NL195049C

NL195049C - Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen.

Info

Publication number: NL195049C
Application number: NL9001383A
Authority: NL
Original assignee: Hyundai Electronics Ind
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 2003-06-27
Also published as: NL9001383A

Description

1 195049

Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen, waarbij op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam van de halfgeleiderschakeling een 5 isolerende laag met een vlak oppervlak wordt gevormd door op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam een met UV-straling en warmte hardhaar materiaal af te zetten en door het afgezette materiaal te harden bij verhoogde temperatuur en onder blootstelling van UV-straling.

Een dergelijke werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.900.582. Bij de bekende werkwijze voor het vervaardigen van geïnte-10 greerde halfgeleiderschakelingen, wordt een isolerende laag op een halfgeleiderlichaam gevormd door een silaan bevattende oplossing aan te brengen op een oppervlak van het halfgeleiderlichaam, de aangebrachte laag te drogen bij een temperatuur die lager is dan 200°C voor het vormen van een siliciumdioxide bevattende laag, en de gevormde laag in een ozon bevattende omgeving bloot te stellen aan UV-straling bij kamertemperatuur of bij een temperatuur tussen 50 en 200°C. Eén van de nadelen van deze bekende 15 werkwijze is dat er voor het harden gewerkt moet worden in een zeer agressief milieu (ozon), hetgeen de nodige risico's inhoudt. Verder is gebleken dat voor een multilaags metaallaag in een halfgeleiderinrichting boven 1 megabyte de verkregen isolatie niet altijd voldoende is. Gebleken is, dat voor dergelijke gevallen, in plaats van siiaanmateriaal, beter zogenaamd spin-op-glasmateriaal kan worden gebruikt.

Volgens de bekende techniek wordt het hardingsproces voor een laag van spin-op-glasmateriaal 20 uitgevoerd door infrarood-warmtebehandeling in een oven. Dit proces wordt In de praktijk zodanig uitgevoerd, dat een eerste warmtebehandeling wordt uitgevoerd op een hete plaat gedurende 1 minuut bij een temperatuur van 180°C. Dan wordt de tweede warmtebehandeling uitgevoerd in de oven gedurende 30 minuten bij een temperatuur van 420°C, waardoor een verbetering wordt verkregen van de isolatie-eigenschap van de uit het spin-op-glasmateriaal verkregen laag, welke nodig is voor een hooggeïntegreerde 25 halfgeleiderinrichting.

De warmtebehandeling van de afgezette laag van spin-op-glasmateriaal volgens de methode van de bekende techniek resulteert evenwel in het optreden van scheuren binnen de aldus gevormde laag, waardoor de isolatie-eigenschap verslechterd wordt. Als gevolg van de warmtebehandeling in de oven treedt verder verontreiniging op in het halfgeleiderlichaam en wordt schade veroorzaakt aan andere lagen onder 30 de laag van spin-op-glasmateriaal.

Aangezien een groter aantal of lading halfgeleiderlichamen geplaatst wordt in een behandelingsinrichting, kan de gehele lading worden beschadigd, indien de inrichting een bedrijfsdefect vertoont

De uitvinding beoogt te voorzien in een werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen waarbij een isolerende laag met een afgevlakt oppervlak op een zodanige wijze wordt 35 gevormd dat de vorming van scheuren wordt geëlimineerd en voor het harden geen voor het milieu schadelijke gassen behoeven te worden toegepast. Daartoe heeft een werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding het kenmerk dat het af te zetten materiaal bestaat uit een spin-op-glasmateriaal, het afgezette materiaal wordt onderworpen aan een hardingsbewerking, waarbij het halfgeleiderlichaam met het afgezette materiaal 40 ingebracht in een verhittingskamer met een vooraf ingestelde begintemperatuur, waarna de temperatuur geleidelijk wordt verhoogd tot een vooraf bepaalde maximumtemperatuur, het afgezette materiaal wordt bestraald met UV-straling van een in de verhittingskamer opgestelde UV-stralingsbron onder handhaving van de maximumtemperatuur voor een vooraf bepaalde tijd, waarna het halfgeleiderlichaam wordt afgekoeld tot een vooraf bepaalde eindtemperatuur.

45 Bij voorkeur is de vooraf bepaalde begintemperatuur ingesteld op 200°C, is de vooraf bepaalde maximumtemperatuur 240°C en wordt de temperatuur, na het inbrengen van het halfgeleiderlichaam geleidelijk verhoogd van 200°C tot 240°C gedurende een periode van 30 seconden.

