FR2545984A1

FR2545984A1 - Procede de fabrication a sec d'un dispositif semi-conducteur par reaction photochimique et appareil pour la mise en oeuvre de ce procede

Info

Publication number: FR2545984A1
Application number: FR8407292A
Authority: FR
Inventors: Jun-Ichi Nishizawa
Original assignee: Semiconductor Research Foundation
Current assignee: Semiconductor Research Foundation
Priority date: 1983-05-11
Filing date: 1984-05-11
Publication date: 1984-11-16
Also published as: JPH0332911B2; DE3416470A1; GB2141386A; JPS59207631A; GB8412110D0; FR2545984B1; GB2141386B; US4540466A

Abstract

A.PROCEDE DE FABRICATION A SEC D'UN DISPOSITIF SEMI-CONDUCTEUR PAR REACTION PHOTOCHIMIQUE, ET APPAREIL POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. B.PROCEDE CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND LES DIFFERENTES ETAPES CONSISTANT A ETABLIR UNE PREMIERE ZONE4 DE GAZ A HAUTE PRESSION ET UNE SECONDE ZONE5 DE GAZ A BASSE PRESSION, COMMUNIQUANT ENTRE ELLES; A PLACER LE SUBSTRAT13 DANS LA ZONE A BASSE PRESSION; A EFFECTUER UNE IRRADIATION, PAR UN FAISCEAU DE RAYONS LUMINEUX9, SUR LE GAZ, DE MANIERE A ACTIVER LES PARTICULES CONTENUES DANS CE GAZ ET LES ENVOYER SUR LE SUBSTRAT13. C.L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DES SEMI-CONDUCTEURS.

Description

Procédé de fabrication à sec d'un dispositif semi-conduc-

teur par réaction photochimique, et appareil pour la

mise en oeuvre de ce procédé ".

L'invention concerne un procédé de fabri-

cation d'un dispositif semi-conducteur par réaction photo-

chimique, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de

ce procédé.

Pour la fabrication de différents types de dispositifs électroniques, tels que des dispositifs

semi-conducteurs constitués, par exemple, par des transis-

tors et des circuits intégrés (C I), des techniques de fabrication de plus en plus sophistiquées, sont adoptées

pour répondre aux impératifs toujours plus poussés permet-

tant d'atteindre des niveaux de performances plus élevés et une plus grande miniaturisation des dispositifs Dans ces dispositifs, la taille des éléments constitutifs du circuit intégré (C I), les intervalles entre ces éléments et les diamètres des fils conducteurs formés sur le circuit intégré, doivent être calibrés à des cotes de l'ordre du micron Ainsi, la dimension du dispositif dans le sens latéral est actuellement limitée à une tolérance ou marge d'erreur d'environ 0,1 micron seulement En ce qui

concerne la direction verticale, il faut prévoir la for-

mation de filons très minces dont l'épaisseur doit être de l'ordre de quelques centaines d'angstroem Suivant

les cas, il est nécessaire de prévoir une structure multi-

couches dans laquelle ces films minces sont empilés les

uns au-dessus des autres en plusieurs couches laminées.

Pour les raisons mentionnées ci-dessus,

il s'est avéré comme un impératif constant, de dévelop-

per une technique ou un procédé de très haute précision, par exemple pour déposer ou attaquer à l'acide différents

types de tels films minces présentant différentes fonc-

tions les uns par rapport aux autres.

Les techniques de dépôt et de gravure à l'acide qui ont été récemment mises en pratique ou sont

devenues importantes pour répondre tardivement aux impé-

ratifs ci-dessus, sont appelées "procédé à sec" au sens

large dans le domaine des semi-conducteurs.

Le terme "au sens large" utilisé ci-des-

sus est basé sur les considérations suivantes: La techni-

que appelée "photolithographie" utilisée dans le domaine

de l'art des semi-conducteurs est orientée vers la techni-

que consistant à graver sélectivement à l'acide un film de Si O 2 ou de Si 3 N 4 par exemple, formé sur la surface du semi-conducteur par utilisation d'une photorésistance et d'un agent d'attaque chimique contenant par exemple de l'acide fluorhydrique (HF) Cela constitue une technique

importante couramment utilisée actuellement dans les pro-

cédés de fabrication des dispositifs semi-conducteurs Il a cependant été très difficile de limiter l'erreur ou la tolérance sur la précision des dimensions après attaque à l'acide, à la valeur indiquée ci-dessus de + 0, 1 micron

environ Par suite, comme procédé de gravure de haute pré-

cision pouvant remplacer la technique ci-dessus, il a été mis en oeuvre le procédé dit de projection (comprenant la

projection en courant continu, la projection radiofréquen-

ce, la projection micro-onde, la projection à réaction,

et la projection à plasma gazeux) qui est utilisé typique-

ment de façon qu'un substrat à graver soit placé dans -une chambre à vide et sous une atmosphère gazeuse obtenue en

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introduisant un gaz inerte, tel que de l'argon, et un gaz de réaction, tel que du tétrachlorure de carbone (CC 14), et il est appliqué soit une tension continue, soit une tension radiofréquence aux bornes des électrodes pour produire une décharge lumineuse permettant d'attaquer le

site ou les sites voulus du substrat Comme autres techni-

ques que celles mentionnées ci-dessus, on a également com-

mencé à utiliser une technique d'attaque ionique utilisant

un faisceau d'ions Le mécanisme d'attaque de cette der-

nière technique peut être considéré comme identique, à la

base, à celui de la projection.

Dans le domaine des semi-conducteurs, le premier procédé de gravure mentionné ci-dessus, utilisant un agent d'attaque chimique, est appelé "procédé humide", par opposition au dernier procédé de gravure utilisant les techniques de projection ci-dessus, la technique à faisceau d'ions, ou le procédé de décharge faisant partie du domaine de la "chimie de décharge", couramment appelé "procédé d'attaque à sec" ou plus simplement "procédé à

sec".

