EP1328967A1 - Highly selective ionic lithography method - Google Patents

Highly selective ionic lithography method

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Publication number
EP1328967A1
EP1328967A1 EP01978531A EP01978531A EP1328967A1 EP 1328967 A1 EP1328967 A1 EP 1328967A1 EP 01978531 A EP01978531 A EP 01978531A EP 01978531 A EP01978531 A EP 01978531A EP 1328967 A1 EP1328967 A1 EP 1328967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ions
layer
resin
mask
etching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01978531A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre Lazzari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
X Ion SA
Original Assignee
X Ion SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by X Ion SA filed Critical X Ion SA
Publication of EP1328967A1 publication Critical patent/EP1328967A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers

Definitions

  • the invention relates to a high-selectivity ion lithography method for etching the dielectric layers deposited on the substrates of semiconductor material.
  • the invention applies to the field of microelectronics on semiconductor substrate, and more particularly to the manufacture of integrated circuits, memories with very high integration density and other components of microelectronics, in particular those relating to micro-systems.
  • patterns are etched in thin dielectric layers, generally SiO 2 , deposited on a substrate of semiconductor material, conventionally silicon.
  • the patterns have more and more reduced dimensions, we speak of "micropatterns", bounded by critical dimensions of the order of 0.25 ⁇ m, currently in production, but which reach approximately 0.18 ⁇ m in development. These critical dimensions define the resolution sought in microelectronics, and this over a large population of circuits.
  • the etching is carried out by attacking the dielectric layer through a mask formed by a layer of photosensitive resin.
  • the mask is produced by exposure of the resin using a photolithography machine, such as a wafer repeater.
  • the machine sends a beam of ultraviolet radiation which carries the image of the patterns to be engraved. Then the resin is revealed to remove the exposed parts and reveal the patterns.
  • a very short wavelength irradiation radiation in devices called DUV, initials of “Deep Ultra Violet”, that is to say “deep ultraviolet” in terminology Anglo-Saxon
  • DUV deep ultraviolet
  • Anglo-Saxon a very short wavelength irradiation radiation
  • the EUVs operate under vacuum and use a supersonic Xenon jet heated by an Nd: YAG laser as source, producing energy radiation of around 45 eV.
  • This solution is complex and costly to implement.
  • This type of technology defines the limit of what can be achieved by optimizing purely optical performance.
  • the exposure can be carried out by electronic lithography. This technique uses a very focused electron beam which scans the surface of an electro-sensitive resin according to the shapes and contours of the patterns to be reproduced.
  • a conductive layer for example of SnO 2 or of polyaniline, is deposited under vacuum. After exposure, and before the resin is revealed, this conductive layer is selectively dissolved by chemical reaction.
  • This solution is complicated to implement, and is costly in time. It is in fact more particularly dedicated to the exposure of the reticle used in photolithography in photorepeaters on wafers, for DUV and EUV.
  • RIE reactive ion attack
  • RIE etching has the major disadvantages of also attacking the resin. Indeed, the ions penetrate the resin because of a high kinetic energy, and the resin ends up eroding. Furthermore, the dielectric materials which may be suitable are limited to materials capable of forming gaseous complexes, prohibiting for example the etching of copper.
  • the selectivity of the etching depends on the dielectric material, a layer of SiO 2 is etched twice as fast as a layer of silicon nitride Si 3 N 4 .
  • selectivity is defined as the etching speed of the underlying layer compared to the etching speed of the resin.
  • the selectivity of an electro-sensitive type resin is of the order of 15 with respect to the etching of a layer of SiO2.
  • the RIE can offer the best selectivities of known etching processes, because it suffices to choose the compounds according to the chemical reaction to offer good selectivity between the underlying layer and the resin layer.
  • a certain selectivity can also be established between different underlying layers of different nature.
  • Ion machining is another etching method which also uses single charged ions, but even more strongly accelerated than RIE etching ions. In the absence of a selective chemical reaction, such a method has very low selectivity, close to unity. This drawback does not allow the use of ion machining on an industrial scale.
  • etching technologies have developed, based on the use of X-rays or ion beams. These techniques combine the use of a reticle, serving as a mask, and a reduction optic to form the flow of sunshine projected onto the photosensitive resin.
  • the present invention relates to lithography coupled with ion etching.
  • An object of the invention is to produce an etching with very high selectivity, of several hundred or even several thousand, which can be applied to any dielectric material.
  • Another object of the invention is to produce an etching of dielectric material having an "aspect ratio" of industrially suitable value, and compatible with a resolution of the "micromotor” type.
  • the “aspect ratio” is the ratio between the thickness of the resin and the width of the pattern. For a pattern having in section a vertical wall of 0.2 ⁇ m width made in a resin of 1 ⁇ m thickness, the aspect ratio of this pattern is 5. It should be noted that it is difficult to obtain a high resolution associated with a strong aspect ratio. The industry works, in good conditions, with an aspect ratio of the order of 2 to 3, with a maximum of 5.
  • the three parameters, selectivity, resolution and aspect ratio are linked. Indeed, for an underlying layer of given thickness, the minimum thickness of resin is determined as a function of its selectivity with respect to the under layer considered. The thickness of resin thus determined, the resolution is deduced from the aspect ratio to be applied.
  • the invention proposes to selectively burn by implementing an active interaction between multicharged and decelerated ions and the underlying layer to be burned, and to selectively neutralize these ions outside of the active interaction.
  • the subject of the invention is a method of etching a thin dielectric layer deposited on a semiconductor substrate, in which a configuration of the patterns to be etched through a mask formed on the dielectric layer is achieved by exposure by ultraviolet, deep or extreme ultraviolet radiation, and revelation of a photosensitive resin constituting the mask; in which a selective interaction occurs between ions of a beam of multicharged positive ions, decelerated to present an almost zero kinetic energy, and the dielectric layer which appears following the revelation, the beam having a predetermined density at the level of the interaction zone for ejecting agglomerates of material from this layer and forming therein zones conforming to the patterns of the mask, this interaction occurring regardless of the nature of the dielectric layer, and in which a selective absorption by elastic neutralization or Electronic occurs between the ions of the beam and the mask opposite these ions.
  • an ECR source can produce ions whose kinetic energy is between 5 and 20 keV / q (q being the number of charges per ion) by applying an extraction voltage of ten kilovolts;
  • the ions generated are ions of rare gases of uniform charge, taken from the gases Argon, Nitrogen, Neon, Krypton and Xenon, the ions being selected in kind and in direction by magnetic sorting according to their charge / mass ratio, by example by mass spectrometer;
  • the ions produced are Argon ions of uniform charge chosen in the range, in the broad sense, between +4 to +14;
  • the density of the ions when approaching the reticle is between 10 12 and 10 18 ions / cm 2 .s, preferably between 10 14 and 10 18 ions / cm 2 .s;
  • the direction and the density of the ions are controlled by means for adjusting the ion source and for adjusting the dimensions of the beam by the application of an electric and / or magnetic field; - a fine selection of the ions in direction, speed and parallelism is carried out respectively by a scanner, by filtering means of band pass or high pass type with electric field, which select the ions in speed according to their energy kinetics, and by means of ⁇ collimator, which selects ions direction by removal of the ions, the lateral speed is higher than a certain threshold; the collimation means preferably consist of a series of diaphragms of millimeter diameter spaced a few tens of centimeters; - the deceleration of the ions is obtained by the application of an electric field controlled by a deceleration voltage of ten kilovolts.
