FR2936094A1 - ETCHING METHOD USING MULTILAYER MASKING STRUCTURE - Google Patents

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Abstract

Le procédé de gravure d'une couche cible comporte la formation sur la couche cible (1) d'une structure multicouche (2) ayant une couche de masque dur inorganique (4) disposée sur ladite couche cible (1 ), elle-même recouverte par un masque (5) comportant un réseau de motifs nanométriques. La couche de masque dur inorganique (4) comporte une couche mince d'oxyde métallique d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. Le réseau de motifs nanométriques du masque (5) est transféré dans la couche cible (1) par gravures successives.The method of etching a target layer comprises forming on the target layer (1) a multilayer structure (2) having an inorganic hard mask layer (4) disposed on said target layer (1), itself covered by a mask (5) comprising a network of nanometric patterns. The inorganic hard mask layer (4) has a thin metal oxide layer less than or equal to 10 nm thick. The network of nanometric patterns of the mask (5) is transferred into the target layer (1) by successive etchings.

Description

1 1

Procédé de gravure utilisant une structure de masquage multicouche Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé de gravure d'un réseau de motifs nanométriques sur une couche cible assurant un transfert vertical des structures. Le procédé comporte la formation sur la couche cible d'une structure multicouche ayant une couche de masque dur inorganique, disposée sur la couche cible. Cette couche est recouverte par un masque comportant le réseau de motifs nanométriques. Le procédé comporte également le transfert, dans la couche cible, du réseau de motifs nanométriques du masque par gravures successives. État de la technique TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method of etching an array of nanometric patterns on a target layer ensuring a vertical transfer of the structures. The method includes forming on the target layer a multilayer structure having an inorganic hard mask layer disposed on the target layer. This layer is covered by a mask comprising the network of nanometric patterns. The method also comprises the transfer, in the target layer, of the network of nanometric patterns of the mask by successive etchings. State of the art

Confrontées à la miniaturisation des dispositifs électroniques et notamment, afin de répondre aux spécifications dimensionnelles des futures générations de circuits intégrés, les technologies de lithographie optique, comme la photolithographie 193 nm ou la photolithographie utilisant le rayonnement UltraViolet extrême (EUV) ou la lithographie électronique (( e-beam ), se sont considérablement développées pour permettre de transférer un réseau de motifs sur un substrat, en particulier de silicium. Le développement des nanotechnologies a permis de repousser les limites de résolutions des techniques conventionnelles. Notamment, M. P. Stovkovich et aI, décrivent dans l'article "Block copolymers and conventional lithography" (materials today, sept 2006, vol 9, n° 9, P.20-29), une technique de grapho-épitaxy, basée sur l'intégration de copolymères diblocs dans la lithographie conventionnelle, afin d'améliorer la résolution de cette technologie et d'atteindre des dimensions de motifs d'environ 20 nm. Dans ces conditions, 2 Faced with the miniaturization of electronic devices and in particular, in order to meet the dimensional specifications of future generations of integrated circuits, optical lithography technologies, such as 193 nm photolithography or photolithography using UltraViolet extreme radiation (EUV) or electronic lithography ( (e-beam), have developed considerably to allow to transfer a network of patterns on a substrate, in particular of silicon.The development of nanotechnologies has made it possible to push back the resolution limits of conventional techniques, notably MP Stovkovich and aI, describe in the article "Block copolymers and lithography" (materials today, Sept 2006, vol 9, n ° 9, P.20-29), a grapho-epitaxy technique, based on the integration of diblock copolymers in the conventional lithography, to improve the resolution of this technology and to achieve di pattern sizes of about 20 nm. In these circumstances, 2

l'utilisation de copolymères diblocs impose de travailler sous une épaisseur limite, d'environ 30 nm, afin d'obtenir une grande uniformité dans la taille des motifs. Avec de telles épaisseurs, la sélectivité de gravure n'est alors plus assez bonne pour transférer directement le masque vers le substrat. the use of diblock copolymers requires working at a limiting thickness of about 30 nm in order to obtain a great uniformity in the size of the patterns. With such thicknesses, the etch selectivity is then no longer good enough to directly transfer the mask to the substrate.

Pour conserver l'intégrité des motifs réalisés, lois du transfert vers le substrat, de nouvelles techniques de nano-structuration ont été mises au point. Ces techniques permettent d'obtenir des structures de masque multicouche améliorant la qualité du transfert du réseau des motifs à l'échelle ~o nanométrique vers le substrat. Ainsi, Wai-kin Li et al, dans l'article Creation of sub-20nm contact using diblock copolymer on a 300mm wafer for complementary metal oxide semiconductor applications (J. Vac. Sci. Technol. B25 (6), Nov/Dec 2007, P. 1982 - 1984) décrit un procédé de formation d'un réseau de motifs de dimension inférieure à 20nm, à partir d'un 15 copolymère dibloc poly(styrène-block-méthylméthacrylate) noté PS-b-PMMA. Cet article mentionne, également, une structure tricouche correspondant à l'empilement de la couche polymère sur une double couche de masque dur, une de nitrure de silicium, l'autre d'oxyde de silicium. Cette structure permet le transfert du réseau de motifs, réalisé dans la couche de polymère, vers le 20 substrat avec un rapport d'aspect relativement élevé. Néanmoins, la sélectivité n'est pas suffisamment bonne pour permettre un contrôle dimensionnel satisfaisant. To preserve the integrity of the patterns made, laws of the transfer to the substrate, new nano-structuring techniques have been developed. These techniques make it possible to obtain multilayer mask structures that improve the quality of the pattern transfer at the nanoscale to the substrate. Thus, Wai-kin Li et al, in the article Creation of sub-20nm contact using a diblock copolymer, has 300 mm wafer for complementary metal oxide semiconductor applications (J. Vac, Sci Technol, B25 (6), Nov / Dec 2007 1982 - 1984) discloses a method of forming an array of patterns smaller than 20 nm in size from a poly (styrene-block-methylmethacrylate) diblock copolymer designated PS-b-PMMA. This article also mentions a three-layer structure corresponding to the stack of the polymer layer on a double layer of hard mask, one of silicon nitride and the other of silicon oxide. This structure allows the transfer of the pattern grating, made in the polymer layer, to the substrate with a relatively high aspect ratio. Nevertheless, the selectivity is not good enough to allow satisfactory dimensional control.

