DE1765582C - Vorrichtung zur Kathodenzerstäubung und zum anschließenden Bedampfen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vakuumvorrichtung nigen oder zu ersetzen. Jegliche Verunreinigungen, zur Kathodenzerstäubung eines oder mehrerer Sub- die auf der Oberfläche von Halbleitersubstraten als strate auf einer Substrathalterung mit negativem Po- Ergebnis einer nicht gleichmäßigen Kathodenzertential mit Hilfe einer Gleichstromglimmentladung stäubung oder eines Niederschiagens von früher verin einem Edelgas, vorzugsweise Argon, und zum an- 5 dampftem Material auftreten, verringern entscheischließenden Bedampfen durch eine oder mehrere, dend die Zuverlässigkeit einer elektrischen Halbdirekt über dem Substrat angeordnete Masken. leiterschaltung. In einem Beispiel ergaben sich bei

Beim Kathodenzerstäuben (engl.: Sputtern) wer- aufeinanderfolgenden Aufdampfschritten zur Herden Moleküle oder Atome von der Oberfläche eines stellung von Kontaktierungen und Halbleiterschal-Materials durch die Stöße von Gasionen abgetragen, io tungen mit Oberflächen, weiche nicht mit der gewelche in einem elektrischen Feld beschleunigt wur- nügenden Sorgfalt gereinigt waren, eine ungeden. Dieses wird erreicht durch den Aufbau einer wünschte Ausbildung von Leckstrompfaden zu den Glimmentladung zwischen einer Anode und einer Seiten des Halbleiterplättchens. Auch ungenügende Kathode mit einem Stromfluß aus Elektronen und Verbindungen Metall—Halbleiter mit Undefinierten positiven Ionen. Die Ionen werden erzeugt durch »5 elektrischen Ubergangswiderständen resultieren aus Ionisation von Gasmolekülen, welche sich innerhalb diesen Verunreinigungen. Im ganzen ergeben diese des Gebietes der Glimmentladung befinden. Die loni- mechanischen und elektrischen Schwächen, die auf sation ist zurückzuführen auf Stöße von Gasteilchen Grund von unsauberen Oberflächen auftreten, Ausmit Elektronen, welche sich von der Kathode zur fälle in dem Halbleiterprodukt und eine reduzierte Anode bewegen. 30 Ausbeute.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem ein Es ist bereits bekannt, bei einer selektiven Oberzu beschichtendes Teil der zu zerstäubenden Kathode flächenreinigung eines Substrats durch Kathodenzergegenüber angeordnet ist. Um ein unnötig starkes stäubung eine Maske direkt auf dem Substrat anzu-Abtragen des Kathodenmaterials zu verhindern, ist ordnen, so daß zerstäubtes Material nicht zwischen die nur dem zu beschichtenden Teil gegenüber- 35 dem Substrat und der Maske auftreten kann. Bei dieliegende Oberfläche der Kathode frei gehalten, wäh- ser bekannten Vorrichtung können jedoch Verunrend deren übrige Oberfläche durch Bleche abge- reinigungen des Substrats durch vorher niederschirmt ist. Es ist auch bekannt, diese Abschirm- geschlagene Materialien nicht vermieden werden,
bleche in einem Abstand von d*r Kathode, der ge- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine ringer ist als der Kathoden'lunkelraum, anzuordnen. 30 Vakuumvorrichtung zum kombinierten Kathodenzer-Es wird hierbei jedoch keine seit :tive Zerstäubung stäuben und nachfolgendem Bedampfen der anfangs vorgenommen und es ist auch nicht erforderlich, daß genannten Art zu schaffen, welche eine verbesserte das Material an der freiliegenden Oberfläche gleich- Reinigung der Oberflächen gewährleistet. Diese Aufmäßig abgetragen wird. gäbe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

