DE1790094C - Verfahren zum Aufbringen von dünnen nichtleitenden Schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten aus nichtleitendem Material auf eine Unterlage mittels einer Hochfrequenz-Glimmentladung in einer Edelgasatmosphäre zwischen einer Zerstäubungselektrode mit dem nichtleitenden Material und einer Gegenelektrode mit der zu beschichtenden Unterlage in einem Zerstäiibungsgefäß mit leitenden Außenwänden.

Verfahren dieser Art sind bereits allgemein bekannt, wie es z. B. die Veröffentlichung von G. S. Λ η d e r son et al. im Journal of Applied Physics, Vol. 33, Nr. 10, Oktober 1962, S. 2991 und 2992, unter dem Titel »Sputtering of Dielectrics by highfrequency Fields« zeigt. Das Niederschlagen einer Isolierschicht durch Hochfrequenzzerstäubung erfolgt in einem Vakuumgefäß, welches im nilgemeinen aus Metall besteht. Das zu zerstäubende Material ■·'H in Form einer Sehrivc auf einer Zerstäubungselektrode innerhaib des Zerstäubungsgefäßes befestigt. Zu beschichtende Substrate sind durch eine Substrathalterung auf ^emer Gegenelektrode befestigt, die ihrerseits auf an einer metallenen Grundplatte befestigten Metallsäulen ruht. Das hochfrequenzfeld zwischen den beiden Elektroden hat eine Glimmentladung zwischen dem zu zerstäubenden Material und der zu beschichtenden Unterlage zur Folge. Die Grundplatte sowie alle leitenden Flächen des Zerstäubungsgefäßes befinden sich auf dem Poten-

- tial des Plasmas innerhalb des Gefäßes. Das Plasma ist

ίο als feldfreie Raumzone definiert und besteht aus positiven und negativen Ladungen.

Die Technik der Hochfrequenzzerstäubung erlaubt das Niederschlagen von nahezu jedem Material in Form einer dünnen Schicht, die relativ homogen gebildet wird. Von besonderem Interesse für die Halbleiterherstellung ist die Verwendung solcher Schichten zur Isolierung bei monolithischen integrierten Halbleiterschaltungen. Bei den entsprechenden Fertigungsverfahren werden in einigen Verfahrensschritten auch ÄU-prozesse angewendet, bei denen Löcher in diese Isolationsschichten geätzt werden, sei es zur Bereitstellung von Masken, sei es zum Erstellen von Anschlüssen an darunterliegenden Halbleiterzonen. Die Eigenschaften der durch dieses hochfrequente Zerstäuben niedergeschlagenen Schichten gegenüber den bei der HaIbleiterverarbeitung angewandten Ätzmitteln sind deshalb von besonderer Bedeutung.

Als nachteilig bei den bisher bekannten Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahren hat sich gezeigt, daß bei den hiermit niedergeschlagenen Schichten Stellen vorhanden sind, die z. B. unter dem Einfluß von Ätzmitteln nadelstichartige Löcher, sogenannte Pin-Holes, auftreten lassen, durch die ein Ätzmittel ein unterhalb der niedergeschlagenen Schicht befindliches Substrat in bevorzugter Weise angreift, und zwar bevor alle anderen Stellen der niedergeschlagenen Schicht durch das angewandte Ätzmittel abgetragen sind. Die niedergeschlagene Schicht ist also nicht gleichmäßig angeätzt. Ein weiterer Nachteil bei Anwendung bekannter Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahren besteht darin, daß das Auftreten einer Inversion derGlin<mentladung, also eine unerwünschte Aufladung durch Ionen, nicht immer zu vermeiden ist. Hierdurch ergibt sich eine Störung beim Schichtniederschlag, indem definierte Bedingungen nicht mehr vorliegen.

Um die physikalischen Eigenschaften einer aufzustäubenden Schicht zumindest einigermaßen zu beeinflussen, sind bisher die Parameter: Gasdruck, Temperatur des Substrats, elektrisches Feld und gegebenenfalls die Größe eines zusätzlich angelegten Magnetfeldes, geändert worden. Da unter bestimmten Voraussetzungen die genaue Steuerung dieser Parameter schwierig und unpraktisch ist, sind die hierbei erzielten Ergebnisse hinsichtlich einzuhaltender Toleranzgren-

