DE1621599B1 - Einrichtung zum abtragen von verunreinigungen einer auf einem halbleiterkoerper aufgebrachten metallischen schicht im bereich von kleinen oeffnungen einer isolierschicht durch kathodenzerstaeubung - Google Patents

Description

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den Öffnungen der Isolierschicht entsprechenden In der in Fig. 1 mit 2 bezeichneten, abgeschlos-Öfinungen versehen ist, etwas größer sind als die zu- senen Vakuumkammer ist ein inertes Gas 19 eingegehörigen Öffnungen der das Halbleiterbauelement schlossen, dessen Entladungsbedingungen so eingebedeckenden Isolierschicht. stellt werden können, daß eine Kathodenzerstäubung

An sich ist es zwar bekannt, bei Abtragungspro- 5 eintritt. In der Grundplatte 4 der Vakuumkammer

zessen durch Kathodenzerstäubung zur Erzielung be- befindet sich der Auslaß 12, durch den über die Lei-

stimmter Muster auf einem metallischen Substrat rung 11 mittels der Vakuumpumpe 8 Teile der Atmo-

oberhalb der Kathode eine mit dieser leitend ver- Sphäre entfernt werden können. Ein inertes Gas wird

bundene, metallische Maske anzuordnen. in die Vakuumkammer 2 durch den Einlaß 18 in der

In einer durch die USA.-Patentschrift 2 702 274 io Grundplatte 4 eingegeben. Die Messung und Uberbekannten Einrichtung zur Herstellung der Gitter- wachung des Druckes erfolgt mit dem Vakuumelektrode einer Fernsehaufnahmeröhre ist vor dem meter 10. Das inerte Gas tritt in die Vakuumkamauf Kathodenpotential befindlichen Substrat, das mit mer 2 durch den Einlaß 18 über die Leitung 17 ein, einer metallischen Schicht überzogen ist, eine gitter- die an den Vorratsbehälter 14 angeschlossen ist. Die förmige Metallmaske angeordnet, die mit dem Ka- 15 Menge des eingelassenen Gases wird durch den thodenpotential verbunden ist. Durch die Kathoden- Druckregler 16 gesteuert, der aus einem Reduktionszerstäubung wird die metallische Schicht an den nicht ventil, beispielsweise einer Mikrometernadelröhre abgedeckten Stellen völlig abgetragen. Bei dieser bestehen kann.

Einrichtung treten die im Zusammenhang mit der Eine Spannungsquelle 6 für hohe Gleichspannung

Erfindung erläuterten Probleme nicht auf. 20 liefert die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der

Entsprechendes gilt für die durch die deutsche Pa- Entladung erforderliche elektrische= Energie. Die

tentschrift 1083 617 bekannte Einrichtung, die zur Kathodenzuführung verbindet den negativen Pol der

Herstellung von porösen Oberflächen auf chromier- Spannungsquelle 6 mit der Kathode bzw. mit dem

ten Zylinderbüchsen von Verbrennungsmotoren zu bearbeitenden Halbleiterbauelement 22. Die Ka-

dient. Bei dieser Einrichtung ist oberhalb der auf 25 thodenzuführung 5 tritt durch die Hochspannungs-

Kathodenpotential befindlichen Oberfläche des Werk- durchführung 27 α in die Vakuumkammer 2 ein und

Stücks eine gitterförmige metallische Maske angeord- verläuft innerhalb der Haltevorrichtung 24 zum

net, die mit der Kathode verbunden ist. Der Beschüß Halbleiterbauelement 22. Die Leitung 9 ist ebenfalls

durch Ionen wird so lange fortgesetzt, bis die ge- mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 6 ver-

samte Oberfläche des Werkstücks mit einem unregel- 30 bunden und führt durch die Durchführung 27 & und

mäßigen Netz von feinen Rissen überzogen ist. den hohlen Maskenhalter 36 zu der Maske 30 aus

Durch die Anordnung der Maske bei der Einrich- elektrisch leitendem Material. Die Anodenleitung 7,

tung nach der Erfindung wird sichergestellt, daß der die durch die Hochspannungsdurchführung 27 c und

