FR2482783A1

FR2482783A1 - Procede de detection de l'instant final pour un traitement d'attaque physique

Info

Publication number: FR2482783A1
Application number: FR8109507A
Authority: FR
Inventors: Daniel Francis Downey
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1981-11-20
Also published as: GB2076330A; CH652237A5; DE3118834A1; JPS579877A; NL8102402A; GB2076330B; US4358338A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMI-CONDUCTEURS. UN PROCEDE DE DETERMINATION DE L'INSTANT FINAL D'UN TRAITEMENT D'ATTAQUE PHYSIQUE EST BASE SUR LA DETECTION DU COURANT DANS LA CIBLE 11 QUI EST ATTAQUEE ET SUR LA DETECTION DE VARIATIONS DE CE COURANT. LES VARIATIONS DU COURANT MESURE SONT REPRESENTATIVES DE TRANSITIONS ENTRE DES MATIERES DIFFERENTES DANS LA CIBLE OU DE LA PROFONDEUR DE PENETRATION DANS UNE MATIERE PARTICULIERE. UN MASQUE 18 PLACE A COTE DE LA CIBLE PERMET D'ELIMINER PAR DIFFERENCE LES VARIATIONS DE COURANT DUES A DES VARIATIONS D'INTENSITE DU FAISCEAU D'ATTAQUE. APPLICATION A LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES.

Description

À1 2482783

La présente invention concerne un procédé de détermination de l'instant final pour une operation de

traitement d'attaque physique et elle porte plus parti-

culièrement sur un procédé qui contrôle le courant traver-

sant la cible pour déterminer le moment auquel une opéra- tion de traitement d'attaque physique atteint un instant final. Dans le domaine de l'enlèvement sélectif de matières pour définir un motif sur une surface. on a utilisé de fgçon caractéristique l'abrasion pal des élémeints durs avec ou sans a-brasifs ou l'attaqun; par des trait.ements chimiques par voie humide. Dans 1 i. dustrie des semiconducteurs dans laquelle on forme des motifs sur des irésines photosensibles, des isolants, des couches conductrices ou des matières semiconductrices, dans la fabrication de circuits intégrés, il n'a pas été possible d'utiliser des abrasifs à cause de la finesse des motifs, et du fait que les résidus d'abrasifs contamineraient les circuits qui sont fabriquéso Bien que l'attaque

chimique par voie humide airt été utilisée dans l'indus-

trie des semiconducteurs, il est devenu de moins en moins souhaitable d'utiliser une telle-attaque à cause des exigences de coût, de temps et de manipulation et de la nécessité d'évacuer des déchets constitués par

des produits chimiques toxiques.

Du fait des considérations générales indiquées ci-dessus, il est apparu une tendance à l'utilisation de l'attaque physique qui emploie des constituants d'un plasma pour enlever sélectivement de la matière d'un substrat. Dans l'érosion ionique et l'attaque ionique

réactive on utilise des faisceaux d'ions d'énergie éle-

vée qui ont été soit accélérés en direction de la cible, soit créés dans une décharge de pulvérisation avec une

quantité de mouvement suffisante. Ceci consiste essen-

tiellement en un sablage atomique ou moléculaire qui permet d'obtenir des motifs très-fins et laisse peu de résidus. Ces techniques sont avantageuses du fait que les résidus sont facilement emportés et qu'il n'y a pas de

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formation de déchets toxiques. Dans l'érosion ionique, on

utilise l'énergie cinétique d'espèces atomiques ou molécu-

laires non réactives pour produ-ire une attaque. Dans l'attaque ionique réactive, on a utilisé des molécules qui combinent ces effets cinétiques avec des effets chimiques pour augmenter les vitesses d'attaque et pour

obtenir une sélectivité.

Le traitement des semiconducteurs progressant vers la fabrication de structures toujours plus complexes, O il est devenu de plus en plus souhaitable de développer des techniques d'attaque plus efficaces et d'obtenir une plus grande capacité de fariction r. n particulier, il est souhaitabie d'éviter une surgravure latérale ainsi

qu'une attaque excessive. Avec les structures des cir-

cuits intégrés complexes, il est souhaitable de réaliser l'attaque avec une commande fine de la profondeur d'attaque, c'est-à-dire qu'on ne désire pas détériorer

les couches sous-jacentes. Par conséquent, il est haute-

ment souhaitable d'être capable de déterminer jusqu'o on est allé dans une matière donnée et de déterminer l'instant auquel on atteint une frontière entre des matières différentes. Cette information a été obtenue antérieurement en mesurant l'intensité du faisceau ionique et le temps d'exposition. Cependant, avec les intensités de faisceau plus élevées qui doivent être utilisées pour obtenir une capacité de fabrication élevée, il est possible de dépasser les frontières en de courtes durées et de détériorer des régions critiques des circuits intégrés qui sont fabriqués. Il est donc particulièrement souhaitable d'avoir une indication instantanée de l'attaque d'un faisceau ionique à travers une frontière entre des matières différentes, comme par exemple la frontière entre un conducteur et un

isolant ou un isolant et un substrat semiconducteur.

