DE2705611A1 - Verfahren zum bedecken einer auf einem substrat befindlichen ersten schicht oder schichtenfolge mit einer weiteren zweiten schicht durch aufsputtern - Google Patents
Verfahren zum bedecken einer auf einem substrat befindlichen ersten schicht oder schichtenfolge mit einer weiteren zweiten schicht durch aufsputternInfo
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Description
27056V1
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München ^- VPA 77 ρ 7 O 1 2 BRD
Verfahren zum Bedecken einer auf einem Substrat befindlichen ersten Schicht oder Schichtenfolge mit einer weiteren zv/eiten
Schicht durch Aufsputtern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedecken einer auf einem Substrat befindlichen ersten Schicht oder Schichtenfolge mit einer
weiteren zweiten Schicht durch Aufsputtern, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist.
In der Halbleitertechnologie werden bei der Herstellung von integrierten
Schaltungen in Einfach- oder Mehrfach-Schichton, die
sich auf einem Halbleitersubstrat befinden, beispielsweise zum
Zwecke der Kontaktierung von Halbleitergebieten, naßch■misch Fenster
eingeätzt, und nachfolgend v/erden auf die so mit einer Struktür versehenen Schicht weitere Schichten, beispielsweise Metallschichten,
als Leiterbahnen abgeschieden. Solche Verfahren werden beispielsweise beim Si-Si-Gateprozeß angewendet, bei dem sich auf
einem Siliziumsubstrat eine Siliziumdioxidschicht, darauf eine polykristalline Siliziumschicht und darauf wiederum eine Siliziumdioxidschicht
abgeschieden wird, und im v/eiteren Verfahren durch diese Mehrfach-Schicht hindurch Kontaktfenster zu dem Siliziunsubstrat
eingeätzt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Ätzrate der einzelnen Schichten entstehen bei der Ätzung solcher
Schichtenfolgen Unterätzungsstrukturen, die bei nachfolgenden Be-Schichtungsprozessen,
bei denen beispielsweise ein so hergestell-
SIz 1 CKa
Π
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tes Kontaktloch mit einer Leiterbahnschicht ausgefüllt und überzogen
wird, zu Schwierigkeiten führen, weil an den Unterätzungen die abgeschiedene Leiterbahnschicht abreißen kann. Derartige Unterätzungen
können auch dadurch zu weiteren Schwierigkeiten führen, daß sich in ihnen Reste des Ätzmittels und damit Verunreinigungen
festsetzen, die aus den sehr kleinen Hohlräumen nicht vollständig entfernt werden können. Derartige Ätzmittelreste können nachfolgend
aufgebrachte Schichten angreifen und zu elektrischen Instabilitäten führen z. B. durch Na+-Ionen und damit insbesondere bei
integrierten Schaltungen zum Ausfall einzelner Bauelemente fähren. Wünschenswert sind daher geätzte Strukturen ohne solche Unterätzungen
mit einem Böschungswinkel von etwa 45 ·
Nach einem bekannten Verfahren können die überhängenden Kanten an solchen Unterätzungen in Kauf genommen werden, wenn durch eine
nachfolgende "flow glass'LBeschichtung die Unterätzung abgedeckt
werden kann. Bei einer solchen "flow glass"-Beschichtung wird vor
dem Einätzen der Strukturen eine Glasschicht, beispielsweise eine Phosphorglas-Schicht, abgeschieden. Die Glasschicht wird beim
Ätzen stärker angegriffen als die darunterliegende SiC^-Schicht.