zen in keiner Weise befriedigend. Die Einführungeines in relativ einfacher Weise einzustellenden Parameters zur Steuerung der Schichtniederschläge könnte also von wesentlichem Vorteil bei Anwendung von Hochfrequenz-Zerstäubungsverfahren sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Möglichkeit zur Steuerung der physikalischen Eigenschaften von aufgestäubten Schichten so zu verbessern, daß eine einwandfreie Nachbehandlung, insbesondere von Ätzmitteln zur Vermeidung von Pin-Holes, gewährleistet ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Amplitude und Phase der an der Gegenelektrode wirksamen Hochfrequenzspannung durch

ein elektrisch zwischen die Gegenelektrode und die F i g. 4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Ätzleitenden Außenflächen des Zerstäubungsgefäßes ge- geschwindigkeit von der Substratreaktanz,
schaltetes, abstimmbares LC-Glied beeinflußt werden. F i g. 5 die Darstellung eines bevorzugten Ausführ-

Durch diese Maßnahme ist es in vorteilhafter Weise rungsbeispiels gemäß dem vorliegenden Verfahren,
möglich, das Hochfrequenzpotential zwischen der 5 F i g. I zeigt eine bekannte Vorrichtung 10, welche Gegenelektrode und damit dem bzw. den Substraten zum Kathodenzerstäuben gemäß dem Stand der und den leitenden Außenflächen des Zerstäubungs- Technik dient. Diese Vorrichtung 10 besteht aus einem gefäßes speziell der Grundplatte, auf der die isolieren- Zerstäubunjsgefäß 12, in welchem sich das zu ionisieden Tragsäuler-, zur Befestigung der Subslrathalterung rende Gas bei niedrigem Druck befindet. Es handelt und damit der Gegenelektrode montiert sind, so ein- io sich um ein Gefäß, welches auf einer Bodenplatte 14 zuregeln, daß keine Zerstäubungsinvertierung auf- aufgebaut ist. Ein passendes Edelgas, wie Argon, wird treten kann und eine so dichte und homogene Schicht in das Gefäß durch eine nicht gezeigte öffnung einaufgestäubt wird, daß das Entstehen von Pin-Holes gelassen und mittels einer, auch nicht dargestellten vermieden wird. Weiterhin lassen sich Amplitude und Vakuumpumpe auf einem niedrigen Druck gehalten. Phasenwinkel der Gegenelektrodenspannung in bezug 15 Innerhalb des gasgefüllten Raumes befindet sich eine zum Potential der Zerstäubungselektrode so ein- Zerstäubungselektrode 16, auf welcher eine Scheibe 17 stellen, daß der zwischen Gegenelektrode bzw. Sub- aus dem zu zerstäubenden Material befestigt ist, und strathalterung und Erde bzw. Gefäßwandung sich eine Gegenelektrode 18 mit Substrathalterungsmögsonst einstellende Gleichstromanteil auf einen ver- lichkeiten. welche durch metallene Säulen 19 getragen nachlässigbaren Wert gebracht und gehalten wird. 20 wird. Um die Zerstäubungselektrode 16 herum und

Eine optimale Wirkung läßt sich gemäß einer Weiter- davon isoliert befindet sich eine Abschirmung 20 aus

bildung der Erfindung erzielen, wenn nach der Ab- leitendem Material. Die Substrate 22 werden auf der

Stimmung die gesamte Impedanz, bestehend aus der · Gegenelektrode 18 befestigt. Ein Hochfrequenzgene-

des LC-Gliedes und der dazu parallelliegenden Streu- rator 24 ist an die Zerstäubungselektrode 16 und die

impedanz", im wesentlichen eine induktive Reaktanz 25 Gegenelektrode 18 angeschlossen,

darstellt. In diesem Falle treten gegenphasige Span- Durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die

nungen zwischen Substrat und Zerstäubungselektrode * Zerstäubungselektrode 16 fließen Hochfrequenzströme

auf. zur Gegenelektrode 18 und durch die Tragsäulen 19

In vorteilhafter Weise besteht das LC-Glied aus zur Grundplatte 14. Bei der im allgemeinen verwen-

einer variablen Induktivität und einer Kapazität in 30 deten Frequenz von 13,56 MHz ist die Impedanz der

