DD289294A5

DD289294A5 - DEVICE FOR THE HF PLASMA PUTTERING OF SUBSTRATES IN THE VACUUM

Info

Publication number: DD289294A5
Application number: DD33509989A
Authority: DD
Inventors: Werner Weinrich; Manfred Kuenzel; Horst Reichardt; Juergen Hemmerling
Original assignee: Forschungszentrum Mikroelektronik Dresden,De
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1991-04-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum HF-Plasmasputteraetzen von Substraten in Vakuum, die zur Entfernung von isolierenden Oberflaechenschichten vor einer Metallisierung eines Substrats bei der Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen eingesetzt wird. Erfindungsgemaesz ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dasz der Innendurchmesser der dem Substrattraeger (4) unmittelbar gegenueberliegenden Topfelektrode (2) groeszer als der Durchmesser des auf dem Substrattraeger (4) gelagerten Substrats (3) ist und dadurch die zwischen Topfelektrode (2) und Substrat (3) eingeschlossene ringfoermige Flaeche zumindest 10% der Substratflaeche entspricht, dasz die eingeschlossene ringfoermige Flaeche durch einen Metallkoerper ausgefuellt ist und dasz die geerdete metallische Abschirmung * die die Topfelektrode (2) einschlieszt, mindestens den gleichen Durchmesser wie die Topfelektrode aufweist. Figur{HF-Plasmasputteraetzen; Halbleiterbauelement; Topfelektrode; Abschirmung; geerdeter Substrattraeger; isolierende Oberflaechenschicht; Metallisierung}The invention relates to a device for RF plasma sputtering of substrates in vacuum, which is used for the removal of insulating surface layers before metallization of a substrate in the production of highly integrated semiconductor devices. According to the invention, the device is characterized in that the inner diameter of the pot electrode (2) directly opposite the substrate carrier (4) is greater than the diameter of the substrate (3) mounted on the substrate carrier (4) and thereby the between the pot electrode (2) and substrate ( 3) is at least 10% of the area of the substrate so that the enclosed ring-shaped surface is filled by a metal body and the grounded metallic shield * enclosing the well electrode (2) is at least the same diameter as the well electrode. FIG {RF Plasmasputteraetzen; Semiconductor device; Cup electrode; Shielding; grounded substrate carrier; insulating surface layer; metallization}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum HF-Plasmasputterätzen, von Substraten im Vakuum, die zur Entfernung von isolierenden Oberflächenschichten vor einer Metallisierung eines Substrates bei der Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen, insbesondere von Halbleiterbauelementen mit mehreren Leitbahnebenen aus Aluminium, eingesetzt wird.The invention relates to a device for RF plasma sputter etching, of substrates in vacuum, which is used to remove insulating surface layers from metallization of a substrate in the manufacture of highly integrated semiconductor devices, in particular of semiconductor devices having a plurality of aluminum conductor tracks.

Characteristic of the known state of the art

Um bei der Herstellung von hochintegrierten Halbleiterbauelementen, insbesondere mit mehreren Leitbahnebenen aus Aluminium, eine Entfernung von isolierenden Oberflächenschichten unmittelbar vor der Abscheidung einer Metallisierungsschicht (Leitbahn) ohne Unterbrechung des Vakuums durch ein lonenätzverfahren zu ermöglichen, sind lonenstrahlquelleneinrichtungen und HF-Plasmasputterätzvorrichtungen bekannt (vgl. SST 27 [1984) 5,155). Für eine industrielle Anwendung sind HF-Plasmasputterätzvorrichtungen besonders gut geeignet, wobei zwei grundlegende Arten von Vorrichtungen bekannt sind, die sich dadurch voneinander unterscheiden, daß das zu behandelnde Substrat zum einen auf der HF-Elektrode (vgl. Thin Film Processes, Academ. Cress 1378) und zum anderen auf einem geerdeten Substratträger (geerdete Elektrode) gelagert wird. Bei diesen HF-Plasmasputterätzvorrichtungen wird das Wirkprinzip ausgenutzt, daß sich in einer HF-Glimmentladung an der flächenmäßig kleineren Elektrode im Dunkelraum der größere Potentialabfall ergibt. Vorteilhafterweise werden zur Entfernung der isolierenden Oberflächenschichten Vorrichtungen mit einem geerdeten Substratträger eingesetzt, da dadurch eine Umpolung der Substrate vor der Abscheidung der Metallisierungsschicht entfällt ifiid ein unkomplizierter Aufbau der Gesamtanlage ermöglicht wird.In order to enable the removal of insulating surface layers immediately before the deposition of a metallization layer (interconnect) in the production of highly integrated semiconductor devices, in particular with a plurality of aluminum interconnects, without interruption of the vacuum by an ion etching process, ion beam source devices and RF plasma sputter etching devices are known (see SST 27 [1984] 5,155). For industrial applications, RF plasma sputter etch devices are particularly well suited, with two basic types of devices being distinguished in that the substrate to be treated on the one hand on the RF electrode (see Thin Film Processes, Academic Cress 1378 ) and on the other hand on a grounded substrate carrier (grounded electrode) is stored. In these HF plasma sputter etching devices, the active principle is exploited that the greater potential drop results in an RF glow discharge at the areal smaller electrode in the dark space. Advantageously, devices with a grounded substrate carrier are used to remove the insulating surface layers, since this eliminates a reversal of polarity of the substrates prior to the deposition of the metallization layer ifiid an uncomplicated structure of the overall system is made possible.