Dies führt zu schrägem Verlauf der SiOp-Strukturen ohne störende Unterätzung. Nach dem Ätzen der Strukturen, beispielsweise der
Kontaktlöcher, wird mit Hilfe einer Wärmebehandlung die Phosphorglas-Schicht zum Schmelzen und Fließen gebracht, wodurch die Kanten
der Ätzstrukturen verwendet werden. Der Nachteil dieser Technik besteht jedoch darin, daß bei Strukturen mit sehr kleinen
Abmessungen, beispielsweise bei der Herstellung von Kontakten und Leiterbahnen mit 2,5/um Breite und einem gegenseitigen Abstand
in dieser Größenordnung eine ausreichende Kantenbedeckung nicht mehr gewährleistet ist. Wünschenswert ist ein Verfahren,
bei dem gleichzeitig mit dem Aufbringen der weiteren Schicht, beispielsweise der Leiterbahnen bzw. Kontaktmetallschichten, die
beim naßchemischen Ätzen unvermeidlichen Unterätzungsstrukturen
aufgefüllt werden oder aber die überhängenden Flanken solcher Unterätzungsstrukturen abgetragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren zum Bedecken
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'*- 77P70 12BRD
einer auf einem Substrat befindlichen ersten Schicht oder Schichtenfolge
mit einer weiteren zweiten Schicht Maßnahmen anzugeben, mit denen ein Auffüllen von Unterätzungen oder ein Abtragen bzw.
Abschrägen der überhängenden Flanken solcher Unterätzungen erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebenen Verfahren gelöst, das erfindungsgemäß nach der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Weise
ausgestaltet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beruht darauf, daß beim Aufbringen einer Schicht auf ein Substrat mittels einer Hochfrequenz (RF)-Sputterquelle
durch Anlegen einer Substratvorspannung an das Substrat eine Reemission der aufgesputterten Teilchen erreicht werden kann.
(IEM J. Res. Develop 1970, 172-175, 176-181). Da diese Reemission
in alle Raumrichtungen von der Oberfläche des Substrates hin erfolgt, gelingt es auf diese V/eise, auch unter einer überhängenden
Kante einer Unterätzungsstruktur Material abzulagern. Je
Ό größer die Substratvorspannung bei einem solchen RF-Sputtervorgang
ist, umso mehr Material wird von der Substratoberfläche zurückgestäubt. Das Anlegen einer Substratvorspannung bewirkt jedoch
außer der Reemission des aufgesputterten Materials eine Abtragung und damit eine AbschrMgung der überhängenden Flanken der
Unterätzungsstruktur. Untersuchungen, die im Zusammenhang mit der Erfindung vergenommen wurden, haben beispielsweise ergeben, daß
bei einer Target-Spannung der Sputterquelle von 1500 Volt und einer Substratvorspannung von 350 Volt eine in einer Polysiliziumschicht
befindliche Ätzstruktur mit einem Kantenwinkel von etwa 70 auf einen Kantenwinkel von etwa 20° abgeschrägt wird.
Sofern ein solcher Kantenwinkel für die vorgesehene Leiterbahnstruktur zu gering ist, kann gemäß der in dem Unteranspruch 1
angegebenen Weise ein vorgegebener Kantenwinkel dadurch eingestellt werden, daß zunächst mit Sputterbedingungen gearbeitet
wird, bei. denen eine hohe Reemission auftritt. Während des Auf-
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sputterns wird sodann die Substratvorspannung so geändert, daß die Reemission und damit die Kantenabsehrägung an den geätzten
Strukturen geringer ist. Da in diesem Fall aber immer noch eine Reemission auftritt, erhält man eine gute Kantenbedeckung der
Ränder der eingeätzten Struktur.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Aufsputtern
nur solange durchgeführt, bis die Unterätzungen der eingeätzten Strukturen ausgefüllt sind. Sodann wird mit einem
weiteren Verfahren, beispielsweise mit Hilfe eines CVD-Abscheideverfahrens
oder mit SiOp-Sputtern geringerer Substratvorspannung, bei der kein nennenswerter Abtrag der zu besputternden
Flanke erfolgt und gleichzeitig gute Kantenbedeckung erzielt wird (z.B. bei 10-12 % der Targetspannung), weiteres Material
abgeschieden. Anstelle eines solchen CVD-Abscheideverfahrens kann beispielsweise zur Abscheidung von SiOp auf eine Polysiliziumschicht
auch eine thermische Oxidation verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispielen beschrieben und näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Ätzstruktur in einer Schichtenfolge
aus einer Siliziumdioxidschicht, einer polykristallinen Siliziumschicht und einer weiteren Siliziumdioxidschicht
auf einem Siliziumsubstrat, das mit einer naßchemischen Ätzung mit einer Ätzstruktur versehen ist,
wobei diese Ätzstruktur Unterätzungen aufweist.
