NL8103848A - Werkwijze voor het vervaardigen van geintegreerde ketens. - Google Patents

Description

i , * 70 2131

Betr.: Werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde ketens.

De uitvinding heeft betrekking op een -werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde ketens, welke werkwijze de stappen omvat van het op een hoofdoppervlak van een dunne schijf vormen van een eerste laag, verder het over de eerste laag afzetten van een beschermingslaag, 5 het vormen van een dunne geleidende laag, die aanligt tegen een oppervlak van de beschermingslaag, en het in de beschermingslaag aftekenen van een patroon door het selectief blootstellen daarvan aan een -bundel geladen deeltjes.

Het is bekend, dat stelsels met elektronen- en ionenbundelbe-10 straling aantrekkelijke lithografische gereedschappen vormen voor het vervaardigen van grootschalige of zeer grootschalige, geïntegreerde ketens (LSI, respectievelijk VLSI). De lading eehter, af gezet door een elektronenof ionenbundel op de gevoelige beschermingslaag van het werkstuk tij-* dens het uitlijnen of inschrijven neigt bij een dergelijk lithografisch 15 stelsel tot ophoping op het werkstuk of de beschermingslaag. Dit produceert op zijn beurt geladen gebieden, gekenmerkt door ruimtelijk veranderlijke en tijdafhankelijke, elektrische velden. Indien deze velden voldoende groot zijn, kunnen zij de op het werkstuk invallende bundel vals afbuigen en daardoor uitlijn- en patroonplaatsingsfouten veroorzaken 20 in de vervaardigingswerkwijze. Deze fouten kunnen de werking van het lithografische stelsel in ernstige mate benadelen en het bereiken van ketens met een sterke oplossing met een dergelijk stelsel in de praktijk kostbaar, zo niet onmogelijk maken.

In het Amerikaanse octrooischrift 3.639.763 wordt bijvoorbeeld 25 geleerd, dat dit vraagstuk kan worden opgeheven, door het afzetten van een dunne, metalen laag over de beschermingslaag voor het verstrooien van plaatselijke ladingeoncentraties en de daarmede vergezeld gaande elektrische velden.

Een andere moeilijkheid, die sterke oplossing beperkt is de 30 moeilijkheid van het vormen van een scherp bepaald maskeerpatroon over een onregelmatig of niet-vlak oppervlak. Volgens een oplossing, beschreven in de verhandeling door J. M. Moranoc.s., "High Eesolution, Step Profile, Hesist Patterns1’, The Bell System Technical Journal, Vol. 58, no. 5, mei-juni 1979, blz. 1027 - 1038, wordt het onregelmatige opper-35 "vlak bedekt met een dikke, op te offeren maskeer laag met een vlak boven- 8103848 Τ- 2 - oppervlak- Een tussenmaskeerlaag wordt dan gevormd over de op te offeren laag voor Let bepalen van een patroon met sterke oplossing, dat dan door etsen wordt overgebracht door de dikke op te offeren laag. Op deze wijze kan een patroon met sterke oplossing worden overgebracht naar het onre-5 gelmatige oppervlak. Deze techniek maakt echter de werkwijze voor het vervaardigen nog ingewikkelder.