  • the method according to the invention can be used on any type of dielectric layer, in particular on the dielectrics used in microelectronics or micro-system: SiO 2 , Si 3 N, Ta 2 O ⁇ , TiO 2 , WO 3 , AI 2 O 3 , NiO, etc.
  • the invention also relates to modes of implementation of the method by particular masks.
  • the mask used consists solely of a thin layer of photosensitive organic resin, the resin being advantageously deposited by centrifugation, "spin-coating" in English.
  • the modulus of elasticity of the resin is substantially greater than its modulus of rupture, in order to cause an elastic neutralization of the ions of the beam opposite the layer of resin by deformation of this layer.
  • the organic photosensitive resin can be a resin
  • the mask used is formed of a thin layer of photosensitive resin coated with a thin layer of conductive material.
  • the layer of conductive material is deposited, preferably by centrifugation, after exposure of the layer of photosensitive resin.
  • the resin is then revealed by a developer which passes through the sufficiently porous conductive material without dissolving it, the zones of the layer of conductive material facing the zones of dissolved resin being washed away with the latter. Etching by a selective interaction occurs between the decelerated multicharged ions and the areas of the dielectric layer appearing after the revelation, and the neutralization of the ions facing the layer of conductive material occurs by an addition of charges from the conductive material.
  • the layer of conductive material is an electrically conductive organic polymer, such as polyaniline.
  • this layer is advantageously dissolved in a solvent which does not dissolve the photosensitive resin, in order to obtain a thin film of polymer after removal of the solvent, in order to increase the resolution and the porosity of this conductive layer.
  • FIG. 1 illustrates, in section view, the ion etching to be carried out on the dielectric layer of SiO 2 101 of a silicon substrate 100, the layer 101 being covered with a layer of photosensitive resin 102 of the "novalac” type.
  • the resin is first deposited on the dielectric layer according to the known technique of "spin-coating", then exposed by DUV photolithography.
  • the revelation eliminates part of the resin 102 to reveal the areas 111 on the surface of the dielectric layer to be etched 101 to form the patterns, of identical dimensions (by etching symbolized by dotted lines), on the surface 110 of the substrate 100.
  • the dimensions of the patterns to be engraved and therefore of the corresponding zones 111 are very small, being able to go almost to around ten nanometers.
  • the etching is carried out by specific interactions, of the Couiombian explosion type, between Ar 11+ 10 ions, produced by an ECR source and strongly decelerating, to reach an almost zero speed when approaching the surface of the resin 102, and the dielectric layer 101.
  • the ion beam is formed under the following conditions:
  • a selection in charge, density, speed and direction is carried out by electromagnetic means and by mass spectrometer coupled to the ECR source which generates ions of kinetic energy approximately equal to 10 keV / q by application of a extraction voltage of ten kilovolts;
  • the density of the ions when approaching the reticle is approximately 10 14 ions / cm 2 .s; - a fine selection of the ions in direction, speed and parallelism is carried out respectively by filtering means of the type electric field bandpass, which selects ions in speed as a function of their kinetic energy, and by collimation means, which selects ions in direction by eliminating ions whose lateral speed is greater than a certain threshold; the collimation means consist of a series of diaphragms of millimeter diameter spaced a few tens of centimeters;
  • the ions are repelled by the "trampoline" effect: when approaching the surface 110 of the semiconductor, these ions capture electrons, which creates positive charges on the surface that repel the ions.
  • the ions move away from the surface 110 after having approached it at approximately 10 A °.
  • the interaction of the ions 10 with the resin 102 generate the appearance of induced charges 11 and therefore extraction forces. These forces then cause a radically different effect from the Couiombian explosion, because the elastic modulus of an organic resin, of the “novalac” type in the center, has a value of the order of 50 MPa, or approximately 300 times greater to the Young's modulus at break.
  • the material deforms significantly before breaking, while silica, for example, breaks before deform because it has a Young's modulus at break close to the modulus of elasticity.
  • the intensity of the extraction forces generated during the interaction of the organic resin 102 with the multi-charged ions 10 is not likely to cause such ruptures, unlike the effects produced with silica, and will only generate point elastic deformations 103.
  • the intensity of the forces involved is approximately reduced in a ratio of the same order of magnitude as the ratio of the Young's modulus to rupture, that is to say by several hundred.
  • the mask used comprises a thin layer of organic material which conducts electricity, in this case a layer of polyaniline 104, deposited on a thin layer of photosensitive resin 102, about 0.2 to 0.4 ⁇ m thick to improve the resolution.
  • the resin layer 102 As illustrated in FIG. 2a, the resin layer 102, deposited by centrifugation, is firstly exposed by photolithographic radiation 13 from a DUV wafer.
  • the thin layer of polyaniline is deposited by centrifugation on the layer of insolated resin.
  • this layer is dissolved in any suitable solvent, known to those skilled in the art, which does not dissolve the photosensitive resin.
  • a thin film of polymer, of the order of 10 to 30 nm thick, is obtained after removal of the solvent.
  • the exposed part of the resin 102 is then revealed (FIG. 2c) by the developer suitable for the resin, supplied by the resin manufacturer, and known to those skilled in the art, chosen to pass through the thin layer and porous polyaniline 104, without dissolving it.
  • the parts of the layer of conductive material facing the parts of dissolved resin are then removed with them by any known method, for example by the method removal known as "lift-off". After removal, the zones 111 of the underlying layer of the surface of the dielectric to be etched 101 appear.
  • Etching by a selective ion interaction occurs between the decharged multicharged ions Ar 11+ 10 and the zones 111 (appearing in dotted lines) of the dielectric layer 101 by couiombian explosion, until reaching the surface 110 of the substrate. 100.
  • the patterns 200 formed on this surface 110 correspond in size to the parts of insolated resin.
  • the ions 10 which approach the surface of the remaining polyaniline layer 104 are electronically neutralized by an appropriate supply of charges 114 coming from this conductive layer, an infinite reservoir of electrons: any attack which occurs in this sector is completely negligible.
  • the use of an organic conductive layer of polyaniline makes it possible to reach selectivity values of several thousand.
  • conductive organic layers generally soluble in water, can be used, for example polythiophene derivatives or particular polyanilines doped with acids of the protonic type.
  • any conductive layer can be used, for example a metal layer deposited under vacuum and sufficiently thin, of the order of a hundred angstroms, to make it porous when the developer of the photosensitive resin passes.

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Abstract

The invention concerns a method for producing a very highly selective etching to obtain high-resolution patterns on a substrate and on industrial scale of production. The invention is characterised in that said method for etching a thin dielectric layer deposited on a semiconductor substrate (100) consists in: producing a configuration of patterns to be etched through a mask formed on the dielectric layer (101) by ultraviolet, deep or extreme ultraviolet radiation exposure (13), and revealing a photosensitive resin (102) constituting the mask; a selective interaction between the ions (10) of a beam of decelerated positive ions with multiple charge and the dielectric layer (101) which is exposed following the revelation. The beam with predetermined density ejects from said layer aggregated material (12) and forms therein zones (11) matching the patterns of the mask. A selective absorption by neutralisation (103) is produced between the ions of the beam and the mask opposite said ions.

