DE1790094B1

DE1790094B1 - Verfahren zum aufbringen von duennen nichtleitendenschichten

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Publication number: DE1790094B1
Application number: DE19681790094
Authority: DE
Inventors: Joseph Skinner Logan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-09-15
Filing date: 1968-09-11
Publication date: 1972-02-03
Also published as: US3617459A; FR1586445A; NL6812114A; NL163367B; GB1181560A; NL163367C; SE359719B; CH499628A

Description

QRIÖINAL INSPECTED

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ein elektrisch zwischen die Gegenelektrode und die F i g. 4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Ätzleitenden Außenflächen des Zerstäubungsgefäßes ge- geschwindigkeit von der Substratreaktanz,
schaltetes, abstimmbares LC-Glied beeinflußt werden. F i g. 5 die Darstellung eines bevorzugten Ausfüh-

Durch diese Maßnahme ist es in vorteilhafter Weise rungsbeispiels gemäß dem vorliegenden Verfahren,
möglich, das Hochfrequenzpotential zwischen der 5 F i g. 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung 10, welche Gegenelektrode und damit dem bzw. den Substraten zum Kathodenzerstäuben gemäß dem Stand der und den leitenden Außenflächen des Zerstäubungs- Technik dient. Diese Vorrichtung 10 besteht aus einem gefäßes speziell der Grundplatte, auf der die isolieren- Zerstäubungsgefäß 12, in welchem sich das zu ionisieden Tragsäulen zur Befestigung der Substrathalterung rende Gas bei niedrigem Druck befindet. Es handelt und damit der Gegenelektrode montiert sind, so ein- io sich um ein Gefäß, welches auf einer Bodenplatte 14 zuregeln, daß keine Zerstäubungsinvertierung auf- aufgebaut ist. Ein passendes Edelgas, wie Argon, wird treten kann und eine so dichte und homogene Schicht in das Gefäß durch eine nicht gezeigte Öffnung einaufgestäubt wird, daß das Entstehen von Pin-Holes gelassen und mittels einer, auch nicht dargestellten vermieden wird. Weiterhin lassen sich Amplitude und Vakuumpumpe auf einem niedrigen Druck gehalten. Phasenwinkel der Gegenelektrodenspannung in bezug 15 Innerhalb des gasgefüllten Raumes befindet sich eine zum Potential der Zerstäubungselektrode so ein- Zerstäubungselektrode 16, auf welcher eine Scheibe 17 stellen, daß der zwischen Gegenelektrode bzw. Sub- aus dem zu zerstäubenden Material befestigt ist, und strathalterung und Erde bzw. Gefäßwandung sich eine Gegenelektrode 18 mit Substrathalterungsmögsonst einstellende Gleichstromanteil auf einen ver- lichkeiten, welche durch metallene Säulen 19 getragen nachlässigbaren Wert gebracht und gehalten wird. 20 wird. Um die Zerstäubungselektrode 16 herum und

Eine optimale Wirkung läßt sich gemäß einer Weiter- davon isoliert befindet sich eine Abschirmung 20 aus

bildung der Erfindung erzielen, wenn nach der Ab- leitendem Material. Die Substrate 22 werden auf der

Stimmung die gesamte Impedanz, bestehend aus der Gegenelektrode 18 befestigt. Ein Hochfrequenzgene-

des LC-Gliedes und der dazu parallelliegenden Streu- rator 24 ist an die Zerstäubungselektrode 16 und die

impedanz, im wesentlichen eine induktive Reaktanz 25 Gegenelektrode 18 angeschlossen,

darstellt. In diesem Falle treten gegenphasige Span- Durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die

nungen zwischen Substrat und Zerstäubungselektrode Zerstäubungselektrode 16 fließen Hochfrequenzströme

auf. zur Gegenelektrode 18 und durch die Tragsäulen 19

In vorteilhafter Weise besteht das XC-Glied aus zur Grundplatte 14. Bei der im allgemeinen verwen-

einer variablen Induktivität und einer Kapazität in 30 deten Frequenz von 13,56 MHz ist die Impedanz der

