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Dokumentenidentifikation DE102006028977A1 27.12.2007
Titel Sputterdepositions-Vorrichtung und -Verfahren
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Ufert, Klaus Dieter, Dr., 85716 Unterschleißheim, DE
Vertreter Bosch, Graf von Stosch, Jehle Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80639 München
DE-Anmeldedatum 23.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006028977
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse C23C 14/34(2006.01)A, F, I, 20061025, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C23C 14/50(2006.01)A, L, I, 20061025, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Sputterdepositions-Vorrichtung und ein Sputterdepositions-Verfahren sowie auf einen Substrathalter zur Verwendung in einer Sputterdepositions-Vorrichtung. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Sputterdepositions-Vorrichtung bereitgestellt, die aufweist: wenigstens ein Sputter-Target, ein erstes Plasma, einen Substrathalter und ein weiteres Plasma. Vorzugsweise ist das weitere Plasma ein ECWR Plasma. Gemäß einem weiteren Aspekt ist zwischen dem weiteren Plasma und dem Substrathalter eine Anode vorgesehen. Gemäß einem weiteren Aspekt weist der Substrathalter eine dielektrische Schicht von variierender Stärke auf.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sputterdepositions-Vorrichtung und ein Sputterdepositions-Verfahren, insbesondere zur Verwendung bei der Herstellung von Speicherbauelementen, z.B. resistiv schaltenden Speicherbauelementen wie z.B. Phase Change Random Access Memories („PCRAMs"), Conductive Bridging Random Access Memories („CBRAMs"), etc. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf einen Substrathalter zur Verwendung in einer Sputterdepositions-Vorrichtung.

Bei herkömmlichen Speicherbauelementen, insbesondere herkömmlichen Halbleiter-Speicherbauelementen, unterscheidet man zwischen sog. Funktionsspeicher-Bauelementen (z.B. PLAs, PALs, etc.) und sog. Tabellenspeicher-Bauelementen, z.B. ROM-Bauelementen (ROM = Read Only Memory – insbesondere PROMs, EPROMs, EEPROMs, Flash-Speicher, etc.) und RAM-Bauelementen (RAM = Random Access Memory – insbesondere z.B. DRAMs und SRAMs).

Ein RAM-Bauelement ist ein Speicher, bei dem man nach Vorgabe einer Adresse Daten abspeichern und unter dieser Adresse später wieder auslesen kann. Bei SRAMs (SRAM = Static Random Access Memory) bestehen die einzelnen Speicherzellen z.B. aus wenigen, beispielsweise 6, Transistoren, und bei sog. DRAMs (DRAM = Dynamic Random Access Memory) im Allgemeinen nur aus einem einzigen, entsprechend angesteuerten kapazitiven Element.

Des Weiteren sind seit neuerem auch sog. „resistive" bzw. „resistiv schaltende" Speicherbauelemente bekannt, z.B. sog. Phase Change Random Access Memories („PCRAMs"), Conductive Bridging Random Access Memories („CBRAMs"), etc., etc.

Bei „resistiven" bzw. „resistiv schaltenden" Speicherbauelementen wird ein – z.B. zwischen zwei entsprechenden Elektroden angeordnetes – „aktives" bzw. „schaltaktives" Material durch entsprechende Schaltvorgänge in einen mehr oder weniger leitfähigen Zustand versetzt (wobei z.B. der mehr leitfähige Zustand einer gespeicherten, logischen „eins" entspricht, und der weniger leitfähige Zustand einer gespeicherten, logischen „null", oder umgekehrt).

