DE69129885T2

DE69129885T2 - Verfahren zur Ablagerung von Silicium-Dioxid

Info

Publication number: DE69129885T2
Application number: DE69129885T
Authority: DE
Inventors: Leonard J. Orlando Florida 32869 Olmer
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2011-09-12
Also published as: US5089442A; EP0478174A3; EP0478174A2; DE69129885D1; JPH07101688B2; EP0478174B1; SG43945A1; JPH04234121A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Ablagerung von Siliziumdioxid und insbesondere Verfahren zur Ablagerung von Siliziumdioxid über Leitern einer integrierten Schaltung mit relativ großem Geometrieverhältnis.

Stand der Technik

Die Technik der integrierten Schaltungen war bisher durch eine fortwährende Zunahme der Dichte&sub1; mit der Bauelemente in einem Silizium-Halbleiterchip oder -substrat ausgebildet werden können, gekennzeichnet. Die Verbindung solcher hochintegrierter Bauelemente erfordert die Ausbildung von Leitern auf der Chipoberfläche, die extrem klein sind und dicht beieinander liegen, und leitfähige Strukturen, die sich überlappen, oder, in der Fachsprache ausgedrückt, auf verschiedenen Leiterniveaus vertikal beabstandet sind. Die Verwendung von zwei oder mehr Niveaus von Leitern erfordert eine Ablagerung einer verläßlichen Isolation, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, auf dem untersten oder ersten Niveau von Leitern, so daß das darüberliegende obere Niveau bzw. das zweite Niveau ohne Gefahr von versehentlichen Kurzschlüssen oder anderen leitfähigen Anomalien hergestellt werden kann.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Ablagerung von Siliziumdioxid ist als plasmaverstärkte chemische Aufdampfung (PECVD - plasma enhanced chemical vapor deposition) bekannt, bei der ein hochfreauentes Plasma einen Siliziumbestandteil und einen Sauerstoffbestandteil enthält. Durch das Plasma wird Energie zur Verstärkung der für die Ausbildung von Siliziumdioxid bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des ersten Niveaus von Leitern, über dem die Ablagerung erfolgt, erforderlichen Reaktion bereitgestellt. Es sollte beachtet werden, daß auch andere Oxide, wie zum Beispiel Siliziummonoxid, durch diesen Prozeß abgelagert werden können. Das vorherrschende abgelagerte Material ist aber Siliziumdioxid, und dieser Ausdruck soll hier verwendet werden. Außerdem erfolgt die Ablagerung auf einem "Substrat", das ein Teil des Halbleiters, der Metalleiter oder von bereits abgelagertem oder aufgewachsenem Siliziumdioxid sein kann.
Mit zunehmender Schaltungsdichte nimmt das Verhältnis der Höhe benachbarter Leiter zu ihrem Trennungsabstand, das als das Geometrieverhältnis der Struktur bekannt ist, ebenfalls zu. Wenn die Dicke des abgelagerten Siliziumdioxids größer als die Hälfte des Abstands zwischen benachbarten Leitern ist, dann ist wahrscheinlich, daß sich das auf benachbarten vertikalen Wänden benachbarter Leiter abgelagerte Siliziumdioxid trifft und eine Diskontinuität in dem abgelagerten Siliziumdioxid verursacht. Wenn die Abdeckung der oberen Ecke etwas größer als die Abdeckung des Rests der vertikalen Seitenwände ist, dann können sich die Ecken zuerst treffen und somit in dem abgelagerten Siliziumdioxid zwischen benachbarten Leitern eine Lücke erzeugen. Dieses Problem wird mit zunehmendem Geometrieverhältnis dringlicher.
Eine Lösung des Problems ist die Verwendung von Elektronen-Zyklotronresonanz (ECR), so wie es zum Beispiel in der Arbeit "SiO&sub2; Planarization Technology with Biasing and Electron Cyclotron Resonance Plasma Deposition for Submicron Interconnections", Katsuyuki Machida et al., Journal of Vacuum Science Technology B4 (4), Juli/August 1986, Seiten 818-821, beschrieben wird. In einer mit der Ablagerungskammer verbundenen Kammer baut die Kombination aus einer angelegten Mikrowellenfrequenz und einem Magnetfeld eine Zyklotronresonanz von Ionen auf, die in die Ablagerungskammer geleitet werden und bewirken, daß sich Siliziumdioxid ablagert. Eine zusätzliche Wafer- HF-Vorspannung in der Ablagerungskammer bewirkt, daß sich das Siliziumdioxid sputterätzt, was zu der Ablagerung unter verschiedenen Winkeln auf dem Substrat führt, um so das Problem durch das Verschmelzen vertikaler Wände verursachter Lücken zu vermindern. Ein Problem bei diesem Ansatz ist, daß er die Entwicklung neuer Geräte erfordert, daß es schwerer ist, die für die Chipherstellung erforderlichen Standards der Ultrareinheit aufrechtzuerhalten, und daß die Notwendigkeit von Mikrowellen und einer separaten ECR- Kammer die Kosten der Geräte für die Herstellung verkomplizieren und erhöhen.
