DE3206413A1 - Verfahren zum herstellen von aus silizium oder aus siliziden hochschmelzender metalle bestehenden schichten unter verwendung einer planar-magnetron-zerstaeubungsanlage - Google Patents
Verfahren zum herstellen von aus silizium oder aus siliziden hochschmelzender metalle bestehenden schichten unter verwendung einer planar-magnetron-zerstaeubungsanlageInfo
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Description
-
- Verfahren zum Herstellen von aus Silizium oder aus Sili-
- ziden hochschmelzender Metalle bestehenden Schichten unter Verwendung einer Planar-Magnetron-Zerstäubungsanlage.
- Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aus Silizium oder aus Siliziden hochschmelzender Metalle bestehenden Schichten, wie sie insbesondere als Gatematerial oder als Leiterbahnmaterial in integrierten MOS-Schaltungen verwendet werden, unter Verwendung einer Planar-Magnetron-Zerstäubungsanlage.
- Siliziumschichten oder Silizidschichten der Art MeSi2, wobei Me eines der Metalle Kobalt, Titan, Molybdän, Tantal oder Wolfram ist, gewinnen zunehmende Bedeutung in der Halbleitertechnologie als Gate-Kontakte und Leiterbahnmaterial. Für die Herstellung dieser Materialien haben sich Abscheidungsprozesse, bei denen eine Simultanzerstäubung von Silizium und dem entsprechenden Metall von getrennten hochreinen Targets erfolgt, bisher am besten bewahrt. Bezüglich dieser Co-Spputter-Prozesse" wird auf S. P. Murarka, Proceedings of the 4th International Symposium on Silicon Materials, Science and Technology, Vol. 81-5, Seiten 551 bis 561 verwiesen.
- Wegen der schlechten elektrischen Leitfähigkeit von reinstem Silizium muß das Material durch Hochfrequenz-Dioden-Zerstäubung abgeschieden werden. Will man Siliziumschichten im apparativ einfacheren Gleichstrom-Dioden-Zerstäubungsverfahren herstellen, so muß man dotiertes Ausgangsmaterial mit höherer elektrischer Leitfähigkeit verwenden. In beiden Fällen ist die Zer- stäubungsrate des Silizium der geschwindigkeitsbestimmende Faktor für die pro Zeiteinheit beschichtete Anzahl an Siliziumkristallscheiben.
- Ein bewährtes Verfahren, um die Silizium-Zsrstäubungsrate für beide Zerstäubungsmethoden zu erhöhen, ist, Magnetron-Targets zu verwenden. Ein planares Magnetron-Target zeichnet sich dadurch aus, daß auf der Rückseite des ebenen Targets Magnete angeordnet sind. Das Magnetfeld wirkt durch das Targetmaterial hindurch in den Rezipienten hinein, so, daß sich die Elektronen im Plasma der Zerstäubungskammer auf Spiralbahnen bewegen. Durch diese Wegverlängerung kann ein Elektron mehr Argon+ -lönen erzeugen, so daß der Ionenstrom und damit die Sputterrate ansteigt (beim Hochfrequenzzestäuben von Silizium z. B. um den Faktor 2), wogegen das Targetpotential bei konstanter Leistung für beide Zerstäubungsverfahren auf Werte zwischen 350 und 900 V absinkt.
- Bei beiden Betriebsarten schlägt sich Silizium bereits nach wenigen Stunden in der Umgebung des Targets als locker gebundener Staub nieder, der dann auf die zu beschichtenden Siliziumkristallscheiben fällt. Auch bei senkrecht stehenden Targets und Kristallscheiben kommt es zu einer Belegung mit Siliziumstaub, da sich die Teilchen im elektrischen Feld aufladen und aus die Kristallscheiben fliegen. Dieser sehr feine Siliziumstaub führt zu Fehlern in den aus der Schicht geätzten Mikro strukturen bzw. zur Zerstörung der noch auf der Oberfläche befindlichen Fotolackmasken. Damit ist eine Abscheidung von brauchbarem Silizium bzw. Metallsilizidschichten mit den in der Halbleitertechnologie verwendeten Planar-Magnetron-Zerstäubungsanlagen nicht möglich.
- Bisher wurde das Problem der Vermeidung der Bildung des Siliziumstaubes so gelöst, daß bei Zerstubungsanlage::i mit planaren Targets auf die erhöhte Zerstäubungsrate durch den Magnetronzusatz verzichtet wurde und das Material durch Hochfrequenz-Dioden-Zerstäuben hergestellt erde. Bei dieser Betriebsart stellt sich wie aus J. Vac.
- Sci. Technol., 16 (1979) Seiten 906 bis 912, insbesondere Seite 907, zu entnehmen ist, bereits bei geringen Leistungen (z. B. 200 W) ein Targetpotential von über -1500 V ein. Das in der Umgebung des Targets abgeschiedene Silizium kondensiert dabei als kompakte, gut haftende Schicht.