Solche Vorrichtungen zum HF-Plasmasputterätzen sind bekannterweise derart aufgebaut (vgl. DE-PS 2211229), daß in einer Vakuumkammer, die über Leitungen durch eine Vakuumpumpe evakuierbar ist und der über eine weitere mit einem Dosierventil versehene Leitung ein geeignetes Inertgas, insbesondere Argon, zugeführt werden kann, ein geerdeter Substratträger angeordnet ist, auf dem das zu behandelnde Substrat gelagert wird. Gegenüber dem Substratträger ist eine Topfelektrode, die mit einer aus einem HF-Sender bestehenden Stromversorgungseinrichtung verbunden ist, angeordnet. Der Innendurchmesser der Topfelektrode und der Durchmesser des zu behandelnden Substrats (Scheibe) ist gleich groß. Eine geerdete Abschirmung umgibt dio Topfelektrode in einem Abstand, der den Austritt des Plasmas aus dem Wirkraum verhindert. Beim HF-Plasmasputterätzen mittels dieser Vorrichtungen ergibt sich der Nachteil, daß auf den Substraten eine hohe Defektgenerierung, die beispielsweise zu einer erheblichen Ausbeutesenkung des Fertigungsprozesses von Halbleiterbauelementen führen kann, auftritt, da sich bei der Ätzung von isolierenden Oberflächenschichten auf der Topfelektrode Isolatorschichten absetzen.Such devices for RF plasma sputter etching are known to be constructed in such a way (see DE-PS 2211229), that in a vacuum chamber, which is evacuated via lines by a vacuum pump and the supplied via a further provided with a metering line, a suitable inert gas, in particular argon can be located, a grounded substrate support is disposed, on which the substrate to be treated is stored. Opposite the substrate carrier is a pot electrode which is connected to a power supply device consisting of an RF transmitter. The inner diameter of the pot electrode and the diameter of the substrate to be treated (disc) is the same size. A grounded shield surrounds the pot electrode at a distance that prevents the plasma from escaping from the reaction space. When RF plasma sputter etching by means of these devices, there is the disadvantage that on the substrates a high defect generation, which may for example lead to a significant yield reduction of the manufacturing process of semiconductor devices, occurs as settle in the etching of insulating surface layers on the pot electrode insulator layers.

Diese Isolatorschichten werden durch Einschaltvorgänge infolge von Umladungsprozessen von der Topfelektrode zumindest teilweise wieder gelöst und auf dem Substrat kontaminiert.These insulator layers are at least partially redissolved by switching operations as a result of Umladungsprozessen of the pot electrode and contaminated on the substrate.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum HF-Plasmasputterätzen von Substraten im Vakuum, die eine Entfernung von isolierenden Oberflächenschichten vor der Metallisierung eines Substrates mit einer geringen Defektgenerierung ermöglicht und eine Erhöhung der Ausbeute des Fertigungsprozesses von Halbleiterbauelementen gewährleistet.The aim of the invention is an apparatus for RF plasma sputtering of substrates in vacuum, which allows removal of insulating surface layers prior to metallization of a substrate with a low defect generation and ensures an increase in the yield of the manufacturing process of semiconductor devices.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum HF-Plasmasputterätzen von Substraten im Vakuum zu schaffen,The invention has for its object to provide a device for RF plasma sputter etching of substrates in a vacuum,

die eine Defektgenerierung durch sich an den Wänden der Topfelektrode während des Ätzprozesses von isolierenden Oberflächenschichten niederschlagenden Isolatorschlchten verhindert.which prevents the formation of defects due to insulating layers deposited on the walls of the pot electrode during the etching process by insulating surface layers.