Deze moeilijkheden worden opgelost met de hiervoor'beschreven werkwijze voor het vervaardigen van geïntegreerde ketens, welke werk-‘ wijze is gekenmerkt doordat de geleidende, dunne laag is opgenömen tus-10 sen de eerste laag en de beschermingslaag, het in de beschermingslaag afgetekende patroon wordt overgebracht naar de dunne, geleidende laag en de dunne, geleidende laag wordt gebruikt als een masker voor het over— brengen van het patroon naar de eerste laag. De dunne, geleidende laag dient dus zowel voor het verstrooien van de lading als voor een tussen-15 masker. Hét tussenmasker is nuttig in samenhang met een betrekkelijk dikke, op te offeren laag, zoals hiervoor beschreven,^maar kan ook zelfs nuttig zijn bij zeer regelmatige .oppervlakken op grond van de nauwe spelingen, die kunnen worden verkregen. De dunne, geleidende laag wordt met voordeel aangebracht op de zijden van de dunne schijf, zodat daar-20 mede gemakkelijk elektrisch contact kan worden gemaakt voor het doeltreffend wegvoeren van opgehoopte ladingen in. plaats van de ladingen alleen langs het schijfoppervlak te verstrooien.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : 25 fig. 1 schematisch een bepaald voorbeeld-weergeeft van een re actievat met. radiale stroming, geschikt voor het vormen van een lading-geleidende, dunne laag op een dunne schijf overeenkomstig de onderhavige beginselen; fig. 2 een doorsnede is van een dunne schijf,, bekleed met een der-30 gelijke lading-geleidende, dunne laag; fig. 3 de beklede, dunne schijf van fig. 2 toont met een daarop .... afgezette beschermingslaag; fig. U de constructie van fig. 3 toont, gemonteerd in een casset-tehouder; en 35 fig. 5 een doorsnede is van een dunne schijf, die een lading- geleidende, dunne laag omvat, vervaardigd met de werkwijze en aangebracht • bovenop een betrekkelijk dikke laag, zoals toegepast in een drielaags 8103348 3 — V * patroonyormwerkwij ze.

Een lading-geleidende, dunne laag, gemaakte overeenkomstig de onderhavige "beginselen, wordt met voordeel af gezet·· op het oppervlak van een werkstuk in een gebruikelijk piasmareactievat met radiale stroming. Een 5 vereenvoudigde, schematische weergeving van een dergelijk reactievat is afgeheeld'in fig. 1. Het reactievat bevat een reaetiekamer 10. Zoals weergegeven, is een aantal werkstukken 12 - 15 gemonteerd in de kamer 10.

Overeenkomstig een bepaald kenmerkend voorbeeld,, moet een doorlopende, dunne, lading-geleidende laag worden gevormd op het gehele boven-10 oppervlak van elk der werkstukken 12 - 15, op de zijden van de werkstukken en op een enrbreksrandgedeelte van het bodemoppervlak van elk der werkstukken. Een dergelijke dunne laag 16 is weergegeven in fig. 2, af gezet op een werkstuk, dat bijvoorbeeld een dunne schijf silicium 18 omvat, daarop voorzien van een, van een patroon, te voorziene laag 20. Bij 15 wijze van voorbeeld omvat de laag 20 een 1,5 ^um dikke fot©beschermingslaag.

Zoals aangegeven in fig. 1, zijn de te bekleden werkstukken 12 - 15· respectievelijk in het midden gemonteerd aan afstandselementen 22 - 25, bijvoorbeeld gemaakt, van aluminium. Bij wijze. van. voorbeeld cm-20 vat elk der elementen 22 - 25 een schijf met een dikte van ongeveer 0,51 mm en ongeveer 5 cm in diameter. De werkstukken 12 - 15 zijn bijvoorbeeld elk ongeveer 7,5 cm in diameter. Elk werkstuk steekt dus buiten zijn bijbehorend afstandselement uit. Bij het hier aangenomen uitvoerings-voorbeeld, is een band met een breedte van 12,7 inm op het onderopper-25 vlak van elk uitstekend werkstuk derhalve toegankelijk voor het daarop afzetten van een dunne lading-geleidende laag.

De reaetiekamer 10 van fig. 1 wordt begrensd door een cilindrisch isolatiedeel 26, een geleidend kathodedeel 28 en een bodemplaat 30.

De afstandselementen 22 - 25 en de werkstukken 12-15 zijn gemonteerd 30 aan een geleidend anodedeel 32. Het deel 32 wordt gedragen door leidingen 3¼ en 36, De leiding 3^ strekt zich via een klep 38 uit naar een gebruikelijk ventilator- en pompsamenstel ^0. De leiding 36 is verbonden met een mengklep ^2, waaraan een samenstel van gassen wordt geleverd, zoals hierna uiteengezet. Het einde van de leiding 36 in de kamer 10 35 heeft de gedaante van een ring met een open zijde, gericht naar de te bekleden werkstukken 12 - 15. Op deze wijze wordt een radiale stroming van gassen over de werkstukken bereikt. Als gevolg hiervan is de op de 8103848 - 1* - werkstukken in de kamer 10 afgezette dunne laag. in de praktijk zeer regelmatig.

