DE10138909A1 - Silicon-containing layer manufacture using photomask, forms silicon-containing layer on substrate by chemical vapour deposition and uses excess silicon to reduce light used for exposing photomask - Google Patents
Silicon-containing layer manufacture using photomask, forms silicon-containing layer on substrate by chemical vapour deposition and uses excess silicon to reduce light used for exposing photomaskInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mittels einer Photomaske zu strukturierenden siliziumhaltigen Schicht. The present invention relates to a method for Production of a structure to be structured by means of a photomask silicon-containing layer.
Obwohl auf beliebige Halbleiterbauelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zu Grunde liegende Problematik in Bezug auf siliziumhaltige Passivierungschichten in Silizium-Technologie erläutert. Although applicable to any semiconductor device the present invention and the one on which it is based Problems with silicon-containing Passivation layers in silicon technology explained.
Fig. 5 zeigt eine bekannte Passivierungsschichtenfolge für einen Halbleiterwafer, welche mittels einer Photomaske zu strukturieren ist. Fig. 5 shows a known Passivierungsschichtenfolge for a semiconductor wafer which is to be structured by means of a photomask.
In Fig. 5 bezeichnet 1 ein Wafersubstrat mit einer nicht näher gezeigten integrierten Schaltung, 5 eine Siliziumoxidschicht, 10 eine Siliziumnitridschicht, 15 eine Photomaske aus Polyimid mit einem Fenster F und 15' Reste des Polyimids in dem Fenster F. In FIG. 5, 1 denotes a wafer substrate with an integrated circuit, not shown, 5 a silicon oxide layer, 10 a silicon nitride layer, 15 a photomask made of polyimide with a window F and 15 'residues of the polyimide in the window F.
Allgemein dient die Passivierung am Ende des Waferprozesses dem Schutz der einzelnen Chips vor Verunreinigungen sowie chemischen und mechanischen Einwirkungen. Die Passivierungsschichtenfolge besteht im vorliegenden Beispiel aus der 100 bis 1500 nm dicken Siliziumoxidschicht 5 und der 100 bis 1000 nm dicken Siliziumnitridschicht 10. Dabei wirkt das Siliziumnitrid als eigentliche Passivierung, während das Siliziumoxid hauptsächlich zur Kompensation der mechanischen Schichtspannungen in der darunterliegenden integrierten Schaltung im Substrat 1 dient. In general, the passivation at the end of the wafer process serves to protect the individual chips from contamination and chemical and mechanical influences. In the present example, the passivation layer sequence consists of the 100 to 1500 nm thick silicon oxide layer 5 and the 100 to 1000 nm thick silicon nitride layer 10 . The silicon nitride acts as the actual passivation, while the silicon oxide mainly serves to compensate for the mechanical layer stresses in the underlying integrated circuit in the substrate 1 .
Nach der Abscheidung der Passivierungsschichten 5, 10, welche üblicherweise mittels eines CVD-Verfahrens (chemische Dampfphasenabscheidung) geschieht, erfolgt die Abscheidung des Photolacks 15 in üblicher Weise, welcher dann mittels einer Maske selektiv zur Definition von Kontaktlochstrukturen belichtet wird. Als Photolack kann allgemein photoempfindliches Polyimid wie im vorliegenden Beispiel als Positivlack oder auch photounempfindliches Imid als Negativlack verwendet werden. After the deposition of the passivation layers 5 , 10 , which usually takes place by means of a CVD process (chemical vapor phase deposition), the photoresist 15 is deposited in the usual manner, which is then selectively exposed using a mask to define contact hole structures. In general, photosensitive polyimide can be used as the photoresist, as in the present example, as a positive varnish, or photo-insensitive imide as the negative varnish.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problematik liegt in unerwünschten Reflektionen aus dem Untergrund der Passivierungsschichten 5, 10, welche zu Photolackmodifikationen bzw. (Poly)imidmodifikationen führen können, aufgrund derer sich die Strukturgrößen ändern und somit der Photolack bzw. das Polyimid oder Imid nicht vollständig entwickelt wird. Als Folge davon verbleiben beim gezeigten Beispiel die Lackreste 15' nach dem Entwicklungsprozess in den ansonsten offenen Fenstern F. The problem underlying the present invention lies in undesired reflections from the background of the passivation layers 5 , 10 , which can lead to photoresist modifications or (poly) imide modifications, due to which the structure sizes change and thus the photoresist or the polyimide or imide does not develop completely becomes. As a result, in the example shown, the paint residues 15 'remain in the otherwise open windows F after the development process.