Ionenstrahl die zu reinigenden Bereiche bis zum den hohlen Anodenhalter 42 geführt ist, verbindet

Rand hin gleichmäßig erfaßt. 35 den positiven Pol der Spannungsquelle 6 mit der

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Dicke Anode 44. Zur Erreichung optimaler Ergebnisse ist der elektrisch leitenden Maske nicht größer ist als die Spannungsquelle 6 so ausgelegt, daß sie über der halbe Durchmesser der abzutragenden, durch die einen Zeitraum von etwa 15 bis 30 Minuten eine Öffnungen der Isoherschicht freigelegten Bereiche Spannung zwischen 1300 und 1500V bei Strömen und daß die elektrisch leitende Maske in einem Ab- 40 von 0,5 bis 1,7 mA/cm² der Kathode liefern kann,
stand von höchstens 4.8 · 10"²mm von der Ober- Die Kathodenmaskenvorrichtung 33 umfaßt das fläche der das Halbleiterbauelement bedeckenden Halbleiterbauelement 22 mit der auf dessen Ober-Isolierschicht angeordnet ist. fläche befindlichen isolierenden Schicht 26, die Öff-

Vorteilhaft ist es auch, daß die elektrisch leitende nungen 28 aufweist, sowie die aus einem leitenden

Maske aus Aluminium, Molybdän oder Chrom ge- 45 Plättchen bestehende Maske 30 mit den Öffnun-

bildet ist und vorzugsweise auf ihrer der Anode zu- gen 32. Die Maske ist bezüglich der isolierenden

gewandten Oberfläche mit einer Oxydschicht des die Schicht 26 so angeordnet, daß die Öffnungen 32 im

Maske bildenden Metalls überzogen ist. wesentlichen mit den Öffnungen 28 fluchten. Mit

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der er- dem Maskenhalter 36 kann ein definierter Abstand findungsgemäßen Einrichtung ergibt sich dadurch, 5° zwischen der Maske 30 und dem Halbleiterbaueledaß die elektrisch leitende Maske, vorzugsweise ment eingestellt werden. Der bevorzugte Abstand durch Aufdampfen und anschließendes Ätzen der zwischen der Anode 44 und der Kathodenmasken-Öffnungen, direkt auf die das Halbleiterbauelement vorrichtung 33 beträgt etwa 1,2 cm für die in dieser bedeckende Isoherschicht aufgebracht ist. Beschreibung angegebenen Bedingungen bezüglich

Mit großem Vorteil wird die erfindungsgemäße 55 des Gasdruckes und der Spannung. Der Abstand

Einrichtung in den Fällen angewendet, in denen die zwischen Anode und Kathode kann so weit herabge-

auf dem Halbleiterkörper aufgebrachte, metallische setzt werden, daß die Anode gerade außerhalb des

Schicht eine oberflächlich oxydierte Molybdän- bekannten Dunkelraumes zwischen Anode und Ka-

schicht ist. thode zu liegen kommt. Sie kann auch weiter von

Die Erfindung wird an Hand von durch die Zeich- 60 dem zu bearbeitenden Halbleiterbauelement entfernt

nungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrie- werden, solange die Entladung nicht verlöscht,

ben. Es zeigt Zum Einstellen der erforderlichen Gasatmosphäre

F i g. 1 in schematischer Darstellung eine einfache innerhalb der Vakuumkammer 2 wird mittels der

Vakuumanlage mit den Einrichtungen zur Durch- Vakuumpumpe 8 der Druck in der Vakuumkammer

führung des Verfahrens und 65 durch den Auslaß 12 und die Leitung 11 auf etwa

Fig. 2A und 2B zwei Ausführungsbeispiele der 5 · 10~⁶ des Atmosphärendruckes abgesenkt, wobei

in der Anlage nach Fig. 1 benutzten Maskierungen die Messung des Druckes mit dem Vakuummeter 10

in vergrößerten, ausschnittsweisen Darstellungen. erfolgt. Eine bestimmte Menge des Inertgases, bei-