Die Arbeit "Sidewall-Tapered Oxide by Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition", G.C. Smith et al., Journal of Electrochemical Society: Solid-State Science and Technology, Band 132, Nr. 11, November 1985, Seiten 2721-2725, beschreibt einen weiteren Ansatz, bei dem gleichzeitig mit einer Siliziumdioxidablagerung Sputtern herbeigeführt wird. Dies führt zu V-förmigen Seitenwänden des abgelagerten Siliziumdioxids, anstelle von vertikalen Seitenwänden, die verschmelzen und dadurch Lücken erzeugen. Ein Problem bei diesem Ansatz ist die relativ lange Zeitdauer, die zur Ablagerung einer nutzbaren Schicht aus Siliziumdioxid über einer Leiterstruktur mit relativ großem Geometrieverhältnis erforderlich ist.
Es besteht deshalb ein fortwährender Bedarf in der Industrie für ein Verfahren zur Ablagerung verläßlicher Schichten aus Siliziumdioxid über Leiterstrukturen mit relativ großem Geometrieverhältnis auf eine Weise, die für die Massenproduktion geeignet ist, Reinlichkeitsanforderungen entspricht und die Herstellungskosten nicht sehr vergrößert.
Die EP-A-173 583 beschreibt eine Gasplasmaentladungsvorrichtung zur Verwendung bei der Ablagerung von Siliziumdioxid in einem Filmablagerungsprozeß und beschreibt außerdem die Verwendung eines Magnetfelds zur Unterstützung des Prozesses. Das Magnetfeld erhöht die Siliziumdioxid- Ablagerungsgeschwindkeit.
Die WO-A-85 04 623 beschreibt ebenfalls ein Siliziumdioxidablagerungssystem, bei dem eine erste Schicht Siliziumdioxid abgelagert wird. Die obere Oberfläche dieser Schicht wird geätzt, um Unregelmäßigkeiten zu vermindern; danach wird über der ersten Schicht eine zweite Schicht Siliziumdioxid abgelagert.
In Thin solid Films, Band 181, Nr. 1, (12- 1989), Seiten 75 bis 84, wird das Problem von in einer abgelagerten Siliziumdioxidschicht angetroffenen Lücken und Brüchen besprochen. Es wird vorgeschlagen, das Problem durch einen dreistufigen Prozeß zu lösen, bei dem abgelagert, geätzt und weiter abgelagert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Im Handel sind Geräte zum Sputterätzen eines Wafers in einer Kammer mit nachfolgender Überführung in eine weitere Kammer zur Siliziumdioxidablagerung erhältlich. Der Verfasser hat festgestellt, daß solche Geräte mit praktischen Modifikationen zweckmäßigerweise zum Ablagern von Siliziumdioxid über Leitern mit großem Geometrieverhältnis eingesetzt werden können. In der modifizierten Sputter-Ätzkammer wird ein HF-Plasma zur Ablagerung einer Siliziumdioxidschicht gebildet. Ein Magnetfeld erstreckt sich durch den Wafer und das Plasma hindurch in einer zu dem HF-Feld allgemein queren Richtung. Es tritt eine gleichzeitige Sputterätzung und Ablagerung ein, was die Netto- Ablagerung auf den Ecken der Leiter der ersten Ebene hemmt; dies führt zu einer allgemein V-förmigen Oberfläche für das abgelagerte Siliziumdioxid zwischen benachbarten Leitern. Dies könnte die gesamte Ablagerung ausmachen; es wird aber vorzugsweise das Substrat entfernt und in die herkömmliche Ablagerungskammer transferiert. Dort wird über der vorher abgelagerten Schicht eine allgemein konforme zweite Siliziumdioxidschicht ausgebildet. Aufgrund der Konfiguration der ersten Siliziumdioxidschicht können aber keine Probleme durch Lücken oder andere Diskontinuitäten auftreten. Danach wird die obere Oberfläche planarisiert und die zweite Leiterebene abgelagert.
Dieses kurz beschriebene Verfahren ergibt eine zuverlässige Siliziumdioxid-Isolationsschicht auf eine Weise, die für die Massenproduktion und die Handhabung durch Durchschnittstechniker geeignet ist. Es werden keine Reinlichkeitsprobleme eingeführt, weil die verwendeten Geräte größtenteils handelsübliche Geräte sind, die so ausgelegt sind, daß sie modernen Standards der Reinlichkeit entsprechen. Aus der ausführlichen Beschreibung wird klarwerden, daß bei den zur Erlangung der dielektrischen Siliziumdioxidschichten verwendeten Geräten oder Verfahren nur wenig zusätzliche Kosten entstehen. Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch eine Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verständlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

