FR2784228A1 - PROCEDE DE FORMATION D'UN FILM ANTIREFLECHISSANT SiON, NON-POLLUANT VIS-VIS DES RESINES PHOTORESISTANTES POUR U.V. LOINTAIN - Google Patents

PROCEDE DE FORMATION D'UN FILM ANTIREFLECHISSANT SiON, NON-POLLUANT VIS-VIS DES RESINES PHOTORESISTANTES POUR U.V. LOINTAIN Download PDF

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Abstract

Le procédé selon l'invention comprend, avant l'introduction du substrat de silicium dans la chambre du réacteur et le dépôt sur le substrat par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma du film de SiON et le traitement du film déposé pour un plasma d'oxygène, un nettoyage de la chambre du réacteur comportant une étape de purge de la chambre au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène suivie d'une étape de dépôt à blanc de SiON par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Application à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs.

Description

I
PROCÉDÉ DE FORMATION D'UN FILM ANTIRÉFLÉCHIIISSANT SION,
NON-POLLUANT VIS-A-VIS DES RÉSINES PHOTORÉSISTANTES POUR
UV LOINTAIN
La présente invention concerne de manière générale un procédé de formation sur une surface d'un substrat semiconducteur d'un film d'oxynitrure de silicium (SiON) antiréfléchissant et plus
particulièrement un tel film antiréfléchissant qui soit non polluant vis-
à-vis des résines photorésistantes, et plus précisément les résines photorésistantes pour ultraviolet lointain ou à amplification chimique,
utilisées au cours du processus de fabrication de dispositifs semi-
conducteurs tels que des circuits intégrés.
L'évolution continuelle de l'industrie des semi-conducteurs vers la fabrication de circuits intégrés de géométrie toujours décroissante a conduit à un accroissement des problèmes liés à la formation des masques photorésistants pour la photolithogravure des circuits. Des réflexions parasites dues aux matériaux sous-jacents
entraînent une distorsion des motifs photorésistants obtenus.
Ce problème est aggravé dans le cas des technologies inférieures à 0, 25rm o on utilise pour la photolithogravure des rayonnements UV lointain (longueur d'onde de 248nm ou moins) et des
résines pour UV lointain ou à amplification chimique (résine DUV).
Pour remédier à ce problème de réflexions parasites, on a interposé un film antiréfléchissant entre la surface du substrat à
photolithographier et la couche de résine photorésistante.
Divers matériaux, tels que Si3N4, l'oxynitrure de silicium, ont
été proposés pour réaliser ces films antiréfléchissants.
Malheureusement, lorsqu'on réalise une photolithographie en UV lointain à l'aide d'une résine pour UV lointain ou à amplification chimique sur un film antiréfléchissant, par exemple en oxynitrure de silicium, on voit apparaître un "pied" à l'interface entre la résine et le film d'oxynitrure de silicium dû à une interaction entre l'azote contenue dans le film et la résine. L'apparition de ce "pied" nuit à
l'étape suivante de gravure et au réglage dimensionnel du motif gravé.
Pour pallier cet inconvénient, on a proposé de former sur le film antiréfléchissant - d'oxynitrure de silicium une mince couche
d'oxyde de silicium au moyen d'un plasma d'oxygène.
La couche d'oxyde de silicium doit être aussi mince que possible pour ne pas dégrader les propriétés optiques du film antiréfléchissant et en faciliter le retrait lors des étapes de
photolithogravures ultérieures.
D'autre part, la réalisation du plasma d'oxygène in situ (c'est-
à-dire dans la même chambre de réacteur que celle dans laquelle on a effectué le dépôt du film antiréfléchissant de SiON) entraîne la formation de particules sur les substrats suivants introduits dans la chambre du réacteur. Cette contamination des substrats nuit à la
qualité des dispositifs semi-conducteurs réalisés.
La présente invention a donc pour objet un procédé de formation sur un substrat semi-conducteur d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium non polluant vis-à-vis des résines photorésistantes, en particulier pour la photolithogravure en UV lointain et qui évite la contamination de dépôts antiréfléchissants d'oxynitrure de silicium formés dans le même réacteur sur des
substrats introduits successivement.
Selon l'invention, le procédé de formation sur chacun d'une série de substrats semi-conducteurs en silicium introduits successivement dans une même chambre d'un réacteur, d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium, non polluant vis-à-vis des résines photorésistantes pour UV lointain comprend une étape de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium et le traitement du film antiréfléchissant par un plasma d'oxygène, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'avant l'introduction successive de chacun des -3 substrats, la chambre du réacteur est nettoyée par a) une étape de purge de la chambre du réacteur au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène; puis b) une étape de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à partir de gaz précurseurs. Dans l'étape de purge (a), au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène, le gaz utilisé est un gaz fluoré tel que CF4, C2F6, NF3 et SF6, de préférence CF4. Les conditions de réalisation du plasma