Bei Phase Change Random Access Memories (PCRAMs) kann als „schaltaktives" Material z.B. ein entsprechendes Chalkogenid- oder Chalkogenidverbindungs-Material verwendet werden (z.B. ein Ge-Sb-Te-(„GST"-) oder ein Ag-In-Sb-Te-Verbindungsmaterial, etc.). Das Chalkogenidverbindungs-Material kann durch entsprechende Schaltvorgänge in einen amorphen, d.h. relativ schwach leitfähigen, oder einen kristallinen, d.h. relativ stark leitfähigen, Zustand versetzt werden (wobei z.B. der relativ stark leitfähige Zustand einer gespeicherten, logischen „eins" entsprechen kann, und der relativ schwach leitfähige Zustand einer gespeicherten, logischen „null", oder umgekehrt). Phasenwechsel-Speicherzellen sind z.B. aus G. Wicker, "Nonvolatile, High Density, High Performance Phase Change Memory", SPIE Conference on Electronics and Structures for MEMS, Band 3891, Queensland, 2, 1999 bekannt, sowie z.B. aus Y.N. Hwang et al., "Completely CMOS Compatible Phase Change Nonvolatile RAM Using NMOS Cell Transistors", IEEE Proceedings of the Nonvolatile Semiconductor Memory Workshop, Monterey, 91, 2003, S. Lai et al., "OUM-a 180 nm nonvolatile memory cell element technology for stand alone and embedded applications", IEDM 2001, Y. Ha et al., "An edge contact type cell for phase change RAM featuring very low power consumption", VLSI 2003, H. Horii et al., "A novel cell technology using N-doped GeSbTe films for phase change RAM", VLSI 2003, Y. Hwang et al., "Full integration and reliability evaluation of phase-change RAM based on 0,24 &mgr;m-CMOS technologies", VLSI 2003, und S. Ahn et al., "Highly Manufacturable High Density Phase Change Memory of 64 Mb and beyond", IEDM 2004, etc.

Bei den oben genannten Conductive Bridging Random Access Memories (CBRAMs) erfolgt das Speichern von Daten unter Verwendung eines Schaltmechanismus, der auf dem statistischen Überbrücken mehrfacher metallreicher Ablagerungen in dem „schaltaktiven" Material basiert. Bei Anlegen eines Schreibimpulses (positiver Impuls) an zwei entsprechende Elektroden, die mit dem „schaltaktiven" Material in Kontakt stehen, wächst die Dichte der Ablagerungen an, bis sie einander schließlich berühren und so durch das „schaltaktive" Material eine leitende Brücke bilden, was zu einem stark leitfähigen Zustand der entsprechenden CBRAM-Speicherzelle führt. Durch Anlegen eines negativen Impulses an die entsprechenden Elektroden kann dieser Vorgang umgekehrt werden, wodurch die CBRAM Speicherzelle wieder in den schwach leitfähigen Zustand zurückversetzt wird. Derartige Speicherbauelemente sind z.B. in Y. Hirose, H. Hirose, J. Appl. Phys. 47, 2767 (1975), T. Kawaguchi et al., „Optical, electrical and structural properties of amorphous Ag-Ge-S and Ag-Ge-Se films and comparison of photoinduced and thermally induced phenomena of both systems", J. Appl. Phys. 79 (12), 9096, 1996, M. Kawasaki et al., "Ionic conductivity of Agx(GeSe3)1-x (0<x0.571) glasses", Solid State Ionics 123, 259, 1999, etc. offenbart.

Entsprechend ähnlich wie bei den oben genannten PCRAMs kann für CBRAM Speicherzellen ein entsprechendes Chalkogenid oder eine Chalkogenidverbindung (z.B. GeSe, GeS, AgSe, CuS, etc.) als „schaltaktives" Material verwendet werden.

Des Weiteren kann für die oben genannten Elektroden z.B. Cu, Ag, Au, Zn, etc. verwendet werden (oder z.B. Cu, Ag, Au, Zn, etc. für eine entsprechende erste und z.B. W, Ti, Ta, TiN, etc. für eine entsprechende zweite Elektrode, etc.).

Für die Herstellung von Speicherzellen, z.B. zum Ablagern des oben genannten schaltaktiven Materials, von Elektroden, etc., werden so genannte Sputterdepositions-Verfahren verwendet.

Sputtern ist ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome in einem festen „Target-Material" durch Beschuss des Materials beispielsweise mit energiereichen Ionen in die Gasphase ausgestoßen werden. Die ausgestoßenen Atome werden dann auf einem entsprechenden Substrat abgelagert. Die Ionen zum Sputtern werden beispielsweise durch ein Plasma geliefert, das in der entsprechenden Sputtervorrichtung erzeugt wird. Die Ablagerung des gesputterten Materials erfolgt jedoch auch an Seitenwandflächen der Sputtervorrichtung. Leichtere Bestandteile des gesputterten Materials unterliegen einer derartigen Ablagerung in höherem Maß, als schwerere Bestandteile des gesputterten Materials. Daher tendiert das schließlich auf dem Substrat abgelagerte Material dazu, nicht die gewünschte Zusammensetzung aufzuweisen, insbesondere nicht in den äußeren peripheren Randbereichen des Substrats. Folglich sind eine Sputterdepositions-Vorrichtung und ein Sputterdepositions-Verfahren erwünscht, mit denen eine gleichmäßige Ablagerung des gesputterten Materials erreicht werden kann. Aus diesem und weiteren Gründen gibt es einen Bedarf an der vorliegenden Erfindung.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Sputterdepositions-Vorrichtung bereitgestellt, die aufweist: wenigstens ein Sputter-Target, ein erstes Plasma, einen Substrathalter, sowie ein weiteres Plasma. Vorzugsweise ist das weitere Plasma ein ECWR Plasma. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zwischen dem weiteren Plasma und dem Substrathalter eine Anode bereitgestellt. Gemäß noch einem weiteren Aspekt weist der Substrathalter eine dielektrische Schicht von variierender Stärke auf.

KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen dienen dazu, die Erfindung besser verständlich zu machen, und werden in diese Beschreibung aufgenommen und sind ein Teil davon. Die Zeichnungen zeigen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich, wenn sie unter Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden.

1 zeigt eine schematische Querschnitt-Ansicht einer Sputterdepositions-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt eine schematische Darstellung des in der Sputterdepositions-Vorrichtung der 1 erzeugten ECWR Plasmas sowie entsprechende Schichten, die auf dem in der Vorrichtung vorgesehenen Substrat abgelagert sind.

3a zeigt eine schematische Querschnitt-Ansicht des Anodenrings der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung, sowie entsprechender Dauermagnete.

3b zeigt eine schematische Längsschnitt-Ansicht des Anodenrings der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung, sowie entsprechender Dauermagnete.

3c zeigt eine detailliertere Längsschnitt-Ansicht des Anodenrings der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung, sowie entsprechender Dauermagnete.

4 zeigt eine schematische Darstellung des ECWR Plasmas und des zusätzlichen in der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung erzeugten Plasmas.

5 zeigt eine schematische Detail-Darstellung des ECWR Plasmas und des in der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung verwendeten Substrathalters.

6 zeigt eine schematische Darstellung der mit dem Substrathalter der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung erzielbaren Vorspannungsverteilung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden, und in denen besondere Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann, bildlich dargestellt sind. In diesem Zusammenhang wird Terminologie, die eine Richtung bezeichnet, beispielsweise „oben", „unten", „vorne", „hinten", etc. im Hinblick auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Bestandteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vielen verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Terminologie, die eine Richtung bezeichnet, nur zu Zwecken der Illustration verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es ist selbstverständlich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können, und dass strukturelle oder andere Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.

1 zeigt eine schematische Querschnitt-Ansicht einer Sputterdepositions-Vorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 kann für jede Art von Ablagerungsverfahren verwendet werden und ist besonders nützlich für die Herstellung von Halbleiterbauelementen und/oder Speicherbauelementen wie beispielsweise ROMs, PROMs, EPROMs, EEPROMs, Flash-Speicher, RAMs (z.B. DRAMs, SRAMs, etc.), insbesondere für die Herstellung so genannter „resistiver" bzw. „resistiv schaltender" Speicherbauelemente, z.B. Phase Change Random Access Memories („PCRAMs"), Conductive Bridging Random Access Memories („CBRAMs"), etc. Insbesondere kann die Depositions-Vorrichtung 1 für die Herstellung des entsprechenden „schaltaktiven" Materials eines „resistiven" bzw. „resistiv schaltenden" Speicherbauelements (z.B. eines entsprechenden Chalkogenid- oder Chalkogenidverbindungs-Materials, z.B. eines Ge-Sb-Te („GST") oder eines Ag-In-Sb-Te Vebindungsmaterials (oder GeSe, GeS, GeS2, AgSe, CuS, etc.)) verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Depositions-Vorrichtung 1 z.B. für die Herstellung einer entsprechenden (ersten und/oder zweiten) Elektrode eines „resistiven" bzw. „resistiv schaltenden" Speicherbauelements verwendet werden, z.B. einer entsprechenden Cu-, Ag-, Au- oder Zn-Elektrode, etc., oder z.B. einer W-, Ti-, Ta-, TiN-Elektrode, etc., und/oder zum Durchführen entsprechender Dotiervorgänge, z.B. eines Dotierens mit Stickstoff, etc. Beispielsweise kann, wie in 2 gezeigt ist, die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 verwendet werden, um z.B. zunächst eine entsprechende W-Schicht 14a herzustellen, die als erste Elektrode eines entsprechenden „resistiven" bzw. „resistiv schaltenden" Speicherbauelements verwendet wird, und/oder eine entsprechende GeSe-Matrixschicht 14b, die als „schaltaktives" Material des Speicherbauelements verwendet wird, und/oder – danach – eine entsprechende Ag-Dotierschicht 14c, die als zweite Elektrode des Speicherbauelements verwendet wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Depositions-Vorrichtung 1 vorteilhaft in Form einer HF-, DC-Magnetron-Co-Sputterdepositions-Vorrichtung aufgebaut, z.B. in Form einer HF-, DC-Co-Sputterdepositions-Vorrichtung mit einer Erregungsfrequenz HF von z.B. 13,56 MHz (oder z.B. 27, 12 MHz, etc.).