Serienschaltung, denn damit lassen sich in relativ ein- Tragsäulen groß genug, um eine meßbare Hoch-

facher Weise Abstimmung und Einstellung wie oben frequenzspannung zwischen Gegenelektrode 18 und

beschrieben vornehmen. Grundplatte 14 zu erhalten. Diese Spannung ist da-

Zur zweckmäßigen und vorteilhaften Überwachung neben abhängig vom Gasdruck und von den Abdes Zerstäubungsvorgangs ist ein Gleichstrom-Meß- 35 messungen der Elektroden. Das Potential des Plasmas instrument parallel zum LC-Glied geschaltet, um so innerhalb des Gefäßes 12 wird durch die Spannung unter anderem die Güte der aufzudampfenden Schicht bestimmt, mit welcher das Plasma begrenzende Oberbeeinflussen zu können. Dies gilt insbesondere für auf flächen, wie z. B. die Grundplatte 14, die Seitenwände Halbleitersubstrate aufgestäubte Isolatorschichten, wo des Gefäßes 12 und die Kathodenabschirmung 20, bedurch entsprechende Gleichstromeinstellung Verun- 40 aufschlagt sind. Diese Oberflächen werden im allreinigungsionen aus der Isolatorschicht herausgezogen gemeinen auf Erdpotential gehalten. Das bedeutet, daß werden können. Ebenso lassen sich die in Haftstellen in der dargestellten Vorrichtung 10 eine Potentialder aufgestäubten Schicht eingefangenen Gasionen des differenz zwischen dem Plasma und der Gegenelektrode beim Zerstäubungsvorgang verwendeten Edelgases auf mit den darauf befindlichen Substraten auftritt. Diese ein Minimum halten. 45 Potentialdifferenz und darüber hinaus die Phase des

Beim hier beschriebenen Verfahren wird also durch Potentials der Gegenelektrode gegenüber der Zerstäu-Regelung eines zusätzlich eingeführten Parameters die bungselektrode, welche sich durch die Impedanz physikalische Eigenschaft eines aufzustäubenden Films zwischen Gegenelektrode und Grundplatte ergibt, so beeinflußt, daß sich für nachfolgende Bearbeitungs- haben, wie sich herausgestellt hat, wesentlichen Eingänge, insbesondere bei Anwendung von Ätzprozessen, 50 fluß auf die physikalischen Eigenschaften der durch das keine nachteiligen Wirkungen ergeben; was insbeson- Zerstäuben hergestellten dielektrischen Schichten,
dere dann von Vorteil ist, wenn bei Herstellung von F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Vormonolithischen, integrierten Schaltkreisen aufeinander- richtung zum Kathodenzerstäuben gemäß vorliegenfolgend mehrere Ätzvorgänge Anwendung finden. dem Verfahren. Diese Vorrichtung 3$ besteht wieder-Dieser zusätzlich eingeführte Parameter läßt sich prä- 55 um aus einem Zerstäubungsgefäß 12 mit einer Grundzise und relativ einfach einstellen im Gegensatz zur platte 14, in welchem sich die Zerstäubungselektrode 16 [Einstellung der bisher veränderten Parameter wie Gas- befindet. Das zu zerstäubende Material befindet sich druck. Magnetfeld, Zerstäubungsleistiing usw. in Form einer Scheibe 17 auf der Zerstäubungselek-

Nachstellend sind Ausführungsbeispiele der Erfin- trode 16, welche außerdem eine Abschirmung 20 be-

dung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt 60 sitzt. Die Gegenelektrode 32 ist innerhalb des Gefäße-

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich- 12 auf Isolationssäulen 34 angebracht, so daß die Gelung zum Kathodenzerstäuben nach dem Stande der genelektrode 32 elektrisch von der Grundplatte 14 isoTechnik, liert ist. Durch Anschluß des Generators 24 wird eint

F i g. 2 eine Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben Hochfrequenzspannung zwischen Zerstäubungselek

gemäß dem vorliegenden Verfahren, 65 trode 16 und Grundplatte 14 angelegt, aulkrden

F i g. 3 eine Darstellung der Abhängigkeit der Im- zwischen Zerstäubungselektrode 16 und Gegenelek

pedanz der Substrathalterung von Kurzschlußstrom trode 32 über eine Impedanz 36. Die Zuführung 38 zu