Diese Aufgabe wird durch eine im wesentlichen aus einer Vakuumkammer, einem das Substrat lagernden Substratträger, einer dem Substratträger gegenüberliegen09n Topfelektrode, einer die Topfelektrode umgebenden geerdeten Abschirmung und einer durch einen HF-Sender gebildetei! Stromversorgungseinrichtung bestehenden Vorrichtung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Innendurchmesser der dem Substratträger unmittelbar gegenüberliegenden Topfelektrode größer afs der Durchmesser des auf den Substratträger gehaltenen Substrats ist und dadurch die zwischen Topfelektrode und Substrat eingeschlossene ringförmige Fläche zumindest 10% der Substratfläche entspricht, daß die eingeschlossene ringförmige Fläche durch einen Metallkörper ausgefüllt ist und daß die geerdete metallische Abschirmung höchstens den gleichen Innendurchmesser wie die Topfelektrode aufweist.This object is achieved by a substantially consisting of a vacuum chamber, a substrate carrier supporting the substrate, a pot electrode facing the substrate carrier, a grounded shielding surrounding the pot electrode, and a grounded shield formed by an RF transmitter. Power supply device solved existing device, which is characterized according to the invention in that the inner diameter of the substrate carrier directly opposite pot electrode is greater than the diameter of the substrate supported on the substrate substrate and thereby the enclosed between the pot electrode and the substrate annular surface corresponds to at least 10% of the substrate surface, that the enclosed annular surface is filled by a metal body and that the grounded metallic shield has at most the same inner diameter as the pot electrode.

Die geerdete Abschirmung ist mit einem Abstand zur Topfelektrode angeordnet, der einen Austritt des Plasmas aus dem Wirkraum verhindert.The grounded shield is arranged at a distance from the pot electrode, which prevents the plasma from escaping from the active space.

In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der die ringförmige Fläche ausfüllende Metallkörper durch den Siibstratträger gebildet.In one embodiment of the device according to the invention, the metal body which fills the annular area is formed by the Siibstratträger.

Bei einer weiteren Ausgestaltung wird der Metallkörper durch die geerdete Abschirmung gebildet, indem der Innendurchmesser der Abschirmung unmittelbar mit dem Substrat abschließt.In a further embodiment, the metal body is formed by the grounded shield, in that the inner diameter of the shield terminates directly with the substrate.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet bei derÄtzung isolierender Oberflächenschichten einen gleichzeitigen Abtrag von elektrisch leitenden Substanzen, die sich im Wirkraum niederschlagenden Isolatorschlchten werden somit elektrisch leitfähig.In the etching of insulating surface layers, the device according to the invention ensures simultaneous removal of electrically conductive substances; the insulator gaps which strike down in the active space thus become electrically conductive.

Außerdem wird eine deutliche Verbesserung der Haftfestigkeit dieser Isolatorschichten erreicht. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht damit eine technisch unkomplizierte und konstruktiv einfache Vorrichtung, die eine Entfernung von isolierenden Oberflächenschichten vor der Metallisierung eines Substrats mit einer geringen Defektgenerierung und einer hohen Ausbeute des Fertigungsprozesses von Halbleiterbauelementen gewährleistet.In addition, a significant improvement in the adhesion of these insulator layers is achieved. The device according to the invention thus makes possible a technically uncomplicated and structurally simple device which ensures removal of insulating surface layers prior to the metallization of a substrate with a low generation of defects and a high yield of the production process of semiconductor components.

AustührungsbelsplelAustührungsbelsplel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The device according to the invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment.

In der dazugehörigen Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum HF-Plasmasputterätzen von Substraten im Vakuum dargestellt.In the accompanying drawing, an inventive device for RF plasma sputtering of substrates in vacuum is shown.

Wie die Zeichnung zeigt, besteht die Vorrichtung zum HF-Plasmasputterätzen aus einer Hochvakuumkammer 5, die über eine Leitung mit einem Vakuumpumpsystem 7 zur Evakuierung und einer weiteren Leitung mit Drosselventil zum prozeßnotwendigen Einlaß von Argon verbunden ist.As the drawing shows, the device for RF plasma sputtering consists of a high vacuum chamber 5, which is connected via a line with a vacuum pumping system 7 for evacuation and another line with throttle valve for process-necessary inlet of argon.