De bestraling wordt bij voorkeur uitgevoerd met een ultraviolette straling met een golflengte van 300 nm. Het harden van het afgezette materiaal vindt bij voorkeur plaats bij de maximumtemperatuur van 240°C 50 gedurende een vooraf bepaalde tijdsduur van 120 seconden. Het halfgeleiderlichaam wordt dan gekoeld tot de vooraf bepaalde temperatuur van bij voorkeur 130°C.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening. Hierin toont: figuur 1 een dwarsdoorsnee van een halfgeleiderschakeling in een stadium waarin een eerste metaallaag 55 gevormd is op een gedeelte van de isolerende laag op een siliciumsubstraat; figuur 2 een dwarsdoorsnee van een halfgeleiderschakeling in een stadium waarin een eerste laag van lage-temperatuuroxide gevormd is als een eerste isolatielaag op de structuur, getoond in figuur 1; * 195049 2 figuur 3 een dwarsdoorsnee van een halfgeleiderschakeling in een stadium waarin de laag van spin-op-glasmateriaal, gevormd op de eerste isolatielaag, verwijderd is uitgezonderd voor het gedeelte, gepositioneerd in de groef, teneinde het bovenoppervlak van de eerste isolatielaag vlak te maken; en figuur 4 een dwarsdoorsnee van een geïntegreerde halfgeleiderschakeling, waarin een tweede isolerende 5 laag gevormd op de structuur, getoond in figuur 3, en een tweede metaallaag vervolgens gevormd is op een gedeelte van de tweede isolerende laag.

Figuur 1 toont een dwarsdoorsnee van een halfgeleiderschakeling 10, in een stadium, waarin een isolerend materiaal 1 is afgezet op een siliciumsubstraat 7, en een eerste metaallaag 2 vervolgens gevormd is op de 10 isolatielaag 1. Vervolgens wordt een deel van de eerste metaallaag 2 verwijderd volgens het masker-patroonproces.

Figuur 2 toont een dwarsdoorsnee van een halfgeleiderschakeling in een stadium waarin een eerste laag van een lage-temperatuuroxide of LTO film 3 gevormd is als een eerste isolatielaag op de eerste metaallaag en een gedeelte van het isolerende materiaal 1, tot een uniforme dikte, terwijl een aantal groeven 3A zijn 15 gevormd in de eerste LTO film 3, gelegen tussen de segmenten van de eerste metaallaag 2.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnee van halfgeleiderschakeling 10 in een stadium waarin de uit spin-op-glasmateriaal gevormde laag of SOG film 4 gevormd is op de eerste LTO film 3 tot gewenste dikte, en een gedeelte 4A van de SOG film 4 verwijderd is door het gedeeltelijk wegetsen uitgezonderd voor het gedeelte, dat zich bevindt in de groef 3A, teneinde het bovenoppervlak van de structuur vlak, dat wil zeggen effen te 20 maken.

Figuur 4 toont een halfgeleiderschakeling 10, waarbij een tweede LTO film 5 gevormd is op de SOG film 4 en de eerste LTO film 3 van de structuur, getoond in figuur 3, terwijl een tweede metaallaag 6 is afgezet op de tweede LTO film 5, en waarbij een gedeelte van de tweede metaallaag 6 verwijderd is door het maskerpatroonproces.

25 Zoals boven beschreven, wordt, wanneer de metaallaag gevormd is via een aantal lagen, een isolatielaag 3 gevormd tot de uniforme dikte op de metaallagen 2 en de isolatielaag 1. Vervolgens wordt een SOG film 4 gevormd op de isolatielaag 3 en een gedeelte 4A van de SOG film 4 wordt dan verwijderd, waardoor een gedeelte ervan in de groef 3A overblijft, teneinde het bovenoppervlak af te vlakken of te vereffenen zoals getoond in figuur 3. Als een gevolg van de boven beschreven vlakmakingsstap kan de tweede LTO 30 film 5 direct worden gevormd op de isolatielaag 3 en de SOG film 4.

De figuren 1 tot 4 tonen een proces voor het vormen van een halfgeleiderinrichting en verklaren een methode voor warmtebehandeling waarbij de bestraling met ultraviolette stralen wordt uitgevoerd aan de SOG film.

De beschrijving van de methode voor het harden van de SOG 4 film zal worden gegeven met verwijzing 35 naar tabellen, in het onderstaande gegeven, waarbij de waarden in de tabellen verkregen zijn door het veranderen van diverse condities.

