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Dokumentenidentifikation DE19617027A1 07.11.1996
Titel Isolatorauftrag unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls
Anmelder Schlumberger Technologies Inc., San Jose, Calif., US
Erfinder Ximen, Hongyu, San Jose, Calif., US;
Cecere, Michael C., San Jose, Calif., US;
Masnaghetti, Douglas, San Jose, Calif., US
Vertreter Sparing . Röhl . Henseler, 40237 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 27.04.1996
DE-Aktenzeichen 19617027
Offenlegungstag 07.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.11.1996
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse H01J 37/317   C23C 16/48   
IPC additional class // H01L 21/768,21/8234  
Zusammenfassung Ein Verfahren für das Ausbringen von Isolatormaterial auf einen vordefinierten Flächenbereich einer integrierten Schaltung. Moleküle einer Verbindung, welche Siliciumatome und Sauerstoffatome enthält, werden mit einem reaktiven Gas gemischt und an dem Oberflächenbereich des integrierten Schaltkreises, der zu behandeln ist, injiziert, während ein fokussierter Ionenstrahl auf diesen Bereich gerichtet wird. Das resultierende Material, das selektiv an lokal begrenzten Bereichen der Oberfläche des integrierten Schaltkreises aufgebracht wird, hat einen hohen spezifischen Widerstand. Die Isolatoraufbringung ist brauchbar beim Reparieren von Halbleiterschaltkreisen mit einem Strahl geladener Partikel, wie FIB, was es ermöglicht, bestimmte Arten von Reparatur vorzunehmen und die Reparaturzeit zu minimieren. Beispielsweise wird ein FIB-System gemäß der Erfindung betrieben, um eine Schicht von Isolator auf der Oberseite einer exponierten Metalleitung niederzuschlagen, um die Metalleitung gegen Kurzschluß zu anderen Metalleitungen zu schützen und weitere FIB-Reparaturarbeitsgänge zu ermöglichen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Aufbringen von Isolatormaterial unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls, insbesondere eines fokussierten Ionenstrahls aus einer Flüssigmetall-Ionenquelle.

Systeme für die Behandlung von integrierten Schaltkreisen und dergleichen mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) sind bekannt. FIB-Systeme mit einer Nadel und einer Gasquelle für das Injizieren von Gas auf einem Oberflächenbereich eines integrierten Schaltkreises (IC), auf den der FIB gerichtet ist, sind ebenfalls bekannt. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 5.140.164, auf dessen Inhalt zur näheren Information verwiesen wird. Ein kommerziell erhältliches FIB-System, wie die "IDS P2X FIB-Station" von Schlumberger Technologies, Inc., San Jose, Kalifornien, besitzt einen Gassammelraum mit einer Mehrzahl von steuerbaren Einlaßventilen und einer positionierbaren Auslaßnadel für das selektive Injizieren von Gasen aus beliebigen einer Mehrzahl von Gasquellen in Richtung eines Oberflächenbereichs eines integrierten Schaltkreises, der mit dem FIB zu behandeln ist.

Verschiedene Techniken sind entwickelt worden, um solche Systeme anzuwenden bei der Reparatur und Diagnose von integrierten Halbleiterschaltkreisen auf dem Niveau von Komponenten. Beispielsweise kann der FIB verwendet werden, um Material abzutragen. Die Rate und Steuerbarkeit des Abtrags können verbessert werden durch Injizieren von Gasen, welche bestimmte Materialien vorzugsweise abtragen, wie Dielektrikum oder Metall. Solche Techniken können verwendet werden, um selektiv IC-Struktur für die Sondierung oder Überprüfung freizulegen, um Löcher durch Stromversorgungs- und Masseebenen zu schneiden und um selektiv Leiter zu durchtrennen. Es sind auch Techniken bekannt für das Injizieren eines Gases bei Gegenwart des FIB an der IC-Oberfläche, um selektiv leitendes Material aufzutragen. Diese Techniken können verwendet werden, um Leiter aufzubauen oder zu rekonstruieren und um Kissen aufzubringen, die für mechanisches oder Elektronenstrahl-Sondieren verwendet werden.

Eine wichtige Beschränkung der gegenwärtigen FIB-Techniken besteht darin, daß der Metallauftrag manchmal elektrischen Kontakt herstellen kann, wo dies nicht erwünscht ist. Das Ergebnis kann ein unbeabsichtigter elektrischer Kontakt zwischen dem aufgetragenen Metall und exponierten Leitern sein, welche den Bereich des Metallauftrags umgeben. Der Metallauftrag kann oft zeitaufwendig sein, etwa dann, wenn das Vorhandensein von exponierten Leitern diktiert, daß Metall längs einer verschlungenen Bahn aufzubringen ist, um unerwünschte elektrische Verbindungen zu vermeiden. In vielen Fällen ist es unmöglich, mit Sicherheit den Metallauftrag überhaupt auszuführen, und der gesamte Reparaturarbeitsgang muß neu konzipiert werden.

Es ist vorgeschlagen worden, Filme als einen Isolator für die IC-Reparatur niederzuschlagen: Siehe H. Komano et al. in Silicon Oxide Film Formation by Focused Ion Beam (FIB)-Assisted Deposition, Japanese Journal of Applied Physics, Band 28, Nr. 11, November 1989, Seiten 2372 bis 2375. Ein Film aus SiO&sub2; wurde gebildet durch 60 keV Si2+FIB-unterstützten Niederschlag. Ein Gemisch von Tetramethoxysilan (SI(OCH&sub3;)&sub4;) und Sauerstoffgasen wurden auf eine Probenoberfläche durch eine Düse mit 0,2 mm innerem Durchmesser geblasen. Der Strahldurchmesser und der Strom betrugen 0,2 µm bzw. 0,1 nA. Der niedergeschlagene Film mit 0,1 µm Dicke und 0,7 µm Breite soll hauptsächlich aus Silicium und Sauerstoff bestehen. Der berichtete spezifische Widerstand des niedergeschlagenen Filmes betrug 2,5 MΩ-cm bei 5 Volt. Der Bericht hält korrekterweise fest, daß der spezifische Widerstand nicht hoch genug ist für die Verwendung als ein Isolator in realen Komponenten.

Auch wird angenommen, daß ein Siliciumstrahlgerät inhärent komplizierter ist als ein System mit einer Flüssigmetall-Ionenquelle (wie einer Gallium-Ionenquelle), und einen Strahl besitzt, der weniger fein fokussiert ist als Gallium-Ionenstrahl-Systeme. Es ist unklar, ob eine Silicium-Strahlvorrichtung geeignet wäre für das Abtragen und die Metallniederschlag-Arbeitsgänge, wie für die IC-Reparatur erforderlich.

