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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kathodenzerstäubungskammer zum Aufbingen
von Material auf der Oberfläche
einer in der Kammer befindlichen Halbleiterscheibe mittels Kathodenzerstäubung eines
auf einem Targetträger
befindlichen Targets aus dem aufzubringenden Material oder einem
Bestandteil des aufzubringenden Materials, wobei die Halbleiterscheibe
auf einem Scheibenträger
liegt und durch diesen in der Kammer zwischen einer Beschickungsposition
zu ihrer Anbringung auf dem Scheibenträger und einer Zerstäubungsposition
beweglich ist, in der sie sich in einem vorgegebenen Abstand in Gegenüberlage
zu dem Target befindet.
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Ein
bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen zum Aufbringen
von Schichten auf Halbleiterscheiben angewendetes Verfahren ist
das Kathodenzerstäubungsverfahren.
Bei diesem Verfahren wird die zu beschichtende Halbleiterscheibe
in einer Kammer so angebracht, daß sie sich in einem vorbestimmten
Abstand in Gegenüberlage
zu einem Target befindet, das aus dem Material oder einem Bestandteil
des Materials besteht, das auf der Halbleiterscheibe als Schicht
abgeschieden werden soll. In dieser Kammer wird bei niedrigem Druck
ein Argonplasma erzeugt. Die positiv geladenen Argonionen werden
dabei in dem Plasma zu dem auf negativem Potential liegenden Target
beschleunigt. Durch das Auftreffen der Argonionen wird aus dem Target Material
herausgeschlagen, das sich dann gegebenenfalls in Verbindung mit
einem in den Zerstäubungsraum
eingeleiteten Material auf der dem Target gegenüberliegenden Oberfläche der
Halbleiterscheibe abscheidet. Ein Problem bei der Anwendung dieses
Kathodenzerstäubungsverfahrens
besteht darin, daß sich
das aus der Targetoberfläche
herausgeschlagene Material nicht nur auf der zu beschichtenden Oberfläche der
Halbleiterscheibe absetzt, sondern an allen zugänglichen Innenwänden der
Kammer, in der das Plasma erzeugt wird. Um dieses unerwünschte Abscheiden
auf den Kammerinnenwänden
zu verhindern, wird in der Kammer eine Abschirmvorrichtung angebracht,
die den Raum zwischen dem Target und der Halbleiterscheibe in der Art
eines Zylinders umgibt und einen ringförmigen radialen Abschnitt aufweist,
der sich zur Halbleiterscheibe hin erstreckt, deren Durchmesser
kleiner als der des Targets ist. Zum Festhalten der Halbleiterscheibe
auf einem Scheibenträger
wird eine Haltevorrichtung benutzt, die die Halbleiterscheibe ringförmig umgibt
und diese mit einer vorstehenden Lippe gegen den Scheibenträger hält.
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Eine
solche Kammer ist aus der
US
60 45 670 A bekannt. Bei dieser bekannten Kammer ist das Target
an der Deckenwand der Kammer angebracht. Ein erster Teil einer Abschirmvorrichtung
ist in einigem Abstand vom Targetrand an der Deckenwand aufgehängt und
umfaßt
an seiner Unterseite eine ringförmige,
auf der Innenseite nach oben gebogene Wand, an der die Haltevorrichtung
aufgehängt
werden kann und die in der Mitte eine Öffnung freiläßt, die
groß genug
ist, daß der
Scheibenträger
hindurchbewegt werden kann. Bewegt sich der Scheibenträger von
einer abgesenkten Beschickungsposition nach oben auf das Target
zu, nimmt er dabei die Haltevorrichtung mit, die in einer Zerstäubungsposition des
Scheibenträgers
von ihm getragen wird und dabei durch ihr Gewicht die Halbleiterscheibe
gegen den Scheibenträger
drückt.
Um alle Kammerwände gegen
ein Abscheiden des Targetmaterials zu schützen, ist zwischen dem Rand
des Targets und des ersten Teils der Abschirmvorrichtung ein zweiter
Teil der Abschnirmvorrichtung herausnehmbar in die Deckenwand eingelassen.