TABEL 1-A

(De etssnelheid van de SOG film in afhankelijkheid van de voorbepaalde temperatuur in de kamer) 40 ---——— voorbepaalde temperatuur in de kamer (°C) 180 180 180 maximumtemperatuur in de kamer (°C) 200 220 240 etssnelheid (nm/minuten) 110 98,2 75

45 TABEL 1-B

voorbepaalde temperatuur in de kamer (°C) 190 190 190 maximumtemperatuur in de kamer (°C) 200 220 240 etssnelheid (nm/minuten) 105 81 69 50________

TABEL 1-C

voorbepaalde temperatuur in de kamer (°C) 200 200 200 55 maximumtemperatuur in de kamer (°C) 200 220 240 etssnelheid (nm/minuten) 70 67 62,4 9 3 195049

De tabellen 1-A tot 1-C laten zien, dat de etssnelheid van de SOG film 4 is gemeten, nadat de SOG film 4 is gehard door het veranderen van de maximumtemperatuur in de kamer van de hardingsapparatuur, terwijl de voorbepaalde temperatuur constant blijft. Een 50:1 (NH4F:HF) gebufferd oxide-etsmiddeloplossing wordt gebruikt voor het etsen van de SOG film 4.

5 De voorbepaalde temperatuur in de kamer, opgegeven in de tabel 1-A, welke betekent de temperatuur van de kamer, voordat de SOG film 4 geplaatst werd in de kamer, bedraagt 180°C. Nadat de SOG film 4 geplaatst werd in de kamer, wordt de temperatuur verhoogd tot 200, 220 en 240°C respectievelijk, en de etssnelheid wordt gemeten voor elke maximumtemperatuur in de kamer. Zoals geïllustreerd wordt een lagere etssnelheid nanometer per minuut) verkregen, wanneer een hogere hardingstemperatuur wordt 10 toegepast.

De voorbepaalde temperatuur in de kamer in tabel 1-B bedraagt 190°C, voordat de SOG film 4 daarin geplaatst wordt. Nadat de SOG film 4 in de kamer geplaatst is, wordt de maximumtemperatuur verhoogd voor elke maximumtemperatuur in de kamer. Zoals te zien is uit tabel 1-B, neemt de etssnelheid af ten opzichte van die, gegeven in tabel 1-A.

15 De voorbepaalde temperatuur in de kamer in tabel 1-C is 200°C, voordat de SOG film 4 geplaatst werd in dekamer. Nadat de SOG film 4 geplaatst was in de kamer, wordt de maximumtemperatuur verhoogd tot 200, 220 en 240°C respectievelijk, en de etssnelheid wordt gemeten voor elke maximumtemperatuur in de kamer, zoals te zien is uit tabel 1-C, wordt naarmate de temperatuur in de kamer hoger is, een lagere etssnelheid verkregen.

20 Er dient te worden opgemerkt, dat een lagere etssnelheid betekent, dat een geprefereerde harding van de SOG film 4 wordt verkregen.

TABEL 2 (De tijd voor het harden van de wafel wordt gevarieerd, terwijl de maximumtemperatuur constant wordt 25 gehouden) maximumtemperatuur in de kamer (°C) 240 240 240 240 hardingstijd (seconden) 30" 1'3'" 2' 3' etssnelheid (nm/minuten) 102 91,2 62,4 32 30 -:-

Tabel 2 laat zien, dat de etssnelheid van de SOG film 4 is gemeten, nadat de SOG film 4 gehard is door het veranderen van de hardingstijd, terwijl de maximumtemperatuur in de hardingsapparatuur, welke ultraviolet bestraling gebruikt, constant gehouden is. Tabel 2 toont, dat, hoe langer de hardingstijd is, des te 35 lager de etssnelheid. Dienovereenkomstig werd gevonden, dat, indien de SOG film 4 wordt gehard bij de maximumtemperatuur gedurende 2 minuten, de geoptimaliseerde harding bereikt wordt. Dat wil zeggen, hoewel de etssnelheid voor een hardingstijd van 3 minuten lager is dan de etssnelheid voor een hardingstijd van 2 minuten, wordt de gewenste hardingstoestand bereikt voor een hardingstijd van 2 minuten.

40 TABEL 3 (De contractiegraad bij variatie van de maximumtemperatuur) voorbepaalde temperatuur in de kamer (°C) 200 200 200 maximumtemperatuur in de kamer (°C) 200 220 240 45 contractiegraad (%) 4,9 4,2 3,6 TABEL 4 (De contractiegraad bij variatie van de hardingstijd) 50 hardingstijd (seconde) 30" 1' 1'3'" 2' 3' contractiegraad (%) 8,7 7,2 5,2 3,6 2,4

Tabel 3 toont een contractiegraad van de SOG film 4, wanneer de maximumtemperatuur voor het harden 55 van de SOG film 4 wordt gevarieerd. Zoals te zien is uit tabel 3 is, wanneer de maximumtemperatuur gehouden wordt op 240°C, de contractiegraad van SOG film 4 lager dan die bij andere temperaturen.

