EP2946401A2 - Procédé de fabrication d'un réseau de conducteurs sur un substrat au moyen de copolymères à blocs - Google Patents

Procédé de fabrication d'un réseau de conducteurs sur un substrat au moyen de copolymères à blocs

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Publication number
EP2946401A2
EP2946401A2 EP14704379.8A EP14704379A EP2946401A2 EP 2946401 A2 EP2946401 A2 EP 2946401A2 EP 14704379 A EP14704379 A EP 14704379A EP 2946401 A2 EP2946401 A2 EP 2946401A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mask
patterns
repetition
substrate
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14704379.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme BELLEDENT
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP2946401A2 publication Critical patent/EP2946401A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
    • H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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    • 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
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
    • H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
    • H01L21/76816—Aspects relating to the layout of the pattern or to the size of vias or trenches

Definitions

  • the present invention relates to the production of very dense patterns on a substrate comprising the use of block copolymers, and advantageously relates to a method of producing electrical conductors.
  • the length of a transistor gate has increased from 25 nanometers in 2007 to 14 nanometers in 2012.
  • the networks of conductors made on the printed circuits must be more and more dense.
  • a sensitive layer deposited on the substrate is exposed with an ultraviolet beam through a mask defining patterns.
  • the size of the smallest feasible pattern is closely related to the wavelength of the beam used: the shorter the wavelength, the finer the pattern can be and the greater the integration density can be.
  • the ultraviolet beams used in photolithography have a wavelength of 193 or 248 nanometers.
  • This type of lithography has the advantage of being very well controlled and inexpensive.
  • very fine and dense patterns can be made on a substrate using a very narrow diameter electron beam. Nevertheless, since the definition of the patterns is carried out point by point, and not globally as in photolithography, the definition of patterns is much longer. On the other hand, when the width of the beam is used to define the width of the pattern, the problems of scattering and backscattering of electrons interfere with the control of the final dimension of the printed patterns.
  • block copolymers in lithography is currently the subject of many studies. Indeed, this type of structure has the advantage of self-organizing generally into cylinders, spheres or lamellae with a very good resolution at the nanoscale. By covering a substrate with a layer of block copolymers and selectively removing one of the polymers, it is therefore possible to create fine patterns with high density.
  • One way of using block copolymers and in particular chemopitaxis is to force the organization of the copolymer blocks by modifying the chemical properties of portions of the substrate.
  • the substrate then comprises at the surface zones having a different affinity with a constituents of the copolymer which imposes the organization of the different blocks of the copolymer. This technique can be used for the purpose of improving the resolution of the domains formed by each type of polymer.
  • This network makes it possible to guide the formation of the polymer blocks after they have been deposited, in order to improve the resolution of the pattern they create by self-organizing.
  • the block copolymer layer is then insolated and etched to remove one of two types of polymer to create cavities.
  • a layer of chromium is evaporated on the sample to create the network of conductors, then the hard mask is removed by the lift-off technique. This process step also eliminates portions of the chromium layer that are not desired.
  • the sample is subjected to a dioxygen plasma to remove all organic traces.
  • block copolymers in lithography
  • SPIE Vol 8323 Another example of the use of block copolymers in lithography is "Contact Hole Patterning for Random Logic Circuits using Block Copolymer Directed Self-Assembly" (SPIE Vol 8323).
  • SPIE Vol 8323 a conventional lithography is carried out initially.
  • the network of first patterns formed using this lithography is then used as a guide for structuring a layer of block copolymers.
  • the patterns are designed so that cavities formed using block copolymers correspond to the design chosen for the integrated circuit.
  • the object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks by implementing a method of manufacturing patterns in first material comprising the following steps:
  • first mask by means of a self-organized structure of block copolymers, the first mask defining a first series of first patterns organized according to a first repetition step
  • the second mask comprising a second series of patterns organized according to the first repetition step or an integer multiple of first step of repetition, the second series having fewer motives than the first series,
  • the intermediate mask is advantageously formed by electronic lithography, by means of a beam whose resolution is at least twice as large as the width of the first patterns that one seeks to discover. This criterion makes it possible to reopen each first hole as a whole.
  • the use of a direct writing tool by electron multibeam is particularly recommended to achieve this step of the process, for the sake of speed of execution.
  • the array of first pads can advantageously be formed in such a way that at least two of its guidelines form an angle of 45 °. This is particularly advantageous when two levels of metals to be connected have an identical pitch, as it is forbidden for two lines of metal of a higher level to be connected to the same metal line of a lower level.
  • the array of first pads is made by modifying the chemical affinity of portions of the crystalline substrate.
  • the network of first pads can be created by photolithography.
  • the first holes are formed by grapho- epitaxy and photolithography.
  • FIGS. 1 to 14 schematically illustrate one embodiment of the method
  • FIG. 15 schematically shows the type of substrate on which a network of conductors is printed according to one embodiment of the invention
  • a substrate 1 is provided and it is covered by a cover layer 2 and a layer of block copolymers 3 comprising at least first 3a and second 3b polymers.
  • the block copolymer layer 3 forms a self-organized structure of block copolymers.
  • the formed structure may be an alternation of rows of first and second polymers. It is also possible to form cylindrical first polymer patterns which are embedded within the second polymer. In general, depending on the polymer used and its conditions of use, it is possible to obtain a self-organization in lamellae, cylinders, spheres or other forms.
  • the use of a layer of block copolymers 3 makes it possible to simply form a repeating pattern whose dimensions and shape are known to advance. Moreover, the use of block copolymers makes it possible to form patterns of small dimensions and with a repetition pitch which may be small. The dimensions of the pattern and / or the repetition pitch of these patterns may be below or of the same order of magnitude as the technical capabilities of the lithography processes. As a result, since the deposition of the copolymer layer 3 and the organization of the various polymers inside the layer is rapid, it is particularly advantageous to use this repetitive patterning technique in place of a photolithography technique more expensive and / or less fast. The use of a copolymer layer also makes it possible to form patterns with better resolution, better dimensional uniformity and with reduced line roughness.
  • the copolymer layer 3 does not intrinsically have patterns of good dimensions and / or with a suitable pitch of repetition, it is possible to force the copolymer layer 3 to adapt the dimensions of its patterns and / or its steps. of repetition.
  • a network of first projecting pads 4 is present or formed on the surface of the substrate 1, for example on the cover layer 2.
  • the layer of block copolymers 3 is deposited on the cover layer 2, and disposed between the first studs 4 projecting. Between two successive first pads 4, the copolymer layer 3 is reorganized so as to present repeating patterns with a repetition pitch Pi which is compatible with the distance imposed between two first pads 4.
  • the network of first pads 4 serves as a guide for the self-organization of the layer of block copolymers 3.
  • a layer of block copolymers composed of two types of macromolecules are deposited for example by spin-coating.
  • copolymer diblocks, copolymer triblocks, copolymer multiblocks, etc. could also be used.
  • the surface of the substrate 1 has zones having different affinities with the block copolymer layer 3, so as to form a network of first pads 4.
  • the difference chemical affinity acts in the same way as the mechanical stress of the pads 4 and imposes the position of one of the polymers of the copolymer layer 3.
  • the cover layer 2 is flat and is formed of two materials different in surface on any layer intended to receive the layer of copolymers.
  • the copolymer layer 3 has an alternation of repeating units with dimensions and / or a pitch pitch Pi defined by the length of the polymer chain and to a lesser extent by the distance between two successive pads 4 having particular affinity with one of the polymers.
  • the copolymer layer 3 does not exhibit self-organization of the polymers to form a repeating pattern pattern. It may be necessary to perform thermal annealing in order to obtain the self-organization of the patterns.
  • the pads 4 may form a repeating pattern, for example lines spaced with a repeat pitch greater than that of the future patterns defined in the copolymer layer 3. It is also conceivable to have some pads 4 having a repetition and others pads that are used to protect the substrate 1 and that escape a logic of repetition.
  • an additional placement mask is made on the substrate 1.