De même, la demande de brevet W02007/103343 décrit, plus 25 particulièrement, une structure tricouche constituée d'une couche de carbone amorphe formant un premier masque dur, une couche inorganique formant un second masque dur et une résine sensible à la lumière qui permet de définir les motifs par lithographie optique. Le procédé de gravure utilisant cette structure de masquage inclut une étape de décapage permettant de 30 réduire la dimension des motifs transférés mais uniquement jusqu'à environ 63nm. Likewise, patent application WO2007 / 103343 describes, more particularly, a three-layer structure consisting of an amorphous carbon layer forming a first hard mask, an inorganic layer forming a second hard mask and a light-sensitive resin which allows to define the patterns by optical lithography. The etching process using this masking structure includes a stripping step to reduce the size of the transferred patterns but only up to about 63 nm.

Objet de l'invention Object of the invention

L'objet de l'invention a pour but de proposer un procédé de gravure utilisant une structure de masquage multicouche et des plasmas de gravure spécifiques, permettant le transfert d'un réseau de motifs nanométriques avec une résolution élevée et un bon contrôle dimensionnel, tout en remédiant aux inconvénients de l'art antérieur. The object of the invention is to propose an etching method using a multilayer masking structure and specific etching plasmas, allowing the transfer of a network of nanometric patterns with a high resolution and a good dimensional control, while by overcoming the disadvantages of the prior art.

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que la couche de masque dur 10 inorganique comporte une couche mince d'oxyde métallique, d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. According to the invention, this object is achieved by the fact that the inorganic hard mask layer comprises a thin layer of metal oxide with a thickness of less than or equal to 10 nm.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la structure multicouche comporte une couche de masque dur organique disposée enivre la couche cible et la 15 couche de masque dur inorganique. According to a preferred embodiment, the multilayer structure comprises an organic hard mask layer disposed into the target layer and the inorganic hard mask layer.

Description sommaire des dessins Brief description of the drawings

20 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre des modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of the particular embodiments of the invention given as non-restrictive examples and represented in the accompanying drawings, in which:

25 Les figures 1 à 7 représentent, schématiquement et en coupe, différentes étapes successives d'un premier mode de réalisation d'un procédé de gravure d'une structure multicouche. Figures 1 to 7 show, schematically and in section, different successive steps of a first embodiment of a method of etching a multilayer structure.

Les figures 8 à 12 représentent, schématiquement et en coupe, différentes 30 étapes successives d'un second mode de réalisation d'un procédé de gravure d'une structure multicouche. 3 4 Figures 8 to 12 show, schematically and in section, different successive steps of a second embodiment of a method of etching a multilayer structure. 3 4

Description de modes particuliers de réalisation Description of particular embodiments

Selon un premier mode de réalisation, le procédé de gravure d'une couche cible 1, illustré à titre d'exemple, aux figures 1 à 7, comporte la formation d'une structure multicouche 2 sur la couche cible 1 (figure 1). La structure multicouche 2 est constituée d'un empilement de couches. Comme représenté à la figure 1, la structure multicouche 2 comporte successivement (de bas en haut sur la figure 1), une couche de masque dur organique 3, disposée sur la couche cible 1, une couche de masque dur inorganique 4, io disposée sur la couche de masque dur organique 3 et un masque 5 comportant un réseau de motifs nanométriques. According to a first embodiment, the method of etching a target layer 1, illustrated by way of example, in FIGS. 1 to 7, comprises the formation of a multilayer structure 2 on the target layer 1 (FIG. 1). The multilayer structure 2 consists of a stack of layers. As shown in FIG. 1, the multilayer structure 2 comprises successively (from bottom to top in FIG. 1), an organic hard mask layer 3, disposed on the target layer 1, an inorganic hard mask layer 4, disposed on the organic hard mask layer 3 and a mask 5 comprising a network of nanometric patterns.

