DD148066A1 - Anordnung zum aufstaeuben von mischschichten auf ebene substrate - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Aufstaeuben von Mischschichten auf ausgedehnte ebene Substrate, insbesondere fuer die Herstellung von Halbleiterbauelementen. Ziel der Erfindung ist es, Mischschichten homogener oder inhomogener, d.h. beliebiger und frei waehlbarer Zusammensetzung mit hoher Schichtdickengleichmaeszigkeit im Vakuum aufzustaeuben. Es soll eine Anordnung unter Verwendung eines Drehkorbes als Substrathalterung und mehreren Zerstaeubungsquellen geschaffen werden, die Mischschichten mit waehrend der Abscheidung veraenderbarer Zusammensetzung abzuscheiden gestattet. Die Loesung ist durch die Kombination eines an sich bekannten Drehkorbes als Substrathalterung mit mehreren an sich bekannten Zerstaeubungsquellen in einem Rezipienten nach WP 135091 gekennzeichnet, bei der jede Zerstaeubungsquelle ein getrenntes Gaszufuehrungssystem besitzt und die Katoden- und Hilfsspannungsanschluesse saemtlicher Zerstaeubungsquellen mit dem entsprechenden Anschlusz einer gemeinsamen Quellenversorgungseinrichtung verbunden sind und bei der jeder Zerstaeubungsraum eine den Druck in diesem Raum veraendernde Einrichtung besitzt.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufstäuben von Mischschichten homogener oder inhomogener und während der Bestäubung auch beliebig veränderbarer Zusammensetzung mit hoher Schichtdickengleichmäßigkeit auf ausgedehnte ebene Substrate mittels Hochratezerstaubungsquellen unter Verwendung der Anordnung nach WP 135091 in einer Vakuumanlage mit einem Drehkorb als beweglichem Scheibenträger; insbesondere für die Herstellung von Halbleiterbauelementen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Mischschichten homogener Zusammensetzung werden mit Hochratezerstaubungsquellen üblicherweise durch den Einsatz von Mischtargets, von denen die Mischung mit gleichbleibender Zusammensetzung auf die Substrate übertragen wird, erzeugt. Mischschichten inhomogener Zusammensetzung werden mit Hilfe des Einsatzes mehrerer Hochratezerstaubungsquellen mit getrennten Stromversorgungs- und Ansteuereinheiten abgeschieden« Der materielle Aufwand zur Herstellung dieser Schichten ist sehr groß,' was in dem Preisverhältnis Zerstäubungsquelle Versorgungselektronik zum Ausdruck kommt* Bekannt ist des weiteren, daß durch das Vorbeibewegen der ebenen, auf dem zylindrischen Drehkorb angeordneten Substrate vor einer radial versetzten Beschichtungsquelle infolge der unterschiedlichen Abstände der zu beschichtenden Punkte eines Substrates Schichtdickenunterschiede in der aufgestäubten Mischschicht entstehen*»

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Diese Schiehtdickenunterschiede lassen sich durch Relativbewegungen der Substrate zum Drehkorb und zur Zerstäubungsquelle oder durch bewegte Blenden ausgleichen.» Nachteilig dabei ist, daß die Anordnung der Bewegungselemente im Dampfstrahl ohne Schiniermöglichkeiten zu großen Schwierigkeiten und einem sehr hohen Wartungsaufwand führt»

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung,'Schichten, insbesondere Mischschichten homogener oder inhomogener, d_e h# beliebiger und frei wählbarer Zusammensetzung, mit hoher Schichtdickengleichmäßigkeit auf ausgedehnte ebene Substrate im Vakuum mit geringem Aufwand aufzustäuben·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung unter Verwendung eines Drehkorbes als Substrathalterung und mehrerer Zerstäubungsquellen zur Verfügung zu stellen, die es gestattet, auf ausgedehnten ebenen Substraten Mischschichten gleichmäßiger Dicke zu erzeugen, deren Zusammensetzung auch während der Abscheidung verändert werden kann«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Kombination eines an sich bekannten Drehkorbes mit mehreren an sich bekannten, in getrennten Zerstäubungsräumen angeordneten und steuerbaren Zerstäubungsquellen in einem Rezipienten

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nach WP 135091 gelöste Die Zerstäubungsquellen sind vakuummäßig nur über den Eezipienten der Anlage verbunden» Pur jede Hochratezerstäubungsquelle ist ein getrenntes Gaszuf uhr ungs sy st em. vorhanden $ das in den Zerstäubungsraum der betreffenden Quelle mündet* Die Katoden·» und Hilf sspatmungsanschlüsse aller Quellen sind mit den Anschlüssen einer gemeinsamen Quellenversorgungseinrichtung verbunden·