Bij een uitvoeringsvoorbeeld omvat de lading-geleidende bekleding, af gezet op elk der werkstukken 12' - 15 met voordeel een dunne, 5 amorfe, met borium gestimuleerde silicium laag. Een dergelijke dunne polysilieiumlaag. wordt bijvoorbeeld gevormd door het mengen van gassen, die respectievelijk uit de onder druk geplaatste gasvoorraadbronnen 1*3 -1*5 komen. Bij wijze' van voorbeeld levert de gasvoorraadbron 1*3 3# silaan (Siïï^) in een argon (Ar)-draaggas, levert de bron 1*1* 1# diboraan (BgHg) 10 in een argondraaggas, en levert de bron 1*5 een. uit zuiver argon bestaand verdunnlngsgas. De door de bronnen 1*3 - 1*5 geleverde gassen stromen respectievelijk door de kleppen 1*6 - 1*8 en worden dan gemengd · in de klep 1*2. Bij wijze' van voorbeeld is na het'mengen de gasstroming in de kamer 10 ongeveer 1*,75 1/min,. en is zijn samenstelling ongeveer 0,8# SiH^, 15 0,2# B2H£ en 99,0# Ar.

Een plasma-ontlading wordt tot stand, gebracht in de reactiekamer 10 van fig. 1 door het aanleggen van een hoogfrequente potentiaal (rf) tussen de kathode 28 en de anode 32. Een. rf-generator 50, bijvoorbeeld werkzaam op 13', 56 MHz is via een gebruikelijke rf-impedantie-aanpasschake-20 ling 52 verbonden met de kathode 28. De anode 32 is verbonden met een vergelijkingspotentiaalpunt, zoals aarde. Dit kan bijvoorbeeld worden gedaan door het maken van de leiding 3l* uit een passend metaal en het aarden van de leiding.

Bij wijze van voorbeeld is de in.de reactiekamer 10 gehandhaaf-25 8e druk ongeveer Q,133 kpa. Het ingangsyermogen, geleverd aan de kamer, is ongeveer 6 W. Met voordeel wordt de anodetemperatuur op ongeveer 200° C gehouden. Dit wordt bijvoorbeeld gedaan door middel van een gebruikelijke verwarmer eenheid 5.^. Onder deze. bepaalde omstandigheden werd een regelmatige dunne laag afgezet op de werkstukken 12 - 15 met een snel-30 heid van ongeveer 15 nm per minuut. De afzetsnelheid kan gemakkelijk worden veranderd door het' selectief regelen van de gassamenstelling, de gasdruk, de gasstroming of het ingangsvermogen.

In de praktijk is een dunne lading-geleidende laag van de hiervoor bepaalde soort met ongeveer een dikte in. het bereik van 5Q - 100 nm , 35 voordelig gebleken. Een dergelijke dunne laag past zich goed aan, aan een verscheidenheid, van onderliggende oppervlakken en vertoont gewoonlijk een goede stapbekleding daarvan. Een dergelijke dunne laag kan ook worden 8103848 W= * w 5 »* voorzien van een patroon met een sterke oplossing in een droge etsstap met toepassing van een "bovenliggend, voor geladen deeltjes gevoelig bescher-mingsmateriaal als een etsbeschermingsmasker daarvoor. Het etsen van de dunne laag kan worden uitgevoerd in een gebruikelijk plasma, dat bijvoor-5 beeld CF^ en cravat of en Cl^ of en CF^Cl of CF^Cl of CHF^. Verder kan de dunne, van een patroon voorziene laag zelf' worden gebruikt als een etsbeschermingsmasker voor· bet overbrengen van bet patroon daarin in een onderliggende laag, zoals hierna gedetailleerder wordt beschreven.