Die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen 35 zwei Blendenschirme mit positivem oder Erdpotential eines Substrats durch Kathodenzerstäubung ist bereits über oder unter der Substratheizung in der Weise bekannt. Bei einem solchen Verfahren in Verbindung angebracht sind, daß sie sich innerhalb des Dunkelmit einem Halbleitersubstrat werden Masken benutzt, raumes der Substrathalterung befinden,
um ein selektives Ionenbombardement von ge- In einer Glimmentladung besteht ein Dunkelraum, wünschten Gebieten der Oberflächen des Halbleiters 40 in welchem keine Ionisation stattfindet, da die zu zu erreichen und andere Gebiete der Oberflächen beschleunigenden Teilchen noch nicht die notwendige vor Ionenbombardement zu schützen. Ein bisher un- kinetische Energie im elektrischen Feld aufgenomgelöstes Problem, welches in diesem Zusammenhang men haben, die benötigt wird, um ein anderes Teilauftrat, war die sogenannte Halo-Bildung um die chen zu ionisieren. Die Ausdehnung dieses Dunkel-Oberflächengebiete herum, die dem Ionenbombarde- 45 raums ist abhängig von dem entsprechenden Gas ment zur Säuberung ausgesetzt wurden. Diese un- und dem angelegten elektrischen Feld,
erwünschten Halos bildeten sich dadurch aus, daß Durch den Aufbau in Form von aufeinanderfolübcrflüssiges zerstäubtes Material im Plasma der gonden Schalen eines ersten Blendenschirms, einer Glimmentladung zwischen der Maske und dem Halb- Substrathalterung, eines zweiter. Blcndenschirms und lcitersubstrat auftrat. Dieses beeinflußte die Zerstäu- 50 durch Anlegen der entsprechenden Spannungen wird bung an den Rändern der zu reinigenden Gebiete. erfindungsgemäß erreicht, daß keine beschleunigten wodurch eine ungleichmäßige Abtragung der Ober- Ionen, welche aus dem Zwischenraum zwischen fläche entstand Darüber hinaus btstand die Schwie- Blendenschirmen und Substrathalterung heraus berigkeit, daß bei der Benutzung einer Vorrichtung schleunigt werden, zur lonisk-rung, d. h. zum Plasma zum Kathodenzerstäuben für eine anschließende Be- 55 der Glimmentladung beitragen können. Hierdurch dampfung des Substrates mit leitenden Metnllsehich- wird eine relativ homogene Beschießung des Subtcn, z. B. fUr Kontaktierungen von Halbleiterstruk- strata mit tonen zum Zwecke der Reinigung bewirkt, türen, eine Verunreinigung auf der Oberfläche auf- da die tonen nur durch die im Blendenschirm vor· trat auf Grund des Niederschiagens von bereits früher gesehenen öffnungen auf das Substrat eindringen verdampften Materialien, die sich irgendwo innerhalb ^fio können. Auf dem Blendenschiftn abgelagertes, Uberdcs Apparates niedergeschlagen hatten. Gold und schüssiges Material von vorhergehenden Aufdampf-Kupfer /, B. lassen sich sehr leicht zerstäuben, und vorgängen wird während nachfolgenden Zerstättcs war schwierig, eine Verunreinigung mit diesen bungsprozcssen nicht wieder abgetragen, da der Metallen zu vermeiden. Es war al«) ein Problem, Schirm auf Anodenpotential liegt und somit nicht in ein und derselben Vorrichtung sowohl eine Ka- 6$ _mit tonen beschossen wird.

thodcn/.erstäiibung vorzunehmen, als nuch anschlie- Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Er-

ßencl Metallschichten aufzudampfen, ohne zwischen- findunn mit Hilfe der nachstehend aufgeführten

»Jurch oder nach einem solchen Zyklus Teile zu rei- Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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Fig, 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur gefunden wurde, daß währendI de«' 'onenbonibw e- Kathodenzerstäubung und zum Aufdampfen nach ments zum Reinigen der ."■ ^lb|eit"?H"„ ^r* I _Vnn

der Erfindung, mehr Material von den äußeren Jf'Jf- ^.J; J_n.