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Sowohl
die Abschirmvorrichtung als auch die Haltevorrichtung müssen in
regelmäßigen Abständen aus
der Kammer herausgenommen und gereinigt werden, da das sich auf
ihnen absetzende Targetmaterial dazu neigt, nach mehreren Abscheidungszyklen
abzusplittern, so daß Partikel
freigesetzt werden, die sich auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe absetzen
können
und Teile der darauf gebildeten integrierten Schaltungen unbrauchbar
machen können.
Wenn die Reinigungsvorgänge
nicht in kurzen Abständen
vorgenommen werden, steigt der Ausschuß an unbrauchbaren Halbleiterschaltungen deutlich
an. Die häufigen
Reinigungsvorgänge
bewirken jedoch eine deutliche Verringerung des Durchsatzes an zu
beschichtenden Halbleiterscheiben, da die Zeitperioden für das Öffnen der
Kammer, das Entnehmen und Reinigen der Abschirmvorrichtung und der
Haltevorrichtung, das anschließende
Wiedereinsetzen dieser Vorrichtungen und das erforderliche erneute
Evakuieren der Kammer jeweils sehr viel Zeit in Anspruch nehmen.
Das Problem der Absplitterung von Targetmaterial, das sich unerwünschterweise
auf der Abschirmvorrichtung und der Haltevorrichtung abgesetzt hat,
tritt insbesondere bei spröden
Materialien wie TiN oder TiW auf, die bei der Herstellung integrierter
Halbleiterschaltungen üblicherweise
auf der Oberfläche
der Halbleiterscheiben abgeschieden werden müssen.
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Aus
der
JP 05082444 A ist
eine Zerstäubungskammer
bekannt, bei der sich ein einteiliges Abschirmteil zwischen dem
Rand einer Halbleiterscheibe und einem Target erstreckt und so einen
Zerstäubungsraum
zwischen dem Target und der Halbleiterscheibe begrenzt. In der Zerstäubungsposition liegt
der Wafer am Rand des Abschirmteils an. Die Position des Abschirmteils
bezüglich
des Targets ist festgelegt und ändert
sich nicht mit einer Bewegung der Halbleiterscheibe von der Beschickungsposition in
die Zerstäubungsposition.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kammer der eingangs angegebenen
Art zu schaffen, bei deren Anwendung der Durchsatz an zu beschichtenden
Halbleiterscheiben erhöht
und gleichzeitig der Ausschuß aufgrund
von Verunreinigungen der Oberfläche
der Halbleiterscheibe durch Partikel aus dem Targetmaterial verringert
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe in einer Kammer der eingangs angegebenen Art gelöst durch
ein Abschirmhalteteil, das sich in der Zerstäubungsposition der Halbleiterscheibe
auf deren Rand abstützt
und diese in Anlage am Scheibenträger hält, wobei sich das Abschirmhalteteil
zwischen dem Rand der Halbleiterscheibe und einen an den Rand des
Targets auf dem Targetträger
angrenzenden Bereich erstreckt und so einen Zerstäubungsraum
zwischen dem Target und der Halbleiterscheibe begrenzt, und wobei
eine Stützvorrichtung
vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß das Abschirmhalteteil auf
ihr aufliegt, wenn sich die Halbleiterscheibe in der Beschickungsposition
befindet, und von der das Abschirmhalteteil durch die Halbleiterscheibe
abgehoben ist, wenn sich diese in der Zerstäubungsposition befindet.
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In
der erfindungsgemäß ausgestalteten Kammer
wird die Halbleiterscheibe mittels des Abschirmhalteteils auf dem
Scheibenträger
gehalten, wobei das Abschirmhalteteil gleichzeitig als Abschirmung
dient, die verhindert, daß sich
die aus dem Target herausgeschlagenen Teilchen auf den Innenwänden der
unter niedrigem Druck stehenden Kammer abscheiden. Aufgrund dieser
Ausgestaltung muß nach
einer gewissen Anzahl von Beschichtungszyklen nur noch ein Bauteil,
nämlich
das Abschirmhalteteil, aus der Kammer entnommen und gereinigt werden.