Plusieurs techniques différentes de détection d'instant final ont été utilisées dans les systèmes

d'attaque ionique existants. On a utilisé des microba-

lances à cristal de quartz pour peser l'échantillon pendant 3 L 4bL. 3 qu'il est attaqué. Au fur et à mesure et son attaque, l'échantillon perd du poids et, en connaissant l'aire qui

est attaquée et la densité de la matière, on peut détermi-

ner la profondeur d'attaque. Une autre technique utilise des analyseurs de gaz quadripôles pour détecter la pré-

sence d'espèces gazeuses particulières dans le système.

Ainsi, lorsqu'une certaine espèce est détectée, on sait qu'une frontière entre des matières différentes a été atteinte. Cette technique permet de déterminer si une couche particulière a été atteinte mais elle ne convient

pas particulièrement aux mesurei de profondeur d'attaque.

La technique qui prévaut consiste à commander la longueur

d'attaque par référence à des vitesses d'attaque étalonnées.

Cette technique est utile si on utilise des agents d'atta-

que sélectifs, c'est-à-dire des agents d'attaque qui atta-

quent la matière de recouvrement considérée à une vitesse

beaucoup plus grande que la matière sous-jacente. L'utili-

sation d'attaques pendant des temps déterminés avec des agents d'attaque sélectifs.est satisfaisante si on dispose d'un agent d'attaque avec des rapports d'attaque de l'ordre de 30/1 ou plus (le rapport d'attaque étant le rapport entre la vitesse d'attaque de la matière qui est

attaquée et la vitesse d'attaque de la matière sous-

jacente). Si on a un rapport d'attaque trop faible, par

exemple 10/1 ou moins, on risque de pénétrer trop profon-

dément dans le substrat ou de provoquer une surgravure latérale sous la matière considérée. La technique de

détection d'instant final par un temps défini est particu-

lièrement mal appropriée pour les systèmes d'attaque ionique réactive du fait que l'attaque ionique réactive combine la puissance d'attaque de l'énergie cinétique du

faisceau ionique et les propriétés chimiques, c'est-à-

dire que du fait que la sélectivité est un mécanisme chimique, on peut être en présence d'un agent d'attaque qui est tout à fait sélectif au point de vue chimique mais qui attaque effectivement la couche sousjacente à une vitesse comparable à la vitesse relative à la couche de recouvrement, à cause de l'énergie cinétique du faisceau

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ionique. Comme on l'a indiqué précédemment, avec les cir-

cuits très complexes ou à grand nombre de couches, ou avec des couches sous-jacentes particulièrement minces, comme les oxydes de grille dans les dispositifs MOS, il est souhaitable d'effectuer des opérations d'attaque jusqu'à une profondeur spécifiée avec une tolérance de

nm. Aucune de ces techniques-ne peut permettre d'arrê-

ter une opération d'attaque dans des limites correspondant

à une aussi courte distance.

Un but de l'invention est donc d'offrir un pro-

cédé de détection d'instant final dans lequel on mesure le courant qui traverse la cible afin de détecter des variations indicatives de transitions entre des matières différentes. L'invention a également pour but d'offrir un

procédé de détermination de l'instant final d'une opéra-

tion d'attaque physique qui convienne particulièrement

pour l'attaque ionique-réactive.

L'invention a également pour but d'offrir un

procédé de détection d'instant final qui indique instan-

tanément la pénétration d'un faisceau ionique à travers

une couche de recouvrement, jusqu'à une couche de base.

L'invention sera mieux comprise à la lecture

de la description qui va suivre d'un mode de réalisation,

donné à titre d'exemple non limitatif. La suite de la

description se réfère aux dessins annexés sur lesquels

La figure 1 est une représentation d'un dispo-

sitif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'inven-

tion; La figure 2 est une vue en perspective d'une platine et d'un masque utilisés dans le dispositif de la figure 1 La figure 3 est un schéma synoptique du circuit destiné à la détection électrique du courant traversant la cible i La figure 4 est un schéma du différentiateur de la figure 3 La figure 5 est un schéma du discriminateur de temps de la figure 3; La figure 6 est un schéma du circuit logique de commande de la figure 3; Les figures 7a-7d représentent une série de

profils du courant du faisceau ionique traversant la tran-

cne en fonction du temps, pour différentes combinaisons de matières. La détermination de l'instant final pour une opération de raitement d' attaque ie s efecue en mesurant le Dourent traversant la cible et en détectant des var iatiois dsu courant mesuré. Les variations de ce courant indiquent des tralsit>ions entre des matières diffúrentes ou lIa profondeur de pénétration dans une matière particulièreo Des variations momentanées dans le flu:t dcattaque, par exemple dans un faisceau ionique, peuvent. 3tre éliminées en mesurant le courant dans un masque placé au voisinage de la cible et en soustrayant le courant du masque par rapport au courant mesuré dans

la cible.

Datls oute la description, on utilise l'express

sion "couche de recouvrement" pour désigner la couche qui est attaquée, on utilise l'expression "'couche de base" pour désigner la couche qui se trouve immédiatement aux dessous de la couche de recouvrement, on utilise les expressions "cible" ou "tranche" pour désigner l'élément contenant les couches de base et de recouvrement, et on

utilise l'expression"ib2talUt final" pour désigner l'ins-

tant auquel on observe une certaine variation dans le

courant mesuré traversant la cible ou la tranche. L'ex-

pression "traversant la cible" ou "courant traversant la tranche" est utilisée dans un sens général de façon à inclure un courant mesuré en n'importe quel point sur la tranche; cette expression inclut donc le courant mesuré sur la face arrière d'une tranche ou le courant mesuré

sur la surface de la tranche, autour de sa périphérie.