Fig, 2 eine Ausschnittsvergrößerung ein.-.s Teils den Randteilen im Hinblick auf die toprwrm b

der Substrathalterung aus Fig.l. 5 Ordnung 44, entfernt wurden, als von den ,innereη ·; _

In Fig. 1 wird eine Vakuumglocke 10 gezeigt, len der Öffnung46. Dieser Effekt wurde em »v

welche auf der Grundplatte 12 mit Hilfe des Dich- wünschte Entfernung von größeren w*^lc"j" _f.,_s

tungsringes 14 luftdicht abgeschlossen aufsitzt. Die an den Randschicht des Substrats w , ^

zentrisch angeordnete Ansaugöffnung innerhalb der das Substrat den gleichen Durchmesser παι«·,

Grundplatte 12 ist vorgesehen zur Evakuierung des io Öffnung 24 der ersten Schale 22. Maske 56

Rezipienten auf einen passenden Druck in der Grö- Auf dem ringförmigen I eil SU '^{Sl ei}"" ^{4V α} _s_

ßenordnung von 5 · 10- bis 5 · 10- Torr, Vorzugs- angeordnet, die zur Halterung des Substrats, vor B

weise 5 · 10-· Torr. Diese Ansaugöffnung 16 ist weise der Halbleiterscheibe58, dient. ^D£ ^MdsK^cs

verbunden mit einer entsprechenden Vakuumpumpe ist vorzugsweise aus Molybdän, wegen α», s

(Diffusionspumpe), die nicht dargestellt ist. Nach 15 ger Stäubbarkeit und besteht aus einem ivium

Erreichen des gewünschten Drucks innerhalb des Re- einer Anordnung von Öffnungen, weicne _ein

/ipienten wird ein Edelgas durch die Leitung 18 in ves Ionenstäuben zur Reinigung "^nd/ot£^r ^". ..

den Rezipienten gebracht. Dieses Edelgas ist vor- dampfen gestattet, in der Weise, daß nur die duruna.

zugsweise Argon, obwohl auch Helium benutzt wer- Maske frei gelassenen Oberfla« enteile gerem>B^l ·

den kann. Der Rezipient wird bis zu eir em Partial- ao durch Niederschlagen von Aufcampfmaterial ο

druck von etwa 10- Torr mit Argon gefüllt schichtet werden. Ein Federte.l 60 ir.der Fam einer