FIG. 1 ist eine schematische Ansicht von Siliziumdioxid, das gemäß dem Stand der Technik über Metalleitern abgelagert wird;
FIG. 2, 3 und 4 sind schematische Ansichten, die die aufeinanderfolgenden Schritte der Ausbildung eines Siliziumdioxiddielektrikums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellen;
FIG. 5 ist eine schematische Ansicht bestimmter handelsüblicher Geräte, die für die erfindungsgemäße Verwendung modifiziert werden können;
FIG. 6 ist eine schematische Ansicht einer modifizierten Reaktionskammer in den Vorrichtungen von FIG. 5;
FIG. 7 ist eine entlang der Linie 7-7 von FIG. 6 genommene Ansicht; und
FIG. 8 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Reaktionskammer der Vorrichtungen von FIG. 5.

Ausführliche Beschreibung

FIG. 1 zeigt schematisch die gemäß dem Stand der Technik erfolgende Ablagerung von Siliziumdioxid 11 auf einem Substrat 12, die das Problem verursacht, an das sich die Erfindung wendet. Auf der oberen Oberfläche des Substrats 12 befinden sich Leiter 13, die als Beispiel die erste Leiterebene einer integrierten Schaltung ausmachen. Das Geometrieverhältnis der Leiter ist als das Verhältnis der Höhe der vertikalen Seitenwände 14 der Leiter zu dem Trennungsabstand benachbarter vertikaler Seitenwände benachbarter Leiter definiert. Bei der herkömmlichen konf ormen Ablagerung führt ein großes Geometrieverhältnis dazu, daß das Siliziumdioxid auf benachbarten vertikalen Seitenwänden zusammenwächst. Die Ecken des abgelagerten Siliziumdioxids treffen sich wahrscheinlich zuerst, was zu Lücken 15 in der abgelagerten Siliziumdioxidschicht führt. Auch wenn keine Lücken gebildet werden, entstehen Diskontinuitäten 16, was die charakteristischen Ätzeigenschaften und die charakteristischen Isolationseigenschaften der Siliziumdioxidschicht nachteilig beeinflußt. Es ist einzusehen, daß sich bei zunehmendem Geometrieverhältnis die Probleme, die die konforme Siliziumdioxidablagerung begleiten, vergrößern.
Bezugnehmend auf FIG. 2 wird das Siliziumdioxid erfindungsgemäß in zwei Schritten ausgebildet. Zunächst wird eine erste Siliziumdioxidschicht 18 ausgebildet, die zwischen benachbarten Leitern 13 wie gezeigt eine allgemein V- förmige Konfiguration aufweist. Anschließend wird, wie in FIG. 3 gezeigt, über der ersten Siliziumdioxidschicht eine zweite Siliziumdioxidschicht 19 ausgebildet, die allgemein konform ist und deshalb in ihrer oberen Oberfläche wie gezeigt eine Folge von V-Formen aufweist. FIG. 4 zeigt die Siliziumdioxidschicht planarisiert, um so die Ausbildung von Leitern 20 auf ihrer oberen Oberfläche zu ermöglichen, wodurch die zweite Leiterebene des herzustellenden integrierten Schaltungsbauelements gebildet wird.
Ein wichtiger Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es durch Einsatz handelsüblicher chemischer Aufdampfungsgeräte (CVD-Geräte) praktiziert werden kann. Insbesondere zeigt FIG. 5 schematisch Vorrichtungen, die als das "Precision 5000 System" bekannt sind, das im Handel von der Firma Applied Materials in Santa Clara, Kalifornien, erhältlich ist und für die Praktizierung der Erfindung verwendet werden kann. Das System enthält separate Kammern 22-25, die durch eine in der Mitte angeordnete Transferkammer 27 miteinander verbunden sind. Waferscheiben werden in eine Schleusenladekammer 26 eingeführt und dann durch einen Automatenarm, der sich in einer Transferkammer 27 befindet, zwischen