Cette "chimie de décharge" sera brièvement décrite ci-après en prenant comme exemple les techniques de projection indiquées ci-dessus Il est introduit, par exemple, de l'argon gazeux (Ar) dans une chambre à vide contenant deux électrodes opposées entre lesquelles est appliquée une tension continue pour produire une décharge lumineuse Il en résulte une ionisation de l'Ar gazeux qui se transforme en Ar+ venant provoquer des collisions contre le substrat pour en extraire les atomes ou les molécules Ce processus constitue l'attaque" Au lieu d'utiliser de l'argon gazeux, il est possible d'introduire un autre gaz provoquant une réaction chimique avec les

atomes du substrat Ce faisant, différents processus peu-

vent être mis en oeuvre tels qu'un dépôt et une attaque.

Cependant, le terme technique de "procédé

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à sec" conviendrait mieux,s'il était considéré dans un

sens plus large que celui limité simplement à l'utilisa-

tion pour les types spécifiques d'attaque mentionnés ci-

dessus Le terme de "procédé à sec" utilisé dans l'inven-

tion concerne, en fait, ce sens plus large indiqué ci- dessus Cela est dû au fait qu'il est considéré que le procédé de projection (appelé en pratique soit projection réactive, soit technique de dépôt de vapeur chimique par plasma> est utilisé comme technique de formation, par dépôt, d'un film mince d'une substance telle que du Si amorphe, du Si polycristallin, du SIO 2, du Si 304 ou du

Ta N, ce dépôt se faisant avec une bonne précision(c'est-

à-dire en contrôlant en cours d'élaboration l'épaisseur

et la qualité ou l'état du film).

Il est à remarquer ici que les procédés

de formation d'un film mince par la technique de projec-

tion ou par la technique de dépôt sous vide, sont appelés d'une façon générale Dépôt Physique de Vapeur (DPV) par

opposition au Dépôt Chimique de Vapeur (DCV) Il est éga-

lement à remarquer que, par exemple, la croissance épi-

taxiale de vapeur qui constitue un type de technique DCV, est telle qu'une énergie thermique est appliquée à un gaz

de réaction pour produire le dépôt par réduction d'hydro-

gène ou pyrolyse.

Au contraire, le procédé utilisant la technique DCV à plasma ci-dessus est basé sur un mécanisme

tel que l'énergie de décharge (énergie électrique) pro-

duite, par exemple, par décharge lumineuse, est appliquée

au gaz de réaction, et que le dépôt se fait dans des con-

ditions communes à la technique de projection ordinaire et à la technique DCV Le mécanisme de dépôt n'est pas non plus limité à un seul type, mais des combinaisons de différents mécanismes peuvent être nécessaires pour la formation ou le dépôt d'un film mince à haut niveau de

caractéristiques fonctionnelles.

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Il est à remarquer, en ce sens, que non seulement la technique DCV ordinaire, mais encore le processus de dépôt basé sur la technique DCV décomprimée destinée à améliorer l'uniformité de l'épaisseur du film produit, par allongement du libre parcours moyen du gaz de réaction, peut, de la même façon, être compris dans

le procédé à sec.

D'après le sens ci-dessus, on considère

que le concept de "processus à sec" s'applique à la tota-

lité du phénomène qui doit se produire entre la cible (objet à traiter) et le matériau en phase gazeuse, sans se préoccuper de savoir si le processus est destiné au dépôt ou à la gravure ou attaque Couramment cependant, le processus à sec capable de former un film mince dont l'épaisseur peut être contrôlée efficacement avec une bonne précision, ou capable d'effectuer une attaque de gravure réalisant la précision de dimensions compatible avec une erreur de l'ordre du micron, est typiquement représenté, comme le courant essentiel de l'art actuel, par le processus à sec spécifique selon lequel un gaz est introduit dans une chambre à l'intérieur de laquelle est développée une décharge lumineuse pour faire passer le matériau en phase gazeuse à l'état activé par l'énergie de décharge (énergie électrique) ainsi produite, de manière à accélérer les progrès de la croissance (dépôt) d'un film Aussi bien dans le processus de gravure par attaque, que dans le processus de dépôt, le substrat (appelé ci-après la cible) sur lequel sont mis en oeuvre

ces processus, est placé dans une chambre étanche à l'in-

térieur de laquelle est fait le vide pour y introduire

ensuite le gaz requis, et appliquer une énergie électri-

que aux bornes des électrodes logées dans la chambre pour produire une décharge lumineuse Même si les électrodes sont placées à l'extérieur de la chambre réalisée en

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matière isolante, il existe inévitablement des particules

à haute énergie dans l'espace de décharge.

Dans un tel cas, la cible est placée soit sur l'électrode, soit au voisinage de cette électrode, soit en un point relativement éloignée de celle-ci En d'autres termes, la cible est placée dans la zone o se développe une décharge lumineuse intense (c'est-à-dire dans la zone de décharge), ou dans une zone voisine de la zone de décharge, mais dans laquelle ne se produit aucun phénomène de décharge lumineuse distinct <c'est-à-dire la zone de non-décharge) Dans ce dernier cas également, les conditions à l'intérieur de la chambre sont telles qu'il n'existe pratiquement pas de différence entre la pression de gaz dans la zone de décharge et la pression de gaz dans la zone o est placée la cible Quelle que soit

la zone dans laquelle le cible doit être placée, le maté-

riau produit dans la zone de décharge (ce matériau consis-

tant en général, soit en particules en phase gazeuse for-

mant la couche de dépôt, soit en particules en phase gazeuse servant de matériau destiné à attaquer la cible)

est amené sur la cible.