und Leerlaufspannung, Gegenelektrode ist isoliert durch die Grundplatte l·

durchgeführt. Während des Betriebes entsteht eine Frequenz groß genug sein, damit die Anzahl von Potcntialdifferenz K« zwischen den das Plasma be- Ionen, welche das Dielektrikum während der negativen grenzenden leitenden Oberflächen des Gefäßes 12 und Halbwelle erreichen, d. h. während der die Zersläudcr Gegenelektrode 32. Die kapazitiven und induk- bungselektrode positiv und die Gegenelektrode negativen Anteile der Impedanz 36 können zur Steuerung 5 tiv ist, nicht ausreicht, um die-gewünschte negative , der Gegenelektrodenspannung geändert werden. Auf Aufladung auf der Oberfläche der Zerstäubungsdiese Weise läßt sich eine Steuerung der physikalischen elektrode kompensieren zu können. Würde die ZerEigenschaften der durch Aufstäuben entstehenden stäubungselektrode wesentlich positiv aufgeladen, so dünnen Schichten erzielen, wie es im folgenden näher würde ein inverses Zerstäuben des zu beschichtenden erläutert wird. i° Objekts und umgebender Metallteile auftreten, von j

Beim Zerstäuben besteht eine Gasglimmentladung Teilen also, die im allgemeinen als Gegenelektrode bzw. ■ zwischen zwei gelrennten Elektroden. Wird eine Gleich- Anode dienen. Mit der richtig ausgewählten Frequenz \ spannung an die Elektroden angelegt, so ist die Zer- und Amplitude der angelegten Spannung ergibt sich j stäubungselektrode negativ und stellt also die Kathode ein ausschließliches Zerstäuben an der Zerstäubungsdar. Beim HF-Zerstäuben kann die Zerstäubungs- 15 elektrode, und weder die Anode noch die Substratelektrode ebenfalls als Kathode bezeichnet werden, ob- halterung werden eine so hohe Aufladung erfahren. j wohl sie dann nicht ständig negativ gegenüber der daß sich eine inverse Zerstäubung einstellen kann. j anderen Elektrode ist. Unter dem Einfluß des elek- Unter diesen Bedingungen wird also die Zerstäubungstrischen Feldes zwischen beiden Elektroden wird das elektrode während der meisten Zeit negativ geladen \ Gas teilweise durch Kollisionen von beschleunigten 20 sein und sich ähnlich wie eine Kathode beim Gleich- ! freien Elektronen mit Gasmolekülen ionisiert, so daß stromzerstäuben verhalten, weshalb sie hier auch als ; positiv geladene Gasionen entstehen. Diese Ionen wer- Hochfrequenzkathode bezeichnet wird, während die j den in Richtung zur Kathode beschleunigt, wodurch gegenüberliegende Elektrode als Hochfrequenzanode \ eine Raumladung um die Kathode herum aufgebaut bezeichnet wird.

wird. Innerhalb eines der Kathode benachbarten Ge- 25 Bei an die Zerstäubungselektrode 16 angelegter Hochbietes, dem Kathodenfallraum, sind diese Ionen einem frequenzspannung wird also die Dielektrikumsscheibe starken Feld ausgesetzt, so daß diese in Richtung zur 17 als Hochfrequenzkathode während derjenigen Zeit Kathode hin beschleunigt werden. Mit hohem Impuls wirken, während der das Potential der Zerstäubungstreffen sie so auf die Zerstäubungselektrode auf, wobei elektrode 16 negativ in bezug auf Erde ist. Während atomare Teilchen herausgeschlagen werden können. 3° der zwischenliegenden Zeitintervalle steigt das Poten-Diese aus dem Kathodenmaterial herausgeschlagenen tial der Zerstäubungselektrode 16 über Erdpotential bzw. gestäubten Teilchen werden auf Objekten in der an. werden in dem entstehenden elektrischen Feld Umgebung niedergeschlagen. Die Vorrichtung kann Elektronen auf die Zerstäubungseleklrode hin beso ausgelegt sein, daß z. B. das zerstäubte Material auf schleunigt, wodurch die durch die vorher aufgetroffe-Substraten kondensiert, welche auf der gegenüber- 35 nen positiven Ionen vorhandene positive Ladung abliegenden Elektrode, also der Gegenelektrode oder gebaut wird. Wie bereits oben erwähnt, werden lilek-Anode, befestigt sind. tronen in wesentlich größerer Anzahl von der Zerstäu-