verschiedenen Kammern transferiert. Diese einzelnen Kammern können für verschiedene an Halbleiterwaferscheiben ausgeführte Operationen verwendet werden, während hohe Reinlichkeitsstandards aufrechterhalten und die Übertragung von Verunreinigungen von einer Kammer zu einer anderen vermieden werden. Durch Verwendung separater Kammern zur Ablagerung der Schichten 18 und 19 (von FIG. 3) kann man die Parameter optimieren, um die größtmögliche Gesamt-Ablagerungsgeschwindigkeit zu erreichen oder, anders ausgedrückt, um die für den gesamten Prozeß benötigte Zeit so weit wie möglich zu reduzieren.
FIG. 6 ist eine schematische Schnittansicht der Kammer 22 von FIG. 5, die zur Ablagerung der ersten Siliziumdioxidschicht 18 von FIG. 2 verwendet wird. Auf einer durch ein Anpassungsnetzwerk 32 hindurch mit einer Hochfreguenzquelle 33 verbundenen Elektrode 31 wird ein Wafer 30 angebracht. Eine mit Masse verbundene Elektrode 35, die dem Wafer 30 gegenüberliegt, bildet eine Gasquelle zur Bildung eines HF-Plasmas zwischen den Elektroden 35 und 31. Die mit Masse verbundene Elektrode 35 ist hohl und enthält eine Mehrzahl von Öffnungen, die die durch die Pfeile angedeutete Strömung von injiziertem Gas ermöglichen. Das Gas wird einer Argonquelle 36, einer Stickstoffoxidquelle 37 und einer Silanquelle 38 entnommen. Durch geeignete Ventile und Übertragungsleitungen wird es möglich, eine Mischung dieser Gase in den Bereich zwischen den Elektroden 35 und 31 einzuleiten.
Wie in FIG. 7 zu sehen ist, befinden sich in einem Quadrat um die Kammer 22 herum angeordnet vier Spulen 40 bis 43. Die beabsichtigte Aufgabe der Kammer 22 als Teil des "Precision 5000 System" besteht darin, Material durch Sputterätzen von Waferscheiben zu entfernen, anstatt das Material auf Waferscheiben abzulagern. Zu diesem Zweck erzeugen die Spulen ein durch den Waf er hindurch und allgemein parallel zu der oberen Oberfläche des Wafers 30 verlaufendes Magnetfeld, und sie fördern das Sputterätzen durch Vergrößerung der Dichte auf der Waferoberfläche auf treffender Ionen. Die Spulen 42 und 43 sind zusammengeschaltet und erzeugen, wenn der sie durchfließende Strom maximal ist, ein Magnetfeld B&sub1;, das in FIG. 6 und 7 gezeigt ist. Die Verbindungsspulen und 41 erzeugen, wenn sie Strom bis auf den Maximalwert führen, ein Magnetfeld B&sub2;. Indem Strom mit niedriger Wechselfrequenz durch die Spulen geschickt wird, wobei der Strom durch die Spulen 42 und 43 um neunzig Grad von dem Strom durch die Spulen 40 und 41 verschoben ist, kann man ein Magnetfeld gleichförmiger Stärke B erzeugen, das sich in einer zu der oberen Oberfläche des Wafers 30 parallelen Ebene dreht.
Vorzugsweise wird der Strom durch die Spulen so variiert, daß das Magnetfeld B eine konstante Gesamtstärke beibehält und sich mit einer Frequenz von einer Umdrehung alle zwei Sekunden dreht, obwohl auch eine Frequenz von sogar einhundert Umdrehungen pro Sekunde verwendet werden könnte.