Ainsi, cette expression recouvre à la fois les effets de

résistance en volume et les effets de résistance de cou-

che de surface. Physiquement, on pense que les variations observées dans le courant coïncident de façon exacte ou approchée avec l'instant auquel une certaine partie de la couche de recouvrement a été complètement enlevée et la couche de base a été mise partiellement à nu. C'est à cet instant que les effets d'émission différentielle d'électrons secondaires ou les effets de conduction dans la couche de base, se distinguant des effets dans la

couche de reecuvrement, commencent a devenir observables.

A partir de cet instant et jusqu'à ce que la couche de

recouvrement soit complètement en'evée, Iteffet prédo1:i-

nant continuera à faire varier ie couant mesuré trarer-

sant la cible ou la tranche, jusqu'à ce qu'on observe le courant caractéristique -e la couche de base. Du fait que l'instant final est défini comme étant l'instant auquel

la couche de base commience à être mise à nu, le traite-

ment d'attaque doit être prolongé pendant une durée suffi-

sante pour mettre entièrement à nu la couche de base. On

appelle temps d'attaque supplémentaire ce temps de conti-

nuation et on l'exprime habituellement en pourcentage du temps nécessaire pour que l'attaque traverse la couche de recouvrement, les conditions du faisceau ionique et la

configuration physique demeurant les memes.

On connaît de façon générale les mécanismes qui sont à la base du courant mesuré à travers une matière de cible soumise à un bombardement ionique. Ceux-ci comprennent la résistance effective de la cible et de tout support, correspondant en fait à la combinaison de la résistance de toutes les couches; l'émission d'électrons

secondaires à partir de la couche de surface qui est bom-

bardée; l'émission d'ions secondaires à partir de la couche de surface qui est bombardée; l'emprisonnement de charges dans des couches de matière semiconductrice; et des effets tertiaires par lesquels des électrons secondaires émis par le substrat retournent. vers lui (dans certains cas, ces charges peuvent être introduites délibérément, par exemple par un dispositif de neutralisation). Ces effets dépendent de la matière considérée et ils affectent directement le courant mesuré traversant une cible qui est bombardée par un 7 Et2 ^-3 faisceau ionique; ils apportent effectivement une nt- hu tion positive ou négative au courant du faisceau ionique réel. Il faut donc voir que le courant mesuré qui traverse

la cible, décrite ci-après comme étant une tranche semi-

conductrice, représente une combinaison d'un courant ioni- que réel provenant du faisceau incident et de ces autres effets. Ces effets dépendent des caractéristiques de la couche (recouvrant une base) qui est exposée à -'importe

quel instant et ils permettent de déterminer quelle cou-

che est effectivement exposée. Ces effets offrent un moyen principal d'établir l'instant final,qui ne dépend

pas des niveaux du courant total mais seulement de varia-

tions du courant.

Souvent, comme dans la description qui suit, la

tranche est maintenue dans une platine si bien qu'il est très commode d'effectuer les mesures sur la platine. Ainsi:

IP R II + ISE

avec: Ip = courant de la platine vers la masse IR = ions réels provenant du faisceau incident II= courant dû aux ions positifs secondaires I= courant dû aux électrons secondaires Dans un cas dans lequel les mécanismes de conduction ne sont pas prédominants, le terme IR peut être considéré comme constant ou peut être éliminé en utilisant un masque de la manière décrite ci-après, pour mesurer et soustraire ce terme. Dans de nombreux cas, on peut négliger l'émission secondaire d'ions. Ainsi, lorsque l'émission secondaire d'électrons est prédominante dIp = dI p + dISE et on peut observer les transitions entre des matières

différentes du fait qu'elles ont des caractéristiques dif-

férentes d'émission d'électrons. Voir les ouvrages suivants: G. Carter, et col., Ion Bombardent in Solids, chapitre 3, "Secondary Electron Emission" (1968); D. E. Gray, American Institute of Physics Handbook, "Secondary Emission", pages 9-183 et suivantes, 3ième édition (1972). Il convient de voir que le terme ISE peut être commandé par la tension de polarisation appliquée à un masque recouvrant l'ensemble tranche/platine, si bien que ce terme peut être augmenté ou diminuéà volonté. Une polarisation positive attirera des électrons supplémentaires à partir de la surface et une polarisation négative réduira l'émission ou repoussera les électrons émis et les renverra vers le substrat sous

la forme d'électrons tertiaires.

Lorsque les effets de conduction prédominent, c'est-à-dire lorsque les caractéristiques relatives aux électrons secondaires sont similaires, alors que les résistivités sont différentes, on peut considérer que le terme ISE est constant ou faible et dI = -dI p R Ainsi, ce terme diminuera pendant une attaque qui traverse une couche supérieure conductrice en direction C'une couche de base isolante et il augmentera pendant une attaque qui traverse une couche isolante en direction d'une couche conductrice. L'effet mentionné en premier produira une courbe de courant utilisable pour déterminer

la profondeur de pénétration dans une couche de recouvre-

ment conductrice.