Verbesserte Techniken für den FIB-unterstützten Isolatorauftrag sind wünschenswert, insbesondere Techniken, die in Gallium-Ionen-Strahlsystemen implementierbar sind, wie sie gegenwärtig für das Abtragen und den Metallauftrag bei der Reparatur integrierter Schaltkreise Anwendung finden. Es wird angenommen, daß der Stand der Technik keine Anwendung von Gallium-Ionen-Strahlauftrag von isolierendem Material nachweist, vielleicht deshalb, weil die Gallium-Ionen leitend sind.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung ist in Patentanspruch 1 definiert. Die von ihm abhängenden Ansprüche definieren bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bieten Verfahren für das Auftragen von Isolatormaterial auf einem vordefinierten Flächenbereich eines integrierten Schaltkreises. Moleküle einer Verbindung, welche Siliciumatome und Sauerstoffatome enthält, werden gemischt mit einem reaktiven Gas und injiziert an der Oberfläche des zu behandelnden integrierten Schaltkreises, während ein FIB auf den Bereich gerichtet wird. Das resultierende Material, das selektiv an lokal begrenzten Bereichen der IC-Oberfläche niedergeschlagen wird, hat einen hohen spezifischen Widerstand.

Der Isolatorauftrag gemäß der Erfindung ist brauchbar bei der Reparatur eines integrierten Halbleiterschaltkreises mit einem Strahl geladener Partikel, wie eines FIB, was es demgemäß ermöglicht, bestimmte Arten der Reparatur vorzunehmen und die Reparaturzeit zu minimieren. Beispielsweise wird ein FIB-System gemäß der Erfindung betrieben, um eine Schicht aus Isolatormaterial auf der Oberseite irgend einer exponierten Metalleitung niederzuschlagen, um die Metalleitung dagegen zu schützen, daß sie einen Kurzschluß mit anderen metallischen Leitungen bildet, und um irgend welche weiteren FIB-Reparaturarbeitsgänge zu ermöglichen.

Diese und andere Merkmale der Erfindung ergeben sich für Fachleute aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1A-1D zeigen eine Sequenz von Querschnitten eines Abschnitts eines IC bei verschiedenen Stufen eines Arbeitsganges gemäß der Erfindung;

Fig. 2A-2D zeigen eine Sequenz von Draufsichten eines Ausschnitts aus einem IC entsprechend jeweils den Fig. 1A-1D;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Querschnitt, entnommen einer FIB-Abbildung eines IC, modifiziert gemäß der Erfindung, etwa längs der Schnittlinie III-III der Fig. 2D;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Querschnittansicht aus einer FIB-Abbildung eines IC, modifiziert gemäß der Erfindung, etwa entsprechend der Linie I.D.-I.D. der Fig. 2D;

Fig. 5A-5D zeigen eine Serie von Draufsichten eines Ausschnitts aus einem IC bei verschiedenen Schritten eines Arbeitsganges gemäß der Erfindung;

Fig. 6 zeigt Wellenformen an ausgewählten Leitern des IC aus Fig. 5A-5D vor und nach Modifikation des IC gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ist eine Querschnittansicht aus einer FIB-Abbildung eines IC, modifiziert gemäß der Erfindung und etwa in Richtung der Schnittlinie VII-VII der Fig. 5D;

Fig. 8 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines isolierenden Kissens, aufgebracht auf einer Teststruktur der Art, wie in den Beispielen 2.1-2.8 verwendet;

Fig. 9 zeigt das Verhältnis zwischen dem spezifischen Widerstand und der angelegten Vorspannung für zwei Isolatormuster, aufgebracht gemäß der Erfindung;

Fig. 10 zeigt den Widerstand von zwei identischen Mustern aufgebrachten und isolierenden Materials vor und nach dem Ausbacken gemäß der Erfindung; und

Fig. 11 zeigt den gemessenen Widerstand zwischen dem Signalleiter und der Stromversorgungsebene nach Aufbringen von isolierendem Material und leitendem Material, um einen Signalleiter durch eine Stromversorgungsebene gemäß der Erfindung zu bringen.

Das Aufbringen von Isolatormaterial gemäß der Erfindung wird illustriert durch Beispiele seiner Anwendung bei der Modifikation eines IC. Arbeitsgänge, die schwierig oder unmöglich zu erreichen sind ohne Aufbringen von Isolator, werden gemäß der Erfindung ermöglicht. Ein Beispiel eines solchen Arbeitsganges tritt auf, wenn ein Sondenkissen aufzubringen ist in elektrischem Kontakt mit einem Leiter, der unterhalb einer Stromversorgungsebene vergraben ist, während das Sondenkissen elektrisch von der Stromversorgungsebene isoliert zu halten ist.

Ein anderes Beispiel eines solchen Arbeitsganges tritt auf, wenn zwei Leiter auf unterem Niveau unter einer metallischen Stromversorgungsebene liegend elektrisch zu verbinden sind, ohne elektrischen Kontakt mit der Stromversorgungsebene herzustellen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, ist zunächst das Abtragen eines großen Fensters durch die Stromversorgungsebene und durch zwischenliegendes Dielektrikummaterial unterhalb der Stromversorgungsebene, um die Leiter freizulegen. Eine metallische Leitung, die als ein "Springer" wirkt und die beiden Leiter verbindet, kann dann auf dem zwischenliegenden Dielektrikum aufgebracht werden. Die Prozedur wäre zeitaufwendig, weil erhebliches Material abgetragen werden muß, um ein breites Fenster zu schaffen. Wenn die exponierten Flanken der Stromversorgungsebene an dem Fensterumfang zu nahe an der Aufbringfläche sind, kann elektrisches Lecken von dem aufgebrachten Metall zu der Stromversorgungsebene resultieren.

Die Geschwindigkeit und Verläßlichkeit der Prozedur kann gemäß der Erfindung verbessert werden durch selektives Aufbringen von Isolatormaterial vor dem Aufbringen von Metall. Zwei kleine Löcher können durch die Stromversorgungsebene abgetragen werden, um Zugang zu den beiden Leitern zu schaffen. Die exponierten Flanken der Stromversorgungsebene an den Umfängen der Löcher können mit Isolator abgedeckt werden, was die elektrische Isolation selbst dann sicherstellt, wenn Metall in einem kleineren Fenster aufgebracht wird.

Das Aufbringen von Isolatormaterial gemäß der Erfindung kann auch beispielsweise verwendet werden, um unerwünschten elektrischen Kontakt mit leitenden Strukturen zu vermeiden, wenn eine metallische Signalleitung erneut angeschlossen wird, nachdem ein Abschnitt der Metalleitung entfernt worden ist.

Ein FIB-System, geeignet für das Ausführen der Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, ist die IDS-P2X-FIB-Station, erhältlich im Handel von Schlumberger Technologies, Inc. in San Jose, Kalifornien.

Der Isolatorauftrag gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Anwendungsbeispiele beschrieben, die durch die Fähigkeit ermöglicht werden, isolierendes Material aufzubringen, und unter Bezugnahme auf Beispiele, die einen Bereich von FIB-unterstützten Isolatoraufbringparametern demonstrieren.

In den Beispielen wurden Kammerdrücke überwacht unter Verwendung des Penning-Meßsystems des P2X-FIB-Station-Systems. Zwei Gase wurden verwendet. Das Gasverhältnis wurde etabliert, indem zunächst Parameter (Temperatur des Halters für eine Probe des Vormaterials) bestimmt wurden, erforderlich zum Erhalten eines gegebenen Kammerdrucks jedes Gases einzeln für die gegebene Öffnung, wodurch ein Satz von Eichdaten erzeugt wurde. Parameter, ausgewählt aus den Eichdaten, werden verwendet zum Erzeugen des gewünschten Gasverhältnisses, wenn die Gasmischung injiziert wird. Die Partialdrücke der einzelnen Gase repräsentieren nicht ihr exaktes molekulares Verhältnis, dienen jedoch als eine genaue Referenzskala des Gasgemischs. Da der Gasfluß und der Druck an der Oberfläche des Prüflings nicht gemessen wurden, wurden die Eichdaten und Kammerdrücke als indirekter Indikator verwandt.

