NL9001383A

NL9001383A - Werkwijze voor het harden van een opspinglasfilm onder gebruikmaking van ultraviolette bestraling.

Info

Publication number: NL9001383A
Application number: NL9001383A
Authority: NL
Original assignee: Hyundai Electronics Ind
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1990-06-18
Publication date: 1992-01-16
Also published as: NL195049C

Description

Werkwijze voor het harden van een opspinglasfilm onder gebruikmaking van ultraviolette bestraling.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het harden van een opspinglas (SOG) film, gevormd op een multilaags metaallaag van een hoog geïntegreerde halfgeleiderinrichting, en meer in het bijzonder op een werkwijze voor het harden van een SOG film door ultraviolette bestraling van de SOG film, gevormd op een multilaags metaallaag halfgeleiderinrichting.

Wanneer een multilaags metaallaag in de halfgeleiderinrichting boven 1 mega byte wordt vervaardigd, wordt een SOG film gevormd, teneinde de hoogteverschillen af te vlakken en de metaallagen van elkaar te isoleren.

Daar evenwel een SOG film een eigenschap heeft zoals een polymeer en niet zoveel isolerend vermogen als gewenst, moet een SOG film worden gehard door middel van een har-dingsproces, teneinde de isolatie-eigenschap te verbeteren.

Daarom wordt bij de bekende techniek het hardings-proces uitgevoerd door infraroodwarmtebehandeling in een oven. Dit proces wordt in de praktijk uitgevoerd zodanig, dat een eerste warmtebehandeling wordt uitgevoerd in 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 SOG film, welke nodig is voor een hoog geïntegreerde halfgeleiderinrichting.

De warmtebehandeling van de SOG film volgens de methode van de bekende techniek resulteert evenwel in het optreden van scheuren binnen de SOG film, waardoor de isolatie-eigenschap verslechterd wordt. Als gevolg van de warmtebehandeling in de oven treedt verder verontreiniging op in de halfgeleiderfilm en wordt schade veroorzaakt aan andere lagen onder de SOG film.

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

Het is daarom een doel van de onderhavige uitvinding om een werkwijze te verschaffen voor het harden van de SOG film, waarbij de vorming van scheuren kan worden geëlimineerd, welke resulteert in verslechtering van de isolerende eigenschap van de harde SOG film.

In het bijzonder is het een doel van de onderhavige uitvinding om een werkwijze te verschaffen voor het uniform harden van de SOG film, welke methode omvat het uitvoeren van een bestraling met ultraviolette stralen aan de bovenzijde van de SOG film gelijktijdig met het uitvoeren van een indirecte warmtebehandeling aan de SOG film door het aanbrengen van warmte aan de bodem van de wafel.

Volgens een aspect van de onderhavige uitvinding is het mogelijk om SOG films te beschermen tegen scheurvorming door het opleggen van minder warmte dan die in de oven bij de methode volgens de bekende techniek, waardoor de isolerende eigenschap van de SOG film wordt verbeterd.

Volgens een ander aspect van de uitvinding is het mogelijk om de SOG film uniform te harden door de ultraviolette bestraling aan de bovenzijde van de SOG film, waardoor een geprefereerde geharde SOG film wordt verkregen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het harden van opspinglas (SOG), gevormd op een wafelfilm, teneinde de metaallagen te isoleren en de staphoogteverschillen bij het proces voor het vervaardigen van een multilaags metaallaag van hoog geïntegreerde halfgeleiderinrichting te vereffenen of af te vlakken. De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding omvat het instellen van een voorbepaalde begintemperatuur in een verhittingskamer, welke een ultraviolette lichtbron heeft. Een wafel, waarop een in een uv-warmte hard-bare SOG film gevormd is, wordt geplaatst in de verhitte kamer en de temperatuur wordt geleidelijk verhoogd tot een voorbepaalde maximum temperatuur. De hardbare SOG film wordt bestraald met ultraviolet licht bij een voorbepaalde golflengte gelijktijdig met het toedienen van warmte op de maximum temperatuur gedurende een voorbepaalde tijd. De wafel wordt dan gekoeld tot een eindtemperatuur.

Bij voorkeur is de voorbepaalde begintemperatuur in de kamer ingesteld op 200°C. Verder heeft het de voorkeur, dat de voorbepaalde begintemperatuur geleidelijk wordt verhoogd tot de voorbepaalde maximum temperatuur door geleidelijk de temperatuur te verhogen van 200°C tot 240°C gedurende een periode van 30 seconden.