Die Photolackreste 15' würden bei der nachfolgenden Kontaktlochätzung maskierend wirken und müssen daher durch einen zusätzlichen naßchemischen Prozessschritt entfernt werden. Durch den zusätzlichen naßchemischen Prozessschritt werden die Fensterstrukturen F aufgeweitet, wodurch Zuverlässigkeitsprobleme der fertigen Bauelemente entstehen können. Es kann auch erforderlich sein, die gesamte Photomaske zu entfernen und den kompletten Prozessschritt zu wiederholen, was einen erheblichen Zeit- und Kostenfaktor darstellt. The photoresist residues 15 'would have a masking effect in the subsequent contact hole etching and must therefore be removed by an additional wet chemical process step. The window structures F are widened by the additional wet chemical process step, which can lead to reliability problems of the finished components. It may also be necessary to remove the entire photomask and repeat the entire process step, which is a significant time and cost factor.
Zur Lösung des Problems wurde weiterhin vorgeschlagen, das Zweischichtpassivierungssystem 5, 10 durch ein Einschichtpassivierungssystem in Form einer Siliziumoxinitridschicht zu ersetzen. To solve the problem, it has also been proposed to replace the two-layer passivation system 5 , 10 by a single-layer passivation system in the form of a silicon oxynitride layer.
Noch ein weiterer Lösungsvorschlag besteht in dem Vorsehen einer zusätzlichen Antireflexionsbeschichtung zwischen der Photolackschicht 15 und dem darunterliegenden Passivierungsschichtsystem. Dies erfordert einen zusätzlichen Prozessschritt zur Abscheidung der dielektrischen Antireflektionsschicht. Yet another proposed solution is to provide an additional anti-reflective coating between the photoresist layer 15 and the passivation layer system underneath. This requires an additional process step to deposit the dielectric anti-reflection layer.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer mittels einer Photomaske zu struktierenden siliziumhaltigen Schicht zu schaffen, wodurch sich die Bildung von unerwünschten Lackmodifikationen aufgrund von Reflektionen vermeiden lässt. It is therefore an object of the present invention to provide a Process for producing a using a photomask creating structuring silicon-containing layer, thereby the formation of undesirable paint modifications due to Can avoid reflections.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren zur Herstellung einer mittels einer Photomaske zu strukturierenden siliziumhaltigen Schicht gelöst. According to the invention, this object is achieved in claim 1 specified method for producing a means of Solved photomask to be structured silicon-containing layer.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende allgemeine Idee besteht darin, dass beim Aufbringen ein Siliziumüberschuss zur Reduzierung von Reflexionen bei der Lichtwellenlänge des zur Belichtung der Photomaske verwendeten Lichts vorgesehen wird. The general principles underlying the present invention Idea is that when applying a Excess silicon to reduce reflections at the Light wavelength of the light used to expose the photomask is provided.
Die Erfindung besteht somit in einer Modifikation der unter der Photomaske befindlichen CVD-Schicht bzw. PECVD-Schicht. Dabei werden die Prozessparameter der CVD-Schichtabscheidung derart geändert, dass gezielt freie Siliziumbindungen in die unmittelbar unter der Photomaske liegende Schicht eingebaut werden. Dadurch lässt sich im Bereich des kurzwilligen Lichts das Reflexionsvermögen erniedrigen bzw. der Extinktionskoeffizient, welcher dem Absorptionskoeffizient proportional ist, erhöhen. The invention thus consists in a modification of the the CVD layer or PECVD layer located in the photomask. The process parameters of the CVD layer deposition changed so that targeted free silicon bonds in the layer immediately below the photomask become. This allows in the area of short-lived light reduce the reflectivity or the Extinction coefficient, which is proportional to the absorption coefficient, increase.
