FR2779007A1 - Procede de formation d'une structure conductrice - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une technologie de construction des structures conductrices à l'aide des particules chargées.Le procédé de formation d'une structure conductrice consiste à appliquer sur un substrat une couche de matériau susceptible de se transformer sous l'action du rayonnement en couche de matériau conducteur dont l'épaisseur est de 2 à 20 nm et on soumet ladite couche de matériau à l'irradiation par un faisceau de particules chargées. En conséquence, le matériau de la couche se transforme sur chaque partie irradiée en une composante conductrice, qui forme, sur un substrat, une multitude d'éléments de la structure conductrice et en une composante non conductrice déplaçable à l'intérieur du matériau du substrat. La présente invention peut être applique dans la microélectronique pour former les microcircuits les dispositifs de mémoire et des éléments optiques.
Description
La présente invention concerne la technologie de réalisation des
structures
conductrices complexes à l'aide des particules chargées.
La présente invention peut être utilisée dans la microélectronique pour la formation lithographique des circuits integres, des dispositifs de mémoire et des éléments optiques dans lesquels les dimensions des éléments distincts d'une
structure conductrice sont comprises entre les limites d'une plage nanométriques.
Jusqu'à l'heure actuelle. le developpement de la microélectronique était rélisé suivant une méthode consistant à diminuer les dimensions des éléments des microcircuits à partir des microns jusqu'aux submicrons. Les sollicitations des spécialistes qui insistaient à la création des éléments de ultra-petites dimensions Jusqu'à quelques unités des nonomètres ont abouti à la recherche et à la mise au point de nouvelles méthodes de formation lithographiques d'une structure conductrice qui assurent une haut pouvoir de résolution. Dans ce cas, par pouvoir de résolution. on sous-entend une dimension minimale des éléments d'une structure conductrice à créer, qui prédetermine la densité limitée admissible de la disposition des éléments de la structure sans leurs contacts mutuels sur une unité d'une longueur ou d'une surface On connaît un procédé de déposition des éléments d'une structure conductrice sur une couche de matériau diélectrique (DE. 195 03 178 Al). Selon le procédé connu, on utilise le premier substrat en silicium sur lequel est appliquée une couche d'aluminium revêtu d'un oxyde et le deuxième substrat sur lequel est appliqué un compose chrome-nickel. On place lesdits substrats avec un jeu de façon à orienter lesdites couches l'une vers l'autre. On fait passer un rayonnement laser à travers le substrat pourvu d'une couche de composé chrome-nickel. En conséquence. I'oxyde d aluminium se déteriore sur le premier substrat et ledit composé chrome-nickel passe en phase gazeuse. Dans ce cas. le nickel se dépose sur la couche d'aluminium se trouvant à l'endroit de l'action du rayonnement laser, en formant avec l'aluminium une structure conductrice métallisée stratifiée en forme
d'un spot.
Pour créer un dessin d'une structure. il est nécessaire de réaliser le balayage
de la surface du substrat. ce qui augmente le temps de la réalisation de la structure.
Les dimensions minimales des éléments de ladite structure conductrice, qui peuvent être obtenues à l'aide de la méthode connue atteignent approximativement des centaines de nanomètres. Cet inconvénients est dû à ce que la longueur d'une onde du rayonnement de laser est assez grande et le faisceau de rayonnement de laser peut être foncalisé seulement jusqu'à une valeur voisine de 100 nm. En outre. à la suite de l'intercation avec la couche chrome-nickel, le faisceau se déverge et
le métal se repartit sur la surface de la couche d'aluminium de façon non contrôlée.
On connaît un procédé de formation d'un dessin selon lequel on utilise un rayon électronique (WO 95/26042). Ce procédé consiste à mettre un système de focalisation d'un faisceau d'électrons dans une chambre de réaction, à mettre, suivant l'axe du faisceau d'électrons, un masque et une plaque à traiter sur la surface de laquelle est appliquée une couche de matériau. susceptible de se transfomer sous l'action du rayonnement (photoresista). En utilisant un faisceau d'électrons on soumet la plaque à l'irradiation, en réalisant ainsi la transformation du matériau de la couche superficielle de la plaque. Un dessin prédéterminé est formé
sur la plaque grâce à la modulation tridimentionnelle du faisceau d'électrons.
Toutefois, pour réliser ledit procédé, on utilise une technologie utilisée sur une large échelle consistant à appliquer une couche de photoresista sur une plaque. qui permet d'appliquer ladite couche d'une épaisseur égale approximativement aux centaines de nanomètres (200 à 500 nm) ce qui ne permet pas de réaliser les éléments d'une dessin d'une structure conductrice dont les dimensions linéaires sont égales approximativement à quelques unités des nmanomètres En outre, selon le procédé connu, les éléments de la structure conductrice sont créés successivement. Dans ce cas. s'il est nécesaire d'assurer une haute densité de la disposition des éléments dans une structure conductrice à créer sur une unité de la surface. par exemple, d'un microchip, il faut dépenser une grande
durée de temps atteignant les centaines et les milliers d'heures.
On connait également un procédé de formation d'une structure conductrice métallique sur un substrat (brevet US M 5.459.098) qui consiste à appliquer, sur un substrat en matériau diélectrique. une couche de nitrure de métal et à irradier par un faisceau de laser. en conséquence, le nitrure de métal se décompose en une composante métallique conductrice solide, qui reste sur le substrat et en une composante gazeuse non conductrice, qui est évacuée pendant la réalisation du procédé. Dans ce cas, la trempérature de la décomposition du nitrure de métal est comprise entre 100 et 1000 dégrés C. L'épaisseur de la couche de nitrure de métal est de 8 mcm. Ce procédé est relise dans une chambre de réaction remplie d'un gaz inerte ou on crée dans celle-c; un vide requis. On forme un dessin prédéterminé à partir des éléments de la structure conductrice en effectuant le balayage de la surface du substrat par un faisceau de laser conformément à un programme imposé,
ce qui réduit le rendement du procédé.