Dans la plupart des combinaisons de couches de recouvrement et de base on peut prévoir et/ou établir empiriquement l'effet prédominant. Les effets restants -peuvent être présents mais ils seront masqués par l'effet prédominant observable. C'est la prédominance prévisible

d'un effet particulier qui permet au procédé de l'inven-

tion de déterminer la transition entre différentes matiè-

res et, dans certains cas, de déterminer la profondeur de

pénétration dans une matière donnée.

Un dispositif destiné à la mise en oeuvre du

procédé de l'invention aura la configuration qui est repré-

sentée schématiquement sur la figure 1. Cette configuration est du type dont un exemple est constitué par l'appareil Reactive Ion Beam Etcher RE580 (appareil d'attaque par faisceau ionique réactif) de la firme Varian/Extrion. Il comporte un mécanisme de chargement et de déchargement de

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tranches conforme au brevet U.S. 3 901 183 et il constitue un exemple de nombreuses configurations avec lesquelles on peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Une source d'ions 10 produit une espèce ionique ou un groupe d'espèces qui sont extraites et accélérées le long d'un chemin linéaire vers une tranche 11 sur une platine 12, au moyen de tensions appliquées à des plaques d'extraction

8 et des plaques d'ac.é.lération 9. De efaçon caractéristi-

que, le faisceau ionique n'est pas analysé. si b en qu'on

peut utiliser une source a. faisceau large "-L tyF-

Kaufmann (par exemple une source Kaufmarn de 15 um de lE firme Ion Tech., Fort Collins9 Colorado, ro.UoA)A ce type

de faisceau permet égalerient de couvrir une aire supé-

rieure avec un 6quipement moins complexe. De telles sour-

ces à faisceau large deviennent également plus utilisables du fait de la sûreté et de la précision de la technique de détection d'instant final de l'invention, c'est-à-dire qu'on peut tolérer un plus grand défaut d'uniformité dans

le faisceau ionique pour des tolérances d'attaque équi-

valentes si on connaît directement et avec une grande pré-

cision l'instant auquel les transitions entre matières ont lieu. Le faisceau 14 est projeté sur la tranche de semiconducteur 11 ayant une surface à nu 15. La surface à nu 15 porte de façon caractéristique un motif défini par une résine photosensible. Les zones de surface à nu seront attaquées à une vitesse dépendant des espèces constitutives du faisceau, de l'énergie du faisceau, des caractéristiques de la matière de la couche à nu, y compris sa réactivité chimique avec les espèces ioniques et sa densité ou sa structure cristallineo La.matière définie par le motif et destinée à être attaquée sera de façon caractéristique

attaquée beaucoup plus rapidement que la résine photosen-

sible. De toute manière, on peut choisir pour la résine

photosensible une épaisseur suffisamment grande pour assu-

rer une marge de sécurité importante de façon que toute la

matière à nu soit attaquée avant que la résine photosensi-

ble soit épuisée.

Conformément à. l'invention, la tranche de semi-

conducteur il est montée sur la platine 12 et est en contact conducteur avec cette dernière. La platine est de préférence du type qui établit à la fois un bon contact thermique et un bon contact électrique avec la tranche de façon qu'il existe un chemin conducteur qui part de la platine 12, traverse la face arrire, traverse les régions

internes de la tranche Jusqu'à la couche de base et tra-

verse la couche de recouvrement. Selon une variante, 0 comme dans le cas de la platine Waycocl décrite dans la demande de brevet U.S. 21 362 déposée le 1.6 Mars 1979, et représentée de zaçon générale sur la figure 2, la tranche de semiconducteur est maintenue Dar un anneau de blocage 27 contre wne platine 26 revetue d'une matière conductrice

de la chaleur et flexible. Du fait que la matière conduc-

trice de la chaleur et flexible n'est pas un bon conducteur électrique, le contact électrique principal s'effectue avec l'anneau de blocage sur la surface de la tranche, à sa périphérie. Ainsi, le courant électrique mesuré sur la C platine représente le courant qui diffuse vers l'anneau

de blocage au niveau de la surface de la couche de recou-

vrement. Comme le montre la figure 1, un circuit de mesure de courant 16 est connecté à la platine afin de mesurer le courant qui traverse la tranche (voir ci-dessus la

définition de cette expression). Dans un mode de réalisa-

tion préféré, on mesure également au moyen d'un amperemè-

tre 17 le courant qui traverse un masque conducteur 18, afin de pouvoir éliminer du courant mesuré à travers la

tranche le niveau instantané du courant du faisceau ioni-

que. Ceci est représenté sur la figure 2 par un masque 25 qui est séparé de la platine Waycool 29 par des entretoises

isolantes 28.

Comme décrit ci-dessus, dans un mode de réalisa-

tion préféré on mesure le courant traversant un masque adja-

cent à la platine pour éliminer les fluctuations momentanées de l'intensité du faisceau ionique. La figure 3 est un schéma synoptique représentant une manière selon laquelle on peut traiter les signaux de courant du masque et de la il

platine. Elle fait intervenir une numérisat on eu une.i2-

rentiation précoces des signaux mesurés et ne constitue que l'une de nombreuses manières de traiter les signaux

de courant pour détecter les variations. Le courant traver-

sant le masque, présent sur une ligne 31, est appliqué en tant que courant de référence-à un différentiateur 33

(pour les détails, voir la figure 4 décrite par la suite).

