DE69031854T2 - Methode und Vorrichtung zur Ablagerung einer isolierten Schicht - Google Patents
Methode und Vorrichtung zur Ablagerung einer isolierten SchichtInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft die Ablagerung dielektrischer Filme oder Schichten auf Halbleiterscheiben bei der Herstellung integrierter Halbleiter-Schaltungsbauelemente.
- Bei der Herstellung integrierter Halbleiter- Schaltungsbauelemente werden mehrere verschiedene Materialschichten nacheinander auf einem Substrat ausgebildet und verarbeitet, das typischerweise eine Scheibe mit einem Durchmesser von einigen Zoll ist. Schichtmaterialien sind unter anderen Leiter-, Halbleiter- und dielektrische Materialien, wobei unter den letzteren besonders diejenigen bekannt sind, die ein Siliziumoxid, wie zum Beispiel Siliziumdioxid oder ein Borsilikat-, Phosphosilikat- oder Borphosphosilikatglas umfassen. Solche dielektrischen Schichten können zum Beispiel als Passivierungsschichten, als elektrisch isolierende Schichten zwischen leitenden Schichten oder zur Begrenzung der Wanderung von Dotierungssubstanzen bei der Schichtverarbeitung als Deckschichten auf dotierten Halbleiterschichten miteingeschlossen werden.
- Höchst wirksam für die Bildung von Siliziumoxidschichten ist ein Plasma-Ablagerungsverfahren, bei dem Tetraethylorthosilikat (TEOS, Tetraethoxysilan) als ein Reaktant mit Sauerstoff verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine Halbleiterscheibe auf einem Haltetisch in einer Plasma- Ablagerungsvorrichtung plaziert, ein Gasfluß mit TEOS und Sauerstoff erzeugt, und zwischen Elektroden auf beiden Seiten der Scheibe eine geeignete Hochfrequenzspannung angelegt. Zweckmäßigerweise dient der Haltetisch außerdem als Elektrode, wobei eine gelochte Gaseinlaßplatte weiterhin als gegenüberliegende Elektrode wirkt.
- Zu den Desiderata bezüglich abgelagerter dielektrischer Schichten gehören eine hohe Dichte und Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung, sowie Gleichmäßigkeit der Dicke. Die letztere ist besonders dann wichtig, wenn zur Herstellung elektrischer Verbindungen durch Fenster oder Kontaktlöcher hindurch eine zeitgesteuerte Ätzung verwendet wird, um quer durch die Dicke einer abgelagerten Schicht verlaufende lokalisierte Öffnungen auszubilden.
- Die EP-A-0 367 004 offenbart die Siliziumdioxidablagerung auf einer Scheibe durch plasmagestützte chemische Dampfabscheidung in einer hermetisch verschlossenen Kammer.
- In Patent Abstracts of Japan, Band 8, Nr. 15 (c-206) 1452, 21.1.84 und in JP-A-58 181 865 (Citizen Tokei K.K.), 24.10.1983 wird die Bildung von SiO&sub2;- Dünnschichten in Reaktionskammern von Plasma-CVD Geräten offenbart.
- Die US A-4 681 653 offenbart ein Ablagerungsgerät, in dem Reaktantengase durch einen Plasmareaktor strömen, um Siliziumdioxid zu bilden.
- In Journal of the Electrochemical Society, Band 131, Nr. 8, August 1984, Seiten 1865-1870, wird eine Vorrichtung zur Ablagerung eines Siliziumdioxidfilms und von Phosphosilikatglasfilmen durch Plasmaaktivierung offenbart.
- In Patent Abstract of Japan, Band 3, Nr. 109 (E-66) (781), 15.7.1981, und in der JP-A-56 048 139 (Hitachi Seisakusho K.K.), 28.9.1979 wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas offenbart, die außerdem ein Halteglied umfaßt, das einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Gaseinlaßelements aufweist und die Form einer gelochten Platte besitzt. Eine Scheibe wird in einem Heizer plaziert, der einen größeren Durchmesser als die Scheibe aufweist.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 oder eine Vorrichtung nach Anspruch 9 bereitgestellt.