Vor der Ablagerung wird Argon in das System eingeführt, und es wird die HF-Leistung angelegt, um den Wafer 30 zu erhitzen. Danach wird Gas aus den Quellen 37 und 38 eingeführt. Stickstoffoxid, N&sub2;O, bildet eine Sauerstoffquelle, und Silan, SiH&sub4;, bildet eine Siliziumquelle, die beide umgesetzt werden, um gemäß den Prinzipien der PECVD Siliziumdioxid auf der oberen Oberfläche des Wafers abzulagern. Wie später erläutert wird, werden diese Gase so ausgewählt, daß sie sowohl das Sputtern aus der Oberfläche des Wafers 30 verbessern als auch Quellen für die Ablagerung von Siliziumdioxid auf den Wafer 30 bilden. Der Wafer 30 wird auf einer Elektrode 31 gehalten, die mit HF angesteuert wird und einen kleineren Flächeninhalt als die Elektrode 35 aufweist. Der Gesamtdruck in der Kammer 22 ist niedrig, und die Geschwindigkeit der Siliziumdioxidablagerung ist relativ niedrig. Zusammen mit dem Magnetfeld tendiert diese Wahl von Parametern dazu, das Sputtern zu verstärken.
Wieder bezugnehmend auf FIG. 2 ist es bei den Vorrichtungen von FIG. 6 und 7 erwünscht, Siliziumdioxid 18 abzulagern, das eine obere Oberfläche 45 aufweist, die zwischen aufeinanderfolgenden Leitern 13 allgemein V-förmig ist. Dies wird erreicht, weil das Sputtern vorwiegend an den Ecken der Leiter 13 auftritt, was zu einer Netto-Dicke der Ablagerung führt, die an den Ecken am kleinsten ist. Somit wird effektiv mit einer Geschwindigkeit abgelagert, die in Bezug auf die Geschwindigkeit der Entfernung durch Sputtern ausgeglichen ist, um so an den Ecken der Leiter 13 eine minimale Netto-Ablagerung zu ergeben. Der Verfasser hat festgestellt, daß unter Verwendung von Parametern, die so ausgelegt sind, daß sie eine Sputtergeschwindigkeit von dreihundert Ångström pro Minute und eine Siliziumdioxidablagerungsgeschwindigkeit von eintausend Ångström pro Minute ergeben, sich eine Netto-Ablagerungsgeschwindigkeit von siebenhundert Ångström pro Minute ergibt und sich die in FIG. 2 gezeigte obere Oberfläche 45 ergibt. Die Drehung des Magnetfelds B verstärkt die Gleichförmigkeit der Ablagerung.
Wieder bezugnehmend auf FIG. 5 wird nach dem Abschluß der Siliziumdioxidablagerung in der Kammer 22 der Wafer zu der Transferkammer 27 überführt und dann zu der Kammer 23 gesendet, die schematisch in FIG. 8 gezeigt ist. In der Kammer 23 wird statt der unteren Elektrode die obere Elektrode 47 durch eine HF-Quelle 48 angesteuert (das Anpassungsnetzwerk ist der Kürze halber nicht gezeigt). Der Wafer 30 hin ruht auf einer mit Masse verbundenen Elektrode 49. Wie zuvor werden Gase durch die Elektrode 47 hindurch zu dem Wafer 30 hin geleitet, wobei aber andere Gaszusammensetzungen verwendet werden. Der Siliziumbestandteil des Siliziumdioxids wird aus gasförmigem Tetraethoxysilan (TEOS) gewonnen, das aus einer Quelle erhitzter Flüssigkeit 51 abgeleitet wird. Typischerweise ist TEOS im Handel als eine Flüssigkeit erhältlich, und man erhält eine verdampfte Form durch Hindurchperlen von Hehum aus einer Quelle 52 durch das flüssige TEOS und durch Ableiten verdampfter Moleküle aus dem TEOS- Behälter auf die schematisch angedeutete Weise. Außerdem enthält die Plasmaatmosphäre reines Sauerstoffgas aus der Quelle 53. Verschiedene bekannte Ventile und Abmeßgeräte sind der Kürze halber nicht gezeigt.
Die untere Elektrode 49 wird durch eine Mehrzahl von Lampen 55 erhitzt, die Licht durch ein Quarzfenster 56 hindurch leiten, um so auf eine Aluminiumoxidschicht 57 der Elektrode 49 zu treffen. Dies erhitzt den Wafer auf eine Temperatur, die unter dem Schmelzpunkt der auf dessen Oberfläche enthaltenen Metalleiter liegt.