  • This additional placement mask can be formed by photolithography techniques at the desired resolution, for example with wavelengths at 193 nm or 248 nm. , that is to say at low resolution.
  • lateral spacers covering the side walls of the additional mask are formed.
  • the lateral spacers are manufactured by any suitable technique, for example a conformal deposition of spacer material followed by anisotropic etching.
  • the copolymer may form an alternation of first and second units, for example two substantially identical patterns in the form, for example lines (two first polymer units are separated by a second polymer unit and vice versa). It is also possible to form a plurality of first polymer units which are embedded in a matrix formed by a second polymer.
  • the layer of copolymer 3 textured by means of the various patterns 6 forms a first mask 5.
  • the first mask 5 is formed from the copolymer layer 3, it has a first series of identical or substantially identical patterns 6 and with a first no substantially constant repeat Pi in all areas covered by the layer 3.
  • such a mask is not practical to use because it is limited to a single density of patterns.
  • the first patterns 6 (eg, holes) have a first single-direction repeat pitch that is parallel to the surface of the substrate 1.
  • the first patterns 6 present first no repetition ⁇ and ⁇ in a first direction and a second direction. The two directions are secant and are parallel to the surface of the substrate 1. The repetition steps may be different in both directions or the same.
  • a second mask 7 is made from the first mask 5.
  • the second mask 7 takes up part of the patterns 6 of the first mask 5.
  • the patterns of the second mask 7 have the same position as the patterns of the first mask 5, but part of the patterns 6 is not used.
  • the second mask 7 defines a second series of patterns which is smaller in number than the first series of patterns 6 of the first mask 5. Since the second series of patterns is defined by taking part of the first series of patterns 6, the patterns of the second series retain the same spatial coherence as that defined by the self - organization of the copolymer layer 3. the second series are separated, in the repetition direction, by the repetition step or by an integer multiple of the repetition step.
  • the second mask 7 It is possible to form, in the second mask 7, several distinct sets of patterns which all come from the same first mask 5.
  • two distinct sets of patterns are separated by a distance greater than twice the pitch Pi of repetition and that is devoid of pattern 6.
  • the coherent network of patterns 6 formed in the first mask 5 is kept between the different sets of patterns defined inside the second mask 7.
  • the second mask 7 corresponds to the intersection between the first mask 5 and an intermediate mask 8. Only the patterns common to the first mask 5 and the intermediate mask 8 are used.
  • part of the first mask 5 is subjected to electron radiation or electromagnetic radiation so as to modify the material of the copolymer layer forming the patterns 6. In this way, a part of the patterns is eliminated. and the other part is kept.
  • This partial modification of the first mask 5 makes it possible to directly form the intermediate mask 8 in the first mask 5 and thus to form the second mask 7.
  • the second mask 7 comprises a second series of patterns which have been chosen from the first series of patterns 6 .
  • the second mask 7 has fewer patterns than the first mask 5.
  • the patterns come from the first mask 5 and therefore they have between them a separation distance which is equal to the repetition pitch of the first mask 5 or which is an integer multiple of the repetition pitch of the first mask 5.
  • the copolymer layer 3 is etched to texturize the second mask 7 and define the patterns of the second mask 7 with covered areas and open areas.
  • At least one of the polymers of the self-organized copolymer layer 3 is removed so as to define the conserved patterns, i.e., first holes 6 or protruding patterns.
  • the first mask 5 defined by the copolymer layer 3 is etched to define all the patterns 6 above the cover layer 2 with open areas and covered areas. As illustrated in FIG. 4, the copolymer layer 3 is etched so as to eliminate one of the copolymers.
  • a network of patterns which is a network of holes or a network of projecting patterns. It is also possible to form a network with alternating holes and protruding patterns.
  • the selective removal of one of the polymers from the copolymer layer 3 may be carried out by any suitable technique, for example by means of an etching agent which reacts only with one of the polymers, for example a solvent. It is also possible to subject the copolymer layer 3 to electromagnetic radiation which will harden one of the constituents and thus to facilitate the conditions of elimination of the other constituent. It is also conceivable to degrade or weaken one of the constituents of the copolymer layer 3 by means of electromagnetic radiation.
  • the copolymer layer 3 is quite thick and if a difference in etching rate exists between the various constituents of the copolymer layer 3, it is possible to subject the copolymer layer 3 to ionic etching.
  • the first mask 5 is formed as soon as one of the constituents has disappeared.
  • first mask 5 has a plurality of first holes 6 which are spaced apart from one another according to the repetition step P r which initially existed in the copolymer layer 3.
  • a dry etching using a hydrogen bromide plasma (HBr) is made to modify the structure of the copolymer and prevent the copolymer from being degraded by the solvent of the resins deposited in the posterior stages.
  • the dry etching is not used and those skilled in the art will look for a resin having a solvent compatible with the material forming the first mask 5.
  • the first mask 5 is formed by the polymer 3b which remains after removal of the polymer 3a from the copolymer layer 3.
  • the pattern formed by the copolymer layer 3 is reproduced in an intermediate layer disposed between the copolymer layer 3 and the cover layer 2 to form the first mask 5.
  • the first holes 6 of the first mask 5 are defined, it is possible to etch the other polymer material 3b of the copolymer layer 3, which makes it possible to slightly increase the dimensions of the first holes 6. This increase in the dimensions of the first holes 6 with respect to what was initially defined in the copolymer layer 3 while retaining the repeat pitch Pi.
  • the preferred forms of the first holes may be cylindrical or lamellar.
  • the first mask 5 forms an alternation of empty lines and lines of polymeric material. In other configurations, the first mask 5 forms a network of holes in a layer of polymeric material. In a configuration that is the opposite of the previous configuration, the first mask 5 forms an array of projecting patterns.
  • a resin layer 9 is then deposited so as to cover the substrate 1 and the first mask 5 (see FIG.
  • the resin layer 9 is subjected to an electronic or electromagnetic radiation so as to form an intermediate mask 8 on the first mask 5.
  • the intermediate mask 8 defines second patterns 10, as shown in FIG. 6.
  • the second patterns 10 are defined from a photolithography step, there is greater freedom in the definition of the patterns and therefore in the shape and dimensions of the second patterns as well as in their spacings.
  • the second patterns 10 may be spaced apart with a second pitch P 2 which is greater than the first pitch Pi of the first patterns 6. It is also possible that the intermediate mask 8 does not have a second pitch of repetition P 2 .
  • the intermediate mask 8 thus makes it possible to modulate the repetition pitch P 2 according to the needs of the user. For example, it is possible to produce an intermediate mask 8 having repetition steps ⁇ 2 ⁇ and ⁇ 2 ⁇ in a first direction and a second direction.
  • the second mask 7 may comprise a second series of patterns 11 whose repetition pitch is equal to twice the repetition pitch Pi.
  • the second series of patterns 11 can be broken down into groups of several first patterns 6 according to the first pitch Pi, the groups repeating themselves according to an integer multiple of the first pitch P ⁇ here five times the first step of repetition ⁇ ⁇ .
  • the second series of patterns comprises at least three groups of several first patterns.
  • the holes of the intermediate mask 8 face the first holes 6 of the first mask 5, which makes it possible to reach the cover layer 2 on the substrate 1.
  • the second Mask 7 is formed by patterns 11 (here holes) having the minimum dimensions of the first mask 5 because the holes correspond to the dimensions of the copolymer patterns.
  • the second mask 7 comprises zones without holes which make it possible to protect the cover 2, which is not possible with the first mask 5. It is therefore possible to have, in the second mask 7, important surfaces where the cover layer 2 is protected and areas inside which the Cover layer 2 may be etched by means of fine patterns (holes or protruding areas) and with a density which may be equal to that of the first mask 5.
  • first mask 5 with a high density of first patterns 6, that is to say that the first patterns 6 have reduced dimensions and they are very close to each other.
  • the intermediate mask 8 it is possible to modulate the density of the patterns 1 1 finally present in the second mask 7 without modifying the dimensions of the first patterns 6 defined in the first mask 5.