De bestraling van de SOG film wordt bij voorkeur uitgevoerd met een ultraviolette straling met een voorbepaalde golflengte van 300 nm in de kamer gelijktijdig met het harden van de SOG film bij de maximum temperatuur van 240°C gedurende een voorbepaalde tijdsduur van 120 seconden. De wafel wordt dan gekoeld tot de voorbepaalde temperatuur van bij voorkeur ongeveer 130°C door geleidelijk afkoelen.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

Voor een beter begrip van de aard en doeleinden van de uitvinding zij verwezen naar de volgende gedetailleerde beschrijving in samenhang met de bijgevoegde tekeningen, waarin:

Fig.l een dwarsdoorsnee toont van een silicium-wafel, waarin een eerste metaallaag gevormd is op een gedeelte van de isolerende laag op een siliciumsubstraat;

Fig.2 een dwarsdoorsnee toont van een silicium-wafel, waarin een eerste LTO (lage temperatuuroxyde) film gevormd is als een eerste isolatielaag op de structuur, getoond in fig.l;

Fig.3 een dwarsdoorsnee toont van een silicium-wafel, waarin de SOG film, gevormd op de eerste LTO film, verwijderd is uitgezonderd voor het gedeelte, gepositioneerd in de groef, teneinde het bovenoppervlak van de eerste LTO film vlak te maken; en

Fig.4 een dwarsdoorsnee toont van een silicium- wafel, waarin een tweede isolatielaag gevormd is als een tweede isolatielaag op de structuur, getoond in fig.3, en een tweede LTO laag vervolgens gevormd is op een gedeelte van de tweede LTO laag.

De nieuwe kenmerken van de onderhavige uitvinding zullen beter worden begrepen uit de bijgevoegde beschrijving in samenhang met de tekeningen.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Fig.l toont een dwarsdoorsnee van een silicium-wafel 10, waarbij een isolerend materiaal 1 is afgezet op een siliciumsubstraat 7, en een eerste metaallaag 2 vervolgens gevormd is op de isolatielaag 1. Vervolgens wordt een deel van de eerste metaallaag 2 verwijderd volgens het maskerpatroonproces.

Fig.2 toont een dwarsdoorsnee van een silicium-wafel, waarop een eerste 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 gevormd in de eerste LTO film 3, gelegen tussen de segmenten van de eerste metaallaag 2.

Fig.3 toont een dwarsdoorsnee van siliciumwafel 10, waarbij de 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 maken.

Fig.4 toont een siliciumwafel 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 fig.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.

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 fig.3. Als een gevolg van de boven beschreven vlakmakingsstap kan de tweede LTO film 5 direct worden gevormd op de isolatielaag 3 en de SOG film 4.

De fig.l tot 4 tonen een proces voor het vormen van een halfgeleiderinrichting en verklaren een methode voor warmtebehandeling volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de bestraling met ultraviolette stralen wordt uitgevoerd aan de SOG film. De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het harden van de siliciumwafel 10, teneinde de SOG film 4 te harden, die gevormd is op de siliciumwafel 10, zoals getoond in fig.3.

Dienovereenkomstig zal een methode voor het harden van SOG film 4 volgens de uitvinding hierna worden beschreven.

De beschrijving van de methode voor het harden van de SOG 4 film zal worden gegeven met verwijzing 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.)

/Tabel l-Bj

/"Tabel 1-C7

De tabellen 1-A tot 1-C laten zien, dat de ets-snelheid van de SOG film 4 is gemeten, nadat de SOG film 4 is gehard door het veranderen van de maximum temperatuur in de kamer van de hardingsapparatuur, terwijl de voorbepaalde temperatuur constant blijft. Een 50:1 (NH^FsHF) gebufferd oxyde-etsmiddel (BOE) oplossing wordt gebruikt voor het etsen van de SOG film 4.

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 maximum temperatuur in de kamer. Zoals geïllustreerd wordt een lagere etssnelheid (Angstrom per minuut) verkregen, wanneer een hogere hardingstempe-ratuur wordt 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 maximum temperatuur verhoogd voor elke maximum temperatuur in de kamer. Zoals te zien is uit tabel 1-B, neemt de etssnelheid af ten opzichte van die, gegeven in tabel 1-A.

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

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

/Tabel 27 (De tijd voor het harden van de wafel wordt gevarieerd, terwijl de maximum temperatuur constant wordt gehouden)

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 voor de wafel 10, terwijl de maximum temperatuur in de hardingsapparatuur, welke ultraviolet bestraling gebruikt, constant gehouden is. Tabel 2 toont, dat, hoe langer de hardingstijd is, des te lager de etssnelheid. Dienovereenkomstig werd gevonden, dat, indien de SOG film 4 wordt gehard bij de maximum temperatuur 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.

/Tabel 3j (De contractiegraad bij variatie van de maximum temperatuur.)

/Tabel 4J

(De contractiegraad bij variatie van de hardings- tijd.)

Tabel 3 toont een contractiegraad van de SOG film 4, wanneer de maximum temperatuur voor het harden van de SOG film 4 wordt gevarieerd. Zoals te zien is uit tabel 3 is, wanneer de maximum temperatuur 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 voor de wafel 10, terwijl de maximum temperatuur in de kamer constant gehouden wordt. Als de hardingstijd toeneemt, neemt de contractiegraad van de SOG film 4 af. Volgens de onderhavige uitvinding wordt evenwel de hardingstijd bij de maximum temperatuur vastgesteld op 2 minuten in overweging nemende de verwerkingstijd en de toestand van de SOG film.

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.

Een wafel 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.