Serienschaltung, denn damit lassen sich in relativ ein- Tragsäulen groß genug, um eine meßbare Hoch-

facher Weise Abstimmung und Einstellung wie oben frequenzspannung zwischen Gegenelektrode 18 und

beschrieben vornehmen. Grundplatte 14 zu erhalten. Diese Spannung ist da-

Zur zweckmäßigen und vorteilhaften Überwachung neben abhängig vom Gasdruck und von den Abdes Zerstäubungsvorgangs ist ein Gleichstrom-Meß- 35 messungen der Elektroden. Das Potential des Plasmas instrument parallel zum LC-Glied geschaltet, um so innerhalb des Gefäßes 12 wird durch die Spannung unter anderem die Güte der aufzudampfenden Schicht bestimmt, mit welcher das Plasma begrenzende Oberbeeinflussen zu können. Dies gilt insbesondere für auf flächen, wie z. B. die Grundplatte 14, die Seitenwände Halbleitersubstrate aufgestäubte Isolatorschichten, wo des Gefäßes 12 und die Kathodenabschirmung 20, bedurch entsprechende Gleichstromeinstellung Verun- 40 aufschlagt sind. Diese Oberflächen werden im allreinigungsionen aus der Isolatorschicht herausgezogen gemeinen auf Erdpotential gehalten. Das bedeutet, daß werden können. Ebenso lassen sich die in Haftstellen in der dargestellten Vorrichtung 10 eine Potentialder aufgestäubten Schicht eingefangenen Gasionen des differenz zwischen dem Plasma und der Gegenelektrode beim Zerstäubungsvorgang verwendeten Edelgases auf mit den darauf befindlichen Substraten auftritt. Diese ein Minimum halten. 45 Potentialdifferenz und darüber hinaus die Phase des

Beim hier beschriebenen Verfahren wird also durch Potentials der Gegenelektrode gegenüber der Zerstäu-Regelung eines zusätzlich eingeführten Parameters die bungselektrode, welche sich durch die Impedanz physikalische Eigenschaft eines aufzustäubenden Films zwischen Gegenelektrode und Grundplatte ergibt, so beeinflußt, daß sich für nachfolgende Bearbeitungs- haben, wie sich herausgestellt hat, wesentlichen Eingänge, insbesondere bei Anwendung von Ätzprozessen, 50 nuß auf die physikalischen Eigenschaften der durch das keine nachteiligen Wirkungen ergeben; was insbeson- Zerstäuben hergestellten dielektrischen Schichten,
dere dann von Vorteil ist, wenn bei Herstellung von F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Vormonolithischen, integrierten Schaltkreisen aufeinander- richtung zum Kathodenzerstäuben gemäß vorliegenfolgend mehrere Ätzvorgänge Anwendung finden. dem Verfahren. Diese Vorrichtung 30 besteht wieder-Dieser zusätzlich eingeführte Parameter läßt sich prä- 55 um aus einem Zerstäubungsgefäß 12 mit einer Grundzise und relativ einfach einstellen im Gegensatz zur platte 14, in welchem sich die Zerstäubungselektrode 16 Einstellung der bisher veränderten Parameter wie Gas- befindet. Das zu zerstäubende Material befindet sich druck, Magnetfeld, Zerstäubungsleistung usw. in Form einer Scheibe 17 auf der Zerstäubungselek-

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfin- trode 16, welche außerdem eine Abschirmung 20 be-

dung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt 60 sitzt. Die Gegenelektrode 32 ist innerhalb des Gefäßes

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich- 12 auf Isolationssäulen 34 angebracht, so daß die Getung zum Kathodenzerstäuben nach dem Stande der genelektrode 32 elektrisch von der Grundplatte 14 isoTechnik, liert ist. Durch Anschluß des Generators 24 wird eine

F i g. 2 eine Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben Hochfrequenzspannung zwischen Zerstäubungselek-

gemäß dem vorliegenden Verfahren, 65 trode 16 und Grundplatte 14 angelegt, außerdem

F i g. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der Im- zwischen Zerstäubungselektrode 16 und Gegenelek-

pedanz der Substrathalterung von Kurzschlußstrom trode 32 über eine Impedanz 36. Die Zuführung 38 zur

und Leerlaufspannung, Gegenelektrode ist isoliert dixrch die Grundplatte 14

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durchgeführt. Während des Betriebes entsteht eine Frequenz groß genug sein, damit die Anzahl von. Potentialdiff erenz V_s zwischen den das Plasma be- Ionen, welche das Dielektrikum während der negativen grenzenden leitenden Oberflächen des Gefäßes 12 und Halbwelle erreichen, d. h. während der die Zerstäuder Gegenelektrode 32. Die kapazitiven und induk- bungselektrode positiv und die Gegenelektrode negativen Anteile der Impedanz 36 können zur Steuerung 5 tiv ist, nicht ausreicht, um die gewünschte negative der Gegenelektrodenspannung geändert werden. Auf Aufladung auf der Oberfläche der Zerstäubungsdiese Weise läßt sich eine Steuerung der physikalischen elektrode kompensieren zu können. Würde die ZerEigenschaften der durch Aufstäuben entstehenden stäubungselektrode wesentlich positiv aufgeladen, so dünnen Schichten erzielen, wie es im folgenden näher würde ein inverses Zerstäuben des zu beschichtenden erläutert wird. io Objekts und umgebender Metallteile auftreten, von

