Brevet FR2517331A1 — publié le 19830603

La présente invention concerne un procédé pour dé- finir le profil d'épaisseur de couches déposées par pulvéri- sation cathodique, et elle porte plus particulièrement sur un procédé pour définir de façon dissymétrique le profil d'épaisseur de couches déposées par pulvérisation cathodique. Dans la fabrication de dispositifs à semiconducteur, il est de plus en plus important de définir avec précision l'uniformité d'épaisseur de couches déposées L'uniformité de l'épaisseur de couches déposées peut augmenter le rendement de fabrication, améliorer les performances de dispositifs à semiconducteur individuels et permettre auxdispositifs répar- _tis sur la tranche de satisfaire de façon plus homogène une spécification particulière Dans le revêtement de tranches de semiconducteur par pulvérisation cathodique, on pulvérise une matière à partir d'une cathode cible de manière qu'elle se dépose sur la surface à revêtir On pourra se référer de fa- çon générale aux ouvrages suivants: Thin Film Technology ( 1968) par R W Berry, et col et Handbook of Thin Film Technology ( 1970) par L J Maissel et col De telles couches déposées par pulvérisation, par exemple en aluminium, sont utilisées pour la métallisation des circuits intégrés Jus- qu'à présent, on a soit toléré des couches non uniformes, soit tenté de définir la forme de la cathode de pulvérisation ou de concevoir la configuration géométrique du dispositif de façon à déposer une couche aussi uniforme que possible. *La technique classique pour définir le profil d'épaisseur du dépft dans une couche déposée par pulvérisation, consiste à interposer un écran d'arrdt entre la cathode cible et le substrat Comme décrit dans le brevet US 3 856 654, on peut intercaler un écran d'arrgt fixe entre une cathode cible et un substrat Lorsque le dépft par pulvérisation à partir d'un tel poste de traitement est combiné avec le dépôt à par- tir de postes dépourvus d'écran, on peut obtenir une couche globale plus uniforme Conformément au brevet US 3 904 503, on peut également intercaler une pièce plane de forme arbi- traire entre une cathode cible et une source tandis que le substrat passe devant la source en étant animé d'un mouvement rectiligne ou tourne autour de la source On choisit la forme du bord de la pièce plane en correspondance avec le profil d'épaisseur du substrat revêtu dans le dispositif dépourvu d'écran On peut ainsi compenser les défauts d'uniformité naturels qui sont introduits par le dispositif Dans les deux cas, du fait qu'on n'utilise pas d'obturateur, le dépôt pré- sente un front avant et un front arrière lorsque le substrat passe devant la cathode De plus, du fait que le substrat ou l'écran se déplace, et du fait que le mouvement relatif est essentiellement linéaire, il n'est pas possible de produire un profil ayant une dissymétrie déduite de la symétrie cir- culaire particulière d'une tranche de semiconducteur. Tout traitement mis en oeuvre dans l'industrie des semiconducteurs présente un défaut d'uniformité inhérent, c'est-à-dire une "signature" qui traduit sa configuration et la nature du traitement Pour obtenir un résultat de traite- ment qui soit globalement uniforme, il est donc nécessaire d'introduire délibérément à certains moments des défauts d'uniformité dans une étape de traitement, pour compenser la signature d'une étape de traitement précédente ou suivante, D'autre part, pour produire un résultat de traitement qui présente globalement un profil d'épaisseur désiré, il est également nécessaire d'introduire délibérément un défaut d'uniformité dans une étape de traitement pour compenser les signatures d'autres étapes de traitement et pour produire ainsi, globalement, le profil d'épaisseur désiré Les techni- ques classiques décrites ci-dessus peuvent réaliser une telle compensation si les configurations du dispositif ou du subs- trat sont symétriques, mais ne permettent pas aisément une compensation dissymétrique, en particulier une compensation dissymétrique déduite de la symétrie essentiellement circulai- re de tranches de semiconducteur. la demande de brevet française déposée le même jour par la demanderesse sous le titre "Procédé et écran d'arrêt perfectionnés pour définir le profil d'épaisseur de couches * 35 déposées par pulvérisation sur un substrat semiconducteur" décrit un dis- positif capable de compenser de façon générale des signatures d'étapes de traitement dans des couches déposées par pulvérisation, et ce dispositif convient pour une compensation dissymétrique Le procédé décrit dans la demande précitée convient particuliè- rement pour réaliser une compensation dans le cas oh inter- vient la symétrie circulaire de tranches de semiconducteur. Il serait souhaitable d'adapter un tel dispositif à la réali- sation