Description

PROCEDE DE LITHOGRAPHIE IONIQUE A HAUTE SELECTIVITE HIGH SELECTIVITY ION LITHOGRAPHY PROCESS
L'invention concerne un procédé de lithographie ionique à haute sélectivité pour la gravure des couches diélectriques déposées sur les substrats de matériau semi-conducteur.The invention relates to a high-selectivity ion lithography method for etching the dielectric layers deposited on the substrates of semiconductor material.
L'invention s'applique au domaine de la micro-électronique sur substrat de semi-conducteur, et plus particulièrement à la fabrication de circuits intégrés, de mémoires à très haute densité d'intégration et autres composants de la micro-électronique, notamment ceux relatifs aux micro- systèmes.The invention applies to the field of microelectronics on semiconductor substrate, and more particularly to the manufacture of integrated circuits, memories with very high integration density and other components of microelectronics, in particular those relating to micro-systems.
Pour réaliser ces composants, des motifs sont gravés dans des couches minces diélectriques, en général du SiO2, déposées sur un substrat de matériau semi-conducteur, classiquement du silicium. Les motifs ont des dimensions de plus en plus réduites, on parle de « micromotifs », bornées par des dimensions critiques de l'ordre de 0,25 μm, actuellement en cours de production, mais qui atteignent environ 0,18 μm en développement. Ces dimensions critiques définissent la résolution recherchée en microélectronique, et cela sur une large population de circuits.To make these components, patterns are etched in thin dielectric layers, generally SiO 2 , deposited on a substrate of semiconductor material, conventionally silicon. The patterns have more and more reduced dimensions, we speak of "micropatterns", bounded by critical dimensions of the order of 0.25 μm, currently in production, but which reach approximately 0.18 μm in development. These critical dimensions define the resolution sought in microelectronics, and this over a large population of circuits.
De manière connue, la gravure est effectuée par attaque de la couche diélectrique à travers un masque formé par une couche de résine photosensible.In known manner, the etching is carried out by attacking the dielectric layer through a mask formed by a layer of photosensitive resin.
Le masque est réalisé par insolation de la résine en utilisant une machine de photolithographie, comme un répéteur sur tranche. La machine envoie un faisceau de rayonnement ultraviolet qui porte l'image des motifs à graver. Puis la résine est révélée pour éliminer les parties insolees et laisser apparaître les motifs.The mask is produced by exposure of the resin using a photolithography machine, such as a wafer repeater. The machine sends a beam of ultraviolet radiation which carries the image of the patterns to be engraved. Then the resin is revealed to remove the exposed parts and reveal the patterns.
Pour augmenter la résolution de l'image enregistrée, un rayonnement d'insolation de très courte longueur d'onde (dans des dispositifs appelés DUV, initiales de « Deep Ultra Violet », c'est-à-dire « ultraviolet profond » en terminologie anglo-saxonne) est appliqué en association avec une énergie la plus élevée possible. Un tel rayonnement est décrit par exemple de l'article du journal « Semiconductor International » de mars 1999, intitulé « Next Génération Lithography Tools : The Choices Narrow ». Les équipements actuels utilisent des lasers excimères de longueur d'onde égale à 248nm, dans des dispositifs. Des dispositifs utilisant une longueur d'onde encore plus courte sont également connus. Ces dispositifs, appelés EUV (initiales de « Extrem Ultra Violet », c'est-à-dire « ultraviolet extrême » en terminologie anglo-saxonne), mettent en œuvre un rayonnement de longueur d'onde égale à 157 nm, proche des rayons X mous. Les EUV fonctionnent sous vide et utilisent comme source un jet supersonique de Xénon chauffé par un laser de type Nd :YAG, produisant des radiations d'énergie de l'ordre de 45 eV. Cette solution est complexe et coûteuse à mettre en œuvre. Ce type de technologie définit la limite de ce qu'il est possible d'obtenir en optimisant les performances purement optiques. Alternativement, l'insolation peut être réalisée par lithographie électronique. Cette technique utilise un faisceau d'électrons, très focalisé, qui balaye la surface d'une résine électrosensible selon les formes et contours des motifs à reproduire.To increase the resolution of the recorded image, a very short wavelength irradiation radiation (in devices called DUV, initials of "Deep Ultra Violet", that is to say "deep ultraviolet" in terminology Anglo-Saxon) is applied in combination with the highest possible energy. Such radiation is described by example from the article in the journal "Semiconductor International" from March 1999, entitled "Next Generation Lithography Tools: The Choices Narrow". Current equipment uses excimer lasers of wavelength equal to 248nm, in devices. Devices using an even shorter wavelength are also known. These devices, called EUV (initials of “Extrem Ultra Violet”, that is to say “extreme ultraviolet” in English terminology), use radiation of wavelength equal to 157 nm, close to the rays X soft. The EUVs operate under vacuum and use a supersonic Xenon jet heated by an Nd: YAG laser as source, producing energy radiation of around 45 eV. This solution is complex and costly to implement. This type of technology defines the limit of what can be achieved by optimizing purely optical performance. Alternatively, the exposure can be carried out by electronic lithography. This technique uses a very focused electron beam which scans the surface of an electro-sensitive resin according to the shapes and contours of the patterns to be reproduced.
Afin de permettre une évacuation des charges accumulées sur la résine et provenant du faisceau d'électrons, une couche conductrice, par exemple de Sn02 ou de polyaniline, est déposée sous vide. Après insolation, et avant révélation de la résine, cette couche conductrice est dissoute sélectivement par réaction chimique. Cette solution est compliquée à mettre en œuvre, et est coûteuse en temps. Elle est en fait plus particulièrement dédiée à l'insolation du réticule utilisée en photolithographie dans les photorépéteurs sur tranches, pour les DUV et les EUV.In order to allow evacuation of the charges accumulated on the resin and coming from the electron beam, a conductive layer, for example of SnO 2 or of polyaniline, is deposited under vacuum. After exposure, and before the resin is revealed, this conductive layer is selectively dissolved by chemical reaction. This solution is complicated to implement, and is costly in time. It is in fact more particularly dedicated to the exposure of the reticle used in photolithography in photorepeaters on wafers, for DUV and EUV.
La gravure de la couche sous-jacente de diélectrique, à travers le masque, est ensuite réalisée classiquement par attaque ionique réactive, appelée RIE (initiales de Reactive Ion Etching, en dénomination anglo-saxonne). La RIE combine l'action d'ions monochargés accélérés, et celle d'un gaz réactif, par exemple d'acide fluorhydrique, pour former des résidus sous forme de composés volatils éliminés par pompage.The etching of the underlying dielectric layer, through the mask, is then conventionally carried out by reactive ion attack, called RIE (initials of Reactive Ion Etching, in Anglo-Saxon denomination). RIE combines the action of accelerated single-charged ions, and that of a reactive gas, for example hydrofluoric acid, to form residues in the form of volatile compounds removed by pumping.
La gravure RIE présente comme inconvénients majeurs d'attaquer également la résine, En effet, les ions pénètrent la résine à cause d'une énergie cinétique importante, et la résine finit par s'eroder. Par ailleurs, les matériaux diélectriques pouvant convenir sont limités aux matériaux capables de former des complexes gazeux, interdisant par exemple la gravure du cuivre.RIE etching has the major disadvantages of also attacking the resin. Indeed, the ions penetrate the resin because of a high kinetic energy, and the resin ends up eroding. Furthermore, the dielectric materials which may be suitable are limited to materials capable of forming gaseous complexes, prohibiting for example the etching of copper.