  • the lithography method used to define the intermediate mask 8 has a minimum repeat pitch P2 equal to twice the no repetition of the first Pi units in the block copolymers (P 2 ⁇ 2.Pi). In this way, a first pattern 6 of two is covered by the intermediate mask 8 and the second mask 7 can reveal half of the first patterns 6 where necessary.
  • the maximum flexibility for the second mask 7 is obtained when the intermediate mask 8 is made with a lithographic step which has a minimum distance between two successive patterns which is twice the repetition pitch of the first patterns 6.
  • the first mask 5 makes it possible to define an array of first patterns 6 having small dimensions and with a very small pitch pitch Pi, but it is not possible to define inside the first mask 5 different organizations patterns 6.
  • the intermediate mask 8 formed on the first mask 5 can modulate the drawing of the first mask 5 by defining coverage areas where the first patterns 6 are covered. By means of this intermediate mask 8, it is possible to retain the advantages of the first mask 5 while reducing the disadvantages of such a structure.
  • the second mask 7 can have a great flexibility in its density of patterns 1 1, since the high density of the first mask 5 to the complete coverage of the areas to be protected.
  • the intermediate mask 8 is produced by means of an electronic lithography because this makes it possible to have a small separation distance between two successive patterns.
  • the copolymer layer 3 is configured so as to present first patterns 6 having a dimension less than or equal to that achievable by electronic lithography. If the first pitch pitch Pi is small, it is advantageous to form the intermediate mask 8 with the electronic lithography. In this way, the imperfections of the electronic shot noise stage are strongly erased by the first patterns 6 already formed in the first mask 5.
  • the width of the electron beam used is chosen to be at least twice as large as the width of the first holes to be plugged or uncovered according to the polarity of the resin used.
  • the axis of revolution of the electron beam does not perfectly match the axis of revolution of the first pattern 6 (if the latter is cylindrical), the latter can still be discovered or reseal as a whole.
  • the cover layer 2 and possibly the substrate 1 are etched so as to present a drawing 11 equivalent or substantially equivalent to that present in the second mask 7 (see FIGS. .
  • the second mask 7 is eliminated (see Figs 9 and 12), that is to say the first mask 5 and the intermediate mask 8, before or after deposition of a first material 13.
  • the first material 13 is advantageously deposited in the holes 12 formed in the cover layer 2 to create patterns of the first material 13.
  • the patterns of the first material 13 have dimensions substantially equal to those defined in the second mask 7 and their density. repetition is equal to that defined in the second mask 7.
  • This method of defining holes of small sizes and with a large variation in the density of the holes is particularly advantageous for the production of electrical conductors in an integrated circuit.
  • the substrate 1 is for example of the type shown in Figure 12. It is a crystalline semiconductor substrate 1 which already comprises several transistors 101 or other active or passive devices previously formed. The different devices are formed on the substrate 1 and are arranged with different arrangements.
  • a transistor 101 it is necessary to define a contact for the source electrode 102, for the drain electrode 103 and for the gate electrode 104. It may be necessary to define a contact for the polarization of the substrate.
  • the gates 104 of the transistors 101 are spaced by a repetition pitch ⁇ , it is necessary to define a repetition pitch less than or equal to that of the transistors 101 to define the contacts of the transistors.
  • the different transistors are connected together and to other devices to form functionalities of an integrated circuit. The connections of the transistors are made by metal lines and metal contacts.
  • the transistors 101 are covered by the cover layer 2, which is for example an electrically insulating layer, and the gates of the transistors 104 are flush to define a network of pads which will impose the position of the first holes 6 used by following to form contacts on the source electrodes 102, and drain 103.
  • the transistors 101 are completely covered by the cover layer 2 and pads will be formed to force the copolymer layer 3 to present a first pitch pitch Pi compatible with that of the transistors 101 and / or with that of their electrodes. It may be the same to form metal contacts in the interconnection levels above the transistors 101.
  • the cover layer 2 is electrically insulating and is covered by a second layer 2b of an anti-reflective material ("ARC" in English for Anti Reflective Coating) which is deposited above the polysilicon layer forming here the gate electrode.
  • This layer 2b absorbs the waves reflected at the interface between the substrate 1 and the layer 2 which is immediately deposited on its surface to avoid parasitic reflections when defining the patterns in the subsequent lithography steps.
  • a conventional photolithography is carried out to define pads 4.
  • a layer of resin for example photoresist 9 is deposited.
  • the resin layer 9 through a mask, with an ultraviolet source having a wavelength equal to 193 or 248 nanometers.
  • This lithography step is performed with a definition less important than the step of defining the dimensions of the gate electrodes 104.
  • the first pads 4 are formed on the insulating electrical layer 2 in order to force the copolymer layer 3 to present patterns having an orientation and / or dimensions and / or a first repetition pitch compatible with the definition of electrical conductors.
  • the pads 4 separate areas of the substrate for which it is possible to isolate a repetition step.
  • the first pitch Pi is smaller than the smallest dimension (length or width) defining an electrode or, more generally, a zone to be connected.
  • the first mask 5 is configured to place a single hole facing the gate electrode along an axis which connects the source electrode to the drain electrode through the gate electrode. In this way, in the direction of the length of the gate, there are not several adjacent holes that open onto the gate electrode.
  • the layer 3 of block copolymers is then deposited and self-organized using chemi-epitaxy or grapho-epitaxy.
  • the first holes 6 are formed to define the first mask 5.
  • the transistors 101 or other devices are aligned in a first direction so as to have a repetition pitch ⁇ , it is advantageous to force the copolymer layer 3 to present patterns and thus future first holes 6 in a secant second direction in the first direction.
  • the pads 4 forcing the orientation of the copolymer units are configured so that the direction of repetition of the patterns forms an angle of 45 ° with the repetition direction of the transistors.
  • the lateral faces of the studs 4 which define the direction of alignment of the patterns, for example a direction orthogonal to the lateral face of the pattern (see FIG. 14).
  • each of the interconnection levels has metal having longitudinal axes oriented either in a first orientation or in a second orientation perpendicular to the first orientation.
  • the offset of the direction of repetition of the first holes by an angle of 45 ° with respect to these two perpendicular orientations makes it possible to facilitate the connections of the different lines by preventing two lines facing each other from being short-circuited.
  • the offset at 45 ° makes it easier to choose the area where the contact is sought and thus define the area where the first holes must be closed.
  • the intermediate mask 8 is then formed on the first mask 5 to define the second mask 7.
  • the intermediate mask 8 covers the areas where a metal contact is not sought. It also defines the density of metal contacts to be formed to ensure the connection while avoiding a short circuit.
  • the intermediate mask 8 covers the first holes 6 which can overlap the gate electrode 104 and one of the source electrodes 102 and drain 03.
  • the first mask 5 can define holes 6 according to a lamellar or cylindrical organization so as to define lines or vias.
  • two levels containing lines oriented along two perpendicular directions Ox and Oy are separated by a level containing cylindrical contacts having a repetition pitch P in a direction offset at 45 ° from the directions Ox and Oy.
  • the cover layer 2 is etched through the second mask 7 and a metallic material 13 is deposited in the holes 12 of the cover layer. cover 2 to form metal contacts, for example by evaporation of a metal.
  • the polymer 3b surrounding each first hole 6 is not very sensitive to the electrons of the beam. This can for example be achieved by depositing a layer of resin 9 much thicker than the height of the first holes 6 to open.

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Abstract

Le procédé de fabrication de motifs en premier matériau comporte les étapes suivantes : - prévoir un substrat (1) recouvert par une couche de couverture (2), - former un premier masque au moyen d'une structure auto-organisée de copolymères à blocs, le premier masque comportant des premiers motifs, - déposer et insoler une résine (9) pour former un masque intermédiaire sur le premier masque, le masque intermédiaire recouvrant une partie des premiers motifs formés dans le premier masque et comportant des deuxièmes trous faisant face aux premiers trous, - graver la couche de couverture (2) à travers les premiers et deuxièmes trous se faisant face pour former des troisièmes trous (12), - remplir les troisièmes trous (12) par un premier matériau pour former les motifs en premier matériau.