Tabel 4 toont een contractiegraad van SOG film 4, verkregen door het veranderen van de hardingstijd 195049 4 voor de wafel 10, terwijl de maximumtemperatuur in de kamer constant gehouden worden. Als de hardings-tijd toeneemt, neemt de contractiegraad van de SOG film 4 af. Evenwel wordt de hardingstijd bij de maximumtemperatuur vastgesteld op 2 minuten in overweging nemende de verwerkingstijd en de toestand van de SOG film.

5 Aangezien er beperkte mogelijkheden waren voor de hardingsapparatuur bij het experiment, was het niet mogelijk om verdere waarden te verkrijgen voor hogere temperaturen. Het is evenwel mogelijk om een optimale conditie te verkrijgen uit de vergelijking van de tabellen.

Dienovereenkomstig zal een hardingsproces voor een SOG film 4 onder gebruikmaking van de optimale conditie zoals boven verkregen, worden beschreven.

10 Een siliciumsubstraat 10, waarop de SOG film gevormd is, wordt via een overbrengingsinrichting ingebracht in de kamer van een hardingsinrichting, welke een ultraviolette lichtbron heeft voor UV-bestraling. De temperatuur in de kamer is 200°C, voordat de SOG film wordt ingebracht. Op dit moment wordt de temperatuur geleidelijk verhoogd.

Het ingebrachte siliciumsubstraat 10 wordt verhit tot de maximumtemperatuur van 240°C gedurende 15 30 seconden. Wanneer de temperatuur de waarde van 240°C bereikt, wordt een bestraling met ultraviolette stralen met een specifieke golflengte (bijvoorbeeld 300 nm (vanuit de ultraviolet (UV) lamp) uitgevoerd aan de bovenzijde van het siliciumsubstraat 10 gedurende 120 seconden, dat wil zeggen het UV hardingsproces wordt uitgevoerd. De wafel 10 wordt gehouden op 240°C gedurende 120 seconden, waardoor de SOG film 4 op het siliciumsubstraat 10 gehard wordt dor warmte-energie en UV lichtenergie. De lichtbron van de 20 ultraviolette straling wordt afgezet en de temperatuur in de kamer verlaagd tot 130°C. De wafel 10 wordt uit de kamer weggehaald.

Bij de methode voor het harden van de SOG film 4 zijn de factoren, die kritisch moeten worden geregeld, de keuze van golflengte, het handhaven van de temperatuur in de kamer en de toenemingssnelheid van de temperatuur, de maximumtemperatuur, en de afneemsnelheid van de temperatuur. Dienovereenkomstig kan 25 in afhankelijkheid van de keuze van de bovengenoemde factoren de hardingsgraad van de SOG film 4 worden geregeld.

Het resultaat van de vergelijking van een SOG film 4, gehard in de oven volgens de bekende techniek met die, gehard volgens de methode, boven beschreven, wordt in onderstaande tabel 5 gegeven.

30 TABEL 5 (Vergelijking van de etssnelheden van de LP (lage druk) oxidefilm met die van de SOG film 4 in de 100:1 (gedeioniseerd water: HF) oplossing) soort vóór etsen na etsen verschil tussen etssnelheid 35 filmdiktes LP oxidefilm 333,3 nm 305,4 nm 27,9 nm 0,28 nm/s SOG film 131,1 nm 117,5 nm 13,6 nm 0,136 nm/s

1115 A

40 -

Uit tabel 5 kan de hardingsgraad van de SOG film 4 worden geëvalueerd door de etssnelheid van de SOG film te vergelijken met die van de LP oxidefilm. Er werd gevonden, dat de etssnelheid van de SOG film lager is dan die van de LP oxidefilm. Dit betekent, dat de UV-geharde SOG film dichter is dan de LP 45 oxidefilm.