Der erhöhte Siliziumgehalt bewirkt somit die Absorption vom Licht im Wellenlängenbereich des Lichts, welches beim photolithographischen Bereich verwendet wird. Damit werden durch gezielte Einstellung der optischen Eigenschaften der CVD- Schicht die Reflektionen beim photolithographischen Belichtungsprozess reduziert und Fehlentwicklungen im Lithographieschritt können vermieden werden. The increased silicon content thus causes the absorption of Light in the wavelength range of the light which photolithographic area is used. So that through targeted adjustment of the optical properties of the CVD Layer the reflections in the photolithographic Exposure process reduced and undesirable developments in the Lithography step can be avoided.
Somit besteht der Vorteil der vorliegenden Erfindung in einer Aufweitung des Lithographie-Prozessfensters und in einer Vermeidung von Nachbearbeitung bzw. Neubearbeitung unter Beibehaltung der üblichen Passivierung. Thus the advantage of the present invention is one Expansion of the lithography process window and in one Avoiding post-processing or reworking under Maintaining the usual passivation.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstandes der Erfindung. There are advantageous ones in the subclaims Developments and improvements to the subject matter of the invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Siliziumüberschuss derart eingestellt, dass der Extinktionskoeffizient der Schicht bei einer Wellenlänge zwischen 345 und 365 nm mindestens 0,05 beträgt. According to a preferred development, the Excess silicon adjusted such that the extinction coefficient the layer at a wavelength between 345 and 365 nm is at least 0.05.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Schicht eine Siliziumnitridschicht. According to a further preferred development, the Layer a silicon nitride layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden bei dem CVD-Verfahren SiH4 und NH3 als Trägergase verwendet, wobei der Siliziumüberschuss durch das Strömungsratenverhältnis der Trägergase eingestellt wird. According to a further preferred development, SiH 4 and NH 3 are used as carrier gases in the CVD method, the excess silicon being set by the flow rate ratio of the carrier gases.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung beträgt das Strömungsratenverhältnis mindestens 2,9. According to a further preferred development, this is Flow rate ratio at least 2.9.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Schicht eine Dicke zwischen 100 nm und 1000 nm auf. According to a further preferred development, the Layer a thickness between 100 nm and 1000 nm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird unterhalb der Schicht eine Siliziumoxidschicht vorgesehen. According to a further preferred development, below a silicon oxide layer is provided for the layer.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Siliziumoxidschicht eine Dicke zwischen 100 nm und 1500 nm auf. According to a further preferred development, the Silicon oxide layer has a thickness between 100 nm and 1500 nm.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. An embodiment of the invention is in the drawings shown and in the description below explained.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine Passivierungsschichtenfolge für einen Halbleiterwafer, welche mittels einer Photomaske zu strukturieren ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 1 is a Passivierungsschichtenfolge for a semiconductor wafer which is to be structured by means of a photomask according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 die Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten vom Flussratenverhältnis der beim CVD-Prozess verwendeten Trägergase SiH4 und NH3; Fig. 2 shows the dependence of the extinction coefficient of the flow rate ratio of the carrier gases used in the CVD process, SiH 4 and NH 3;
Fig. 3, 4 die Abhängigkeit des Reflektionskoeffizienten R von der verwendeten Lichtwellenlänge für einen Extinktionskoeffizienten von 0,0 (Fig. 3) und für einen Extinkionskoeffizienten k von 0,05 (Fig. 4); und Fig. 3, 4, the dependence of the reflection coefficient R of the light wavelength used for an extinction coefficient of 0.0 (Fig. 3) and for a Extinkionskoeffizienten k of 0.05 (Fig. 4); and
Fig. 5 eine bekannte Passivierungsschichtenfolge für einen Halbleiterwafer, welche mittels einer Photomaske zu strukturieren ist. Fig. 5 is a known Passivierungsschichtenfolge for a semiconductor wafer which is to be structured by means of a photomask.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente. In the figures, the same reference symbols designate the same or functionally identical elements.