Le pouvoir de résolution assuré par cette méthode n'est pas haut du fait que, dans ce cas, on ne réussit pas à obtenir les éléments distincts. dont les dimensions linéaires seraient égales à quelques unités nanomètriques mais on ne réussit pas à à les réaliser même pour les dimensions égales aux dizaines de nanomètres. Cet inconvénient est dû à ce qu'il est assez difficile de concentrer le spot de laser jusuqu'aux dimensions tellement petites. En outre, en agissant sur une couche de nitrure de métal, le faiceau de laser provoque sous l'effet de la conductibilité thermique, la diffusion du spot aboutissant à l'augmentation des dimensions
linéaires de chaque élément distinct de la structure conductrice. Ainsi, par suite de grandes longueurs des ondes du rayonnement de laser la méthode de lithographie optique est peu utilisable pour la fabrication des éléments d'une structure20 conductrice ayant les dimensions linéaires dans une plage nanométrique.
De plus. nous connaissons que ce procédé n'a pas été utilisé dans l'industrie sur une large échelle du fait que, dans ce cas, la rélisation des structures conductrices d'une grande longueur, par exemple, des câbles dans les microcircuits électroniques nécessite une grande durée atteignant approximativement des
centaines et des milliers d'heures.
Ainsi. toutes les méthodes connues sont caractérisées par le fait qu'elles sont réalisées en plusieurs étapes et nécessite une grande main d'oeuvre Dans le cas o le procédé est réalisé en une étape sa capacité de production est faible ce qui limite les domaines d'utilisation des procédés connus.30 Le but. de la présente invention est de mettre au point un procédé de formation d'une structure conductrice dans lequel en chosissant le type de l'action par un rayonnement modulé sur le matériau susceptible de se transformer sous l'action de ce rayonnement et en choisissant l'épaisseur de la couche dudit matériau on assurerait la possibilité de former la structure conductrice, dont les éléments
distincts auraient les dimensions linéaires égales à quelques unités nanomètriques.
L'autre but de la présente invention est de mettre au point une structure conductrice tridimensionnelle stratifiée qui permettrait de créer les circuits électroniques multicouches, par exemple, les circuits integres pour les technologies
de construction des ordinateurs.
Le problème posé est résolu à l'aide d'un procédé de formation d'une structure conductrice qui consiste à appliquer, sur un substrat. une couche de matériau susceptible de se transformer sous l'action du rayonnement en une couche de matériau conducteur et à irradier la coucher de matériau par un faisceau de rayonnement. caractérisé, selon l'invention, en ce que l'on applique la couche dudit matériau avec l'épaiseur comprise entre 2 et 20 nm et que l'on utilise un faisceau de particules chargées à l'aide desquelles on effectue la transformation du matériau de ladite couche sur les parties irradiées en une composante conductrice, qui forme, dans cette couche, une multitude d'éléments d'une structure conductrice et en une
structure non conductrice, déplacée dans le matériau du substrat.
Grâce à l'irradiation de la couche de matériau, susceptible de se transformer en une couche conductrice sous l'action du rayonnement par un faisceau de particules chargées, la longueur de l'onde desquelles est inférieure à la longueur du rayonnement optique (en particulier. du rayonnement de laser). le procédé revendiqué cermet de former, dans la couche dudit matériau. un élément de la structure conductrice. dont les dimensions sont extrêmement petites. En choisissant l'épaisseur de la couche dudit matériau dans les limites comprises entre 2 et 20 nm, on assure l'obtention d'un pouvoir de résolution désiré, c'est-à-dire. d'une disposition tr:dimensionnelle requise des éléments de la structure conductrice
conformément à une densité prédéterminée.
En général, grâce aux caractères susmentionnés. le procédé permet de réliser les 'éléments distincts d'une structure conductrice dont les dimensions
linéaires sont égales approximativement à quelques unités nanométriques.
Il est avantageux que l'on utilise. en qualité du matériau de ladite couche, un matériau semi-conducteur monophasé ou un matériau diélectrique métallique, comprenant. au moins, une première espèce des atomes et une deuxième espèce des atomes avec de différents numéros atomiques, en que, pour créer un faiscequ de particules chargées. on utilise les particules chargées, ayant. chacune, I'énergie transmise par ladite particule lors de son interaction avec les atomes du matériau de ladite couche pendant l'irradiation qui est inférieure à l'énergie de seuil du mélangeage des atomes de la première espèce et supérieure à l'énergie de seuil du déplacement des atomes de la deuxième espèce et que l'on réalise la transformation du matériau de ladite couche, en déplaçant les atomes de la deuxième espèce sur les parties irradiées de ladite couche à l'intérieur du matériau du substrat et en transformant les atomes de la première espèce sur les parties irradiées de ladite
couche en une multitude d'éléments de la structure conductrice.
Il est raisonnable que l'énergie transmise par une particule chargée lors de son interaction avec lesdits atomes dudit matériau de ladite couche soit déterminée à l'aide de la relation suivante: Emax = 4 E o M M2
(M + M2)
o E max est l'énergie maximale transmise de ladite particule chargée aux atomes de chaque espèce: E o est l'énergie de ladite particule chargée M l est est la masse de ladite particule chargée: M 2 est la masse dudit atome de chaque espèce avec lequel ladite particule
chargée entre en collision.