Quand une décharge lumineuse est dévelop-

pée par l'introduction d'un gaz, les atomes et les molé-

cules contenus dans le gaz chargé, sont soumis à une éner-

gie de décharge les amenant dans un état d'énergie plus élevé, c'est-àdire dans l'état activé Par suite, il est

développé, dans la phase gazeuse, non seulement une aug-

mentation de simple énergie cinétique des atomes et molé-

cules, mais encore des réactions compliquées telles qu'une

réaction chimique comprenant l'ionisation, la décomposi-

tion et la synthèse, ainsi qu'une polymérisation Pour cette raison, les particules chargées d'électricité telles

que les électrons et les ions, sont produites en quanti-

tées considérables dans la zone de décharge, et ces parti-

cules prennent une grande énergie cinétique lorsqu'elles

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sont soumises à une énergie électrique communiquée par la décharge lumineuse, c'est-à-dire qu'elles prennent une

plus grande vitesse.

Les particules ayant acquis une plus grande vitesse viennent provoquer des collisions contre les particules neutres telles que les particules d'Ar, de manière à les ioniser ou à leur communiquer une énergie

cinétique Cela signifie que, non seulement les particu-

les (molécules, atomes, ions, électrons, etc) néces-

saires au dépôt sur la cible ou à l'attaque de celle-ci, mais encore les particules non nécessaires à ces fonctions, doivent également être fournies à la cible soit dans l'état ionisé, soit dans l'état neutre, au sens électrique,

et présenter une énergie cinétique considérable.

Les directions dans lesquelles ces parti-

cules sont appliquées à la cible, sont en général aléatoi-

res Dans certains cas cependant, par exemple pour renfor-

cer le rythme de dépôt, un aimantest placé dans le réci-

pient ou dans la chambre pour uniformiser l'orientation

d'alimentation de ces particules grâce au champ magnéti-

que produit par cet aimant, c'est-à-dire pour donner une orientation au mouvement des particules dans certains

types de processus à sec.

Finalement, lorsque les particules en

phase gazeuse à haute énergie cinétique comme indiqué ci-

dessus, sont appliquées à la cible, il arrive souvent que la surface de cette cible soit endommagée par suite des

collisions des particules contre celle-ci Cette détério-

ration comprend le développement de défauts tels que des dislocations du réseau, des regroupements, des contraintes etc dans la surface de la cible, ce qui détériore les

caractéristiques électriques du dispositif ou des disposi-

tifs contenus dans la cible.

Dans le processus de dépôt et le processus d'attaque de gravure appelés collectivement processus à

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sec décrits ci-dessus utilisant une décharge lumineuse,

il est difficile d'éviter l'inconvénient, dans l'art clas-

sique, d'endommager la surface de l'objectif malgré le

fait que ce processus à sec représente un niveau technolo-

gique élevé destiné à contrôler efficacement les dimen- sions telles que l'épaisseur et la largeur de l'objectif,

avec une bonne précision.

De plus, la valeur de l'énergie fournie au

gaz par la décharge lumineuse est en moyenne grande Cepen-

dant, comme les valeurs de l'énergie peuvent se situer

dans une grande plage, les atomes et les molécules conte-

nus dans le gaz doivent être activés de différentes ma-

nières, ce qui provoque différents types de réactions phy-

siques ou chimiques Ainsi, on remarquera qu'il n'est pas nécessaire de choisir une activation particulière pour effectuer seulement le dépôt ou la gravure voulus, dans

les techniques selon-l'art antérieur.

Dans le cas, par exemple, o l'on veut effectuer la décomposition de silicium amorphe (a-Si) par la technique DCV à plasma utilisant un gaz contenant du

Si H 4, le film de a-Si ainsi obtenu fait apparaître la pré-

sence non seulement de a-Si seul, mais également de diffé-

rents types de substances Six Hy tels que des polycristaux de Si ou du Si H Comme cela peut être remarqué également 4. à partir de ce phénomène, le processus présente en même temps l'inconvénient de présenter des réactions qui ne

sont pas dans la ligne du but recherché, ou d'autres réac-

tions indésirables Il peut également se produire un cas dans lequel, bien que le processus à sec ne soit destiné qu'à produire la gravure d'une cible, le résultat soit tel que soit obtenue non seulement la gravure proprement dite, mais encore un dépôt simultané n'ayant rien à voir avec

cette gravure.

Il peut ainsi être recherché une méthode permettant de s'assurer que, parmi les différents types d'atomes et de molécules auxquels ont été communiqués différents types d'états par activation dans la zone de décharge, seules les particules spécifiques qui répondent au but recherché, sont sélectivement appliquées à la cible Un tel procédé cependant conduirait inévitablement à un appareil à grande échelle très coûteux, et ferait de plus apparaître la difficulté de choisir avec une bonne

efficacité un type spécifique de particules.

Comme procédés permettant de pallier les inconvénients et problèmes cidessus de l'art antérieur,

il a été proposé des méthodes consistant à mettre en oeu-

vre le processus à sec en faisant tomber, de l'extérieur, des rayons X dans la chambre ou récipient dans lequel doit

être mis en oeuvre le processus à sec.

L'un de ces procédés selon l'art antérieur consiste à placer une cible dans la chambre dans une zone

voisine de la zone de décharge, et à faire tomber le fais-

ceau de rayons lumineux sur la zone de décharge de manière à activer ainsi le gaz chargé dans la chambre Ce procédé selon l'art antérieur nécessite que la pression de gaz soit réglée à une faible valeur pour développer une décharge

lumineuse, mais cela conduit à un faible rendement d'acti-

vation des particules De plus, comme indiqué ci-dessus, dans ce procédé également, les particules à forte énergie cinétique viennent provoquer des collisions contre la

cible en endommageant cette dernière.

Un autre procédé selon l'art antérieur consiste à placer une cible dans la zone de décharge de la chambre dans laquelle le gaz de chargement est activé, et à faire tomber un faisceau de rayons lumineux sur cette cible Il est à remarquer ici que cette technique selon l'art antérieur pose le problème que le gaz est activé non seulement par les rayons lumineux tombant sur celui-ci, mais également par la décharge lumineuse elle-même, de sorte qu'est obtenue non seulement la réaction voulue mais

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encore des réactions qui ne sont pas dans la ligne du but recherché De plus, la surface de la cible risque d'être contaminée par les produits de ces réactions s'écartant du

but recherché.