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Jeder Zerstäubungsraum besitzt eine Einrichtung, mit deren Hilfe der Druck im jeweiligen Zerstäubungsraum in Abhängigkeit von der Stellung des Drehkorbes und damit der Stellung eines Substrates zur Zerstäubungsquelle um einen eingestellten mittleren Druck verändert wird·

Diese Einrichtung besteht vorteilhaft aus einer zusätzlichen Öffnung im Zerstäubungsraum und einer den Leitwert dieser öffnung bei der Bewegung des Drehkorbes verändernden Profilblende, die am.Drehkorb befestigt ist· Die Einrichtung kann auch aus einer feststehenden Profilblende an der Wandung des Zerstäubungsraumes und den einzelnen Substraten zugeordneten Öffnungen im Drehkorb, die der vakuumtechnischen Verbindung des Zerstäubungsraumes mit dem Rezipienten parallel geschaltet sind und die infolge der Be~ wegung des Drehkorbes durch die feststehende Profilblende mehr oder weniger verschlossen werden, bestehen« Ferner ist es möglich, daß die den Druck verändernde Einrichtung aus beweglichen Wänden besteht, die den Spalt der Anordnung gemäß V/P 135091 zwischen dem jeweiligen Zerstäubungsraum und dem. Rezipienten bilden und beweglich am feststehenden Teil des Zerstäubungsraumes befestigt sind und durch eine am Drehkorb befestigte Führung bewegt werden, oder aus einem Drehkorb mit einem diesen Spalt in Abhängigkeit, von der Drehkorbstellung verändernden Profil besteht·

Des weiteren kann die den Druck regelnde Einrichtung aus einem Signalgeber mit elektrischem Ausgangssignal, einer dieses Signal beeinflussenden Vorrichtung, gebildet z* B« aus Fotoelement und Profilblende auf dem Drehkorb, und einer die Drucksteuerung additiv zur Einstellung des mittleren Druckes überlagernden Regeleinrichtung bestehen»

Ebene Substrate liegen außen auf einem zylindrischen Drehkorb nur auf einer Linie an, die anderen Substratteile befinden' sich in größerer Entfernung von der Drehkorbmittelachse und damit während des Vorbeiführens an einer außerhalb des Drehkorbes angebrachten Beschichtungsquelle näher an dieser Quelle» Befinden sich überlegend derartige näher an der Beschichtungsquelle gelegene Substratteile vor der Quelle an

der Stelle, an der aufgrund der räumlichen Verteilung der abgestäubten Teilchen die höchste Beschichtungsrate vorliegt, gibt die Profilblende die zusätzliche Öffnung im Zerstäubungsraum frei· Demzufolge sinkt der Druck im Zer~ stäubungsraum und entsprechend der Kennlinie der Hochratezerstäubungsquelle die Abstäuberate* Kommen während der Weiterbewegung des Drehkorbes überwiegend entferntere, also am Drehkorb anliegende Substratteile an diese Stelle vor die Quelle, schließt die Profilblende die zusätzliche öffnung, der Druck im Zerstäubungsraum steigt und damit steigt die Abstäuberate· Diese Aufgabe erfüllt ein fest auf dem Drehkorb angebrachter Profilblendenring· Erfindungsgemäß wird eine homogene Mischschicht mit der beschriebenen Anordnung hergestellt, indem durch einen Profilblendenring zusammen mit zusätzlichen Öffnungen ±n -den Wänden jedes Zerstäubungsraumes der Druck in jedem Zerstäubungsraum beeinflußt wirdο Es werden voneinander unabhängige Gasströmungen in die getrennten Zerstäubungsräume und damit

—2 mittlere Drücke in diesen Räumen im Bereich von 5 * 10 -1Pa eingestellt, die die Abstäuberate der einzelnen Beschichtungsquellen und damit das Mischungsverhältnis der Schicht festlegen» Danach werden die Versorgungsspannungen an die Quellen angelegt, wodurch die Abstäubung des Targets einsetzt» Der Drehkorb wird in Bewegung gesetzt und die im Dampfstrahl befindlichen Blenden vor den Substraten entfernt. Die Substrate werden wiederholt nacheinander von den einzelnen Quellen beschichtete Die Drehgeschwindigkeit bestimmt die Dicke einer Teilschicht· Während der Beschichtung kann die Einströmung in einen oder mehrere Zerstäubungsräume geändert werden, wodurch sich das Mischungsverhältnis änderte Es ist möglich, daß mehrere Zerstäubungsquellen zur Erhöhung der mittleren Beschichtungsrate mit dem gleichen Zerstäubungsmaterial arbeiten oder daß als Target eine Legierung Verwendung findete Die senkrecht zur Drehrichtung vorhandenen Schichtdickenungleichmäßigkeiten aufgrund der räumlichen Verteilung des abgestäubten Materials werden in bekannter Weise durch eine entsprechende Formgebung der öffnung des Zerstäubungsraumes korrigiert«