Beim Zerstäuben besteht eine Gasglimmentladung Teilen also, die im allgemeinen als Gegenelektrode bzw. zwischen zwei getrennten Elektroden. Wird eine Gleich- Anode dienen. Mit der richtig ausgewählten Frequenz spannung an die Elektroden angelegt, so ist die Zer- und Amplitude der angelegten Spannung ergibt sich stäubungselektrode negativ und stellt also die Kathode ein ausschließliches Zerstäuben an der Zerstäubungsdar. Beim HF-Zerstäuben kann die Zerstäubungs- 15 elektrode, und weder die Anode noch die Substratelektrode ebenfalls als Kathode bezeichnet werden, ob- halterung werden eine so hohe Aufladung erfahren, wohl sie dann nicht ständig negativ gegenüber der daß sich eine inverse Zerstäubung einstellen kann, anderen Elektrode ist. Unter dem Einfluß des elek- Unter diesen Bedingungen wird also die Zerstäubungstrischen Feldes zwischen beiden Elektroden wird das elektrode während der meisten Zeit negativ geladen Gas teilweise durch Kollisionen von beschleunigten 20 sein und sich ähnlich wie eine Kathode beim Gleichfreien Elektronen mit Gasmolekülen ionisiert, so daß stromzerstäuben verhalten, weshalb sie hier auch als positiv geladene Gasionen entstehen. Diese Ionen wer- Hochfrequenzkathode bezeichnet wird, während die den in Richtung zur Kathode beschleunigt, wodurch gegenüberliegende Elektrode als Hochfrequenzanode eine Raumladung um die Kathode herum aufgebaut bezeichnet wird.

wird. Innerhalb eines der Kathode benachbarten Ge- 25 Bei an die Zerstäubungselektrode 16 angelegter Hochbietes, dem Kathodenfallraum, sind diese Ionen einem frequenzspannung wird also die Dielektrikumsscheibe starken Feld ausgesetzt, so daß diese in Richtung zur 17 als Hochfrequenzkathode während derjenigen Zeit Kathode hin beschleunigt werden. Mit hohem Impuls wirken, während der das Potential der Zerstäubungstreffen sie so auf die Zerstäubungselektrode auf, wobei elektrode 16 negativ in bezug auf Erde ist. Während atomare Teilchen herausgeschlagen werden können. 30 der zwischenliegenden Zeitintervalle steigt das Poten-Diese aus dem Kathodenmatefial herausgeschlagenen tial der Zerstäubungselektrode 16 über Erdpotential bzw. gestäubten Teilchen werden auf Objekten in der an, werden in dem entstehenden elektrischen Feld Umgebung niedergeschlagen. Die Vorrichtung kann Elektronen auf die Zerstäubungselektrode hin beso ausgelegt sein, daß z. B. das zerstäubte Material auf schleunigt, wodurch die durch die vorher auf getroff e-Substraten kondensiert, welche auf der gegenüber- 35 nen positiven Ionen vorhandene positive Ladung abliegenden Elektrode, also der Gegenelektrode oder gebaut wird. Wie bereits oben erwähnt, werden Elek-Anode, befestigt sind. tronen in wesentlich größerer Anzahl von der Zerstäu-

Zum Zerstäuben von isolierenden oder dielektrischen bungselektrode angezogen, als die schwereren Ionen; Materialien ist eine Gleichspannungs-Glimmentladung da aber ein Dielektrikum vorliegt und die eigentliche ungünstig, da beim Ionenbombardement des abzu- 40 Elektrode 16 hiervon bedeckt ist, kann kein Gleichstäubenden Materials positive Ionen die Zerstäubungs- Stromanteil durch die Hochfrequenzkathode fließen, elektrode positiv aufladen, wodurch ein solches Feld Das Ergebnis der Wechselwirkung von Ionen und aufgebaut wird, daß einfallende Ionen abgebremst und Elektronen mit der Dielektrikumsscheibe 17 sind Bezurückgestreut werden, so daß nach gewissem Zeit- dingungen, die die Kathode ein mittleres negatives ablauf auf Grund dieser Aufladung der Zerstäubungs- 45 Potential in bezug auf Erde einnehmen lassen. Auch elektrode kein Material mehr abgestäubt wird. Aus wenn momentan ein positives Potential auftritt, genügt diesem Grunde ist es notwendig, mit Wechselspannung dieses doch nicht, um ein inverses Zerstäuben auf den bzw. HF zu arbeiten, wobei einfallende Ionen nur wäh- umgebenden Metallteilen oder der Hochfrequenzrend der Zeitperioden Material von der Zerstäubungs- anode 32 zu bewirken.