Le processus de réaction photochimique se produit en soi sélectivement dans beaucoup de cas Cela signifie qu'il est possible de développer une réaction

sélectivement Par suite, un tel processus sélectif con-

tribue très efficacement à produire un processus propre.

L'invention a pour but de créer un proces-

sus à sec permettant de fabriquer des dispositifs semi-

conducteurs sans présenter les inconvénients ci-dessus de

l'art antérieur.

Plus précisément, le but de l'invention

est de créer un procédé à sec tel que celui indiqué ci-

dessus, qui-active efficacement les particules en phase

gazeuse, telles que les atomes et/ou les molécules conte-

nus dans le gaz de chargement, par un faisceau de rayons lumineux, et qui évite d'endommager la cible en cours de

traitement par la collision des particules à forte éner-

gie cinétique contre la surface de la cible au moment de la gravure de cette cible ou du dépôt formé à la surface de celle-ci, ce procédé étant, en outre, caractérisé en ce qu'il est directif et en ce qu'il peut, en outre, être mis en oeuvre très proprement sans permettre aux produits de réaction de séjourner au voisinage de la cible, grâce à

une évacuation rapide de ces produits.

A cet effet, l'invention concerne un pro-

cédé de fabrication à sec d'un dispositif semi-conducteur par mise en oeuvre de réactions photochimiques utilisant un gaz de réaction introduit dans un récipient logeant un

substrat semi-conducteur, de manière à effectuer une atta-

que de gravure ou un dépôt sur ce substrat, procédé carac-

térisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consis-

tant à établir, dans le récipient, une première zone de

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gaz à haute pression et une seconde zone de gaz voisine à basse pression, cette seconde zone communiquant avec la première par au moins un passage de gaz formé entre elles, de manière à produire une différence de pressions de gaz entre les première et seconde zone, provoquant

un débit de gaz, par le passage de gaz, entre ces pre-

mière et seconde zone; à placer le substrat dans une zone du récipient o règne une basse pression du gaz; à effectuer une irradiation, par au moins un faisceau de rayons lumineux, sur le gaz amené dans la première zone, de manière à activer les particules contenues dans ce gaz; et à transporter les particules activées en phase

gazeuse ainsi obtenues, pour les faire passer de la pre-

mière zone dans la seconde zone en les entraînant dans le débit de gaz à envoyer sur le substrat placé dans la seconde zone; ce qui permet ainsi d'effectuer l'attaque

de gravure ou le dépôt sur le substrat.

L'invention est décrite en détail au moyen des dessins joints dans lesquels:

la figure 1 est une représentation sché-

matique d'une forme de réalisation de l'appareil permet-

tant d'effectuer la gravure ou le dépôt par le procédé à sec selon l'invention, en faisant tomber un faisceau de rayons lumineux sur la zone de gaz à haute pression de la chambre, selon le principe de la photochimie, tout en envoyant sur la cible placée dans la zone de gaz à basse

pression, les particules en phase gazeuse activées photo-

chimiquement, grâce à des buses d'éjection ou à des trous de petit diamètre placés entre ces deux zones;

la figure 2 est une représentation sché-

matique destinée à expliquer la répartition des directions du débit des particules activées lorsqu'elles sont amenées au-dessus de la zone de gaz à basse pression par un trou

d'éjection fonctionnant du fait de la différence des pres-

sions de gaz dans ces deux zones; et

la figure 3 est une représentation sché-

matique d'une forme de réalisation de l'appareil destiné à mettre en oeuvre l'invention, mais dans une construction

modifiée par rapport à celle de la figure 1.

Dans la description détaillée de l'inven-

tion qui suit, la figure 1 est une illustration schémati-

que d'une structure d'appareil utilisée, selon l'inven-

tion, pour expliquer le processus à sec-utilisant la techni-

que photochimique.

La référence 1 désigne une source de lumière destinée à exciter, par le faisceau de rayons lumineux qu'elle émet, les particules d'atomes et/ou de molécules contenues dans le gaz de chargement utilisé pour effectuer une attaque de gravure ou un dépôt Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre dans une chambre 2 dont l'intérieur est divisé, par une cloison de séparation 3, en une zone de gaz à haute pression 4 et une zone de gaz à basse pression 5 Ces deux zones 4 et 5 sont reliées respectivement à des systèmes d'évacuation indépendants 6 et 7 La zone 4 de gaz à haute pression est reliée à un système d'introduction de gaz 8 Une flèche 9 indique le faisceau de rayons lumineux partant de la source de

lumière 1 Une fenêtre 10 laisse passer les rayons lumi-

neux de longueur d'onde requise contenus dans le faisceau 9 Ce faisceau 9 de rayons lumineux traverse la fenêtre 10 pour tomber sur la zone de gaz à haute pression 4, de

manière à activer les particules contenues dans ce gaz.

Des orifices d'éjection ou trous de pas-

sage Il sont percés dans la cloison de séparation 3 pour permettre l'éjection du gaz entre la zone haute pression 4 et la zone basse pression 5 Les particules activées en phase gazeuse qui ont été produites dans la zone haute pression 4 Lorsqu'elles étaient soumises aux réactions chimiques ou physiques dues à leur excitation par les rayons lumineux incidents, sont libres d'être éjectées par

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les trous de passage il pour pénétrer sous forme de jets 12 dans la zone de gaz à basse pression 5 Une cible ou objectif 13 destiné à être traité, est placée dans la zone de gaz à basse pression 5 pour subir une attaque de gravure ou un dépôt Cette cible 13 est placée sur un pla-

teau 14.

Comme cela est visible en regardant le schéma de l'appareil représenté en figure 1 et destiné à

mettre en oeuvre le procédé à sec, l'invention est orien-

tée sur un procédé à sec utilisant la photochimie, c'est-

à-dire l'utilisation de réactions chimiques et/ou physi-

ques, et l'activation d'un produit de réaction en phase

gazeuse par exposition de celui-ci à des rayons de lu-

mière incidente dont les longueurs d'onde se situent dans l'infrarouge (y compris l'infrarouge lointain) et les zones visibles et ultraviolettes du spectre (y compris l'ultraviolet profond) Dans beaucoup de cas, la lumière

infrarouge est efficace pour exciter des molécules don-

nant facilement une réaction chimique.