- Durch ein Plasma-Ablagerungsverfahren werden dielektrische Schichten erzeugt, die ein Siliziumoxid umfassen und eine im wesentlichen über eine Scheibe konstante Dicke aufweisen; bei der bevorzugten Verarbeitung wird eine Scheibe auf einer Oberfläche getragen, die sich wesentlich über den Rand der Scheibe hinaus erstreckt. Die sich ergebenden Schichten können durch lokalisiertes Ätzen von Fenstern oder Kontaktlöchern weiterverarbeitet werden, wobei bei der Verwendung von zeitgesteuertem Ätzen eine gleichmäßige Schichtdicke besonders nützlich ist, um die Gleichmäßigkeit von geätzten Öffungen sicherzustellen.
- FIG. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Plasma-Ablagerungsvorrichtung, die bei der gemäß dem Stand der Technik erfolgenden Verarbeitung verwendet wird; und
- FIG. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer beispielhaften Plasma- Ablagerungsvorrichtung, die bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Verarbeitung verwendet wird.
- FIG. 1 und 2 zeigen die Trägerhalterung 11, den Scheibenträger 12 mit einem Keramikteil 121 und einem eloxierten Aluminiumteil 122 als Prozeß-Grundplatte, die gehaltene Siliziumscheibe 13, das Ablagerungsplasma 14, das Gaseinlaßglied in Form einer Platte 15, den Reaktantengasstrom 16 und die Hochfrequenz- Energiequelle 16. Der Ablagerungsoberfläche der Scheibe 13 wird über den Scheibenträger 12 Wärmestrahlung 17 zugeführt. Der Träger 12 ist von der Richtung des Gasflusses aus gesehen annähernd kreisförmig; ein solcher Träger kann auch als lyheizeriv bezeichnet werden (der typischerweise von unten zugeführte Wärmestrahlung 17 aufnimmt). Zu zusätzlichen Merkmalen einer Plasma- Ablagerungsvorrichtung gehören ein hermetisches Verschlußgehäuse sowie Lade-, Evakuierungs- und Heizmittel, wobei die letzeren typischerweise in Form von Heizlampen vorkommen.
- Die in FIG. 2 gezeigte bevorzugte Anordnung unterscheidet sich von der Anordnung des Standes der Technik in FIG. 1 dadurch, daß das Scheibenhalteglied einen größeren Durchmesser als die Scheibe und somit einen größeren Durchmesser als das Gaseinlaßglied in Form der Platte 15 aufweist. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Trägers für standardmäßige Scheiben mit einem Durchmesser im Bereich von 10,16 cm bis zu 20,32 cm (4 bis 8 Zoll) um mindestens 1,27 cm (0,5 Zoll) und vorzugsweise um mindestens 2,54 cm (1 Zoll) größer als der Scheibendurchmesser. Andererseits führen sehr viel größere Durchmesser zu keiner wesentlichen weiteren Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke, so daß im Interesse der Minimierung der Menge unproduktiver Ablagerungen auf dem Heizer der Trägerdurchmesser vorzugsweise um nicht mehr als 5,08 cm (2 Zoll) größer als der Scheibendurchmesser sein sollte. Da eine Scheibe für die Plasma- Ablagerungsverarbeitung vorzugsweise weitgehend zentriert wird, dementsprechend erstreckt sich ein bevorzugter Scheibenträger von 0,635 cm bis zu 2,54 cm (0,25 bis 1 Zoll) über den Rand der Scheibe hinaus.