De ingebrachte wafel 10 wordt verhit tot de maximum temperatuur van 240°C gedurende 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 de wafel 10 gedurende 120 seconden, dat wil zeggen het ÜV hardingsproces wordt uitgevoerd. De wafel 10 wordt gehouden op 240°C gedurende 120 seconden, waardoor de SOG film 4 op de wafel 10 gehard wordt door warmte-energie en UV lichtenergie. De lichtbron van de 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 maximum temperatuur, en de afneemsnelheid van de temperatuur. Dienovereenkomstig kan 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.

/Tabel 57 (Vergelijking van de etssnelheden van de LP (lage druk) oxydefilm met die van de SOG film 4 in de 100:1 (gedeïoniseerd water:HF) oplossing.)

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 oxydefilm. Er werd gevonden, dat de etssnelheid van de SOG film lager is dan die van de LP oxydefilm. Dit betekent, dat de UV-geharde SOG film dichter is dan de LP oxydefilm.

/Tabel 67 (Vergelijking van de etssnelheid bij CHF3/C2Fg/He plasma-etsen.)

De omstandigheden van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding: De wafel 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 onderworpen aan het UV hardingsproces bij 240°C gedurende 2 minuten in de hardingsapparatuur, welke ultraviolette straling gebruikt.

De omstandigheden bij de methode uit de bekende techniek: De wafel 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 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 (CHF3/C2Fg/He) plasma en er werd gevonden, dat de etssnelheid volgens de onderhavige uitvinding en de etssnelheid volgens de methode uit de bekende techniek nagenoeg gelijk zijn.

/"Tabel 7? (Etssnelheid door etsen met zuurstofplasma)

Tabel 7 toont het resultaat van de vergelijking van de etssnelheid van SOG film 4, die onderworpen werd aan droog etsen met zuurstofplasma, en er werd gevonden, dat de etssnelheid volgens de onderhavige uitvinding en de etssnelheid volgens de methode uit de bekende techniek nagenoeg gelijk zijn. Zodoende valt te zien, dat de hardings-graad van de SOG film nagenoeg dezelfde is.

/Tabel 8j (S.O.G. film contractiegraad)

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 volgens de onderhavige uitvinding en een 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 volgens de onderhavige uitvinding 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 filmsamenhang gehandhaafd doordat het optreden van scheuren in de film voorkomen wordt.

Het verlies van wafels als gevolg van de tekortkomingen van het proces van de bekende techniek kunnen bijgevolg tot een minimum worden teruggebracht en er kan een meer betrouwbare halfgeleiderinrichting worden verkregen, zodat dergelijke inrichtingen op meer economische wijze kunnen worden geproduceerd.

De hiervoor gegeven beschrijving van de voorkeursuitvoering werd gegeven ter wille van illustratie en beschrijving. Het is evenwel niet de bedoeling, dat hierdoor het kader van de uitvinding wordt beperkt. Tal van modificaties en variaties zijn mogelijk in het licht van de boven gegeven beschrijving, welke de vakman duidelijk zullen zijn.

-conclusies-

Claims

1. Werkwijze voor het harden van een opspinglas (SOG), gevormd op een wafelfilm, die gevormd is teneinde de metaallagen van elkaar te isoleren en het stappenverschil bij het proces voor het vervaardigen van een multilaags metaallaag van een hoog geïntegreerde halfgeleiderinrichting te vereffenen, gekenmerkt door: het instellen in een verhittingskamer, welke een ultraviolette lichtbron heeft, van een voorbepaalde begintemperatuur; het inbrengen van een wafel, waarop een te harden SOG film is gevormd, in de verhitte kamer en het verhogen van de temperatuur geleidelijk tot aan een voorbepaalde maximum temperatuur; het bestralen van de SOG film met ultraviolet licht bij een voorbepaalde golflengte, terwijl de maximum temperatuur voor een voorbepaalde tijd gehandhaafd wordt; en het koelen van de wafel.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de voorbepaalde maximum temperatuur in de kamer is ingesteld op 200°C.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de voorbepaalde initiële temperatuur geleidelijk wordt verhoogd tot de voorbepaalde maximum temperatuur door de temperatuur geleidelijk te verhogen van 200°C tot 240°C over een periode van 30 seconden.

4. Werkwijze volgens éën der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voorbepaalde maximum temperatuur 240°C is, de voorbepaalde tijdsduur 120 seconden en de voorbepaalde golflengte 300 nm.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de wafel wordt gekoeld in de kamer tot een eindtemperatuur van 130°C.

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies gekenmerkt door het instellen in een verhittingskamer, welke een ultraviolette lichtbron heeft van een voorbepaalde begintemperatuur van 200°C; het inbrengen van een wafel, waarop een te harden SOG film gevormd is, in de verhitte kamer, en het verhogen van de temperatuur geleidelijk over een periode van 30 seconden tot een voorbepaalde maximum temperatuur van 240°C; het bestralen van de SOG film met ultraviolet licht bij een voorbepaalde golflengte van 300 nm, terwijl de maximum temperatuur van 240°C voor een voorbepaalde tijd van 120 seconden wordt aangehouden; en het koelen van de wafel tot een eindtemperatuur in de kamer van 130°C.