Le courant traversant la tranche et la platine est appli-

qué à un différentiateur 34 par une ligne 32. Dans chaque cas, le différentiateur détecte les variations du courant dont les dérivées ont le même signe que pour l'instant final attendu (du fait que le mécanisme prédominant est connu dans un cas donné, le sens de variation du courant

est connu). Les signaux de sortie numérisés des différen-

tiateurs 33 et 34 sont appliqués à un discriminateur de temps 35 (pour les détails, voir la figure 5 décrite par la suite) dans lequel le courant de masque/référence est effectivement éliminé par soustraction et dans lequel la durée des variations réelles du courant de la platine est comparée avec une référence de temps. Lorsqu'un

écart par rapport à un courant de ligne de base se pro-

longe pendant une durée supérieure à la référence de temps, on considère qu'un instant final a été atteint et le discriminateur de temps émet un signal de sortie net vers le circuit logique de commande 36 (pour les détails,

voir la figure 6 décrite par la suite). La série de cour-

bes de la figure 3 montre que la perturbation 37 dans le courant de la platine et 37' dans le courant de référence sont probablement produites par des fluctuations dans la source et non par des variations dans la tranche; aucun instant final n'est donc signalé. Ultérieurement, lorsque

le courant de la platine commence à augmenter à l'empla-

cement 38, un instant final est signalé du fait que la variation se produit uniquement dans la platine et doit être due à des variations physiques sous-jacentes dans la tranche.

La figure 4 représente un différentiateur conve-

nant à l'utilisation dans le circuit destiné à la mise en

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oeuvre du procédé de l'invention. Le courant d'entrée est

introduit par une ligne 43 dans un réseau linéaire d'ampli-

ficateurs opérationnels à trois étages. Les amplifica-

teurs opérationnels 40, 41, 42 sont du type National Semiconductor LM 351 et le transistor 46 est un 2M3904.

Un commutateur 44 fait du premier étage un étage de change-

ment de signe s'il est sur une position déterminée. On utiliserait par exemple cette position si on savait que le courant traversant la platine commence à diminuer au lieu d'augmenter à l'instant final. Ainsi, le reste du circuit n'aura qu'à interpréter des instants finals de sens positif. C'est la logique inverse qui s'applique si on sait que le courant traversant la platine doit commencer à augmenter à l'instant final. Le second étage comporte

l'amplificateur opérationnel 41 et, avec des valeurs appro-

priées pour les condensateurs et résistances d'entrée et de réaction, il différentie le signal de courant. Une seconde différentiation est accomplie par l'amplificateur opérationnel 42 pour augmenter la sensibilité. Le signal de sortie est ensuite isolé et prélevé sur le collecteur du transistor 46. Il est clair-que les différentiateurs 34 et 35 de la figure 3 sont nécessairement identiques au point de vue fonctionnel, c'est-à-dire qu'ils sont tous les deux fabriqués conformément à la figure 4 ou à quelque

autre mode de réalisation du circuit afin que leurs carac-

téristiques varient de façon similaire.

La figure 5 représente un mode de réalisation

d'un discriminateur de temps du type utilisé dans le cir-

cuit de la figure 3. Les éléments de circuit 50, 51, 52 et 57 sont des portes NON-ET telles que celles qui font partie

du circuit intégré National Semiconductor 74COO. Les élé-

ments de circuit 53, 54, 55 et 56 sont des multivibrateurs monostables/astables tels que des circuits National Semiconductor CMOS 4047. Le signal de courant de la platine, c'est-à-dire le signal différentié deux fois de la figure 4, est appliqué par une ligne 58 au multivibrateur monostable/ astable 55. Le signal de référence est appliqué par une ligne 59 au multivibrateur monostable/astable 53. Si une perturbation affecte à la fois le masque et la platine, les

impulsions numériques provenant des multivibrateurs monos-

tables/astables 54 et 56 auront le signe opposé et la porte NON-ET 57 ne fournira pas de signal de sortie. Si au contraire le signal de courant de la platine, sur la ligne 58, change sans qu'il y ait de changement du signal de courant de masque/rfé-rence sur lia ligne 59, et si ce

changement unilatêr-al se prolonge pendant une durée supé-

rieure au retard- qui st tabli dans les multivibrateurs mnonos, ablea/astblcs la -porte NON-ET 57 Droduit un signal de sortie qui déclenche la bascu!le formée par les portes NOINET 50 et 51 branchées en couplage croisé. Le signal de sortie de la porte NON-ET 50 représente l'état de la bascule et il est prélevé sur la borne 61. en tant que signal de sortie du discriminateur de temps. Après avoir

été déclenchée, en signalant ainsi la détection de l'ins-

tant final, la bascule est restaurée par la ligne 60.

