NL1012117C2

NL1012117C2 - Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur.

Info

Publication number: NL1012117C2
Application number: NL1012117A
Authority: NL
Inventors: Boris Aronovich Gurovich; Evgeny Pavlovich Velikhov; Evgenia Anatolievna Kuleshova; Boris Aronovich Aronzon; Evgeny Zalmanovich Meilikhov; Evgeny Petrovich Ryazantsev; Evgeny Dmitrievich Olshansky; Dmitry Iosifivich Dolgy; Vladimir Vasilievich Rylkov; Kirill Evgenievich Prikhodko; Alexandr Grigoriev Domantovsky; Yaroslav Igorevich Shtrombakh
Original assignee: Boris Aronovich Gurovich; Evgeny Pavlovich Velikhov; Evgenia Anatolievna Kuleshova; Boris Aronovich Aronzon; Evgeny Zalmanovich Meilikhov; Evgeny Petrovich Ryazantsev; Evgeny Dmitrievich Olshansky; Dmitry Iosifivich Dolgy; Vladimir Vasilievich Rylkov; Kirill Evgenievich Prikhodko; Yaroslav Igorevich Shtrombakh; Domantov Alexandr Grigorievich
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2001-08-14
Also published as: GB2337635B; KR19990088479A; US6218278B1; DE19922759A1; RU2129320C1; NL1012117A1; GB9911764D0; GB2337635A; FR2779007B1; FR2779007A1

Description

i

WERKWIJZE VOOR HET VORMEN VAN EEN GELEIDENDE STRUCTUUR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op de fabricagetechniek van gecompliceerde geleidende structuren met gebruikmaking van geladen deeltjes.

5 De onderhavige uitvinding kan worden toegepast in de micro-elektronica voor lithografische vorming van geïntegreerde microschakelingen, geheugens en optische elementen, die een aantal componenten van de geleidende structuur hebben die binnen het nanometergebied vallen.

Tot op heden is de moderne micro-elektronica ontwikkeld door de microschake-10 lingselementen successievelijk te reduceren van het microngrootte- tot submicron-grootte-gebied. Maar steeds toenemende dringende eisen aan het ontwikkelen van elementen met nanometergrootte leiden tot het zoeken naar nieuwe technieken van lithografische vorming van een geleidende structuur die een hoge resolutie waarborgen, hetgeen hierin een minimum grootte van de elementen van de geleidende structuur die 15 worden ontwikkeld behelst, die een maximale toelaatbare dichtheid van een geleidend-structuurelement per lengte-eenheid of oppervlakte-eenheid zonder een contact daartussen bepaalt.

Eén werkwijze uit de stand van de techniek voor het vormen van een patroon met gebruikmaking van elektronenbundels (WO 95/26042) bestaat uit het plaatsen van een 20 elektronenbundel-focusseringssysteem in de reactiekamer, aanbrengen van het masker en de wafel op de elektronenbundel-as, welke wafel onder verwerking wordt bekleed met de laag van een materiaal (fotolak) die getransformeerd kan worden wanneer deze wordt blootgesteld aan het effect van straling. Dan wordt de wafel bestraald met een elektronenbundel, met als resultaat dat het materiaal van de wafeloppervlaktelaag een 25 transformatie ondergaat.

De bovengenoemde bekende werkwijze maakt echter gebruik van een wijd verbreide techniek voor het aanbrengen van een laag fotolak op de wafel, welke techniek het mogelijk maakt deze laag aan te brengen met een dikte in de orde van honderden nanometer (200 tot 500 nm), hetgeen het onmogelijk maakt de patroonelementen van 30 een geleidende structuur te veikrijgen die lineaire dimensies in de orde van nanometer-eenheden hébben.

Bovendien worden volgens de bekende werkwijze de geleidende structuurelementen successievelijk gevormd, zodat steeds wanneer de noodzaak zich voordoet voor 1012177 2 het verschaffen van een hoge dichtheid van elementen per oppervlakte-eenheid van de structuur die wordt gevormd, bijvoorbeeld een microchip, het een lange tijdsperiode duurt, die in de honderden en zelfs in de duizenden uren loopt.

Eén verdere reeds bekende werkwijze voor het vormen van een geleidende me-5 taalsubstraat-structuur is bekend (US-octrooi # 5.459.098) en omvat de stappen van het aanbrengen van een metaalnitridelaag op een diëlektrisch substraat en bestralen van dit substraat met een geconcentreerde (gefocusseerde) laserbundel, waardoor het metaal-nitride wordt ontleed in een vaste metallische geleidende component die op het substraat blijft, en een gasvormige niet-geleidende component die in de loop van het verder 10 uitvoeren van de werkwijze wordt verwijderd. De metaalnitride-ontledingstemperatuur ligt binnen het gebied van circa 100 tot 1000°C. De werkwijze wordt uitgevoerd in een reactiekamer die wordt gevuld met een inert gas of waarin een vereist vacuüm tot stand is gebracht. Een vereist patroon wordt gevormd uit de geleidende structuurelementen als gevolg van het aftasten van het substraatoppervlak met een laserbundel volgens een 15 vooraf ingesteld programma, die het productie-rendement van de werkwijze ongunstig beïnvloedt.