spielsweise Argon, wird in die Vakuumkammer 2 Ätzvorgang wird eine Schicht aus Molybdänoxyd 40 durch den Einlaß 18 und die Leitung 17 aus dem auf -der Oberfläche der Molybdänzuführung 23 im Vorratsbehälter 14 eingegeben. Es wird dabei ein Grund der Öffnung 28 freigelegt. Vor der Kontaktie-Druck von etwa 0,5 bis 7,5 · 10 ~² Torr Argon zur rung der Molybdänzuführung 23 ist es erforderlich, Herstellung eines für die Zerstäubung geeigneten 5 diese Schicht aus Molybdänoxyd 40 von den Ober-Gasgemisches in der Vakuumkammer hergestellt. flächenbereichen 38 des Siliziurnhalbleitersubstrats 39 Hierzu kann jedes Inertgas benutzt werden, jedoch zu entfernen.

wird Argon vorgezogen, da die relativ große Masse Hierzu wird die aus einem Plättchen bestehende,

der Argonionen im Vergleich mit anderen Inertgasen leitende Maske 30, die Öffnungen aufweist, in einem

einen besseren Zerstäubungseffekt ergibt. io definierten Abstand zum Siliziumhalbleitersubstrat 39

Nach Einstellung der Gasatmosphäre und Einjustie- angebracht, wie es oben beschrieben wurde. Die rung der Kathodenmaskenvorrichtung33 sowie der Fig. 2A ist lediglich eine schematische Darstellung Anode 44 wird die Spannungsquelle 6 eingeschaltet, des Halbleitersubstrats 39 sowie der leitenden Maske wobei eine Entladung zwischen der Oberfläche des 30. Die Glasschicht des Halbleitersubstrats 39 kann zu reinigenden Halbleiterbauelementes 22 und der 15 mehrere Öffnungen 28 besitzen, so daß auch mehrere Anode 44 zündet. Die hierbei im Raum zwischen der Oberflächenbereiche 33 freigelegt sind. In diesem Kathodenvorrichtung 33 und der Anode 44 entstehen- Falle weist auch die leitende Maske 30 eine entden positiven Argonionen 50 werden im Feld zwi- sprechende Anzahl von Öffnungen auf, die den Öffschen der Anode 44 und der Kathodenmaskenvor- nungen 28 zugeordnet sind. In dem Ausführungsrichtung 33 beschleunigt und bewegen sich gegen die 20 beispiel der Fig. 2A beträgt der Durchmesser 29 der Oberfläche des Halbleiterbauelementes 22. Öffnung 28 1,5 · 1O^-1 mm. Der Durchmesser 31 der ^

Ohne die leitende Maske 30 würden sich die Ionen Öffnung beträgt 2,4 bis 4,8 · 10~² mm mehr als der %

auf der Oberfläche der isolierenden Schicht 26 sam- Durchmesser 29 der Öffnung 28, da es wünschens-

meln, und die angehäuften positiven Ladungen in der wert ist, daß auch einige Glaspartikel der umgeben-

Umgebung der Öffnungen 28 würden eine Fokussie- 25 den Glasschicht 26 in den Prozeß der Abtragung der

rung des Stromes der positiven Argonionen in die Molybdänoxydschicht 40 von dem Oberflächenbereich

Mittelpunkte der ausgewählten Oberflächenbereiche 38 einbezogen werden. Der Abstand 34 der leitenden

38 zur Folge haben. Diese Fokussierung bewirkt, daß Maske 30 bezüglich der Oberfläche 25 der isolieren-

Löcher in die zu reinigende Oberfläche eingebrannt den Glasschicht 26 beträgt höchstens 4,8 · 10~² mm.

werden; da infolge der Fokussierung die Ionen die 30 Wie später beschrieben wird, kann jedoch die leitende

peripheren Teile der ausgewählten Flächenbereiche Maske 30 auch die Oberfläche 25 der isolierenden

38 nicht erreichen, kann sich kein gleichmäßiger Glasschicht 26 berühren.