- Die in Frage kommenden dielektrischen Schichten umfassen ein Siliziumoxid, SiOx, X ≤ 2, in einer bevorzugten Menge von mindestens 50 Mol- Prozent. Genauer gesagt können solche Reaktantengase für die Ablagerung TEOS und Sauerstoff und auch wahlweise Vorläufergase für das Miteinschließen weiterer Schichtbestandteile wie zum Beispiel Bor und/oder Phosphor umfassen, je nachdem, wie es bei der Ablagerung glasartiger Schichten gewünscht ist. Zum Beispiel kann für Bor Trimethylborat (TMB) und für Phosphor Trimethylphosphit (TMP) verwendet werden. Weiterhin ist die Verwendung anderer Siliziumoxid- Vorläufer als TEOS nicht ausgeschlossen; mögliche geeignete Vorläufer sind in diesem Zusammenhang zum Beispiel Diacetoxyditeriärbutoxysilan (DADBS), Diacetoxy-diisopropoxysilan (DADIS) und Tritertiärbutoxy-ethoxysilan (TBES) Ein Hauptvorteil der Erfindung, nämlich die verglichen mit der gemäß dem Stand der Technik erfolgenden Verarbeitung gleichmäßigere Schichtdicke, kann auf einen oder mehrere Faktoren zurückgeführt werden, darunter eine regelmäßigere Temperaturverteilung über die Scheibe hinweg, die sich auf die über den Scheibenrand hinaus bestehende zusätzliche Heizermasse und auf den damit verbundenen verringerten Wärmeverlust am Scheibenrand zurückführen läßt. Außerdem kann der bevorzugte Träger mit größerem Durchmesser zu einem gleichmäßigeren und radial über die Scheibe hinweg weniger turbulenten Strömungsmuster, zu einer verlängerten Gas-Verweilzeit und zu einem etwas erweiterten Plasmabereich führen, was über die Scheibe hinweg gleichmäßigere Ablagerungsbedingungen erzeugt.
- Als Folge der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke werden erfindungsgemäß hergestellte Schichten, insbesondere dann bevorzugt, wenn bei der nachfolgenden Verarbeitung quer durch die Dicke einer Schicht hindurch ein zeitgesteuertes Ätzen stattfindet, so wie es zum Beispiel bei der Bildung von elektrischen Kontaktfenstern oder von Kontaktlöchern geschieht. (Es ist in der Technik wohlbekannt, daß ein solches Ätzen bei Anwesenheit einer fotolithografisch strukturierten Maskenschicht auf der dielektrischen Schicht erfolgt.) Allgemeiner macht die Erfindung einen Planarisierungsschritt weniger erforderlich oder überflüssig, wenn die nachfolgende Verarbeitung von der Gleichmäßigkeit und Ebenheit der Oberfläche profitiert.
- Das bevorzugte Verfahren wird als relativ unempfindlich gegenüber Änderungen des Durchmessers des Reaktantenflusses angesehen, der im wesentlichen durch die Größe des Gaseinlaßelements bestimmt wird, und die bevorzugte Verwendung eines größeren Heizers erfordert kein Auswechseln eines solchen Elements. Tatsächlich ermöglicht die besonders bevorzugte Verwendung eines Heizers mit größerem Durchmesser in Kombination mit einem standardmäßigen Gaseinlaß ("Duschkopf") eine verglichen mit der gemäß dem Stand der Technik erfolgenden Verarbeitung im wesentlichen unveränderte Verwendung anderer Verarbeitungsparametereinstellungen und ermöglich somit die Realisierung einer bevorzugten, gleichmäßigeren Schichtdicke ohne weitreichende Veränderungen des Prozesses und ohne Umkalibrierung.
- Auf separaten 12,7-cm-(5 Zoll-)Substraten wurden jeweils durch gemäß dem Stand der Technik erfolgende Verarbeitung und durch beispielhafte erfindungsgemäße Verarbeitung Siliziumoxidschichten über strukturierten Schichten aus einem "Metall 1" abgelagert. Bei der gemäß dem Stand der Technik erfolgenden Verarbeitung wurde eine als AMI-5000 bekannte und von der Firma Applied Materials hergestellte handelsübliche Plasma-Ablagerungsvorrichtung eingesetzt, die eine Anordung umfaßt, die der schematisch in FIG. 1 dargestellten entspricht, wobei der Plasmafluß annähernd senkrecht zur Scheibe gerichtet ist. Der Reaktantenfluß bestand im wesentlichen aus mit Helium als Träger mitgeführtem Gas TEOS, zusammen mit Sauerstoff. Zur Messung der Schichtdicke über die Scheibe hinweg wurde eine Prometrix-Vorrichtung verwendet, und es wurde zwischen einem Mimimum in der Scheibenmitte und einem Maximum, das in einem radialen Abstand von ungefähr 5,08 cm (2 Zoll) von der Scheibenmitte festgestellt wurde, eine 1- Sigma-Streuung von ungefähr 2,5 Prozent festgestellt.