De plus, la sélectivité de la gravure est fonction du matériau diélectrique, une couche de SiO2 est gravée deux fois plus vite qu'une couche de nitrure de silicium Si3N4.In addition, the selectivity of the etching depends on the dielectric material, a layer of SiO 2 is etched twice as fast as a layer of silicon nitride Si 3 N 4 .
Rappelons que la sélectivité est définie comme la vitesse de gravure de la couche sous-jacente rapportée à la vitesse de gravure de la résine. La sélectivité d'une résine du type électrosensible est de l'ordre de 15 par rapport à la gravure d'une couche de Si02. En fait, la RIE peut offrir les meilleures sélectivités des procédés de gravure connus, car il suffit de choisir les composés en fonction de la réaction chimique pour offrir une bonne sélectivité entre la couche sous-jacente et la couche de résine. Une certaine sélectivité peut également s'établir entre différentes couches sous-jacentes de nature différente.Recall that selectivity is defined as the etching speed of the underlying layer compared to the etching speed of the resin. The selectivity of an electro-sensitive type resin is of the order of 15 with respect to the etching of a layer of SiO2. In fact, the RIE can offer the best selectivities of known etching processes, because it suffices to choose the compounds according to the chemical reaction to offer good selectivity between the underlying layer and the resin layer. A certain selectivity can also be established between different underlying layers of different nature.
L'usinage ionique est une autre méthode de gravure qui utilise également des ions monochargés, mais encore plus fortement accélérés que les ions de gravure RIE. En absence de réaction chimique sélective, une telle méthode présente une sélectivité très faible, proche de l'unité. Cet inconvénient ne permet pas d'utiliser l'usinage ionique à l'échelle industrielle.Ion machining is another etching method which also uses single charged ions, but even more strongly accelerated than RIE etching ions. In the absence of a selective chemical reaction, such a method has very low selectivity, close to unity. This drawback does not allow the use of ion machining on an industrial scale.
D'autres technologies de gravure se sont développées, basées sur l'utilisation de rayons X ou de faisceaux ioniques. Ces techniques combinent l'utilisation d'un réticule, servant de masque, et d'une optique de réduction pour former le flux d'insolation projeté sur la résine photosensible. La présente invention relève de la lithographie couplée à la gravure ionique. Un but de l'invention est de réaliser une gravure à très haute sélectivité, de plusieurs centaines voire de plusieurs milliers, pouvant être appliquée à tout matériau diélectrique.Other etching technologies have developed, based on the use of X-rays or ion beams. These techniques combine the use of a reticle, serving as a mask, and a reduction optic to form the flow of sunshine projected onto the photosensitive resin. The present invention relates to lithography coupled with ion etching. An object of the invention is to produce an etching with very high selectivity, of several hundred or even several thousand, which can be applied to any dielectric material.
Un autre but de l'invention est de réaliser une gravure de matériau diélectrique présentant un « aspect ratio » de valeur industriellement convenable, et compatible avec une résolution de type « micromotif ».Another object of the invention is to produce an etching of dielectric material having an "aspect ratio" of industrially suitable value, and compatible with a resolution of the "micromotor" type.
L'« aspect ratio » est le rapport entre l'épaisseur de résine et la largeur du motif correspond. Pour un motif présentant en coupe une paroi verticale de largeur 0,2μm réalisé dans une résine de 1μm d'épaisseur, l'aspect ratio de ce motif est de 5. Il est à remarquer qu'il est difficile d'obtenir une résolution élevée associée à un fort aspect ratio. L'industrie travaille, dans de bonnes conditions, avec un aspect ratio de l'ordre de 2 à 3, avec un maximum de 5.The "aspect ratio" is the ratio between the thickness of the resin and the width of the pattern. For a pattern having in section a vertical wall of 0.2 μm width made in a resin of 1 μm thickness, the aspect ratio of this pattern is 5. It should be noted that it is difficult to obtain a high resolution associated with a strong aspect ratio. The industry works, in good conditions, with an aspect ratio of the order of 2 to 3, with a maximum of 5.
En fait, les trois paramètres, sélectivité, résolution et aspect ratio, sont liés. En effet, pour une couche sous-jacente d'épaisseur donnée, l'épaisseur minimale de résine est déterminée en fonction de sa sélectivité par rapport à la sous couche considérée. L'épaisseur de résine ainsi déterminée, la résolution se déduit de l'aspect ratio à appliquer.In fact, the three parameters, selectivity, resolution and aspect ratio, are linked. Indeed, for an underlying layer of given thickness, the minimum thickness of resin is determined as a function of its selectivity with respect to the under layer considered. The thickness of resin thus determined, the resolution is deduced from the aspect ratio to be applied.
Mais le facteur clé parmi ces trois variables reste la sélectivité : en disposant d'une sélectivité suffisamment élevée, il est possible de se limiter à une fine épaisseur de résine sans craindre son érosion lors de la gravure, ce qui, pour un aspect ratio convenable, permet d'obtenir des dimensions critiques de type micromotif et donc une résolution élevée.But the key factor among these three variables remains selectivity: by having a sufficiently high selectivity, it is possible to limit oneself to a thin thickness of resin without fear of its erosion during etching, which, for a suitable aspect ratio , makes it possible to obtain critical dimensions of the micropattern type and therefore a high resolution.
Pour atteindre ces objectifs, l'invention propose de graver sélectivement par la mise en œuvre d'une interaction active entre des ions multichargés et décélères et la couche sous-jacente à graver, et de neutraliser sélectivement ces ions hors de l'interaction active.To achieve these objectives, the invention proposes to selectively burn by implementing an active interaction between multicharged and decelerated ions and the underlying layer to be burned, and to selectively neutralize these ions outside of the active interaction.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de gravure d'une couche mince diélectrique déposée sur un substrat de semi- conducteur, dans lequel une configuration des motifs à graver à travers un masque formé sur la couche diélectrique est réalisée par insolation par rayonnement ultraviolet, ultraviolet profond ou extrême, et révélation d'une résine photosensible constitutive du masque ; dans lequel une interaction sélective se produit entre des ions d'un faisceau d'ions positifs multichargés, décéléré jusqu'à présenter une énergie cinétique quasi nulle, et la couche diélectrique qui apparaît suite à la révélation, le faisceau présentant une densité prédéterminée au niveau de la zone d'interaction pour éjecter de cette couche des agglomérats de matière et y former des zones conformes aux motifs du masque, cette interaction se produisant quelle que soit la nature de la couche diélectrique, et dans lequel une absorption sélective par neutralisation élastique ou électronique se produit entre les ions du faisceau et le masque en regard de ces ions.More specifically, the subject of the invention is a method of etching a thin dielectric layer deposited on a semiconductor substrate, in which a configuration of the patterns to be etched through a mask formed on the dielectric layer is achieved by exposure by ultraviolet, deep or extreme ultraviolet radiation, and revelation of a photosensitive resin constituting the mask; in which a selective interaction occurs between ions of a beam of multicharged positive ions, decelerated to present an almost zero kinetic energy, and the dielectric layer which appears following the revelation, the beam having a predetermined density at the level of the interaction zone for ejecting agglomerates of material from this layer and forming therein zones conforming to the patterns of the mask, this interaction occurring regardless of the nature of the dielectric layer, and in which a selective absorption by elastic neutralization or Electronic occurs between the ions of the beam and the mask opposite these ions.