Der Auftrag wird ausgeführt durch Abtasten des FIB über einen spezifizierten "Kasten" (beispielsweise einen Bereich von 5 µm × 5 µm oder 5 µm × 10 µm oder andere spezifizierte Abmessung), während Gas an der Oberfläche des Bereichs durch eine Nadel injiziert wird. Unabhängig von den Kastenabmessungen werden 500 horizontale Abtastlinien verwendet zum überdecken des Bereichs, und ein voller Übergang des Kastens erfolgt in 30 Millisekunden (ms).

Beispiel 1.1

Die Schnittansichten der Fig. 1A-1D und Draufsichten der Fig. 2A-2D zeigen es. In einer CMOS-Probekomponente mit zwei Metallschichten liegt ein Leiter 100, umgeben von aufgewachsenem Siliciumdioxid (SiO&sub2;), isoliert von Isolation 105 unter einer Stromversorgungsebene 110, die ihrerseits abgedeckt ist von einer Schicht 115 aus aufgewachsenem SiO&sub2; und einer Passivierungsschicht 118 aus aufgewachsenem Siliciumnitrit (Si&sub3;N&sub4;). Ein Loch 120 von 4 µm × 4 µm wurde durch die Stromversorgungsebene eingebracht, um die Isolation 105 freizulegen, wie in Fig. 1A und 2A gezeigt. Gemäß Fig. 1B und 2B wurde ein 10 µm × 10 µm × 1 µm Kissen 125 aus Isolatormaterial aufgebracht durch Richten eines fokussierten Gallium-Ionen-Strahls (Ga) von 250 pA Strahlstrom bei 15 keV Strahlenergie während 30 Minuten auf einen lokal begrenzten Bereich der Komponentenoberfläche, während ein Vorläufergas von CBr&sub4; und DBTS, gemischt im Verhältnis 1 : 1, eingebracht wurde mittels eines 10 cm langen Gasinjektors mit einem Innendurchmesser von 0,8 mm. Die Spitze des Injektors wurde bei einer Distanz von 0,5 mm von der Komponentenoberfläche gehalten. Der Kammerdruck änderte sich von 1e-6 Torr vor dem Aufbringen auf 3e-5 Torr während des Aufbringens.

Das injizierte Gasgemisch bestand aus (1) einem SiOx-Vorläufergas, C&sub1;&sub2;H&sub2;&sub4;O&sub6;Si, Di-t-butoxydiacetoxysilan (DBTS), käuflich erhältlich von United Chemical Technologies, Inc., Bristol, Pennsylvania, und (2) einem Gallium-bindenden Gas, CBr&sub4;, Carbon-Tetrabromid, käuflich erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, Wisconsin.

Nach Aufbringen von Kissen 125 wurde ein Loch 130 von 2 µm × 2 µm durch das aufgebrachte Isolatormaterial und das aufgewachsene SiO&sub2; gegraben, um den Leiter 100 freizulegen, wie in Fig. 1C und 2C gezeigt.

Metall wurde dann zur Füllung des Loches 130 aufgebracht und zum Bilden einer Brücke 135 in elektrischem Kontakt mit Leiter 100, wie in Fig. 1D und 2D gezeigt, wobei sich das Metall über einen Abschnitt des Isolatorkissens 125 und auf das aufgewachsene Si&sub3;N&sub4; erstreckt.

Fig. 3 ist eine Wiedergabe einer Spannungskontrastabbildung eines Schnittes durch das aufgebrachte Isolatormaterial (jedoch nicht durch das aufgebrachte leitende Material), d. h. längs Linie III-III der Fig. 2D. Das aufgebrachte Isolatormaterial 125 wird durch die dicke Linie 140 in Fig. 3 umrissen. Das aufgebrachte leitende Material ist im Schnitt bei 145 erkennbar.

Fig. 4 ist eine Wiedergabe einer Spannungskontrastabbildung eines Schnittes durch das aufgebrachte isolierende und das leitende Material, d. h. längs Linie ID-ID der Fig. 2D. Das aufgebrachte isolierende Material 125 ist von den dicken Linien 150 und 155 umschlossen. Das aufgebrachte leitende Material ist im Schnitt bei 160 sichtbar.

Das Beispiel demonstriert die Fähigkeit, einen Kontakt durch eine Stromversorgungsebene oder Masseebene zu etablieren unter einer Anwendung einer Kombination aus Abtrag, Aufbringen von Isolatormaterial gemäß der Erfindung und Aufbringen von leitendem Material. Solche Kontaktstrukturen können verwendet werden für weitere Springerbildung, je nach Bedarf. Das aufgebrachte Isolatormaterial bietet gute Isolation und gute elektrische Werte, verifiziert durch volle 5 Volt-E-Strahlwellenformen. Irgend welches merkbares Lecken von dem unteren Leiter zu der Stromversorgungs- oder Masseebene würde zu Amplituden der gewonnenen E-Strahlwellenformen von wesentlich weniger als 5 Volt führen.

Beispiel 1.2

Ein anderer Abschnitt der CMOS-Komponente mit zwei Metallniveaus wurde verwendet zum Demonstrieren der Fähigkeit, einen Leiter des oberen Niveaus (M2-Schicht) aufzuschneiden zum Freilegen eines Leiters des unteren Niveaus (M1-Schicht), und die Leiter der oberen Schicht wieder anzuschließen, während eine Isolatoraufbringung gemäß der Erfindung angewandt wird zum Vermeiden unerwünschter elektrischer Verbindung zwischen Leitern. Fig. 5A zeigt schematisch die Anordnung von Leitern in dem modifizierten Bereich. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die überlagerten SiO&sub2;- und Si&sub3;N&sub4;-Schichten (beispielsweise Schichten 115 und 118 der Fig. 1A) nicht gezeigt. Bei 500 ist der M2-Leiter gezeigt, der zu durchtrennen ist, um den M1-Leiter 505 freizulegen. Während die Komponente in Betrieb ist, führt der M2-Leiter 510 das Signal "A", der M2-Leiter 500, der zu durchtrennen ist, führt das Signal "B", der M2-Leiter 515 führt Signal "C" und M1-Leiter 505 und M2-Leiter 520 führen Signal "D". Die Leiter 505 und 520 sind über eine Durchkontaktierung verbunden, die bei 525 angedeutet ist.

Zunächst wurde die Passivierung mittels FIB-Abtrag aus einem 4 µm × 2 µm Bereich des Leiters 500 entfernt, umrissen durch die gestrichelten Linien bei 530 in Fig. 5A. Der Abtrag erfolgte mit einer Strahlenergie von 30 keV und Strom von 100 pA, wobei die Abtragrate verbessert wurde durch lokale Injektion von dielektrikumbevorzugendem XeF2-Gas während des Abtrags.