En utilisant en qualité du matériau appliqué sur la couche de substrat, le matériau ayant les propriétés exposées ci-dessus et aussi en utilisant le choix correspondant décrit des énergies des particules chargées. on cree. pendant le processus d'irradiation. les conditions favorables pour séparer ledit matériau en une composante conductrice et une composante non conductrice. dans ce cas, la composante non conductrice se déplace à l'intérieur du matériau du substrat et n'influe pas pratiquement sur les propriétés conductrices du substrat tandis que la composante conductrice reste dans la couche de matériau en formant alors une multitude d'éléments de la structure conductrie les dimensions linéaires desquels sont égales approximativement à quelques unités nonomètriques. Le déplacement de la composante non conductrice à l'intérieur du matériau du substrat est la propriété distinctive du procédé revendiqué, par comparaison avec les procédés connus selon lesquels la composante non conductrice est évacuée à l'espace environnant. Il est utile que l'on utilise, en qualité du matériau de la première couche choisi du groupe qui comprend les hydrures des métaux, les oxydes des métaux, les
nitrures des métaux.
Il est préférable d'utiliser l'hydrure de lanthane ou l'hydrure d'ytterbium en qualité de l'hydrure de métal; I'oxyde d'uranium en qualité de l'oxyde de métal; le
nitrure de gallium en qualité du nitrure de métal.
Selon les procédé connus. les matériaux susmentionnés sont utilisés assez raremement, mais notamment, ce sont ces matériaux qui permettent d'assurer le déplacement de la composante non conductrice à l'intérieur du substrat lors de la séparation en une composante conductrice et une composante non conductrice
pendant l'irradiation.
Il est préférable d'utiliser, en qualité du matériau du substrat, le matériau
choisi d'un groupe comprenant un matériau diélectrique. un matériau semi-
conducteur. un matériau conducteur.
Ainsi. le matériau du substrat ne doit pas satisfaire à quelques exigences particulières concernant sa conductibilité ce qui permet de former les structures conductrices sur les substrats à partir de tous matériaux quelconques prédéterminés, ce qui contribue à l'élargissement des possibilités technologiques du procédé. Il est avantageux que l'irradiation d'une couche de matériau appliqué sur un
substrat soit relise par un faisceau modulé d'électrons ou par un faisceau d'ions.
Ce mode de réalisation élève le pouvoir de résolution du procédé du procédé du fait que les faisceaux d'électrons et d'ions pourront être focalisés jusqu';aux dimensions nanométriques, en particulier, jusqu aux quelques unités ou dizaines de nonomètres. Il est rationnel que, pour former une structure conductrice tridimensionnelle, on utilise ladite couche de matériau après qu'une multitude d'éléments a été formée, dans celle-ci. on applique successivement une multitude de couches suivantes de matériau, susceptible de se transformer en une couche conductrice sous l'action du rayonnement agissant sur chaque couche précédente, après qu'une multitude d'éléments de la structure conductrice a =été formée. Dans ce cas, on relise l'application successive de chaque couche suivante sur chaque couche précédente en assurant l'épaisseur comprise entre 2 et 20 nm et on soumet, sucessivement, à l'irradiation, chaque couche suivante par un faisceau modulé de particules chargées et on transforme le matériau de chaque couche suivante sur ses parties irradiées en une composante conductrice, formant, dans chaque couche suivante, une multitude d'éléments de la structure conductrice et en une composante non conductrice,
déplacée à l'intérieur du matériau de la couche précédente.
Ainsi, on forme une structure conductrice tridimensionnelle stratifiée,. dans laquelle les dimesions de l'épaisseur de chaque couche sont identiques aux dimensions linéaires des éléments distincts de la structure conductrice, ce qui élève sensiblement le pouvoir de résolution et élargit le domaine d'application des structures conductrices fabriquées. La structure conductrice tridimensionnele peut être utilisée. par exemple, pour la fabrication de câbles destinés à relier les
éléments des circuits électroniques disposés dans des couches différentes.
Il est utile que l'on utilise en qualité du matériau pour chaque couche suivante. un matériau semi-conducteur monophasé ou un matériau diélectrique, comprenant, au moins. la première espèce des atomes et la deuxième espèce des atomes avec les différents numéros atomiques, que, pour créer un faisceau de20 particules chargées. on utilise les particules chargées. ayant, chacune, I'énergie transmise par cette particule. lors de son interaction avec les atomes du matériau de chaque couche suivante pendant le processus d'irradiation qui inférieure à l'énergie de seuil du mélangeage des atomes de la première espèce et supérieure à l'énergie de seuil du déplacement des atomes de la deuxième espèce. que l'on effectue la transformation du matériau de chaque couche suivante, en mélangeant les atomes de la deuxième espèce sur les parties irradiées de cette couche à l'intérieur du matériau de la couche précédente et en transformant les atomes de la première espèce sur les parties irradiées de chaque couche suivante en une multitude d'éléments de la structure conductrice.30 En utilisant, en qualité du matériau formant la deuxième couche et la couche
suivante de la structure conductrice. le matériau ayant les propriétés décrites ci-
dessus. et en utilisant le mode décrit corespondant pour choisir les énergies des particules chargées, on assure pendant le processus d'irradiation les conditions 2779007 identiques pour la séparation dudit matériau en une composante conductrice et une composante non conductrice de façon identique au mode de réalisation décrit pour la première couche de matériau. Dans ce cas, la composante non conductrice se déplace à l'intérieur du matériau de la première couche (précédente),qui sert du5 substrat pour la couche suivante. Les propriétés de la conductibilité de la couche précédente ne sont pas modifiées alors que la composante conductrice reste dans la couche du matériau en formant une multitude d'éléments d'une structure conductrice dont les dimensions linéaires sont égales apparoximativement à quelques unités nanométriques Il est désirable que l'énergie transmise par une particule chargée lors de son interaction avec lesdits atomes dudit matériau de ladite couche soit déterminée à l'aide de la relation suivante Emax=4Eo MI M2 (Mi + M2)2 o E max est l'énergie maximale transmise de ladite particule chargée aux atomes de chaque espèce: E o est l'énergie de ladite particule chargée; M 1 est est la masse de ladite particule chargée: M 2 est la masse dudit atome de chaque espèce avec lequel ladite particule
chargée entre en collision.