Zum Zerstäuben von isolierenden oder dielektrischen bungselektrode angezogen, als die schwereren Ionen; Materialien ist eine Gleichspannungs-Glimmentladung da aber ein Dielektrikum vorliegt und die eigentliche ungünstig, da beim Ionenbombardement des abzu- 40 Elektrode 16 hiervon bedeckt ist. kann kein Gleichstäubenden Materials positive Ionen die Zerstäubungs- slromanteil durch die Hochfrequenzkathode fließen, elektrode positiv aufladen, wodurch ein solches Feld Das Ergebnis der Wechselwirkung von Ionen und aufgebaut wird, daß einfallende Ionen abgebremst und Elektronen mit der Dielektrikumsscheibe 17 sind Bezurückgeslreut werden, so daß nach gewissem Zeit- dingungen, die die Kathode ein mittleres negatives ablauf auf Grund dieser Aufladung der Zerstäubungs- 45 Potential in bezug auf Erde einnehmen lassen. Auch elektrode kein Material mehr abgestäubt wird. Aus wenn momentan ein positives Potential auftritt, genügt diesem Grunde ist es notwendig, mit Wechselspannung dieses doch nicht, um ein inverses Zerstäuben auf den bzw. HF zu arbeiten, wobei einfallende Ionen nur wäh- umgebenden Metallteilen oder der Hochfrequenzrend der Zeitperioden Material von der Zerstäubungs- anode 32 zu bewirken.

elektrode abstauben, in denen sie negativ in bezug auf 50 Die verbesserte Vorrichtung zum Stäuben gemäß

die Glimmentladung vorgespannt ist. Während der vorliegendem Verfahren besitzt nun eine Impedanz

zwischenliegenden Perioden, während der die Polari- zwischen Substrathalterung und der relativ großen

täten der Elektroden sich umkehren, werden Elek- leitenden, das Plasma begrenzenden Oberfläche in-

tronen von der Zerstäubungselektrode angezogen, so nerhalb des Zerstäubungsgefäßes, wodurch eine Steu-

daß die positive Aufladung kompensiert wird. Da 55 erung von Amplitude und Phase der Spannung an der

nun die Elektronen eine größere Beweglichkeit im Ver- Gegenelektrode in bezug auf die Zerstäubungselek-

gleich zu den Ionen aufweisen, besteht die Tendenz, trode möglich ist. Durch eine solche Steuerung läßt

daß mehr Elektronen als Ionen auf die Zerstäubungs- sich Einfluß nehmen auf die durch Zerstäuben auf-

elektrode einfallen; da aber in dem dielektrischen Ma- gebrachten Schichten. Zusätzlich zu den bisher be-

terial der Zerstäubungselektrode keine Gleichströme, 60 kannten Parametern zur Steuerung des Aufwachsens

sondern nur Verschiebungsströme fließen können, lädt von Schichten bei Glimmentladungen wie Druck, Tem-

sich die entsprechende Zersläubungselektrode auf, pcrarur und Magnetfeld, wird damit als neuer Para-

wenn vorausgesetzt ist, daß das Dielektrikum die meter eine Abstimmung des Gegenelektrodenzustandes

einzige Verbindung zwischen den Elektroden dar- eingeführt,

stellt. 65 Die in F i g. 5 dargestellte Serienschaltung einer In-

Um überhaupt eine Glimmentladung aufrecht- duktivität 74 und einer Kapazität 75. welche ir. F i g. 2

erhalten und damit ein dielektrisches Material an der als Impedanz 36 auftritt, kann von einer kapazitiven

Kathode zerstäuben zu können, muß die angelegte Reaktanz über eine Serienresonanz (Reaktanz -■- 0)

auf eine induktive Reaktanz abgestimmt werden, elektrisch als auch thermisch verbunden. Über eine

welche ihrerseits parallel zur Streukapazität zwischen isolierende Dichtung 66 ist die Kühlleitung 64 durch

Gegenelektrode und Erde, d. h. Grundplatte 14 und die Grundplatte 14 in das Gefäß eingeführt,

leitenden Seitenwänden 42 des Gefäßes liegt und damit Ein Hochfrequenzgenerator 70 ist elektrisch mit der

auf Parallelresonanz abgestimmt werden kann. Die 5 Zerstäiibimgselektrode 16 verbunden. Ein LC-Glied

Reaktanz zwischen Gegenelektrode 32 und Erde ist zur Anpassung der Impedanz besteht aus einer ver-

also kontinuierlich von Null bis zu sehr großen Werten änderlichen Kapazität 71, einer Induktivität 72 und

von induktiven oder kapazitiven Blindwiderständen einer zweiten abstimmbaren Kapazität 73 zwischen

abstimmbar. Eine Hochfrequenzdrossel 76 liegt zwi- dem Ausgang des HF-Generators 70 und der Platte 44.