In der Konfiguration der Kammer 23 werden die Gaszusammensetzung der Plasmaatmosphäre und die verschiedenen anderen Parameter so gewählt, daß die Siliziumdioxidablagerungsgeschwindigkeit maximiert wird. Bezugnehmend auf FIG. 3 ergibt dieser Prozeß eine konf orme Beschichtung 19 mit einer oberen Oberfläche 59, die allgemein der oberen Oberfläche 45 der Siliziumdioxidschicht 18 von FIG. 2 entspricht. Es ist einzusehen, daß es mit dem sich mit einer allgemein auf allen Oberflächen gleichen Geschwindigkeit ablagernden Siliziumdioxid nur unwahrscheinlich zu den mit Bezug auf FIG. 1 beschriebenen Problemen durch zusammenwachsende benachbarte Seitenwände und eine sich daraus ergebende Lückenbildung kommt. Die obere Oberfläche der Siliziumdioxidschicht 19 wird dann auf bekannte Weise planarisiert, um die Siliziumdioxidschicht 19 von FIG. 4 zu erhalten, auf die man dann die zweite Ebene von Leitern 20 ablagern kann. Als Alternative kann das Siliziumdioxid 19 auf ein horizontales Niveau geschliffen werden, das gleich der obersten Ebene von Leitern 13 ist, wobei die oberste Oberfläche der Leiter als "Stopper" für den Schleifvorgang verwendet wird. Danach wird in der Kammer 22 von FIG. 6 eine weitere Siliziumdioxidschicht abgelagert, um eine Siliziumdioxidschicht mit einer flachen oberen Oberfläche zu erhalten. Als eine weitere Möglichkeit kann eine Ätzung verwendet werden, um die obere Oberfläche der abgelagerten Schicht 19 zu planarisieren.
Wieder bezugnehmend auf FIG. 2 ist einzusehen, daß der springende Punkt der Erfindung die Ablagerung einer ersten Siliziumdioxidschicht 18 ist, die eine allgemein wie gezeigt beschaffene obere Oberfläche 45 aufweist. Es wird verhindert, daß die vertikalen Wände zusammenwachsen, indem das Siliziumdioxid 18 so abgelagert wird, daß es zwischen aufeinanderfolgenden Leitern V-förmige obere Oberflächen aufweist, was wiederum ein Gleichgewicht zwischen der Entfernung von Material durch Sputtern und Ablagerung von Siliziumdioxid durch PECVD erfordert. Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Parameter, die in beiden Kammern 22 und 23 zur Bedeckung von Leitern mit einem Geometrieverhältnis von bis zu 1,7 verwendet wurden. Außerdem zeigt die Tabelle die Parameter, die in der Kammer 23 verwendet wurden, um die Ablagerungsgeschwindigkeit des Siliziumdioxids zu steigern. Tabelle I
Tabelle I zeigt die radikal verschiedenen Bedingungen für die Siliziumdioxidablagerung in Kammer 22 in Bezug auf die in Kammer 23. In der Tabelle bedeuten Å Ångström-Einheiten und sccm Standard- Kubikzentimeter pro Minute. Viele Experimente haben dem Verfasser gezeigt, daß die wünschenswerte Aufgabe der Ablagerung in der Kammer 22 darin besteht, die Sputtergeschwindigkeit zu maximieren, weil die Geschwindigkeit, mit der das Siliziumdioxid abgelagert werden kann, durch die Geschwindigkeit begrenzt ist, mit der es von den Ecken der Leiter weggesputtert werden muß; die für den gesamten Prozeß in Anspruch genommene Zeit wird verringert, indem sowohl die Sputter- als auch die Ablagerungsgeschwindigkeit in der Kammer 22 erhöht wird. Somit wird zur Maximierung der Sputtergeschwindigkeit Argon verwendet, um die Masse der auftreffenden Ionen auf der Waferoberfläche zu steigern. In Kammer 22 wird ein wesentlich niedrigerer Druck verwendet (zwischen 0,13 und 13,3 Pa) (zwischen einem und einhundert Millitorr) als in der Kammer 23 (zwischen 133 und 2660 Pa) (zwischen etwa einem und zwanzig Torr). Die Elektrode 31 der Kammer 22 ist kleiner als die Elektrode 35 und wird durch die HF- Quelle 33 angesteuert, um die Energie des Ionenauftreffens auf der Waferoberfläche zu maximieren. Das Magnetfeld steigert die