La couche cible 1 est la couche dans laquelle le réseau de motifs nanométriques du masque 5 doit être transféré. Cette couche cible 1 est 15 principalement destinée à réaliser des dispositifs de circuits imprimés, des dispositifs nanoélectroniques ou des structures nanoporeuses. Cette couche cible 1 peut correspondre, par exemple, à une couche de silicium, une couche métallique ou un isolant. La couche de masque dur organique 3 et la couche de masque dur inorganique 4 sont déposées successivement, pleine 20 plaque, sur la couche cible 1, selon tout procédé connu. Ce dépôt peut, par exemple, être réalisé par dépôt physique en phase vapeur (PVD), pulvérisation, évaporation ou dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD). La couche de masque dur organique 3 est, avantageusement, une couche mince, ayant typiquement une épaisseur 25 comprise entre 10 et 500 nm et avantageusement entre 25 et 75 nm, par exemple 50 nm. Cette couche de masque dur organique 3 est, de préférence, une couche carbonée, avantageusement, constituée de carbone amorphe. The target layer 1 is the layer in which the network of nanometric patterns of the mask 5 is to be transferred. This target layer 1 is primarily intended for producing printed circuit devices, nanoelectronic devices or nanoporous structures. This target layer 1 may correspond, for example, to a silicon layer, a metal layer or an insulator. The organic hard mask layer 3 and the inorganic hard mask layer 4 are deposited successively, full plate, on the target layer 1, according to any known method. This deposit may, for example, be achieved by physical vapor deposition (PVD), sputtering, evaporation or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The organic hard mask layer 3 is, advantageously, a thin layer, typically having a thickness of between 10 and 500 nm and advantageously between 25 and 75 nm, for example 50 nm. This organic hard mask layer 3 is preferably a carbon layer, advantageously consisting of amorphous carbon.

30 La couche de masque dur inorganique 4 est constituée d'une couche mince d'oxyde métallique, d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. Les oxydes métalliques préférentiels sont les oxydes d'hafnium, d'aluminium, d'yttrium ou de zirconium. L'utilisation d'une couche de masque dur inorganique 4 très mince (inférieure à 10 nm) évite de pratiquer une gravure trop agressive, susceptible de détériorer l'intégrité du réseau de motifs nanométriques du 5 masque 5. The inorganic hard mask layer 4 consists of a thin layer of metal oxide, less than or equal to 10 nm thick. The preferred metal oxides are oxides of hafnium, aluminum, yttrium or zirconium. The use of a very thin inorganic hard mask layer 4 (less than 10 nm) avoids the practice of too aggressive etching, which can deteriorate the integrity of the network of nanometric patterns of the mask 5.

Le masque 5 est réalisé, selon tout procédé connu, par exemple, par dépôt et lithographie optique ou photolithographie. Dans le cas d'une lithographie électronique, la présence d'une couche mince d'oxyde métallique 4 permet io un meilleur contrôle dimensionnel du réseau de motifs nanométriques. En effet, la lithographie électronique consistant à insoler une résine au moyen d'un faisceau d'électrons sans utiliser de masque préalable est sujette à un effet de charge. La couche mince d'oxyde métallique 4 favorise alors la dissipation des charges électriques et diminue donc cet effet de charge. Le 15 masque 5 est, avantageusement, constitué d'un matériau polymère. Le masque 5 en matériau polymère, peut être obtenu par des techniques de lithographie connues utilisant des matériaux auto-organisés, par exemple, des copolymères diblocs notamment de type PS-b-PMMA. La dimension critique étant la dimension des motifs géométriques les plus petits (largeur de 20 ligne, contact, tranchée, etc...), le masque 5 présente un réseau de motifs ayant une dimension critique inférieure ou égale à 50 nm, de préférence, inférieure ou égale à 20 nm. Cette dimension critique correspond sur la figure 1 à la longueur L des motifs. L'augmentation de la résolution du réseau de motifs nanométriques induit généralement une diminution de l'épaisseur d du 25 masque 5. Dans ces gammes de dimension critique, l'épaisseur d du masque 5 est inférieure ou égale à 50 nm, plus particulièrement, inférieure ou égale à 30 nm. The mask 5 is produced by any known method, for example, by deposition and optical lithography or photolithography. In the case of an electronic lithography, the presence of a thin layer of metal oxide 4 allows better dimensional control of the network of nanometric patterns. Indeed, the electronic lithography of insolating a resin by means of an electron beam without using a prior mask is subject to a charging effect. The thin layer of metal oxide 4 then promotes the dissipation of the electrical charges and thus reduces this charging effect. The mask 5 is advantageously made of a polymeric material. The mask 5 made of polymeric material can be obtained by known lithography techniques using self-organized materials, for example diblock copolymers, in particular of the PS-b-PMMA type. Since the critical dimension is the dimension of the smallest geometric patterns (line width, contact, trench, etc.), the mask 5 has an array of patterns having a critical dimension of less than or equal to 50 nm, preferably less than or equal to 20 nm. This critical dimension corresponds in Figure 1 to the length L of the patterns. The increase in the resolution of the network of nanometric patterns generally induces a decrease in the thickness d of the mask 5. In these critical dimension ranges, the thickness d of the mask 5 is less than or equal to 50 nm, more particularly less than or equal to 30 nm.