Reinigungseffekt einstellen. Die Maske 30 besteht aus einem Material, das

Mit Hilfe der leitenden Maske 30, die auf dem weitgehend widerstandsfähig gegenüber dem Zergleichen Potential gehalten wird wie die zu reinigende 35 stäubungsprozeß ist. Aluminium, Molybdän und Oberfläche, wird die Ladungsanhäufung der Argon- Chrom scheinen die gewünschte Eigenschaft der ionen auf der isolierenden Schicht 26 verhindert. Dies elektrischen Leitfähigkeit und des hohen Widerist möglich, weil die Öffnungen 32 mit den Öffnungen Standsvermögens gegenüber dem Beschluß mit Argon-28 fluchten, so daß nur die ausgewählten Oberflächen- ionen zu besitzen. Die genannten Metalle können bereiche 38 von den Argonionen erreicht werden 40 noch widerstandsfähiger gegen die Zerstäubung gekonnen. Das Potential auf der leitenden Maske 30 macht werden, indem auf ihrer Oberfläche eine Oxydverursacht eine Auffächerung der Ionen 50, so daß schicht aufgebracht wird, da die Oxyde der genanndie Oberflächenbereiche 38 in gleichförmiger Weise ten Metalle eine größere Widerstandsfähigkeit gegen- Λ bombardiert werden. Außerdem wird die Gefahr über den auftreffenden Gasionen aufweisen als die eines Durchschlages der isolierenden Schicht 26 ver- 45 Metalle selbst. Vorzugsweise ist die Dicke 35 der mieden. leitenden Maske 30 nicht größer als die Hälfte des

Eine vergrößerte Teilansicht der Kathodenmasken- Durchmessers 31 der darin angebrachten Öffnungen, vorrichtung ist in Fig. 2A dargestellt. Das in diesem Ein gleichförmiges Abtragen der Molybdänschicht Ausführungsbeispiel verwendete Halbleitersubstrat 39 40 in den Flächenbereichen 38 erreicht man durch besteht aus dem Siliziumplättchen 20, auf dessen 50 Verhinderung der Bildung einer Ionenladung auf der Oberfläche eine Schicht aus Siliziummonoxyd 21 ge- Oberfläche 25 der isolierenden Glasschicht 26. Dies bildet ist, sowie der als Zuführung dienenden Molyb- geschieht, wie schon gesagt, dadurch, daß die aus dänschicht 23, die sich teilweise über die Silizium- einem leitenden Plättchen bestehende Maske 30 auf monoxydschicht 21 erstreckt und die durch eine das gleiche Potential gelegt wird wie das Siliziumgegenhohe Temperataren unempfmdüche Glasschicht 55 substrat 20. Wie in Fig. 2A dargestellt ist, ist zu 26 abgedeckt ist. Das Verfahren zur Herstellung des diesem Zweck die Leitung 9 zwischen der Maske 30 SiHziumhalbleitersubstrats 39 (das nicht Teil der Er- und dem Siliziumsubstrat 20 angeordnet.
jBndung ist) erfordert eine Oxydation der Molybdän- Fig. 2B zeigt eine Modifikation der Einrichtung, schicht 23 vor dem Aufbringen der Glasschicht 26, in welcher die leitende Maske 30 als Film dargestellt wodurch zurückbleibende Verunreinigungen, die wäh- 60 ist, der auf der Oberfläche 25 der isolierenden Glasrend der vorhergehenden Verfahrensschritte entstan- schicht 26 niedergeschlagen ist. In diesem Ausfühden sind, entfernt werden sollen. Mittels eines be- rungsbeispiel kann die leitende Maske 30 durch ein kannten chemischen Ätzprozesses wird in die Gas- bekanntes Niederschlagsverfahren auf der Oberfläche schicht 26 eine Öffnung 28 eingebracht, wobei als 25 der isolierenden Glasschicht 26 erzeugt werden. Ätzlösung beispielsweise eine Mischung aus Salpeter- 65 Ferner können die Öffnungen mit den Durchmessern säure und Fluorwasserstoffsäure (HNO₃—HF) oder 29 und 31 in der isolierenden Glasschicht 26 und der eine Fluorborsäure und eine Fluorwasserstoffsäure Maske 30 durch die oben bereits erwähnten chemi-(HBF₄—HF) benutzt werden können. Bei diesem sehen Ätzverfahren hergestellt werden. Zusätzlich zu