sehen Gegenelektrode und einem Gleichstrom-Meß- io Mit Hilfe dieses Schaltkreises läßt sich die Impedanz

instrument 78, um die Gleichstrombedingungen der der Spannungsversorgung derart kompensieren, daß

Gegenelektrode erfassen zu können. Sowohl Leerlauf- die gewünschte Phasenlage der Spannung und des

gleichspannung und Kurzschlußgleichstrom lassen sich Stromes an der Zerstäubungselektrode auftritt. Die

ohne Beeinflussung des Hochfrequenzkreises messen. Impedanz, gebildet aus der abstimmbaren Induktivität

In einer Vorrichtung zum Zerstäuben, in welcher die 15 74 in Serie mit der Kapazität 76, liegt zwischen ge-

Impedan7 zwischen Grundplatte 14 und Gegenelek- erdeter Grundplatte 14 und Gegenelektrode. Diese

trode 32 rein induktiv ist, tritt eine Phasenverschiebung Impedanz dient, wie bereits erwähnt, als neuer Para-

von etwa 180° zwischen Kathode oder Zerstäubungs- meter zur Steuerung des Auf stäub Vorgangs der di-

elektrode und Gegenelektrode oder Anode auf. Theo- elektrischen Schicht auf die Substrate. |

retisch wird mit einer solchen reinen induktiven Im- so Zur Kontrolle der mittleren Gleichspannung an der |

pedanz die Spannung an der Kathode ihren positiven Gegenelektrode ist das Gleichstrom-Meßinstrument 78 |

Scheitelwert in dem Moment erreichen, wenn die über die Drossel 76 zwischen Erde und Gegenelektrode J|

Spannung an der Gegenelektrode im Minimum ist. gelegt. Mit Hilfe dieser Bauelemente 74, 75 und dem >.

Unter diesen Voraussetzungen wird ein maximaler Meßinstrument 78 wird die Einsteilung des Potentials j·

Gleichstrom zwischen Gegenelektrode und Erde 25 an den zu beschichtenden Substraten vorgenommen. ^

fließen, da bei der Bedingung, wo die Kathoden- Ein negatives mittleres Gleichstrompotential an der

spannung negativ ist, die Elektronen zwischen den Oberfläche der auf die Halbleitersubstrate aufgestäub-

Elektronen auf die Anode zu beschleunigt werden, ten Isolatorschichten bewirkt eine anziehende Kraft

weil ja gleichzeitig die Spannung der Anode positiv ist. auf positive Verunreinigungsionen innerhalb der Iso-

Das Ergebnis ist eine maximale Anzahl von Elek- 30 latorschicht in Richtung zur Oberfläche der Schicht,

tronen, welche pro Periode von der Gegenelektrode auf- Auf diese Weise werden Verunreinigungen aus der

gefangen werden. Umgekehrt liegt bei rein kapazitiver Zwischenschicht Halbleiter Isolator entfernt, so daß

Impedanz eine 0"-Phasenverschiebung zwischen Ka- die Halbleitereigenschaften wesentlich verbessert

thode und Substrat vor. Kathode und Substrat nehmen werden.

jeweils gleichzeitig gleiche Spannungsscheitelwerte ein. 35 Das hier beschriebene Verfahren und die Vorrich-Hieraus ergibt sich ein minimaler Gleichstrom zwischen tung können ebenfalls zur Steuerung der Verunreini-Gegenelektrode und Erde. S¹¹¹¹S ^der aufgestäubten Schicht, d. h. der Anzahl von In F i g. 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Haftstellen eingefangenen Gasionen, verwendet dargestellt dessen Elemente aber nicht alle maßstabs- werden. Ein Beispiel, wo eine solche Anwendung nützgerecht in der Zeichnung auftreten. Das Zerstäubungs- 40 lieh sein könnte, ist die Veränderung der dielektrischen gefäß 40 besteht aus einer metallenen Grundplatte 14, Leitfähigkeit eines aufgestäubten Metallfilmes, da die auf welcher sich ein zylindrischer Behälter 42 befindet, Leitfähigkeit wesentlich von in Haftstellen eingefanweicher durch eine Platte 44 abgedeckt ist. Schematisch genen Gasionen abhängig ist.