De beschouwde werkwijze vertoont slechts een lage resolutie, omdat het als onmogelijk wordt beschouwd om individuele elementen te verkrijgen die lineaire dimensies in de orde van nanometereenheden en zelfs tienden van nanometers heeft. Dit komt 20 door het feit dat het focusseren van een laserpunt op een dergelijke kleinste grootte een zeer moeilijke taak is. Bovendien wordt, wanneer een laserbundel op de laag van me-taalnitride valt, het laserpunt onscherp als gevolg van warmtegeleiding van metaal, wat leidt tot verhoogde lineaire dimensies van elk individueel element van de geleidende structuur. Daarom is de fotolithografïewerkwijze slechts van weinig nut voor het vor-25 men van geleidende structuurelementen die lineaire dimensies in het nanometergebied hebben.

Bovendien is het, voor zover wij weten, de bekende werkwijze in kwestie niet gelukt om wijd verbreide industriële toepassing te vinden, omdat voor het verschaffen van geleidende structuren met grote lengte, bijvoorbeeld draadgeleiders in elektroni-30 sche schakelingen, een zeer veel langere tijdsperiode is vereist die oploopt tot honderden en duizenden uren.

Derhalve worden alle tot dusver bekende werkwijzen gekarakteriseerd door een multitraps en arbeidsintensief productieproces; steeds wanneer een eentraps proces 1012177 3 wordt gebruikt lijdt het onder een lage productiehoeveelheid die het praktische toepassingsgebied van de genoemde werkwijzen begrenst.

De onderhavige uitvinding heeft als primaire doelstelling het verschaffen van een werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur, waarbij een mogelijkheid is 5 verschaft voor het vormen van een geleidende structuur met dergelijke individuele elementen die lineaire dimensies in de orde van nanometereenheden hebben, waarbij dit het gevolg is van een geschikte geselecteerde type effect dat wordt geproduceerd door een gemoduleerde straling op een materiaal dat getransformeerd kan worden onder invloed van de straling, en een geschikt geselecteerde dikte van een laag van het materi-10 aal.

De bovenstaande doelstelling wordt bereikt als gevolg van het feit dat bij een werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur, omvattende het aanbrengen op een substraat van een laag van een materiaal dat getransformeerd kan worden in een geleidend materiaal wanneer dit wordt blootgesteld aan het effect van straling en be-15 stralen van deze laag van het genoemde materiaal met een gemoduleerde stralingsbun-del, overeenkomstig de uitvinding de aangebrachte laag van het materiaal 2 tot 20 nm dik is en als de straling een bundel van geladen deeltjes wordt gebruikt, waarbij het materiaal van de laag, op de bestraalde gebieden, wordt getransformeerd in een geleidende component die in de laag een veelheid geleidende structuurelementen tot stand 20 brengt, waarbij een niet-geleidende component in het materiaal van het substraat is verplaatst.

De voorgestelde werkwijze maakt het iemand mogelijk om in de laag van het materiaal een geleidend structuurelement te vormen dat de kleinst mogelijke afmeting heeft, waarbij dit het gevolg is van het bestralen van een laag van een materiaal dat 25 getransformeerd kan worden onder invloed van bestraling met een bundel van geladen deeltjes waarvan de golflengte minder is dan de golflengte van een optische straling (in het bijzonder, laserstraling). Het feit dat de dikte van de laag van het materiaal varieert tussen 2 en 20 nm draagt bij aan het bereiken van de vereiste resolutie, dat wil zeggen de vereiste ruimtelijke configuratie van de geleidende structuurelementen met een 30 vooraf ingestelde dichtheid.

In grote lijnen is het als gevolg van de genoemde eigenschappen dat de voorgestelde werkwijze het mogelijk maakt individuele geleidende structuurelementen te vormen die lineaire dimensies hebben in de orde van nanometereenheden.

mi 91 77 4

Het is voordelig dat als het materiaal van de laag een enkelfasig halfgeleidermate-riaal of diëlektrisch metaalhoudend materiaal wordt gebruikt dat uit tenminste atomen van een eerste soort en atomen van een tweede soort bestaat die in atoomgetal verschillen; voor het tot stand brengen van een geladen bundel worden geladen deeltjes 5 gebruikt die elk een energie hebben die door het deeltje wordt overgedragen na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag in de loop van de bestraling, welke energie lager is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de eerste soort en hoger is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de tweede soort; het materiaal van de laag ondergaat transformatie door het verplaatsen van ato-10 men van de tweede soort op de bestraalde gebieden van de laag in het substraatmateri-aal en door het transformeren van atomen van de eerste soort op de bestraalde gebieden van de laag in een veelheid van de geleidende structuurelementen.

Het is redelijk dat de energie die door een geladen deeltje wordt overgedragen na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag worden gevonden door de 15 volgende verhouding E = 4E ^2 J^max ‘tC'o .. ,2! (M,+Af2)2 waarbij 20 Emax de maximum energie is die door het geladen deeltje wordt overgedragen naar de atomen van elk soort; E0 de energie van het geladen deeltje is;

Mi de massa van het geladen deeltje is; M2 de massa van het atoom van elke soort is waarmee de geladen deeltjes botsen.