Selon des conditions plus particulières de traitement du faisceau d'ions selon le procédé :According to more specific conditions for processing the ion beam according to the method:
- une sélection en charge, en densité, en vitesse et en direction est effectuée en couplage avec la source de production d'ions, de type ECR (initiales de « Electron Cyclotron Résonance » en dénomination anglo-saxonne) ; une source ECR peut produire des ions dont l'énergie cinétique est comprise entre 5 et 20 keV/q (q étant le nombre de charges par ion) par application d'une tension d'extraction d'une dizaine de kilovolts ; - les ions générés sont des ions de gaz rares de charge uniforme, pris parmi les gaz Argon, Azote, Néon, Krypton et Xénon, les ions étant sélectionnés en nature et en direction par tri magnétique en fonction de leur rapport charge/masse, par exemple par spectromètre de masse ;- a selection in charge, density, speed and direction is made in coupling with the ion production source, of ECR type (initials of "Electron Cyclotron Resonance" in Anglo-Saxon denomination); an ECR source can produce ions whose kinetic energy is between 5 and 20 keV / q (q being the number of charges per ion) by applying an extraction voltage of ten kilovolts; - the ions generated are ions of rare gases of uniform charge, taken from the gases Argon, Nitrogen, Neon, Krypton and Xenon, the ions being selected in kind and in direction by magnetic sorting according to their charge / mass ratio, by example by mass spectrometer;
- les ions produits sont des ions Argon de charge uniforme choisie dans l'intervalle, au sens large, entre +4 à +14 ;- the ions produced are Argon ions of uniform charge chosen in the range, in the broad sense, between +4 to +14;
- la densité des ions à l'approche du réticule est comprise entre 1012 et 1018 ions/cm2.s, de préférence entre 1014 et 1018 ions/cm2.s ;- The density of the ions when approaching the reticle is between 10 12 and 10 18 ions / cm 2 .s, preferably between 10 14 and 10 18 ions / cm 2 .s;
- la direction et la densité des ions sont contrôlées par des moyens de réglage de la source d'ions et de réglage des dimensions du faisceau par l'application d'un champ électrique et/ou magnétique ; - une sélection fine des ions en direction, en vitesse et en parallélisme est réalisée respectivement par un scanner, par des moyens de filtrage de type passe-bande ou passe-haut à champ électrique, qui sélectionnent les ions en vitesse en fonction de leur énergie cinétique, et par des moyens de^ collimation, qui sélectionnent les ions en direction par élimination des ions dont la vitesse latérale est supérieure à un certain seuil ; les moyens de collimation sont constitués préférentiellement par une série de diaphragmes de diamètre millimétrique distants de quelques dizaines de centimètres ; - la décélération des ions est obtenue par l'application d'un champ électrique contrôlé par une tension de décélération d'une dizaine de kilovolts.the direction and the density of the ions are controlled by means for adjusting the ion source and for adjusting the dimensions of the beam by the application of an electric and / or magnetic field; - a fine selection of the ions in direction, speed and parallelism is carried out respectively by a scanner, by filtering means of band pass or high pass type with electric field, which select the ions in speed according to their energy kinetics, and by means of ^ collimator, which selects ions direction by removal of the ions, the lateral speed is higher than a certain threshold; the collimation means preferably consist of a series of diaphragms of millimeter diameter spaced a few tens of centimeters; - the deceleration of the ions is obtained by the application of an electric field controlled by a deceleration voltage of ten kilovolts.
Avantageusement, le procédé selon l'invention peut être utilisé sur tout type de couche diélectrique, en particulier sur les diélectriques utilisés en micro-électronique ou micro-système : SiO2, Si3N , Ta2Oδ, TiO2, WO3, AI2O3, NiO, etc.Advantageously, the method according to the invention can be used on any type of dielectric layer, in particular on the dielectrics used in microelectronics or micro-system: SiO 2 , Si 3 N, Ta 2 O δ , TiO 2 , WO 3 , AI 2 O 3 , NiO, etc.
L'invention se rapporte également à des modes de mise en œuvre du procédé par des masques particuliers.The invention also relates to modes of implementation of the method by particular masks.
Selon un mode de réalisation, le masque utilisé est constitué uniquement par une couche mince de résine organique photosensible, la résine étant déposée avantageusement par centrifugation, « spin-coating » en langue anglaise. Le module d'élasticité de la résine est sensiblement supérieur à son module de rupture, afin de provoquer une neutralisation élastique des ions du faisceau en regard de la couche de résine par déformation de cette couche.According to one embodiment, the mask used consists solely of a thin layer of photosensitive organic resin, the resin being advantageously deposited by centrifugation, "spin-coating" in English. The modulus of elasticity of the resin is substantially greater than its modulus of rupture, in order to cause an elastic neutralization of the ions of the beam opposite the layer of resin by deformation of this layer.
Il est en effet possible de limiter rigoureusement le phénomène d'explosion coulombienne, provoqué par l'interaction ions multichargés - couche diélectrique, aux zones découpées dans la résine.It is indeed possible to strictly limit the phenomenon of Coulomb explosion, caused by the interaction of multi-charged ions - dielectric layer, to the areas cut out of the resin.
Avec un matériau présentant un module d'élasticité sensiblement supérieur au module de rupture, par exemple quelques centaines de fois supérieur comme dans le cas d'une résine organique, les forces n'extraient pas de grains de matière, car les liaisons ne se rompent pas, mais ne font que déformer élastiquement celles-ci.With a material having a modulus of elasticity substantially greater than the modulus of rupture, for example a few hundred times greater as in the case of an organic resin, the forces do not extract grains of material, because the connections do not break, but only elastically deform them.
Cette spécificité des explosions coulombiennes réservées à la couche diélectrique permet d'offrir une sélectivité comprise entre 100 et 500. La résine organique photosensible peut être une résineThis specificity of the Coulomb explosions reserved for the dielectric layer makes it possible to offer a selectivity of between 100 and 500. The organic photosensitive resin can be a resin
« novalac », ou toute autre résine couramment utilisée en microélectronique."Novalac", or any other resin commonly used in microelectronics.
Selon un autre mode réalisation, le masque utilisé est formé d'une couche mince de résine photosensible revêtue d'une couche mince de matériau conducteur. La couche de matériau conducteur est déposée, de préférence par centrifugation, après insolation de la couche de résine photosensible.According to another embodiment, the mask used is formed of a thin layer of photosensitive resin coated with a thin layer of conductive material. The layer of conductive material is deposited, preferably by centrifugation, after exposure of the layer of photosensitive resin.