den Erfordernissen der elektrischen Leitfähigkeit und der hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber der Zerstäubung muß das leitende Maskenmaterial in diesem Falle auch im wesentlichen den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Siliziumplättchen aufweisen. Molybdän hat offenbar diese drei Eigenschaften und stellt daher ein zufriedenstellendes Material für die leitende Maske dar. Hierbei hat sich eine Dicke von etwa 5000 A als ausreichend erwiesen. Das Potential der aufgebrachten leitenden Maske 30 wird durch eine Querverbindung mittels der Leitung 9 auf dem Potential der Siliziumschicht 20 gehalten. Die leitende Maske 30 ist dem Angriff des Ionenstromes ausgesetzt. Da jedoch ihre Dicke größer ist

als die Dicke der Molybdänoxydschicht 40, wird sie bei der Zerstäubung nicht abgetragen, bevor die Molybdänoxydschicht selbst verschwunden ist. Infolgedessen ist es unerheblich, daß die niedergeschlagene Schicht der Maske 30 angegriffen wird. Hingegen wird bei der Anwendbarkeit, wie sie der F i g. 2 A entspricht, in der eine getrennte, fortwährend der Abnutzung unterliegende Maske 30 benutzt wird, gefordert, daß diese regelmäßig erneuert wird. Es versteht sich, daß der Reinigungsprozeß nicht begrenzt ist auf die Entfernung von Molybdänoxyd. Zum Beispiel können auch die Oxyde anderer Metalle, beispielsweise solche des Aluminiums, entfernt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 welcher ein Muster feiner, eingravierter Linien in Patentansprüche: eine auf einen Metallkörper aufgebrachte, metallische Schicht hergestellt wird, ist im IBM Technical

1. Einrichtung zum gleichmäßigen Abtragen Disclosure Bulletin Vol. 7, Nr. 5, Oktober 1964, von Verunreinigungen auf der Oberfläche einer 5 S. 364 bis 366 beschrieben. Bei dieser Einrichtung auf dem Halbleiterkörper eines Halbleiterbau- ist die dem Strom positiver Gasionen ausgesetzte elementes aufgebrachten metallischen Schicht im Oberfläche der Metallschicht durch eine Maske abBereich von kleinen Öffnungen in einer das Halb- gedeckt, die der Form der gewünschten Linienzüge leiterbauelement bedeckenden Isolierschicht entsprechende Öffnungen aufweist.

durch Kathodenzerstäubung, gekennzeich- io Die bekannten Maskierungstechniken dieser Art net durch eine dicht oberhalb der dem Ionen- sind jedoch ungeeignet, wenn es sich darum handelt, strom ausgesetzen Oberfläche (25) des auf Katho- verunreinigende Substanzen von extrem kleinen, denpotential befindlichen Halbleiterbauelementes diskreten Oberflächenbereichen in der Größenordangeordnete, elektrisch leitende, mit der Kathode nung von 1,4 bis 2,4 · IQ"¹ mm einer auf den Halbverbundene Maske (30), die mit den Öffnungen 15 leiterkörper eines Halbleiterbauelementes aufge-(28) der Isolierschicht (26) entsprechenden Öff- brachten Metallschicht gleichmäßig zu entfernen, nungen (32) versehen ist, die etwas größer sind Der Grund hierfür ist, daß der Ionenstrahl die Tenals die zugehörigen Öffnungen (28) der das Halb- denz aufweist, sich im Zentrum des zu reinigenden leiterbauelement bedeckenden Isolierschicht (26). Flächenbereiches zu konzentrieren, so daß die Rand-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 gebiete dieses Bereichs, wenn überhaupt, nur in gekennzeichnet, daß die Dicke (35) der elektrisch ringem Maße dem Zerstäubungsvorgang ausgesetzt leitenden Maske (30) nicht größer ist als der werden. Somit ist eine gleichförmige Reinigung der Λ halbe Durchmesser der abzutragenden, durch die kleinen Oberflächenbereiche auf diese Weise nicht ^ Öffnungen (28) der Isolierschicht (26) freigeleg- möglich. Darüber hinaus werden in der Oberfläche