25

Het feit dat als het materiaal dat wordt aangebracht op de substraatlaag een materiaal wordt gebruikt dat de hierboven beschreven eigenschappen heeft en dat het hierboven beschreven gebied van energieën van geladen deeltjes wordt geselecteerd, verschaft, in de loop van de bestraling, voorwaarden voor het scheiden van het materiaal in 30 een geleidende en een niet-geleidende component waarvan de niet-geleidende component wordt verplaatst binnen het substraatmateriaal en dus niet werkelijk de geleidings-eigenschappen van het substraat beïnvloedt, terwijl de geleidende component in de laag mi 917 7 5 van het materiaal blijft, waardoor een veelheid van de geleidende structuurelementen tot stand worden gebracht die lineaire dimensies in de orde van nanometereenheden hebben. Het verplaatsen van de niet-geleidende component in de massa van het sub-straatmateriaal is een karakteristieke eigenschap van de voorgestelde werkwijze ten 5 opzichte van de tot dusver bekende werkwijzen, waarbij de niet-geleidende component in het omgevende medium wordt ontladen.

Het is voordelig dat als het eerste laagmateriaal het materiaal wordt gebruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit metaalhydriden, metaaloxiden en metaalni-triden.

10 Het verdient de voorkeur dat als een metaalhydride lanthaanhydride of ytterbi- umhydride wordt gebruikt; dat als een metaaloxide uraniumdioxide wordt gebruikt en als een metaalnitride galliumnitride wordt gebruikt.

Van de hierboven genoemde materialen wordt tamelijk zelden gebruikt gemaakt bij de tot dusver bekende werkwijzen; het zijn echter dergelijke materialen die in staat 15 zijn de niet-geleidende component in het substraatmateriaal te verplaatsen na het schei den van het materiaal in een geleidende en niet-geleidende component.

Het verdient de voorkeur dat als het substraatmateriaal het materiaal wordt gebruikt dat wordt geselecteerd uit de groep die bestaat uit een diëlektrisch materiaal, een halfgeleidermateriaal, en een elektrisch geleidend materiaal.

20 Derhalve zijn er geen specifieke eisen wat betreft geleiding, hetgeen het vormen van geleidende structuren op substraten van alle willekeurige vereiste materialen mogelijk maakt, waardoor de technologische mogelijkheden van de werkwijze worden uitgebreid.

Het is redelijk dat de materiaallaag die wordt aangebracht op het substraat wordt 25 bestraald met een gemoduleerde elektronenbundel of ionenbundel.

Deze eigenschap draagt bij aan het resolutievermogen van de werkwijze, aangezien zowel elektronen- als ionenbundels omlaag gefocusseerd kunnen worden tot na-nometerdimensies, in het bijzonder tot nanometereenheden en tienden van nanometers.

Het is doelmatig dat voor het tot stand brengen van een driedimensionale gelei-30 dende structuur de genoemde materiaallaag, nadat een veelheid geleidende structuurelementen daarin tot stand zijn gebracht, wordt gebruikt als een substraat voor het vormen van een driediemensionale geleidende structuur; een veelheid verdere lagen van een materiaal dat getransformeerd kan worden in een geleidende laag onder invloed 1012177 6 van straling wordt achtereenvolgens op elke voorafgaande laag aangebracht nadat een veelheid geleidende structuurelementen daarin tot stand is gebracht; elke volgende lagg die wordt aangebracht op elke voorafgaande laag is 2 tot 20 nm dik; elke volgende laag wordt bestraald met een gemoduleerde bundel van geladen deeltjes om het materiaal 5 van elke volgende laag op zijn bestraalde gebieden in een geleidende component te transformeren hetgeen in elke volgende laag een veelheid geleidende structuurelementen tot stand brengt, en een niet-geleidende component die in het materiaal van de voorafgaande laag wordt verplaatst.

Derhalve wordt een driedimensionale geleidende structuur gevormd, waarbij elk 10 van zijn lagen een dikte van dezelfde orde van grootte heeft als de lineaire dimensies van individuele geleidende-structuurelementen, hetgeen veel bij draagt tot het resolutie-vermogen van de voorgestelde werkwijze en het toepassingsgebied van de aldus gefabriceerde geleidende structuren uitbreidt. De resulterende driedimensionale geleidende structuur kan worden toegepast voor het produceren van draden die de elementen van 15 elektronische schakelingen verbinden die zich in verschillende lagen bevinden.

Het is geschikt dat als het materiaal van elke volgende laag een enkelfasig half-geleidermateriaal of diëlektrisch metaalhoudend materiaal wordt gebruikt dat tenminste atomen van een eerste soort en atomen van een tweede soort omvat die in atoomgetal verschillen; voor het tot stand brengen van een geladen bundel worden geladen deeltjes 20 gebruikt die elk een energie hebben die door het deeltje wordt overgedragen na zijn interactie met de atomen van het materiaal van elke volgende laag in de loop van de bestraling, welke energie lager is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de eerste soort en hoger is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de tweede soort; het materiaal van de laag ondergaat transformatie door het verplaatsen 25 van atomen van de tweede soort op de bestraalde gebieden van de laag in het materiaal van de voorafgaande laag en door het transformeren van atomen van de eerste soort op de bestraalde gebieden van elke volgende laag in een veelheid van de geleidende structuurelementen.

Het feit dat als het materiaal dat de tweede geleidende structuurlaag en alle na-30 volgende lagen daarvan vormt een materiaal met de bovengenoemde eigenschappen wordt gebruikt en dat het hierboven beschreven gebied van energieën van geladen deeltjes wordt geselecteerd, verschaft, in de loop van de bestraling, voorwaarden voor het scheiden van het material in een geleidende en een niet-geleidende component zoals 1012177 7 is beschreven met verwijzing naar de eerste laag van het materiaal. In dit geval wordt de niet-geleidende component in het materiaal van een eerste (voorafgaande) laag gedreven die dient als het substraat voor een volgende laag, terwijl de geleidende eigenschappen van de voorafgaande laag praktisch onveranderlijk blijven en de geleidende 5 component in de laag van het materiaal blijft om een veelheid geleidende structuurelementen te vormen die lineaire dimensies in de orde van nanometereenheden hebben.