elektrode abstäuben, in denen sie negativ in bezug auf 50 Die verbesserte Vorrichtung zum Stäuben gemäß die Glimmentladung vorgespannt ist. Während der vorliegendem Verfahren besitzt nun eine Impedanz zwischenliegenden Perioden, während der die Polari- zwischen Substrathalterung und der relativ großen täten der Elektroden sich umkehren, werden Elek- leitenden, das Plasma begrenzenden Oberfläche intronen von der Zerstäubungselektrode angezogen, so nerhalb des Zerstäubungsgefäßes, wodurch eine Steudaß die positive Aufladung kompensiert wird. Da 55 erung von Amplitude und Phase der Spannung an der nun die Elektronen eine größere Beweglichkeit im Ver- Gegenelektrode in bezug auf die Zerstäubungselekgleich zu den Ionen aufweisen, besteht die Tendenz, trode möglich ist. Durch eine solche Steuerung laßt daß mehr Elektronen als Ionen auf die Zerstäubungs- sich Einfluß nehmen auf die durch Zerstäuben aufelektrode einfallen; da aber in dem dielektrischen Ma- gebrachten Schichten. Zusätzlich zu den bisher beterial der Zerstäubungselektrode keine Gleichströme, 60 kannten Parametern zur Steuerung des Aufwachsens sondern nur Verschiebungsströme fließen können, lädt von Schichten bei Glimmentladungen wie Druck, Temsich die entsprechende Zerstäubungselektrode auf, peratur und Magnetfeld, wird damit als neuer Parawenn vorausgesetzt ist, daß das Dielektrikum die meter eine Abstimmung des Gegenelektrodenzustandes einzige Verbindung zwischen den-'Elektroden dar- eingeführt.

stellt. -* 65 Die in F i g. 5 dargestellte Serienschaltung einer In-

Um überhaupt eine Glimmeitladung aufrecht- duktivität 74 und einer Kapazität 75, welche in F i g. 2

erhalten und damit ein dielektrisches Material an der als Impedanz 36 auftritt, kann von einer kapazitiven Kathode zerstäuben zu können, muß die angelegte Reaktanz über eine Serienresonanz (Reaktanz = 0)