sont par ailleurs classiques.
La durée de cette étape de purge (a) est généralement de 10 à
secondes.
Cette étape de purge est essentielle, car elle permet de consommer la quasi-totalité de l'oxygène résiduel dans la chambre
suite au traitement d'un substrat précédent.
L'étape (b) de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium se fait dans les mêmes conditions que le dépôt classique du film
antiréfléchissant de SiON.
Ainsi, pour réaliser le dépôt PECVD à blanc de SiON, on peut utiliser comme gaz précurseurs, N20 et SiH4 avec les débits appropriés, et un générateur haute fréquence fonctionnant par exemple à 380 kHz. La durée du dépôt à blanc est généralement de l'ordre de 1
à 60 secondes.
Cette étape de dépôt à blanc permet de fixer les particules
restantes dans la chambre sur les parois de la chambre du réacteur.
Le dépôt du film de SiON antiréfléchissant s'effectue dans les mêmes conditions et sa durée est déterminée de manière à obtenir une
couche d'épaisseur voulue, généralement de l'ordre de 15 à 30 nm.
Le traitement par plasma d'oxygène est classique.
On peut utiliser pour créer le plasma d'oxygène, le même générateur HF que précédemment. La durée de traitement peut varier de quelques secondes à 1 minute ou plus, mais est généralement de 10
à 60 secondes et dépend également de la puissance du générateur HF.
Ainsi, on peut utiliser un débit d'oxygène de 1000 cm3 standard / minute, une puissance HF de 500 W à 1000 W et une durée de traitement de 10 à 60 secondes pour modifier le film de
SiON sur une profondeur de 3 à 4 nm.
L'effet du plasma d'oxygène sur le film de SiON a été mesuré à l'aide d'un ellipsomètre spectroscopique et en mesurant la vitesse de gravure dans des bains d'acide fluorhydrique et orthophosphorique. Ces mesures ont confirmé la présence d'une couche d'oxyde de silicium de quelques nanomètres. Cette couche d'oxyde de silicium est suffisante pour empêcher toute interaction entre l'azote du film SiON
antiréfléchissant et la résine DUV.
Une fois le film de SiON antiréfléchissant déposé selon le procédé de l'invention, la suite du processus de fabrication du
dispositif semi-conducteur s'effectue de manière classique.
Toutefois, il est préférable d'éliminer le film de SiON avant l'étape de dépôt des espaceurs, car avant cette étape de dépôt des espaceurs, on procède généralement à une réoxydation classique de la grille, étape qui transformerait le film de SiON en film de SiOXNY qui
est difficilement éliminable.
A titre d'exemple, on peut éliminer le film de SiON traité par plasma d'oxygène par trempage successif dans une solution de HF diluée (30s environ) et trempage dans une solution de H3PO4
(2 minutes environ).
Ce retrait est sélectif vis-à-vis de l'oxyde de grille et est
intégré vis-à-vis de la zone active.
Le dispositif peut alors être nettoyé de manière classique au moyen d'une solution SCI (H202 / NH4OH), rinçage à l'eau déionisée et séchage avant de procéderà une réoxydation de la grille (10 mn
environ) et au dépôt des espaceurs.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Procédé de formation sur chacun d'une série de substrats semiconducteurs en silicium introduits successivement dans une même chambre d'un réacteur, d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium, nonpolluant vis-à-vis des résines photorésistantes pour ultra-violet lointain (résine DUV), comprenant une étape dépôt
chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) d'un film anti-
réfléchissant d'oxynitrure de silicium et le traitement du film antiréfléchissant par un plasma d'oxygène, caractérisé en ce que avant l'introduction successive de chacun des substrats, la chambre du réacteur est nettoyée par: a) une étape de purge de la chambre du réacteur au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène; puis b) une étape de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium par dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma à partir de gaz
précurseurs.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
plasma gazeux exempt d'oxygène est un plasma d'un gaz fluoré.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le
gaz fluoré est choisi parmi CF4, C2F6, NF3 et SF6.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que l'étape de purge (a) dure de 10 à 60 secondes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que dans l'étape (b) de dépôt à blanc, les gaz
précurseurs sont N20 et SiH4.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que l'étape (b) de dépôt à blanc dure de 1 à
secondes.
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