Het is gewenst dat de energie die wordt overgedragen door een geladen deeltje na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag wordt gevonden door de volgende verhouding 10 Ό _,.T? M\ · M2 kmax ~ 4ilo 777 7777’ (Ml + M2)2 waarbij

Emax de maximum energie is die door het geladen deeltje wordt overgedragen naar de 15 atomen van elk soort; E0 de energie van het geladen deeltje is;

20 Het is nuttig dat als het materiaal van elke volgende laag het materiaal wordt ge bruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit metaalhydriden, metaaloxiden en metaalnitriden.

Het verdient de voorkeur dat als een metaalhydride lanthaanhydride of ytterbi-umhydride wordt gebruikt; dat als een metaaloxide uraniumdioxide wordt gebruikt en 25 dat als een metaalnitride galliumnitride wordt gebruikt.

Van de materialen die hierboven zijn genoemd wordt tamelijk zelden gebruik gemaakt bij de reeds bekende werkwijzen; het zijn echter dergelijke materialen die in staat zijn tot het verplaatsen van de niet-geleidende component in het substraatmateriaal nadat het materiaal is gescheiden in een geleidende en niet-geleidende component 30 Het is doelmatig dat elke volgende laag wordt bestraald met een gemoduleerde bundel van geladen deeltjes of van ionen.

Het is redelijk dat een tussenliggende laag van een diëlektrisch materiaal wordt 1012177 8 aangebracht tussen elke voorafgaande en elke volgende laag van het materiaal.

Deze eigenschap maakt een mogelijke vorming van geïntegreerde multilaags-schakelingen op ultragrote schaal (ultra large-scale integrated circuits = ULSIC) mogelijk.

5 Verdere doelstellingen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duide lijk worden aan de hand van een gedetailleerde beschrijving, bij wijze van voorbeeld gegeven uitvoeringsvormen daarvan en de begeleidende tekeningen.

Figuur 1 is een lengte-doorsneeaanzicht van een individuele geleidende structuur;

Figuur 2 is een doorsneeaanzicht van een driedimensionale geleidende structuur; 10 Figuur 3 is een aanzicht van figuur 2 dat een diëlektrische laag toont die is aan gebracht tussen de geleidende structuren.

De hier voorgestelde werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur volgens de uitvinding bestaat uit de volgende stappen. Een eerste laag van een materiaal dat getransformeerd kan worden in een geleidende laag onder het effect van bestra-15 ling wordt bijvoorbeeld door middel van sproeien aangebracht op een substraat, waarbij de laag 2 tot 20 nm dik is. Een bundel van geladen deeltjes, dat wil zeggen elektronen of ionen wordt tot stand gebracht, die wordt gemoduleerd en wordt gericht op de mate-riaallaag die op het substraat is aangebracht. Het is algemeen bekend aan de vakman dat elektronen- en ionenbundels gefocusseerd kunnen worden tot nanometerdimensies, 20 in het bijzonder tot nanometereenheden en tienden van nanometers, aangezien de golflengte van geladen deeltjes in een bundel veel kleiner is dan de golflengte van een optische straling (in het bijzonder laserstraling). Een dergelijke focussering is haalbaar in bijvoorbeeld elektronenmicroscopen TECHNAT of FIB (die beide beschikbaar zijn bij PHILIPS Co.).

25 De bestraling van individuele gebieden van de materiaallaag met een flux van geladen deeltjes transformeert het materiaal op de gebieden in een geleidende component die daarin een veelheid geleidende stuctuurelementen vormt, en een niet-gelei-dende component die in het materiaal van het substraat wordt verplaatst. Dit effect wordt bereikt als gevolg van het feit dat een bepaalde verhouding wordt geselecteerd in 30 de voorgestelde werkwijze tussen de energiewaarden van geladen deeltjes en de structuur, samenstelling en energiekarakteristieken van de atomen van het materiaal waarvan de laag die is aangebracht op het substraat is gemaakt.

Volgens de voorgestelde werkwijze wordt als het materiaal van de eerste laag 1012177 9 halfgeleidermateriaal of diëlektrisch metaalhoudend materiaal gebruikt dat tenminste atomen van een eerste soort en atomen van een tweede soort omvat die in atoomgetal verschillen en die worden gekenmerkt door hun drempelverplaatsingsenergie. Elk van de geladen deeltjes die de bundel vormen heeft een energie die door het deeltje wordt 5 overgedragen na zijn interactie met de atomen van de specifieke soort van het materiaal van de laag in de loop van de bestraling, welke energie lager is dan de drempelverplaat-singsenergie van de atomen van de eerste soort en hoger is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de tweede soort Als resultaat van de bestraling van de materiaallaag blijven metallische atomen, die in dit specifieke geval de atomen van de 10 eerste soort zijn, in de materiaallaag op de bestraalde gebieden en vormen de geleidende structuurelementen, terwijl andere atomen (dat wil zeggen de atomen van de tweede soort) worden verplaatst in het substraatmateriaal die de eigenschappen daarvan praktisch niet beïnvloeden.