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auf eine induktive Reaktanz abgestimmt werden, elektrisch als auch thermisch verbunden. Über eine welche ihrerseits parallel zur Streukapazität zwischen isolierende Dichtung 66 ist die Kühlleitung 64 durch Gegenelektrode und Erde, d. h. Grundplatte 14 und die Grundplatte 14 in das Gefäß eingeführt,
leitenden Seitenwänden 42 des Gefäßes liegt und damit Ein Hochfrequenzgenerator 70 ist elektrisch mit der auf Parallelresonanz abgestimmt werden kann; Die 5 Zerstäubungselektrode 16 verbunden. Ein Z,C-Glied Reaktanz zwischen Gegenelektrode 32 und Erde ist zur Anpassung der Impedanz besteht aus einer veralso kontinuierlich von Null bis zu sehr großen Werten änderlichen Kapazität 71, einer Induktivität 72 und von induktiven oder kapazitiven Blindwiderständen einer zweiten abstimmbaren Kapazität 73 zwischen abstimmbar. Eine Hochfrequenzdrossel 76 liegt zwi- dem Ausgang des HF-Generators 70 und der Platte 44. sehen Gegenelektrode und einem Gleichstrom-Meß- io Mit Hilfe dieses Schaltkreises läßt sich die Impedanz instrument 78, um die Gleichstrombedingungen der der Spannungsversorgung derart kompensieren, daß Gegenelektrode erfassen zu können. Sowohl Leerlauf- die gewünschte Phasenlage der Spannung und des gleichspannung und Kurzschlußgleichstrom lassen sich Stromes an der Zerstäubungselektrode auftritt. Die ohne Beeinflussung des Hochfrequenzkreises messen. Impedanz, gebildet aus der abstimmbaren Induktivität In einer Vorrichtung zum Zerstäuben, in welcher die 15 74 in Serie mit der Kapazität 76, liegt zwischen geImpedanz zwischen Grundplatte 14 und Gegenelek- erdeter Grundplatte 14 und Gegenelektrode. Diese trode 32 rein induktiv ist, tritt eine Phasenverschiebung Impedanz dient, wie bereits erwähnt, als neuer Paravon etwa 180° zwischen Kathode oder Zerstäubungs- meter zur Steuerung des Aufstäubvorgangs der dielektrode und Gegenelektrode oder Anode auf. Theo- elektrischen Schicht auf die Substrate,
retisch wird mit einer solchen reinen induktiven Im- 20 Zur Kontrolle der mittleren Gleichspannung an der pedanz die Spannung an der Kathode ihren positiven Gegenelektrode ist das Gleichstrom-Meßinstrument 78 Scheitelwert in dem Moment erreichen, wenn die über die Drossel 76 zwischen Erde und Gegenelektrode Spannung an der Gegenelektrode im Minimum ist. gelegt. Mit Hilfe dieser Bauelemente 74, 75 und dem Unter diesen Voraussetzungen wird ein maximaler Meßinstrument 78 wird die Einstellung des Potentials Gleichstrom zwischen Gegenelektrode und Erde 25 an den zu beschichtenden Substraten vorgenommen, fließen, da bei der Bedingung, wo die Kathoden- Ein negatives mittleres Gleichstrompotential an der spannung negativ ist, die Elektronen zwischen den Oberfläche der auf die Halbleitersubstrate aufgestäub-Elektronen auf die Anode zu beschleunigt werden, ten Isolatorschichten bewirkt eine anziehende Kraft weil ja gleichzeitig die Spannung der Anode positiv ist. auf positive Verunreinigungsionen innerhalb der Iso-Das Ergebnis ist eine maximale Anzahl von Elek- 30 latorschicht in Richtung zur Oberfläche der Schicht: tronen, welche pro Periode von der Gegenelektrode auf- Auf diese Weise werden Verunreinigungen aus der gefangen werden. Umgekehrt liegt bei rein kapazitiver Zwischenschicht Halbleiter Isolator entfernt, so daß Impedanz eine 0 "-Phasenverschiebung zwischen Ka- die Halbleitereigenschaften wesentlich verbessert thode und Substrat vor. Kathode und Substrat nehmen werden.

jeweils gleichzeitig gleiche Spannungsscheitelwerte ein. 35 Das hier beschriebene Verfahren und die Vorrich-

Hieraus ergibt sich ein minimaler Gleichstromzwischen tung ,können, ebenfalls zur Steuerung der Verunreini-

Gegenelektrode und Erde. gung der aufgestäubten Schicht, d. h. der Anzahl von

In F i g. 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Haftstellen eingefangenen Gasionen, verwendet dargestellt, dessen Elemente aber nicht alle maßstabs- werden. Ein Beispiel, wo eine solche Anwendung nützgerecht in der Zeichnung auftreten. Das Zerstäubungs- 40 lieh sein könnte, ist die Veränderung der dielektrischen gefäß 40 besteht aus einer metallenen Grundplatte 14, Leitfähigkeit eines aufgestäubten Metallfilmes, da die auf welcher sich ein zylindrischer Behälter 42 befindet, Leitfähigkeit wesentlich von in Haftstellen eingefanwelcher durch eine Platte 44 abgedeckt ist. Schematisch genen Gasionen abhängig ist.

ist eine Vakuumpumpe 46 dargestellt, welche zur Eva- Zum besseren Verständnis werden im folgenden zwei

kuierung des Gefäßes dient. Als zweiter Anschluß ist 45 Beispiele gebracht.

ein Rohr 48 zum Zuführen von Gas vorgesehen, ' -

welches über ein Ventil49 mit der Gasquelle verbun- Beispiel I
den ist. Innerhalb des Zerstäubungsgefäßes 40 befindet

sich die Zerstäubungselektrode 16 mit der daran- an- Eine Zerstäubungsvorrichtung, ähnlich der in

gebrachten Dielektrikumsscheibe 17. Die Zerstäu- 5a Fig. 5 gezeigten, wurde mit Siliziumscheiben auf der

bungselektrode 16 ist mit einer Heizvorrichtung zur. Sübstrathalterung beschickt, welche einen Durch-