Après réalisation de la structure multicouche, selon la figure 1, le réseau de 30 motifs nanométriques est transféré du masque 5 à la couche cible 1, par gravures successives. 6 Comme représenté à la figure 2, le réseau de motifs existant au sein du masque 5, est d'abord transféré à la couche de masque dur inorganique 4, par une première gravure plasma. Celle-ci est, avantageusement, une gravure ionique réactive ("reactive ion etching" note RIE). En particulier, le plasma est un mélange de chlore et de chlorure de bore et/ou de chlorosilane, plus particulièrement, un mélange de chlore (Cl2), de trichlorure de bore (BCI3) et/ou de tétrachlorosilane (SiCl4), éventuellement associé à un gaz rare comme l'argon. Cette gravure expose alors certaines parties de la couche de masque dur organique 3, non couvertes par le réseau de motifs nanométriques. La gravure est réalisée dans des conditions de faible bombardement ionique dans des réacteurs à couplage capacitif ou inductif. Dans le cas d'un réacteur à couplage inductif, la gravure est réalisée avec une faible tension d'auto-polarisation pour avoir une énergie des ions inférieure à 50 eV. Ces conditions de gravure, très peu agressives pour le masque 5, assurent le transfert du réseau de motifs nanométriques sans détérioration de ces motifs. Ainsi, même avec des épaisseurs de masque 5 très faibles c'est à dire inférieures à 30nm, l'intégrité du réseau de motifs nanométriques est conservé. After completion of the multilayer structure, according to FIG. 1, the network of 30 nanometric patterns is transferred from the mask 5 to the target layer 1, by successive etchings. As shown in FIG. 2, the pattern network existing within the mask 5 is first transferred to the inorganic hard mask layer 4 by a first plasma etching. This is, advantageously, a reactive ion etching ("reactive ion etching" note RIE). In particular, the plasma is a mixture of chlorine and boron chloride and / or chlorosilane, more particularly a mixture of chlorine (Cl 2), boron trichloride (BCI 3) and / or tetrachlorosilane (SiCl 4), which may be associated with the plasma. to a rare gas like argon. This etching then exposes certain parts of the organic hard mask layer 3, not covered by the network of nanometric patterns. The etching is carried out under conditions of low ion bombardment in capacitively or inductively coupled reactors. In the case of an inductively coupled reactor, the etching is performed with a low self-biasing voltage to have an ion energy of less than 50 eV. These etching conditions, very little aggressive for the mask 5, ensure the transfer of the network of nanometric patterns without deterioration of these patterns. Thus, even with very small mask thicknesses, ie less than 30 nm, the integrity of the network of nanometric patterns is retained.

A titre d'exemple, dans le cas d'une couche de dioxyde d'hafnium (HfO2) la couche de masque dur inorganique 4 est gravée par un plasma BCI3 dans un réacteur à couplage inductif (ICP) sous les conditions suivantes: pression de 5 mTorr; puissance source de 800W, puissance d'auto-polarisation de 10 W, température de 50°C, débit de BCI3 de 0.1 Slm. By way of example, in the case of a layer of hafnium dioxide (HfO2), the inorganic hard mask layer 4 is etched by a BCI3 plasma in an inductively coupled reactor (ICP) under the following conditions: MTorr; 800W source power, 10W auto-polarization power, 50 ° C temperature, 0.1 Slm BCI3 output.

A titre d'exemple, dans le cas d'une couche d'oxyde d'aluminium (AI2O3) la couche de masque dur inorganique 4 est gravée par un plasma SiCl4/Cl2 dans un réacteur à couplage inductif (ICP) sous les conditions suivantes : pression de 10 mTorr; puissance source de 500 W , pas de puissance d'auto-polarisation, température de 50°C, débit de SiCI4 de 0,02 Slm et de By way of example, in the case of an aluminum oxide layer (Al 2 O 3), the inorganic hard mask layer 4 is etched by a SiCl 4 / Cl 2 plasma in an inductively coupled reactor (ICP) under the following conditions pressure of 10 mTorr; power source of 500 W, no self-biasing power, temperature of 50 ° C, flow of SiCI4 of 0.02 Slm and

Cl2 de 0,08 SIm. Un débit de 1SIm (1 standard liter/minute) correspond à un débit équivalent à 1 litre par minute dans les conditions standards de pression et de température. Cl2 of 0.08 SIm. A flow rate of 1SIm (1 standard liter / minute) corresponds to a flow equivalent to 1 liter per minute under standard conditions of pressure and temperature.

Selon une variante, lorsque la couche de masque dur 4 est une couche mince de dioxyde d'hafnium (HfO2) ayant, par exemple, une épaisseur inférieure à 5 nm, elle peut avantageusement être gravée par une première gravure chimique. Le liquide graveur utilisé pour celte première gravure est alors de l'acide fluorhydrique (HF) sous forme liquide. Cette gravure présente l'avantage d'être très sélective vis-à-vis du masque 5. En pratique, l'ensemble constitué de la couche cible 1 et de la structure multicouche 2 est plongé dans un bain d'acide fluorhydrique (HF) puis retiré après une durée d'immersion d'environ 1 min. La faible épaisseur de la couche mince d'oxyde métallique 4a, c'est-à-dire inférieure à 5nm, permet d'obtenir une gravure anisotrope malgré le caractère isotrope d'une gravure chimique. According to a variant, when the hard mask layer 4 is a thin layer of hafnium dioxide (HfO 2) having, for example, a thickness of less than 5 nm, it may advantageously be etched by a first chemical etching. The etching liquid used for this first etching is then hydrofluoric acid (HF) in liquid form. This etching has the advantage of being very selective vis-à-vis the mask 5. In practice, the assembly consisting of the target layer 1 and the multilayer structure 2 is immersed in a bath of hydrofluoric acid (HF) then removed after an immersion time of about 1 min. The small thickness of the thin metal oxide layer 4a, that is to say less than 5 nm, makes it possible to obtain anisotropic etching despite the isotropic character of a chemical etching.