De energie die wordt overgedragen door een geladen deeltje na zijn interactie met 15 de atomen van het materiaal van de laag wordt gevonden door de volgende verhouding E = 4E M| ‘ ^2 ümax H-Co —— : . 2 5 waarbij 20 Emax de maximum energie is die door het geladen deeltje wordt overgedragen naar de atomen van elk soort; E0 de energie van het geladen deeltje is;

25

De hier voorgestelde werkwijze wordt uitgevoerd in een productie-installatie, waarvan het processtroomschema bekend is aan de vakman. De installatie omvat een bron van geladen deeltjes (elektronen of ionen), alsmede een masker, een elektronenof ionensysteem van focusseringslenzen, en een substraat met het daarop aangebrachte 30 materiaal, waarbij al deze componenten zijn ondergebracht in een reactiekamer. Een vereist vacuüm wordt in de loop van het uitvoeren van de werkwijze tot stand gebracht, of de kamer wordt gevuld met een inert gas.

1012177 10

Het feit dat de dikte van de materiaallaag die is aangebracht op het substraat wordt geselecteerd om te variëren tussen 2 en 20 nm wordt gedicteerd door een noodzaak om de interactie-zone tussen de geladen bundel en het materiaal dat wordt getransformeerd te lokaliseren.

5 Nu worden de processen bekeken die in de laag van het materiaal op een gebied daarvan in de loop van de bestraling met geladen deeltjes plaatsvinden. Er is experimenteel gebleken dat als de straling die door de geladen deeltjes is geëmitteerd, in het bijzonder elektronen, diep in het materiaal doordringen, deze deeltjes worden verstrooid op de atomen van het materiaal hetgeen gepaard gaat met het begin van ver-10 strooiing, inclusief de terugstrooiing van elektronen.

Rekening houdend met de bovengenoemde verhouding tussen de energie van de geladen deeltjes, structuur, samenstelling, en energiekarakteristieken van de atomen van het materiaal van de laag die is aangebracht op het substraat, treedt een reactie in het materiaal op, soortgelijk aan de reactie die op het oppervlak van het materiaal op-15 treedt, wat leidt tot het vormen van een geleidende component en een niet-geleidende component die wordt verplaatst in het materiaal van het substraat. Het stralingver-strooiingsproces verloopt binnen het volume van een hemisfeer en treedt verder incre-menteel op tot een diepte die afhangt van het stralingsvermogen. Het resultaat is vorming van een geleidend structuurelement 1 (figuur 1) op een substraat 2, dat is ge-20 vormd als een kan met een nauwe hals. Het is duidelijk dat voor het verkrijgen van de kleinst mogelijke dimensies van de geleidende structuurelementen (waarbij de meting wordt uitgevoerd in het breedste deel daarvan) het beslist voldoende is om het bovenste deel van de resulterende structuur te gebruiken die 2 tot 20 nm dik is. Het aanbrengen van een laag 3 van het genoemde materiaal dat de bovengenoemde dikte heeft zorgt 25 niet voor problemen bij moderne technologieën en kan worden bewerkstelligd door bijvoorbeeld de plasmaverdampingstechniek.

Wanneer de laagdikte meer dan 20 nm is, overschrijden de dimensies van individuele geleidende structuurelementen de vooraf bepaalde dimensies; wanneer de laagdikte minder dan 2 nm is, kan discontinuïteit van de materiaallaag optreden, die de 30 kwaliteit van de geleidende laag die wordt gevormd ongunstig beïnvloedt.

Als het materiaal van de eerste laag wordt het materiaal gebruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit metaalhydriden, metaaloxiden en metaalnitriden. In het bijzonder is het praktisch dat als een metaalhydride lanthaanhydride of ytterbium- 1012177 * 11 hydride wordt gebruikt; dat als een metaaloxide uraniumdioxide wordt gebruikt, en dat als een metaalnitride galliumnitride wordt gebruikt; er kunnen echter een aantal andere metaalhydriden, oxiden en nitriden worden gebruikt.

De geleidende structuur kan worden gevormd om te verschijnen als metallisch 5 patroon op een diëlektrisch substraat; of als een halfgeleiderpatroon op een diëlektrisch of metaalsubstraat; of als een metallisch patroon op een ander metaal of op een halfgeleider.

Derhalve verschaft de voorgestelde werkwijze ruime mogelijkheden voor het gebruik van geleidende eigenschappen van verscheidene materialen en maakt het mo-10 gelijk geleidende structuren tot stand te brengen die vereiste dimensies van individuele elementen in de orde van nanometereenheden hebben.

Zoals hierboven is vermeld kan als de bron van geladen deeltjes een bron van elektronen (elektronenkanon) of een ionenbron worden gebruikt, die elk van de reeds bekende bronnen kan zijn, dat wil zeggen thermionische bronnen, gasontladingsbron-15 nen, oppervlakteplasmabronnen, fotodesorptiebronnen of andere bronnen. Dergelijke constructies zijn op brede schaal bekend aan de vakman. Type van een geladen-deel-tjesbron en zijn bedrijfsomstandigheden worden bepaald ofwel door schatting ofwel door experimenteel te werk te gaan aan de hand van de eigenschappen van het materiaal dat wordt getransformeerd.

20 Wanneer bijvoorbeeld een laag van verscheidene oxiden wordt gebruikt als het materiaal van de laag, verdient het de voorkeur met een ionenbron, zoals waterstofio-nen voor reductie-reacties te werk te gaan.