Mit Hilfe der Stützen 20, die fest in Löchern der in der Mitte geöffneten konvexen MeU!schal: κ:nn Grundplatte 12 verankert sind, wird der Rest der det sich in Kontakt mit der Ru'kse»«der Scheibe M Anordnung innerhalb des Rezipienten gehalten. Vor- und dient dazu, die Scheibe 5» waerna gcg /ugswcise dienen dazu drei Stützen, die gleich weit a₅ Maske 56 zu drücken. ^Df_£,^Federkontaktteü 60 hat voneinander entfernt sind. d.h. gegeneinander um ein ringförmiges Flanschte.! 62 welchesirnit dem J 120 versetzt sind. Durch diese Stützen wird eine förmigen Metallteil 64 verbunden ist. Zur Durch tun erste sphärische Schale 22 mit öffnungen 24 gehal- rung der Stifte 52 sind öffnungen in den E emtnten ten. Ein Teil dieses Schirms ist mit einem flach™ 50, 56, 62 und 64 vorgesehen Das Rmgte.l 6Λ,wird Flansch 25 versehen und zwischen Klemmen 26 mit 30 durch die im wesentlichen U-formigen hedern1 00 an den Stützen 20 verbunden. Nicht gezeigte Langlöcher seinem Platz gehalten, welche mit passend getormien innerhalb des ebenen Flansches 25 geben einen Frei- Löchern ausgeführt sind, so daß sie in den tinscnnn heitsgrad zum Ausrichten des Schirmes 22. Isolie- ten 68 der Stifte 52 passend gehalten werden können rende Abstandsstücke 30, von denen nur eins gezeigt Mit dem Ringteil 64 ist ein Wärmestrahlung^.! ist, isolieren die erste Schale 22 elektrisch von einer 35 verbunden, als eine Quelle fur Strahlungswärme ζ r zweiten Schale 32, die durch diese Abstandsstückc Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur tür über der f:hale22 getragen wird. Schrauben 34 die- die Scheibe 58 beim Aufdampfen. Dieses Warmenen zur Befestigung. Der Abstand dieser beiden sphä- strahlungsteil 72 ist vorzugswe.se aus rostfreiem Mahl rischen Teile ist geringer als die Ausdehnung des und unmittelbar über, aber getrennt von der kulk-Dunkelraums beim Zerstäuben, wodurch erreicht 40 seile der Scheibe 58 angebracht. _ς , ., wird, daß eine Stäubwirkung zwischen diesen beiden Dadurch wird eineStrahlungserwarmungderJ.cncini. sphärischen Flächen nicht auftritt. Elektrisch ist die 58 von der Vorderseite des Strah'.ungsteilcs 72 man erste sphärische Schale 22 mit den Stützen 20 auf der die öffnung des Federkontaktteiles 60 auf die Rutkrechten Seite der F i g. 1 verbunden, welche wiederum seile der Scheibe 58 bewirkt. Über der zweien ,pn.mdureh die Leitung 36 mit dem positiven oder Erd- 45 _Echen Schale 32, dem Objektträger .sterne dr.tt-phapotential der Spannungsversorgung 38 verbunden rischc Schale 74 vorhanden welche mit einer-Anzahl sind Die zweite sphärische Schale, der Objektträger von Quarzscheiben 76 versehen ist, die in öffnungen 32. ist durch die Leitung 40 elektrisch mit dem ne- unmittelbar hinter den Slrahlungste.len 72 angebracht cativen FoI der Spannungsversorgung 38 verbunden. sind. Jede Quarzscheibe 76 dient zur weitei.e.iunfc Diese Spannungsversorgung 38 ist eine Hochspan- 5" ν η Strahlungswärme aus der Heizvorrichtung;78Ii η niingseinheit. die eine Potentialdifferenz von meh- Fig. 1 auf die Strahlungste.lc 72. ^e Quarzschcibtn reren 1000 Volt Gleichstrom liefern kann. Die eigcnt- 76 lassen insbesondere Infrarotene.g.e austreten, liehen Substrathalterungen 42. von denen .fünf in der Die Heizeinrichtung 78 besteht aus einer HciTspuic Fiel dargestellt sind, befinden sich auf dem Ob- 80, welche durch Kcramikisolatoren 82 und Mt/-icktträger 32. Fig. 2 zeigt in einem vergrößerten 55 stifte 84 durch eine vierte sphärische Schale genalie-i. Bild, wie diese Substrathalterungen auf der Schale 32 wird. Die Anschlußdrähte der He.zspule 80 sind vorangeordnet sind. Topfförmige Anordnungen 44 mit zugsweise aus Wolfram und in geeigne «Weise mit öffnungen 46 werden in öffnungen 48 des Objekt- einer nicht gezeigten Wcchselstfomqucc verbunden trägers 32 befestigt. Vorzugsweise besteht diese An- Drei Stützen «8, von denen in P. g. 1 mir eme geeltf Ordnung 44 aus Tantal oder Molybdän, Materialien, 60 ist, verbinden den Plan sch 90 der v.c r ten^phari chen die widerstandsfähig gegen das Stäuben sind. Schale 68 mit rtem Flansch 92 der dr tten1 SchaIc 74 Ein ringförmiges Teil 50 befindet sich in der Ein- Diese dritte ScHaIe 74 ist fest verbunden mit der buchtung der topffö^igen Anordnung 44 zur Halte* Stütze 20. Durch, bajnncttortige ^^^Zo rung von Stiften 52, die mit ihfcn Köpfen 54 mit 92 der Schale 74 kann eine Justierung erfolgen, wo-Sm⁸TcH 50 verbunden sind. 6« bei die vierte Schale 86 ständig in ihrer Position übe

Dicöffnung46defWpfförniigenAnordnung44hnt der dritten Schale 74 gehalten wird. Der Absu

einen kleineren Durchmesser als die öffnung 24 der zwischen der dritten Schale 74 «nd der zweiten:Sch.Ic

erst™ Schale 22. Der Orund dafür Ist, daß heraus- 32, dem Objektträger, ist so gewählt, daß er germs«

ist «Is die Ausdehnung des Dunkelraums der Olimmentladung beim Stäuben.