Wie in 1 gezeigt ist, werden bei der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 Atome/Moleküle in einem festen „Target-Material" 2 (hier: z.B. in entsprechenden Co-Sputter-Targets vorgesehen, die oben in der Vorrichtung 1 bereitgestellt sind) durch Beschuss des Materials 2 z.B. mit energiereichen Ionen in die Gasphase ausgestoßen und dann auf einem Substrat/Wafer (hier: einem Substrat/Wafer, das/der auf einem Substrathalter 4 unten in der Vorrichtung 1 vorgesehen ist) abgelagert. Die Ionen zum Sputtern werden beispielsweise von einem Plasma 3 geliefert, das in der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 erzeugt wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 „von oben nach unten" aufgebaut, wobei das „Target-Material" 2 und entsprechende Sputter-Kathoden oberhalb des Substrathalters 4 angeordnet sind.

Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt zwischen einer Ebene A, auf der das Target-Material 2/Sputter-Target vorgesehen ist, und einer Ebene B, auf der das Substrat 4 vorgesehen ist, ein Winkel &agr; von beispielsweise zwischen 15° und 35°, z.B. zwischen 20° und 30°, z.B. von ca. 25°.

Der Abstand zwischen dem Target-Material 2/Sputter-Target und dem Substrathalter 4 beträgt z.B. zwischen 15 cm und 30 cm, vorzugsweise z.B. zwischen 20 cm und 25 cm.

Des Weiteren ist der Abstand zwischen dem Plasma 3 und dem Target-Material 2/Sputter-Target (oder der Abstand zwischen entsprechenden Gaseinlässen für das Plasma 3, die in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 ausgebildet sind, und dem Target-Material 2/Sputter-Target) relativ gering, z.B. zwischen 3 cm und 15 cm, vorzugsweise z.B. zwischen 5 cm und 10 cm.

Die Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 hat im Wesentlichen die Form eines Zylinders. Der Innendurchmesser des Zylinders beträgt ungefähr zwischen 45 cm und 70 cm, bevorzugt z.B. zwischen 55 cm und 60 cm.

Als Substrat kann ein relativ großer Wafer verwendet werden, z.B. ein Wafer mit einem Durchmesser von beispielsweise mehr als 15 cm oder 25 cm, z.B. zwischen 20 cm und 60 cm, vorzugsweise z.B. zwischen 30 cm und 50 cm.

Wie weiter unten im Einzelnen beschrieben werden wird, ist in der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 ein zusätzliches – vorzugsweise induktiv gekoppeltes – Plasma 5 (oder mehrere zusätzliche Plasmen) vorgesehen.

Der Abstand zwischen dem zusätzlichen Plasma 5 und dem Substrathalter 4 (oder genauer gesagt der Abstand zwischen entsprechenden zusätzlichen Gaseinlässen für das zusätzliche Plasma 5, die z.B. in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 ausgebildet sind, und dem Substrathalter 4) ist relativ gering, z.B. zwischen 2 cm und 15 cm, vorzugsweise z.B. zwischen 3 cm und 10 cm, z.B. zwischen 5 cm und 8 cm.

Die zusätzlichen Gaseinlässe in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 (und/oder optionale weitere Gaseinlässe 8 in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1, wie unten detaillierter beschrieben werden wird) können einen entsprechenden Ring um die Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 herum bilden. Wie aus 1 ersichtlich ist, liegt zwischen einer Ebene D, auf der die zusätzlichen Gaseinlässe/die Hauptachse des zusätzlichen Plasmas 5 vorgesehen sind/ist (und auch einer Ebene C, auf der der Ring weiterer Gaseinlässe 8 vorgesehen ist) und der Ebene B, auf der das Substrat/der Wafer vorgesehen ist, ein Winkel &bgr; von zwischen 15° und 35°, z.B. zwischen 20° und 30°, beispielsweise von ca. 25°. Der Winkel &bgr; ist vorzugsweise im Wesentlichen identisch zu dem oben genannten Winkel &agr; zwischen der Ebene A, auf der das Sputter-Target vorgesehen ist, und der Ebene B, auf der der Substrathalter 4 vorgesehen ist.