La résine est ensuite révélée par un révélateur qui passe à travers le matériau conducteur suffisamment poreux sans le dissoudre, les zones de la couche de matériau conducteur en regard des zones de résine dissoutes étant emportées avec ces dernières. La gravure par une interaction sélective se produit entre les ions multichargés décélères et les zones de la couche diélectrique apparaissant suite à la révélation, et la neutralisation des ions en regard de la couche de matériau conducteur se produit par un apport de charges provenant du matériau conducteur. De manière préférée, la couche de matériau conducteur est un polymère organique conducteur de l'électricité, tel que du polyaniline. Dans ce cas, cette couche est avantageusement dissoute dans un solvant qui ne dissout pas la résine photosensible, afin d'obtenir une fine pellicule de polymère après élimination du solvant, pour augmenter la résolution et la porosité de cette couche conductrice.The resin is then revealed by a developer which passes through the sufficiently porous conductive material without dissolving it, the zones of the layer of conductive material facing the zones of dissolved resin being washed away with the latter. Etching by a selective interaction occurs between the decelerated multicharged ions and the areas of the dielectric layer appearing after the revelation, and the neutralization of the ions facing the layer of conductive material occurs by an addition of charges from the conductive material. . Preferably, the layer of conductive material is an electrically conductive organic polymer, such as polyaniline. In this case, this layer is advantageously dissolved in a solvent which does not dissolve the photosensitive resin, in order to obtain a thin film of polymer after removal of the solvent, in order to increase the resolution and the porosity of this conductive layer.
L'utilisation d'une couche conductrice permet d'atteindre des valeurs de sélectivité de mille à plusieurs milliers.The use of a conductive layer makes it possible to reach selectivity values from one thousand to several thousand.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention se présenteront à la lumière des exemples de réalisation détaillés qui suivent, en référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1 , un exemple de gravure ionique selon l'invention avec un masque composé d'une résine photosensible ; etOther characteristics and advantages of the present invention will appear in the light of the detailed embodiments which follow, with reference to the appended figures which represent, respectively: - Figure 1, an example of ion etching according to the invention with a mask composed of a photosensitive resin; and
- les figure 2a à 2d, les différentes étapes d'un autre exemple de gravure ionique selon l'invention avec un masque comportant une couche de polyaniline.- Figures 2a to 2d, the different stages of another example of ion etching according to the invention with a mask comprising a layer of polyaniline.
Là figure 1 illustre, vue en coupe, la gravure ionique à réaliser sur la couche diélectrique de SiO2 101 d'un substrat de silicium 100, la couche 101 étant recouvert d'une couche de résine photosensible 102 de type « novalac ». La résine est d'abord déposée sur la couche diélectrique selon la technique connue de « spin-coating », puis insolée par photolithographie DUV.There, FIG. 1 illustrates, in section view, the ion etching to be carried out on the dielectric layer of SiO 2 101 of a silicon substrate 100, the layer 101 being covered with a layer of photosensitive resin 102 of the "novalac" type. The resin is first deposited on the dielectric layer according to the known technique of "spin-coating", then exposed by DUV photolithography.
La révélation élimine une partie de la résine 102 pour laisser apparaître les zones 111 en surface de la couche de diélectrique à graver 101 pour former les motifs, de dimensions identiques (par gravure symbolisée par des traits pointillés), en surface 110 du substrat 100. Les dimensions des motifs à graver et donc des zones correspondantes 111 sont très petites, pouvant aller presqu'à une dizaine de nanomètres.The revelation eliminates part of the resin 102 to reveal the areas 111 on the surface of the dielectric layer to be etched 101 to form the patterns, of identical dimensions (by etching symbolized by dotted lines), on the surface 110 of the substrate 100. The dimensions of the patterns to be engraved and therefore of the corresponding zones 111 are very small, being able to go almost to around ten nanometers.
La gravure est réalisée par des interactions spécifiques, de type explosion couiombienne, entre des ions Ar11+ 10, produits par une source ECR et fortement décélères, pour atteindre une vitesse quasi-nulle à l'approche de la surface de la résine 102, et la couche diélectrique 101.The etching is carried out by specific interactions, of the Couiombian explosion type, between Ar 11+ 10 ions, produced by an ECR source and strongly decelerating, to reach an almost zero speed when approaching the surface of the resin 102, and the dielectric layer 101.
Le faisceau d'ions est formé dans les conditions suivantes :The ion beam is formed under the following conditions:
- une sélection en charge, en densité, en vitesse et en direction est effectuée par des moyens électromagnétiques et par spectrometre de masse couplés à la source ECR qui génère des ions d'énergie cinétique environ égale à 10 keV/q par application d'une tension d'extraction d'une dizaine de kilovolts ;- a selection in charge, density, speed and direction is carried out by electromagnetic means and by mass spectrometer coupled to the ECR source which generates ions of kinetic energy approximately equal to 10 keV / q by application of a extraction voltage of ten kilovolts;
- la densité des ions à l'approche du réticule est d'environ 1014 ions/cm2.s ; - une sélection fine des ions en direction, en vitesse et en parallélisme est réalisée respectivement par des moyens de filtrage de type passe-bande à champ électrique, qui sélectionnent les ions en vitesse en fonction de leur énergie cinétique, et par des moyens de collimation, qui sélectionnent les ions en direction par élimination des ions dont la vitesse latérale est supérieure à un certain seuil ; les moyens de collimation sont constitués par une série de diaphragmes de diamètre millimétrique distants de quelques dizaines de centimètres ;- the density of the ions when approaching the reticle is approximately 10 14 ions / cm 2 .s; - a fine selection of the ions in direction, speed and parallelism is carried out respectively by filtering means of the type electric field bandpass, which selects ions in speed as a function of their kinetic energy, and by collimation means, which selects ions in direction by eliminating ions whose lateral speed is greater than a certain threshold; the collimation means consist of a series of diaphragms of millimeter diameter spaced a few tens of centimeters;
- la décélération des ions est obtenue par l'application d'un champ électrique contrôlé par une tension de décélération d'une dizaine de kilovolts. L'explosion couiombienne résulte de la combinaison de deux phénomènes créés par l'interaction ion multichargé - couche diélectrique :- the deceleration of the ions is obtained by the application of an electric field controlled by a deceleration voltage of ten kilovolts. The Couiombian explosion results from the combination of two phenomena created by the interaction of multi-charged ion - dielectric layer:
- fragilisation des liaisons de surface, et- embrittlement of surface bonds, and
- accumulation de charges électriques 11 induites qui génèrent des forces d'extraction. Cette combinaison entraîne l'éjection (symbolisée par des flèches) de grains de matière 12. Il s'agit d'un effet « physique », aucune réaction avec un gaz chimique environnant n'ayant lieu.- Accumulation of induced electrical charges 11 which generate extraction forces. This combination results in the ejection (symbolized by arrows) of grains of material 12. It is a "physical" effect, no reaction with a surrounding chemical gas taking place.
Une fois la couche diélectrique 101 creusée jusqu'à la surface du substrat 100 selon des zones 200 de dimensions correspondantes, les ions sont repoussés par effet « trampoline » : à l'approche de la surface 110 du semi-conducteur, ces ions capturent des électrons, ce qui crée des charges positives sur la surface qui repoussent lest ions. Les ions s'éloignent de la surface 110 après s'en être approché à environ 10 A°.Once the dielectric layer 101 has been dug up to the surface of the substrate 100 according to zones 200 of corresponding dimensions, the ions are repelled by the "trampoline" effect: when approaching the surface 110 of the semiconductor, these ions capture electrons, which creates positive charges on the surface that repel the ions. The ions move away from the surface 110 after having approached it at approximately 10 A °.