Dans le cas dans lequel des particules telles que des atomes et des molécules contenues dans le gaz de remplissage, sont excitées par exposition de ce

gaz au faisceau de rayons lumineux, comme indiqué ci-des-

sus, les énergies des photons sont transmises aux parti-

cules du gaz par interaction entre les photons et les particules contenues dans le gaz Il est à remarquer que, dans un tel cas, l'énergie cinétique des photons est négligeable De plus, quand les particules passent dans l'état excité ou activé par absorption de l'énergie des

photons, cela conduit à une augmentation d'énergie inter-

ne telle qu'une augmentation d'énergie d'oscillation ou

de rotation, ou encore une augmentation d'énergie électro-

nique des particules, c'est-à-dire une élévation du

niveau d'énergie des électrons présents dans les particu-

les.

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L'absorption de photons à grande énergie ou l'absorption d'un grand nombre de photons conduit à

* l'ionisation ou à la décomposition des particules concer-

nées Par suite, on obtient à peine une augmentation de l'énergie cinétique des particules elles-mêmes Ainsi, l'énergie cinétique des particules du gaz après excitation

ne s'écarte pas sensiblement de l'énergie cinétique cor-

respondant à la distribution de Maxwell-Boltzmann, laquelle est à son tour déterminée par la température à laquelle se

trouvait le gaz avant l'excitation.

Plus précisément, en comparant l'alimenta-

tion en énergie fournie par l'irradiation des rayons lumi-

neux, à celle fournie par une décharge lumineuse classi-

que, l'énergie cinétique des particules en phase gazeuse

fournie par le premier type d'alimentation est moins im-

portante que celle fournie par le second type d'alimenta-

tion De plus, la pression du gaz situé dans la zone sou-

mise à l'irradiation des rayons lumineux est plus élevée que celle de la zone dans laquelle la cible est placée,

ce qui permet d'obtenir un grand rendement d'activation.

De même, la différence des pressions de gaz entre les deux zones séparées, produit un débit de gaz dirigé vers la cible Dans ce cas, les particules entraînées dans le courant de gaz suivent un mouvement collectif uniforme

dans le sens du débit de gaz.

Dans le cas dans lequel les particules gazeuses sont éjectées par de petits trous de passage calibtés, pour passer de la zone de gaz haute pression à grande viscosité gazeuse, à la zone de débit moléculaire

ou atomique de gaz à basse pression, les courants de par-

ticules forment des jets dirigés dans des directions uni-

formes Dans un tel cas également, les particules ne peu-

vent avoir une distribution d'énergie cinétique s'écartant beaucoup de la distribution de Maxwell-Boltzmann En moyenne, leur énergie cinétique est de quelques 10 me V au plus Quand des particules gazeuses à ces niveaux d'énergie cinétique viennent en collision avec la cible,

il n'y a que peu de chances d'endommagement de la sur-

face de cette cible.

De plus, comme la cible est placée dans une zone à relativement faible pression de gaz, les par-

ticules ont un libre parcours moyen relativement long dans cette zone, de sorte que les particules telles que les atomes et les molécules qui ont été produits à l'issue des réactions d'attaque de gravure ou de dépôt, ne restent pas longtemps à la surface de la cible mais

en sont évacuées rapidement, par exemple par diffusion.

Par suite, à la surface de la cible, les particules gazeuses à éliminer sont évacuées-rapidement et remplacées par des particules fratchement excitées

amenées sur cette surface Ainsi, les risques de conta-

mination de la surface de la cible par les produits de réaction deviennent très faibles En d'autres termes, le procédé à sec selon l'invention peut être considéré

comme un procédé très propre.

Comme type d'alimentation lumineuse, il est possible d'utiliser une source d'émission lumineuse à spectre d'émission très large, telle que, par exemple, une lampe à mercure, une lampe à Xénon ou une lampe à halogène Il est à remarquer ici que la source d'émission

lumineuse doit émettre, dans les rayons lumineux du fais-

ceau d'irradiation, des rayons lumineux d'énergie suffi-

sante pour effectuer l'activation requise des particules contenues dans le gaz Dans le cas d'une source de lumière telle qu'une lampe à mercure, une lampe à xénon ou une lampe à halogène, produisant des rayons lumineux

dans une grande plage de longueurs'd'onde, il est égale-

ment très utile de dériver de ces rayons lumineux, par spectroscopie, un faisceau de lumière ayant une longueur d'onde spécifique voulue capable de produire une réaction visée. La source de lumière peut être choisie de manière à émettre sélectivement un faisceau de rayons

lumineux généralement propres à être utilisés en photo-

chimie, ou présentant une longueur d'onde d'énergie néces-

saire pour que les particules absorbent les rayons lumi-

neux de manière à passer du niveau fondamental à l'état excité Il existe un cas dans lequel les particules

fraichement produites par photolyse deviennent des parti-

cules dans l'état excité Dans le cas, par exemple, d'un faisceau de rayons lumineux monochromatiques, tel qu'un faisceau laser utilisé pour correspondre au spectre d'absorption d'un type particulier de particules, il est possible de produire sélectivement une activation ou sa réaction associée En variante, par l'utilisation d'une source lumineuse constituée de plusieurs types de sources de lumière monochromatiques montées de manière à produire une irradiation simultanée, il devient également possible d'exciter le nombre requis, supérieur à un, de types de

particules.

Le réglage de la pression du gaz contenu dans la zone de gaz à haute pression est effectué au moyen du système d'évacuation 6 et du système d'introduction de gaz 8 Dans ce cas, la fonction ou le degré de vide obtenu par le système d'évacuation 6, n'a pas besoin d'être très élevé Par exemple, le degré de vide peut être suffisant s'il atteint 10 2 Torr, ce qui peut être obtenu au moyen d'une pompe rotative La pression dans la zone de gaz haute pression est suffisante si elle correspond à un libre parcours moyen des particules gazeuses, dont la longueur soit plus petite que l'ordre de grandeur des dimensions de construction de l'appareil, telles que par exemple le diamètre des trous d'éjection Il formés dans

la cloison de séparation représentée en figure 1.