Description

Procédé de fabrication d'un réseau de conducteurs sur un substrat au moyen de copolymères à blocs
Domaine technique de l'invention
La présente invention est relative à la réalisation de motifs très denses sur un substrat comprenant l'utilisation de copolymères à blocs, et concerne avantageusement une méthode de réalisation de conducteurs électriques.
État de la technique
Afin de réaliser des objets de moins en moins encombrants et de plus en plus complexes, l'industrie de la microélectronique n'a de cesse de concevoir des composants toujours plus petits. Par exemple la longueur d'une grille de transistor est passée de 25 nanomètres en 2007 à 14 nanomètres en 2012.
Dans cet optique, les réseaux de conducteurs réalisés sur les circuits imprimés doivent être de plus en plus denses. Plusieurs méthodes de réalisation sont envisageables pour y parvenir.
En photolithographie, une couche sensible déposée sur le substrat est exposée avec un faisceau ultraviolet à travers un masque définissant des motifs. La taille du plus petit motif réalisable est étroitement liée à la longueur d'ondes du faisceau utilisé : plus la longueur d'onde est courte, plus le motif réalisé peut être fin et plus la densité d'intégration peut être importante.
Classiquement, les faisceaux ultraviolets utilisés en photolithographie ont une longueur d'onde de 193 ou 248 nanomètres. Ce type de lithographie présente l'avantage d'être très bien maîtrisé et peu coûteux. Cependant avec de telles longueurs d'onde, il est impossible d'atteindre les densités d'intégration des nœuds technologiques à venir.
Pour réaliser par photolithographie des motifs fins autorisant une plus grande densité, il est possible d'employer un rayonnement ultraviolet profond. Cependant, l'utilisation de telles longueurs d'onde a pour effet de générer des problèmes optiques (ombrage, espace objet non télécentrique, etc.) nuisant à la bonne définition des motifs fabriqués.
De manière alternative, des motifs très fins et denses peuvent être réalisés sur un substrat à l'aide d'un faisceau électronique de diamètre très étroit. Néanmoins, étant donné que la définition des motifs est réalisée point par point, et non de manière globale comme en photolithographie, la définition des motifs est beaucoup plus longue. Par ailleurs, lorsque la largeur du faisceau sert à définir la largeur du motif, les problèmes de dispersion et de rétrodiffusion d'électrons nuisent à la maîtrise de la dimension finale des motifs imprimés.
L'utilisation de copolymères à blocs en lithographie fait actuellement l'objet de nombreuses études. En effet, ce type de structure présente l'avantage de s'auto-organiser généralement en cylindres, sphères ou lamelles avec une très bonne résolution à l'échelle nanométrique. En recouvrant un substrat par une couche de copolymères à blocs et en retirant sélectivement l'un des polymères, il est donc possible de créer des motifs fins avec une grande densité.
Une manière d'utiliser les copolymères à blocs et en particulier la chémi- épitaxie consiste à forcer l'organisation des blocs de copolymères par modification des propriétés chimiques de portions du substrat. Le substrat comporte alors en surface des zones ayant une affinité différente avec un des constituants du copolymère ce qui impose l'organisation des différents blocs du copolymère. Cette technique peut être utilisée dans le but d'améliorer la résolution des domaines formés par chaque type de polymère.
Une méthode alternative est la grapho-épitaxie. Le procédé décrit dans la demande de brevet US 2012/0107583 A1 illustre cette technique. Ce document décrit une technique de réalisation de réseaux de conducteurs sur un substrat, basée sur la combinaison de la lithographie et l'usage de copolymères à blocs tels que le polystyrene-block-polymethylmethacrylate (PS-b-PMMA) ou le polystyrène-block-dipolymethylsiloxane (PS-b-PDMS). Dans un premier temps, un réseau de premiers motifs (une brosse de polystyrène par exemple) est réalisé par lithographie à faisceau d'électrons sur un substrat de quartz ou de silicium. Ce réseau permet de guider la formation des blocs de polymères après leur dépôt, afin d'améliorer la résolution du motif qu'ils créent en s'auto-organisant. Une fois recuite, la couche de copolymère à blocs est ensuite insolée et gravée de manière à éliminer l'un des deux types de polymère pour créer des cavités. A ce stade, une couche de chrome est évaporée sur l'échantillon pour créer le réseau de conducteurs, puis le masque dur est éliminé par la technique de lift-off. Cette étape du procédé permet également d'éliminer les portions de la couche de chrome qui ne sont pas désirées. Enfin, l'échantillon est soumis à un plasma de dioxygène pour éliminer toutes les traces organiques.
Le document intitulé « Contact Hole Patterning for Random Logic Circuits using Block Copolymer Directed Self-Assembly » (SPIE Vol. 8323) est un autre exemple d'utilisation de copolymères à blocs en lithographie. Tout comme dans le procédé divulgué dans la demande de brevet US 2012/0107583, une lithographie classique est réalisée dans un premier temps. Le réseau de premiers motifs formé à l'aide de cette lithographie est ensuite utilisé comme guide pour structurer une couche de copolymères à blocs. Les motifs sont élaborés de façon à ce que les cavités formées à l'aide des copolymères à blocs correspondent au design choisi pour le circuit intégré. Comme les différents motifs sont formés par des expositions successives, il existe différents désalignements provenant des différentes expositions. Il est alors très difficile de réaliser une nouvelle étape de photolithographie car il faut tenir compte des différentes valeurs de désalignement.
Avec les outils technologiques actuels, il est impossible de réaliser un réseau tridimensionnel de conducteurs en une seule exposition. Le substrat est donc exposé à plusieurs reprises afin de réaliser l'ensemble du réseau 3D, ce qui engendre un certain nombre de problèmes, et notamment un désalignement entre les différents niveaux réalisés.
Objet de l'invention
On constate qu'il existe un besoin de prévoir un procédé de fabrication de motifs pouvant présenter des zones denses et des zones plus espacées de motifs identiques ou sensiblement identiques, et qui soit plus simple à mettre en œuvre.
L'objet de l'invention consiste à remédier aux inconvénients précités en mettant en œuvre un procédé de fabrication de motifs en premier matériau comportant les étapes suivantes :
- prévoir un substrat recouvert par une couche de couverture,
- former un premier masque au moyen d'une structure auto-organisée de copolymères à blocs, le premier masque définissant une première série de premiers motifs organisés selon un premier pas de répétition,
- réaliser un deuxième masque à partir du premier masque, le deuxième masque comportant une deuxième série de motifs organisés selon le premier pas de répétition ou un multiple entier du premier pas de répétition, la deuxième série comportant moins de motifs que la première série,
- graver la couche de couverture à travers le deuxième masque pour définir des motifs dans la couche de couverture.
Par ailleurs, le masque intermédiaire est avantageusement formé par lithographie électronique, au moyen d'un faisceau dont la résolution est au moins deux fois plus grande que la largeur des premiers motifs que l'on cherche à découvrir. Ce critère permet de rouvrir chaque premier trou dans son ensemble. L'utilisation d'un outil d'écriture direct par multifaisceaux d'électrons est particulièrement recommandée pour réaliser cette étape du procédé, par soucis de rapidité d'exécution.
Le réseau de premiers plots peut avantageusement être formé de telle maniè/e qu'au moins deux de ses lignes directrices forment un angle de 45°. Cela est particulièrement avantageux quand deux niveaux de métaux qui doivent être connectés ont un pas identique, dans la mesure où on interdit que deux lignes de métal d'un niveau supérieur soient connectées à la même ligne de métal d'un niveau inférieur.
Par ailleurs, selon un premier mode de mise en œuvre, le réseau de premiers plots est réalisé par modification de l'affinité chimique de portions du substrat cristallin.
De manière alternative, le réseau de premiers plots peut être créé par photolithographie. Dans ce cas, les premiers trous sont formés par grapho- épitaxie et photolithographie.
Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de mise en œuvre de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
- les figures 1 à 14 illustrent de façon schématique un mode de mise en œuvre du procédé,
- la figure 15 présente de façon schématique le type de substrat sur lequel on imprime un réseau de conducteurs selon un mode de mise en œuvre de l'invention,
- les figures 16 et 17 présentent différents dessins pour le réseau de premiers motifs.
Description détaillée
Comme illustré à la figure 1 , un substrat 1 est fourni et il est recouvert par une couche de couverture 2 et une couche de copolymères à blocs 3 comportant au moins des premier 3a et deuxième 3b polymères. La couche de copolymères à blocs 3 forme une structure auto-organisée de copolymères à blocs.
Selon les copolymères à blocs 3a et 3b utilisés et la configuration recherchée, la structure formée peut être une alternance de lignes en premier et deuxième polymères. Il est également possible de former des motifs cylindriques en premier polymère qui sont noyés à l'intérieur du deuxième polymère. De manière générale, selon le polymère utilisé et ses conditions d'utilisation, il est possible d'obtenir une auto-organisation en lamelles, en cylindres, en sphères ou d'autres formes.
L'utilisation d'une couche de copolymères à blocs 3 permet de former simplement un motif répétitif dont les dimensions et la forme sont connues à l'avance. Par ailleurs, l'utilisation des copolymères à blocs permet de former des motifs de petites dimensions et avec un pas de répétition qui peut être faible. Les dimensions du motif et/ou le pas de répétition de ces motifs peuvent être en dessous ou du même ordre de grandeur que les capacités techniques des procédés de lithographies. De ce fait, comme le dépôt de la couche de copolymères 3 et l'organisation des différents polymères à l'intérieur de la couche est rapide, il est particulièrement intéressant d'utiliser cette technique de définition de motifs répétitifs à la place d'une technique de photolithographie plus chère et/ou moins rapide. L'utilisation d'une couche de copolymère permet également de former des motifs avec une meilleure résolution, une meilleure uniformité dimensionnelle et avec une rugosité de ligne réduite (line edge roughness).
Dans les cas où la couche de copolymères 3 ne présente pas intrinsèquement des motifs aux bonnes dimensions et/ou avec un pas de répétition adapté, il est possible de forcer la couche de copolymères 3 à adapter les dimensions de ses motifs et/ou ses pas de répétition.
Cette contrainte sur la couche de copolymères 3 peut être appliquée, par exemple, de deux manières différentes. Dans un premier mode de réalisation correspondant à la technique de grapho-épitaxie et présenté à la figure 2, un réseau de premiers plots en saillie 4 est présent ou formé à la surface du substrat 1 , par exemple sur la couche de couverture 2.
La couche de copolymères à blocs 3 est déposée sur la couche de couverture 2, et disposée entre les premiers plots 4 en saillie. Entre deux premiers plots 4 successifs, la couche de copolymères 3 se réorganise afin de présenter des motifs répétitifs avec un pas de répétition Pi qui est compatible avec la distance imposée entre deux premiers plots 4. Conformément à la technique de grapho-épitaxie, le réseau de premiers plots 4 sert de guide pour l 'auto-organisation de la couche de copolymères à blocs 3. Dans l'exemple représenté à titre illustratif, une couche de copolymères à blocs composée de deux types de macromolécules est déposée par exemple par spin-coating. De manière alternative aux diblocs de copolymères, on pourrait aussi utiliser des triblocs de copolymères, des multiblocs de copolymères, etc.
Dans une technique alternative présentée à la figure 3 et correspondant à la chémi-épitaxie, la surface du substrat 1 présente des zones ayant des affinités différentes avec la couche copolymères à blocs 3, de manière à former un réseau de premiers plots 4. La différence d'affinité chimique agit de la même manière que la contrainte mécanique des plots 4 et impose la position de l'un des polymères de la couche de copolymères 3. Dans cette configuration, la couche de couverture 2 est plane et est formée de deux matériaux différents en surface sur toute couche destinée à recevoir la couche de copolymères.
De cette manière, la couche de copolymères 3 présente une alternance de motifs répétitifs avec des dimensions et/ou un pas de répétition Pi définis par la longueur de la chaîne de polymère et dans une moindre mesure par la distance entre deux plots 4 successifs ayant une affinité particulière avec l'un des polymères.
Il est possible de former simplement une surface avec des zones ayant des différences d'affinité, par exemple en utilisant une surface formée par des motifs réalisés dans deux matériaux différents. Les deux matériaux ont une affinité différente avec un ou plusieurs polymères de la couche de copolymères 3. Dans certains modes de réalisation, la couche de copolymères 3 ne présente pas une auto-organisation des polymères pour former un réseau répétitif de motifs. Il peut être nécessaire de réaliser un recuit thermique afin d'obtenir l'auto-organisation des motifs.
Les plots 4 peuvent former un motif répétitif, par exemple des lignes espacées avec un pas de répétition supérieur à celui des futurs motifs définis dans la couche de copolymères 3. Il est également envisageable d'avoir certains plots 4 présentant une répétition et d'autres plots qui sont utilisés pour protéger le substrat 1 et qui échappent à une logique de répétition.
Dans une variante de réalisation, un masque supplémentaire de placement est réalisé sur le substrat 1. Ce masque supplémentaire de placement peut être formé par des techniques de photolithographie à la résolution désirée, par exemple avec des longueurs d'onde à 193 nm ou 248 nm, c'est-à-dire à faible résolution.
Une fois le masque supplémentaire de placement réalisé, des espaceurs latéraux recouvrant les parois latérales du masque supplémentaire sont formés. Les espaceurs latéraux sont fabriqués par toute technique adaptée, par exemple un dépôt conforme de matériau d'espaceur suivi d'une gravure anisotrope.
Le masque supplémentaire de placement est éliminé et l'espaceur latéral forme le plot 4 qui vient forcer l'organisation de la couche de copolymères 3. Cette technique permet de fabriquer des plots 4 de faible largeur tout en utilisant une technique de photolithographie de faible résolution. Cette variante de réalisation permet d'avoir des plots 4 qui peuvent occuper une surface restreinte sur le substrat 1. Cette configuration permet d'avoir un effet d'ombrage provenant des plots 4 qui est faible voire nul. Selon le copolymère utilisé, le copolymère peut former une alternance de premier et deuxième motifs, par exemple deux motifs sensiblement identiques dans la forme, par exemple des lignes (deux motifs en premier polymère sont séparées par un motif en deuxième polymère et inversement). Il est aussi possible de former une pluralité de motifs en premier polymère qui sont noyés dans une matrice formée par un second polymère.
La couche de copolymère 3 texturée au moyen des différents motifs 6 forme un premier masque 5. Comme le premier masque 5 est formé à partir de la couche de copolymères 3, il présente une première série de motifs 6 identiques ou sensiblement identiques et avec un premier pas de répétition Pi sensiblement constant dans toutes les zones recouvertes par la couche 3. Cependant, comme dans l'art antérieur, un tel masque n'est pas pratique à utiliser car il est limité à une seule densité de motifs.
Dans un mode de réalisation, les premiers motifs 6 (par exemple des trous) présentent un premier pas de répétition dans une seule direction qui est parallèle à la surface du substrat 1. Dans un autre mode de réalisation, les premiers motifs 6 présentent des premiers pas de répétition Ριχ et Ριγ dans une première direction et une deuxième direction. Les deux directions sont sécantes et sont parallèles à la surface du substrat 1. Les pas de répétition peuvent être différents dans les deux directions ou identiques.