Durch die Anordnung der drillen Schale 74 in einem Abstand von der Schale 32. der geringer als die Ausdehnung des Dunkelraums ist. wird erreicht, daß S auf der Rückseite der zweiten Schale 32, welche die Halbleiterscheiben trägt, kein Stäuben erfolgt, wotlirich verhindert wird, daß ungewünschte Verunreinigungen sich dort niederschlagen. Die drille und vierte Schale 74 und 76 sind jeweils elektrisch verbunden mil Hilfe der metallenen Absiandstücke M. Die dritte Schale ist elektrisch mit der Stütze 20 verbunden und so auf dem positiven oder Erdpotential der Spannungsversorgung 38. Oegenüber der zweiten Schale 32 sind die dritte und vierte Sehale 74 und 86 also ij auf positivem Potential. Die erste und dritte Schale 22 un.1 74 sind auf dem gleichen positiven Potential, und da sie innerhalb des Dunkelrautns der negativ vorgespannten zweiten Schale 32 als Substrathalterune liegen, wird erreicht, daß nur Gebiete der Schale so 32 durch Stäuben und Aufdampfen beeinflußt werden, welche sich hinter den Öffnungen 24 in der ersten Schale 22 befinden.

Diese Gebiete sind diejenigen, wo sich die einzelnen Haltevorrichtungen 42 für die Halbleiterscheiben i$ befinden. Die vierte Schale 86. die ebenfalls sphärisch ausgeführt ist. ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und dient lediglich als Wärmereflektor für die Heizspule 80. Diese beschriebene Vorrichtung gestattet einen raschen Zugriff zu der zweiten Schale 32 zum schnellen Ein- und Ausbringen einer Vielzahl von Halbleiterscheiben.

Zum Aufdampfen wird ein geeignetes Aufdampfmaterial in einen oder mehrere Verdampfer 98 gebracht, welcher einen Flansch 100 besitzt und durch Stifte 102 mit Schrauben 104 festgehalten wird. Für einen Chrom-Kupfer-Gold-Aufdampfprozeß. worin Chrom und danach Kupfer und danach Gold nacheinander auf dem Wafer 58 niedergeschlagen werden sullen, werden drei Verdampfer benötigt. Diese Schichtenfolge ist z. B. günstig zur Herstellung von Kontakten auf Halbleiterschaltungen. Durch Verbintkn der Wolfram-Verdampfer98 mit einer geeigneten Wechselstromquelle 105 wird die Halterung erhitzt bis zur VerdampfungMemperatur des darin befindlichen Materials, und Chrom. Kupfer. Gold können nacheinander auf die exponierten Gebiete der Wafer aufgebracht werden. Zur elektrischen Isolation jeder Halterung 98 von der Grundplatte 12 sind Isolatoren 106 vorgesehen. Während des Aufdampfens dient eine drehbare Blende 110.112 zur Öffnung und zum Unterbrechen des Aufdampfstromes. Diese Blende wird mit dem Knopf 116 in Drehrichtung 114 bewegt.