Aufgrund der besonderen Anbringung des Abschirmhalteteils zwischen
dem Rand der Halbleiterscheibe und einem an den Rand des Targets
auf dem Targetträger
angrenzenden Bereich kann das Abschirmhalteteil so ausgestattet
werden, daß sein
Verlauf keine sprunghaften Richtungsänderungen wie Ecken oder Knicke
aufweist, die Anlaß zum
Abplatzen von abgeschiedenem Targetmaterial geben könnten. Die
Wahrscheinlichkeit der Verunreinigung der zu beschichtenden Halbleiterscheibe
mit abgeplatzten Teilchen wird daher stark herabgesetzt.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Besonders günstig
erweist sich die Ausgestaltung des Abschirmhalteteils, wenn es einen
konkav gekrümmten
Verlauf zwischen der Halbleiterscheibe und dem Targetrand hat, da
dadurch die Tendenz zum Abplatzen des abgeschiedenen Targetmaterials
besonders stark reduziert wird.
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In
einer besonderen Ausgestaltung besteht das Abschirmhalteteil aus
mit Aluminium beschichtetem Stahlblech. Diese Materialkombination
erlaubt eine besonders lange Verwendung des Abschirmhalteteils.
Beim Reinigungsprozeß werden
sowohl das abgeschiedene Targetmaterial als auch die Aluminiumbeschichtung
entfernt, während
das Stahlblech unbeeinflußt
bleibt. Nach Aufbringen einer erneuten Aluminiumschicht kann das
Abschirmhalteteil wieder in die Kammer eingesetzt werden. Das Abschirmhalteteil
hat daher eine sehr lange Lebensdauer.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
einer gemäß der Erfindung
ausgestalteten Kathodenzerstäubungskammer.
In der Beschreibung wird auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen,
die das Ausführungsbeispiel
in einem Querschnitt zeigt.
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Die
in den Zeichnungen dargestellte Kammer 10 ist von einer
druckdichten Außenwand 12 umgeben,
so daß in
ihr ein niedriger Druck in der Größenordnung von 1 Pa erzeugt
werden kann. Die Kammer 10 enthält einen Scheibenträger 14,
der mit Hilfe einer Spindel 16 zwischen der dargestellten
angehobenen Position und einer abgesenkten Beschickungsposition
bewegt werden kann. In der abgesenkten Beschickungsposition kann
mittels nicht dargestellter Vorrichtungen auf die obere Fläche des Scheibenträgers 14 eine
Halbleiterscheibe 18 gelegt werden, die dann zusammen mit
dem Scheibenträger 14 in
die dargestellte angehobene Position gebracht wird, in der auf ihr
durch Kathodenzerstäubung eine
Materialschicht abgeschieden werden kann. Der Scheibenträger 14 dient
gleichzeitig dazu, die Halbleiterscheibe auf einer erhöhten Temperatur in
der Größenordnung
von 200° C
zu halten.
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Wie
in der Zeichnung zu erkennen ist, ist in der Kammer eine Zwischenwand 20 vorgesehen,
auf der sich über
einen Adapter 22 ein Targetträger 24 abstützt, auf
dessen in der Zeichnung unten liegenden Fläche ein Target 26 aus
einem durch Kathodenzerstäubung
auf der Oberfläche
der Halbleiterscheibe 18 abzuscheidenden Material befindet.
Mit der Zwischenwand 20 ist auch ein Stützring 28 verbunden,
der den Scheibenträger 14 und
die darauf befindliche Halbleiterscheibe umgibt; der Zweck dieses Stützrings
wird anschließend
noch erläutert.
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In
der in der Zeichnung dargestellten Position des Scheibenträgers 14 liegt
auf dem Rand der Halbleiterscheibe 18 ein Abschirmhalteteil 30 auf, das
sich von diesem Rand aus bis zu einem an den Rand des Targets 26 auf
den Targetträger 24 angrenzenden
Bereich erstreckt. Dieses Abschirmhalteteil 30 drückt mit
seinem Eigengewicht die Halbleiterscheibe 18 auf den Scheibenträger 14 und
hält diese darauf
fest. Gleichzeitig begrenzt das Abschirmhalteteil 30 den
Raum zwischen der Oberfläche
der Halbleiterscheibe 18 und dem Target 26, der
den eigentlichen Zerstäubungsraum
bildet.