Le masque 5 est, ensuite, éliminé selon des techniques connues propres à la nature du masque 5 (figure 3). Un masque 5 en matériau riche en carbone de type polystyrène ou carbone amorphe peut, par exemple, être éliminé avec un plasma d'oxygène (02) ou avec des plasmas réducteurs à haute température, par exemple, des mélanges gazeux d'hydrogène et d'hélium (H2/He) ou d'hydrogène et d'argon (H2/Ar) à 350°C ou encore de l'ammoniac (NH3). The mask 5 is then removed according to techniques known to the nature of the mask 5 (Figure 3). A mask 5 made of carbon-rich material of the polystyrene or amorphous carbon type may, for example, be removed with an oxygen plasma (O 2) or with high temperature reducing plasmas, for example gaseous mixtures of hydrogen and carbon. helium (H2 / He) or hydrogen and argon (H2 / Ar) at 350 ° C or ammonia (NH3).

La couche de masque dur organique 3 est, ensuite, gravée par une seconde gravure au plasma dans des conditions de faible bombardement ionique. De préférence, la seconde gravure est une gravure ionique réactive (RIE). La couche de masque dur inorganique 4 qui comporte l'intégralité du réseau de motifs nanométriques est alors utilisée comme masque pour graver la couche de masque dur organique 3. Comme illustré à la figure 4, le réseau de motifs nanométriques est transféré de la couche de masque dur 8 The organic hard mask layer 3 is then etched by a second plasma etch under low ion bombardment conditions. Preferably, the second etching is a reactive ion etching (RIE). The inorganic hard mask layer 4 which comprises the entire network of nanometric patterns is then used as a mask for etching the organic hard mask layer 3. As illustrated in FIG. 4, the network of nanometric patterns is transferred from the hard mask 8

inorganique 4 à la couche de masque dur organique 3. Le plasma utilisé est, de préférence, un mélange gazeux d'hydrogène et d'un ou plusieurs composés azotés et/ou carbonés. Par exemple, le plasma est un mélange d'hydrogène (H2), d'azote (N2) et de méthane (CH4). La couche de masque dur inorganique 4 étant peu sensible aux conditions de plasma utilisées, elle garantit la pérennité du réseau de motifs nanométricues lors de ce transfert. En absence de cette couche de masque dur inorganique 4, la sélectivité de la gravure n'étant plus assez bonne, le transfert direct du réseau de motifs du masque 5 à la couche de masque dur organique 3 entraînerait, du fait des conditions de gravure trop agressives, une détérioration du réseau de motifs nanométriques. The plasma used is preferably a gaseous mixture of hydrogen and one or more nitrogen and / or carbon compounds. For example, the plasma is a mixture of hydrogen (H2), nitrogen (N2) and methane (CH4). Since the inorganic hard mask layer 4 is not very sensitive to the plasma conditions used, it guarantees the durability of the network of nanometric patterns during this transfer. In the absence of this layer of inorganic hard mask 4, the selectivity of the etching being no longer good enough, the direct transfer of the pattern network from the mask 5 to the organic hard mask layer 3 would, because of the etching conditions too aggressive, a deterioration of the network of nanometric patterns.

Selon une variante, le plasma est avantageusement un mélange gazeux d'oxygène, d'un ou plusieurs composés halogénés et d'un gaz inerte servant de support au plasma. Par exemple, le plasma est un mélange d'oxygène (02) et d'acide bromhydrique (HBr) et/ou de chlore (Cl2) et d'argon (Ar). According to one variant, the plasma is advantageously a gaseous mixture of oxygen, one or more halogenated compounds and an inert gas serving as a plasma support. For example, the plasma is a mixture of oxygen (O 2) and hydrobromic acid (HBr) and / or chlorine (Cl 2) and argon (Ar).

Comme illustré à la figure 5, la couche de masque dur inorganique 4 est éliminée selon tout procédé connu. Selon une variante non représentée, la couche de masque dur inorganique 4 restante après la seconde gravure est éliminée lors des étapes ultérieures soit par gravure de la couche cible 1 soit avec la couche de masque dur organique 3. 25 La couche de masque dur organique 3, qui comporte l'intégralité du réseau de motifs nanométriques, est ensuite utilisée comme masque pour graver la couche cible 1. Le réseau de motifs nanométriques est alors transféré de la couche de masque dur organique 3 à la couche cible 1, par une troisième 30 gravure (figure 6). La gravure de la couche cible 1 est réalisée selon tout procédé connu en fonction de la nature de la couche cible 1. Par exemple,20 9 As illustrated in FIG. 5, the inorganic hard mask layer 4 is removed by any known method. According to a variant not shown, the inorganic hard mask layer 4 remaining after the second etching is removed in the subsequent steps either by etching the target layer 1 or with the hard organic mask layer 3. The organic hard mask layer 3 , which comprises the entire network of nanometric patterns, is then used as a mask for etching the target layer 1. The network of nanometric patterns is then transferred from the organic hard mask layer 3 to the target layer 1, by a third 30 engraving (Figure 6). The etching of the target layer 1 is carried out according to any known method depending on the nature of the target layer 1. For example, 20 9

