant ainsi la fiabilité du dispositif semi-conducteur.
Un but de la présente invention est de prévoir un procédé de production d'une impression de circuit utilisée pour la fabrication d'un dispositif semi-conducteur qui ne nécessite pas des coûts élevés additionnels pour améliorer un équipement de fabrication existant ou pour acheter un nouvel équipement.
Suivant un aspect de la présente invention, on prévoit un procédé de production d'une impression de circuit d'un dispositif semiconducteur, comprenant les étapes de dépôt successif d'une première couche impressionnable et d'une couche de réserve antiacide, de traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans un alcali, de morsure sélective de la seconde couche impressionnable pour former un masque d'impression de réserve antiacide, d'application de plasma d'02 à travers le masque d'impression de réserve antiacide pour former une impression de réserve antiacide, et de morsure sélective de la première couche impressionnable par l'utilisation de l'impression de réserve antiacide comme masque pour obtenir une fine impression de circuit.
Avantageusement, on prépare la couche de réserve antiacide en mélangeant une résine soluble dans les alcalis et un générateur d'acide photosensible (PAG). La résine soluble dans les alcalis peut être un phénol-chlorure de polyvinyl ou une novolaque. Le poids moléculaire du phénol-chlorure de polyvinyl est de 1.000 à 30. 000 g/mole et son degré de dispersion est de 1,3 à 4,0. D'une manière analogue, le poids moléculaire de la novolaque est de 1.000 à 25.000 g/mole et son degré de dispersion est de 2,0 à 5,5.
Avantageusement, l'étape de formation du masque d'impression de réserve antiacide comprend les étape ultérieures d'expo-
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sition de la seconde couche impressionnable à une lumière de faible énergie, de traitement de celle-ci en la soumettant à une cuisson d'après-exposition et de développement de celle-ci dans une solution alcaline. L'étape de développement est réalisée en utilisant de l'hydroxyde de tétraméthylammonium d'une normalité de 0,1 pendant 28 à 32 secondes. L'étape de réaction de la couche de réserve antiacide avec le gaz est réalisée à une température de 100 à 130 C. L'épaisseur de la réserve antiacide est de 0,7 à 1, 0 um.
La présente invention sera à présent décrite plus spécifiquement en se référant aux dessins uniquement à titre d'exemple.
Les Fig. A 1 à 1 C sont des vues en coupe transversale illustrant le procédé de production conventionnel d'une impression de circuit d'un dispositif semi-conducteur.
Les Fig. 2A à 2D sont des vues en coupe transversale illustrant le procédé de production de l'invention d'une impression de circuit d'un dispositif semi-conducteur.
Si l'on se réfère à la Fig. 2A, on y voit une première couche impressionnable 21 et une couche de réserve antiacide 22 déposées successivement sur un substrat du type semi-conducteur (non représenté). La couche de réserve antiacide 22 est préparée en dissolvant un mélange d'une résine soluble dans les alcalis et est un générateur d'acide photosensible (PAG) dans du lactate d'éthyle (LE) et son épaisseur est avantageusement de 0,7 à 1, 0 um. Dans ce cas, la première couche impressionnable 21 comprend des groupes diméthyl silane. La résine soluble dans un alcali peut être une résine de phénolchlorure de polyvinyl ou une novolaque.
Suivant une première forme de réalisation de la présente invention, on fait réagir la couche de réserve antiacide 22 avec un gaz tel que l'hexaméthyldisilane (HMDS) ou le tétraméthyldisilane (TMDS) à une température de 100 à 130 C pour former une seconde couche impres-
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sionnable protectrice 23 qui contient du silicium et qui est insoluble dans les alcalis. Dans ce cas, le mécanisme réactionnel par le TMDS est représenté par la formule suivante :
EMI7.1
Le poids moléculaire du chlorure de polyvinyl est de 1.000 à 30.000 g/mole et son degré de dispersion est de 1,3 à 4,0.
Suivant une seconde forme de réalisation de la présente invention, on fait réagir la couche de réserve Åantiacide avec un liquide composé de bidiméthylamineméthylsilane [B (DMA) MS], de tétraméthylsilanediméthylamine (TMSDMA) et de diméthylsilanediméthylamine (DMSDMA) pour former une seconde couche impressionnable protectrice 23 qui contient du silicium et qui est insoluble dans les alcalis. Dans ce cas, le mécanisme réactionnel par le B (DMA) MS est représenté par la formule suivante :
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
Le poids moléculaire du chlorure de polyvinyl est de 1.000 à 30.000 g/mole et son degré de dispersion de 1,3 à 4,0.