Ein Segment des Leiters 500 innerhalb der endpassivierten Region wurde dann mittels FIB-Abtrag entfernt. Der Abtrag wurde ausgeführt mit einer Strahlenergie von 30 keV und einem Strom von 100 pA, wobei die Abtragrate verbessert wurde durch lokale Injektion von metallbevorzugendem C14-Gas während des Abtrags. Fig. 5B zeigt die freigelegten Schnittenden des durchtrennten Leiters 500 bei 535 und 540. Der Abtrag wurde fortgesetzt unter Injektion von dielektrikumbevorzugendem XeF2-Gas zum Freilegen des M1-Leiters 505 in dem bei 545 umrissenen Bereich.

Ein 10 µm × 10 µm Flecken 550 aus Isolatormaterial wurde dann aufgebracht zum Abdecken der freigelegten Abschnitte der Leiter 500 und 505, wie in Fig. 5C gezeigt. Das Isolatormaterial wurde gebildet durch Freisetzen einer 1 : 1 Mischung von DBTS und CBr&sub4;-Gas bei 3e-5 Torr Druck auf einem lokal begrenzten Bereich der Komponentenoberfläche durch einen 10 cm langen Gasinjektor mit einem Innendurchmesser von 0,8 mm. Die Spitze des Injektors wurde in einem Abstand von 0,5 mm von der Komponentenoberfläche gehalten. Andere Parameter des Isolatorauftrags waren wie oben im Beispiel 1.1 beschrieben. Ein fokussierter Strahl von Gallium-Ionen bei einer Energie von 15 keV und mit einem Strahlstrom von 250 pA wurde über den abzudeckenden Bereich tasten gelassen, wenn das Gas injiziert wurde.

Nach Aufbringen des Isolatormaterials wurde der Abtrag wieder aufgenommen zum Erzeugen eines Loches 555 von 2 µm × 2 µm und eines Loches 560 von 2 µm × 2 µm durch die Passivierung zum Freilegen des Leiters 500 nahe jedem seiner durchtrennten Enden. Der Abtrag erfolgte mit einer Strahlenergie von 30 keV und mit einem Strahlstrom von 20 pA unter lokal begrenzter Injektion von Gas, das den Abtrag von Dielektrikum begünstigt. Eine Spannungskontrast-FIB-Abbildung der Komponente, gewonnen nach dem Herstellen der Löcher 555 und 560, zeigte den Abschnitt des Leiters 500 sichtbar durch Loch 560 wesentlich dunkler als den Abschnitt des Leiters 500, sichtbar durch Loch 555; dies indiziert, daß der Abschnitt des Leiters 500, der durch das Loch 560 sichtbar war, elektrisch "schwamm", und daß eine gute elektrische Isolierung zwischen den Abtrennenden des Leiters 500 beibehalten wurde, sogar noch nach dem Aufbringen des Isolatorfleckens 550. Die elektrische Isolation zwischen den Abtrennenden des Leiters 500 wurde bestätigt durch überwachen des Sekundär-Elektronen-Detektorsignals während des Abtrags. Eine Aufzeichnung des Signals zeigte eine starke Amplitudenzunahme, wenn der Leiter 500 in Loch 555 exponiert wurde, und eine deutlich kleinere Amplitudenzunahme, wenn Leiter 500 im Loch 560 exponiert wurde. Die Differenz zwischen den beiden Amplitudenzunahmen betrug etwa eine Größenordnung.

Leitendes Material wurde dann aufgebracht zum Füllen der Löcher 555 und 560 und Bilden einer Brücke 565, die sich über den Isolatorflecken 550 in elektrischem Kontakt mit dem Leiter 500 an jeder Seite des durchtrennten Abschnitts erstreckt, wie in Fig. 5D gezeigt.

Nach Aufbringen der Metallbrücke wurde der Abtrag wieder aufgenommen zum Erzeugen eines Sondenloches 570 von 2 µm × 2 µm durch die Passivierung zum Freilegen von Leiter 510, eines Sondenloches 575 von 2 µm × 2 µm durch die Passivierung zum Freilegen von Leiter 515 und eines Sondenloches 580 von 2 µm × 2 µm durch die Passivierung zum Freilegen von Leiter 520. Die Sondenlöcher wurden dann verwendet zum Verifizieren elektrischer Eigenschaften des aufgebrachten Isolatormaterials.

Fig. 6 zeigt eine Serie von Signalen, gewonnen von der Probekomponente vor und nach den oben beschriebenen Arbeitsgängen. Ein Satz von Referenzsignalen wurde von der Probekomponente in ihrem Originalzustand gewonnen: Linie 600 ist das Referenzsignal "A" auf Leiter 510, Linie 610 ist das Referenzsignal "B" auf Leiter 500, Linie 620 ist das Referenzsignal "C" auf Leitung 515 und Linie 630 ist das Referenzsignal "D" auf Leitung 520. Ein ähnlicher Satz von Signalen wurde von der Probekomponente nach dem Durchtrennen und Wiederverbinden des Leiters 500 gewonnen: Linie 605 ist Signal "A", gewonnen am Sondenloch 570, Linie 615 ist Signal "B", gewonnen an der Brücke 565, Linie 625 ist Signal "C", gewonnen am Sondenloch 575, und Linie 635 ist Signal "D", gewonnen am Sondenloch 580. Die Vorher/Nachher-Signale stimmen in günstiger Weise überein, was anzeigt, daß der aufgebrachte Isolatorflecken 550 gute elektrische Isolation zwischen den Leitern 500 und 505 schafft, ohne Einfluß auf die benachbarten Leiter.

Die Probekomponente wurde durch die Länge der Brücke 565 durchtrennt, wie durch Linie VII-VII in Fig. 5D angedeutet. Eine FIB-Abbildung der durchtrennten Komponente wurde gewonnen, von der die Linienzeichnung in Fig. 7 wiedergegeben ist. Die Abbildung ist eine gekippte perspektivische Ansicht. Die Abschnitte, die im Schnitt wiedergegeben sind, umfassen den Leiter 505, den durchtrennten Leiter 500, isolierende Bereiche 700 aus aufgewachsenem SiO&sub2;, abgedeckt mit aufgebrachtem Isolatormaterial, einen Bereich von aufgebrachtem Isolatormaterial 710 über dem Leiter 505, und aufgebrachte Metallbrücke 565 bei 720. Die dicke Linie 730 unterteilt den Schnittabschnitt der FIB-Abbildung von dem oberen Abschnitt der Abbildung, welche die obere Oberfläche der Komponente zeigt. Sichtbar im oberen Abschnitt der Abbildung sind die obere Oberfläche der Brücke 565 bei 740, die Kontur der Durchkontaktierung 525 und das Sondenloch 580 mit einem freigelegten Abschnitt des Leiters 520. Der Widerstand des aufgebrachten Isolatormaterials wurde abgeschätzt aus der relativen Helligkeit der Leiter 505 und 500/520 in der FIB-Abbildung, worin der Leiter 505 an Masse gelegt war und die Leiter 500/520 elektrisch "schwammen". Die Abbildung wurde gewonnen mit einer FIB-Energie von 30 keV und einem Strom von 5 pA. Zwar ist dies kein präziser Indikator, doch wurde der Spannungskontrast zwischen den Leitern 505 und 500 konservativ auf 1 Volt abgeschätzt. Bei einem Strahlstrom von 5 pA wurde der Widerstand des aufgebrachten Isolatormaterials abgeschätzt auf 1 Volt/5 pA = 200 Mω. Selbst ein so kleiner Spannungskontrast, wie 0,1 Volt, würde einen Widerstandswert von 0,1 Volt/5 pA = 20 MΩ ergeben. Der tatsächliche Widerstand wird als höher als 200 MΩ angenommen und vielleicht bis zu 1 GΩ. Gleichgültig, welcher Widerstand tatsächlich vorliegt, zeigen die Signale der Fig. 6 praktisch keine Signaldämpfung unter Bedingungen, die man typischerweise bei der IC-Diagnose antreffen würde.