Il est utile que I'on utilise, en qualité du matériau de chaque couche suivante, le matériau choisi d'un groupe comprenant les hydrures de métaux, les oxydes des métaux. les nitrures de métaux. il est préférable que l'on utilise l'hydrure de latane ou I'hydrure d'ytterbium en
qualité de l'hydrure de métal, le dioxyde d'uranium en qualité de l'oxyde de métal, le nitrure de gallium en qualité de nitrure de métal.
Les matériaux cités dans les procédés connus sont utilisés de façon assez rare. mais ce sont ces métaux qui permettent d'assurer le déplacement de la composante non conductrice à l'intérieur d'une couche précédente pendant30 Irradiation l'irradiation lors de sa séparation en une composante conductrice et une
composante non conductrice.
Il est rationnel que l'on effectue l'irradiation de chaque couche suivante par
un faisceau modulé d'électrons ou un faisceau d'ions.
Il est utile de placer une couche intermédiaire de matériau diélectrique entre
chaque couche précédente et chaque couche suivante.
On assure ainsi la possibilité de former les microcircuits intégrés
multicouches ultra-grands.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de
celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de
ses modes de rélisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'un élément distinct d'une structure conductrice. en coupe longitudinale - la figure 2 représente une vue en coupe d'une structure conductrice tridimensionnelle stratifiée; - la figure 3 est une vue identique à la vue sur la figure 2 avec une couche
diélectrique placée entre les structures conductrices.
Le procédé revendiqué pour former une structure conductrice, selon l'invention, consiste en ce qui suit. On applique, sur un subsrat, une première couche de matériau susceptible de se transformer en une couche conductrice sous l'action d'un rayonnement. On applique cette couche de façon que son épaisseur soit comprise entre 2 et 20 nm. par exemple, par évaporation. On crée un faisceau20 de particules chargées. donc, un faisceau d'électrons ou d'ions. que l'on module et on l'oriente vers la couche de matériau à traiter. se trouvant sur le substrat. Les spécialistes cui travaillent dans ce domaine connaissent bien qu'il est possible de foncaliser les faisceaux d'électrons et d'ions jusqu'aux dimensions nanométrques, en particuliers. jusqu à quelques unités et dizaines de nanomètres du fait que la25 longueur d'une onde des particules chargées dans un faisceau est de plusieurs fois inférieure à la longueur d'une onde d'un rayonnement optique (en particulier d'un rayonnement de laser). Cette focalisation peut être assurée,. par exemple, dars les microscopes électroniques TECHNAT (firme PHILIPS) ou dans les installations FIB ( firme PHILIPS).30 L'irradiation de certaines parties de ladite couche de matériau par un faisceau de particules chargées aboutit à une transformation du matériaux sur ces parties en une composante conductrice qui forme. dans ladite couche. une multitude d'éléments de la structure conductrice et, en une composante non conductrice, Io déplacée à l'intérieur du matériau du substrat. On obteint cet effet grâce à ce que l'on choisit selon le procédé revendiqué une relation entre les énergies des particules chargées, la structure, la composition et les caractéristiques énergétiques
des atomes du matériau de la couche appliquée sur le substrat.
Selon le procédé revendiqué, on utilise, en qualité du matériau de la première couche, un matériau semi-conducteur monophasé ou un matériau diélectrique métallifère comprenant, au moins, la première et la deuxième espèces nucléaires des atomes avec de différents numéros atomiques qui sont caractérisés par une énergie de seuil du déplacement. Dans ce cas, chaque particule chargée formant un I0 faisceau possède une énergie transmise par cette particule lors de son interaction avec les atomes du matériau de la couche pendant le processus d'irradiation qui est inférieure à l'énergie de seuil du déplacement des atomes de la première espèce et supérieure à l'énergie du déplacement des atomes de la deuxièmes espèce. A la suite de l'irradiation de la couche de matériau. les atomes du métal qui. dans ce cas, sont les atomes de la première espèce. restent dans la couche de matériau sur les parties irradiées et forment les éléments d'une structure conductrice tandis que les autres atomes (de la deuxième espèce) se déplacent à l'intérieur du substrat sans
modifier pratiquement ses propriétés.
Selon le procédé revendiqué, on détermine l'énergie transmise par une particule chargée lors de son interaction avec lesdits atomes dudit matériau de ladite couche a l'aide de la relation suivante E max = 4 E o M M2
(M, + M2)
o E max est l'énergie maximale transmise de ladite particule chargée aux atomes de chaque espèce; E o est l énergie de ladite particule chargée M l est est la masse de ladite particule chargée: M 2 est la masse dudit atome de chaque espèce avec lequel ladite particule
chargée entre en collision.