L'interaction des ions 10 avec la résine 102 génèrent l'apparition de charges induites 11 et donc des forces d'extraction. Ces forces provoquent alors un effet radicalement différent de l'explosion couiombienne, car le module d'élasticité d'une résine organique, de type « novalac » au centre, présente une valeur de l'ordre de 50 MPa, soit environ 300 fois supérieure au module d'Young à la rupture. Le matériau se déforme notablement avant de rompre, alors que la silice, par exemple, casse avant de se déformer car elle présente un module d'Young à la rupture proche du module d'élasticité.The interaction of the ions 10 with the resin 102 generate the appearance of induced charges 11 and therefore extraction forces. These forces then cause a radically different effect from the Couiombian explosion, because the elastic modulus of an organic resin, of the “novalac” type in the center, has a value of the order of 50 MPa, or approximately 300 times greater to the Young's modulus at break. The material deforms significantly before breaking, while silica, for example, breaks before deform because it has a Young's modulus at break close to the modulus of elasticity.
Or l'intensité des forces d'extraction engendrées lors de l'interaction de la résine organique 102 avec les ions multichargés 10 n'est pas de nature à provoquer de telles ruptures, contrairement aux effets produits avec la silice, et ne vont engendrer que des déformations élastiques ponctuelles 103. L'intensité des forces en jeu est approximativement diminuée dans un rapport du même ordre de grandeur que le rapport du module d'Young à la rupture, c'est à dire de plusieurs centaines. Selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé de l'invention, tel qu'illustré par les figures 2a à 2d, le masque utilisé comporte une couche mince de matériau organique conducteur de l'électricité, en l'occurrence une couche de polyaniline 104, déposée sur une couche mince de résine photosensible 102, d'environ 0,2 à 0,4 μm d'épaisseur pour améliorer la résolution.However, the intensity of the extraction forces generated during the interaction of the organic resin 102 with the multi-charged ions 10 is not likely to cause such ruptures, unlike the effects produced with silica, and will only generate point elastic deformations 103. The intensity of the forces involved is approximately reduced in a ratio of the same order of magnitude as the ratio of the Young's modulus to rupture, that is to say by several hundred. According to another example of implementation of the method of the invention, as illustrated by FIGS. 2a to 2d, the mask used comprises a thin layer of organic material which conducts electricity, in this case a layer of polyaniline 104, deposited on a thin layer of photosensitive resin 102, about 0.2 to 0.4 μm thick to improve the resolution.
Comme illustré en figure 2a, la couche de résine 102, déposée par centrifugation, est d'abord insolée par un rayonnement photolithographique 13 d'un photorépéteur sur tranche en DUV.As illustrated in FIG. 2a, the resin layer 102, deposited by centrifugation, is firstly exposed by photolithographic radiation 13 from a DUV wafer.
Puis (figure 2b) la couche mince de polyaniline est déposée par centrifugation sur la couche de résine insolée. Pour diminuer encore son épaisseur, afin d'augmenter la résolution finale et sa porosité, cette couche est dissoute dans tout solvant adapté, connu de l'homme de l'art, et qui ne dissout pas la résine photosensible. Une fine pellicule de polymère, d'épaisseur de l'ordre de 10 à 30 nm, est obtenue après élimination du solvant.Then (FIG. 2b) the thin layer of polyaniline is deposited by centrifugation on the layer of insolated resin. To further reduce its thickness, in order to increase the final resolution and its porosity, this layer is dissolved in any suitable solvent, known to those skilled in the art, which does not dissolve the photosensitive resin. A thin film of polymer, of the order of 10 to 30 nm thick, is obtained after removal of the solvent.
La partie insolée de la résine 102 est ensuite révélée (figure 2c) par le révélateur adapté à la résine, fourni par le fabricant de résine, et connu de l'homme de l'art, choisi pour passer au travers de la couche mince et poreuse de polyaniline 104, sans la dissoudre. Les parties de couche de matériau conducteur en regard des parties de résine dissoutes sont alors emportées avec celles-ci par tout procédé connu, par exemple par le procédé d'enlèvement connu sous la dénomination « lift-off ». Après retrait, apparaissent les zones 111 de la couche sous-jacente de la surface du diélectrique à graver 101.The exposed part of the resin 102 is then revealed (FIG. 2c) by the developer suitable for the resin, supplied by the resin manufacturer, and known to those skilled in the art, chosen to pass through the thin layer and porous polyaniline 104, without dissolving it. The parts of the layer of conductive material facing the parts of dissolved resin are then removed with them by any known method, for example by the method removal known as "lift-off". After removal, the zones 111 of the underlying layer of the surface of the dielectric to be etched 101 appear.
La gravure par une interaction ionique sélective (figure 2d) se produit entre les ions multichargés décélères Ar11+ 10 et les zones 111 (apparaissant en traits pointillés) de la couche diélectrique 101 par explosion couiombienne, jusqu'à atteindre la surface 110 du substrat 100. Les motifs 200 formés sur cette surface 110 correspondent en dimension aux parties de résine insolees. Les ions 10 qui approchent la surface de la couche de polyaniline 104 restante sont neutralisés électroniquement par un apport approprié de charges 114 provenant de cette couche conductrice, réservoir infini d'électrons : toute attaque qui se produit dans ce secteur est totalement négligeable. L'utilisation d'une couche organique conductrice de polyaniline permet d'atteindre des valeurs de sélectivité de plusieurs milliers.Etching by a selective ion interaction (FIG. 2d) occurs between the decharged multicharged ions Ar 11+ 10 and the zones 111 (appearing in dotted lines) of the dielectric layer 101 by couiombian explosion, until reaching the surface 110 of the substrate. 100. The patterns 200 formed on this surface 110 correspond in size to the parts of insolated resin. The ions 10 which approach the surface of the remaining polyaniline layer 104 are electronically neutralized by an appropriate supply of charges 114 coming from this conductive layer, an infinite reservoir of electrons: any attack which occurs in this sector is completely negligible. The use of an organic conductive layer of polyaniline makes it possible to reach selectivity values of several thousand.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. De nombreuses couches organiques conductrices, en général solubles à l'eau, peuvent être utilisées, par exemple des dérivés de polythiophène ou des polyanilines particuliers dopés avec des acides du type protoniques.The invention is not limited to the embodiments described and shown. Many conductive organic layers, generally soluble in water, can be used, for example polythiophene derivatives or particular polyanilines doped with acids of the protonic type.
Par ailleurs, toute couche conductrice peut être mise en œuvre, par exemple une couche métallique déposée sous vide et suffisamment mince, de l'ordre d'une centaine d'angstrôms, pour la rendre poreuse au passage du révélateur de la résine photosensible. Furthermore, any conductive layer can be used, for example a metal layer deposited under vacuum and sufficiently thin, of the order of a hundred angstroms, to make it porous when the developer of the photosensitive resin passes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gravure d'une couche mince diélectrique déposée sur un substrat de semi-conducteur (100), caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une configuration des motifs à graver (200) à travers un masque formé sur la couche diélectrique (101) par insolation par rayonnement ultraviolet, ultraviolet profond ou extrême (13) et révélation d'une résine photosensible (102) constitutive du masque, à produire une interaction sélective entre des ions (10) d'un faisceau d'ions positifs multichargés, décéléré jusqu'à présenter une énergie cinétique quasi nulle, et la couche diélectrique (101) qui apparaît suite à la révélation, le faisceau présentant une densité prédéterminée au niveau de la zone d'interaction pour éjecter de cette couche des agglomérats de matière (12) et y former des zones (111) conformes aux motifs du masque, cette interaction se produisant quelle que soit la nature de la couche diélectrique, et à absorber sélectivement par neutralisation élastique (103) ou électronique (114) qui se produit entre les ions du faisceau et le masque en regard de ces ions.1. A method of etching a thin dielectric layer deposited on a semiconductor substrate (100), characterized in that it consists in producing a configuration of the patterns to be etched (200) through a mask formed on the dielectric layer (101) by exposure to ultraviolet, deep or extreme ultraviolet radiation (13) and revelation of a photosensitive resin (102) constituting the mask, to produce a selective interaction between ions (10) of a beam of multicharged positive ions , decelerated to present almost zero kinetic energy, and the dielectric layer (101) which appears following revelation, the beam having a predetermined density at the level of the interaction zone for ejecting agglomerates of material from this layer ( 12) and form there zones (111) conforming to the patterns of the mask, this interaction occurring whatever the nature of the dielectric layer, and to be selectively absorbed by n elastic (103) or electronic (114) eutralization which occurs between the ions of the beam and the mask opposite these ions.
