DE2641558A1

DE2641558A1 - Verfahren zum aufbringen von elektrisch isolierenden schichten auf ein substrat durch hf-zerstaeubung (sputtern)

Info

Publication number: DE2641558A1
Application number: DE19762641558
Authority: DE
Inventors: Reiner Ing Grad Sigusch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1976-09-15
Publication date: 1978-03-16

Description

Verfahren zum Aufbringen elektrisch isolierender Schichten auf
ein Substrat durch HF-Zerstäubung (Sputtern).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Schichten aus elektrisch isolierendem Material auf ein Substrat durch HF-Zerstäubung (Sputtern), wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen, z.B. beim Aufbau von MOS-Transistoren, ist es notwendig, dünne Schichten aus isolierendem Material, z.B. Siliziumdioxid, auf ein Substrat aufzubringen. Dabei wird heute zum Aufbringen dieser Isolierschicht u.a. ein HF-Zerstäubungsverfahren angewendet, bei dem in einer HF-Gasentladung erzeugte Ionen das isolierende Material von einem Target abtragen das dann u.a. auf dem Substrat abgeschieden wird. Dieses Verfahren hat gegenüber anderen Verfahren, z.B. dem Aufdampfen, erhebliche Vorteile, die insbesondere darin bestehen, daß die durch Zerstäubung aufgebrachten Isolierschichten auf dem Substrat sehr gut haften und daß weiter bei Substraten, die mit Strukturen versehen sind, die Bedeckung der Kanten dieser Strukturen bzw.
Stufen gleichmäßig und zusammenhängend ist, und daß insgesamt die durch Zerstäubung aufgebrachten Schichten eine gute Homogenität aufweisen. Nachteilig ist bei diesem Verfahren jedoch, daß gerade Isolatoren nur mit sehr geringen Zerstäubungsraten abgetragen und abgeschieden werden. So ergibt sich beispielsweise als Abscheiderate für Siliziumdioxid im Verfahren zur Herstellung von MOS-Halbleiterbauelementen ungefähr eine Schichtdickenzunahme von 30 i/min. Dies bedeutet, daß die zum Aufbringen von gesputterten Isolatorschichten benötigten Zeiten sehr groß sind, was wiederum hohe Kosten und einen niedrigen Durchsatz von Halbleitersubstraten bedeutet. Es ist daher ein wesentliches Ziel, beim Aufbringen von dünnen Isolatorschichten mittels HF-Zerstäubung die Abscheidegeschwindigkeit und damit den Durchsatz der Substratscheiben zu erhöhen. Herkömmliche Anlagen (z.B. eine Anlage des Typs Vacuum Industries, Model 2021) sehen einen Einsatz von großflächigen Targets oder auch von einer Folge mehrerer Targets, von leistungsstarken Generatoren sowie von Magnetfeldern vor, um hohe Stromdichten der Gasentladung und hohe Zerstäubungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Nachteilig bei solchen Anlagen mit leistungsstarken Generatoren ist jedoch, daß die Substrate einer erhöhten thermischen Belastung unterliegen, was insbesondere bei bereits fertigen Halbleitern, die z.B. nur noch durch Aufstäuben von Siliziumdioxid- passiviert werden sollen, sehr kritisch ist. Eine zu starke Erwärmung des Silizium-Substrates aufgrund erhöhter Generatorleistung führt beispielsweise bei MOS-Halbleitern zu einer ungünstigen Beeinflussung der Oxidladungen und damit der elektrischen Eigenschaften von MOS-Transistoren. Durch eine zu hohe Erwärmung beim Aufsputtern können beispielsweise bereits auf dem Halbleitersubstrat befindliche Aluminiumschichten so heiß werden, daß sie mit dem Silizium-Halbleiter ein bei 577 0C flüssiges Eutektikum bilden, und daß auf diese Weise die Funktionsfähigkeit des herzustellenden Bauelementes zerstört wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, durch die bei dem Sputter-Verfahren die Abscheidegeschwindigkeit für Schichten aus elektrisch isolierendem Material erhöht werden kann, ohne daß die Substrate, auf die das isolierende Material abgeschieden wird, thermisch zu stark belastet werden.
Diese Aufgabe wird bei einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Die Erfindung beruht darauf, daß für die Abtragungsgeschwindigkeit durch Zerstäubung nicht die makro-geometrische Gestalt, sondern die mikro-geometrische Gestalt einer Oberfläche maßgebend ist; wird die Außenfläche eines Targets aufgerauht, so wird die Größe der die Zerstäubungsrate bestimmenden Oberfläche vergrößert. Weiterhin berUcksichtigt die Erfindung, daß die Zerstäubungsrate maximal ist, wenn die die Zerstäubung bewirkenden Ionen der Gasentladung in einer Richtung auf die Target-Oberfläche auftreffen, die in einem Winkel von etwa 300 gegen die Oberflächennormale geneigt ist. In den Sputter-Anlagen sind die Substrat- und Target-Elektroden meist so angeordnet, daß sie sich in einem bestimmten Abstand, der vom Sputtersystem abhängt, paralel gegenüberliegen. Das hat zur Folge, daß die die Zerstäubung bewirkenden Gas-Ionen senkrecht auf