Im folgenden wird das Stäuben und Aufdampfen beschrieben. Beim Stäuben oder bei der Säuberung der unmaskierten. exponierten Oberffächengebiete der Halbleiterscheibe 58 durch Ionenbombardement wird Argongas durch die öffnung 18 in den Rezipienten eingelassen, welches ionisiert wird, durch Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen der Kathode, der zweiten Schale 32. welche gleichfalls als Vorrichtung für die verschiedenen Halterungen 42 dient, und der übrigen Apparatur, welche sich auf Erd- oder positivem Potential befindet. Die positiven Ionen werden beschleunigt in die Gebiete hinter den Öffnungen 24 in der ersten Schale 22. bis sie auf die exponierten Gebiete der Substrate 58 gelangen.

tline Reinigung durch ein solches Ionenbombardement erfolgt auf der gesamten durch die Maske 56 frei gelassenen Oberfläche und auf einem Teil des topfförmigen Einsatzes 44, da diese als Quelle für das beschleunigende elektrische Feld für Ionen anzusehen ist. Die positive Abschirmung der ersten Schale 22, welche innerhalb des Dunkelraums der Kathode von der zweiten Schale 32 liegt, verhindert, daß ein Stäuben erfolgt aus der Zone zwischen den beiden Schalen, so daß nur durch die öffnungen 24 der ersten Schale 22 beschleunigte Ionen auf das Substrat treffen. Nach etwa 15 Minuten dieses lonenbombardements. wobei die Kathode auf einem Potential zwischen 1 (100 und 1 500 Volt, vorzugsweise auf 1250 Volt negativen Potential« gegenüber dem Anodenpotential der ersten Schale 22 liegt, wird das Stäuben beendet und die Argonquelle vom Rezipienten getrennt. Jetzt kann zur Herstellung der metallischen Leitbahnen und der Kontaktierungen auf dem Wafer der Aufdampfprozeß ausgeführt werden.

Während des Aufdampfens wird die Heizspule 80 aus einer Wechselstromquelle mit Strom versorgt, um jedes Substrat oder jede Halbleiterscheibe aufzuheizen und es bei einer Temperatur von etwa 250 C zu halten. Pin zusätzlicher Vorteil der dargestellten Vorrichtung ist. daß überschüssiges Aufdampfmaterial, welches sich auf dem ersten Schirm 22 niedergeschlagen hat. nicht während eines nachfolgenden Stäubens wieder in der Glimmentladung abgetragen werden kann.

Dadurch ist es möglich, daß in dieser Vorrichtung bis zu etwa 50 aufeinanderfolgende Zyklen aus Stäuben und Aufdampfen durchgeführt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Aufdampfmaterial besonders Gold und Kupfer, welche ieicht zu stäuben sind, im Plasma der Glimmentladung nicht vorhanden ist. Dieses wird gerade dadurch erreicht, daß die erste Schale 22 sich auf Frdodcr positivem Potential gegenüber der zweiten Schale 32 befindet. Hierdurch wird eine ungewünschte HaIn-Bildung. welche Kupfer- und oder Goldverunreinigungen auf das Substrat bringen könnte, vermieden, da diese Materialien zwischen der Maske 56 und dem Substrat 58 nicht mehr auftreten können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vakuumvorrichlung zur Kathoden, «irstäubung eines oder mehrerer Substrate auf einer Substrathattemng mit negativem Potential mit Hilfe einer Gleichstromglimmentladung in einem Edelgas, vorzugsweise Argon, und zum anschließenden Bedampfen durch eine oder mehrere, direkt über dem Substrat angeordnete Nfasken. dadurch gekennzeichnet, daß zwei Blendenschinne (22.74) mit positivem oder Erdpotential über und unter der Substrathaltemng (32) in der Weise angebracht sind, daß sie sich innerhalb des Dunkelraums der Substrathalterung befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Blendenschirm (22) mit Öffnungen (24) versehen ist, deren Projektion von der bzw. den Aufdampfquellen auf die Substrathalterung (32) mit dem bzw. den Substraten zusammenfällt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, i.aß eine Strahlungsquelle (80) das bzw. die Substrate während des Bedampfens von der Rückseite her aufheizt.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Strahlungsquelle und dem aufzuheizenden Substrat (58) eine Quarzscheibe (76) und eine diese berührende metallische Flache (v2) angebracht ist, welche ihrerseits durch Wä'.Tneabstrahluflg die Rückseite des Substrats aufheizt.

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