Avisfülirungsbei spiel

Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden« In einer Hochvakuumanlage mit 550 mm Kezipientendurchmesser ist ein Drehkorb mit 500 mm Durchmesser ange-

ordnet, auf dem Halterungen für 20 Substrate 70 χ 70 mm vorhanden sind. Die Umlaufzeit des Drehkorbes beträgt .6 s· 3 Hocliratezerstäubungsquellen und eine Heizstation sind auf dem Umfang verteilt an Rezipientenöffnungen angebracht und mit einer Anordnung gemäß WP 135091 ist ein gleichartiger Zerstäubungsraum vor jeder Quelle vom Rezipienten abgetrennt a Der maximale Abstand Quelle - Substrat beträgt 50 mm, der Leitwert der Spalte zwischen Rezipient und einem Zerstäubungsraum 30 l/s und die effektive Saugleistung des Pumpsystems am Rezipienten 2000 l/s* Die Öffnung des Zerstäubungsraumes, vor dem die Substrate vorbeilaufen und zusammen mit dem Drehkorb in diesem Anordnungsteil die Wand des Zerstäubungsraumes bilden, ist 80 mm hoch und ca«150 mm breit«,

Jeder Zerstäubungsraum ist über ein Gaszuführungssystem mit einem elektromagnetisch gesteuerten Einlaßventil verbunden. Die Einstellung der Ventile ist über eine Vorwahlelektronik programmierbar·

Auf dem Drehkorb ist eine Profilblende angebracht, deren Profil annähernd einer fortlaufenden Sinuswelle mit einer. 7/ellenlänge von 1/20 des mittleren Blendenumfanges entspricht» Der Querschnitt der zusätzlichen Öffnung in jedem

Zerstäubungsraum beträgt ca* 1,5 cm , der von der Profilblende je nach Stellung voll oder teilweise abgedeckt oder voll freigegeben wird« Im abgedeckten Zustand ist der Abstand Profilblende - Zerstäubungsraumwand ca* 0,5 mm· Wird jetzt in einem Zerstäubungsraum ein mittlerer Druck (zusätzliche öffnung halb geschlossen) von 0,5 Pa eingestellt, folgt

—2 daraus ein Rezipientendruck von ca« 10 Pa_$ wobei dadurch der Druck in einem anderen Zerstäubungsraum nicht merklich beeinflußt wird« Mit dem vollen Abdecken und Freigeben der

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zusätzlichen öffnung schwankt der Druck im Zerstäubungsraum aufgrund der gleichbleibenden Einströmung zwischen ca« 0,4 und 0,7 Pa, was einer Schwankung der Abstäuberate von ca« 10 % entspricht«. Die Schichtdickenschwankungen werden dabei von ca* E ± 7 % ohne Homogenisierung auf ca· E ± 2 % , gemessen auf der Substratmittellinie in Drehrichtung, herabgesetzt·

Bei der Durchführung einer Standardbeschichtung wird in allen 3 Zerstäubungsräumen ein Druck von 0,5 Pa eingestellt und die Quellenversorgungsspannungen zugeschaltet· Die Leistung der Quellenversorgung beträgt 5 kW· Die Quellen sind mit Ti-, Cu- und Ni~Target bestückte