- Nachdem der ursprüngliche 12,7-cm-(5 Zoll-)Heizer durch einen 15,24-cm-(6 Zoll-)Heizer (nämlich ein als "Heizer, Nitrid, 125 mm, Teile-Nr. 0010-09134" bezeichnetes Bauteil) ersetzt worden war, ohne jedoch andere Ablagerungsparameter, wie zum Beispiel Flußzusammensetzung, Flußgeschwindigkeit, Flußdurchmesser, Kammerdruck, Heizertemperatur, HF-Energie und Dauer des Ablagerungsvorgangs, verändert wurden, so daß der Scheibenträger 12 einen Durchmesser aufweist, der größer als das Gaseinlaßglied in Form der Platte 15 ist, wurde eine Siliziumoxidschicht mit einer 1-Sigma- Streuung von über die Scheibe hinweg nicht mehr als ungefähr 0,5 Prozent erzielt.
Claims (12)
1. Verfahren zum Ablagern einer Schicht aus
Siliziumoxidmaterial auf einer Halbleiterscheibe bei
der Herstellung von Bauelementen von integrierten
Schaltungen, bei dem:
eine erste Oberfläche der besagten Scheibe
einem Plasma in einem Reaktantenfluß ausgesetzt wird,
wobei der besagte Fluß in einer im wesentlichen zu der
besagten ersten Oberfläche senkrechten Richtung durch
ein gelochtes Gaseinlaßglied an der besagten ersten
Oberfläche geleitet wird, wobei das besagte gelochte
Gaseinlaßglied einen Durchmesser aufweist; und
die besagte Scheibe im wesentlichen
konzentrisch auf einem Halteglied plaziert wird, das
eine zweite Oberfläche aufweist, die sich wesentlich
über den Rand der besagten ersten Oberfläche hinaus
erstreckt, und
dadurch gekennzeichnet, daß das besagte
Halteglied einen Durchmesser aufweist, der größer als
der besagte Durchmesser des besagten Gaseinlaßgliedes
ist, wodurch eine derartige Verarbeitungsumgebung
eingerichtet wird, daß radiale Schwankungen der Dicke
der besagten Schicht verringert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich die
besagte zweite Oberfläche um nicht mehr als 2,54 cm (1
Zoll) über den Rand der ersten Oberfläche hinaus
erstreckt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der besagte,
auf die besagte Oberfläche gerichtete Fluß einen
Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser
der besagten Scheibe oder gleich dem Durchmesser der
besagten Scheibe ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das besagte
Halteglied durch Bestrahlung erhitzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin einen
Schritt des zeitgesteuerten Ätzens von Öffnungen in der
besagten Schicht umfaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der besagte
Fluß Sauerstoff und Tetraethylorthosilikat umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das besagte
Siliziumoxidmaterial mindestens 50 Mol-Prozent eines
Siliziumoxids umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das besagte
Siliziumoxidmaterial ein Borsilikatglas, ein
Phosphorsilikatglas oder ein Borphosphorsilikatglas
umfaßt.
9. Vorrichtung für die Ablagerung von
Siliziumoxidmaterial auf einer Halbleiterscheibe, die
in einer evakuierbaren Kammer (i) ein Halteglied zum
Halten der besagten Scheibe, (ii) ein Gaseinlaßglied in
einer dem besagten Halteglied zugewandten Position und
mit einem Mittelpunkt, der mindestens annähernd zum
Mittelpunkt des besagten Haltegliedes ausgerichtet ist,
und (iii) ein Mittel, um einem Bereich zwischen dem
besagten Halteglied und dem besagten Gaseinlaßglied
Hochfrequenzenergie zuzuführen, umfaßt.
dadurch gekennzeichnet, daß das besagte
Halteglied einen Durchmesser aufweist, der größer als
der Durchmesser des besagten Gaseinlaßelements ist und
das besagte Halteglied einen Durchmesser aufweist, der
größer als der Durchmesser der besagten Scheibe ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das
besagte Gaseinlaßglied eine gelochte Platte umfaßt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der
das besagte Halteglied einen Durchmesser aufweist, der
den Durchmesser des besagten Gaseinlaßgliedes um nicht
mehr als 5,08 cm (2 Zoll) übersteigt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das
besagte Gaseinlaßglied einen Durchmesser von ungefähr
12,7 cm (5 Zoll) aufweist, und das besagte Halteglied
einen Durchmesser von ungefähr 15,24 cm (6 Zoll)
aufweist.
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