Das zusätzliche Plasma 5 ist vorzugsweise ein so genanntes „ECWR" Plasma (ECWR Plasma = Electron Cyclotron Wave Resonance Plasma), wie es z.B. in H. Neuert, Z. Naturforschung 3a, 1948, Seite 310, O. Sager, Z. Angew. Phys. 31, 1971, Seite 282, oder H. Oechsner, Z. Phys. 238, 1970, Seite 433, beschrieben ist.

Wie weiter unten im Einzelnen beschrieben werden wird, können die (optionalen) weiteren Gaseinlässe 8 in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 mit einem entsprechenden zusätzlichen Anodenring 6 gekoppelt sein, der sich zwischen dem zusätzlichen Plasma 5 und dem Substrathalter 4 befindet.

Das zusätzliche ECWR Plasma 5 kann einem (vorzugsweise variabel einstellbaren) Druck unterliegen, beispielsweise einem „normalen" oder relativ geringen Druck von ca. 1 – 8 × 10-3 mbar (z.B. 3 – 6 × 10-3 mbar), oder einem relativ hohen Druck von ca . 8 × 10-3 – 1 × 10-1 mbar (z.B. 1 – 10 × 10-2 mbar), etc.

Das ECWR Plasma 5 kann dazu dienen, die Beimischung z.B. von Ag Dotierungen beispielsweise in die GeSe/GeS Matrix zu unterstützen, und/oder von N2 in die GST Matrix, etc., z.B. mittels:

  • (a) Ionenstrahlen; und/oder
  • (b) Elektronen/Thermalheizung; und/oder
  • (c) Fotoauflösung, z.B. über UV-Strahlung.

Vorzugsweise ist die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 so ausgelegt, dass jedes der oben genannten Verfahren (a), (b) oder (c) zur Verwendung ausgewählt werden kann, oder beliebige mögliche Kombinationen hieraus. Die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 ist beispielsweise bevorzugt so ausgelegt, dass – alternativ – z.B. das Verfahren (a) oder das Verfahren (b) oder das Verfahren (c), oder eine Kombination aus den Verfahren (b) und (c) (oder eine Kombination aus den Verfahren (a) und (b), oder (a) und (c), oder eine Kombination aus den Verfahren (a), (b) und (c)) zur Verwendung ausgewählt werden kann, wobei bevorzugt auch im Fall einer kombinierten Verwendung der Verfahren (b) und (c) oder (a) und (b) oder (a) und (c) oder (a) und (b) und (c) das Ausmaß, in dem ein entsprechendes Verfahren verwendet wird, variabel angepasst werden kann.

Durch das ECWR Plasma 5 kann, wie in 2 gezeigt, das entsprechende Sputter-Material – z.B. Ag und/oder N2 etc., etc. – zusätzlich erregt oder dissoziiert oder ionisiert werden (beispielsweise durch die oben genannten ECWR Plasmaionen und/oder -elektronen und/oder -photonen). Dadurch kann beispielsweise ein dichteres Sputter-Material und/oder eine gleichmäßigere Ablagerung des Sputter-Materials in dem entsprechenden Substratmaterial, z.B. GeSe, GeS, etc. erreicht werden.

Durch die Verwendung des oben genannten Anodenrings 6 – der vorzugsweise selektiv einer variabel einstellbaren positiven Spannung unterliegen kann – können Plasmaelektronen von beispielsweise bevorzugt dem ECWR Plasma 5 auf den Anodenring 6 zu getrieben werden. Dadurch kann die geringere Intensität der Plasmastrahlung in Bereichen nahe der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 (d.h. in Umfangsbereichen) ausgeglichen werden (um beispielsweise einen gleichmäßigen Beschuss des Substrats mit Elektronen zu erzielen). Des Weiteren kann, insbesondere falls der Anodenring 6 relativ nahe an dem Substrathalter 4 positioniert ist (z.B. näher als beispielsweise 6 cm, vorzugsweise näher als 5 cm oder 3 cm an dem Substrathalter 4), durch Anlegen einer entsprechend gewählten positiven Spannung an den Anodenring 6 der Beschuss des Substrats mit Elektronen aus dem zusätzlichen Plasma 5 insgesamt variabel modifiziert, z.B. reduziert, werden – beispielsweise auf beinahe 0, wenn eine relativ hohe positive Spannung an den Anodenring 6 angelegt wird. Daher kann in diesem Fall erreicht werden, dass die Dotierung von Material, z.B. Ag in das Substrat (z.B. GeSe, GeS, etc.) hauptsächlich auf Plasmaphotonen basiert.