une couche cible 1 en silicium peut être gravée avec un plasma formé d'un mélange gazeux (HBr + Cl2 +02). Pour une couche cible 1 d'oxyde de silicium, un plasma formé d'un mélange gazeux fluorocarboné peut être utilisé pour la gravure. Le masque dur organique 3 est, ensuite, éliminé selon tout procédé connu (figure 7). a target layer 1 made of silicon can be etched with a plasma formed of a gaseous mixture (HBr + Cl2 + O 2). For a target layer 1 of silicon oxide, a plasma formed of a fluorocarbon gas mixture can be used for etching. The organic hard mask 3 is then removed by any known method (FIG. 7).

Selon un second mode de réalisation, une couche supplémentaire est insérée dans la structure multicouche 2 (figure 8). La couche de masque dur inorganique 4 est alors constituée de la couche mince d'oxyde métallique 4a, d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm et d'une couche diélectrique 4b entre la couche de masque dur organique 3 et la couche mince d'oxyde métallique 4a. La couche diélectrique 4b est avantageusement une couche d'oxyde de silicium (SiO2). L'épaisseur de la couche diélectrique 4b est, de préférence, inférieure ou égale à environ 20 nm. Le procédé selon ce second mode de réalisation comprend une étape de gravure supplémentaire, illustrée à titre d'exemple aux figures 9 à 12. Le transfert du réseau de motifs nanométriques du masque 5 à la couche mince d'oxyde métallique 4a est réalisé selon le même mode opératoire que précédemment. According to a second embodiment, an additional layer is inserted into the multilayer structure 2 (FIG. 8). The inorganic hard mask layer 4 then consists of the thin metal oxide layer 4a, with a thickness of less than or equal to 10 nm and a dielectric layer 4b between the organic hard mask layer 3 and the thin film layer. metal oxide 4a. The dielectric layer 4b is advantageously a silicon oxide (SiO 2) layer. The thickness of the dielectric layer 4b is preferably less than or equal to about 20 nm. The method according to this second embodiment comprises an additional etching step, illustrated by way of example in FIGS. 9 to 12. The transfer of the network of nanometric patterns from the mask 5 to the thin metal oxide layer 4a is carried out according to FIG. same procedure as before.

La couche mince d'oxyde métallique 4a qui comporte l'intégralité du réseau de motifs nanométriques est, ensuite, utilisée comme masque pour graver la couche diélectrique 4b (figure 9). Comme illustré à la figure 10, le réseau de motifs nanométriques est alors transféré de la couche mince d'oxyde métallique 4a à la couche diélectrique 4b par une gravure au plasma intermédiaire, de préférence une gravure RIE, dans des conditions de faible bombardement ionique. Le plasma utilisé est un plasma comportant un composé fluorocarboné. Par exemple, le plasma contient du tétrafluorométhane (CF4), avantageusement, en présence d'un gaz inerte, par exemple de l'argon. La couche mince d'oxyde métallique 4a est particulièrement résistante au plasma fluorocarboné. L'existence de cette couche diélectrique 4b améliore donc la sélectivité de a gravure. 10 The thin metal oxide layer 4a which comprises the entire network of nanometric patterns is then used as a mask for etching the dielectric layer 4b (FIG. 9). As illustrated in FIG. 10, the network of nanometric patterns is then transferred from the metal oxide thin layer 4a to the dielectric layer 4b by an intermediate plasma etching, preferably RIE etching, under conditions of low ion bombardment. The plasma used is a plasma comprising a fluorocarbon compound. For example, the plasma contains tetrafluoromethane (CF4), advantageously in the presence of an inert gas, for example argon. The thin metal oxide layer 4a is particularly resistant to fluorocarbon plasma. The existence of this dielectric layer 4b thus improves the selectivity of etching. 10

Après élimination de la couche 4a restante, la couche diélectrique 4b, qui comporte l'intégralité du réseau de motifs nanométriques (figure 11), est ensuite utilisée comme masque pour graver la couche de masque dur organique 3. Comme illustré à la figure 12, le réseau de motifs nanométriques est alors transféré de la couche diélectrique 4b à la couche de masque dur organique 3, dans les mêmes conditions que la seconde gravure au plasma. Après élimination de la couche cliélectrique 4b, le réseau de motifs nanométriques est transféré de la couche de masque dur organique 3 à la couche cible 1 selon un mode opératoire identique à celui du premier mode de réalisation. After removal of the remaining layer 4a, the dielectric layer 4b, which comprises the entire network of nanometric patterns (FIG. 11), is then used as a mask for etching the organic hard mask layer 3. As illustrated in FIG. the network of nanometric patterns is then transferred from the dielectric layer 4b to the organic hard mask layer 3, under the same conditions as the second plasma etching. After removal of the clielectric layer 4b, the network of nanometric patterns is transferred from the organic hard mask layer 3 to the target layer 1 according to a procedure identical to that of the first embodiment.