Wanneer metaalnitriden of -hydriden worden gebruikt is het doelmatig om een elektronenbron te gebruiken.

25 In specifieke uitvoeringsvormen van de voorgestelde werkwijze kan gebruik worden gemaakt van een materiaal dat in feite een oververzadigde vaste oplossing van een metaal in een diëlektricum in plaats van metaalhydriden of nitriden is. In dit geval kunnen als het diëlektricum ook metaaloxiden of siliciumoxide worden gebruikt

Wanneer elektronenbundels worden gebruikt, wordt gebruik gemaakt van een 30 substraat dat is voorzien van gaten in die gebieden daarvan waar de geleidende structuurelementen gevormd moeten worden.

Voor het vormen van het geleidende structuurpatroon kan een geladen bundel worden gemoduleerd met gebruikmaking van verscheidene technieken.

1012177 12

Er kan bijvoorbeeld modulatie van intensiteit van een gehele geladen bundel worden gebruikt die gepaard gaat met het aftasten van een gefocusseerd punt op bet oppervlak van de materiaallaag die wordt verwerkt, of ruimtelijke modulatie die eruit bestaat dat een masker met een daarop gemaakt patroon wordt bestraald met een ge-5 schikt gevormde geladen bundel, waarna de gemoduleerde straling wordt gefocusseerd op de materiaallaag op het substraat. Beide technieken zijn algemeen bekend aan de vakman en zijn beschreven in verhandelingen over elektronenbundellithografie, aftast-elektronenmicroscopie, alsmede over fotolithografie.

De voorgestelde werkwijze maakt ook het vormen van driedimensionale gelei-10 dende structuren mogelijk. Als eenmaal de elementen 1 van de eerste geleidende structuur zijn gevormd in de eerste laag 3 van het materiaal, wordt een tweede laag 4 (figuur 2) van het materiaal daarop aangebracht, waarbij het materiaal getransformeerd kan worden onder invloed van geladen deeltjes. In dit geval dient de eerste laag 3 althans nagenoeg als het substraat voor de tweede laag 4 waarvan de dikte ook zodanig is 15 geselecteerd dat deze binnen 2 en 20 nm valt Verder wordt de werkwijze uitgevoerd zoals hierboven is beschreven met verwijzing naar de eerste laag 3 van het materiaal waarbij goede nota wordt genomen van alle bovengenoemde verhoudingen tussen de energie van de geladen deeltjes, structuur, en eigenschappen van het materiaal van de tweede laag. Als resultaat van de bestraling worden individuele elementen 5 van de 20 geleidende structuur ook gevormd op de tweede laag 4 van het materiaal. In dit geval wordt voor het vormen van een vereist patroon het masker gebruikt van dezelfde of andere configuratie als getoond in figuur 2, die een laagstructuur illustreert die is gevormd met gebruikmaking van een ander masker voor het vormen van een geleidende structuur op de tweede laag van het materiaal. Soortgelijke maskers kunnen worden 25 gebruikt voor massafabricage van elektronische schakelingen.

Derhalve wordt een driedimensionale geleidende laagtype-structuur gevormd door het successievelijk tot stand brengen van geleidende structuren op elke laag, waarbij elke laag van de laagtype-structuur een dikte van dezelfde orde heeft als de lineaire dimensies van de individuele elementen 1 en 5 van de geleidende structuur.

30 Volgens de voorgestelde werkwijze kunnen driedimensionale geleidende laag- type-structuren worden gevormd waarvan de individuele lagen van elkaar zijn gescheiden door middel van een diëlektrische laag 6 zoals getoond in figuur 3. Wanneer de eerste geleidende structuur eenmaal is gevormd, wordt de diëlektrische laag 6 die een 1012177 13 vereiste dikte heeft daarop aangebracht, waarop de laag 4 wordt aangebracht van een materiaal dat getransformeerd kan worden in een geleidende laag onder invloed van straling. Verder wordt de werkwijze uitgevoerd in een opeenvolging die hierboven is genoemd. De resulterende driedimensionale geleidende laagtype-structuren kunnen 5 worden gebruikt voor vorming van multilaags geïntegreerde schakelingen op ultragrote schaal (ULSIC).

Voorbeeld 1

Een lanthaanhydridelaag van 2, 4, 8, 10 of 20 nm dik wordt aangebracht op een süiciumoxide-substraat dat als een wafel verschijnt die 5x5x0,4 mm meet, met ge-10 bruikmaking van elke willekeurige reeds bekende techniek. Dan wordt het substraat in de reactiekamer van de hierboven beschreven productie-installatie geplaatst en daarin op zijn plaats gefixeerd. Een wolfraammasker dat 20x20x0,1 mm meet is voorzien van een patroon dat verschijnt als rijen van ronde gaten van 100 nm in diameter en van lijnen, die elk 100 nm breed zijn en 30 mm lang, waarbij de patroonelementen op 1000 15 nm afstand van elkaar zijn aangebracht. Dan wordt een vacuüm van 10"9 torr tot stand gebracht in de bestralingskamer, eerst met gebruikmaking van een turbomoleculaire pomp, dan een pomp van het ionentype. Als een bron van geladen deeltjes wordt een elektronenkanon gebruikt, dat een thermionische wolffaamkathode heeft Een gemiddelde elektronenenergie is 200 keV, een elektronenbundelstroom is 1 mcA. De voorge-20 stelde werkwijze wordt uitgevoerd op lanthaanhydridelagen van 2, 4, 8, 10 of 20 nm dik. De resultaten zijn vermeld in tabel 1 hieronder.