Wie weiter unten im Einzelnen beschrieben werden wird, kann durch die Verwendung der oben genannten (optionalen) weiteren Gaseinlässe 8, die mit dem Anodenring 6 gekoppelt sind, selektiv ein weiteres zusätzliches Plasma 13 (Hilfsplasma) erzeugt werden (wodurch wiederum die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 z.B. so ausgelegt werden kann, dass jedes der oben genannten Verfahren (a), (b) oder (c) zur Verwendung ausgewählt werden kann, oder jede mögliche Kombination hieraus (wobei das Ausmaß, mit dem ein entsprechendes Verfahren verwendet wird, variabel anpassbar ist)).

Zur Unterstützung des oben genannten Hilfsplasmas 13 kann ein entsprechendes Edelgas/Reaktionsgas, z.B. N2, durch die weiteren Gaseinlässe 8, die mit dem Anodenring 6 gekoppelt sind, in die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 eingelassen werden, das entsprechend dissoziiert/erregt wird. Das oben genannte Hilfsplasma 13 kann z.B. zum Ausgleich der oben genannten geringeren Plasmaintensität in Bereichen nahe der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 (d.h. in Umfangsbereichen) verwendet werden.

Des Weiteren kann durch Verwendung eines geeigneten Reaktionsgases, z.B. eines entsprechenden schwefelhaltigen Reaktionsgases, beispielsweise die folgende Wirkung erzielt werden: In dem oben genannten Sputter-Target kann das Target-Material 2 mehrere verschiedene Bestandteile aufweisen. Die entsprechenden verschiedenen Bestandteile des Target-Materials 2 können jedoch auf ihrem Weg zu dem Substrat – in unterschiedlichem Ausmaß – einer entsprechenden Streuung unterworfen sein. Streuungsverluste von Bestandteilen, die in relativ hohem Ausmaß gestreut werden (z.B. Schwefel) sind größer, als Streuungsverluste von Bestandteilen, die in relativ geringem Ausmaß gestreut werden (z.B. Germanium). Daher kann sich die Zusammensetzung des in dem Substrat abgelagerten Materials von der Zusammensetzung des Target-Materials 2 und daher von der gewünschten Zusammensetzung unterscheiden. Deshalb können durch das oben genannte Reaktionsgas, das durch die oben genannten weiteren Gaseinlässe 8 eingelassen wird, die mit dem Anodenring 6 gekoppelt sind, der einen oder mehrere der oben genannten Bestandteile des Target-Materials 2 enthält, der in einem relativ hohen Ausmaß Streuung unterliegt, die oben genannten unterschiedlichen Streuungsverluste ausgeglichen werden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Zusammenhang des in dem Substrat abgelagerten Materials im Wesentlichen gleich der Zusammensetzung des Target-Materials 2 und/oder im Wesentlichen gleich der entsprechenden gewünschten Zusammensetzung ist.

Zusätzlich kann es sein, dass das Target-Material 2 selbst von Anfang an nicht die gewünschte Zusammensetzung (oder genauer gesagt die Zusammensetzung, die für das in dem Substrat abzulagernde Material erwünscht ist) aufweist – beispielsweise, weil ein entsprechendes Target-Material 2 zu teuer wäre oder überhaupt nicht hergestellt wird. GeS kann beispielsweise als Target-Material 2 verfügbar sein, nicht aber GeS2. Ein Bestandteil, der in dem Target-Material vollständig fehlt, und/oder ein Bestandteil, der in dem Target-Material 2 nicht in ausreichendem Maß vorhanden ist (z.B. Schwefel) kann „hinzugefügt" werden durch Verwendung des oben genannten Reaktionsgases, das durch die oben genannten weiteren Gaseinlässe 8, die mit dem Anodenring 6 gekoppelt sind, eingelassen wird. Wenn das entsprechende Reaktionsgas einen oder mehrere Bestandteile aufweist, die nicht in dem Target-Material 2 enthalten sind, aber in dem Substrat abzulagern sind, und/oder einen oder mehrere Bestandteile, die in dem Target-Material 2 nicht in ausreichendem Maß enthalten sind, kann erreicht werden, dass die Zusammensetzung des in dem Substrat abgelagerten Materials im Wesentlichen gleich der entsprechenden gewünschten Zusammensetzung ist (GeS2 kann beispielsweise abgelagert werden, obwohl GeS als Target-Material 2 verwendet wird).