- Will man auf die hohe Rate des Magnetrons nicht verzichten, so muß man nicht planare Targets verwenden, wobei die als Substrate dienenden Kristallscheiben oberhalb des Targets angeordnet sein müssen. Eine solche Anordnung wird als S-Gun R bezeichnet und ist ausführlich in J. Vac. Sci. Technol., 17 (1980) Seiten 400 bis 402 beschrieben.
- Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, ein Verfahren anzugeben, durch das auch mit planaren Magnetron-Targets eine hohe Zerstäubungsrate erreicht werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Zerstaubund mit auf die Hälfte seines üblichen Wertes verringerten magnetischen Flusses des Targets durchgeführt wird. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Silizium-Staubbildung mit der Abnahme des Targetpotentials bei Verwendung des Magnetrons in Zusammenhang steht. Verringert man den magnetischen Fluß bei Planar-Magnetron-Targets auf ca. die Hälfte des üblichen Wertes, steigt das Target-Potential um ca. den Faktor 2 an. Dabei sinkt die Zerstäubungsrate wider Erwarten nur um 10 bis <D °S.
- Die Verringerung des magnetischen Flusses kann in einer Weiter bildung des Erfindungsgedankens dadurch erreicht werden, daß man entweder die Anzahl der Permanentmagnete im Magnetronzusatz reduziert, oder schwächere Magnete verwendet, oder über einen Elektromagneten eine entsprechend schwächere Induktion einstellt.
- Mit diesem "reduzierten" Magnetron kann Silizium mit erhöhter Rate bei Targetpotentialen knapp über -1000 V zerstäubt werden, ohne daß störender Siliziumstaub entsteht. Dies gilt sowohl für das Hochfrequenz- als auch für das Gleichstrom-Zerstäuben.
- Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, die üblichen Planar-Magnetron-Zerstäubungsanlagen mit geringem Aufwand für die Abscheidung von Siliziumschichten für integrierte Schaltungen und auch für die Solartechnologie sowie auch für die Herstellung von Silizidschichten für die Halbleitertechnologie umzurüsten.
- Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt.
- In dem von einer Vakuumpumpe (siehe Pfeil 1) evakuierten Rezipienten 2 befindet sich gegenüber dem Target 3 i das Substrat 4. Zwischen der Substratpalette 5 und dem Target 3 ist ein Hochfrequenzgenerator oder eine Gleichspannungsquelle 6 geschaltet mit deren Hilfe ein Argon-Plasma 7 (schraffierter Bereich) erzeugt wird. Die positiven Ar-Ionen werden zum negativ geladenen Target 3 beschleunigt und zerstäuben dessen Oberfläche. Durch das Aufbringen des aus Elektro- oder Permanentmagneten bestehenden Magnetron-Zusatzes 8 auf die Rückseite der ebenen Targetplatte 3 wird die Ar-Ionen-Konzentration erhöht. Bei einer Leistung des HF-Generators 6 von z. B.
- 2 KW sinkt das Targetpotential durch den Magnetronzusatz 8 von ca. 3 KV auf Werte kleiner 1 KV.
- Der bei diesem geringen Targetpotential auftretende Siliziumstaub kann dadurch vermieden werden, daß das Nagnetfeld (siehe gekriLmte Pfeile 9) geschwächt wird, indem z. B. die Zahl der in 8 befindlichen Magnete soweit reduziert wird, bis das Targetpotential 10 Werte geringfügig größer als 1 KV annimmt. Mit dem Bezugszeichen 11 sind die an den Durchführungen des Rezipienten 2 angebrachten Isolationen bezeichnet. Gegenüber dem reinen Hochfrequenzzerstäuben ohne Magnetronzusatz hat dieses Verfahren den Vorteil, daß die Zerstäubungsrate des Siliziums nahezu das Doppelte beträgt und ferner durch das verringerte Targetpotential (z. B. 3 KV reduziert auf 1,2 IfV) keine Strahlenschäden durch hochenergetische Elektronen im Substrat erzeugt werden.
- 5 Patentansprüche 1 Figur
Claims (5)
- Patentansprüche.& Verfahren zum Herstellen von aus Silizium oder aus Siliziden hochschmelzender Metalle bestehenden Schichten, 5 wie sie insbesondere als Gatematerial oder als Leiterbahninaterial in integrierten MOS-Schaltungen verwendet werden, unter Verwendung einer Planar-Nagnetron-Z erstäubungsanlage, dadurch gekennzeichn e t , daß die Zerstäubung mit auf die Hälfte seines 10 üblichen Wertes verringerten magnetischen Flusses (9) des Targets (3) durchgeführt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verringerung des 15 magnetischen Flusses (9) durch Reduzierung der Anzahl der Permanentmagnete im Magnetronzusatz (8) erfolgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Verringerung des 20 magnetischen Flusses (9) durch die Verwendung schwächerer Magnete (8) erfolgt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -K e n n z e i c h n e t , daß die Verringerung des 25 magnetischen Flusses (9) durch Einstellung einer schwächeren Induktion über einen Elektromagneten (s) erfolgt.
- 5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, zwr 30 Vermeidung von Strahlenschäden im Substrat beim Hochfrequenz-Zerstäuben von Silizium.
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