Nach;1 min wird die Versorgungsspannung abgeschaltet, die Gaseinströmung in die Zerstäubungsräume 2 und 3 unterbrochen und die zu den Zerstäubungsräumen gehörenden Dampfstrahlblenden vor den Substraten entfernt· Der Drehkorbantrieb wird zugeschaltet und danach die geregelte Quellenversorgungsspannung wieder eingeschaltete» Nach einer Beschichtungszeit von 4 min wird automatisch die Gaseinströmung in den Zerstäubungsraum 1 auf 0,2 Pa gedrosselt und gleichzeitig die Gaseinströmung in den Zerstäubungsraum 2 auf einen mittleren Druck von 0,3 Pa eingestellt. Für 3 πώη wird eine homogene Mischschicht abgeschieden· Danach wird die Gaseinströmung in den Zerstäubungsraum 1 innerhalb 1 min linear auf O gedrosselt und gleichzeitig innerhalb derselben Zeit die Gaseinströmung in den Zerstäubungsraum 2 auf den einem mittleren Druck von 0,5 Pa entsprechenden Wert erhöht« Es entsteht innerhalb dieser Zeit in der Übergangszone eine Mischschicht mit sich ändernder Zusammensetzung« Nach 12 min Zerstäubungszeit wird auch hier die Einströmrate innerhalb 1 min auf O gedrosselt und wiederum gleichzeitig im Zerstäubungsraum 3 *&ΐΐ linearem Anstieg ein mittlerer Druck von 0_s4 Pa eingestellt* Nach weiteren 2 min wird die Quellenversorgung abgeschaltet und die Gaseinströmung unterbrochen* Der Schichtaufbau mit homogener Mischschicht und Mischübergangsschichten, die eine niederobroige und haltbare Verbindung zwischen den einzelnen Metallschichten darstellen ist fertiggestellte

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1· Anordnung zum Aufstäuben von Mischschichten auf ebene Substrate, gekennzeichnet durch die Kombination eines an ^jsich bekannten Drehkorbes als Substrathalterung mit mehreren an sich bekannten, in getrennten Zerstäubungsräuiqen angeordneten und steuerbaren Zerstäubungs quell en in einem Rezipienten nach WP 135091? bei der jede Zerstäubungsquelle ein getrenntes Gäszuführungssystem mit separater Gasstromregeleinrichtung besitzt und die Katodenund Hilfsspannungsanschlüsse sämtlicher Zerstäubungsquellen mit dem entsprechenden Anschluß einer gemeinsamen, außerhalb des Rezipienten befindlichen Quellenversorgungseinrichtung verbunden sind und bei der jeder Zerstäubungsraum eine den Druck in diesem Raum in Abhängigkeit von der Position des gerade zu beschichtenden Substrates zu der in diesem Raum betriebenen Zerstäubungsquelle verändernde und zusammen mit dem Drehkorb wirkende Einrichtung besitzt·

   2· Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die den Druck im Zerstäubungsraum verändernde Einrichtung aus einer zusätzlichen Öffnung im Zerstäubungsraum und einem den Strömungsleitwert dieser Öffnung in Abhängigkeit von der Substratstellung zum Zerstäubungsraum verändernden Blendenring, der am beweglichen Scheibenträger angeordnet ist, besteht«

   3© Anordnung nach Punkt 1· gekennzeichnet dadurchj daß die den Druck im Zerstäubungsraum verändernde Einrichtung aus den einzelnen Substraten zugeordneten und der Verbindung des Zerstäubungsraumes mit dem Rezipienten vakuummäßig parallel wirkenden Öffnungen im Drehkorb und einer. den effektiven Leitwert dieser Öffnungen in Abhängigkeit von der Stellung der Substrate zum Zerstäubungsraum reproduzierbar verändernden an der Wandung des Zerstäubungsraumes befestigten und leicht federnd am Drehkorb geführten Profilblende besteht©

   4# Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die den Druck im Zerstäubungsraum verändernde Einrichtung aus beweglichen, den Spalt der Anordnung gemäß WP 135091 zwischen dem jeweiligen Zerstäubungsraum und dem Eezipienten bildenden und beweglich am feststehenden Teil des Zerstäubungsraumes befestigten und durch eine am Drehkorb angebrachte Führung bewegten Wänden besteht·

   5* Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die den Druck im Zerstäubungsraum verändernde Einrichtung der Drehkorb mit einer den Spalt zwischen Zerstäubungsraum und beweglichem Substratträger in Abhängigkeit von der Stellung des zu beschichtenden Substrates zum Zerstäubungsraum verändernden Profilgebung ist·

   6* Anordnung nach Punkt -1, gekennzeichnet dadurch, daß die den Druck im Zerstäubungsraum verändernde Einrichtung aus einem Signalgeber mit elektrischem Ausgangssignal und Sensor, einer das Ausgangssignal des Signalgebers über den Sensor in Abhängigkeit von der Stellung des Substrates zum Zerstäubungsraum beeinflussenden mechani~ sehen, am Drehkorb angeordneten Vorrichtung und aus einer am Gaszuführungssystem angeordneten und durch das Ausgangssignal des Signalgebers angesteuerten Gasstromregeleinheit, parallel zu der den mittleren Gasstrom bewirkenden Gasstromregeleinheit wirkend, besteht·

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