Bien qu'elle dépende du type de particules excitées à produire, la pression peut être la pression

atmosphérique ou une pression supérieure à celle-ci Lors-

que le fonctionnement a lieu sous une pression de gaz

supérieure à la pression atmosphérique, cela peut consti-

tuer un cas dans lequel il n'est pas particulièrement nécessaire d'utiliser des moyens d'évacuation tels qu'une pompe d'évacuation Il est à remarquer ici que, comme

moyen de réglage de la pression à l'intérieur de la cham-

bre, ou comme moyen de réglage du rythme d'évacuation, il est possible d'utiliser une pompe, une soupape à pointeau

ou autres.

La distribution des directions de débit

des particules contenues dans la zone de gaz à basse pres-

sion, dépend fortement de la forme des trous d'éjection 11 utilisés Le cas dans lequel les trous d'éjection ont, à

titre d'exemple, une forme circulaire est décrit ci-après.

La figure 2 représente une vue en coupe dans le cas d'un

trou d'éjection de forme circulaire, et représente égale-

ment la distribution du débit des particules éjectées dans

la zone de gaz à basse pression.

La distribution des particules est déter-

minée par les valeurs de l'épaisseur L de la cloison de séparation et du diamètre des trous de passage, par la pression du gaz et par le type des particules gazeuses En général, plus la différence des pressions de gaz est

grande et plus le rapport L/d est grand, plus la distribu-

tion de directions des particules converge vers la cible, c'est-à-dire dans la direction Z Ainsi, la distribution des directions de débit des particules doit être déterminée

par le choix des conditions ci-dessus.

Dans le cas dans lequel on traite, par exemple, un substrat (cible) de grande surface, il est à remarquer que si le trou d'éjection des particules est juste unique, il se développe un gradient de distribution latéral du débit de particules à l'intérieur de la surface du substrat (cible), suivant le degré de la réaction mise

en oeuvre.

Dans ce cas, il suffit simplement de pré-

voir un certain nombre de trous d'éjection pour uniformi-

ser ainsi la distribution latérale des particules éjectées qui sont envoyées sur la surface du substrat De même, la forme des trous d'éjection ne se limite pas simplement à la forme circulaire, mais peut être carrée, rectangulaire, en forme de fente ou autre, à condition que ces trous d'éjection permettent d'orienter des jets de particules

dans la zone de gaz à basse pression.

La forme de réalisation de l'appareil représentée sur la figure 1, est conçue de façon que la zone de gaz à haute pression soit séparée de la zone de gaz à basse pression par une cloison de séparation, et de façon que l'évacuation se fasse, dans chaque zone, d'une manière indépendante de l'autre Pour déterminer ces deux

zones dans lesquelles les pressions de gaz sont différen-

tes, il est possible d'utiliser une conception modifiée pour obtenir une chambre comportant deux zones adjacentes de sections différentes l'une par rapport à l'autre dans une direction perpendiculaire à la direction du débit de gaz. La figure 3 représente une variante de

réalisation de l'appareil, destinée à expliquer la concep-

tion quivient d'être indiquée ci-dessus Une zone de plus petite section est mise en communication avec une zone de grande section En vidant la zone de plus grande section, il est obtenu, dans la zone de plus petite section, une pression de gaz supérieure à celle régnant dans la zone

de plus grande section Cette dernière forme de réalisa-

tion de l'appareil est destinée à utiliser le débit de gaz provenant de la zone de gaz à haute pression 4, dans

la zone de plus petite section, avec une direction perpen-

diculaire à celle du débit de gaz dans la zone de gaz à basse pression 5, obtenue dans la zone de plus grande section. Un faisceau de rayons lumineux 9 est envoyé parallèlement au débit de gaz traversant la zone de gaz à haute pression 4 La différence entre les pres- sions de gaz est déterminée par des facteurs tels que le rapport des diamètres de la zone de gaz à haute pression 4, à la zone de gaz à basse pression 5 dans la direction perpendiculaire à celle du débit de gaz, la vitesse d'évacuation de la pompe, la-pression du gaz introduit

et autres.

De même, le nombre de particules amenées

sur la surface de la cible doit varier suivant la dis-

tance comprise entre le trou d'éjection 11 et la cible 13.

Comme la distribution, dans la direction du débit des particules amenées sur la cible, est également déterminée par la relation de position entre la cible et le trou

d'éjection 11, il est nécessaire, pour obtenir une réac-

tion uniforme, de régler les valeurs optimales pouvant être déterminées par des conditions telles que la taille

de l'appareil et le volume de gaz introduit.

Indépendamment de la technique de forma-

tion d'un débit de gaz comme indiqué ci-dessus, une dispo-

sition peut être choisie telle que le passage de gaz reliant la zone de gaz haute pression 4 à la zone de gaz basse pression 5, soit relativement étroit et oblong, pour produire une chute de pression dans ce passage Dans ce cas, une cible peut être placée dans la zone de gaz à basse pression 5 Cependant, il est possible, en variante, de placer la cible dans le passage, et cette dernière disposition de la cible devrait conduire à une meilleure

orientation de la réaction.

Le dispositif d'évacuation de la zone de gaz à basse pression 5 doit être capable de produire un vide suffisamment poussé Le libre parcours moyen des particules gazeuses est déterminé par la pression du gaz à utiliser Cependant, il est souhaitable que le degré de vide dans la zone de gaz à basse pression soit réglé à une pression telle que soit obtenu avec certitude un libre parcours moyen des particules supérieur à l'ordre

de grandeur des dimensions du système.