Das Vorläufergasgemisch, verwendet für den FIB-unterstützten Isolatorauftrag, kann ein Gemisch aus Ammoniumcarbonat (NH&sub3;)&sub2;CO&sub3;) und DBTS gemäß der Erfindung sein, anstatt das Vorläufergasgemisch von CBR&sub4; und DBTS, verwendet in den Beispielen 1.1 und 1.2. Zur Illustration dienen die Beispiele 2.1-2.8. Material, aufgetragen unter Anwendung typischer Parameter (wie in Beispiel 2.1) wurde einer Auger-Spektroskopieanalyse unterworfen, welche zeigte, daß das aufgebrachte Material vollständig aus Silicium, Gallium und Sauerstoffatomen bestand. Gemäß Fig. 8 wird in jedem der Beispiele 2.1-2.8 ein Kissen 800 aus isolierendem Material spezifizierter Abmessungen auf eine Teststruktur aufgebracht mit Aluminium-Leitern 805 und 810 auf einer aufgewachsenen SiO&sub2;-Schicht 815 und mit einem 1 µm Spalt 820 zwischen den Leitern 805 und 810. Die Leiter 805 und 810 sind etwa 1 µm dick. Die Dicke 825 des aufgebrachten Isolatormaterials oberhalb der Leiter ändert sich von Beispiel zu Beispiel. Der Widerstand zwischen den Leitern 805 und 810 wurde vor dem Aufbringen des Kissens 800 und unter verschiedenen Spannungen nach Aufbringen des Kissens 800 gemessen. In einigen Beispielen wurde die Teststruktur aufgeschnitten zum Messen der Querschnittsfläche des Kissens 800, und der spezifische Widerstand des aufgebrachten isolierenden Materials wurde berechnet.

Beispiel 2.1

Ein Kissen 800 aus Isoliermaterial mit Abmessungen 6 µm × 6 µm wurde bis zu einer Dicke von etwa 1,75 µm aufgebracht durch Richten eines fokussierten Gallium-Ionen-Strahls von 250 pA Strahlstrom und 30 keV Strahlenergie während 20 Minuten auf einen lokal begrenzten Bereich der Komponentenoberfläche unter Zufuhr eines Vorläufergases von Ammoniumcarbonat und DBTS im Mischungsverhältnis von 1 : 1 mittels eines 10 cm langen Gasinjektors mit einem Innendurchmesser von 0,8 mm. Der Partialdruck jedes der Ammoniumcarbonat- und DBTS-Gase wurde auf 3e-5 Torr Kammerdruck eingestellt (d. h. der Halter für jede Gasquelle wurde bei einer Temperatur gehalten, welche 3e-5 Torr Kammerdruck erzeugen würde, wenn das Gas von allein injiziert würde). Die Spitze des Injektors wurde in einem Abstand von 0,5 mm von der Komponentenoberfläche gehalten. Die Auftragrate des isolierenden Materials betrug etwa 3 µm³ pro Minute.

Für das aufgebrachte isolierende Material wurde ein spezifischer Widerstand über dem 1 µm Spalt von etwa 200 MΩ-cm berechnet. Das aufgebrachte Kissen hatte beinahe vertikale Wandungen, geringes überspritzen und gleichförmigen homogenen Auftrag.

Beispiel 2.2

Die Auftragparameter für dieses Beispiel waren dieselben wie für Beispiel 2.1 mit der Ausnahme, daß der DBTS-Partialdruck auf 3e-5 Torr und der Ammoniumcarbonat-Partialdruck auf 2e-5 Torr eingestellt wurden, was zu einem 3 : 2 Kammerdruck-Partialdruck-Verhältnis zwischen den beiden Komponenten des Gasgemisches führt (mehr DBTS als Ammoniumcarbonat).

Die Aufbringrate schien etwas größer zu sein als für Beispiel 2.1. Das aufgebrachte Material erschien in einer FIB-Abbildung von hellerem Kontrast als für Beispiel 2.1, was einen niedrigeren spezifischen Widerstand nahelegt, als das in Beispiel 2.1 aufgebrachte Material. Für das aufgebrachte isolierende Material wurde ein spezifischer Widerstand über dem 1 µm Spalt von etwa 800 KΩ-cm berechnet.

Beispiel 2.3

Die Auftragparameter für dieses Beispiel waren dieselben wie für Beispiel 2.1 mit der Ausnahme, daß der DBTS-Partialdruck auf 2e-5 Torr und der Ammoniumcarbonat-Partialdruck auf 3e-5 Torr eingestellt wurden, was zu einem 2 : 3 Kammerdruck-Partialdruck-Verhältnis zwischen den beiden Komponenten des Gasgemisches führt (weniger DBTS als Ammoniumcarbonat).

Die Auftragrate schien viel niedriger zu sein als für Beispiel 2.1. Das aufgebrachte Material erschien in einer FIB-Abbildung von dunklerem Kontrast als für Beispiel 2.1, was einen höheren spezifischen Widerstand als das in Beispiel 2.1 aufgebrachte Material nahelegt. Für das aufgebrachte isolierende Material wurde ein spezifischer Widerstand über dem 1 µm Spalt von nicht weniger als 200 MΩ-cm berechnet. (Widerstandsmessungen ändern sich mit der angelegten Vorspannung. Mit einer angelegten Vorspannung von 1 bis 10 Volt war der Leckstrom in der Größenordnung von Zehnteln von pA. Es wird angenommen, daß ein Teil dieses Leckstromes auf Lecken durch andere Pfade zurückzuführen ist als durch den aufgebrachten Isolator, so daß angenommen wird, daß der tatsächliche spezifische Widerstand des aufgebrachten Isolators größer ist als der berechnete Wert. Der Eigenwiderstand zwischen den Leitern 805 und 810 der in Fig. 8 gezeigten Teststruktur ist typischerweise 400 GΩ bis 500 GΩ vor dem Aufbringen und ohne Reinigung der Oberfläche von möglichen Kontaminierungen durch FIB-Ätzen.)

Beispiel 2.4

Die Auftragparameter für dieses Beispiel waren dieselben wie für Beispiel 2.1 mit der Ausnahme, daß der Abtastkasten 4 µm × 4 µm betrug und die Auftragzeit 10 Minuten. Das Abtasten mit 250 pA Strahlstrom über dem 4 µm × 4 µm Bereich ergab eine mittlere Strahlstromdichte von 15,6 pA/µm². (Jede 500-Zeilen-Abtastung des Bereichs wird in 30 ms ausgeführt, unabhängig von der spezifizierten Größe des Bereichs. Die mittlere Strahlstromdichte wird definiert als das Verhältnis des augenblicklichen Strahlstromes zu der Abtastfläche.).