2. Procédé de gravure selon la revendication 1 , dans lequel une sélection en charge, en densité, en vitesse et en direction est effectuée en couplage avec la source de production d'ions, de type ECR, qui produit des ions dont l'énergie cinétique est comprise entre 5 et 20 keV/q par application d'une tension d'extraction adaptée.2. The etching method according to claim 1, in which a selection in charge, density, speed and direction is carried out in coupling with the ion production source, of ECR type, which produces ions whose energy kinetics is between 5 and 20 keV / q by applying a suitable extraction voltage.
3. Procédé de gravure selon la revendication 2, dans lequel les ions générés sont des ions de gaz rares de charge uniforme, pris parmi les gaz Argon, Azote, Néon, Krypton et Xénon, les ions étant sélectionnés en nature et en direction par tri magnétique en fonction de leur rapport charge/masse, par exemple par spectrometre de masse.3. The etching method according to claim 2, in which the ions generated are ions of rare gases of uniform charge, taken from the gases Argon, Nitrogen, Neon, Krypton and Xenon, the ions being selected in kind and in direction by sorting. magnetic according to their charge / mass ratio, for example by mass spectrometer.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les ions produits sont des ions Argon de charge uniforme choisie dans l'intervalle, au sens large, entre +4 à +14, la densité des ions à l'approche du réticule est comprise entre 1012 et 1018 ions/cm2.s, de préférence entre 1014 et 1018 ions/cm2.s, et la direction et la densité des ions sont contrôlées par des moyens de réglage de la source d'ions et de réglage des dimensions du faisceau par l'application d'un champ électrique et/ou magnétique.4. Method according to claim 3, in which the ions produced are Argon ions of uniform charge chosen in the range, in the broad sense, between +4 to +14, the density of the ions when approaching the reticle is between 10 12 and 10 18 ions / cm 2 .s, preferably between 10 14 and 10 18 ions / cm 2 .s, and the direction and density of the ions are controlled by means for adjusting the ion source and for adjusting the dimensions of the beam by applying an electric and / or magnetic field.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel une sélection fine des ions en direction, en vitesse et en parallélisme est réalisée respectivement par un scanner, par des moyens de filtrage de type passe- bande ou passe-haut à champ électrique, qui sélectionnent les ions en vitesse en fonction de leur énergie cinétique, et par des moyens de collimation, qui sélectionnent les ions en direction par élimination des ions dont la vitesse latérale est supérieure à un certain seuil. 5. The method as claimed in claim 4, in which a fine selection of the ions in direction, speed and parallelism is carried out respectively by a scanner, by filtering means of band pass or high pass type with electric field, which select the ions in speed as a function of their kinetic energy, and by collimation means, which select the ions in the direction by elimination of the ions whose lateral speed is greater than a certain threshold.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les moyens de collimation sont constitués préférentiellement par une série de diaphragmes de diamètre millimétrique distants de quelques dizaines de centimètres, et la décélération des ions est obtenue par l'application d'un champ électrique contrôlé par une tension de décélération d'une dizaine de kilovolts.6. Method according to claim 5, in which the collimating means are preferably constituted by a series of diaphragms of millimeter diameter spaced a few tens of centimeters, and the deceleration of the ions is obtained by the application of an electric field controlled by a deceleration voltage of ten kilovolts.
7. Procédé de gravure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le masque utilisé est constitué uniquement par une couche mince de résine organique photosensible (102), la résine étant déposée par centrifugation, et dans lequel le module d'élasticité de la résine (102) est sensiblement supérieur à son module de rupture, afin de provoquer une neutralisation élastique des ions du faisceau en regard de la couche de résine par déformation (103) de cette couche.7. The etching method according to claim 1, in which the mask used consists only of a thin layer of photosensitive organic resin (102), the resin being deposited by centrifugation, and in which the elastic modulus of the resin (102) is substantially greater than its modulus of rupture, in order to cause an elastic neutralization of the ions of the beam opposite the layer of resin by deformation (103) of this layer.
8. Procédé de gravure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le masque utilisé est formé d'une couche mince de résine photosensible (102) revêtue d'une couche mince de matériau conducteur (104), La couche de matériau conducteur étant déposée par centrifugation, après insolation de la couche de résine photosensible (102), dans lequel la résine est ensuite révélée par un révélateur qui passe à travers le matériau conducteur (104) suffisamment poreux sans le dissoudre, les zones de la couche de matériau conducteur en regard des zones de résine dissoutes étant emportées avec ces dernières, et dans lequel la gravure par une interaction sélective se produit entre les ions multichargés décélères (10) et les zones (111) de la couche diélectrique apparaissant suite à la révélation, la neutralisation des ions (10) en regard de la couche de matériau conducteur (104) se produisant par un apport de charges (114) provenant du matériau conducteur (104).8. An etching method according to any one of claims 1 to 6, in which the mask used is formed of a thin layer of photosensitive resin (102) coated with a thin layer of conductive material (104). conductive material being deposited by centrifugation, after exposure of the photosensitive resin layer (102), in which the resin is then revealed by a developer which passes through the sufficiently porous conductive material (104) without dissolving it, the zones of the layer of conductive material opposite the dissolved resin zones being carried with them, and in which etching by a selective interaction occurs between the decelerated multicharged ions (10) and the zones (111) of the dielectric layer appearing after the revelation, the neutralization of the ions (10) facing the layer of conductive material (104) occurring by an addition of charges (114) from the conductive material (104).
9'. Procédé de gravure selon la revendication 8, dans lequel la couche de matériau conducteur (104) est un polymère organique conducteur de l'électricité.9 ' . The etching method according to claim 8, wherein the layer of conductive material (104) is an electrically conductive organic polymer.
10. Procédé de gravure selon la revendication 9, dans lequel le polymère organique conducteur est du polyaniline.10. The etching method according to claim 9, wherein the conductive organic polymer is polyaniline.
11. Procédé de gravure selon la revendication 9, dans lequel la couche (104) est dissoute dans un solvant qui ne dissout pas la résine photosensible, afin d'obtenir une fine pellicule de polymère après élimination du solvant. 11. The etching method according to claim 9, wherein the layer (104) is dissolved in a solvent which does not dissolve the photosensitive resin, in order to obtain a thin film of polymer after removal of the solvent.
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