La figure 6 représente le circuit logique de commande du circuit de la figure 3. Le circuit logique de commande a pour fonction de recevoir du discriminateur de temps S35 une indication du fait que l'instant final a Èté atteint Lie circuit logique de cdmmande commande alors la poursuite de l'attaque pendant le temps dtaoy.qe stpplemen.taire qui, comme on l'a indiqué précédemment, est

une fraction prédéterminée du temps nécessaire pour atta-

quer la couche de Recouvrement. Le début de l'attaque de la couche de recouvrement est signalé par la porte NON-ET 72 à la porte NON-ET 73 qui fait démarrer l'oscillation de l'horloge 75 de façon à produire un comptage en sens

croissant dans le compteur 76. Ce compteur peut être fabri-

quë à partir d'éléments CMOS 74C193 de la firme National.

Ce comptage se poursuit pendant toute-la durée d'attaque,

jusqu'à l'instant final. Il peut être placé en état d'atten-

te par l'application d'un signal à la porte NON-ET 71, ou bien le compteur 76 peut être remis à zéro si l'opération est abandonnée. Dans le cas contraire, le compte obtenu lorsque l'instant final est atteint représentele temps d'attaque total. Lorsque le discriminateur de temps 65signae

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que l'instant final est atteint, le signal de sortie de la porte NON-ET 67 change. A cet instant final, la base du

transistor 83 passe à l'état haut et il circule un cou-

rant dans la diode électroluminescente 82 qui indique visuellement l'instant final. Au même instant, le signal de sortie 84 du discriminateur de temps 65 change d'état, ce qui ferme la porte NON-ET 69, si bien que la porte

NON-ET 73 est fermée par l'intermédiaire de la porte NON-

ET 70 et l'horloge de comptage en sens croissant, 75, est mise hors fonction.o A cet instant également, la porte NON-ET 69 enange d&état sous li1f:----t du signal provenant de la poirte NON-ET 38; ceci entraîne la mise en fornction de l'horloge de comptage en sens décroissant 74 qui

commence à faire compter le compteur 76 en sens décrois-

sant. La cadence de l'horloge 74, en comparaison de celle de l'horloge 75, détermine leimportance de l'attaque supplémentaire. Cette cadence relative est variable et elle peut être commandée de facçon externe par un opérateur,

de façon caractéristique sur une plage d'attaque supplé-

2C mentaire allant de 1 à 100%. Lorsque le compteur 76 atteint zéro, une impulsion est emise vers la porte NON-ET 78 qui est branchée en couplage croisé avec la porte NON-ET 77 pour former une bascule. Le signal de sortie de la porte NON-ET 78 fait passer le:transistor 84 à l'état 25. conducteur, ce qui fait circuler un courant dans la diode électroluminescente 85 qui indique visuellement la fin de

l'attaque supplémentaire. Simultanément, le signal de sor-

tie de la porte NON-ET 77 ouvre la porte NON-ET 79 si bien que le signal de sortie de la porte NON-OU 80 peut arrêter le fonctionnement de la source de faisceau ionique. A cet instant, un signal de remise à zéro automatique (RAZ) est introduit à l'endroit indiqué et le circuit logique de commande est prêt à commander une nouvelle opération de traitement après réception d'un nouveau signal de départ à

l'entrée de la porte NON-ET 72.

Comme on le décrira ultérieurement, de faibles

variations du courant mesuré traversant la tranche peu-

vent indiquer de façon certaine une transition entre matières.

Pour certains systèmes de matières, l'augmentation ou la

diminution du courant du faisceau ionique peut être utili-

sée quantitativement pour déterminer la profondeur de pénétration. Dans d'autres cas, la pente du courant mesuré peut indiquer des instants finals, comme avec des diélec- triques à deux couches dans lesquels le passage d'une pente à une autre peut indiquer la transition d'une

matière à l'autre. Dans la plupart des cas, il est souhai-

table d'éliminer les variations du courant du faisceau ionique qui sont dues à des variations d'intensité de la source. Par conséquent, dans certains modes de réalisation de l'invention, un masque 18 est placé entre la source 10 et la platine 12. Le masque remplit la double fonction consistant à protéger la platine contre une accumulation excessive de résidus du faisceau ionique, et à définir une surface destinée à recevoir un courant du faisceau ionique de valeur proche, par unité d'aire, de celui qui est mesuré

à travers la tranche. Ce masque peut également être polari-

sé, comme on l'envisagera ultérieurement.-

La mise en oeuvre de la technique de détection d'instant final de l'invention est illustrée par des R combinaisons particulières de matières. Les combinaisons considérées sont quelques-unes des principales, bien que de nombreuses autres soient possibles, et elles comprennent le nitrure de silicium sur du dioxyde de silicium.(isolant à deux couches), le nitrure de silicium sur des composés

III-V, et des semiconducteurs ou des métaux. Les combinai-

sons suivantes, données à titre d'exemples, montrent égale-

ment l'influence des mécanismes, en particulier les mécanis-

mes de conduction et d'émission d'électrons secondaires, qui

ont été décrits précédemment de façon générale.