Temperatursteue'rung versehen. Eine Kühlflüssigkeit messer von 22,5 cm besaß, wobei ein Quarztarget mit

zirkuliert durch die ringförmige Öffnung zwischen einem Durchmesser von 15. cm auf der Zerstäubungs-

Elektrodenanschluß 50 und Kühlausfluß 51 und inner- elektrode montiert war und eine Hochfrequenz?

halb der Zerstäubungselektrode 16. Wie in der Zeich- 55 leistung von 500 Watt angelegt wurde. Der Abstand

nung angedeutet, ist die Zerstäubungselektrode 16 von zwischen. Target und Substrat betrug 3,1 cm. Der

der Platte 44 durch eine Glasisolation 52 isoliert. Eine Druck wurde bei 15 m Torr gehalten. Eine Anzahl von

Abschirmung 20 umgibt die Zerstäubungselektrode 16 Versuchen wurde angestellt, bei welchen die Substrat-

zur Verhinderung von Erosion beim Zerstäuben. reaktanz durch Änderung der Induktivität 74 jeweils

Eine Gegenelektrode ist der Zerstäubungselektrode 60 verändert wurde. Bei jedem Versuch wurden Leerlaufgegenüberliegend innerhalb des Gefäßes angebracht. gleichspannung und Kurzschlußgleichstrom mit Hilfe Sie besteht aus einer leitenden Platte 32, welche auf des Meßinstruments 78 ermittelt. Die Ergebnisse einer Tragsäulen 34 isolierenden Materials ruht. In einer solchen Versuchsreihe sind in Tabelle I, die graphisch Ausnehmung der Gegenelektrode 32 befindet sich eine in F i g. 3 wiedergegeben ist, dargestellt. Kurve 82 hierin eingelassene Substrathalterplatte 62, welche 65 zeigt dabei die Leerlauf spannung, Kurve 84 den Kurzwiederum die einzelnen zu beschichtenden Substrate 60 schlußstrom. Die Kurvenbereiche 84 und 85 zeigen trägt. Eine Kühlleitung 64 mit in Pfeilrichtungen zir- Instabilitäten, deren Grund noch nicht aufgedeckt kulierender Kühlflüssigkeit ist mit der Platte 32 sowohl werden konnte.

ίο

Tabelle I

Substratreaktanz	Leerlaufspannung	Kurzschlußstrom
(Ohm)	(Volt)	'CmA)
-16	+10	+0,6
5	0	0
+4,5	η	-1,0
+12	-15	■ -2,4
+24	-33	-5,5
+37	-35	-5,5
+40	+2	+.04
+60	+5	+.12

Beispiel II

Ähnlich den im Beispiel I beschriebenen Versuchen mit einer Zerstäubungsvorrichtung, ähnlich der in F i g. 2 gezeigten, wurden Siliziumdioxidbeschichtungen von Siliziumscheiben mittels Aufstäuben in einer Argon-Glimmentladung vorgenommen. Die Scheiben wurden in konventioneller Weise poliert, gesäubert und getrocknet und auf der Gegenelektrode befestigt. Der Argon-Gasdruck betrug 15 m Torr.

Im ganzen wurden sieben Versuche zur Beschichtung von Siliziumdioxidschichten auf Siliziumscheiben bei jeweils 500 Watt Hochfrequenzleistung während einer Dauer von 30 Minuten vorgenommen. Die wirksame Gegenelektrodenreaktanz betrug je nach Versuch zwischen —16 und +27 Ohm. Diese Gesamtreaktanz ergab sich jeweils aus der Streureaktanz im Zusammenwirken mit der variablen Reaktanz. Während jedes Versuches wurden mit Hilfe des Meßinstrumentes 78 wiederum Leerlaufspannung und Kurzschlußstrom aufgenommen.

Von jeder Schicht wurde außerdem die sogenannte »Pin-Hole-Durchbruch«-Dicke ermittelt. Hierunter wird diejenige Dicke verstanden, welche eine homogene, Störstellenfreie Schicht hätte, wenn sie innerhalb der gleichen Zeit durch das Ätzmittel abgetragen würde,

ίο wie die durch Störstellen, d. h. durch erhöhte Ätzgeschwindigkeit, ausgezeichneten Stellen der Schicht. Eine größere Anzahl von Flächen auf jeder Scheibe wurde angeätzt und die verschiedenen Eindringtiefen gemessen. Danach wurden die Scheiben hinreichend lange in ein elektrisches Kupferbeschichtungsbad gelegt, damit sich Kupfer auf den dem Bad ausgesetzten Oberflächenbereichen niederschlagen konnte. Schließlich wurden die Scheiben unter dem Mikroskop untersucht. Ähnlich wie bei dem bekannten, mit »Deko-

ao ration« bezeichneten Verfahren deutete auch hier eine hohe Niederschlagsdichte in einer geätzten Fläche auf eine Stelle hin, an der die Ätzung bis auf das Substrat hinunter erfolgt war, also ein »Pin-Hole-Durchbruch« vorlag.