Un deuxième masque 7 est réalisé à partir du premier masque 5. Le deuxième masque 7 reprend une partie des motifs 6 du premier masque 5. De cette manière, les motifs du deuxième masque 7 ont la même position que les motifs du premier masque 5, mais une partie des motifs 6 n'est pas utilisée. Ainsi, il y a moins de motifs dans le deuxième masque 7 que dans le premier masque 5. Le deuxième masque 7 définit une deuxième série de motifs qui est inférieur en nombre à la première série de motifs 6 du premier masque 5. Comme la deuxième série de motifs est définie en prenant une partie de la première série de motifs 6, les motifs de la deuxième série conservent la même cohérence spatiale que celle définie par l 'auto-organisation de la couche de copolymères 3. Les motifs de la deuxième série sont séparés, dans la direction de répétition, par le pas de répétition ou par un multiple entier du pas de répétition. Il est possible de former, dans le deuxième masque 7, plusieurs ensembles distincts de motifs qui proviennent tous du même premier masque 5. De manière avantageuse, deux ensembles distincts de motifs sont séparés d'une distance supérieure à deux fois le pas Pi de répétition et qui est dépourvu de motif 6. En d'autres termes, le réseau cohérent de motifs 6 formé dans le premier masque 5 est conservé entre les différents ensembles de motifs définis à l'intérieur du deuxième masque 7.
Le deuxième masque 7 correspond à l'intersection entre le premier masque 5 et un masque intermédiaire 8. Seul, les motifs communs au premier masque 5 et au masque intermédiaire 8 sont utilisés.
Dans un mode de réalisation particulier, une partie du premier masque 5 est soumis à un rayonnement électronique ou à un rayonnement électromagnétique de manière à modifier le matériau de la couche de copolymère formant les motifs 6. De cette manière, une partie des motifs est éliminée et l'autre partie est conservée. Cette modification partielle du premier masque 5 permet de former directement le masque intermédiaire 8 dans le premier masque 5 et donc de former le deuxième masque 7. Le deuxième masque 7 comporte une deuxième série de motifs qui ont été choisis parmi la première série de motifs 6.
Le deuxième masque 7 comporte moins de motifs que le premier masque 5. Cependant, les motifs proviennent du premier masque 5 et donc ils présentent entre eux une distance, de séparation qui est égale au pas de répétition du premier masque 5 ou qui est un multiple entier du pas de répétition du premier masque 5.
La couche de copolymères 3 est gravée afin de texturer le deuxième masque 7 et définir les motifs du deuxième masque 7 avec des zones couvertes et des zones découvertes.
Au moins un des polymères de la couche de copolymères 3 auto-organisée est éliminé de manière à définir les motifs conservés c'est-à-dire des premiers trous 6 ou des motifs en saillie.
Dans une autre variante de réalisation, le premier masque 5 défini par la couche de copolymères 3 est gravé pour définir tous les motifs 6 au dessus de la couche de couverture 2 avec des zones découvertes et des zones couvertes. Comme illustré à la figure 4, le couche de copolymères 3 est gravée de manière éliminer un des copolymères.
Selon les configurations décrites plus haut, lors de l'élimination d'un des copolymères, il est possible de former un réseau de motifs qui est un réseau de trous ou un réseau de motifs en saillie. Il est également possible de former un réseau avec une alternance de trous et de motifs en saillie. Dans la description qui va suivre, il est fait mention de la formation d'un réseau de trous, mais l'homme du métier gardera à l'esprit que le premier masque 5 peut également former un réseau de motifs en saillie.
Le retrait sélectif d'un des polymères de la couche de copolymères 3 peut être réalisé par toute technique adaptée, par exemple au moyen d'un agent de gravure qui réagit uniquement avec l'un des polymères, par exemple un solvant. Il est également possible de soumettre la couche de copolymères 3 à un rayonnement électromagnétique qui va durcir un des constituants et ainsi faciliter les conditions d'élimination de l'autre constituant. Il est également envisageable de dégrader ou fragiliser l'un des constituants de la couche de copolymeres 3 au moyen du rayonnement électromagnétique.
Dans une variante de réalisation, si la couche de copolymères 3 est assez épaisse et si une différence de vitesse de gravure existe entre les différents constituants de la couche de copolymères 3, il est possible de soumettre la couche de copolymères 3 à une gravure ionique. Le premier masque 5 est formé dès que l'un des constituants a disparu.
Par exemple, pour éliminer un premier type de polymère 3a présent dans le copolymère à blocs, on réalise une gravure sèche à l'aide d'un plasma de dioxygène. On obtient alors les premiers trous 6 entourées par le polymère 3b (cf. fig.4). Le premier masque 5 présente une pluralité de premiers trous 6 qui sont espacés les uns des autres selon le pas de répétition Pr qui existait initialement dans la couche de copolymères 3. Dans un mode de réalisation particulier, une gravure sèche à l'aide d'un plasma de bromure d'hydrogène (HBr) est réalisée pour modifier la structure du copolymère et éviter que le copolymère ne soit dégradé par le solvant des résines déposées dans les étapes postérieures. Dans une variante de réalisation, la gravure sèche n'est pas utilisée et l'homme du métier cherchera un résine possédant un solvant compatible avec le matériau formant le premier masque 5.
Dans un mode de réalisation, le premier masque 5 est formé par le polymère 3b qui reste après élimination du polymère 3a de la couche de copolymères 3. Dans une variante, le dessin formé par la couche de copolymères 3 est reproduit dans une couche intermédiaire disposée entre la couche de copolymères 3 et la couche de couverture 2 pour former le premier masque 5. Lors de la définition des premiers trous 6 du premier masque 5, il est possible de graver l'autre matériau polymère 3b de la couche de copolymères 3, ce qui permet d'augmenter légèrement les dimensions des premiers trous 6. Cette augmentation des dimensions des premiers trous 6 par rapport à ce qui était défini initialement dans la couche de copolymères 3 tout en conservant le pas de répétition Pi. Les formes préférentielles des premiers trous peuvent être cylindriques ou lamellaires.
Dans certaines configurations, le premier masque 5 forme une alternance de lignes vides et de lignes en matériau polymères. Dans d'autres configurations, le premier masque 5 forme un réseau de trous dans une couche de matériau polymère. Dans une configuration inverse à la configuration précédente, le premier masque 5 forme un réseau de motifs en saillie.
Dans une variante de réalisation, Une couche de résine 9 est ensuite déposée de manière à recouvrir le substrat 1 et le premier masque 5 (cf. fig.
5)·
La couche de résine 9 est soumise à un rayonnement électronique ou électromagnétique de manière à former un masque intermédiaire 8 sur le premier masque 5. Le masque intermédiaire 8 définit des deuxièmes motifs 10, comme représenté à la figure 6. Comme les deuxièmes motifs 10 sont définis à partir d'une étape de photolithographie, il y a une plus grande liberté dans la définition des motifs et donc dans la forme et les dimensions des deuxièmes motifs ainsi que dans leurs espacements. Dans le masque intermédiaire 8, les deuxièmes motifs 10 peuvent être espacés avec un deuxième pas de répétition P2 qui est supérieur au premier pas de répétition Pi des premiers motifs 6. Il est également possible que le masque intermédiaire 8 ne présente pas un deuxième pas de répétition P2. Le masque intermédiaire 8 permet donc de moduler le pas de répétition P2 selon les besoins de l'utilisateur. Il est par exemple possible de réaliser un masque intermédiaire 8 ayant des pas de répétition Ρ2χ et Ρ2γ dans une première direction et une deuxième direction.
Selon un premier mode de réalisation particulier illustré à la figure 7, le deuxième masque 7 peut comporter une deuxième série de motifs 11 dont le pas de répétition est égal à deux fois le pas de répétition Pi .
Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 10, la deuxième série de motifs 11 peut être décomposée en groupes de plusieurs premiers motifs 6 selon le premier pas de répétition Pi, les groupes se répétant selon un multiple entier du premier pas de répétition P^ ici cinq fois le premier pas de répétition ΡΊ.
Avantageusement, la deuxième série de motifs comporte au moins trois groupes de plusieurs premiers motifs.
Dans certaines portions, les trous du masque intermédiaire 8 font face aux premiers trous 6 du premier masque 5, ce qui permet d'atteindre la couche de couverture 2 sur le substrat 1.
Il est ensuite possible de graver la couche de couverture 2 et éventuellement le substrat 1 au moyen d'un deuxième masque 7 qui correspond à l'intersection du premier trous dans le premier masque 5 et des deuxièmes trous dans le masque intermédiaire 8. Le deuxième masque 7 est formé par des motifs 11 (ici des trous) ayant les dimensions minimales du premier masque 5 car les trous correspondent aux dimensions des motifs en copolymères.