Abgesehen von einem kleinen Materialrand, der rings um die Peripherie des Bereichs abgelagert wurde, ätzte der FIB grundsätzlich die Oberfläche der Teststruktur ohne Auftrag von isolierendem Material.

Beispiel 2.5

Die Auftragparamter für dieses Beispiel waren dieselben wie für Beispiel 2.1 mit der Ausnahme, daß der Abtastkasten 10 µm × 10 µm betrug und die Auftragzeit 10 Minuten. Das Abtasten mit 250 pA Strahlstrom über dem 10 µm × 10 µm Bereich ergibt eine mittlere Strahlstromdichte von 2,5 pA/µm². (Jeder 500-Zeilen-Abtastvorgang des Bereichs wird in 30 ms ausgeführt, unabhängig von der spezifizierten Größe des Bereichs.).

Die Dicke des 10 µm × 10 µm Kissens, das aufgebracht wurde, wurde mit etwa 1/4 µm bis 1/3 µm geschätzt. Die Auftragrate des isolierenden Materials betrug etwa 2,5 µm³ pro Minute.

Beispiel 2.6

Ein Kissen 800 aus Isolatormaterial von 5 µm × 5 µm wurde bis zu einer Dicke von etwa 2 µm aufgebracht durch Richten eines fokussierten Gallium-Ionen-Strahls von 250 pA Strahlstrom bei 30 keV Strahlenergie während 10 Minuten auf einen lokal begrenzten Bereich, während ein Vorläufergas von DBTS allein über einen 10 cm langen Gasinjektor zugeführt wurde, der einen Innendurchmesser von 0,8 mm hat. Der Partialdruck des DBTS-Gases wurde auf 2e-5 Torr Kammerdruck eingestellt. Die Spitze des Injektors wurde in einem Abstand von 0,5 mm von der Komponentenoberfläche gehalten. Die Auftragrate des isolierenden Materials betrug etwa 5 µm³ pro Minute.

Das aufgebrachte Kissen wurde als schneller wachsend als in Beispielen 2.1-2.5 beobachtet (d. h. schneller als mit einem Gemisch von DBTS und Ammonium-Carbonat-Gas). Das aufgebrachte Material erschien in einer FIB-Abbildung von hellerem Kontrast als für die Beispiele 2.1 - 2.5, was einen niedrigeren spezifischen Widerstand nahelegt als bei dem Material, das in den Beispielen 2.1-2.5 aufgebracht wurde. Für das aufgebrachte isolierende Material wurde ein spezifischer Widerstand über dem 1 µm Spalt von etwa 100 KΩ-cm bis 200 KΩ-cm berechnet.

Experimente unter Verwendung eines Gemisches von DBTS und Ammoniumcarbonat, wobei jedes Gas des Gemisches auf einen Partialdruck von 1,5e-5 Torr gesetzt wurde (anstatt auf 3e-5 Torr, wie im Beispiel 2.1), legen nahe, daß sich nur die wirksame Aufbringrate verändert, womit der maximale Strahlstrom begrenzt wird, der für einen gegebenen Isolatorauftragarbeitsgang verwendet werden konnte.

Versuche unter Verwendung eines Gemisches von DTBS und Ammoniumcarbonat wurden ausgeführt, um ein Sondenkissen zu schaffen für das Durchführen eines Signalleiters durch eine Stromversorgungsebene, wie in Fig. 1A-1D und 2A-2D dargestellt. In einem solchen Versuch wurde das isolierende Material 125 aufgebracht unter Anwendung eines Gallium-Ionen-FIB und eines 1 : 1 Verhältnisses von DTBS zum Ammoniumcarbonat, eine Öffnung 130 wurde eingebracht und ein leitendes Material 135 wurde aufgebracht, welches Metall und Kohlenstoff enthielt. Ein Defekt in dem aufgebrachten leitenden Material 135 führte dazu, daß es heftig explodierte, wenn Spannung angelegt wurde, unter Hinterlassung des isolierenden Materials 125 an Ort und Stelle. Nachfolgende Untersuchung ergab keine Beschädigung an dem aufgebrachten isolierenden Material, was vermuten läßt, daß das aufgebrachte isolierende Material recht hart ist und physischen Belastungen standhalten kann. Auch andere Anscheinsbeweise liegen vor.

Versuche wurden auch ausgeführt, bei denen ein Gemisch von DBTS und Ammoniumcarbonat mit einem Ga-Ionen-FIB verwendet wurde zum Aufbringen von isolierendem Material über leitendem Material, das vorher aufgebracht wurde unter Verwendung eines Ga-Ionen-FIB. Solches leitendes Material enthält typischerweise Metall und Kohlenstoff mit einem Metallgehalt von weniger als 50% und reagiert auf einen angelegten FIB als wäre es weich und amorph und durch Demonstrieren von erhöhtem elektrischen Widerstand. Zum Minimieren der Beschädigung solches leitenden Materials während des Aufbringens von isolierendem Material ist es zweckmäßig, zuerst über dem leitenden Material eine dünne Schicht von isolierendem Material bei niedriger mittlerer Strahlstromdichte aufzubringen (beispielsweise wie in Beispiel 2.5), bevor isolierendes Material mit einer höheren mittleren Strahlstromdichte aufgebracht wird (beispielsweise wie in Beispiel 2.1).

Parameter, die den Isolatorauftragprozeß mit einem Gemisch von DBTS und Ammoniumcarbonat beeinflussen, werden wie folgt zusammengefaßt:

Mittlere Strahlstromdichte. Der Materialauftrag erscheint optimiert zu sein in Ausdrücken der Isolationsqualität und der Auftragrate bei einer mittleren Strahlstromdichte zwischen 3 pA/µm² und 5 pA/µm² mit einem akzeptablen Bereich zwischen 1 pA/µm² und 15 pA/µm². Beim überschreiten von 15 pA/µm² ergibt sich kein Nettoauftrag, sondern statt dessen ein Ätzen durch den FIB. Unter 1 pA/µm² ist der Auftragprozeß prohibitiv langsam und führt auch zu mehr implantierten Gallium-Ionen pro µm³, womit der wirksame Widerstand des aufgebrachten Materials herabgesetzt wird.

Absolute und relative Gasdrücke. Der Materialauftrag erscheint optimiert zu sein mit dem Partialdruck jedes Gases DBTS und Ammoniumcarbonat, eingestellt auf 3e-5 Torr, vorausgesetzt, ein 1 : 1 Partialdruck-Verhältnis von DBTS zu Ammoniumcarbonat.

Der Auftrag unter Verwendung eines DBTS/Ammoniumcarbonat-Partialdruck-Verhältnisses von 3 : 2 erzeugte ein Muster mit Qualitäten, die sich jenen einer Probe näherten, aufgebracht mit DBTS allein, d. h. im relativen Kontrast in einem FIB-Abbild heller erscheinend und mit schlechteren Isolationscharakteristiken. Der Auftrag unter Verwendung eines DBTS/Ammoniumcarbonat-Partialdruck-Verhältnisses von 2 : 3 erzeugte eine Probe mit einem niedrigen relativen Kontrast in einer FIB-Abbildung und mit guter Isolationsqualität, doch war die Gesamtauftragrate proportional langsamer als mit einem 1 : 1 Partialdruck-Verhältnis. Ein 1 : 1-Partialdruck-Verhältnis bietet eine optimale Auftragrate mit einem Isolator guter Qualität.

