DD140481A1

DD140481A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufbringen von isolatorschichten

Info

Publication number: DD140481A1
Application number: DD20917878A
Authority: DD
Inventors: Juergen Salm; Klaus Steenbeck; Erwin Steinbeiss
Original assignee: Juergen Salm; Klaus Steenbeck; Erwin Steinbeiss
Priority date: 1978-11-20
Filing date: 1978-11-20
Publication date: 1980-03-05

Abstract

Der .Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, unter Anwendung dessen es möglich wird, das elektrische Feld in den sich abscheidenden Isolatorschichten über lange Beschichtungszeiten bzw. mehrere Beschichtungszyklen zu regeln, insbesondere möglichst klein, vorzugsweise Null zu machen, sowie eine einfache relativ wartungsfreie,' Strahlenschäden in den beschichtenden Proben vermeidende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während des Aufbringens der Isolatorschichten das elektrische Potential auf der Oberfläche der sich abscheidenden Schicht mittels des Anodenpotentials geregelt, vorzugsweise an das Potential der Substratunterlage angeglichen, wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart gestaltet, daß die Anode aus vorzugsweise ringförmigen, elektrisch leitenden Körpern, die einen zur Ringmitte hin geöffneten Hohlraum umschließen, besteht, die in einer geeigneten Ebene zwischen Target und Substrat positioniert ist.

Description

-Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Isolatorschichten O

. λ - Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Isolatorschichten insbesondere unter Anwendung reaktiver Elementzerstäubungsverfahren· Die erfindungsgemäße Lösung findet bevorzugt Anwendung bei der Aufbringung von Isolatorschichten auf empfindliche Halbleiterbauelemente, wie z. Be integrierte Schaltkreise, MOS-Baue le me rite etce, bei deren Herstellung elektrische Felder in den Isolatorschichten möglichst vermieden werden bzw« definiert einstellbar sein müssen»

vJ Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beim Aufsputtern von Isolatorschichten treten, in den Schichten elektrische Felder auf_s die zu nachteiligen Veränderungen der Isolatorschicht tmd des Substrats führen können (z* B* elektrische Durchschläge, Ausbildung von Raum- und Grenzflächeηladungen, Begünstigung von Strahlenschäden bei MOS-Strukturen /McCanghan, D« V_e und Kushner, R. A._f Proceedings of the IEEE 62, 1236 (1974); Zaininger, Κ« E₆ und Holmes-Siedle_s RCA-Rev. 28, 208 (1967)/)* Das elektrische Feld E wird im wesentlichen bestimmt durch das Potential V. der Unterlage (z«> B· ein Metall oder Halbleiter), das Potential V der dem Plasma augewandten Oberflä-

17

ehe der Isolatorschicht und deren Dicke D; E = 1/D (V -V).

ο U.

Während V_u in den meisten Fällen durch direkten Kontakt über Zuleitungen eingestellt werden kann, wird V_ im wesentlichen von den Eigenschaften des Plasmas bestimmt, nämlich durch das Plasmapotentiäl und das Y/andpotential. Es gibt drei prinzipielle Möglichkeiten, das elektrische Feld E klein zu halten:

a) Anpassung von V an V ,

b) Anpassung von V_ an V,, und

c) ständiger Potentialausgleich zwischen V₈ und V_u über Stromkanäle in der Isolatörschicht.

Die Methode c) erfordert die Verwendung isolierender Substratauflagen und das Vorhandensein genügend leitfähiger Stromkanäle für den ladungsausgleich mit genügend kleiner Zeitkonstante. Die anderen beiden Methoden a) und b) sind auch bei perfekten Isolatorschichten (ohne Stromkanäle) anwendbar. Es ist bekannt, mit zusätzlichen Elektroden das Plasmapotential und damit das Substratpotential zu regeln. Diesen Elektroden haftet jedoch der Nachteil an, daß sie sich relativ schnell mit Isolierschichten überziehen und dadurch im Falle einer Qleichstrom-Sputteranlage wirkungslos werden, im Falle von HF-Anlagen durch die veränderte SekundäreIektronenmission ihre Wirkung zeitlich verändern· Weiterhin ist bekannt, zur Verringerung bzw. Vermeidung von Strahlenschäden in zu beschichtenden Halbleitersubstraten die Anode auf positives Potential gegenüber dem geerdeten Rezipienten zu legen. Für Gleichstromsputteranlagen sind jedoch keine Verfahren oder Vorrichtungen beschrieben, die auf einfache Weise und über lange Zeiträume hinweg die Vermeidung des Aufbaus elektrischer Felder in aufwachsenden Isolatorschichten ermöglichen.