10 Verder vertoont een lading-geleidende 'dunne laag van de hier voor beschreven soort een betrekkelijk lage trekspanning (bijvoorbeeld 2 minder dan ongeveer 20 kS/cm }. Een dergelijke dunne laag met een lage trekspanning is voordelig, omdat deze zeer weinig neiging heeft tot afschilferen en bovendien vrijwel geen vervorming veroorzaakt van het 15 werkstuk, waarop hij· is aangebracht.

Bij betrekkelijk lage elektrische veldsterkten, gedraagt de hiervoor beschreven dunne laag 16 zich als een echte halfgeleider. Bij de betrekkelijk hoge elektrische veldsterkten echter, gewoonlijk aangetroffen bij lithografie met een geladen deeltjesbundel, wordt de dunne 20 laag geleidend en dient hij als een doeltreffende ontladingsbaan voor het voorkomen van het ophopen van. een aanzienlijke hoeveelheid lading op het werkstuk.

In fig,. 3 is weergegeven, dat een beschermingslaag 56 alleen op het bovengedeelte is aangebracht van de hiervoor beschreven lading-25 geleidende dunne laag 16. De laag 56 is gemaakt van een willekeurig geschikt negatief of positief beschermingsmateriaal, dat kan worden gebruikt in een bestralingsstelsel met een geladen .deeltjesbundel. Een verscheidenheid van dergelijke materialen, gevoelig voor elektronen-en/of ionenbundels, is op dit gebied bekend. Gewoonlijk binden deze 30 materialen zich aan de hiervoor beschreven dunne laag 16 op een sterk heehtende wijze. Door het selectief bestralen en dan verwijderen van bepaalde gebieden van een dergelijk materiaal, wordt daarin een voorgeschreven patroon afgetekend. Daarna wordt in een gebruikelijke bewerkings-volgorde het in de beschermingslaag 56 bepaalde patroon overgébracht in 35 de onderliggende laag 20. Overeenkomstig de onderhavige bewerkingsvolg-orde wordt het patroon in de beschermingslaag 56 eerst overgebracht in de lading-geleidende dunne laag en vervolgens in de onderliggende laag 20.

8103343 t -*> « - 6 -

Bij -wijze van voorbeeld -wordt in het bijzonder opgemerkt, dat de beschreven, dunne lading-geleidende laag de bewerking verdraagt en in het bijzonder geschikt is om te -worden gebruikt met elefctronenbundelbe-schermingslagen, zoals poly(glycidyl methacrylaat-co-ethyl acrylaat), 5 ook bekend als COP, poly(glycidyl methacryiaat-co-chloorstyreen) ,ook bekend als GMC en poly(alkeen sulfon), ook bekend als PBS.

In de praktijk wordt de met een beschermingslaag beklede dunne schijf, weergegeven in fig. 3, gewoonlijk gemonteerd in een cassette-een-heid. De cassette-eenheid wordt op zijn beurt geladen in een lithografisch 10 stelsel met een geladen deelt jesbundel voor het aanbrengen van een patroon in de beschermingslaag 56. Een gebruikelijke cassette-eenheid 60 is in doorsnede afgebeeld in fig. 4. Het van een beschermingslaag voorziene' werkstuk van fig. 3 is, zoals weergegeven, gemonteerd in de eenheid 6o.

De cassette-eenheid 60 van fig. 4 omvat een omgekeerd-L-vormig 15 gesteldeel 62. De eenheid 60 bevat ook een steunplaat 64, gemaakt van een geleidend-materiaal, zoals aluminium, en een veerdeel 66, gemaakt van een geleidend materiaal, zoals beryllium-koper. Eén einde van het veerdeel 66 is bijvoorbeeld door een schroef 68 bevestigd aan het ondervlak van het gesteldeel 62. Wanneer de cassette-eenheid.60 is gemonteerd 20 in een lithografisch stelsel, wordt het gesteldeel 62 van de eenheid 60 elektrisch verbonden met een vergelijkingspotentiaalpunt, zoals aarde.