d'une compensation dissymétrique, et en particulier une compensation basée sur des caractéristiques dissymétriques déduites de la symétrie circulaire de tranches de semiconduc- teur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre en combinaison un graphique et une vue en plan partielle d'un dispositif d'attaque qui in- troduit une signature ayant des défauts d'uniformité dissymé- triques; la figure 2 est une vue en plan montrant un écran d'arrêt de dépôt par pulvérisation qui est placé de façon dissymétrique sur une tranche de semiconducteur; La figure 2 A est une vue en plan d'une autre confi- guration pour l'écran d'arrêt placé de façon dissymétrique de la figure 2; et la figure 3 est une vue en perspective d'un appareil de dépôt à postes multiples, du type-"cassette à cassette", destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention et com- portant le dispositif de l'invention. L'invention procure un procédé et un dispositif pour compenser des signatures dissymétriques dans des traitements de semiconducteurs On obtient un profil d'épaisseur dissymé- trique dans un dispositif de dépôt par pulvérisation en uti- lisant un écran placé dans une position dissymétrique par rap- port au centre d'un dispositif de pulvérisation symétrique, de préférence un dispositif de pulvérisation à symétrie circu- laire On obtient une couche déposée par pulvérisation qui a le caractère dissymétrique de l'écran et de sa disposition. Lorsque le substrat est placé dans un équipement suivant ayant des caractéristiques d'attaque dissymétriques, la couche ré- sultante a une épaisseur uniforme ou un profil connu. Les dispositifs de l'art antérieur destinés à l'ob- tention de dép 8 ts uniformes sur des tranches de semiconduc- teur ont utilisé des écrans plans de diverses formes inter- calés entre la cathode cible et le substrat De tels dispo- sitifs sont décrits dans les brevets US 3 856 654 et 3 904 503, comme indiqué précédemment Dans ces dispositifs, il y a habituellement un mouvement relatif, généralement rec- tiligne, entre le substrat et la source Dans une configura- tion, l'écran est intercalé devant le substrat ou enlevé par le haut du substrat, et dans une autre configuration le subs- trat se déplace par rapport à la source De plus, ces dispo- sitifs ne possèdent pas ou n'exigent pas de symétrie, c'est- à-dire que ni la source ni la position de la source par rap- port au substrat ne possède de symétrie Du fait de l'absen- ce de symétrie dans le dispositif et du mouvement rectiligne relatif, il est impossible d'introduire délibérément une dissymétrie dans le dép 8 t d'une couche - Certains traitements des semiconducteurs, en parti- culier les traitements d'attaque, introduisent des défauts d'uniformité qui sont dissymétriques, et la dissymétrie ré- sulte de la symétrie circulaire inhérente d'une tranche de semiconducteur ronde On considérera par exemple un plateau d'attaque sur lequel des tranches sont montées autour d'une ouverture centrale Un gaz d'attaque réactif est introduit par l'ouverture centrale et s'écoule radialement vers l'exté- rieur, à la surface des tranches montées sur le plateau Au fur et à mesure que le gaz d'attaque réactif se déplace vers l'extérieur à partir de l'ouverture centrale et remplit sa fonction d'attaque, la réactivité diminue Par conséquent, la vitesse d'attaque est plus faible lorsqu'on se déplace radialement vers l'extérieur sur le plateau d'attaque Il en résulte que pour n'importe quelle tranche donnée, la profon- deur d'attaque le long du bord le plus proche de l'ouverture centrale sera supérieure à la profondeur d'attaque le long du bord le plus éloigné de l'ouverture centrale Ce type de défaut d'uniformité dissymétrique est représenté par exemple sur la figure 7 de l'article de S Kammerdiner, intitulé "Aluminium Plasma Etch Considerations for VISI Production", Solid State Technology, octobre 1981, pages 79, 83 Ce type de dissymétrie de la vitesse d'attaque, résultant de la sy- métrie circulaire inhérente à la tranche de semiconducteur circulaire, ne peut pas 9 tre corrigé aisément par les techni- ques de masquage de l'art antérieur qui consistent à intro- duire un écran de configuration fixe entre une cathode cible et un substrat Un tel écran fixe ne permettrait pas d'obte- nir une configuration différente pour l'exposition symétri- que Il serait donc souhaitable de pouvoir appliquer une cou- che sur un substrat avant une telle attaque non uniforme, de façon que le produit attaqué final constitue une couche uri- forme ou ait un profil d'épaisseur connu - La représentation en plan partielle de la figure 1 montre un plateau d'attaque qui produit une attaque dissymé- trique Le plateau d'attaque 10 comprend une plaque circulai- re 11 ayant des cavités 12, de forme