die makroskopische Oberfläche des Targets auftreffen. Durch Aufrauhen dieser Target-Oberfläche wird nun erreicht, daß viele mikroskopische Kanten und Böschungen vorhanden sind, die gegenüber der makroskopischen Oberfläche geneigt sind, und daß an solchen Stellen Ionen in einem Winkel auftreffen, unter dem die Abtragungsrate maximal ist. Eine anfängliche Rauhigkeit der Target-Oberfläche hat dabei einen auf die weitere Ausbildung der Abtragungsrate verstärkenden Effekt, da beispielsweise an einer mikroskopischen Rinne mit senkrechten Seitenflächen sich im Verlauf des Absputterns Winkel von etwa 300 zur Normalen geneigte Seitenflächen herausbilden, da von solchen Flächen die Abtragung am schnellsten fortschreitet. Die Größe der Zerstäubungsgeschwindigkeit kann weiter dadurch erhöht werden, daß für die Gasentladung eine Hochfrequenzspannung mit einer Frequenz von etwa 40 MHz gewählt wird. Dies bewirkt eine Erhöhung der Zahl der pro Zeiteinheit auf die Target-Oberitäche auftreffenden Ionen und damit eine erhöhte Zersäubung.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Target verwendet, dessen Oberfläche mit Rinnen oder Gruben versehen ist, deren seitliche Begrenzungsflächen in einem Winkel von etwa 300 zu der makro-geometrischen (idealen) Oberfläche verlaufen. Mit solchen Targets können gegenüber konventionellen Targets um 50 bis 100 % größere Aufstäubungsgeschwindigkeiten erzielt werden, d.h. die Substratbeschichtungszeit kann sich um die Hälfte reduzieren.
Im folgenden wird beschrieben und anhand der Figuren erläutert, wie das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt schematisch die für das Verfahren verwendete Apparatur.
Fig. 2 und 3 zeigen schematisch, wie die Oberfläche der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Targets gestaltet ist.
In einem Behälter 1, der über einen Anschluß 2 evakuierbar ist, befindet sich auf einem Substrathalter 3 als Substrat eine Siliziumscheibe 4, die beispielsweise mit einer Siliziumdioxidschicht bestäubt werden soll. Gegenüberliegend dazu ist ein Targethalter 5 angebracht, auf dem sich das Target 6 aus SiO2 befindet. über Stromzuführungen 7 und 8 sind der Substrathålter 3 und der Targethalter 5 mit einer Hochfrequenz-Hochspannungsquelle 9 verbunden. Die Anpassung der Elektroden an den Generator erfolgt über die Anpaßnetzwerke 13 und 14. Das Innere des Be--7 hälters 1 wird auf einen Druck von 1 x 10 7 Torr gepumpt und dann mit Argon auf einen Druck von 2 x 10 2 Tortgefüllt. Außerhalb des Behälters befindet sich eine Magnetspule 10, mit der ein Magnetfeld erzeugt werden kann, daslEnkrecht zu der Oberfläche des Substrates 4 verläuft. Zum Bestäuben wird nun die Hochfrequenz-Hochspannungsquelle 9 an den Substrathalter 3 und den Targethalter 5 gelegt. Es entsteht dabei eine Gasentladung, bei der Ionen 12 auf die Oberfläche des Targets 6 auftreffen, und von dort Material abtragen. Das abgetragene Material schlägt sich u.a. auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates 4 nieder. Die Zerstäubungsrate ist besonders groß, wenn die Oberfläche des Targets gemäß der Erfindung Rinnen oder Gruben Saufweist, deren seitliche Begrenzungsflächen einen Winkel von etwa 300 mit der Normalen der (einhüllenden)makro-geometrischen Oberfläche 15 des Targets 6 bilden. Die Tiefe t dieser Rinnen kann in einem 6,5 mm dicken Target beispielsweise 1 bis 2 mm betragen, und die Rinnen können in einem Abstand a von beispielsweise 1 mm nebeneinander verlaufen. Bei dickeren Targets kann die Tiefe t entsprechend größer sein.
3 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Abscheiden von Schichten aus elektrisch isolierendem Material auf ein Substrat durch HF-Zerstäubung, bei dem mit Hilfe einer durch eine hochfrequente Spannung erregten Gasentladung von der Oberfläche eines Targets Material abgetragen und auf einer gegenüberliegenden Oberfläche eines Substrates abgeschieden wird, und wobei die Gasentladung in einem Magnetfeld stattfindet, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß für die Hochfrequenzspannung eine Frequenz von etwa 40 MHz gewählt wird und daß ein Target (6) verwendet wird, dessen Oberfläche mit eng benachbarten Rinnen oder Gruben (11) versehen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Target (6) verwendet wird, bei dem die seitlichen Begrenzungsflächen (16) der in seiner Oberflächen befindlichen Rinnen bzw. Gruben (11) mit der Normalen auf die makro-geometrische Oberfläche (15) des Targets (6) einen Winkel von etwa 300 bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein etwa 6 1/2 mm dickes Target verwendet wird, das mit Rillen versehen ist, deren Tiefetetwa 1 mm und deren Abstand voneinander weniger als 2 mm beträgt.