Selon une variante, non représentée, la couche diélectrique 4b et la couche de masque dur organique 3 sont gravées successivement sans éliminer les couches restantes respectivement d'oxyde métallique 4a et diélectrique 4b. According to a variant, not shown, the dielectric layer 4b and the organic hard mask layer 3 are etched successively without removing the remaining layers respectively of metal oxide 4a and dielectric 4b.

Les couches 4a et 4b sont ensuite éliminées en même temps soit par gravure de la couche cible 1 lorsque les conditions de gravure sont suffisamment agressives soit après gravure de la couche cible 1, avec la couche de masque dur organique 3. The layers 4a and 4b are then eliminated at the same time either by etching the target layer 1 when the etching conditions are sufficiently aggressive or after etching the target layer 1, with the organic hard mask layer 3.

Le choix du mode de réalisation du procédé de gravure est dicté par la nature des couches et la compatibilité des couches entre elles. Ainsi, le procédé de gravure selon le second mode de réalisation est particulièrement adapté lorsque le dépôt direct de la couche d'oxyde métallique 4a sur la couche organique 3 est difficile ou impossible. The choice of the embodiment of the etching process is dictated by the nature of the layers and the compatibility of the layers between them. Thus, the etching method according to the second embodiment is particularly suitable when the direct deposition of the metal oxide layer 4a on the organic layer 3 is difficult or impossible.

Selon un troisième mode de réalisation, non représenté, la structure multicouche 2 est constituée de la couche de masque dur inorganique 4 disposée directement sur la couche cible 1, elle-même recouverte par le masque 5 comportant le réseau de motifs nanométriques. La couche de masque dur organique 3 est alors inexistante. Comme précédemment, la couche de masque dur inorganique 4 peut également comporter une couche According to a third embodiment, not shown, the multilayer structure 2 consists of the inorganic hard mask layer 4 disposed directly on the target layer 1, itself covered by the mask 5 comprising the network of nanometric patterns. The organic hard mask layer 3 is then non-existent. As previously, the inorganic hard mask layer 4 can also comprise a layer

diélectrique 4b lorsque le dépôt de la couche d'oxyde métallique 4a sur la couche cible 1 est difficilement réalisable. Le transfert du réseau de motifs nanométriques du masque 5 à la couche de masque dur inorganique 4 est alors réalisé selon le même mode opératoire que le premier mode, décrit ci- dessus. La couche cible 1 peut ensuite être gravée selon tout procédé connu. 4b when the deposition of the metal oxide layer 4a on the target layer 1 is difficult to achieve. The transfer of the network of nanometric patterns from the mask 5 to the inorganic hard mask layer 4 is then carried out according to the same operating mode as the first mode, described above. The target layer 1 can then be etched according to any known method.

Lorsque la couche cible 1 est gravée avec de l'acide fluorhydrique, on peut utiliser les plasmas de gravure de la couche de masque dur inorganique 4 1 o pour éliminer la couche de masque dur inorganique 4 restante. Le masque 5 est alors consommé pendant les différentes étapes de gravure. When the target layer 1 is etched with hydrofluoric acid, the etching plasmas of the inorganic hard mask layer 41 may be used to remove the remaining inorganic hard mask layer 4. The mask 5 is then consumed during the various etching steps.

Selon une variante, la couche cible 1 est une couche inorganique, par exemple, une couche diélectrique. Le plasma utilisé pour la gravure de la 15 couche cible 1 peut alors être identique à celui de la gravure de la couche de masque dur inorganique 4. According to one variant, the target layer 1 is an inorganic layer, for example a dielectric layer. The plasma used for the etching of the target layer 1 can then be identical to that of the etching of the inorganic hard mask layer 4.

Le procédé de gravure selon ce troisième mode de réalisation est particulièrement adapté pour graver une couche inorganique, par exemple, 20 une couche diélectrique ou pour graver une couche cible 1 sur une faible épaisseur, avantageusement, une épaisseur inférieure à 100 nm. The etching method according to this third embodiment is particularly suitable for etching an inorganic layer, for example a dielectric layer or for etching a target layer 1 on a small thickness, advantageously a thickness less than 100 nm.

Les procédés de gravure décrits ci-dessus sont des procédés industrialisables, adaptés aux masques ayant des résolutions très élevées, 25 développés à l'heure actuelle pour répondre aux exigences de miniaturisation des circuits intégrés et des nanotechnologies. Ils permettent de transférer un réseau de motifs nanométriques d'un masque très mince à un substrat avec une sélectivité élevée et un bon contrôle dimensionnel. The etching processes described above are industrializable processes, suitable for masks with very high resolutions, developed at present to meet the requirements of miniaturization of integrated circuits and nanotechnologies. They make it possible to transfer a network of nanometric patterns from a very thin mask to a substrate with high selectivity and good dimensional control.

30 Ces procédés de gravure sont particulièrement adaptés à la réalisation de nanostructures pour des applications en nanoscience. These etching processes are particularly suitable for producing nanostructures for applications in nanoscience.