TABEL 6 (Vergelijking van de etssnelheid bij CHFg/CaFe/He plasma-etsen) 50 soort vóór etsen na etsen etssnelheid werkwijze A 124,5 nm 79,8 nm 4,47 nm/s methode B 119nm 74 nm 4,57 nm/s

De omstandigheden van de werkwijze A: het siliciumsubstraat 10, waarop de SOG film 4 gevormd is, wordt onderworpen aan het hardingsproces in de hete plaat bij 180°C gedurende 1 minuut en wordt dan 55

Claims

5 195049 onderworpen aan het UV hardingsproces bij 240°C gedurende 2 minuten in de hardingsapparatuur, welke ultraviolette straling gebruikt. De omstandigheden bij de methode B uit de bekende techniek: Het siliciumsubstraat 10, waarop de SOG film 4 gevormd is, wordt onderworpen aan het hardingsproces in de hete plaat bij 180°C gedurende 5 1 minuut, en wordt dan onderworpen aan het hardingsproces in de oven bij 420°C gedurende 30 minuten. Tabel 6 laat het resultaat zien van de vergelijking van de etssnelheid van de SOG film 4, die onderworpen is aan het droge etsen met (CHFa/CaFg/He) plasma en er werd gevonden, dat de etssnelheid voor werkwijze A en de etssnelheid volgens de methode B uit de bekende techniek nagenoeg gelijk zijn. 10 TABEL 7 (Etssnelheid door etsen met zuurstofplasma) soort vóór etsen na etsen etssnelheid 15 werkwijze A 120,6 nm 119,3nm 0,43A/sec 0,043 nm/s methode B 120,8 nm 119,5 nm 0,43A/sec 0,043 nm/s Tabel 7 toont het resultaat van de vergelijking van de etssnelheid van SOG film 4, die onderworpen werd 20 aan droog etsen met zuurstofplasma, en er werd gevonden, dat de etssnelheid voor werkwijze A en de etssnelheid volgens de methode B uit de bekende techniek nagenoeg gelijk zijn. Zodoende valt te zien, dat de hardingsgraad van de SOG film nagenoeg dezelfde is. TABEL 8 25 (S.O.G. film contractiegraad) soort vóór etsen na etsen contractiesnelheid uitvinding 134,2 nm 131,3 nm 2,2% 30 bekende techniek 134,2 nm 126,9 nm 6,3% Tabel 8 toont het resultaat van de contractiegraad van SOG film 4, en meer in het bijzonder verschaft het de vergelijking van de contractiegraad tussen een SOG film 4, gehard door de UV hardingsmethode en een 35 SOG film 4, gehard in de oven uit de bekende techniek. Er dient te worden opgemerkt dat, des te lager de contractiegraad van het oppervlak van de SOG film 4 is, des te meer dit de voorkeur heeft. Zoals boven beschreven, wordt bij de methode uit de bekende techniek uitsluitend warmte-energie gebruikt, maar aangezien de hardingsmethode lichtenergie gebruikt voortkomende uit ultraviolette bestraling gelijktijdig met de warmte-energie, is de isolatie-eigenschap van de SOG film 4 verbeterd en tevens blijft de 40 filmsamenhang gehandhaafd doordat het optreden van scheuren in de film voorkomen wordt.

1. Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen, waarbij op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam van de halfgeleiderschakeling een isolerende laag met een vlak oppervlak wordt gevormd door op het oppervlak van het halfgeleiderlichaam een met UV-straling en warmte hardbaar materiaal af te zetten en door het afgezette materiaal te harden bij verhoogde temperatuur en onder blootstelling aan UV-straling, met het kenmerk, dat het af te zetten materiaal bestaat uit een spin-op-50 glasmateriaal, het afgezette materiaal wordt onderworpen aan een hardingsbewerking, waarbij het halfgeleiderlichaam met het afgezette materiaal ingebracht in een verhittingskamer met een vooraf ingestelde begintemperatuur, waarna de temperatuur geleidelijk wordt verhoogd tot een vooraf bepaalde maximumtemperatuur, het afgezette materiaal wordt bestraald met UV-straling van een in de verhittingskamer opgestelde UV-stralingsbron onder handhaving van de maximumtemperatuur voor een vooraf 55 bepaalde tijd, waarna het halfgeleiderlichaam wordt afgekoeld tot een vooraf bepaalde eindtemperatuur.

2. Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vooraf bepaalde begintemperatuur is ingesteld op 200°C, de vooraf bepaalde 195049 6 maximumtemperatuur 240°C is en de temperatuur, na het inbrengen van het halfgeleiderlichaam met het afgezette materiaal, geleidelijk wordt verhoogd over een periode van 30 seconden.

3. Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bepaalde maximumtemperatuur 240°C is, de voorbepaalde 5 tijdsduur 120 seconden en de UV-straling een golflengte van 300 nm heeft.

4. Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde halfgeleiderschakelingen volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het halfgeleiderlichaam wordt gekoeld in de kamer tot een eindtemperatuur van 130°C. Hierbij 1 blad tekening