Cependant, par rapport au premier masque 5, le deuxième masque 7 comporte des zones sans trous qui permettent de protéger la couche de couverture 2, ce qui n'est pas possible avec le premier masque 5. Il est donc possible d'avoir, dans le deuxième masque 7, des surfaces importantes où la couche de couverture 2 est protégée et des zones à l'intérieur desquelles la couche de couverture 2 peut être gravée au moyen de motifs 1 1 fins (des trous ou des zones en saillie) et avec une densité qui peut être égale à celle du premier masque 5.
Il est intéressant de former un premier masque 5 avec une densité importante de premiers motifs 6, c'est-à-dire que les premiers motifs 6 ont des dimensions réduites et qu'ils sont très rapprochés les uns des autres. Au moyen du masque intermédiaire 8, il est possible de moduler la densité des motifs 1 1 présents finalement dans le deuxième masque 7 sans modifier les dimensions des premiers motifs 6 définis dans le premier masque 5. Afin de diviser par deux la densité de premiers motifs 1 1 dans le deuxième masque 7 par rapport au premier masque 5 tout en conservant une répartition homogène des motifs 1 1 , il suffit que le procédé de lithographie utilisé pour définir le masque intermédiaire 8 présente un pas de répétition P2 minimal égal à deux fois le pas de répétition des premiers motifs Pi dans les copolymères à blocs (P2≥2.Pi). De cette manière, un premier motif 6 sur deux est recouvert par le masque intermédiaire 8 et le deuxième masque 7 peut laisser apparaître la moitié des premiers motifs 6 là où cela est nécessaire.
Pour réduire encore plus la densité en motifs dans le deuxième masque 7 par rapport au premier masque 5, il suffit de former des zones de couverture plus grandes de manière à couvrir par exemple deux premiers motifs 6 successifs.
Pour avoir plus de la moitié des motifs 6 présents initialement dans le premier masque 5, il suffit par exemple de laisser découvert ou de découvrir deux premiers motifs 6 successifs et de venir couvrir le premier motif suivant. Cette configuration peut être obtenue au moyen d'une étape de lithographie, dans laquelle la distance minimale entre deux motifs successifs du masque intermédiaire 8 est égale à plus de deux fois le pas de répétition des premiers motifs 6, ici trois fois le pas de répétition des premiers motifs 6.
Il est également possible de former des zones du deuxième masque 7 avec une très forte densité de motifs, en laissant découvert tous les premiers motifs 6 du premier masque 5. On forme ainsi différents ensembles de motifs 1 1 dans le deuxième masque 7.
Le maximum de flexibilité pour le deuxième masque 7 est obtenu lorsque le masque intermédiaire 8 est réalisé avec une étape de lithographique qui présente une distance minimale entre deux motifs successifs qui est égale à deux fois le pas de répétition des premiers motifs 6.
En d'autres termes, le premier masque 5 permet de définir un réseau de premiers motifs 6 ayant des dimensions faibles et avec un pas de répétition Pi très faible, mais il n'est pas possible de définir à l'intérieur du premier masque 5 des organisations différentes de motifs 6. Le masque intermédiaire 8 formé sur le premier masque 5 permet de moduler le dessin du premier masque 5 en définissant des zones de couverture où les premiers motifs 6 sont recouverts. Au moyen de ce masque intermédiaire 8, il est possible de conserver les avantages du premier masque 5 tout en réduisant les inconvénients d'une telle structure. Le deuxième masque 7 peut présenter une grande flexibilité dans sa densité de motifs 1 1 , depuis la forte densité du premier masque 5 jusqu'à la couverture complète des zones à protéger.
De manière particulièrement avantageuse, le masque intermédiaire 8 est réalisé au moyen d'une lithographie électronique car cela permet d'avoir une distance de séparation faible entre deux motifs successifs. De manière avantageuse, la couche de copolymères 3 est configurée de manière à présenter des premiers motifs 6 ayant une dimension inférieure ou égale à ce qui est atteignable par la lithographie électronique. Si le premier pas de répétition Pi est faible, il est avantageux de former le masque intermédiaire 8 avec la lithographie électronique. De cette manière, les imperfections de l'étape de lithographie électronique (shot noise) sont fortement gommées par les premiers motifs 6 déjà formés dans le premier masque 5.
De manière avantageuse, la largeur du faisceau électronique utilisé est choisie pour être au moins deux fois plus grande que la largeur des premiers trous à boucher ou à découvrir selon la polarité de la résine utilisée. Ainsi, si l'axe de révolution du faisceau électronique ne concorde pas parfaitement avec l'axe de révolution du premier motifs 6 (si ce dernier est cylindrique), ce dernier peut tout de même être découvert ou reboucher dans son ensemble.
Etant donné que le temps passé pour accomplir cette étape est relativement important, il peut être judicieux d'utiliser un outil d'écriture direct par multifaisceaux d'électrons.
On notera également que selon le niveau de résolution souhaité, il est possible de remplacer la lithographie électronique par une photolithographie en utilisant un rayonnement dans l'ultraviolet profond.
Une fois le deuxième masque 7 défini, la couche de couverture 2 et éventuellement le substrat 1 sont gravés de manière à présenter un dessin 1 1 équivalent ou sensiblement équivalent à celui présent dans le deuxième masque 7 (cf. fig. 8 et 1 1 ).
Le deuxième masque 7 est éliminé (cf. fig. 9 et 12), c'est-à-dire le premier masque 5 et le masque intermédiaire 8, avant ou après dépôt d'un premier matériau 13. Le premier matériau 13 est avantageusement déposé dans les trous 12 formés dans la couche de couverture 2 pour créer des motifs en premier matériaux 13. Les motifs en premier matériau 13 ont des dimensions sensiblement égales à celles définies dans le deuxième masque 7 et leur densité de répétition est égale à celle définie dans le deuxième masque 7.
Ce procédé de définitions de trous de petites tailles et avec une grande variation dans la densité des trous est particulièrement intéressant pour la réalisation de conducteurs électriques dans un circuit intégré.
Dans un mode de réalisation avantageux, le substrat 1 est par exemple du type représenté à la figure 12. Il s'agit d'un substrat semi-conducteur cristallin 1 qui comporte déjà plusieurs transistors 101 ou autres dispositifs actifs ou passifs formés auparavant. Les différents dispositifs sont formés sur le substrat 1 et sont disposés avec des arrangements différents. A titre d'exemple, pour un transistor 101 , il faut définir un contact pour l'électrode de source 102, pour l'électrode de drain 103 et pour l'électrode de grille 104. Il est éventuellement nécessaire de définir un contact pour la polarisation du substrat. Si les grilles 104 des transistors 101 sont espacées d'un pas de répétition Ρχ, il est nécessaire de définir un pas de répétition inférieur ou égal à celui des transistors 101 pour définir les contacts des transistors. Les différents transistors sont reliés entre eux et à d'autres dispositifs pour former des fonctionnalités d'un circuit intégré. Les connexions des transistors sont réalisées par des lignes métalliques et des contacts métalliques.
Dans un cas de figure, les transistors 101 sont recouverts par la couche de couverture 2, qui est par exemple une couche électriquement isolante, et les grilles des transistors 104 affleurent pour définir un réseau de plots qui imposera la position des premiers trous 6 utilisés par la suite pour former des contacts sur les électrodes de source 102, et de drain 103. Dans une autre variante de réalisation, les transistors 101 sont complètements recouverts par la couche de couverture 2 et des plots seront formés pour forcer la couche de copolymères 3 à présenter un premier pas de répétition Pi compatible avec celui des transistors 101 et/ou avec celui de leurs électrodes. Il peut en être de même pour former des contacts métalliques dans les niveaux d'interconnexion au dessus des transistors 101 .