Als Target-Material 2 kann jedes geeignete Material verwendet werden, z.B. ein entsprechendes Chalkogenid- oder Chalkogenidverbindungs-Material, beispielsweise ein Ge-Sb-Te-(„GST"-) oder ein Ag-In-Sb-Te-Verbindungsmaterial (oder GeSe, GeS, AgSe, CuS, etc.) (und/oder z.B. Cu, Ag, Au, Zn, W, Ti, Ta, TiN, etc., etc.). Insbesondere können, falls ein entsprechendes Co-Sputterverfahren durchgeführt wird, zwei unterschiedliche Target-Materialien gleichzeitig verwendet werden, z.B. GeS (oder z.B. Se) und Ag2S (oder AgSe), etc.

3a zeigt eine schematische Querschnitt-Ansicht des Anodenrings 6 der in 1 gezeigten Sputterdepositions-Vorrichtung 1, sowie der oben genannten (optionalen) weiteren Gaseinlässe 8 in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1.

Die Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 ist bevorzugt nichtmagnetisch und kann zu diesem Zweck z.B. ein entsprechendes nichtmetallisches Material, z.B. ein entsprechendes keramisches Material aufweisen.

Wie bereits oben erwähnt wurde, kann durch die weiteren Gaseinlässe 8 ein entsprechendes Edelgas/Reaktionsgas, z.B. N2, in die Sputterdepositions-Vorrichtung 1 eingelassen werden.

Die oben genannte positive Spannung, der der oben genannte Anodenring 6 unterliegen kann, kann von einer entsprechenden Spannungsquelle 10, die mit dem Anodenring 6 elektrisch in Kontakt steht, geliefert werden. Wie aus 3a ersichtlich ist, können zwischen dem Anodenring 6 (oder einer Innenwand 6a des Anodenring, falls der Anodenring, wie in 3a gezeigt, in Form einer Box ausgebildet ist) und der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 mehrere Dauermagnete 9 vorgesehen sein. Die Dauermagnete 9 können z.B. jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und/oder einen rechteckigen Längsschnitt, und können jeweils im Wesentlichen gleich groß sein. Vorzugsweise ist der Anodenring 6 oder die oben genannte Innenwand 6a des Anodenrings aus einem entsprechenden nichtmagnetischen Material hergestellt und ist, wie in 3b gezeigt, perforiert, um zu ermöglichen, dass das Edelgas/Reaktionsgas, das durch die weiteren Gaseinlässe 8 eingelassen wird, in Innenbereiche der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 eintreten kann.

Wie aus 3a ersichtlich ist, sind die weiteren Gaseinlässe 8 in der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 in einem Abstand von dem Substrathalter 4 vorgesehen, der im Wesentlichen identisch zu dem Abstand zwischen den Dauermagneten 9 und/oder dem Anodenring 6 und dem Substrathalter 4 ist.

Die Dauermagnete 9 können durch einen entsprechenden zusätzlichen Ring 11 oder eine Metallplatte 11, die in der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 zwischen den Dauermagneten 9 und der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 vorgesehen ist, gekoppelt sein. Vorzugsweise kann der zusätzliche Ring 11 aus einem entsprechenden magnetischen Material, z.B. Nickel oder Eisen, hergestellt sein. Daher kann ein magnetischer Kurzschluss zwischen benachbarten Dauermagneten 9 erreicht werden – genauer gesagt, ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem Südpol (S) eines ersten Dauermagneten 9 und dem Nordpol (N) eines zweiten Dauermagneten 9 nahe einer Seite des ersten Dauermagneten 9, und zusätzlich ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem Nordpol (N) des ersten Dauermagneten 9 und dem Südpol (S) eines dritten Dauermagneten 9 nahe der anderen Seite des ersten Dauermagneten 9, etc., etc.