Le procédé revendiqué est réalisé dans une installation installation technologie, dont le schéma est bien connu aux spécialistes qui tavail dqns ce domaine, et comprend une source de particules chargées (source d'électrons ou 1t d'ions) et, disposés dans une chambre de réaction, un masque, un système électronique ou ionique des lentilles de foncalisation et un subsrat revêtu du matériau. Pendant la réalisation du procédé, on crée, dans la chambre à réaction,
un vide requise ou on la remplit d'un gaz inerte.
L'épaisseur de la couche de matériau à appliquer sur le substrat doit être choisi dans la plage comprise entre 2 et 20 nm du fait qu'il est nécessaire de localiser la zone de l'interaction du faisceau de particules chargées avec un
matériau à transformer.
Maintenant, nous allons exposer les processus qui se produisent dans la couche dudit matériau sur l'une de ses parties pendant l'irradiation par les particules chargées. Les expériences ont fait apparaître qu'au fur et à mesure que le rayonnement émis depuis les particules chargées. en particulier, des électrons pénètre à l'intérieur d'un matériau il se produit sa dissipation sur les atomes du matériau suivie de la formation de la dissipation ultérieure. y compris de la
dissipation inverse des électrons.
Sous l'effet desdites relations entre les énergies des particules chargées, la structure, la composition et les caractéristiques énergétriques des atomes du matériau de la couche appliquée sur le substrat, une réaction est engendrée à l'intérieur dudit matériau analogue à la réaction qui se produit sur la surface de façon à former une composition conductrice et une composante non conductrice, déplacée à Il intérieur du matériau du substrat. Le processus de dissipation du rayonnement se produit dans le volume d'une demi-sphère et se déroule ensuite de façon à augmenter en profondeur qui dépend de la puissance du rayonnement. En résultat. un élément 1 (figure 1) de la structure conductrice se forme sur le substrat 2 sous forme d'une cruche à un goulot étroit. Il est évident, que pour assurer l'obtention des valeurs nominales des éléments de la structure conductrice (la mesure a été réalisée suivant la plus large partie). il est suffisant d'utiliser la partie supérieure de la structure obtenue. dont l'épaiseur est comprise entre 2 et 20 nm.L'application de la couche 3 dudit matériau ayant une telle épaisseur ne présente aucunes difficultés pour les technologies modernes et peut être réalisée,
par exemple. par une méthode de pulvérisation à plasma.
Dans le cas o l'on augemente l'épaisseur de la couche jusqu'à une valeur supérieure à 20 nm, les dimensions de certains éléments de structure conductrice 2779007 seront supérieures aux dimensions imposées alors que la réduction de l'épaisseur de la couche jusqu'à une valeur inférieure à 2 nm peut provoquer une perturbation de la continuité de la couche de matériau ce qui influera de façon négative sur la qualité de la structure conductrice formée.5 On utilise en qualité du matériau de la première couche, un matériau choisi d'un groupe comprenant les hydroxydes de métaux, les oxydes des métaux, les nitrures des métaux. En particulier, il est possible que l'on utilise l'hydrure de lanthane ou l'hydrure d'ytterbium en qualité de l'hydrure de métal, que l'on utilise le bioxyde d'uranium en qualité de l'oxyde et que l'on utilise le nitrure de gallium en10 qualité du nitrure de métal. Cependant, il est a noter que cet énumération n'est pas limitée et il est possible d'utiliser également d'autres hyrure, oxydes et nitrures de métaux. Dans ce cas, la structure conductrice peut être formée en forme d'un dessin à partir d'un semi-conducteur sur un substrat. en diélectrique ou un métal sous
forme d'un dessin à partir d'un métal sur un autre métal ou sur un semiconducteur.
Il s'ensuit que le procédé revendiqué assure de larges possibilités pourutiliser les propriétés conductrices des matériaux et permet de créer les structures
dans lesquelles les éléments distincts ont les dimensions prédéterminées égales approximativement à quelques unités nanométriques.
Comme l'on a déjà mentionné ci-dessus. il est possible d'utiliser. en qualité d'une source de particules chargées, une source d'électrons (canon électronique) ou une source d'ions en qualité duquel il est possible d'utiliser n'importe quelle source choisie parmi les sources connues telles que, par exemple, source d'ionisation thermique, source à décharge dans le gaz. source à plasma de surface. source à25 photodisorbtion etc. Ces constructions sont bien connues aux spécialistes qui travaillent dans ce domaine. Le type de la source de particules chargées et le régime de fonctionnement sont choisis à l'aide des calcules ou par un mode expérimental compte tenu des propriétés d'un matériad à transformer. Par exemple, dans le cas o on utilise de différents oxydes en qualité d'un matériau de la couche. il est possible d'utiliser une source d'ions. par exemple,
d'ions d'hydrogène pour assurer la rélisation des réaction de réduction.
Quand on utilise les nitrures ou les hydrures de métaux. il est possible
d'utiliser une source d'électrons.
Dans les cas particuliers de la réalisation du procédé revendiqué, il est possible d'utiliser au lieu des hydrures et des nitrures de métaux, un matériau, constitué par une solution solide d'un métal dans un diélectrique. Dans ce cas, il est possible d'utiliser également les oxydes des métaux ou l'oxyde de silicium.5 Dans le cas de l'utilisation des faisceaux électroniques on utilise un substrat ayant des trous sur les parties o devront être formés les éléments d'une structrure
conductrice. Pour former un dessin d'une structure conductrice. il est possible de moduler un faisceau de particules chargées à l'aide de différents procédés.