ist eine Vakuumpumpe 46 dargestellt, welche zur Eva- Zum besseren Verständnis werden im folgenden zwei

kuierung des Gefäßes dient. Als zweiter Anschluß ist 45 Beispiele gebracht,
ein Rohr 48 zum Zuführen von Gas vorgesehen,

welches über ein Ventil 49 mit der Gasquelle verbun- Beispiel I
den ist. Innerhalb des Zerstäubungsgefäßes 40 befindet

sich die Zerstäubungselektrode 16 mit der daran an- Eine Zerstäubungsvorrichtung, ähnlich der in gebrachten Dielektrikumsscheibe 17. Die Zerstäu- 50 F i g. 5 gezeigten, wurde mit Siliziumscheiben auf der bungselektrode 16 ist mit einer Heizvorrichtung zur Substrathalterung beschickt, welche einen Durch-Temperatursteuerung versehen. Eine Kühlflüssigkeit messer von 22,5 cm besaß, wobei ein Quarztarget mit zirkuliert durch die ringförmige Öffnung zwischen einem Durchmesser von 15 cm auf der Zerstäubungs-Elektrodenanschluß 50 und Kühlausfluß 51 und inner- elektrode montiert war und eine Hochfrequenzhalb der Zerstäubungselektrode 16. Wie in der Zeich- 55 leistung von 500 Watt angelegt wurde. Der Abstand nung angedeutet, ist die Zerstäubungselektrode 16 von zwischen Target und Substrat betrug 3,1cm. Der der Platte 44 durch eine Glasisolation 52 isoliert. Ein« Druck wurde bei 15 m Torr gehalten. Eine Anzahl von Abschirmung 20 umgibt die Zerstäubungselektrode 16 Versuchen wurde_angestellt, bei welchen die Substratzur Verhinderung von Erosion beim Zerstäuben. reaktanz durch Änderung der Induktivität 74 jeweils Eine Gegenelektrode ist der Zerstäubungselektrode 60 verändert wurde. Bei jedem Versuch wurden Leerlaufgegenüberliegend innerhalb des Gefäßes angebracht. gleichspannung und Kurzschlußgleichstrom mit Hilfe Sie besteht aus einer leitenden Platte 32, welche auf des Meßinstruments 78 ermittelt. Die Ergebnisse einer Tragsäulen 34 isolierenden Materials ruht. In einer solchen Versuchsreihe sind in Tabelle I, die graphisch Ausnehmung der Gegenelektrode 32 befindet sich eine in Fig. 3 wiedergegeben ist, dargestellt Kurve 82 hierin eingelassene Substrathalterplatte 62, welche 65 zeigt dabei die Leerlaufspannung, Kurve 84 den Kiirzwiederum die einzelnen zu beschichtenden Substrate 60 schlußstrom. Die Kurvenbereiche 84 und 85 zeigen trägt Eine Kühlleitung 64 mit in Pfeilrichtungen zir- Instabilitäten, deren Grund noch nicht aufgedeckt k ulicrender K ühlflüssigkeit ist mit der Platte 32 sowohl werden konnte.

209637/317

τ-

Tabelle I

Substratreaktanz	Leerlaufspannung	Kurzschlußstrom
(Ohm)	(Volt)	(mA)
16	r 10	10,6
-5	0	0
1-4,5	-7	-1,0
+ 12	-15	-2,4
+ 24	-33	-5,5
+ 37	-35	-5,5
+40	+2	+ .04
+ 60	+ 5	+.12

Beispiel II

Ähnlich den im Beispie! 1 beschriebenen Versuchen mit einer Zerstäubungsvorrichtung, ähnlich der in F i g. 2 gezeigten, wurden Siliziumdioxidbeschichtungen von Siliziumscheiben mittels Aufstäuben in einer Argon-Glimmentladung vorgenommen. Die Scheiben wurden in konventioneller Weise poliert, gesäubert und getrocknet und auf der Gegenelektrode befestigt. Der Argon-Gasdruck betrug 15 m Torr.

Im ganzen wurden sieben Versuche zur Beschichtung von Siliziumdioxidschichten auf Siliziumscheiben bei jeweils 500 Watt Hochfrequenzleistung währena einer Dauer von 30 Minuten vorgenommen. Die wirksame Gegenelektrodenreaktanz betrug je nach Versuch zwischen —16 und +27 Ohm. Diese Gesamtreaktanz ergab sich jeweils aus der Streureaktanz im Zusammen-

10

wirken mit der variablen Reaktanz. Während jedes Versuches wurden mit Hilfe des Meßinstrumentes 78 wiederum Leerlaufspannung und Kurzschlußstrom aufgenommen.

