DE2053802A1

DE2053802A1 - Uniform evaporated coatings prodn - esp metal layers for integrated semiconductor circuits etc

Info

Publication number: DE2053802A1
Application number: DE19702053802
Authority: DE
Inventors: Hartmut 7100 Heilbronn-Klingenberg. M Schnepf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-11-02
Filing date: 1970-11-02
Publication date: 1972-05-10

Abstract

Uniform evaporation of coating onto a substrate fixed to a rotating disc is effected by subjecting the substrate to an additional relative motion with respect to the source of the evaporated material.

Description

"Verfahren zum gleichmäßigen Aufdampfen von Schichten?? Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Aufdampfen von Schichten auf einer Unterlage, die auf einer rotierenden Scheibe befestigt ist. "Method for the uniform vapor deposition of layers? The invention relates to a method and a device for uniform vapor deposition of layers on a base that is attached to a rotating disk.

Bei der Herstellung von Transistoren und integrierten HalbleiterscheXtungen nach dem bekannten Planarverfahren, geht man von einem Halbleiterkörper aus, auf dessen Oberfläche eine für die Diffusionsprozesse erforderliche Maskierungsschicht aufgebracht wird. Diese Maskierungsschicht besteht beispielsweise aus Siliziumdioxyd oder aus Siliziumnitrid.In the manufacture of transistors and integrated semiconductor circuits according to the known planar process, one starts out from a semiconductor body the surface of which has a masking layer required for the diffusion processes is applied. This masking layer consists for example of silicon dioxide or made of silicon nitride.

Nach jedem Diffusionsprozess wird diese Isolierschicht in bekannt er Weise wieder geschloseen, um danach in die Isolierschicht erneut Öffnungen für weitere Diffusionsprozesse einbringen zu können. Durch die aus der Planartechnik bekannten Photolack-, Ätz- und Maskierungsprozesse entsteht am Ende aller Diffusionsverfahrensschritte eine stufenförmig ausgebildete Isolierschicht, wobei die Stufen an den Rändern von während des Herstellungsverfahrens erzeugten Diffusionsfenstorn zurückbleiben0 Diese stufenförmige Struktur der Isolierschicht ist besonders bei thermisch erzeugten Oxydschichten und bei maskenfrei aufgedampften Isolierschichten unvermeidbar0 Auf der Oberfläche von Halbleiterkörpern, die Transißtoren oder integrierte Schaltungen enthalten, verlaufen die Leitbahnen, die die verschiedenen Bauelemente miteinander verbinden oder die zu Anschlüssen der Schaltung oder des Bauelementes auf der Isolierschicht führen. Außerdem sind Mehrebenenverdrahtungen bei integrierten Schaltungen bekannt, bei denen jeweils zwischen zwei Verdrahtungsebenen auf dem Halbleiterkörper eine Isolierschicht angeordnet ist.After each diffusion process, this insulating layer becomes known to he closed again, after which openings were made in the insulating layer to be able to introduce further diffusion processes. Through the planar technology known photoresist, etching and masking processes arise at the end of all diffusion process steps a step-shaped insulating layer, the steps at the edges of Diffusion window spikes generated during the manufacturing process remain 0 These step-like structure of the insulating layer is especially in thermally generated Oxide layers and unavoidable with mask-free vapor-deposited insulating layers the surface of semiconductor bodies, the transit gates or integrated circuits contain, run the interconnects that the various components with each other connect or the to connections of the circuit or the component on the insulating layer to lead. In addition, multilevel wiring is known in integrated circuits, where each between two wiring levels on the semiconductor body an insulating layer is arranged.

Bei den geschilderten Halbleiteranordnungen sind bei einer Stufe in der Isolierschicht Höhenunterschiede von 1 oder mehr keine Seltenheit. Die auf der Oberfläche verlaufenden metallischen Leitbahnen müssen aber unterbrechungsfrei auch diese Stufen überwinden. Dabei wird gewünscht, daß die Metalldicke der Leitbahnen im Bereich der Stufe möglichst gleich groß wie in den ebenen Bereichen der Isolierschicht ist. Hierdurch soll auch eine zu hohe Stromdichte im Bereich der Stufen vermieden werden.In the case of the semiconductor arrangements described, at one stage in Height differences of 1 or more in the insulating layer are not uncommon. The one on the However, metallic interconnects running on the surface must also be uninterrupted overcome these stages. It is desired that the metal thickness of the interconnects as large as possible in the area of the step as in the flat areas of the insulating layer is. This is also intended to avoid an excessively high current density in the area of the steps will.