Sputtergeschwindigkeit erheblich und verbessert deshalb die Wirksamkeit der Kammer 22 sehr. 1,3 10&supmin;² Tesla (einhundertdreißig Gauss) war das stärkste Magnetfeld, das mit dem verwendeten System erzielt werden konnte; es scheint, daß dieser Wert wesentlich vergrößert werden sollte, um den Gesamtprozeß zu beschleunigen. Silan als die Siliziumquelle und N&sub2;O als die Sauerstoffquelle verstärken den Sputter-Bestandteil weiter. Eine hohe HF-Leistung in der Kammer 22 (d.h. eine Leistung von mehr als mindestens einhundert Watt) wird bevorzugt, um das Sputtern zu maximieren. Tatsächlich sind die HF- Leistung und das Magnetfeld vielleicht sogar die beiden wichtigsten Parameter zur Vergrößerung des Sputter- Bestandteils. Natürlich könnten TEOS, 02 und andere alternative Gase in der Kammer 22 verwendet werden. Das Prozeßfenster für qualitativ hochwertige Filme ist jedoch bei diesen Gasen in der Kammer 22 wesentlich schmäler. In Kammer 23 ist erwünscht, die Ablagerungsgeschwindigkeit zu maximieren, so daß passend TEOS und O&sub2; gewählt werden kann. Durch Maximierung der Sputtergeschwindigkeit in der Kammer 22 wird die zur Herstellung der Konfiguration von FIG. 2 benötigte Zeit minimiert. Somit beträgt in der beschriebenen Ausführungsform die Ablagerungsgeschwindigkeit in der Kammer 23 12,5 mm pro Sekunde (125 Ångström pro Sekunde), und in Kammer 22 beträgt die Geschwindigkeit nur 70 nm pro Sekunde (700 Ångström pro Minute). In der Kammer 23 werden keine Bemühungen unternommen, um die Elektrode 49, die den Wafer 30 hält, kleiner als die Elektrode 47 auszuführen, und der Elektrodenabstand beträgt nur 50 mm (200 Millizoll), weil kein Sputter-Bestandteil benötigt wird.
Bei dem verwendeten "Precision 5000 System" wurden ein Paar Quarzringe und ein Graphitring, die die Elektrode 31 der Kammer 22 umgaben, entfernt. Außerdem wurden andere geringfügige Änderungen des Gefüges vorgenommen, wobei jedoch im wesentlichen das handelsübliche System zur Verarbeitung von Halbleiterwafern mit einem großen Durchsatz voll ausgenutzt wurde. Der Durchmesser der Elektrode 31 wurde so eingestellt, daß er im wesentlichen gleich dem des Wafers 30 war (15,25 Cm) (sechs Zoll) . Der Zweck dieser Änderungen war, die Plasmaverteilung über der oberen Oberfläche des Wafers so gleichförmig wie möglich zu machen, und es scheint, wie bereits erwähnt, daß andere Spulen verwendet werden sollten, um eine stärkeres sich drehendes Magnetfeld zu erzielen.
Die verschiedenen beschriebenen Parameter illustrieren die optimale Anordnung für Gleichgewicht zwischen Sputtern und Ablagerung lediglich in einer Ausführungsform Es könnten verschiedene andere Gase verwendet werden. In diesem Fall sollten die Parameter entsprechend angepaßt werden. Es könnte nur eine einzige Kammer zur Erzielung beider Ablagerungen verwendet werden. In diesem Fall wären jedoch weitere Kompromisse bei der Struktur der Vorrichtung erforderlich. Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß sich das Magnetfeld dreht, wenn eine ungleichförmige Ablagerung und Dichte tolerierbar sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines integrierten Schaltungsbauelements mit den Schritten der Ablagerung einer ersten Schicht (18) aus Siliziumdioxid auf der Oberfläche eines Substrats (12), indem die Substratoberfläche in einer Silizium- und Sauerstoffbestandteile enthaltenden Atmosphäre einem HF-Plasma ausgesetzt wird, wobei