Fig. 2 zeigen schematisch, wie mit Hilfe des erfindungsgemäßen und 3 Verfahrens die Unterätzungen aufgefüllt und die überhängenden
Flanken der Unterätzungsstrukturen abgetragen bzw. abgeschrägt werden.
Fig. 4 zeigt schematisch die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendete Apparatur.
Als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wird das Aufbringen
einer Siliziumdioxidschicht auf eine mit einer Ätzstruktur versehene Mehrfach-Schicht dargestellt, wobei diese Mehrfach-Schicht
aus einer Siliziumdioxidschicht 2, einer Polysiliziumschicht 3 und einer weiteren Siliziumdioxidschicht 4 besteht,
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die sich auf einem Siliziumsubstrat 1 befinden. An das Substrat wird eine Vorspannung angelegt, die beispielsweise 24 % der Target-Spannung
der Sputterquelle beträgt. Dabei scheidet sich auf der Substratoberfläche eine SiOp-Schicht 12 ab, die die an der
Polysiliziumschicht vorliegende Unterätzung 20 der SiOp-Schicht vollständig ausfüllt. Bei diesem Aufsputtern der SiO2~Schicht 12
wird gleichzeitig die Polysiliziumschicht 3 an ihren Kanten abgeschrägt, so daß sich gegenüber des ursprünglichen, in der Fig.
3 gestrichelt dargestellten Kantenverlaufs 13 ein anderer, neuer
Kantenverlauf 130 dieser Polysiliziumschicht ausbildet. Da die Reemission der aufgesputterten SiOp-Teilchen bei einer Substratvorspannung
von etwa 24 % relativ groß ist, nimmt die auf der Polysiliziumschicht 3 befindliche SiOp-Schicht 4 in ihrer Dicke
kaum zu. Aufgrund der hohen Reemissionsrate wird aber die überhängende
Struktur 14 dieser SiOp-Schicht 4 abgetragen. Im weiteren Verfahren wird sodann die Substratvorspannung von 24 % beispielsweise
auf die Hälfte, also auf 12 %, abgesenkt. In diesem Fall sinkt die Reemissionsrate für die aufzusputternden SiO2-Teilchen
ebenfalls, so daß sich eine Schicht 120 aus SiO2 abscheidet,
deren Kantenverlauf durch die Linie 122 angedeutet ist. Diese Schicht 120 weist gegenüber dem früher benutzten Verfahren
keine Hohlräume auf, in denen sich Verunreinigungen befinden könnten. Anstelle einer SiOp-Schicht 12 kann natürlich auch eine
Leiterbahn oder eine polykristalline Schicht in der beschriebenen
2.5 Weise abgeschieden werden.
Fig. 3 zeigt schematisch, wie auf eine Struktur aus einem Siliziumsubstrat,
einer Siliziumdioxidschicht 2, einer polykristallinen Siliziumschicht 3 zunächst eine SiOp-Schicht 120 durch
Aufsputtern abgeschieden wird, und sodann auf diese SiOp-Schicht
120 eine weitere polykristalline Siliziumschicht 15 abgeschieden wird. Das Abscheiden der SiOp-Schicht erfolgt zunächst durch Aufsputtern
unter gleichzeitigem Anlegen einer Vorspannung an das Substrat. Dabei wird die Unterätzung 20 vollständig ausgefüllt
und gleichzeitig die Schicht aus polykristallinem Silizium 3 mit einer flacher verlaufenden Flanke 103 versehen. Nachdem dies ge-
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schehen ist, wird das mit der Schichtstruktur versehene Substrat einer Wärmebehandlung in einer Op-Atmosphäre ausgesetzt, so daß
sich der Randbereich der polykristallinen Siliziumschicht, der nach dem Aufsputtern des Siliziumdioxids noch nicht mit SiO2 bedeckt
worden ist, durch diesen thermischen Prozeß in eine SiO2-Schicht
121 verwandelt. Nachdem dies geschehen ist, wird mit Hilfe eines CVD-Verfahrens polykristallines Silizium als Schicht
15 auf der Siliziumdioxidschicht 120 bzw. 121 abgeschieden. Auch in diesem Falle erhält man eine Struktur, die frei von Hohlräumen
im Gebiet der Unterätzungen ist.