Das eingefangene Argon wurde in jeder aufgestäubten Schicht mit Hilfe von Röntgenfluoreszensanalyse gemessen.

In der folgenden Tabelle II werden die Ergebnisse der so ausgeführten Versuche dargestellt. Eine entsprechende graphische Darstellung findet sich in Fig. 4.

Tabelle II

Gegenelektrode^	Gegenelektroden	Ätzgeschwindig	Pin-Hole-	Geschätzter Anteil
reaktanz X,	strom	keit	Durchbruch-Dicke	von eingefangenem Argon
(Ohm)	(mA)	(Ä/Sek.)	(% der Gesamtdicke)	(Molprozent)
+27	-5,5 mA	5,2	12	2,5
+20	—5,0 mA	5,8	4	—
+12	-2,4	4,8	5	1,2
+8,2	-2,0	-5,5	16	—
+4,5	-I₅O	9,9	62	0,5
-3,5	0	9,4	69	0,4
-16	+0,6	10,2	85	0,8

Bei Beendigung der Versuchsreihe_#<wurden die belleII und Fig. 4 zeigen beide den außerordent-Scheiben für eine feste Zeitdauer einem Ätzmittel aus- 50 liehen Einfluß der Gegenelektrodenreaktanz auf die

Ätzgeschwindigkeit, auf den Wert der sogenannten Pin-Hole-Durchbruch-Dicke sowie auf den Anteil des

gesetzt, welches aus 10 Volumteilen 70%iger HNO₃,
15 Volumteilen 49°/_oiger HF, 300 Volumteilen H₂O
bestand. Die abgetragene Dicke wurde gemessen und
daraus die Ätzgeschwindigkeit berechnet. Die Ta-

eingefangenen Argons.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

] 2 tende Substrate sind durch eine Substrathalterung auf Patentansprüche· einer Gegenelektrode befestigt, die ihrerseits auf an einer metallenen Grundplatte befestigten Metallsäulen ruht. Das Hochfrequenzfeld zwischen den beiden Elektroden

1. Verfahren zum Aufbringen- von dünnen 5 hat eme Glimmentladung zwischen dem zu zerstäuben-Schichten aus nichtleitendem Material auf eine den Material und der zu beschichtenden Unterlage zur Unterlage mittels einer Hochfrequenz-Glimmentla- Folge. Die Grundplatte sowie alle leitenden Flächen dung in einer Edelgasatmosphäre zwischen einer des Zerstäubungsgefäßes befinden sich auf dem Poten-Zerstäubungselektrode mit dem nichtleitenden tial des Plasmas innerhalb des Gefäßes. Das Plasma ist Material und einer Gegenelektrode mit der zu be- ίο als feldfreie Raumzone definiert und besteht aus posischichtenden Unterlage in einem Zerstäubungs- tiven und negativen Ladungen.

gefäß mit leitenden Außenwänden, dadurch Die Technik der Hochfrequenzzerstäubung erlaubt gekennzeichnet, daß Amplitude und Phase das Niederschlagen von nahezu jedem Material in der an der Gegenelektrode (32) wirksamen Hoch- Form einer dünnen Schicht, die relativ homogen gebilfrequenzspannung durch ein elektrisch zwischen 15 det wird. Von besonderem Interesse für die Halbleiterdie Gegenelektrode (32) und die leitenden Außen- herstellung ist die Verwendung solcher Schichten zur flächen des Zerstäubungsgefäßes (40) geschaltetes, Isolierung bei monolithischen integrierten Halbleiterabstimmbares LC-Glied (36; 74, 75) beeinflußt schaltungen. Bei den entsprechenden Fertigungsverfahwerden. ren werden in einigen Verfahrensschritten auch Ätz-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 prozesse angewendet, bei denen Löcher in diese Isozeichnet, daß an beiden Entladungselektroden (16, lationsschichten geätzt werden, sei es zur Bereitstellung 32) das jeweilige HF-Potential nach Amplitude und von Masken, sei es zum Erstellen von Anschlüssen an Phasenlage einstellbar ist. darunterliegenden Halbleiterzonen. Die Eigenschaften A