Ziel der Erfindung:

Es ist das Ziel der Erfindung, die Mangel des Standes der Technik zu beheben.

Darlegung_de3 Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, unter Anwendung dessen es möglich wird, das elektrische Feld in den sich abscheidenden Isolatorschichten über lange Beschichtungszeiten bzw· mehrere Beschichtungezyklen zu regeln, insbesondere möglichst klein, vorzugsweise Null zu machen, sowie eine einfache, relativ wartungsfreie, Strahlenschäden in den sich beschichtenden Proben vermeidende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während des Aufbringens der Isolatorschichten das elektrische Potential auf der Oberfläche äe*· sich abscheidenden Schicht mittels des Anodenpotentials geregelt, vorzugsweise dem Potential der Substratunterlagen angeglichen, wird. Es wurde gefunden, daß ein Zusammenhang zwischen dem Anodenpotential und dem Potential der den sich auf den Substraten niederschlagenden Schichtoberflächen besteht· überraschend zeigte sich, daß bei geeignet ausgebildeter Anode dieser Zusammenhang reproduzierbar und linear ist· Mittels dieser Anode wird also das elektrische Feld der Isolatorschicht beim Herste llungsproseß derselben gesteuert· In solchen Fällen, bei denen die Potentiale V_ oder V zeitlichen Veränderungen während des Beschichtungsprozesses unterliegen, kann das Anodenpotential - gegebenenfalls automatisch - nachgeregelt werden· Zu diesem Zweck kann V mit meistens ausreichender Genauigkeit über eine stromlose- Sonde gemessen werdenj welche neben den zu beschichtenden Proben positioniert ist.

Das Wesen der erfindungsgernäßen Vorrichtung ist in den Erfindungsansprüchen 2-6 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anode, deren elektrisches Potential mit bekannten Mitteln regelbar ist und die einen, vorzugsweise schlitzförmig nach innen geöffneten Hohlraum aufweist, der den wesentlichen Teil der Vorrichtung darstellt und während des Aufbringens der Isolatorschich-

209 178

ten auf die Substrate vor der Beschichtung weitgehend geschützt ist 3 Die vorzugsweise ringförmige Anode mit zur Ringmitte geöffnetem Hohlraum ist der Form des Targets angepaßt, speziell kreisring- oder rennbahnförmig, und besitzt einen Innendurchmesser, der zwischen dem einfachen und doppeltem Targetdurchmesser liegt. Die Anode liegt konzentrisch zum Target in einer Ebene, deren Entfernung vom Target zwischen 1/3 und 2/3 des Abstandes Target - Substrat beträgt. Die Außenflächen der Anode sind durch eine dielektrische Schicht passiviert und können, insbesondere targetseitig, so ausgebildet sein, daß sie während des Sputterprozesses als Getterf lachen wirken· Der Hohlraum der Anode ) besitzt Y/andungen aus elektrisch leitendes« Material, vor-λ zugsweise Messing oder Molybdän und kann durch radial angeordnete Bleche z. B· aus dem gleichen Material in mehrere offene Kammern unterteilt sein· Die Form der Anode und die Lage der Öffnung des Hohlraums sind so gewählt, daß elektromagnetische Strahlung, die im Inneren des Hohlraums, bzw· an dessen Wandungen entsteht, nicht auf die Substrate treffen kann·

Ausführungsbeispiel

Zur näheren Illustration der erfindungsgemäßen Lösung möge folgendes Ausführungsbeispiel dienen· Die Erfindung soll am Beispiel einer KathodenZerstäubungsanlage vom Plasmatron-) Typ zur reaktiven Abscheidung von Siliziumoxidschichten erläutert werden. Eine solche Anlage ist schematisch in beiliegender Figur dargestellt· Das Plasmatron "mit dem Target 1, die erfindungsgemäße Anode 2 und das zu beschichtende Substrat 3 befinden sich in einem evakuierbaren Rezipienten, der ein Argon-Sauerstoff-Gemisch mit einem Druck von ca. 10"² Torr enthält. Bei Anlegen einer Gleichspannung von ca. - 500 V an das Target 1 tritt eine Gasentladung auf, die zur reaktiven Abscheidung von Siliziumoxidschichten 4 auf dem Substrat 3 führt. Die erfindungsgemäße Anöde 2 ist aus zwei gestanzten Messingblechringen 5 aufgebaut, die am