Conducteur sur isolant Dans la plupart des circuits intégrés, un niveau final comprend une métallisation. Cette métallisation doit interconnecter sélectivement des parties du circuit intégré

et elle recouvre de façon caractéristique une couche isolan-

te de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium, avec des contacts réalisés avec les régions actives à travers des

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ouvertures dans l'isolant. La définition du motif d'inter-

connexion est accomplie en appliquant une couche de résine photosensible dans laquelle on a formé un motif,sur une couche de la matière de métallisation, par exemple sur du AlCuSi. On réalise ensuite le motif de métallisation par attaque à travers les Zones qui ne sont pas couvertes par

la résine photosensible. Pour les matières d'attaque ioni-

que réactive, comme les diverses espèces de chlore produi-

tes par la dissociation de CCl4, on a trouvé que les vitesses d'attaque effectives du substrat sont supérieures à celles de la résine photosensible. De plus, on peut faire

en sorte que l'épaisseur de la couche de résine photosen-

sible soit supérieure à celle de la métallisation de façon qu'avec n'importe quelle opération d'attaque donnée, le

motif de métallisation soit entièrement réalisé, c'est-à-

dire que l'instant final de l'attaque soit atteint et qu'une attaque supplémentaire appropriée soit obtenue,

avant que la résine photosensible soit complètement enlevée. -

Comme il a été indiqué précédemment de façon générale, l'attaque de la métallisation peut produire un courant traversant la tranche et ce courant, mesuré au niveau de

* la platine, augmente (dans le cas o l'émission d'élec-

trons secondaires prédomine) ou il diminue (la conductivité prédomine). On trouvera ci-apr's des exemples de chacun de

ces cas.

Exemple 1

Comme il est représenté sur la figure 7a, une tranche de semiconducteurcomportant un motif défini dans de la résine photosensible sur une couche de recouvrement en AlCuSi et une couche de base de SiO2 est attaquée dans

un courant de faisceau ionique de 45 mA. La résine photo-

sensible est du type Shipley AZ1350J d'une épaisseur de 1,5 pm. Le AlCuSi a une épaisseur de 0,75 pm. La source est une source Kaufmann de 15 cm-de la firme IonTech dans laquelle on décompose du CCl4. La tension d'extraction sur la plaque 8 est de 700 V et le temps d'attaque jusqu'à l'instant final, correspondant à la ligne verticale 81, est de 607,7 s. Le temps d'attaque supplémentaire, c'est-à-dire le temps entre la ligne 81 et la ligne 82, est de 48,5 s

et il correspond à une attaque supplémentaire de 8%.

Aucune polarisation n'est appliquée au masque 18 et on pense donc que le mécanisme d'émission différentielle d'électrons secondaires est prédominant.

Exemple 2

Comme il est représenté sur la figure 7b, une tranche de semiconducteur comportant un motif défini dans de la résine phiotosensible qui couvre unre couche de

i0 AlCuSi est attaquée avec un faisceau formé par les cons-

tituants ioniques provenant de L1 décomposition de CC140

L'intensité du faisceau est de 27 mAo. La résine photo-

sensible a une épaisseur de 1,5;im et le AlCuSi a une

épaisseur de 0,75 [m.n La tension d'extraction est d'envi-

von 675 V. Le temps jusquà l 'instant final est de 794 s

et le temps d'attaque supplémentaire est d'environ 80 s.

On utilise un masque de 6,35 cm sur une grande tranche.

Dans ce cas, le dispositif de la figure 1 a été modifié de façon à comrporter un anneau de polarisation d'environ 25 cm en aval de l'électrode d'accélération 9 (à environ 38 cm de la tranche); aucun masque de polarisation n'est

utilisé à proximité de la tranche. Une tension de suppres-

sion de -500 V est appliquée à l'anneau de polarisation et ce dernier est protégé du coté amont par un masque en graphite au potentiel de la masse. Ceci réduit l'émission secondaire et augmente le nombre d'électrons tertiaires retournant vers la tranche. Par conséquent, du fait de la polarisation effective négative, la conductivité est le mécanisme principal, c'est-à-dire que la résistance augmente au fur et à mesure que la couche conductrice est enlevée

par attaque et le courant traversant la tranche diminue.

Couche isolante sur semiconducteur

Les niveaux intermédiaires dans les circuits inté-

grés comprennent souvent des couches isolantes telles que des couches de dioxyde de silicium obtenu par croissance thermique sur du silicium cristallin. Il est nécessaire

d'accéder à des régions du substrat semiconducteur en sili-

cium pour permettre le passage de la métallisation, comme il

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a été envisagé au paragraphe précédent. De ce fait, une attaque du dioxyde de silicium est nécessaire et elle est effectuée conformément à l'invention par un traitement

d'attaque physique. L'invention est particulièrement appli-

cable pour protéger des régions des dispositifs actifs telles

que les sources, les drains ou les émetteurs. Dans l'exem-

ple de la figure 7c, on attaque une couche de recouvre-

m.ent de Sion de 500 nm sur une base en silicium. Comme dans l'exemple précédent, on utilise une version modifiée du dispositif de la figure 1 dans laquelle un anneau de polarisation portant une polarisation négative de 500 V

est inséré à environ 23 cm en aval de l'électrode d'accé-

lération. L'anneau de polarisation est protégé par un masque de graphite au potentiel de la masse et aucune 1-5 polarisation n'est appliquée au masque 18. Le temps total pour enlever complètement la couche est de 1051 s. On a déterminé que ceci correspond à l'instant auquel la

courbe de courant atteint un plateau. Une tension de pola-

risation de 500 V est appliquée au masque. On pense que l'augmentation initiale du courant entre la ligne 85 et la ligne 86 correspond à une décomposition du SiO2 en un mélange amorphe; l'épaisseur déterminée au sommet de la courbe est de 650 nm, ce qui est probablement dû à l'incorporation de composants du faisceau ionique dans le mélange. L'attaque commence à se produire à partir de la ligne 86 et l'épaisseur de la couche de recouvrement diminue jusqu'à la ligne 87. On pense que les pointes de courant 89 correspondent en fait à des courts-circuits du faisceau ionique à travers le mélange amorphe. On

pense qu'à la ligne 87, à environ 404 s, une aire impor-

tante de la base de silicium a été mise à nu et le courant augmente progressivement du fait de l'augmentation de la

conductivité dans le SiO2, vers le Si.