In der Vorrichtung ist ein aus Aluminium bestehender Substratträger 4 angeordnet, der das Substrat 3 symmetrisch zur darüber befindlichen Topfelektrode 2 lagert. Die Topfelektrode 2 ist mit einem Hochfrequenzsender 6, der außerhalb der Vakuumkammer 5 stationiert ist, über eine Vakuumdurchführung verbunden. Eine geerdete Abschirmung 1 umgibt die Topfelektrode 2, wobei der Durchmesserb der Öffnung der Topfelektrode und der Durchmesser cder Öffnung der Abschirmung gleich sind. Der Durchmesser des zu behandelnden Substrats 3 ist kleiner, der Durchmesser des Substratträgers 4 jedoch größer als die Durchmesser b und c, wodurch zwischen Topfelektrode 2 und Substrat 3 ein durch den Substratträger 4 ausgefüllter ringförmiger Spalt besteht, dessen Fläche 10% der Fläche des Substrats 3 entspricht.In the device, a substrate carrier 4 consisting of aluminum is arranged, which supports the substrate 3 symmetrically to the pot electrode 2 located above it. The pot electrode 2 is connected to a high-frequency transmitter 6, which is stationed outside the vacuum chamber 5, via a vacuum feedthrough. A grounded shield 1 surrounds the well electrode 2, the diameter of the opening of the well electrode and the diameter of the opening of the shield being the same. The diameter of the substrate 3 to be treated is smaller, but the diameter of the substrate carrier 4 is larger than the diameter b and c, whereby between the electrode electrode 2 and the substrate 3, a filled through the substrate support 4 annular gap, the surface of which 10% of the surface of the substrate. 3 equivalent.

Damit das Plasma nur im Raum zwischen der Topfelektrode 2 und dem als Gegenelektrode dienenden geerdeten (Massepotontial) Substratträger 4 ausgebildet wird, ist Jie geerdete Abschirmung 1 mit einem Abstand a zur Topfelektrode 2 angeordnet, der den Austritt des Plasmas aus dem Wirkraum verhindert.So that the plasma is formed only in the space between the well electrode 2 and the grounded (Massepotontial) substrate carrier 4 serving as a counter electrode, Jie earthed shield 1 is arranged at a distance a to the pot electrode 2, which prevents the escape of the plasma from the active space.

Ist ein Substrat 3 in die Vakuumkammer 5 eingebracht und auf dem Substratträger 4 im Wirkraum symmetrisch zur * Topfelektrode 2 gelagert, wird bei einem gezündeten Argon-Plasma mit einem Druck von 5 10"' Pa von der zur Topfelektrode 2 zeigenden Oberfläche des Substrats 3 die isolierende Oberflächenschicht abgetragen. Dabei wird insbesondere die Innenfläche der Topfelektrode 2 mit einer Isolatorschicht beschichtet. Gleichzeitig zu diesem Abtrag der isolierenden Oberflächenschicht erfolgt im Wirkraum ein Abtrag von Aluminiummaterial des Substratträgers 4 im Bereich zwischen Innendurchmesser der Topfelektrode 2 und Außendurchmesser des Substrats 3. Dadurch gelangen Isolator- und Aluminiumteilchen gemeinsam auf die Innenfläche der Topfelektrode 2, wodurch die Haftfestigkeit und Leitfähigkeit der Isolatorschicht auf der Topfelektrods 2 wesentlich verbessert wird.If a substrate 3 is introduced into the vacuum chamber 5 and stored symmetrically on the substrate carrier 4 in the active space * pot electrode 2, is at a fired argon plasma with a pressure of 5 10 "'Pa of the facing to the pot electrode 2 surface of the substrate 3 the At the same time as the removal of the insulating surface layer, aluminum material of the substrate carrier 4 is removed in the area between the inner diameter of the well electrode 2 and the outer diameter of the substrate 3 - And aluminum particles together on the inner surface of the pot electrode 2, whereby the adhesion and conductivity of the insulator layer on the Topfelektrods 2 is substantially improved.

Claims

1. A device for RF plasma sputter etching of substrates in a vacuum, which consists essentially of a vacuum chamber, a substrate carrier supporting the substrate, a substrate carrier opposite the pot electrode, a surrounding the pot electrode grounded shield and consisting of an RF transmitter power supply device, characterized in that the inner diameter of the pot electrode directly opposite the substrate carrier is greater than the diameter of the substrate supported on the substrate carrier and thereby the annular area enclosed between the pot electrode and the substrate corresponds to at least 10% of the substrate area, that the enclosed annular area is filled by a metal body and the grounded metallic shield has at most the same inner diameter as the pot electrode.

2. Device according to claim 1, characterized in that the annular surface filling metal body is formed by the Substra'träger.

3. A device according to claim 1, characterized in that the annular surface of the filling metal body is formed by the shield by the inner diameter of the shield directly terminates with the substrate.