Als Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung soll hier die Modifikation der oberen Siliziumnitridschicht des eingangs beschriebenen Zweischicht-Passivierungssystems beschrieben werden. As an exemplary embodiment of the present invention here the modification of the upper silicon nitride layer of the The two-layer passivation system described at the beginning to be discribed.
Fig. 1 zeigt eine entsprechende Darstellung wie Fig. 5, wobei lediglich die Siliziumnitridschicht 10' modifiziert vorgesehen wirkt, was dazu führt, dass in dem Fenster F' keine Lackreste mehr vorhanden sind, welche beim Stand der Technik durch störende Reflektionen hervorgerufen werden. Dies ist Fig. 1 deutlich entnehmbar. FIG. 1 shows a representation corresponding to FIG. 5, only the silicon nitride layer 10 'having a modified effect, which means that there are no paint residues left in the window F' which are caused in the prior art by disturbing reflections. This can be clearly seen in FIG. 1.
Die Siliziumnitridschicht 10' enthält einen Siliziumüberschuss, der derart eingestellt wird, dass der Extinktionskoeffizient k bei einer Wellenlänge im Bereich zwischen 345 und 365 nm des zur Belichtung der Photomaske versendeten Lichts mindestens 0,05 beträgt. The silicon nitride layer 10 ′ contains an excess of silicon, which is set such that the extinction coefficient k at a wavelength in the range between 345 and 365 nm of the light sent to expose the photomask is at least 0.05.
Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Extinktionskoeffizienten vom Flussratenverhältnis der beim CVD-Prozess verwendeten Trägergase SiH4 und NH3. Wie in Fig. 2 dargestellt, steigt der Extinktionskoeffizient k bei einem Flussratenverhältnis von oberhalb 2,5 kontinuierlich an und erreicht einen Wert von 0,05 bei einem Flussratenverhältnis von größer als etwa 2,9. Fig. 2 shows the dependence of the extinction coefficient of the flow rate ratio of the carrier gases used in the CVD process, SiH 4 and NH 3. As shown in FIG. 2, the extinction coefficient k increases continuously at a flow rate ratio of above 2.5 and reaches a value of 0.05 at a flow rate ratio of greater than approximately 2.9.
Typische Flussraten für SiH4 liegen zwischen 200 und 500 sccm, wobei zusätzlich zu den entsprechend einzustellenden NH3-Gas auch noch in Erdgas in Form von 1000-9000 sccm N2 zugegeben werden kann. Typische Drucke bei der CVD-Abscheidung betragen 2 bis 8 Torr. Wird eine Plasmaunterstützung verwendet, so liegt bei Leistungen bei 200 und 1000 Watt. Typical flow rates for SiH 4 between 200 and 500 sccm, additionally adjusted according to the NH 3 gas also sccm in natural gas in the form of 1000-9000 N 2 can be added. Typical CVD deposition pressures are 2 to 8 torr. If plasma support is used, the power is 200 and 1000 watts.
In einem Experiment wurden zahlreiche Wafer mit einem derartigen Verfahren passiviert. Dabei konnte der Extinktionskoeffizient zuverlässig auf den gewünschten Wert von 0,05 eingestellt werden, wodurch ein entsprechendes Absorptions- bzw. Reflektionsverhalten erreicht werden konnte, welches dafür sorgte, dass keine Polyimidreste beim verwendeten Positivlack mehr verblieben. Somit ermöglicht das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform eine deutliche Vergrößerung des Lithographie- Prozessfensters. In an experiment, numerous wafers with one passivated such processes. The Extinction coefficient reliably to the desired value of 0.05 can be set, whereby a corresponding absorption or Reflective behavior could be achieved, which is why ensured that no polyimide residues when using the positive varnish more remained. Thus the method according to this enables Embodiment a significant enlargement of the lithography Process window.
Fig. 3 und 4 zeigen die Abhängigkeit des Reflektionskoeffizienten von der verwendeten Lichtwellenlänge für einen Extinktionskoeffizienten von 0,0 (Fig. 3) und für einen Extinkionskoeffizienten k von 0,05 (Fig. 4). FIGS. 3 and 4 show the dependence of the reflection coefficient of the light wavelength used for an extinction coefficient of 0.0 (Fig. 3) and for a Extinkionskoeffizienten k of 0.05 (Fig. 4).