Von jeder Schicht wurde außerdem die sogenannte »Pin- Hole-Durchbruch«-Dicke ermittelt. Hierunter wird diejenige Dicke verstanden, welche eine homogene, Störstellenfreie Schicht hätte, wenn sie innerhalb der gleichen Zeit durch das Ätzmittel abgetragen würde,

ίο wie die durch Störstellen, d. h. durch erhöhte Ätzgeschwindigkeit, ausgezeichneten Stellen der Schicht. Eine größere Anzahl von Flächen auf jeder Scheibe wurde angeätzt und die verschiedenen Eindringtiefen gemessen. Danach wurden die Scheiben hinreichend lange in ein elektrisches Kupferbeschichtungsbad gelegt, damit sich Kupfer auf den dem Bad ausgesetzten Oberflächenbereichen niederschlagen konnte. Schließlich wurden die Scheiben unter dem Mikroskop untersucht. Ähnlich wie bei dem bekannten, mit »Deko-

ao ration« bezeichneten Verfahren deutete auch hier eine hohe Niederschlagsdichte in einer geätzten Fläche auf eine Stelle hin, an der die Ätzung b>s auf das Substrat hinunter erfolgt war, also ein »Pin-Hole-Durchbruch« vorlag.

as Das eingefangene Argon wurde in jeder aufgestäubten Schicht mit Hilfe von Röntgenfluoreszensanalyse gemessen.

In der folgenden Tabelle II werden die Ergebnisse der so ausgeführten Versuche dargestellt. Eine entsprechende graphische Darstellung findet sich in F i g. 4.

Tabelle Il

Gegenelektroden-	Gegenelektroden	Ätzgeschwindig	Pin-Hole-	Geschätzter Anteil
rcakianz X,	strom	keit	Durchbruch-Dicke	von eingefangenem Argon
(Ohm)	(mA)	(Ä/Sek.)	(7o der Gesamtdicke)	(Molprozent)
+27	-5,5 mA	5,2	12	2,5
+20	—5,0 mA	5,8	4
+ 12	-2,4	4,8	5	1,2
+ 8,2	-2,0	5,5	16
+4,5	-1,0	9,9	62	0,5
-3,5	0	9,4	69	0,4
-16	+0,6	10,2	85	0,8

Bei Beendigung der Versuchsreihe wurden die belle II und F i g. 4 zeigen beide den außerordent-

Scheiben für eine feste Zeitdauer einem Ätzmittel aus- 50 liehen Einfluß der Gegenelektrodenreaktanz auf die

gesetzt, welches aus ^O Volumteilen 70%iger HNO₃, Ätzgeschwindigkeit, auf den Wert der sogenannten

15 Volumteilen 49%iger HF, 300 Volumteilen H₁O Pin-Hole-Durchbruch-Dicke sowie auf den Anteil des

bestand. Die abgetragene Dicke wurde gemessen und eingefangenen Argons,
daraus die Ätzgeschwindigkeit berechnet Die Ta-

Hieizu 1 Blatt Zeichnungen

2 549 V

Claims (6)

Patentansprüche ·

1. Verfahren zum Aufbringen von dünnen Schichten aus nichtleitendem Material auf eine Unterlage mittels einer Hochfrequenz-Glimmentladung in einer Edelgasatmosphäre zwischen einer Zerstäubungselektrode mit dem nichtleitenden Material und einer Gegenelektrode mit der zu beschichtenden Unterlage in einem Zerstäubungsgefäß mit leitenden Außenwänden, dadurch gekennzeichnet, daß Amplitude und Phase der an der Gegenelektrode (32) wirksamen Hochfrequenzspannung durch ein elektrisch zwischen die Gegenelektrode (32) und die leitenden Außenflächen des Zerstäubungsgefäßes (40) geschaltetes. abstimmbares LC-Glied (36; 74, 75) beeinflußt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Entladungselektroden (16, 32) das jeweilige HF-Potential nach Amplitude und Phasenlage einstellbar ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abstimmung die gesamte Impedanz, bestehend aus der des LC-Gliedes (36; 74, 75) und der dazu parallelliegenden Streuimpedanz, im wesentlichen eine induktive Reaktanz darstellt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Grund- (14) und Abdeckplatte (44) und die Seitenwände (42) des Zerstäubungsgefäßes (40) aus Metall bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das LC-Glied aus einer variablen Induktivität (74) und einer Kapazität (75) in Serie besteht.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstrom-Meßinstrument (78) in Serie mit einer Drossel (76) parallel zum LC-Glied (74, 75) zur Überwachung der Entladung vorgesehen ist.