Suivant une troisième forme de réalisation de la présente invention, on fait réagir la couche de réserve antiacide en utilisant du phénol-chlorure de polyvinyl comme résine substituée avec 0 à 20% de groupes tétrabutyloxy carbonyle avec un gaz tel que l'HMDS ou le TMDS à une température de 100 à 130 C pour former une seconde couche impressionnable protectrice qui contient du silicium et qui est insoluble dans les alcalis. Dans ce cas, le mécanisme réactionnel par le TMDS est représenté par la formule suivante :
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EMI9.1
Le poids moléculaire du phénol-chlorure de polyvinyl substitué avec 5 à 20% des groupes tétrabutyloxy carbonyle est de 1.000 à 30.000 g/mole et son degré de dispersion de 1,3 à 4,0.
Suivant une quatrième forme de réalisation de la présente invention, on fait réagir la couche de réserve antiacide en utilisant une novolaque comme résine avec un gaz tel que l'HMDS ou le TMDS à une température de 100 à 130 C pour former une seconde couche impressionnable protectrice qui contient du silicium et qui est insoluble dans les alcalis. Dans ce cas, le mécanisme réactionnel par l'HMDS est représenté par la formule suivante :
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EMI10.1
Le poids moléculaire de la novolaque est de 1.000 à 25.000 g/mole et son degré de dispersion de 2,0 à 5,5. D'une manière analogue, le mécanisme réactionnel par le TMDS est exprimé par la formule suivante :
EMI10.2
Le poids moléculaire de la novolaque est de 1.000 à 25.000 g/mole et son degré de dispersion de 2,0 à 5,5.
La seconde couche impressionnable 23 peut être détectée en utilisant une méthode par FI-IR et sa taille par thermogravimétrie.
Si l'on se réfère à la Fig. 2B, la réserve antiacide est exposée au travers d'un masque à une source lumineuse de faible
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énergie. Ensuite, le PAG présent dans la seconde couche impressionnable 23 génère de l'acide et le procédé de cuisson d'aprèsexposition ultérieure amène le groupe Si protecteur à subir une réaction de déprotection substituée par un groupe hydroxyle OH. En développant la seconde couche impressionnable dans un agent de développement tel que le tétraméthylaminohydroxyde (TMAH) d'une normalité de 0,1 pendant 28 à 32 secondes, on obtient une fine impression de réserve 23a. Ensuite, on mesure sa valeur dimensionnelle de seuil.
Dans ce cas, le mécanisme réactionnel utilisant le PAG conformément à la première forme de réalisation est exprimé par la formule suivante :
EMI11.1
De plus, le mécanisme réactionnel utilisant le PAG conformément à la seconde forme de réalisation est exprimé par la formule suivante :
EMI11.2
<Desc/Clms Page number 12>
De plus, le mécanisme réactionnel utilisant le PAG conformément à la troisième forme de réalisation est exprimé par la formule suivante :
EMI12.1
De plus, le mécanisme réactionnel utilisant le PAG avec de l'HMDS conformément à la quatrième forme de réalisation est exprimé par la formule suivante :
EMI12.2
De plus, le mécanisme réactionnel utilisant le PAG avec du TMDS conformément à la quatrième forme de réalisation est exprimé par la formule suivante :
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
Ensuite en appliquant un plasma d'02 à travers le masque d'impression de réserve antiacide 23a pour attaquer sélectivement la couche de réserve antiacide 22, on obtient l'impression de réserve antiacide 22a, telle que représentée à la Fig. 2C. Comme décrit
EMI13.2
ci-dessus, la silylation active la sélectivité pour le plasma d'O, de sorte que l'on obtient une résistance à la morsure suffisante pour produire une fine impression de circuit. Ensuite en enlevant le masque d'impression de réserve antiacide supérieur 23a comme montré à la Fig. 2D, on utilise l'impression de réserve antiacide 22a comme masque pour soumettre la première couche impressionnable inférieure 21 à une morsure à sec.
Finalement, on enlève l'impression de réserve antiacide 22a pour obtenir la fine impression de circuit.