äußeren Rand miteinander verbunden, einen hohlen Ring von 8 cm Innendurchmesser bilden. Der Hohlraum hat eine schlitzförmige konzentrische Öffnung von 5 mm Breite, durch die der elektrische Kontakt zum Plasma gewährleistet ist, jedoch die Innenwände de.s Ringes nur unwesentlich beschichtet werden« Die Außenwände des Ringes sind durch SiOp-Beschichtung passiviert. Elektromagnetische Strahlung aus dem Hohlraum des Ringes kann wegen dessen Formgebung nicht auf das Substrat fallen« Die maximale Tiefe des Hohlraums beträgt 25 mm* Die erfindungsgemäße Anode 2 ist mit einer •niederohmigen Gleichspannungsquelle verbunden, die eine Spannung von 0 ·»· + 100 V liefert und deren anderer Pol auf Erdpotential liegt« Als Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Beschichtung thermisch oxidierter Siliziumsubstrate mit einer SiO₀-Schicht beschrieben· Durch

C.

Regelung des Anodenpotentials V im Bereich von V_n =0 ...

a a

+60 V ergab sich eine lineare Abhängigkeit des Potentials der dem Plasma zugewandten Schichtoberfläche von V = - 27

... + 23 V. Innerhalb dieses Regelbereiches können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anode sowohl positive als auch negative Substratspannungen V so angeglichen werden, daß das innere Feld 1/D (V - V) in der Oxidschicht der Dicke

su

D stets zu Null kompensiert werden kann. Die Kompensation des inneren Feldes während des Sputterprozesses spiegelt sich in den guten Eigenschaften der beschichteten Substrate wider, Z₀ B. in einer Flachbandspannung von U-p-g = - 1V und einer Grenzflächenzustandedichte von N₃₃ ~ 1,5 · 10 / cm eV, die sich praktisch nicht von den Werten der unbeschichteten Substrate unterscheiden. Ss wurde gefunden, daß schon eine Fehlanpasaimg von (V - V ) λ: 30 V auf die 5fache Flachbandspannung und die 7fache Grenzflächenzustandsdichte führt* Dem Fachmann wird die Bedeutung der erfindungsgemäßen Lösung, besonders deutlich bei der Herstellung solch empfindlicher Bauelemente wie sie ζ« Β_β MOS-Schaltkreise darstellen.

Claims

"-β, 209 17

Erfin dug gß an aprüche

1. Verfahren zum Aufbringen von Isolatorschichten insbesondere unter Anwendung reaktiver Gleichstrom-Elementzerstäubungsverfahren , dadurch gekennzeichnet,daß während des Aufbringens der Isolatorschichten das elektrische Potential auf der Oberfläche der sich abscheidenden Schicht mittels des Anodenpotentials geregelt, vorzugsweise an das Potential der Substratunterlage angelichen, wird.

-_Λ 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit bekannten Mitteln

_.j in ihrem Potential regelbare Anode, aus vorzugsweise ringförmigen, insbesondere zwei oder auch mehreren elektrisch leitenden Körpern, die einen zur Ringmitte hin geöffneten Hohlraum umschließen, besteht, deren kleinste lichte Öffnung in radialer Richtung gleich dem Targetdurchmesser oder bis zum zweifachen dessen größer ist und in einer Ebene positioniert ist, deren Entfernung vom Target zwischen 1/3 und 2/3 des Abstandes Target - Sub~ ßtrat beträgt·

3· Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß ~j der zur Ringmitte hin geöffnete Hohlraum vorzugsweise schlitzförmig ausgebildet ist.

4# Vorrichtung nach Punkt 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß die die Anode bildenden leitenden Körper insbesondere aus Messing- oder Molybdänblechen bestehen, die hohlraumseitig metallisch blank und nach außen vorzugsweise mit einer dielektrischen Schicht passiviert sind.
5. Vorrichtung nach Punkt 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mittels ein oder mehrerer Bleche in radialsymmetrische Kammern unterteilt ist.
6. Vorrichtung nach Punkt 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß dem Hohlraum eine äußere Form gegeben ist, die den Austritt in ihm entstehender elektromagnetischer Strahlung in Riclitung der zu beschichtenden Substrate verhindert.

Hierzu //Seite Zeichnung