Par exemple, en moduilant conformément à l'intensité tout le faiceau de particules chargées en balayant simultanément le spot punctiforme suivant la surface d'une couche à traiter d'une matériau ou en réalisant la modulation tridimensionnelle lorsque l'on relise l'irradiation d'un masque par un faisceau de particules chargées formé de façon requise en appliquant, sur celui-ci, un dessin et,15 ensuite. on focalise le rayonnement modulé sur la couche de matériau sur le substrat. On connaît bien les deux méthodes de modulation et ces méthodes sont décrites. par exemple. dans les ouvrages consacrés à la lithographie, à la microscopie électronique à balayage ainsi qu'à la photolithographie. Le procédé revendiqué permet aussi de créer les structures conductrices tridimensionnelles. Apres avoir formé. dans la première couche 3 de matériau, les éléments 1 de la première structure conductrice, on applique. sur celle-ci, la deuxième couche 4 (figure 2) de matériau susceptible de se transfomer sous l'action des particules chargées. Dans ce cas. la première couche 3 sert, en réalité, du substrat pour la deuxième couche 4. dont l'épaisseur est choisie aussi dans la plage25 comprise entre 2 et 20 nm. Ensuite. on relise le procédé en opérant de la façon analogue au cas décrit pour la première couche de matériau 3 en tenant compte de toutes lesdites relations concernant l'énergie des particules. la structure et les propriétés du matériau de la deuxième couche. En résultat de l'irradiation, on forme, sur la deuixème couche 4 de matériau, les éléments distincts 5 de la structure conductrice. Dans ce cas. pour créer un dessin désiré. on utilise un masque d'une même configuration ou d'une autre configuration ce qui est illustré à la figure 2 sur laquelle est représentée la structure stratifiée. que l'on a obtenue en utilisant pour la formation de la structrure conductrice sur la deuxième couche de l'autre masque. Il est possible d'utiliser les masques identiques pour tirager en trois dimensions les
circuits électroniques.
En formant successivement les structures conductrices sur chaque couche, on forme une structure conductrice stratifiée tridimensionnelle ayant l'épaiseur de chaque couche identique aux dimensions linéaires des éléments distincts 1,5 de la
structure conductrice.
Selon le procédé revendiqué, il est possible de réliser les structures conductrice tridimensionneles stratifiées, dont les couches distinctes sont séparées l'une de l'autre par une couche 6 de matériau diélectrique de manière représentée à la figure 3. Dans ce cas après avoir formé la première structure. on applique, sur celle-ci, une couche 6 de matériau diélectrique d'une épaisseur prédéterminée sur laquelle on applique. à son tour, une couche 4 de matériau. susceptible de se transformer en une couche conductrice sous l'action du rayonnement. Ensuite. on relise le procédé en opérant suivant la succession exposée ci-dessus. Les structures conductrices tridimensionnelles obtenues peuvent être utilisées pour
créer les ultra-grands circuits integrés.
Pour une meilleure compréhension de l'essence du procédé revendiqué et des ses avantages. on décrit ci-après des exemples concrets non limitatifs de sa rélisatlon.
Exemole 1.
On applique une couche de hydrure de lanthane ayant l'épaisseur de 2. 4. 8.
ou 20 nm sur un substrat en oxyde de silicium en forme d'une plaque de 5x5x0.4 mm selon une méthode connue. Ensuite. on met ce substrat dans une chambre de réaction d'une installation technologique. décrite cl- dessus. et on le fixe dans une monture. On place devant la monture un masque en tungstène dont les dimensions sont de 20x20x0,1 mm dans laquel est réalisé un dessin en forme des trous rondes dont le diamètre est de 100 nm et les lignes sont de 100 nm de largeur et de 30 nm de longueur, la distance entre les éléments du dessin étant de 1l00O nm. En utilisant une pompe turbomoléculaire et puis une pompe d'ions on crée. dans la chambre de30 réaction. une dépression de 10 torr. En qualité d'une source de particules chargées on utilise un canon d'électrons à thermocathode en tungstène. L'énergie moyenne des électrons est de 200 KeV. et l'intensité du courant du faisceau d'électrons est de 1 mcA. Le procédé revendiqué a été réalisé sur les couches d'hydrure de lanthane
dont l'épaisseur est de 2, 4, 8, 10, 20 nm. Les résultats sont cités dans le tableau 1.
Exempfe 2.
Le procédé est relise avec les paramètres identiques à ceux de l'exemple 1, mais dans ce cas, on utilise le nitrure de gallium en qualité du matériau susceptible
de la transformation. Les résultats sont cités eux aussi dans le tableau 1.
Exemple 3.
Les procédé est relisé avec les paramètres identiques à ceux de l'exemple 1 mais, dans ce cas, on utilise une source de protons assurant la génération des ions d'hydrogène à énergie de 1 KeV, en qualité de la source des particules chargées. La couche d'hydrure d'yttenrium est appliquée sur le substrat. Les résultats sont cités
dans le tableau 2.
Exemple 4.
Le procédé est ralisé selon le mode analogue à l'exemple 2. mais dans ce cas on utilise le dioxyde d'uranium en qualité d'un matériau susceptible de la
transformation. Les résultats sont cités dans le tableau 2.
Exemple 5.