das HF-Plasma gebildet wird, indem die Atmosphäre einer HF-Leistung von mehr als einhundert Watt unterworfen wird;

das Plasma einen inerten Gasbestandteil enthält, wobei das magnetische Feld, die HF-Leistung und das inerte Gas zusammenwirken, um dadurch vorzugsweise an Diskontinuitäten des Substrats eine Zerstäubung zu bewirken, durch folgendes gekennzeichnet:

Bilden eines Magnetfelds (B), das sich durch das Substrat hindurch und durch das Plasma hindurch direkt an der Oberfläche in einer im wesentlichen zu der Oberfläche parallelen Richtung erstreckt; und eine zweite Schicht (19) aus

Siliziumdioxid auf der ersten Schicht abgelagert wird, indem die Substratoberfläche einem HF-Plasma einer Silizium- und Sauerstoffbestandteile enthaltenden Atmosphäre, aber ohne Magnetfeld, ausgesetzt wird, wobei die Zusammensetzung der Atmosphäre, der Druck der Atmosphäre und das HF-Plasma zusammenwirken, um während der Ablagerung der zweiten Schicht eine wesentlich größere Ablagerungsgeschwindigkeit als während der Ablagerung der ersten Schicht herzustellen, und wobei während der Ausbildung der ersten Schicht das Substrat auf einer mit HF erregten Elektrode getragen wird und während der Ausbildung der zweiten Schicht das Substrat auf einer mit Masse verbundenen Elektrode getragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

während der Ablagerung der ersten Schicht bewirkt wird, daß sich das Magnetfeld in einer im wesentlichen zu der Substratoberfläche parallelen Ebene dreht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

das Substrat eine allgemein planare Konfiguration aufweist und so getragen wird, daß seine freigelegte Oberfläche eine relativ großflächige Oberfläche des Substrats ist und in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegt;

und die Substratoberfläche eine Mehrzahl in relativ dichtem Abstand liegender leitfähiger Elemente (13) enthält, angrenzende Wandteile (14) aufweisen, wodurch während der Ablagerung der ersten Schicht die elektrischen und magnetischen Felder hauptsächlich an freigelegten Ecken der leitfähigen Elemente eine Zerstäubungserscheinung bewirken.

4. Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

das Magnetfeld an der Substratoberfläche einen Wert von mehr als ungefähr 10&supmin;² Tesla (einhundert Gauss) aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

das Magnetfeld durch einen magnetischen Feldvektor mit einem im wesentlichen konstanten Wert definiert wird, der sich mit einer Frequenz von zwischen etwa 0,5 und einhundert Umdrehungen pro Sekunde dreht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

während der Ausbildung der zweiten Schicht die Atmosphäre im wesentlichen keinen inerten Gasbestandteil enthält und der Gesamt-Gasdruck der Atmosphäre während der Ausbildung der zweiten Schicht wesentlich höher als während der Ausbildung der ersten Schicht ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß:

während der Ausbildung der ersten Schicht der Siliziumbestandteil in der Atmosphäre Silan und der Sauerstoffbestandteil Stickstoffoxid umfassen, und während der Ausbildung der zweiten Schicht der Siliziumbestandteil in der Atmosphäre Tetraethoxysilan und der Sauerstoffbestandteil reinen Sauerstoff umfassen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, 6 oder 7, weiterhin mit dem folgenden Schritt:

Planarisieren einer oberen Oberfläche des abgelagerten zweiten Siliziumdioxids;

und Ausbilden einer zweiten leitfähigen Struktur auf der planarisierten zweiten Siliziumdioxidoberfläche.