En ce qui concerne l'excitation des par-

ticules en phase gazeuse par irradiation des rayons lumi-

neux, il faut remarquer qu'il existe des cas pour les-

quels il est utile d'activer non seulement les particules présentes dans le gaz, mais également la surface de la cible en elle-même On peut, par exemple, considérer que ces cas se produisent quand un faisceau de rayons lumineux irradie la surface d'un semi-conducteur pour produire l'accélération des réactions chimiques se développant à la surface de ce semi-conducteur Dans le cas encore dans lequel on veut déposer des films superposés sur la surface d'un semi-conducteur, la qualité de ces films est améliorée

par exposition des particules en phase gazeuse, à un fais-

ceau de rayons lumineux.

Ainsi, par excitation (activation) des particules en phase gazeuse, non seulement en les irradiant seules par des rayons lumineux arrivant sur le gaz, mais encore en combinant cette irradiation du gaz avec une activation par irradiation de la surface de la cible, il

devient possible de tirer le maximum d'efficacité du pro-

cédé à sec selon l'invention Lorsque ce procédé perfec-

tionné doit être mis en oeuvre en utilisant l'appareil représenté en figure 1, cet appareil peut, par exemple, être réalisé en formant la cloison de séparation 3 dans

un matériau transparent aux rayons lumineux incidents.

Dans ce cas, lorsque la longueur d'onde des rayons lumi-

neux destinés à exciter les particules, est différente de celle des rayons lumineux destinés à activer la surface de la cible, il est possible d'utiliser deux sources de lumière ou, en variante, d'utiliser une source de lumière

émettant deux types de raies monochromatiques.

Comme décrit ci-dessus, le procédé à sec selon l'invention, basé sur la photochimie, est conçu de façon qu'un faisceau de rayons lumineux soit appliqué sur

la zone de gaz à haute pression pour activer les particu-

les avec un bon rendement, et de façon que les particules excitées ainsi obtenues soient entraînées par un courant de gaz produit par la différence entre les pressions de gaz, de manière à être appliquées sur la cible placée dans la zone de gaz à basse pression Ainsi, ce procédé selon l'invention permet de s'assurer qu'un processus propre, est obtenu non accompagné par des détériorations de la cible De plus, le procédé à sec selon l'invention est très intéressant à industrialiser car il présente beaucoup

d'avantages tels que le fait de pouvoir orienter les par-

ticules excitées de manière à obtenir des réactions orien-

tées, ce qui a pour résultat de pouvoir réaliser une atta-

que de gravure à sec à la fois anisotrope et sans détério-

rations.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S ) Procédé de fabrication à sec d'un dispositif semi-conducteur par mise en oeuvre de réactions photochimiques utilisant un gaz de réaction introduit dans un récipient logeant un substrat semi-conducteur, de manière à effectuer une attaque de gravure ou un dépôt sur ce substrat, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les différentes étapes consistant à établir, dans le récipient ( 2), une première zone ( 4) de gaz à haute pression et une seconde zone ( 5) de gaz voisine à basse pression, cette seconde zone communiquant avec la première par au moins un passage de gaz formé entre elles, de manière à produire une différence de pressions de gaz entre les première ( 4) et seconde ( 5) zone, provoquant un débit de gaz, par le passage de gaz, entre ces première ( 4) et seconde ( 5) zone; à placer le substrat ( 13) dans une zone du récipient o règne une basse pression du gaz; à;effectuer une irra- diation, par au moins un faisceau de rayons lumineux ( 9), sur le gaz amené dans la première zone ( 4), de manière à activer les particules contenues dans ce gaz; et à transporter les particules activées en phase gazeuse ainsi obtenues, pour les faire passer de la première zone ( 4) dans la seconde zone ( 5) en les entraînant dans le débit de gaz à envoyer sur le substrat ( 13) placé dans la seconde zone ( 5); ce qui permet ainsi d'effectuer l'atta- que de gravure ou le dépôt sur le substrat ( 13).

2 ) Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que l'irradiation produite par le fais-

ceau ( 9) de rayons lumineux sur le gaz situé dans la pre-

mière zone ( 4), est faite à travers une fenêtre prévue sur la première zone ( 4) pour permettre la transmission sélective, à travers celle-ci, d'un seul faisceau de rayons lumineux présentant la longueur d'onde requise parmi les rayons lumineux émis par une source ( 1) de lumière extérieure, de façon que ce faisceau tombe sur le gaz contenu dans la première zone ( 4) pour activer un type déterminé de particules contenues dans le gaz de la

première zone ( 4).

) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'irradiation produite par le fais-

ceau ( 9) de rayons lumineux sur le gaz situé dans la pre-

mière zone ( 4), est faite à travers une fenêtre ( 2) pré-

vue sur la première zone ( 4) pour permettre la transmis-

sion à travers celle-ci de rayons lumineux émis par une source de lumière extérieure ( 1) destinée à émettre des rayons lumineux ne présentant que la longueur d'onde

requise, de façon que ce faisceau tombe sur le gaz conte-

nu dans la première zone ( 4) pour activer un-type déter-

miné de particules contenues dans le gaz de la première

zone ( 4).

) Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que 1 ' irradiation produite par le fais-

ceau ( 9) de rayons lumineux sur le gaz contenu dans la première zone ( 4) , est faite à travers une fenêtre prévue sur la première zone ( 4) pour permettre la transmission à travers celle-ci d'un certain nombre de faisceaux de rayons lumineux présentant différentes longueurs d'onde requises émises par un certain nombre de sources de

lumière extérieures, de manière à activer un certain nom-

bre de types de particules contenus dans le gaz de la

première zone ( 4).

) Procédé selon l'une quelconque des

revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le faisceau

ou les faisceaux de rayons lumineux ( 9) ont une longueur d'onde ou des longueurs d'onde se situant dans les zones

du spectre allant de l'ultraviolet profond à l'infra-

rouge. ) Procédé selon la revendication 1,

caractérisé en ce que le passage de gaz présente une con-

figuration de section transversale permettant d'obtenir 2-4

un débit orienté des particules dans la seconde zone ( 4).

) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de gaz dans la première zone ( 4) est obtenue par un moyen d'évacuation de gaz ( 6) et un moyen d'alimentation ( 8) de gaz tous deux reliés de manière réglable à la première zone ( 4) pour s'assurer que le libre parcours moyen des particules de gaz dans cette zone est plus court que l'ordre de grandeur des

dimensions du passage de gaz, et en ce que la basse pres-

sion de gaz dans la seconde zone ( 5) est produite par un moyen d'évacuation ( 7) de gaz réglable relié à cette

seconde zone ( 5) par le passage de gaz.

) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première zone ( 4) de gaz à haute pression présente une section transversale effective plus petite, dans une direction perpendiculaire à celle du débit de gaz dans le passage, comparativement à la section transversale effective correspondante de la seconde zone ( 5) de gaz à basse pression, ces deux zones étant mises en communication par un passage de gaz unique formé par la

première zone ( 4) débouchant dans la seconde zone ( 5).

) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le substrat ( 13) est placé dans la

seconde zone ( 5) à basse pression.
10 ) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le substrat ( 13) est placé dans une

zone ( 5) de gaz à basse pression du passage de gaz.

) Appareil pour la mise en oeuvre du

procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,

utilisant des réactions photochimiques pour effectuer

une attaque de gravure ou un dépôt sur un substrat semi-

conducteur logé dans un récipient alimenté en gaz de réaction, pour fabriquer un dispositif semi-conducteur, appareil caractérisé en ce qu'il comprend un récipient ( 2); une première zone ( 4) formée dans ce récipient o le gaz de réaction est introduit et maintenu à un certain

niveau de pression; une seconde zone ( 5) formée au voi-

sinage de la première zone dans le récipient, de manière à être alimentée par le gaz provenant de la première zone à travers au moins un passage de communication ( 11) entre ces première ( 4) et seconde ( 5) zone, et à maintenir ce gaz d'alimentation à une pression suffisamment plus basse que la pression du gaz dans la première zone ( 4), de manière à produire une différence des pressions gazeuses entre ces deux zones pour obtenir ainsi un débit de gaz entre la première zone ( 4) et la seconde zone ( 5) par ce passage de gaz; et des moyens de production ( 1) d'un

faisceau lumineux ( 9) se situant à l'extérieur du réci-

pient pour émettre au moins un faisceau de rayons lumi-

neux ( 9) destinés à tomber sur le gaz introduit dans la première zone ( 4), pour activer les particules en phase gazeuse contenues dans ce gaz, ce qui permet ainsi aux

particules activées en phase gazeuse obtenues, d'être en-

traînées par le débit de gaz pour être distribuées, dans la seconde zone ( 5), sur le substrat ( 13) placé en un endroit du récipient ( 2) o la pression du gaz est plus

basse que dans la première zone ( 4), de manière à effec-

tuer l'attaque de gravure ou le dépôt sur le substrat ( 13).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat ( 13) est placé dans la

seconde zone ( 5).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) est munie d'un moyen de réglage de pression de gaz comprenant un moyen d'alimentation de gaz réglable ( 8) relié à celui-ci pour amener un gaz de réaction dans cette zone à un rythme voulu; et un moyen d'évacuation ( 6) de gaz réglable relié à celui-ci pour évacuer le gaz de réaction de cette zone à un rythme voulu; cette seconde zone étant munie d'un moyen d'évacuation ( 7) de gaz réglable relié à
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celle-ci pour évacuer, à un rythme voulu, le gaz contenant

les particules activées provenant de la première zone ( 4).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) est munie d'une fenêtre ( 10) destiné à ne transmettre sélectivement qu'un

seul faisceau ( 9) de rayons lumineux présentant une lon-

gueur d'onde requise, parmi les rayons lumineux émis par

les moyens extérieurs ( 1) de production de faisceaux lumi-

neux, pour que ce faisceau unique vienne tomber sur le gaz contenu dans la première zone ( 4) pour activer un type

déterminé de particules contenues dans le gaz de la pre-

mière zone ( 4).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) est munie d'une fenêtre ( 10) destinée à laisser passer un faisceau de rayons lumineux ( 9) émis par les moyens extérieurs ( 1) de production de lumière conçus pour n'émettre des rayons

lumineux qu'à la longueur d'onde requise, ces rayons tom-

bant sur le gaz contenu dans la première zone ( 4) pour activer un type déterminé de particules contenues dans le

gaz de la première zone ( 4).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) est munie d'une fenêtre ( 10) destinée à laisser passer un certain nombre

de faisceaux de rayons lumineux ( 9) présentant les diffé-

rentes longueurs d'onde requises, émis par les moyens extérieurs de production de lumière capables d'émettre un certain nombre de types de faisceaux de rayons lumineux pour activer un certain nombre de types de particules

contenues dans le gaz de la première zone ( 4).

) Appareil selon l'une quelconque des

revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le faisceau

ou les faisceaux de rayons lumineux ( 9) ont une longueur d'onde ou des longueurs d'onde se situant dans les zones

du spectre allant de l'ultraviolet à l'infrarouge.

) Appareil selon la revendication 11,

caractérisé en ce que le passage de gaz présente une con-

figuration de section transversale ( 11-) permettant de produire un débit orienté des particules dans la seconde zone ( 5). ) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) et la seconde zone ( 5) sont séparées l'une de l'autre, dans le récipient ( 2), par une cloison de séparation ( 3) percée d'au moins

un passage de gaz ( 11) permettant au débit de gaz conte-

nant les particules activées en phase gazeuse, de passer

de la première zone ( 4) à la seconde zone ( 5).

) Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première zone ( 4) de gaz à haute pression présente une section transversale effective plus petite, dans une direction perpendiculaire à celle du débit de gaz dans le passage, comparativement à la section transversale effective correspondante de la seconde zone ( 5) à pression plus basse, ces deux zones étant mises en communication par un passage de gaz unique formé par la

première zone ( 4) débouchant dans la seconde zone ( 5).
21 ) Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que le substrat ( 13) est placé dans

une zone de gaz à basse pression du passage de gaz unique.