Voor het monteren van een van een beschermingslaag voorzien werkstuk in de eassette-eenheid 60 van fig. 4, wordt de schroef 68 met zijn bijbehorend veerdeel 66 losgemaakt van het gesteldeel 62. De steun-25 plaat 64 wordt daardoor losgemaakt en kan van de eenheid worden verwijderd. Met het gesteldeel 62 omgekeerd ten opzichte van de in fig. 4 af-gebeelde stand, wordt dan het werkstuk (omgekeerd ten opzichte van de in fig. 3 weergegeven richting) in de eenheid 60 geplaatst. Vervolgens worden de steunplaat 64 en zijn vasthoudveer 66 op de in fig. 4 weerge-30 geven wijze, aangebracht. Op deze wijze worden de bovenkant en de onderkant van het van een beschermingslaag voorziene werkstuk in stevige veerkrachtige aangrijping geplaatst met respectievelijk het gesteldeel 62 en de steunplaat 64. Teneinde geen ongewenste spanningen in te voeren en een mogelijk kromtrekken van het werkstuk te veroorzaken, zijn de zij-35 den van het werkstuk gewoonlijk ontworpen om niet in aanraking te komen met het gesteldeel 62. Wanneer het. werkstuk op de in fig. 4 aangegeven - wijze is geplaatst, wordt de geleidende steunplaat...64 in goed elektrisch 8103848 - 7 - J.· — contact gehouden met het hiervoor beschreven omtreksrandgedeelte aan de bodemzijde van de lading-geleidende, dunne laag 16. Als gevolg hiervan •wordt een lading, af gezet door een elektronen- of ionenbundel tijdens het lithografisch uitlijnen of inschrijven, door de dunne laag 16 naar aarde 5 geleid. ladingophoping in of 'op het af geheelde -werkstuk- wordt zodoende in aanzienlijke, mate verminderd. Dienovereenkomstig zijn uitlijn- of patroonplaatsingsfouten, voortvloeiende uit de gevolgen' van een dergelijke ladingophoping, vrijwel opgeheven.

De hiervoor beschreven dunne lading-geleidende laag 16 maakt de tO voorheen gebruikelijke praktijk van het verwijderen van dunne isolatielagen (bijvoorbeeld oxyde) van de bodemzijde van de dunne schijf 18 voorafgaande aan de bestraling van de beschermingslaag daarvan in een lithografisch stelsel, onnodig. Doordat deze dunne isolatielagen op hun plaats kunnen worden gehouden, is de bewerkingsvolgorde vereenvoudigd, 15 en is bovendien de waarschijnlijkheid van het invoeren van spanningen en het veroorzaken van het kromtrekken van de dunne schijf tijdens het verwijderen, opgeheven.

Het is van belang, dat beelden met sterke oplossing kunnen worden overgebracht in en vanuit de hiervoor beschreven dunne, lading-geleiden-20 de laag met gebruikmaking van gebruikelijke, droge etswerkvijzen. Dit kenmerk van de dunne laag maakt deze bijzonder aangrekkelijk voor opneming in de techniek voor het verschaffen van een uit drie lagen bestaand patroon met een steil profiel, zoals beschreven door J. M. Mbran en D. Maydan in "High Resolution, Step Profile, Resist Patterns" in The Bell System 25 Technical Journal, Vbl 58, no. 5 (mei-juni 1979)» biz. 1027-1036.

Fig. 5 toont de toepasbaarheid van de onderhavige beginselen voor de voornoemde techniek voor het verschaffen van een uit drie lagen bestaand patroon. In fig. 5 zijn de dunne lading-geleidende laag 16, de dunne schijf 18 en de beschermingslaag 56 aangeduid met dezelfde verwij-30 singseijfers als in de fig. 2 - 1. In fig. 5 zijn ook geleidende elementen J0 en 72 weergegeven, alsmede een isolatielaag 7^ met een niet-vlak bovenoppervlak. Overeenkomstig hun gebruikelijke vervaardigingsvolgorde voor geïntegreerde ketens, moet de laag 7^ worden voorzien van een patroon voor het vormen van vensters daarin in lijn met de elementen 70 en 72.

35 Zoals besproken in het genoemde artikel, wordt met voordeel een betrekkelijk dikke, op te offeren laag 76 afgezet bovenop de laag 7^.