De manière préférentielle, la couche de couverture 2 est électriquement isolante et est recouverte par une seconde couche 2b d'un matériau anti- réflectif (« ARC » en anglais pour Anti Reflective Coating) qui est déposée au dessus de la couche de polysilicium formant ici l'électrode de grille. Cette couche 2b absorbe les ondes réfléchies à l'interface entre le substrat 1 et la couche 2 qui est immédiatement déposée à sa surface pour éviter les réflexions parasites lors de la définition des motifs dans les étapes ultérieures de lithographie.
La mise en œuvre du procédé est similaire à celle décrite auparavant. Dans un mode de mise en œuvre présenté à titre illustratif et non limitatif, on réalise une photolithographie classique pour définir des plots 4. Pour cela, on dépose une couche de résine, par exemple de la résine photosensible 9. On réalise ensuite une insolation de la couche de résine 9 à travers un masque, avec une source ultraviolet ayant une longueur d'ondes égale à 193 ou 248 nanomètres. Cette étape de lithographie est réalisée avec une définition moins importante que l'étape de définition des dimensions des électrodes de grilles 104.
Les premiers plots 4 sont formés sur la couche électrique isolante 2 afin de forcer la couche en copolymères 3 à présenter des motifs ayant une orientation et/ou des dimension et/ou un premier pas de répétition compatible avec la définition de conducteurs électriques. Les plots 4 séparent des zones du substrat pour lesquelles il est possible d'isoler un pas de répétition. De cette manière, en modulant les dimensions des plots 4 et la distance qui sépare deux plots successifs, il devient possible de placer les premiers trous 6 au dessus des électrodes du transistor. De manière avantageuse, le premier pas de répétition Pi est inférieur à la plus petite dimension (longueur ou largeur) définissant une électrode ou de manière plus générale une zone à connecter. De manière avantageuse, le premier masque 5 est configuré pour placer un seul trou face à l'électrode de grille selon un axe qui relie l'électrode de source à l'électrode de drain en passant par l'électrode de grille. De cette manière, dans le sens de la longueur de la grille, il n'y a pas plusieurs trous adjacents qui débouchent sur l'électrode de grille.
La couche 3 de copolymères à blocs est ensuite déposée et auto-organisée en utilisant la chémi-épitaxie ou la grapho-épitaxie. Les premiers trous 6 sont formés pour définir le premier masque 5. De manière avantageuse, si les transistors 101 ou autres dispositifs sont alignés dans une première direction de manière à présenter un pas de répétition Ρχ, il est intéressant de forcer la couche de copolymères 3 à présenter des motifs et donc des futurs premiers trous 6 dans une deuxième direction sécante à la première direction.
Lorsque le réseau de transistors est un réseau s'étendant suivant deux directions sécantes, il peut être avantageux que les plots 4 forçant l'orientation des motifs de copolymères soient configurés de sorte que la direction de répétition des motifs forme un angle de 45° avec la direction de répétition des transistors. Ce sont avantageusement les faces latérales des plots 4 qui définissent la direction d'alignement des motifs, par exemple une direction orthogonale à la face latérale du motif (cf. figure 14).
Il en est de même pour la formation des contacts métalliques, par exemple cylindriques, dans un niveau d'interconnexion intermédiaire disposé entre deux autres niveaux d'interconnexion incorporant des lignes métalliques. Chacun des niveaux d'interconnexion comportent chacune des lignes de métal ayant des axes longitudinaux orientés soit selon une première orientation soit selon une deuxième orientation perpendiculaire à la première orientation. Le décalage de la direction de répétition des premiers trous d'un angle de 45° par rapport à ces deux orientations perpendiculaires permet de faciliter les connexions des différentes lignes en évitant que deux lignes se faisant face se trouvent en court-circuit. Le décalage à 45° permet de choisir plus facilement la zone où le contact est recherché et donc de définir la zone où les premiers trous doivent être rebouchés. Quelques dessins ayant la propriété d'avoir tous les angles obliques égaux à 45° par rapport aux directions Ox et Oy d'orientation des autres motifs sont exposés à la figure 13.
Le masque intermédiaire 8 est ensuite formé sur le premier masque 5 pour définir le deuxième masque 7. Le masque intermédiaire 8 vient recouvrir les zones où un contact métallique n'est pas recherché. Il vient également définir la densité de contacts métalliques à former pour assurer la connexion tout en évitant un court-circuit. A titre d'exemple, pour la formation de contact sur les électrodes de source 102, de drain 103 et de grille 104, le masque intermédiaire 8 vient recouvrir les premiers trous 6 pouvant chevaucher l'électrode de grille 104 et une des électrodes de source 102 et de drain 03.
Le premier masque 5 peut définir des trous 6 selon une organisation lamellaire ou cylindrique de manière à définir des lignes ou des vias. Dans un mode de réalisation, deux niveaux contenant des lignes orientées selon deux directions Ox et Oy perpendiculaires sont séparées par un niveau contenant des contacts cylindriques présentant un pas de répétition P suivant une direction décalée à 45° des directions Ox et Oy.
La couche de couverture 2 est gravée à travers le deuxième masque 7 et un matériau métallique 13 est déposé dans les trous 12 de la couche de couverture 2 pour former des contacts métallique, par exemple par évaporation d'un métal.
Pour que le faisceau d'électrons soit en mesure d'ouvrir les premiers trous 6 formées précédemment sans les élargir, il est important que le polymère 3b entourant chaque premier trou 6 soit peu sensible aux électrons du faisceau. Cela peut par exemple être réalisé en déposant une couche de résine 9 beaucoup plus épaisse que la hauteur des premiers trous 6 à ouvrir.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication de motifs en premier matériau (13) comportant les étapes suivantes :
- prévoir un substrat (1 ) recouvert par une couche de couverture (2),
- former un premier masque (5) au moyen d'une structure auto- organisée de copolymères à blocs (3), le premier masque (5) définissant une première série de premiers motifs (6) organisés selon un premier pas de répétition (P1 ),
- réaliser un deuxième masque (7) à partir du premier masque (5), le deuxième masque (7) comportant une deuxième série de motifs (11) organisés selon le premier pas de répétition ou un multiple entier du premier pas de répétition (Pi), la deuxième série comportant moins de motifs (11 ) que la première série,
- graver la couche de couverture (2) à travers le deuxième masque (7) pour définir des motifs (12) dans la couche de couverture (2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la deuxième série de motifs (11) est organisée selon un multiple entier du premier pas de répétition (Pi).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième série de motifs (11 ) est décomposée en groupes de plusieurs premiers motifs (6) selon le premier pas de répétition (P1 ), les groupes se répétant selon un multiple entier du premier pas de répétition (P1).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape complémentaire pour déposer et insoler une résine (9) pour former un masque intermédiaire (8) sur le premier masque (5), le masque intermédiaire (8) recouvrant une partie des premiers motifs (6) formés dans le premier masque (5) et comportant des deuxièmes motifs (11 ) faisant face aux premiers motifs (6),
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape complémentaire pour déposer un premier matériau (13) pour remplir des trous de la couche de couverture (2) et/ou du substrat (1 ) et former des motifs en premier matériau (13).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le masque intermédiaire (8) est formé par lithographie électronique, la résolution du faisceau d'électrons étant au moins deux fois plus grande que la largeur des premiers motifs (6).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le substrat (1 ) comporte des dispositifs (101 ) alignés suivant une première direction, et en ce qu'un réseau de premiers plots (4) est déposé sur la couche de couverture (2) avant de former le premier masque (5), le réseau de premiers plots (4) étant orienté selon une deuxième direction sécante à la première direction.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la deuxième direction forme un angle de 45° avec la première direction.
9. Procédé selon quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le réseau de premiers plots (4) est réalisé par modification de l'affinité chimique de portions du substrat (1) avec la couche de copolymères (3) pour modifier le pas de répétition des motifs (6) par chémi-épitaxie et photolithographie.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le réseau de premiers plots (4) est formé par photolithographie, pour modifier le pas de répétition des motifs (6) par par grapho-épitaxie.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de formation d'espaceurs sur un masque supplémentaire pour former le réseau de premiers plots (4).
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