Voorbeeld 2

De werkwijze wordt uitgevoerd met dezelfde parameters als in voorbeeld 1 met de enige uitzondering dat als een transformeerbaar materiaal galliumnitride wordt ge-25 bruikt. De resultaten zijn eveneens in tabel 1 aangegeven.

Voorbeeld 3

De werkwijze wordt uitgevoerd met dezelfde parameters als in voorbeeld 1 met de uitzondering dat als een bron van geladen deeltjes een protonenbron wordt gebruikt die voorziet in generering van waterstofïonen die een energie van 1 keV hebben. Een 30 ytterbiumlaag wordt op het substraat aangebracht. De resultaten zijn aangegeven in tabel 2 hieronder.

Voorbeeld 4

De werkwijze wordt uitgevoerd zoals in voorbeeld 2 met de enige uitzondering 1012177 14 dat als een transformeerbaar materiaal uraniumdioxide wordt gebruikt. De resultaten zijn gegeven in tabel 2.

Voorbeeld 5

De werkwijze wordt uitgevoerd zoals in de voorbeelden 1 en 2 met de enige uit-5 zondering dat als een transformeerbaar materiaal lanthaanoxide wordt gebruikt in een laag van 10 nm dik. Het resultaat is een geleidende structuur die individuele elementen van 10 nm dik elk heeft, waarop een siliciumoxidelaag van 100 nm dik en een andere lanthaanoxidelaag van 10 nm dik zijn aangebracht. De gevormde laag wordt bestraald zoals in de voorbeelden 1 en 2, met gebruikmaking van een masker waarvan het pa-10 troon verschilt van dat van het masker dat wordt gebruikt voor het vormen van de eerste geleidende structuur. Als resultaat wordt een geleidende structuur die de elementen heeft die 10 nm meten verschaft op de tweede laag.

Derhalve maakt de voorgestelde uitvinding het mogelijk zowel planaire als driedimensionale geleidende structuren te produceren waarvan de individuele elementen de 15 dimensies hebben in de orde van nanometereenheden, hetgeen veel bijdraagt aan het resolutievermogen van de werkwijze.

Voorbeeld 6

De werkwijze wordt uitgevoerd zoals in voorbeeld 1 met de enige uitzondering dat als het materiaal lanthaanoxide wordt gebruikt en de laag 10 nm dik is. Na bestra-20 ling van de laag met een elektronenbundel die een energie van 200 keV heeft blijven lanthaanatomen in de laag, terwijl zuurstofatomen worden verplaatst in het substraat-materiaal. De drempelverplaatsingsenergie van lanthaanatomen is meer dan 20 eV, terwijl de drempelverplaatsingsenergie van zuurstofatomen onder 5 eV is. Als resultaat wordt een geleidende lanthaanstructuur verkregen waarvan de individuele elementen 5 25 nm meten.

Voorbeeld 7

De werkwijze wordt uitgevoerd zoals in voorbeeld 3 met de enige uitzondering dat als het materiaal van de 10 nm dikke laag wolffaamoxide wordt gebruikt. De protonenmassa is eenheid, de protonenergie is 900 ev, de drempelverplaatsingsenergie van 30 wolfraam is meer dan 200 eV, die van zuurstof is 100 eV. Het resultaat is een geleidende wolfraamstructuur waarvan de individuele elementen 8 nm meten.

Voorbeeld 8

De werkwijze wordt uitgevoerd zoals in voorbeeld 7, bestraling wordt uitgevoerd 1012177 15 met protonen die een energie van 900 eV hebben. Als het materiaal van de laag wordt PbHfO3 gebruikt, de laagdikte is 10 nm. De maximum energie die wordt overgedragen door protonen is 199 eV voor zuurstofatomen, 20,2 eV voor hafniumatomen, en 17,4 eV voor loodatomen. De drempelverplaatsingsenergie voor de genoemde atomen is 60 5 eV, respectievelijk 31 eV respectievelijk 25 eV. Derhalve leidt het bestralen van het materiaal met protonen tot de vorming van geleidende elementen van hafnium en loodatomen en tot het doordringen van zuurstofatomen in het substraatmateriaal. De individuele elementen van de resulterende geleidende structuur meten 7 nm.

10 Tabel 1

Materiaal Gemiddelde ionen- Laagdikte, nm Afmetingen van energie, keV patroonelement, nm - 3 4 5

Lanthaanhydride 200 8 10 10 12 20 25 _ _ 4 5,5

Galliumnitride 200 8 11 10 13,5 20 27 15 20 1012177

Claims

16 Tabel 2 Materiaal Gemiddelde ionen- Laagdikte, nm Afmetingen van energie, keV geleidend-structuur- element, nm _ 5 4 7 Ytterbinmhydride 200 8 12 10 15 20 28 2 6 4 8 Uraniumdioxide 8 14 10 17 20 30 1012177 17 «

1. Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur, omvattende het aanbrengen op een substraat van een laag van een materiaal dat getransformeerd kan wor- 5 den in een geleidend materiaal wanneer dit wordt blootgesteld aan de invloed van straling en bestralen van deze laag van dit materiaal met een gemoduleerde stralingsbundel, met het kenmerk, dat de aangebrachte laag van het materiaal 2 tot 20 nm dik is en als de straling een bundel van geladen deeltjes wordt gebruikt, waardoor het materiaal van de laag, op de bestraalde gebieden, wordt getransformeerd in een geleidende compo- 10 nent die in de laag een veelheid geleidende structuurelementen tot stand brengt, waarbij een niet-geleidende component in het materiaal van het substraat wordt verplaatst.

2. Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als het materiaal van de laag een enkelfasig halfgeleidermateriaal of diëlektrisch metaalhoudend materiaal wordt gebruikt dat tenminste atomen van een 15 eerste soort en atomen van een tweede soort omvat die verschillen in atoomgetal; dat voor het tot stand brengen van een geladen bundel geladen deeltjes worden gebruikt die elk een energie hebben die door het deelde wordt overgedragen na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag in de loop van de bestraling, welke energie lager is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de eerste soort en hoger 20 is dan de drempelverplaatsingsenergie van de atomen van de tweede soort; waarbij het materiaal van de laag een transformatie ondergaat door het verplaatsen van atomen van de tweede soort op de bestraalde gebieden van de laag in het substraatmateriaal en door het transformeren van atomen van de eerste soort op de bestraalde gebieden van de laag in een veelheid van de geleidende structuurelementen.

3. Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de energie die door een geladen deeltje wordt overgedragen na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag wordt gevonden door de volgende verhouding

30 Emax = 4E0 Μχ :-^2T, (M,+M2)2 waarbij 1 ü 1 2177 18 Emax de maximum energie is die door het geladen deeltje wordt overgedragen naar de atomen van elk soort; E0 de energie van het geladen deeltje is; Mi de massa van het geladen deeltje is;

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat als het materiaal van de eerste laag het materiaal wordt gebruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit metaalhydriden, metaaloxiden, en metaalnitriden.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als het metaalhydride 10 lanthaanhydride of ytterbiumhydride wordt gebruikt.

5 M2 de massa van het atoom van elke soort is waarmee de geladen deelQ'es botsen.

6. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als het metaaloxide uraniumdioxide wordt gebruikt.

7. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als het metaalnitride galliumnitride wordt gebruikt.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat als het materiaal van het substraat het materiaal wordt gebruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit een diëlektrisch materiaal, een halfgeleidermateriaal, en een elektrisch geleidend materiaal.

9. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bestraling van de laag 20 van het materiaal wordt bewerkstelligd met een gemoduleerde elektronenbundel.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bestraling van de laag van het materiaal wordt bewerkstelligd met een gemoduleerde ionenbundel.

11. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de laag van het materiaal, nadat een veelheid geleidende structuurelementen daarin tot stand is gebracht, 25 wordt gebruikt als een substraat voor het vormen van een driedimensionale geleidende structuur; dat er successievelijk een veelheid opeenvolgende lagen uit het genoemde materiaal, die getransformeerd kunnen worden in een geleidende laag onder invloed van straling, op elke voorafgaande laag wordt aangebracht nadat een veelheid geleidende structuurelementen daarop tot stand is gebracht; dat successievelijk elk van de 30 volgende lagen van de veelheid lagen op elk van de voorafgaande laag 2 tot 20 nm dik wordt aangebracht; dat successievelijk elk van de volgende lagen van de veelheid lagen met een gemoduleerde bundel van geladen deeltjes wordt bestraald; dat het materiaal van elk van de volgende lagen van de veelheid lagen op zijn bestraalde gebieden wordt 1012177 β Λ* 19 getransformeerd in een geleidende component die in elk van de volgende lagen een veelheid geleidende structuurelementen tot stand brengt, en een niet-geleidende component die wordt verplaatst in het materiaal van de voorafgaande laag.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat als het materiaal van 5 elke volgende laag een enkelfasig halfgeleidermateriaal of diëlektrisch metaalhoudend materiaal wordt gebruikt dat tenminste atomen van een eerste soort en atomen van een tweede soort omvat die in atoomgetal verschillen; dat voor het tot stand brengen van de geladen bundel de geladen deeltjes worden gebruikt, die elk een energie hebben die door het deeltje wordt overgedragen na zijn interactie met atomen van het materiaal van 10 elke volgende laag in de loop van de bestraling, welke energie lager is dan de drempel-verplaatsingsenergie van de atomen van de eerste soort en hoger is dan de drempelver-plaatsingsenergie van de atomen van de tweede soort; dat de transformatie van het materiaal van elke volgende laag wordt bewerkstelligd door het verplaatsen van atomen van de tweede soort op de bestraalde gebieden van de laag in het materiaal van de 15 voorafgaande laag en transformeren van de atomen van de eerste soort op de bestraalde gebieden van elke volgende laag in een veelheid geleidende structuurelementen.

13. Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de energie die is overgedragen door een geladen deeltje na zijn interactie met de atomen van het materiaal van de laag wordt gevonden uit de vol- 20 gende verhouding Emax = 4E0 Μχ ’ M\, waarbij

25 Emax de maximum energie is die door het geladen deeltje wordt overgedragen naar de atomen van elk soort; E0 de energie van het geladen deeltje is; Mi de massa van het geladen deelde is; M2 de massa van het atoom van elke soort is waarmee de geladen deety'es botsen.

14. Werkwijze voor het vormen van een geleidende structuur volgens conclusie 11, waarbij als het materiaal van elk van de volgende lagen het materiaal wordt gebruikt dat is geselecteerd uit de groep die bestaat uit metaalhydriden, metaaloxiden, en 1012177