Claims (16)

Revendications1. Procédé de gravure d'une couche cible (1) comportant la formation sur ladite couche cible (1) d'une structure multicouche (2) ayant une couche de masque dur inorganique (4), disposée sur ladite couche cible (1), elle-même recouverte par un masque (5) comportant un réseau de motifs nanométriques, et le transfert dans la couche cible (1), du réseau de motifs nanométriques du masque (5) par gravures successives, procédé caractérisé en ce que ladite couche de masque dur inorganique (4) comporte une couche mince d'oxyde métallique (4a), d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm. Revendications1. A method of etching a target layer (1) comprising forming on said target layer (1) a multilayer structure (2) having an inorganic hard mask layer (4) disposed on said target layer (1), -Even covered by a mask (5) comprising a network of nanometric patterns, and transfer in the target layer (1), the network of nanometric patterns of the mask (5) by successive etching, characterized in that said mask layer inorganic hard (4) has a thin layer of metal oxide (4a), less than or equal to 10 nm thick. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde métallique (4a) est choisi parmi les oxydes d'hafnium, d'aluminium, d'yttrium 15 et de zirconium. 2. Method according to claim 1, characterized in that the metal oxide (4a) is selected from oxides of hafnium, aluminum, yttrium and zirconium. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le masque (5) est en matériau polymère. 20 3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the mask (5) is of polymeric material. 20 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les motifs nanométriques du réseau du masque (5) ont une dimension critique (L) inférieure ou égale à 50 nm. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the nanometric patterns of the network of the mask (5) have a critical dimension (L) less than or equal to 50 nm. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la dimension 25 critique (L) est inférieure ou égale à 20 nm. 5. Method according to claim 4, characterized in that the critical dimension (L) is less than or equal to 20 nm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le masque (5) a une épaisseur inférieure ou égale à 50 nm. 30 6. Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the mask (5) has a thickness less than or equal to 50 nm. 30 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le masque (5) a une épaisseur inférieure ou égale à 30 nm. 12 13 7. Method according to claim 6, characterized in that the mask (5) has a thickness less than or equal to 30 nm. 12 13 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réseau de motifs nanométriques est transféré du masque (5) à la couche mince d'oxyde métallique (4a), dans des conditions de faible bombardement ionique, par une première gravure au plasma, avec un plasma comportant un mélange de chlore et de chlorure de bore et/ou de chlorosilane. 8. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the network of nanometric patterns is transferred from the mask (5) to the thin metal oxide layer (4a), under conditions of low ion bombardment, by a first plasma etching, with a plasma comprising a mixture of chlorine and boron chloride and / or chlorosilane. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'oxyde métallique (4a) étant du dioxyde d'hafnium (HfO2), le réseau de motifs nanométriques est transféré du masque (5) à la couche mince d'oxyde métallique (4a) par gravure chimique avec de l'acide fluorhydrique. 9. Method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the metal oxide (4a) being hafnium dioxide (HfO2), the network of nanometric patterns is transferred from the mask (5) to the layer thin metal oxide (4a) by chemical etching with hydrofluoric acid. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la structure multicouche (2) comporte une couche de masque dur organique (3) disposée entre la couche cible (1) et la couche de masque dur inorganique (4). Method according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the multilayer structure (2) comprises an organic hard mask layer (3) arranged between the target layer (1) and the inorganic hard mask layer ( 4). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche de 20 masque dur organique (3) est une couche carbonée ayant une épaisseur comprise entre 10 nm et 500 nm. 11. The method of claim 10, characterized in that the organic hard mask layer (3) is a carbon layer having a thickness between 10 nm and 500 nm. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la couche de masque dur inorganique (4) comporte, entre la couche mince 25 d'oxyde métallique (4a) et la couche de masque dur organique (3), une couche diélectrique (4b) ayant une épaisseur inférieure ou égale à 20 nm. 12. Method according to one of claims 10 and 11, characterized in that the inorganic hard mask layer (4) comprises, between the thin metal oxide layer (4a) and the organic hard mask layer (3). a dielectric layer (4b) having a thickness less than or equal to 20 nm. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé 30 en ce que le réseau de motifs nanométriques est transféré de la couche de masque dur inorganique (4) à la couche de masque dur organique (3) par 14 une seconde gravure au plasma, dans des conditions de faible bombardement ionique. Method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the network of nanometric patterns is transferred from the inorganic hard mask layer (4) to the organic hard mask layer (3) by one second. plasma etching under conditions of low ion bombardment. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la seconde gravure au plasma est réalisée avec un plasma comportant un mélange gazeux d'hydrogène et d'un ou plusieurs composés azotés et/ou carbonés. 14. The method of claim 13, characterized in that the second plasma etching is performed with a plasma comprising a gaseous mixture of hydrogen and one or more nitrogen compounds and / or carbon. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la seconde gravure au plasma est réalisée avec un plasma comportant un mélange 1 o gazeux d'oxygène et d'un ou plusieurs composés halogénés. 15. The method of claim 13, characterized in that the second plasma etching is performed with a plasma comprising a gaseous mixture of oxygen and one or more halogenated compounds. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que, la couche de masque dur inorganique (4) comportant une couche diélectrique (4b), le réseau de motifs est transféré de la couche mince 15 d'oxyde métallique (4a) à la couche diélectrique (4b) par une gravure au plasma avec un plasma de gravure comportant un composé fluorocarboné. 16. A method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the inorganic hard mask layer (4) having a dielectric layer (4b), the pattern network is transferred from the thin oxide layer. metal (4a) to the dielectric layer (4b) by plasma etching with an etching plasma comprising a fluorocarbon compound.
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