déterminée, destinées -à- recevoir des tranches de semiconducteur à attaquer Lorsque les tranches 13 sont en place dans les cavités de forme dé- terminée, le côté à attaquer est de façon générale dans le m 8 me plan que la surface du plateau circulaire 11 Les m 6- plats 14 des tranches 13 sont de façon caractéristique orien- tés dans une direction connue, par exemple de façon normale à la direction radiale et ils sont de préférence dans la même position intérieure On introduit par l'ouverture centrale 15 un gaz d'attaque réactif tel que O C 14 qui, du fait de l'enve- loppe externe du dispositif d'attaque (non représentée),doit obligatoirement circuler radialement vers l'extérieur et pas- ser sur les surfaces à nu des tranches de semiconducteur 14, de façon à attaquer les parties non masquées de ces surfaces. Du fait que les tranches de semiconducteur sont essentielle- ment circulaires et du fait qu'elles sont placées avec une orientation connue par rapport à l'ouverture centrale 15, la vitesse d'attaque en fonction de la distance radiale à partir de l'ouverture centrale est un paramètre significatif La vitesse d'attaque en fonction de la distance radiale est re- présentée de façon générale par la courbe a sur le graphique qui constitue une partie de la figure 1 Cette vitesse dimi- nue en fonction de la distance radiale à partir de l'ouver- ture centrale 15 Ainsi, une tranche individuelle est soumise à une attaque plus forte le long du bord comportant le mé- plat, et l'attaque diminue progressivement sur la tranche pour donner la plus faible profondeur d'attaque le long du bord opposé au méplat Le profil d'attaque est donc dissymé- trique et ne se prête pas aisément à une compensation par les techniques de l'art antérieur, par exemple par l'établis- sement d'un profil de métal: ayant une caractéristique inver- se. L'invention fait intervenir le placement dissymé- trique d'un écran d'arrêt 21, représenté sur la figure 2, en tre la tranche de semiconducteur 13 et une source de pulvéri- sation (non représentée) La tranche de semiconducteur 13 est maintenue en place par des pinces 20 L'écran 21 est maintenu dans une position dissymétrique fixe par des fils 24 qui sont fixés à une plaque 25 qui repose elle-m 9 me sur une plaque 26. L'invention peut être mise en oeuvre dans un appareil du com- merce qui est le "Cassette-to-Cassette Coater", modèle 3180, de la firme Varian Associates, Inc, Palo Alto, Californie. Comme le montre la figure 3 et comme il est indiqué dans les brochures de produit intitulées " 3180 Cassette Coating System- the Cassette-to-Cassette Coater" publiées par Varian, 611 Hansen Way, Palo Alto, Californie 94303, des tranches de se- miconducteur sont portées dans des cassettes 45, 46, 47 qui se déplacent le long d'un chemin 56 Pour le traitement, une tranche de semiconducteur est chargée à partir d'une cassette 46, au moyen d'un mécanisme de chargement automatique de tran- che 48, et elle traverse un sas de chargement, préservant le vide, pour être placée sur l'un des postes de traitement à maintien effectif qui sont situés sur une plaque tournante 50 La tranche de semiconducteur subit un traitement à chaque position successive au cours de la rotation de la plaque 50 autour de son axe central 51, sous l'action du mécanisme d'entraînement à chaîne 55 Des opérations telles qu'un pré- chauffage, un dépôt, une attaque par pulvérisation, un re- froidissement ou d'autres opérations similaires peuvent être accomplies aux postes successifs Un tel appareil comportant des postes séparés avec enchaînement automatique des opéra- tions permet d'accomplir un dépôt par pulvérisation en plu sieurs étapes successives. Du fait que le dispositif présente une symétrie circulaire inhérente, par exemple la tranche de semiconduc- teur est ronde et les plaques et les éléments de fixation destinés à maintenir la tranche et l'écran sont ronds, il est possible d'introduire délibérément une dissymétrie qui résulte de cette symétrie circulaire On réalise ceci en dé- plaçant le centre de l'écran 21 d'une distance connue par rapport au centre de la tranche de semiconducteur 13 On ef- fectue ce déplacement de façon à produire une couche déposée par pulvérisation qui compense la signature dissymétrique d'une étape de traitement telle que celle décrite en relation avec la figure 1 Ceci est possible du fait qu'on connaft la position du méplat 14 par rapport à la signature dissymétri- que et qu'on connaît la position du méplat 14 à l'intérieur du dispositif de pulvérisation de la figure 2 Dans de nom- breux dispositifs de pulvérisation, on ne connaît pas la po- sition du méplat et il ne serait pas possible d'essayer d'ef- fectuer un dép 8 t dissymétrique De plus, la nature statique de cette technique dé dépft procure une simplicité mécanique