In Fig. 3 und 4 ist eine gestrichelte Linie bei 355 nm angezeichnet, was der Wellenlänge des zur Belichtung der Photomaske verwendeten Lichts entspricht. In FIGS. 3 and 4 it is distinguished at 355 nm, a broken line, which corresponds to the wavelength of light used for exposure of the photomask.
Aus Fig. 3 entnehmbar ist die Tatsache, dass der Reflektionskoeffizient bei dieser Wellenlänge ein lokales Maximum aufweist, dessen Absolutwert bei circa 0,4 liegt. Dieses Maximum ist die Ursache für die bei der Belichtung der Photomaske störenden Reflektionen. Seen from FIG. 3 is the fact that the reflection coefficient has a local maximum at this wavelength, the absolute value is approximately 0.4. This maximum is the cause of the reflections which are disruptive when the photomask is exposed.
Wie Fig. 4 entnehmbar, lässt sich dieses Maximum durch eine entsprechende Einstellung des Extinktionskoeffizienten k auf 0,05 vermeiden. Dadurch sinkt der Absolutwert des Reflektionskoeffizienten auf 0,2, und zusätzlich bildet sich ein breites flaches Plateau aus, was für zusätzliche Prozesssicherheit sorgt. As can be seen in FIG. 4, this maximum can be avoided by appropriately setting the extinction coefficient k to 0.05. As a result, the absolute value of the reflection coefficient drops to 0.2, and a broad, flat plateau is also formed, which ensures additional process reliability.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Although the present invention has been described above using a preferred embodiment has been described, it is not limited to this, but in a variety of ways and Modifiable.
Insbesondere ist die Erfindung nicht auf
Passivierungssiliziumhaltigen Schichten beschränkt, sondern auf beliebige
siliziumhaltigen Schichten anwendbar, die mittels einer
Photomaske zu strukturieren sind. Prinzipiell ist nämlich die
Modifikation der unterschiedlichsten siliziumhaltigen CVD-Schichten
durch freie Si-Bindungen möglich, wie zum Beispiel
Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid etc.
Bezugszeichenliste
Verfahren zur Herstellung einer mittels einer Photomaske zu
strukturierenden siliziumhaltigen Schicht
1 Schaltungssubstrat mit integrierter Schaltung
5 Siliziumdioxidschicht
10, 10' Siliziumnitridschicht
15 Photolackschicht
15' Photolackreste
F, F' Fenster
In particular, the invention is not restricted to layers containing passivation silicon, but rather can be applied to any silicon-containing layers which are to be structured by means of a photomask. In principle, the most varied of silicon-containing CVD layers can be modified by free Si bonds, such as silicon oxide, silicon oxynitride , silicon nitride, etc. Reference list of methods for producing a silicon-containing layer to be structured by means of a photomask
1 circuit substrate with integrated circuit
5 silicon dioxide layer
10 , 10 'silicon nitride layer
15 photoresist layer
15 'Photoresist residues
F, F 'window
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10138909A DE10138909A1 (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Silicon-containing layer manufacture using photomask, forms silicon-containing layer on substrate by chemical vapour deposition and uses excess silicon to reduce light used for exposing photomask |
Applications Claiming Priority (1)
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DE10138909A DE10138909A1 (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Silicon-containing layer manufacture using photomask, forms silicon-containing layer on substrate by chemical vapour deposition and uses excess silicon to reduce light used for exposing photomask |
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Publication Number | Publication Date |
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DE10138909A1 true DE10138909A1 (en) | 2003-02-27 |
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ID=7694775
Family Applications (1)
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DE10138909A Withdrawn DE10138909A1 (en) | 2001-08-08 | 2001-08-08 | Silicon-containing layer manufacture using photomask, forms silicon-containing layer on substrate by chemical vapour deposition and uses excess silicon to reduce light used for exposing photomask |
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006071576A1 (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-06 | Northrop Grumman Corporation | Low charging dielectric for capacitive mems devices and method of making the same |
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-
2001
- 2001-08-08 DE DE10138909A patent/DE10138909A1/en not_active Withdrawn
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