ten Bereiche (38). 25 des zu bearbeitenden Materials unerwünschte Krater

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, oder Vertiefungen gebildet. Verursacht werden diese dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch lei- Effekte durch eine Anhäufung von Ladungen positende Maske (30) in einem Abstand von hoch- river Ionen auf der Oberfläche des Maskenmaterials, stens 4,8 · 10~² mm von der Oberfläche (25) der die den Ionenstrahl in die Zentren der ausgewählten, das Halbleiterbauelement bedeckenden Isolier- 30 zu reinigenden Flächenbereiche fokussiert. Weiterschicht (26) angeordnet ist. hin kann das starke, von den angehäuften Ladungen

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, herrührende, elektrostatische Feld auch die dielekdadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch lei- trische Durchschlagsfestigkeit des Maskenmaterials tende Maske (30) aus Aluminium, Molybdän überschreiten, was eine zerstörende Bogenentladung oder Chrom gebildet ist und vorzugsweise auf 35 auf die Oberfläche des zu reinigenden Materials zur ihrer der Anode (44) zugewandten Oberfläche Folge hat. Die infolge einer nicht gleichförmigen mit einer Oxydschicht des die Maske bildenden Zerstäubung auf den zu reinigenden Flächenberei-Metalls überzogen ist. chen zurückbleibenden Verunreinigungen bewirken

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 eine Herabsetzung der Qualität des Halbleiterbau- und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch 40 elementes. Beispielsweise wird beim anschließenden leitende Maske (30), vorzugsweise durch Auf- Aufbringen eines anderen Materials über derartige dampfen und anschließendes Ätzen der Öffnun- verunreinigte Oberflächenbereiche die Wahrscheingen (32), direkt auf die das Halbleiterbauelement lichkeit einer schlechten Haftung zwischen dem auf- λ bedeckende Isolierschicht (26) aufgebracht ist. gebrachten Material und der Oberfläche des Halb- ™

45 leiterkörpers erhöht. Eine derartige schlechte Haftung verursacht auch eine unerwünschte Erhöhung des elektrischen Widerstandes. Überdies erhöhen

solche in mechanischer und elektrischer Hinsicht

schädlichen Grenzflächen die Fehlermöglichkeiten 50 und geben Anlaß zu einem erhöhten Ausfall beim späteren Betrieb des Halbleiterbauelementes.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Einrichtung zur

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleich- Kathodenzerstäubung bei der Reinigung ausgewählmäßigen Abtragen von Verunreinigungen auf der ter, kleiner Oberflächenbereiche einer auf den HaIb-Oberfläche einer auf dem Halbleiterkörper eines 55 leiterkörper eines Halbleiterbauelementes aufge-Halbleiterbauelementes aufgebrachten metallischen brachten metallischen Schicht im Bereich der Öff-Schicht im Bereich von kleinen Öffnungen in einer nungen einer auf das Halbleiterbauelement aufgedas Halbleiterbauelement bedeckenden Isoherschicht brachten Isolierschicht dahingehend zu verbessern, durch Kathodenzerstäubung. daß die zu reinigenden Oberflächenbereiche, auch

Das Entfernen von flächenhaften Verunreinigun- 60 wenn sie sehr klein sind, bis zum Rand hin gleichgen durch Kathodenzerstäubung ist bekannt. mäßig abgetragen werden, ohne daß sich in den Be-

Eine durch die USA.-Patentschrift 3 087 838 be- reichen unerwünschte Vertiefungen bilden,
kannte Einrichtung dieser Art dient zur Reinigung Gemäß der Erfindung wird dies bei der Einrich-

eines großen Oberflächengebietes eines Halbleiter- rung der eingangs genannten Art erreicht durch eine kristalls in einem Verfahrensschritt, der dem Auf- 65 dicht oberhalb der dem Ionenstrom ausgesetzten bringen von Elektrodenmaterial bei der Herstellung Oberfläche des auf Kathodenpotential befindlichen von Photoelementen vorgeschaltet ist. Halbleiterbauelementes angeordnete, elektrisch lei-

Eine andere bekannte Einrichtung dieser Art, bei tende, mit der Kathode verbundene Maske, die mit