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Zur
Durchführung
des Zerstäubungsvorgangs
wird in der Kammer eine Argonatmosphäre bei dem oben erwähnten niedrigen
Druck erzeugt. Das Target 26 wird bezüglich des Scheibenträgers 14 und der
darauf befindliche Halbleiterscheibe 18 an eine negative
Gleichspannung gelegt, die so groß gewählt wird, daß im Zerstäubungsraum
zwischen der Halbleiterscheibe und dem Target ein Argonplasma erzeugt
wird. Die dadurch entstehenden positiven Argonionen prallen auf
das Target 26 und schlagen aus dem Target Material heraus,
das sich auf allen Flächen
abscheidet, die den Zerstäubungsraum
zwischen der Halbleiterscheibe und der Targetoberfläche befinden.
Ein Teil des Targetmaterials schlägt sich also in der erwünschten
Weise auf der Oberfläche
der Halbleiterscheibe 18 nieder, während ein weiterer Teil des
Targetmaterials auf der zum Zerstäubungsraum gewandten Fläche des
Abschirmhalteteils 30 abgeschieden wird.
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Die
in 2 dargestellte vergrößerte Ansicht des Ausschnitts
A läßt erkennen,
wie der Targetträger 24 von
der Zwischenwand 20 gehalten wird. Der Targetträger 22 liegt
auf einem Ring 34 aus Isoliermaterial auf, der sich seinerseits
auf dem Adapter 22 abstützt.
Der Adapter 22 besteht aus elektrisch leitendem Material,
so daß er
wie die Zwischenwand 20, der Stützring 28, die Halbleiterscheibe 18 und
das Abschirmhalteteil 30 auf Massepotential liegt. Aufgrund
der Verwendung des Rings 34 aus Isoliermaterial kann der
Scheibenträger 24 auf
das gewünschte hohe
negative Potential gelegt werden. Im Raum zwischen der Seitenwand 40 des
Targetträgers 24 und dem
Adapter 22 befindet sich eine Dunkelraumabdeckung 38,
die mit dem Adapter 22 verbunden ist und ebenfalls aus
elektrisch leitendem Material besteht. Zwischen der Seitenwand 40 des
Targetträgers 24 und
der dieser Seitenwand zugewandten Fläche der Dunkelraumabdeckung 38 ist
ein Abstand d vorhanden, der kleiner als die mittlere freie Weglänge der sich
beim Zerstäubungsvorgang
im Zerstäubungsraum
bildenden Ionen ist. Dies hat zur Folge, daß in diesem Zwischenraum mit
dem Abstand d kein Plasma brennen kann, so daß demzufolge auch kein Material
aus der Seitenwand 40 des Targetträgers 24 herausgeschlagen
wird. Die auf der Halbleiterscheibe 18 abzuscheidende Schicht
wird also nicht durch das Material des Targetträgers 24 verunreinigt.
In dem das nach oben gerichteten Ende des Abschirmhalteteils 30 umgebenden
Bereich zwischen der Seitenfläche
des Targets 26, der in 2 nach unten
gerichteten Fläche
der Dunkelraumabdeckung 38 und der Seitenfläche des
Stützrings 28 brennt
dagegen ein Plasma, das zur Folge hat, daß die in diesem Bereich entstehenden
Ionen einerseits aus der Seitenfläche des Targets 26 Material
herausschlagen, während
andererseits verhindert wird, daß aus dem Material der Dunkelraumabdeckung 38 Material
herausgeschlagen wird, da diese, wie erwähnt, auf Massepotential liegt.
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Wie
in der Zeichnung zu erkennen ist, ist das Abschirmhalteteil zwischen
dem Rand der Halbleiterscheibe 18 und dem Bereich am Rand
des Targets 26 konkav gekrümmt ausgebildet. Im Bereich
des Targetrandes sind zwischen dem Abschirmhalteteil 30 und dem
Target so große
Zwischenräume
vorhanden, so daß auch
in diesem Bereich ein Plasma brennt. Auf diese Weise wird erreicht,
daß nicht
nur von der zur Halbleiterscheibe 18 hingewandten Stirnfläche des Targets 26,
sondern auch von den Seitenflächen
des Targets Material abgetragen wird, das zur Beschichtung der Halbleiterscheibe 18 beiträgt.