In een bepaald illustratief geval omvat de laag J6 een 2,6 ^um dikke 8103848 J ' -*· - 8 - fot ©beschermingslaag» Het bovenoppervlak van de betrekkelijk dikke laag 7 6 is in beginsel vlak. Zoals tot nu toe toegepast, wordt een dunne tussenmaskeerlaag, bijvoorbeeld gemaakt van silicium dioxyde, gevormd bovenop de laag j6. Overeenkomstig een onderhavig kenmerk, is de dunne 5. lading-geleidende laag 16 zelf-werkzaam als de tussenlaag. Ha bestraling en ontwikkeling van de bovenliggende beschermingslaag 56, wordt de dunne laag 16 droog geëtst (bijvoorbeeld door het- etsen.met reactieve CHF^-ionen). De dikke laag 76 wordt dan. droog geëtst door bijvoorbeeld het etsen met reactieve zuur stof ionen met gebruikmaking van de dunne TO laag 16' als een etsmasker. Een kleinere dan mierometeroplossing met in beginsel vertikale wanden in de dikke laag 76 wordt zodoende bereikt. Daaropvolgende gebruikelijke bewerkingsstappen worden dan uitgevoerd. Gewoonlijk bevatten deze volgende stappen het van de af geheelde constructie verwijderen van de laag 76» de dunne laag 16 en de laag 56.

15 Zoals afgebeeld in fig. 5 en hiervoor beschreven, kan de dunne 1. -.- 1 laag 16 dus met voordeel worden opgenomen in een vervaardigingsvolgorde voor geïntegreerde ketens voor het zowel tot een, minimum beperken van ladingophoping daarin, en bovendien het. dienen als de tussenmaskeerlaag in de hiervoor. beschreven techniek voor het verschaffen van een uit drie 20 lagen bestaand patroon.

Tenslotte is het duidelijk, dat de hiervoor beschreven technieken slechts bij wijze van voorbeeld zijn van de onderhavige beginselen. Overeenkomstig deze beginselen kunnen vele wijzigingen en veranderingen door deskundigen worden ontworpen zonder de strekking en het 25 kader van de uitvinding te verlaten.

8103848

Claims (5)

1. Werkwijze voor het 'vervaardigen van geïntegreerde ketens, welke werkwijze de stappen cravat van het op een hoofdoppervlak van een dunne schijf vormen van een eerste laag, verder het over de eerste laag afzetten van een beschermingslaag, het vormen van een dunne, geleidende laag, 5 die aanligt tegen iên oppervlak van de beschermingslaag, en het aftekenen van een patroon in de beschermingslaag door het selectief blootstellen daarvan aan een geladen.deeltjesbundel, met het kenmerk, dat de dunne, geleidende laag is opgenomen tussen. de eerste laag en de beschermingslaag, waarbij het in de beschermingslaag afgetekende patroon wordt 10 overgehraeht naar de dunne geleidingslaag, die wordt gebruikt als een masker voor het overbrengen van het patroon naar de eerste laag.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de eerste laag een betrekkelijk dikke, op te offeren laag omvat met. een bovenoppervlak., dat in hoofdzaak vlak. is.

3. Werkwijze volgens· conclusie 2 met het kenmerk,, dat de dunne geleidende laag bestaat uit een dunne laag gestimuleerd polysilicium. ij-. Wferkwijze volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de dunne laag bestaat uit een met plasma af gezette en poriën gestimuleerde, dunne polysiliciumlaag met een dikte van ongeveer 50 - 100 nm.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de dunne, geleidende laag eveneens is gevormd op de zijden van de dunne schijf en op een omtreksrandgedeelte van het andere hoofdoppervlak van de dunne schijf.

6. Werkwijze volgens conclusie 5 gekenmerkt door de stap van het 25 monteren van de dunne schijf in een houder in een met een geladen deel-tjesbundel werkend lithografisch stelsel voor het tot stand brengen van een elektrische verbinding tussen het omtreksrandgedeelte van de dunne, geleidende laag en een vergelijkingspotentiaalpunt voor het van de dunne, geleidende film leiden van lading. 8103848