Bei bekannten Aufdampfeinrichtungen konnten bisher vielfach Lèitbahnunterbrechungen im Bereich von Stufen in der Isolierschicht nicht vermieden werden. Dies bedeutet aber einen Ausfall der Schaltung. In anderen Fällen war die Bedampfung im Bereich der Stufen wesentlich geringer als an den andrcn Stellen. Dies hat unerwünscht große Stromdichten zur Folge, Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben mit dem eine gleichmäßige Bedampfung einer Unterlage auch dann erzielt werden kann, wenn die Oberfläche stufenförmig ausgebildet ist und auch an den Steilkanten der stufenförmigen Bereiche eine gleichmäßig dicke Aufdampfschicht erwünscht ist0 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Unterlage noch einer zusätzlichen Relativbewegung gegenüber der Aufdampfquelle ausgesetzt wird.In the case of known vapor deposition devices, there have been multiple interruptions in the track so far in the area of steps in the insulating layer cannot be avoided. this means but a failure of the circuit. In other cases the vapor deposition was in the range the steps are much lower than in the other places. This has undesirably large Result in current densities, The present invention therefore resides in The object of the invention is to specify a method and a device with which a uniform Vapor deposition of a base can also be achieved if the surface is stepped is formed and also on the steep edges of the step-shaped areas a uniform thick vapor deposition is desired0 This object is achieved in a method of type described at the outset according to the invention in that the base still is exposed to an additional relative movement with respect to the vapor deposition source.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Halbleiterscheibe oder eine andere Unterlage überall eine gleichmäßig dicke Aufdampfschicht aufweist. Auch im Bereich der Steilkanten an der Oberfläche einer Unterlage, die durch eine stufenförmige Ausbildung dieser Oberfläche entstanden sind, erhält man gleichmäßig dicke AufdampfschichtenO Bei der Relativbewegung handelt es sich vorzugsweise um eine Drehbewegung der Trägerscheiben um eine außerhalb der Scheibe liegende Achse, die der Rotation der Trägerscheiben um die eigene Achse überlagert wird.This measure ensures that the semiconductor wafer or another base has an evenly thick vapor deposition layer everywhere. Even in the area of the steep edges on the surface of a base, which is through a step-shaped Evaporation layers of uniform thickness O are obtained The relative movement is preferably a rotary movement of the carrier disks about an axis lying outside the disk, the the rotation of the Carrier disks is superimposed around its own axis.

Die zu bedampfenden Unterlagen werden also vorzugsweise auf einer oder mehreren rotierenden Scheiben befestigt. Diese Scheiben werden beispielsweise frei drehbar am Rand einer weiteren größeren Scheibe befestigt, die sich während der Aufdampfung gleichfalls dreht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die bei der Aufdampfung rotierenden Scheiben an den achsfernen Enden von Haltearmen befestigt werden, die sich um ihre Achse drehen.The documents to be vaporized are therefore preferably on a or several rotating disks attached. These discs are for example freely rotatable attached to the edge of another larger disc, which is during the evaporation also rotates. Another possibility is that the During vapor deposition, rotating disks at the ends of the holding arms remote from the axis that rotate around their axis.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Winkelgeschwindigkeit der die Unterlagen tragenden Scheiben mit einem Mehrfachen der Winkelgeschwindigkeit der größeren Scheibe zu wählen0 Hierbei ist es ferner von Vorteil, das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit nicht ganzzahlig zu wähleno Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert werden0 Die Figur 1 zeigt eine geeignete Aufdampfvorrichtung im Schnitt, wobei die einzelnen Teile im prinzipiellen Aufbau dargestellt sind. Durch eine feststehende Scheibe 1 ist die Drehachse 2 der darunter angeordneten Scheibe 3 geführt. Am Außenrand dieser beim Aufdampfprozess rotierenden Scheibe 3 sind die Achsführungen 4 für die die Halbleiterscheiben 5 tragenden Scheiben 6 gehaltert. Diese Scheiben 6 werden durch Antriebsacheiben 7 in Rotation versetzt, wobei sowohl die Antriebsscheiben 7 als auch die die Halbleiterscheiben tragenden Unterlagsscheiben 6 an einer gemeinsamen Achse 8 befestigt sind0 Die Antriebsscheiben 8 la;-fen an dem Rand der feststehenden Scheibe ab und werden auf diese Weise nach dem Prinzip des Planetengetriebes in Bewegung versetzt. Die große Scheibe 3 wird beispielsweise mit einer Winkelgeschwindigkeit von 1 Umdrehung/sec versehen.It has been found to be advantageous to reduce the angular velocity of the disks carrying the underlays at a multiple of the angular velocity to choose the larger disc0 Here it is also advantageous to use the ratio the angular velocity should not be chosen as an integer o The invention and its further The advantageous embodiment is to be described in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2 be explained0 FIG. 1 shows a suitable vapor deposition device in section, the individual parts are shown in the basic structure. The axis of rotation 2 is arranged underneath by a stationary disc 1 Washer 3 out. At the outer edge of this disk rotating during the evaporation process 3 are the axis guides 4 for the wafers 6 carrying the semiconductor wafers 5 held. These disks 6 are set in rotation by drive shafts 7, both the drive disks 7 and those carrying the semiconductor wafers Washer 6 are attached to a common axis 80 The drive pulleys 8 la; -fen at the edge of the fixed disc and are in this way after the principle of the planetary gear set in motion. The big disk 3 will for example provided with an angular speed of 1 revolution / sec.