Messungen des spezifischen Widerstandes. Fig. 9 zeigt das Verhältnis zwischen dem spezifischen Widerstand (MΩ-cm) und angelegter Vorspannung (Volt/µm) für zwei Isolatorproben von 6 µm × 6 µm, aufgebracht wie in Beispiel 2.1 über einem 1 Micron (µm) Spalt zwischen zwei Aluminiumspuren bis zu einer Dicke von etwa 1,5 µm. Für jede Probe wurde ein erster Satz von Messungen vorgenommen (Kurve 900 für die erste Probe, Kurve 910 für die zweite Probe), und die Vorspannung wurde bei 20 Volt während 2 Minuten gehalten, und dann wurde ein zweiter Satz von Messungen vorgenommen (Kurve 905 für die erste Probe, Kurve 915 für die zweite Probe). Die Werte des spezifischen Widerstandes von 200 MΩ-cm sind typisch. Werte, erhalten mit diesen und anderen Proben, reichen von etwa 100 MΩ-cm bis etwa 300 MΩ-cm. Der Absolutwert des Widerstandes, gemessen für die Geometrie der aufgebrachten Proben, betrug etwa 200 GigOhm (GΩ). Da der Test-IC einen Eigenwiderstand von etwa 400 GΩ bis 500 GΩ zwischen den Leitern vor dem Aufbringen des isolierenden Materials aufweist, wird angenommen, daß die berechneten Werte des spezifischen Widerstandes niedriger sind als der tatsächliche spezifische Widerstand des aufgebrachten isolierenden Materials. Es scheint, daß für spezifische Anwendungen die Qualität des aufgebrachten Isolators aufgewogen werden kann gegen die Auftragrate durch Einstellen des Verhältnisses von DBTS zu Ammoniumcarbonat und/oder des Strahlstroms. Das Erhitzen des aufgebrachten isolierenden Materials für eine Zeitperiode (siehe unten) verbessert erheblich seine Isolationsfähigkeiten und führt zu einem anderen Verfahren zum Verbessern der Qualität des Isolators, während eine maximale Auftragrate beibehalten wird.

Maximales Durchschlagfeld. Dutzende von Proben, aufgebracht über einem 1 µm Spalt, wurden getestet mit bis zu 40 Volt Potential darüber angelegt, ohne irgend einen Probendurchbruch. Zwei Proben wurden bis zum Durchbruch getestet, von denen eine ausgebacken wurde (siehe unten) und die andere nicht. Beide Proben waren stabil bis zu einer angelegten Spannung von 90 Volt, und der Durchbruch beider Proben erfolgt zwischen 90 Volt und 100 Volt. Dies entspricht einem Durchbruchsfeld von 90 Millionen Volt pro Meter.

Effektive volumetrische Aufbringraten. Eine mittlere Strahlstromdichte von 1 pA/µm² bis 10 pA/µm² und ein 1 : 1 Gasdruckverhältnis mit einem Systemdruck von 3e-5 Torr führt zu einer Aufbringrate von etwa 2 µm³/Minute bis zu mehr als 15 µm³/Minute. Dies wurde über Probengrößen von 6 µm × 6 µm bei einem Strahlstrom von 250 pA bis 70 µm × 70 µm bei einem Strahlstrom von 6.000 pA verifiziert. Proben ließ man aufwachsen mit Dicken von 0,5 µm bis 4 µm ohne eine Indikation, daß nicht auch dickere Proben in längerer Zeit aufwachsen könnten. Ein typischer Auftrag für elektrische Analyse kann die Anwendung eines 260 pA Strahlstromes sein während 20 Minuten über einer 6 µm × 24 µm Probengröße, was zu einer aufgebrachten Materialdicke von etwa 1,7 µm führt.

Wirkung des Ausbackens einer aufgebrachten Isolatorprobe. Nachdem eine Probe aufgebracht worden ist und ihr charakteristischer Widerstand gemessen wurde, wurden die Wirkungen des Ausbackens der Probe in einem atmosphärischen Ofen untersucht. Es ist wiederholt demonstriert worden, daß das Aufheizen der Probe auf eine Temperatur oberhalb 100°C zu einer Zunahme des spezifischen Widerstandes der Proben um das 2- bis 5-fache gegenüber dem Zustand vor dem Ausbacken führt. Fig. 10 zeigt den Widerstand von zwei identischen 6 µm × 12 µm Proben in GΩ über Volt/µm, gemessen vor und nach dem Ausbacken bei 150°C während 5 Stunden. Kurven 1000 und 1005 zeigen die gemessenen Widerstände der ersten bzw. zweiten Probe vor dem Ausbacken. Die Kurven 1010 bzw. 1015 zeigen die gemessenen Widerstände der ersten bzw. zweiten Probe nach dem Ausbacken. Der Widerstand verbesserte sich geringfügig mehr, wenn die Ausbacktemperatur auf 150°C angehoben wird gegenüber einer etwas niedrigeren Temperatur oberhalb 100°C. Das Ausbacken über mehr als 5 Stunden scheint keine weitere Verbesserung des Widerstandes mit sich zu bringen. Es wird angenommen, daß im wesentlichen dieselben Resultate mit weniger als 5 Stunden Ausbackzeit erreicht werden können. Von dem Ausbacken wird erwartet, daß es die Herstellung einer dauerhafteren Probe begünstigt, die besser weitere Bearbeitung in der konventionellen Halbleiterindustrie beim Testen und in den Herstellungsanlagen widersteht.

Beweis des Konzepts der Isolatorqualität. Als ein funktioneller Test des Isolatormaterials wurde der Isolatorprozeß in Verbindung mit anderen FIB-Prozessen des Aufbringens von metallenthaltenden leitendem Material und halogenbegünstigtem Ätzen verwendet, um Zugang zu einer Metallspur zu gewinnen, die unter einer Stromversorgungsebene liegt, wie in Fig. 1A-1D und 2A-2D illustriert. Der gemessene Widerstand zwischen dem Signalleiter und der Stromversorgungsebene wurde mit 80 GΩ bei 1 Volt angelegtem Potential bis 1 GΩ bei angelegtem 12 Volt Potential bestimmt, wie in Fig. 11 gezeigt. Die Probe brach nicht bei 12 Volt zusammen. Es war erforderlich, einen Schutz gegen Streustrompfade über der Oberfläche der Komponente vorzusehen, um genau den Widerstand des aufgebrachten Isolatormaterials zu messen. Zu diesem Zweck war es zweckmäßig, irgend welche freigelegten Bereiche nahe diesem Betriebsbereich zu "überkappen" (lokales Repassivieren mit Isolatormaterial), welches der Abfuhr von angelegter Meßspannung hätte dienen können.

Tabelle 1 ist eine Zusammenfassung der brauchbaren Bereiche und optimalen/typischen Werte für FIB-unterstützten Auftrag von isolierendem Material unter Verwendung eines injizierten Vorläufergasgemischs von DBTS und Ammoniumcarbonat. Tabelle 1

Andere Prozeßmodifikationen

Die oben beschriebene Isolatoraufbringtechnik kann auf zahlreiche Arten modifiziert werden. Die unten beschriebenen Modifikationen schließen einander nicht gegenseitig aus.