souhaitable la dissymétrie de la signature est ici normale au méplat, ce qui fait que le déplacement a lieu le long de cette ligne de référence na valeur du déplacement est déter- minée par l'importance de la dissymétrie nécessaire pour ef- fectuer la compensation. Comme le montre la figure 2 A, il n'est pas obliga- toire que l'écran 21 ' soit exactement circulaire, comme il a été représenté précédemment pour l'écran 21 sur la figure 2 L'exigence consiste en ce que l'écran possède une symétrie qui résulte de la symétrie circulaire du dispositif On peut ainsi employer une forme elliptique Dans ce cas, une ligne passant par les foyers de l'écran serait superposée à la normale au méplat sur la tranche - Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent 8 tre apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. - BE 1 LREVENDICATIONS i Dispositif pour former une couche déposée par pulvérisation et ayant un profil dissymétrique, dans un ap- pareil de pulvérisation comportant une cathode cible, un substrat ( 13) placé face à la source de pulvérisation, et un écran d'arrêt ( 21) placé entre la cathode cible et le substrat, cet écran d'arrgt ayant pour fonction de masquer une partie du substrat en ce qui concerne la communication en ligne droi- te avec la cathode cible, caractérisé en ce que l'écran d'ar- rtt( 21) est placé de façon dissymétrique-par rapport au subs- trat ( 13) et cette dissymétrie est déduite de la symétrie de l'appareil. 2 Dispositif pour produire une couche déposée par pulvérisation, de façon dissymétrique, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est une tranche de semi- conducteur ( 13) ayant une symétrie circulaire-. 3.Dispoeitif pour produire une couche déposée par pulvérisation, de façon dissymétrique, selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran d'arrgt consiste en un écran circulaire ( 21). 4 Dispositif pour produire une couche déposée par pulvérisation, defaçcoh dissymétrique, selon la revendication 3, caractérisé en ce que le centre de l'écran d'arrêt ( 21) est déplacé d'une distance fixe par rapport à une ligne nor- male au centre de la tranche de semiconducteur circulaire ( 13). 5.Dispositf pour produire une couche déposée par pulvérisation, de façon dissymétrique, selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écran d' arrêt consiste en un écran elliptique ( 21 '). , 6 Dispositif pour produire une couche déposée par pulvérisation, de façon dissymétrique, selon la revendication , caractérisé en ce que les foyers du contour elliptique de l'écran d'arrêt ( 21 ') sont superposés sur un diamètre de la tranche de semiconducteur ( 13). 7 Procédé de dépôt par pulvérisation d'une couche dissymétrique sur un substrat ( 13), dans un appareil de pul- vérisation à postes multiples, caractérisé en ce que: on dépose par pulvérisation une couche de matière sur le substrat 2517311 I ( 13), à partir d'une cathode source dans un premier poste de pulvérisation; on déplace le substrat jusqu'à un second pos- te de pulvérisation, le substrat étant protégé contre un dé- pôt depuis l'achèvement de la pulvérisation au premier poste de pulvérisation jusqu'au début de la pulvérisation au second poste de pulvérisation; et on dépose par pulvérisation une couche de matière dissymétrique sur le substrat ( 13), à par- tir d'une cathode cible, au second poste de pulvérisation, cette couche dissymétrique étant définie par un écran d'arrêt ( 21) qui est placé de façon dissymétrique dans le second pos- te de pulvérisation entre la cathode cible et le substrat, de façon que la dissymétrie découle de la symétrie du second poste de pulvérisation. 8 Procédé de dépôt par pulvérisation d'une couche dissymétrique dans un appareil de pulvérisation, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat est une tranche de semiconducteur ( 13) de forme générale circulaire, et en ce que l'opération de dép 8 t par pulvérisation d'une couche dissymétrique est effectuée par dépdt par pulvérisa- tion d'une couche dissymétrique au moyen d'un écran d'arrêt circulaire ( 21) dont le centre est déplacé d'une distance fixe par rapport à une ligne normale au centre de la tranche de semiconducteur circulaire-( 13). 9 Procédé de dép 8 t par pulvérisation d'une couche dissymétrique dans un appareil de pulvérisation, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat est une tranche de semiconducteur ( 13) de forme générale circulaire, et en ce que l'opération de dépft par pulvérisation d'une couche dissymétrique est accomplie par dép 8 t par pulvérisa- tion d'une couche dissymétrique au moyen d'un écran d'arrêt elliptique ( 21 '), dans des conditions telles qu'une ligne passant par les foyers du contour elliptique soit superposée sur un diamètre de la tranche de semiconducteur circulaire ( 13).