C'est ainsi que le procédé de l'invention constitue un moyen permettant de produire une fine impression de circuit sans devoir remplacer ou améliorer l'équipement de fabrication de semi-conducteur conventionnel de faible coût. De plus, il ne nécessite pas une application ou un dépôt d'un composé antiréfléchissant organique ou inorganique largement utilisé comme couche antiréfléchissante sans produire la très faible dépendabilité de couche inférieure. De plus, il résout les inconvénients du procédé R/W provoqués par les difficultés de mesure accompagnatrice de la valeur dimensionnelle de seuil et du contrôle de
<Desc/Clms Page number 14>
M/A après la formation de l'impression de circuit.
Bien que la présente invention ait été décrite conjointement à des formes de réalisation spécifique accompagnées de dessins, on notera que divers changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir du cadre de la présente invention.
Claims (16)
- EMI15.1REVENDICATIONS ------------------------------ 1. - Procédé de production d'une impression de circuit d'un dispositif semi-conducteur, comprenant les étapes suivantes : le dépôt séquentiel d'une première couche impressionnable et d'une couche de réserve antiacide ; le traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans les alcalis ; la morsure sélective de la seconde couche impressionnable pour former un masque d'impression de réserve antiacide ; l'application d'un plasma d'02 à travers le masque d'impression de réserve antiacide pour former une impression de réserve antiacide ; et la morsure sélective de la première couche impressionnable en utilisant ladite impression de réserve antiacide comme masque pour obtenir une fine impression de circuit.
- 2.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la seconde couche impressionnable est obtenue en faisant réagir la couche de réserve antiacide avec un gaz tel que l'hexaméthyldisilane (HMDS) ou le tétraméthy) disitane (TMDS) à une température de 100 à 130 C.
- 3.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel la couche de réserve antiacide est préparée en mélangeant une résine soluble dans les alcalis et un générateur d'acide photosensible (PAG).
- 4.-Procédé suivant la revendication 2, dans lequel la résine soluble dans les alcalis peut être un phénol-chlorure de polyvinyl ou une novolaque.
- 5.-Procédé suivant la revendication 4, dans lequel le phénol-chlorure de polyvinyl est substitué avec 0 à 20% de groupes tétrabutyloxy carbonyle. <Desc/Clms Page number 16>
- 6. - Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, dans lequel le poids moléculaire du phénol-chlorure de polyvinyl ou de celui substitué avec 0-20% de groupes tétrabutyloxy carbonyle est de 1.000 à 30.000 g/mole.
- 7.-Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, dans lequel le degré de dispersion du phénol-chlorure de polyvinyl ou de celui substitué avec 0-20% de groupes tétrabutyloxy carbonyle est de 1,3 à 4, 0.
- 8.-Procédé suivant la revendication 4, dans lequel le poids moléculaire de la novolaque est de 1.000 à 25.000 g/mole.
- 9.-Procédé suivant la revendication 4, dans lequel le degré de dispersion de la novolaque est de 2,0 à 5,5.
- 10.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'étape de formation du masque d'impression de réserve antiacide comprend les étapes ultérieures d'exposition de la seconde couche impressionnable à de la lumière de faible énergie, de traitement de celle-ci en la soumettant à une cuisson d'après-exposition et de son développement dans une solution alcaline.
- 11.-Procédé suivant la revendication 10, dans lequel l'étape de développement est réalisée en utilisant de l'hydroxyde de tétraméthylammonium d'une normalité de 0,1 pendant 28 à 32 secondes.
- 12.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans les alcalis consiste à faire réagir ladite couche de réserve antiacide composée de phénol-chlorure de polyvinyl avec un gaz tel que l'HMDS ou le TMDS.
- 13.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans les alcalis consiste à faire réagir ladite couche de réserve antiacide composée de <Desc/Clms Page number 17> phénol-chlorure de polyvinyl avec un liquide composé de bidimé- thylamineméthylsilane [B (DMA) MS], de tétraméthylsilanediméthylamine (TMSDMA) et de diméthylsilanediméthylamine (DMSDMA).
- 14. - Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement d'une épaisseur donnée de la couche de réserve antiacide en une seconde couche impressionnable insoluble dans les alcalis consiste à faire réagir ladite couche de réserve antiacide composée de novolaque avec un gaz tel que l'HMDS ou le TMDS.
- 15.-Procédé suivant la revendication 12, dans lequel l'étape de réaction de la couche de réserve antiacide précitée avec le gaz précité est réalisée à une température de 100 à 130 C.
- 16.-Procédé suivant la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la réserve antiacide est de 0,7 à 1, 0 um.
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