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- der durch dieses hochfrequente Zerstäuben nieder- ^ durch gekennzeichnet, daß nach der Abstimmung 25 geschlagenen Schichten gegenüber den bei der HaIb-

die gesamte Impedanz, bestehend aus der des leiterverarbeitung angewandten Ätzmitteln sind des-LC-Gliedes (36; 74, 75) und der dazu parallel- halb von besonderer Bedeutung, liegenden Streuimpedanz, im wesentlichen eine Als nachteilig bei den bisher bekannten Hochinduktive Reaktanz darstellt. frequenz-Zerstäubungsverfahren hat sich gezeigt, daß

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 30 bei den hiermit niedergeschlagenen Schichten Stellen rens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge- vorhanden sind, die z. B. unter dem Einfluß von Ätzkennzeichnet, daß Grund- (14) und Abdeckplatte mitteln nadelstichartige Löcher, sogenannte Pin-Holes, (44) und die Seitenwände (42) des Zerstäubungs- auftreten lassen, durch die ein Ätzmittel ein unterhalb gefäßes (40) aus Metall bestehen. der niedergeschlagenen Schicht befindliches Substrat

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 35 in bevorzugter Weise angreift, und zwar bevor alle zeichnet, daß das LC-Glied aus einer variablen In- anderen Stellen der niedergeschlagenen Schicht durch duktivität (74) und einer Kapazität (75) in Serie das angewandte Ätzmittel abgetragen sind. Die niederbesteht, geschlagene Schicht ist also nicht gleichmäßig an-

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, geätzt. Ein weiterer Nachteil bei Anwendung bekanndadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom- 40 ter Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahren besteht darin, Meßinstrument (78) in Serie mit einer Drossel (76) daß das Auftreten einer Inversion der Glimmentladung, parallel zum Z-C-Glied (74, 75) zur Überwachung also eine unerwünschte Aufladung durch Ionen, nicht der Entladung vorgesehen ist immer zu vermeiden ist. Hierdurch ergibt sich eine

Störung beim Schichtniederschlag, indem definierte * 45 Bedingungen nicht mehr vorliegen. \

Um die physikalischen Eigenschaften einer aufzustäubenden Schicht zumindest einigermaßen zu beeinflussen, sind bisher die Parameter: Gasdruck, Temperatur des Substrats, elektrisches Feld und gegebenen-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auf- 50 falls die Größe eines zusätzlich angelegten Magnetbringen von dünnen Schichten aus nichtleitendem feldes, geändert worden. Da unter bestimmten VorMaterial auf eine Unterlage mittels einer Hochfrequenz- aussetzungen die genaue Steuerung dieser Parameter Glimmentladung in einer Edelgasatmosphäre zwischen schwierig und unpraktisch ist, sind die hierbei erzielten einer Zerstäubungselektrode mit dem nichtleitenden Ergebnisse hinsichtlich einzuhaltender Toleranzgren-Material und einer Gegenelektrode mit der zu be- 55 zen in keiner Weise befriedigend. Die Einführung eines schichtenden Unterlage in einem Zerstäubungsgefäß in relativ einfacher Weise einzustellenden Parameters mit leitenden Außenwänden. zur Steuerung der Schichtniederschläge könnte also

Verfahren dieser Art sind bereits allgemein bekannt, von wesentlichem Vorteil bei Anwendung von Höchwie es z. B. die Veröffentlichung von G. S. A η d e r - frequenz-Zerstäubungsverfahren sein, son et al. im Journal of Applied Physics, Vol. 33, 60 Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, Nr. 10, Oktober 1962, S. 2991 und 2992, unter dem die Möglichkeit zur Steuerung der physikalischen Titel »Sputtering of Dielectrics by highfrequency Eigenschaften von aufgestäubten Schichten so zu ver-Fields« zeigt. Das Niederschlagen einer Isolierschicht bessern, daß eine einwandfreie Nachbehandlung, insdurch Hochfrequenzzerstäubung erfolgt in einem Va- besondere von Ätzmitteln zur Vermeidung von Pinkuumgefäß, welches im allgemeinen aus Metall be- 65 Holes, gewährleistet ist.

steht. Das zu zerstäubende Material wird in Form Gemäß der Erfindimg wird diese Aufgabe dadurch

einer Scheibe auf einer Zerstäubungselektrode inner- gelöst, daß Amplitude und Phase der an der Gegenhalb des Zerstäubungsgefäßes befestigt. Zu beschich- elektrode wirksamen Hochfrequenzspannung durch