Die Komponenten in einem sauerstoffreichen Gas (beispielsweise in Luft) ausgebacken werden, um den spezifischen Widerstand des aufgebrachten Isolatormaterials zu verbessern. Der verbesserte spezifische Widerstand wird auf das Einfangen freier Gallium-Ionen in dem aufgebrachten Material zurückgeführt mit Sauerstoffatomen und/oder Halogenatomen. Das Ausbacken erfolgt bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, beispielsweise oberhalb 25°C.

Das Verhältnis der Gase in der injizierten Mischung kann geändert werden. Beispielsweise hat sich das Verhältnis von CBR&sub4; zu DBTS von zwischen etwa 1 : 1 und etwa 1 : 2 als gut brauchbar erwiesen, und ein Bereich von 1 : 10 bis 10 : 1 wird als noch brauchbar angesehen.

Die Gase brauchen nicht in einem Plenum gemischt und als Mischung injiziert zu werden aus einer einzigen Nadel, wie in den vorbeschriebenen Beispielen, sondern können unabhängig injiziert werden durch getrennte Nadeln, die so gerichtet sind, daß sich ein Gasgemisch auf oder nahe der Oberfläche in dem lokal begrenzten Bereich ergibt, über welchem der FIB abtastet.

Die mittlere Strahlstromdichte kann geändert werden. Ein Vorteil der Verwendung niedrigerer mittlerer Strahlstromdichte für das Aufbringen von Isolatormaterial besteht darin, daß das Verhältnis der Menge an Gas zur Anzahl der einlaufenden Gallium-Ionen höher ist. Es wird angenommen, daß weniger Gallium-Ionen pro Gasvolumen zu einer niedrigeren Anzahl von Gallium-Ionen in dem aufgebrachten Material führt, welche nicht gebunden (elektrisch neutralisiert) durch das reaktive Gas sind und deshalb ein aufgebrachtes Isolatormaterial erzeugen, das einen höheren spezifischen Widerstand besitzt. Der einzige anscheinende Nachteil der Verwendung niedrigerer mittlerer Strahlströme ist, daß die Auftragrate niedriger ist als für mittlere höhere Strahlstromdichte. Mittlere Strahlstromdichten im Bereich von etwa 1 pA/µm² bis etwa 100 pA/µm² werden als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend angesehen.

Die Strahlenergie kann abgewandelt werden. Es ist demonstriert worden, daß hohe Strahlenergie zu niedrigem spezifischen Widerstand des aufgetragenen Materials führt. Strahlenergien im Bereich von 5 keV bis 40 keV werden als im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegend angesehen.

Es scheint aus der Untersuchung von FIB-Querschnittsabbildungen, daß das Aufbringen eines Isolatormaterials unter Verwendung eines Gemisches von DBTS-Gas und CBR&sub4;-Gas mit einem Gallium-Ionen-Strahl wirksamer sein kann, wenn der Auftrag über einem Bereich von aufgewachsenem SiO&sub2; begonnen wird anstatt über einem Bereich von augewachsenem Si&sub3;N&sub4;. Es wird angenommen, daß dies deshalb so ist, weil das aufgewachsene SiO&sub2; als ein Keim für weiteren SiOx-Auftrag dient. Der Auftragprozeß kann demgemäß verbessert werden durch Abtrag der aufgewachsenen Si&sub3;N&sub4;-Passivierungsschicht zum Freilegen des aufgewachsenen SiO&sub2; in einem Bereich, auf welchem Isolatormaterial aufzutragen ist, bevor mit dem Auftrag des Isolators begonnen wird. Die Isolationsqualität des Materials, aufgebracht unter Verwendung von Ammoniumcarbonat und DBTS, scheint nicht von dem Substrat abhängig zu sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Ein Verfahren zum Aufbringen von Material auf einen integrierten Schaltkreis, umfassend:
    1. a. Plazieren eines integrierten Schaltkreises in einer Vakuumkammer,
    2. b. Einwirkenlassen auf einen lokal begrenzten Oberflächenbereich des integrierten Schaltkreises, wo Isolatormaterial aufzubringen ist, eines ersten Gases, enthaltend Moleküle einer dissoziierbaren Verbindung, umfassend Atome von Silicium und Sauerstoff, und eines zweiten Gases, enthaltend Moleküle einer Verbindung, die mit Metallionen reagiert,
    3. c. Erzeugen eines fokussierten Ionenstrahles mit Metallionen hinreichender Energie, um die Moleküle des ersten Gases zu dissoziieren, und
    4. d. Richten des fokussierten Ionenstrahls auf den lokal begrenzten Oberflächenbereich zur Dissoziierung von Molekülen des ersten Gases und dadurch Niederschlag auf zumindest einem Teil des lokal begrenzten Oberflächenbereichs eines Materials, das Atome von Silicium und Sauerstoff enthält.
  2. 2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dissoziierbare Verbindung ferner Atome von Kohlenstoff und Wasserstoff umfaßt.
  3. 3. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dissoziierbare Verbindung Di-t-butoxydiacetoxysilan (DBTS) umfaßt.
  4. 4. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die dissoziierbare Verbindung eines von Tetrabrom-Kohlenstoffen (CBr&sub4;) oder Ammoniumcarbonat (NH&sub3;)&sub2;CO&sub3;) umfaßt.
  5. 5. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die dissoziierbare Verbindung Ammoniumcarbonat (NH&sub3;)&sub2;CO&sub3;) umfaßt, und bei dem der fokussierte Ionenstrahl über den lokal begrenzten Oberflächenbereich mit einer mittleren Strahlstromdichte von etwa 1 pA/µm² bis etwa 15 pA/µm² tastet.
  6. 6. Das Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Gesamtgasdruck in der Vakuumkammer des ersten Gases und des zweiten Gases zwischen etwa 1,5 × 10-5 Torr und etwa 3,5 × 10-5 Torr liegt.
  7. 7. Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Gaspartialdruckverhältnis des ersten Gases zu dem zweiten Gas zwischen etwa 2 : 3 und etwa 3 : 2 liegt.
  8. 8. Das Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Gaspartialdruckverhältnis des ersten Gases zu dem zweiten Gas 1 : 1 ist.
  9. 9. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die reaktive Verbindung ein Halid umfaßt.
  10. 10. Das Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Halid Tetrabrom-Kohlenstoff umfaßt (CBr&sub4;).
  11. 11. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die dissoziierbare Verbindung Di-t-butoxydiacetoxysilan (DBTS) umfaßt, bei dem ein Halid Tetrabrom-Kohlenstoff (CBr&sub4;) umfaßt, bei dem das Gaspartialdruckverhältnis von Tetrabrom-Kohlenstoff zu Di-t-butoxydiacetoxysilan zwischen etwa 1 : 1 und etwa 1 : 2 liegt, und bei dem die Energie der Metallionen zwischen 5 keV und etwa 40 keV liegt.
  12. 12. Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Ausbackens des integrierten Schaltkreises bei einer Temperatur oberhalb 25°C.
  13. 13. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Metallionen eine Energie im Bereich von 5 keV bis 40 keV haben.
  14. 14. Das Verfahren nach Anspruch 1, beim dem der fokussierte Ionenstrahl aus einer Flüssigmetallionenquelle von Gallium-Ionen erzeugt wird.






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