Le procédé est réalisé selon le mode analogue aux exemples 1 et 2. mais, dans ce cas. on utilise l'oxyde de lanthane l'une épaisseur de 10 nm en qualité du matériau susceptible de la transformation On obtient une structure conductrice comprenant les éléments dont la dimension est de 10 nm, sur laquelle on applique
une couche de diélectnrque en oxyde de silicium d'une épaisseur de 100 nm. puis.
on applique de nouveau l'oxyde de lanthane d'une épaisseur de 10 nm On effectue le rayonnement de la couche formée avec les mêmes paramètres en utilisant le masque, dont le dessin ne coïncide pas avec le dessin du masque. utilisé lors de la formation de la première structure conductrice. En résultat, on obtient sur la deuxième couche la structure conductrice, les dimensions des éléments de laquelle
sont de 10 nm.
Ainsi, l'invention revendiquée permet de réaliser tant les structures conductrices plates que les structures conductrices tridimensionnelles dans lesquelles les dimensions des éléments distincts sont obtenues jusqu'à quelques
unités nonométriques ce qui élève sensiblement le pouvoir de résolution.
Exemple 6.
Le procédé est ralisé de la manière analogue à l'exemple 1, mais, dans ce cas, on utilise l'oxyde de lanthane d'une épaisseur de 10 nm en qualité du matériau de la couche. Pendant l'irradiation de ladite couche par un faisceau d'électrons5 ayant les énergies de 200 KeV les atomes du lanthane restent dans la couche alors que les atomes de l'oxyde se déplacent à l'intérieur du matériau du substrat.L'énergie de seuil du déplacement des atomes du lanthane est supérieure à 20 eV, tandis que l'énergie de seuil du déplacement de l'oxygène est inférieure à 5 eV. En conséquence. on réalise à partir du lanthane, une structure conductrice dans
laquelle les dimensions des éléments distincts sont égales à 5 nm.
Exemple 7.
Le procédé est réalisé aussi de la manière analogue à!'exemple 3. mais dans ce cas. on utilise l'oxyde de tungestène d'une épaisseur de 10 nm en qualité du matériau de la couche. La masse des protons est égale à 1. l'énergie des protons est de 900 eV. L'énergie de seuil du déplacement de l'oxygène est de 100 eV En conséquence. on a obenu la structure conductrice en tungstène dans laquelle les dimensions des éléments distincts sont de 8 nm
Exemple 8.
Le procédé est réalisé de la manière analogue à l'exemple7.L'irradiation est réalisée par les protons dont l'énergie est de 900 eV. En qualité du matériau de la couche on utilise PbHfO d'une épaisseur de 10 nm. L énergie maximale transmise par les protons est égale dans le cas des atomes de l'oxygène à 199 eV. dans le cas
des atomes du hafnium à 20,2 eV, dans le cas des atomes du plomb à 17,4 eV.
L'Energie de seuil du déplacement pour ces atomes est égale respectivement à 60 eV, 31 eV, 25 eV. I s'ensuit qu'en irradiant un tel matériau par les protons on effectue la formation des éléments conducteurs à partir des atomes du hafinium et
du plomb et l'implantation des atomes de l'oxygène dans le matériau du substrat.
Ainsi. on a obtenu la structure conductrice dans laquelle les dimensions des
éléments distincts sont égales à 7 nm.
Tableau 1
Matériau Energie moyenne des Epaisseur de la Dimension de l'élément électrons, KeV couche,nm de la structure conductrie
2 5
4 I7
hydrure de lanthane 200 8 12
15
I 28
2 6
|i ^4 8 nitrure de gallium 200 8 14
J 10 1 7
1 20 1 30
Tableau 2
Matqriau Energie moyenne des Epa:sseur de la couche, Dimensiond'un ment ions, KeV nm du dessin, nm
| 1 2 3
|} +4 5
hydrure d'ytterbium 8 10
1 12
25
|| 2 35
4 5,5
dioxyde d'uranium 8 11
13,5
I2 202 27
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées, par l'homme de l'art, aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non
limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention.
Ix
REVEDICATIONS
1. Procéde de formation d'une structure conductrice consistant à appliiquer, sur un substrat, une couche de matériau susceptible de se transformer en une couche de matriau conducteur sous l'action du rayonnement, à irradier ladite couche de matériau par un faisceau modulé de rayonnement, c a r a c t é r i s é en ce que5 I'on applique ladite couche de matériau d'une épaisseur comprise entre 2 et 20 nm et en ce que l'on utilise. en qualité du rayonnement, un faisceau de particules
chargées au moyen desquelles est réalisée la transformation du matériau de ladite couche sur ses parties irradiées en une composante conductrice. qui forme, dans cette couche. une multitude d'éléments d'une structure conductrice et en unejocomposante non conductrice. déplaçable à l'intérieur du matériau du substrat.
2. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utiiise, en qualité du matériau de ladite couche, un matériau semi-conducteur monophasé ou un matériau diélectrique métallifère, comprenant, au mois, la première et la deuxième espèces nucléaires des atomes15avec les différents numéros atomiques. en ce que, pour créer un faisceau de particules chargées, on utilise les particules chargées ayant chacune, I'énergie transmise par cette particule pendant quelle interactionne avec les atomes du matériau de ladite couche pendant le processus d'irradiation inférieure à l'énergie de seuil du mélangage des atomes de la première espèce et supérieure à l'énergie de seuil du déplacement des atomes de la deuxième espèce et en ce que l'on réalise la transformation du matériau de ladite couche en déplaçant les atomes de !a deuxième espèce sur les parties irradiées de ladite couche à l'intérieur du matériau du substrat et en transformant les atomes de la premièere espèce sur les parties irradiées de ladite couche en une multitude d'éléments de la structure
conductrice.
3. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 2. c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine l'énergie transmise une particule chargée lors de son interaction avec lesdits atomes dudit matériau à l'aide de la relation suivante E max = 4Eo Mi M2 (Ml + M2): o -E max est l'énergie maximale transmise de ladite particule chargée aux atomes de chaque espèce 5. Eo est l'énergie de ladite particule chargée; M 1 est est la masse de ladite particule chargée; M 2 est la masse dudit atome de chaque espèce avec lequel ladite particule
chargée entre en collision.
4. Procédé de formation d'une structure conductrice, selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise, en qualité du matériau de ladite première couche, le matériau choisi du groupe, comprenant les hydrures des
matériaux, les oxydes des matériaux, les nitrures des métaux.
5. Procédé de formation d'une structure conductrice, selon la revendication 4, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise!'hydrure de lanthane ou l'hydrure
d'ytterbium en qualité de l'hydrure de métal.
6. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon!a revendication 4, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise le dioxyde d'uranium en qualité de l'oxyde
du métal.
7. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 3, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise le nitrure de gallium en qualité du nitrure du métal 8 Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 4, c a r a c t ê r i s é en ce que l'on utilise,en qualité du matériau du substrat, le
matériau choisi du groupe comprenant un matériau diélectrique. un matériau semi-
conducteur. un matériau conducteur 9. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 1, c a r a c t ér i s é en que l'on effectue!'irradiation de ladite couche du matériau
par un faisceau modulé d'électrons.
10. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'on efectue l'irradiation de ladite couche du
matériau par un faisceau modulé d'ions.
11. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utlise ladite couche de matériau, après qu'une multitude d'éléments de la strcture conductrice a été formée dans celle-ci, en qualité du substrat pour créer une structure conductrice tridimentionnelle que l'on applique successivement une multitude de couches suivantes de matériau susceptible de se transformer en couche conductrice sous l'action de l'irradiation, sur chaque couche précédente après qu'une multitude d'éléments de la strcture conductrice a été formée sur celle-ci. en ce que l'on applique successivement chaque couche
suivante sur chaque couche précédente avec l'épaisseur comprise entre 2 et 20 nm.
et en ce que l'on efectue sucessivement l'irradiation de chaque couche suivante par un faisceau modulé des particules chargées et on transforme le matériau de chaque couche suivante sur ses parties irradiées en une composante conductrice, qui forme, dans chaque couche suivante, une multitude d'éléments de la structure conductrice et une composante non conductrice, déplaçable à l'intérieur du matériau de la couche précédente 12. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 1il, c a r a c t é r i s ê en ce que l'on utilise en qualité du matériau pour chaque couche suivante, un matériau semi- conducteur monophasé ou un matériau diélectrique métallifère. comprenant, au moins. la première espèce des atomes et la deuxième espèce des atomes avec les différents numéros atomiques, en ce que, pour créer un faisceau de particules chargées.on utilise les particules chargées, ayant, chacune I'énergie transmise par cette particule, lors de son interaction avec les atomes du matériau de chaque couche suivante pendant le processus d'irradiation inférieure a l'énergie de seuil du mélangeage des atomes de la première espèce et supérieure à l'énergie de seuil du déplacement des atomes de la deuxième espèce, en ce que l'on effectue la transformation du matériau de chaque couche suivante en mélangeant les atomes de la deuxième espèce sur les parties irradiées de cette couche à l'intérieur du matériau de la couche précédente et en transformant les atomes de la première espèce sur les parties irradiées de chaque
couche suivante en une multitude d'éléments de!a substance conductrice.
13. Procédé de formation d'une structure conductrice, selon la revendication 2, c a r a c t é r i s é en ce que l'on détermine l'énergie transmise par une particule chargée pendant son interaction avec lesdits atomes dudit matériau de ladite couche à l'aide de la relation suivante: Emax=4Eo MIM2
(MI + M2)
o E max est l'énergie maximale transmise de ladite particule chargée aux atomes de chaque espèce; E o est l'énergie de ladite particule chargée; M l est est la masse de ladite particule chargée; M 2 est la masse dudit atome de chaque espèce avec lequel ladite particule
chargée entre en collision.
14. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 1011, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise en qualité du matériau de la couche suivante, le matériau choisi du groupe comprenant les hydrures de métaux, les oxydes de métaux, les nitrures de métaux. 15. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 14, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise l'hydrure de lanthane ou l'hydrure
d'ytterbium en qualité de l'hydrure de métal.
16. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication
14, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise le dioxyde d'uranium en qualité de l'oxyde de métal.
17 Procédé de formation d'une structure conductrice, c a r a c t é r i s é en
ce que l'on utilise le nitrure de gallium en qualité du nitrure de métal.
18. Procédé de formation d'une structure conductrice selon la revendication 12, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise en qualité de chaque couche précédente, le matériau choisi du groupe comprenant un matériau diélectrique, un matériau semi-conducteur. un mate!iau conducteur25 19. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication
11, c a r a c t é r i s é en ce que l'on efectue l'irradiation de chaque couche suivante par un faisceau modulé d'électrons.
20. Procédé de formation d'une structure conductrice. selon la revendication 11, c a r a c t é r i s é en ce que l'on effectue l'irradiation de chaque couche
suivante par une faisceau modulé d'ions.
21 Procédé de formation d'une structure conductrice, selon la revendication 11, c a r a c t é r i s é en ce que l'on place une couche intermédiaire de matériau
diélectrique entre chaque couche précedente et chaque couche suivante.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98109498/25A RU2129320C1 (ru) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Способ формирования проводящей структуры |
Publications (2)
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