Silicium polycristallin sur dioxyde de silicium Le silicium polycristallin fortement dopé est utilisé en tant que conducteur dans certains processus MOS. Il est donc soumis à des opérations de définition de motif et d'attaque pour les raisons indiquées ci-dessus pour les couches conductrices de recouvrement. On utilise le dispositif de la figure 1 pour attaquer une couche de

recouvrement de 500 nm en silicium polycristallin forte-

ment dopé de type n, sur une couche de base de dioxyde de silicium (500 nm de dioxyde de silicium sur du silicium monocristallin). On utilise une source de Kaufmann de cm. Le courant du faisceau ionique au niveau de la

tranche est de 50 mÀ. La tension d'extraction sur la pla-

que 9 est de 700 V. Comme il est représenté sur la figure 7d, le temps jusqu'à l'instant final correspondant à la ligne 101 est de 407 s et le temps d'attaque total est de 505 s, pour une attaque supplémentaire de 19, 4%. On pense que le mécanisme principal est un mécanisme de conduction car la résistance augmente sous l'effet de l'élimination de la couche de recouvrement fortement conductrice. Bien que le procédé de l'invention ait été décrit en relation avec des circuits particuliers et des combinaisons de matières particulières, on comprend

évidemment qu'il peut faire l'objet de nombreuses modi-

fications, et la présente demande est destinée à couvrir

n'importe quelles modifications, utilisations ou adapta-

tions de l'invention qui suivent de façon générale les principes de l'invention, c'est-à-dire la mesure du

courant traversant la cible et la détection des varia-

tions de ce courant pour déterminer l'instant final. Cette demande de brevet couvre doncdes variations par rapport

à la description dans le domaine de la configuration du

système, des niveaux de polarisation, etc, ainsi que n'importe quelles autres variations entrant dans le cadre de la pratique habituelle dans la technique de détection

d'instant final.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de détermination de l'instant final

d'une opération de traitement d'attaque physique, caracté-

risé en ce que: on mesure le courant traversant la cible (11) à attaquer, et on détecte des variations du courant traversant la cible au fur et à mesure de la progression de l'opération d'attaque physique, l'instant final étant indiqué par la détection d'une variation supérieure à

une valeur prédéterminée.

2. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération qui consiste à mesurer le courant traversant la cible

s'effectue en mesurant le courant qui traverse une tran-

che de semiconducteur (11); et l'opération consistant à détecter les variations du courant traversant la cible

s'effectue en détectant les variations du courant tra-

versant cette tranche de semiconducteur.

3. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon

la revendication 2, caractérisé en ce que, entre l'opé-

ration de mesure du courant et l'opération de détection des variations du courant, on effectue les opérations suivantes: on mesure le courant traversant un masque (18) présentant une ouverture qui est positionné sur la tranche de semiconducteur (11), et on soustrait le courant traversant le masque muni d'une ouverture du courant mesuré qui traverse la tranche de semiconducteur, pour obtenir une composante de courant dépendant de la tranche; et en ce que l'opération de détection des

variations du courant traversant la tranche de semi-

conducteur s'effectue en détectant les variations de la

composante de courant dépendant de la tranche..

4. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'opération consistant à détecter les variations de la composante de

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courant dépendant de la tranche s'effectue en détectant les variations de la pente de cette composante de courant

dépendant de la tranche.

5. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon la

revendication 32 caractérisé en ce qu'il comprend l'opéra-

tion supplémentaire qui consiste à appliquer une tension

de polarisation au masque (18).

6. Procédé de dé-terminatiorn de]'instant final d'une opération de traitement d'attaque -ysique se-on la revendication 3, caractérisé en ce que i'opération qui consiste à mesurer un courant traversant une tranche de semiconducteur (11) s'effectue en mesurant un courant traversant une tranche de semiconducteur qui comporte une couche de recouvrement en une matière et une couche de base en une autre matièreo 7. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de

mesure de courant s'effectue en mesurant le courant tra-

versant une tranche de semiconducteur (11) qui comporte une couche de recouvrement en une matière conductrice et

une couche de base en une matière isolante.

8o Procédé de détermination de l'instant final d'une opération detraitement d'attaque physique selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'opération de mesure de courant s'effectue en mesurant le courant qui traverse une tranche de semiconducteur (11) qui comporte une couche de recouvrement en dioxyde de silicium et une

couche de base en une matière semiconductrice.

9. Procédé de détermination de l'instant final d'une opération de traitement d'attaque physique selon la

revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte l'opéra-

tion supplémentaire qui consiste à arrêter le traitement

d'attaque après un temps d'attaque supplémentaire donné.