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Wenn
auf der Halbleiterscheibe 18 eine genügend dicke Schicht aus dem
Targetmaterial erzeugt worden ist, wird der Scheibenträger 14 nach Abschalten
des Plasmas mittels der Spindel 16 nach unten abgesenkt,
bis eine nicht dargestellte Beschickungsposition erreicht wird,
in der die Halbleiterscheibe 18 mit Hilfe nicht dargestellter
Mittel vom Scheibenträger
abgenommen werden kann. Anschließend kann dann eine neue Halbleiterscheibe auf
den Scheibenträger 14 gelegt
und in die Position bewegt werden, in der ein weiterer Abscheidungsvorgang
durchgeführt
werden kann. Im Verlauf der Absenkung des Scheibenträgers 14 gelangt
die Außenfläche des
Abschirmhalteteils 30 in Anlage an eine ringförmige Stützkante 32 des
Stützrings 28.
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Dadurch
wird ein weiteres Absenken des Abschirmhalteteils 30 verhindert,
und gleichzeitig wird dadurch die Halbleiterscheibe 18 freigegeben,
damit sie in der abgesenkten Beschickungsposition vom Scheibenträger 14 abgenommen
werden kann. Beim Anheben der neuen Halbleiterscheibe 18 durch
den Scheibenträger 14 kommt
die Halbleiterscheibe 18 mit ihrem Rand wieder in Anlage
an das Abschirmhalteteil 30 und hebt dieses in die in der
Zeichnung dargestellte Position an, in der das Abschirmhalteteil 30 durch
sein Eigengewicht die Halbleiterscheibe 18 auf dem Scheibenträger 14 festhält.
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In
der Praxis kann das Targetmaterial TiW sein, so daß auf der
Halbleiterscheibe eine Schicht aus diesem Material abgeschieden
werden kann. Wenn TiN abgeschieden werden soll, wird als Targetmaterial
Ti verwendet, und in die Zerstäubungskammer
wird Stickstoff eingeleitet. Bei dem in der Zerstäubungskammer
ablaufenden Prozeß wird
TiN als Schicht auf der Halbleiterscheibe abgeschieden. Das Abschirmhalteteil 30 ist
aus Stahlblech hergestellt, das mit Aluminium beschichtet ist. Das
Abschirmhalteteil 30 verhindert durch seine Form und seinen
Verlauf, daß aus
dem Target herausgeschlagene Materialteilchen auf Innenflächen der
Kammer 12 gelangen und sich dort festsetzen. Allerdings
scheiden sich die herausgeschlagenen Teilchen natürlich auf
dem Abschirmhalteteil 30 selbst ab, so daß dieses
Teil von Zeit zu Zeit aus der Kammer herausgenommen und gereinigt
werden muß.
Bei dem Reinigungsvorgang werden sowohl das abgeschiedene Targetmaterial als
auch das Aluminium entfernt. Das Stahlmaterial wird jedoch durch
den Reinigungsvorgang nicht beeinträchtigt. Vor dem Einsetzen des
Abschirmhalteteils 30 in die Kammer 12 wird das
Stahlmaterial wieder mit Aluminium beschichtet.
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Es
sei bemerkt, daß aufgrund
der konkaven Ausgestaltung des Abschirmhalteteils 30 dieses
Teil keine sprunghaften Verlaufsänderungen
wie Ecken oder Kanten aufweist, an denen das sich im Verlauf des
Zerstäubungsprozesses
abscheidende Targetmaterial abplatzen könnte. Verunreinigungen der Halbleiterscheibe 18 durch
solches Abplatzen des Targetmaterials werden dadurch wirksam vermieden. Da
die Neigung zum Abplatzen des Targetmaterials vom Abschirmhalteteil 30 vermieden
wird, ist es möglich,
eine größere Anzahl
von Zerstäubungszyklen durchzuführen, ohne
daß das
Abschirmhalteteil 30 gereinigt werden müßte.
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Durch
Anwendung der beschriebenen Kammer kann somit der Durchsatz an Halbleiterscheiben bei
verringertem Ausschuß erhöht werden.