Die Figur 4 zeigt schematisch die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendete Apparatur. Sie besteht aus einem evakuierbaren Gefäß 41, das mit zwei Hochfrequenz-Stromdurchführungen
42 und 43 versehen ist. Im Inneren des evakuierbaren Gefäßes 41 befindet sich ein Substrathalter 44, auf dem
sich die Substratscheiben 45 befinden. Über dem Substrathalter ist das Target, beispielsweise ein SiO2~Target 46 angeordnet.
Dieses Target ist an einem Targethalter 47 befestigt. Der Substrathalter 44 ist über eine Hochfrequenzleitung 48, die über
die Hochfrequenz-Isolierdurchführung 42 ins Innere des Gefäßes 41 geführt ist, an einen Hochfrequenzgenerator 50 angeschlossen.
Zwischen dem Ausgang des Hochfrequenzgenerators 50 und dem Substrathalter 44 ist ein Abstimmnetzwerk 49 und ein Koppelkondensator
51 geschaltet. Der Targethalter 47 ist ebenfalls über eine Hochfrequenzleitung, die durch die Isolierdurchführung 43 durch
die Wandung des Gefäßes 41 durchgeführt ist, mit dem Hochfrequenzgenerator 50 verbunden. Zwischen dem Targethalter 47 und dem
Hochfrequenzgenerator 50 ist ein weiteres Abstimmnetzwerk 52 geschaltet. Die Zuleitungen der Hochfrequenzspannung zu dem Koppelkondensator
51 oder auch zu dem Abstimmnetzwerk 52 erfolgt über ein Koaxialkabel, beispielsweise über ein 5OH Kabel. Die Massenseite
des Hochfrequenzgenerators und das Gefäß 41 sind auf die gleiche Erdleitung 60 gelegt. Der Betrieb der Anordnung erfolgt
in der Weise, daß über eine Pumpenleitung 54 das Gefäß 41 ausgepumpt wird und daß sodann über einen Glaseinlaß 53 beispielsweise
R09833/0 157
-J- 77 P 7 0 1 2 BRO
Argon mit einem Druck zwischen 3,0 und 3» 5 . 10~" Tcrr eingelassen
v/ird. An das Target wird eine HF-^panrung von etwa 1500 V
gelegt. Zur Einstellung und Abstimmung der Spannung wird dabei das Abstimmnetzwerk 52 verwendet. Das Abfrtininnetzwerk ^9 v/ird so
eingeregelt, daß an dem Substrathalter eine Spannung liegt, die
zwischen 10 und 30 % der Targetspannung beträgt. Die Messung der Targetspannung und der Substratspannung erfolgt mit Hilfe von
zwei Voltmetern 62 und 63, die jeweils über eine Hcchfrecuenz-Drossel
6A bzw. 65 mit der Substratzuleitur.g ^S bzw. der HF-Zuleitung
59 des Targets verbunden sind. Die ander;- Seite der
Voltmeter ist an die Masseleitung 60 angerch! os;/<"n.
809833/0157
L e e rs e it
Claims (4)
- PatentansprücheVerfahren zum Bedecken einer auf einem Substrat befindlichen ersten Schicht oder Schichtenfolge mit einer weiteren zweiten Schicht durch Aufsputtern von Material aus einer Hochfrequenz-Sputterquelle, wobei die erste Schicht oder Schichtenfolge mit einer Unterätzungen aufweisenden Ätzstruktur versehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß zum Auffüllen und/ oder Abschrägen der Unterätzungen während des Aufsputterns an das Substrat 1 eine Vorspannung angelegt wird, die zwischen einem Zehntel und einem Drittel der an die Sputterquelle angelegten Targetspannung beträgt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Substrat zunächst eine Vorspannung gelegt wird, bei der die Reemissionsrate für das aufgesputterte Material relativ groß ist, und daß während des Aufsputterns die Vorspannung so verändert wird, daß die Reemissionsrate für das aufgesputterte Material absinkt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufsputtern eine weitere Schicht 15 mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufsputtern eine weitere Schicht 120 durch thermische Oxidation abgeschieden wird.809833/0157ORIGINAL INSPECTED
Priority Applications (8)
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