Das Durchmesserverhältnis zwischen der feststehenden Scheibe 1 und den kleinen Antriebsscheiben 7 wird so gewählt, daß die kleinen die Halbleiterscheiben tragenden Unterlagsscheiben 6 eine Winkelgeschwindigkeit von etwas m,ehr als 6 Umdrehungen/sec. aufweisen. Die Aufdampfquelle 9 ist beispielsweise unter einem Winkel von 30 bis 350 leicht exzentrisch zur Achse 2 auf die Ebene der Halbleiterscheiben 5 ausgerichtet.The diameter ratio between the fixed disk 1 and the small drive disks 7 is chosen so that the small the semiconductor wafers supporting washers 6 have an angular speed of a little more than 6 revolutions / sec. exhibit. The evaporation source 9 is for example at an angle from 30 to 350 slightly eccentric to axis 2 on the plane of the semiconductor wafers 5 aligned.

Versuche haben ergeben, daß die Abweichung in der Dicke der aufgedampften Schichten über die ganze Oberfläche der Halbleiterscheibe, d. h. sowohl im Bereich der Steilkanten als auch in den planaren Oberflächenbereichen, unter 3 % liegen. Das erfindungsgemäße Aufdampfverfahren hat außerdem den Vorteil, daß nur noch eine einzige Aufdampfquelle erforderlich ist0 In der Figur 2 ist die erfindungsgemaße Aufdampfvorrichtung nochmals in der Draufsicht dargestellt0 Am Rand der großen feststehenden Scheibe i laufen auf den Umfang der angetriebenen Scheibe 3 verteilt, die Antriebsscheiben 7 ab.Tests have shown that the deviation in the thickness of the vapor-deposited Layers over the entire surface of the semiconductor wafer, d. H. both in the field of the steep edges as well as in the planar surface areas, are below 3%. The vapor deposition process according to the invention also has the advantage that only one The only vapor deposition source is required. In FIG Evaporation device shown again in plan view0 At the edge of the large fixed Disk i run distributed around the circumference of the driven disk 3, the drive disks 7 from.

Die Achsen der Unterlagsscheiben 6 und der Antriebsscheiben 7 fallen jeweils zusammen, ebenso die Achse 2 der feststehenden Scheibe 1 und der großen Antriebsscheibe 3.The axes of the washers 6 and the drive disks 7 fall each together, as well as the axis 2 of the fixed disk 1 and the large one Drive pulley 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung eignet sich zum Aufdampfen aller Arten von Schichten auf geeignete Aufdampfunterlagen. Es ist besonders dann von Vorteil, wenn die Oberfläche der zu bedampfenden Unterlage Höhenunterschiede aufweist und auch die aus den Höhenunterschieden resultierenden Steilkanten bedampft werden sollenThe method according to the invention and the method suitable for carrying it out Device is suitable for vapor deposition of all types of layers on suitable vapor deposition substrates. It is particularly advantageous if the surface of the substrate to be steamed Has height differences and also those resulting from the height differences Steep edges are to be steamed

Claims

Claims RVerfahren for uniform vapor deposition of layers on a base which is attached to a rotating disk1 characterized by: that the base still has an additional relative movement with respect to the vapor deposition source is exposed.

2) Method according to claim 1, characterized in that the to coated substrates are attached to discs rotating during the vapor deposition process, and that these disks are freely rotatably attached to the edge of another larger disk which also rotates during evaporation,

3) Method according to claim 1 or 2, characterized in that the angular velocity of the documents bearing disks a multiple of the angular velocity of the larger disk amounts to,

4) Method according to claim 3, characterized in that that the ratio between the angular velocities is not chosen as an integer will.

5) Device for carrying out the method according to one of the preceding Claims, characterized in that a fixed disc is provided, on the circumference of which smaller discs carrying the documents to be steamed roll off, and that the axes of rotation of these small disks are attached to the edge of a larger disk for which a drive mechanism is provided.

6) Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the discs carrying the documents, rotating during the vapor deposition, are on axially distant end are attached to the axis rotating Halterungsars-.

7) Device according to claim 5, characterized in that the axis of rotation the larger disk coincides with the axis of the stationary disk.

8) Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the evaporation source is arranged slightly offset from the axis of the larger disk is.

9) Device and method according to one of the preceding claims, characterized by its application to metal vapor deposition on semiconductor integrated circuits from a semiconductor body, on the surface of which a step-shaped Insulating layer is arranged.

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