Durch Verwendung der Dauermagnete 9 kann ein entsprechendes konstantes Magnetfeld erzeugt werden, z.B. ein konstantes Magnetfeld mit einer Feldstärke zwischen z.B. 1.500 und 15.000 A/m, insbesondere zwischen 3.000 und 10.000 A/m (z.B. ca. 7.000 A/m).

3c zeigt eine detailliertere Längsschnitt-Ansicht des Anodenrings 6 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 sowie der Dauermagnete 9. Insbesondere zeigt 3c entsprechende Linien 9a, 9b, 9c, die den Magnetfluss zwischen benachbarten Dauermagneten 9 zeigen, sowie das Anodenplasma (Hilfsplasma) 13, das durch Verwendung des Anodenrings 6 mit den oben genannten weiteren Gaseinlässen 8 erzeugt wird. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist das Hilfsplasma 13 im Wesentlichen eine zylindersymmetrische Form auf und hat in Bereichen nahe der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 (d.h. in Umfangsbereichen) eine höhere Intensität, als in Innenbereichen der Vorrichtung 1. Im Gegensatz dazu hat das ECWR Plasma 5 in Bereichen nahe der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1, d.h. in Umfangsbereichen, eine niedrigere Intensität, als in Innenbereichen der Vorrichtung 1. Mit anderen Worten wird das ECWR Plasma 5 durch das Hilfsplasma 13 so modifiziert, dass z.B. ein gleichmäßigerer Beschuss des Substrats 4 mit Elektronen/Ionen/Photonen erreicht wird.

Der Substrathalter 4 kann drehbar und schwebend sein, oder kann über ein entsprechendes Abgleichnetzwerk 16 mit einem HF-Sender 15 mit einer (z.B. variablen) Erregungsfrequenz HF zwischen 5 und 40 MHz, z.B. 13,56 MHz (oder z.B. 27,12 MHz, etc.) und/oder einer (z.B. variabel einstellbaren) Energie kapazitiv gekoppelt sein, so dass an dem Substrathalter 4 z.B. eine effektive Vorspannung Veff zwischen z.B. 5 V und 70 V erzielt werden kann, beispielsweise eine relativ niedrige effektive Spannung z.B. zwischen 10 V und 20 V, oder eine relativ hohe effektive Spannung z.B. zwischen 40 V und 60 V, etc.

Durch Verwendung einer relativ hohen Erregungsfrequenz, z.B. 27,12 MHz anstelle von 13,56 MHz, kann der Beschuss des Substrats mit Ionen gegenüber dem Beschuss mit z.B. Elektronen verringert werden; die Auflösung kann dann z.B. hauptsächlich auf Beschuss mit Elektronen basieren. Entsprechend ähnlich kann durch Verwendung einer relativ niedrigen Erregungsfrequenz, z.B. 13,56 MHz anstelle von 27,12 MHz, der Beschuss des Substrats 4 mit Elektronen gegenüber dem Beschuss mit z.B. Ionen verringert werden; die Auflösung kann dann z.B. in einem im Wesentlichen entsprechenden Maß sowohl auf einem Beschuss mit Ionen als auch auf einem Beschuss mit Elektronen basieren (oder z.B. primär auf einem Beschuss mit Ionen, etc., etc.). Durch Anlegen der oben genannten relativ niedrigen effektiven Spannung Veff (z.B. zwischen 10 V und 20 V) an den Substrathalter 4 (was zu einem relativ hohen Maß an Beschuss des Substrats mit Elektronen gegenüber dem Beschuss mit z.B. Ionen führt) kann zusätzlich zu einem entsprechenden Sputtern ein Ätzen mit einer relativ hohen Ätzgeschwindigkeit erreicht werden. Entsprechend ähnlich kann durch Anlegen der oben genannten relativ hohen effektiven Spannung Veff (z.B. zwischen 40 V und 50 V) an den Substrathalter 4 (was zu einem relativ hohen Maß von Beschuss des Substrats mit Ionen gegenüber dem Beschuss mit z.B. Elektronen führt) zusätzlich zu einem entsprechenden Sputtern ein Ätzen mit einer relativ niedrigen Ätzgeschwindigkeit und/oder ein Ätzen, das hauptsächlich auf Ionen basiert, erreicht werden.

Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, weist der Substrathalter 4 eine entsprechende Metallplatte 4a (d.h. eine Schicht, auf der das entsprechende Sputtern/Ablagern/Dotieren/Ätzen, etc. stattfinden soll), einen geformten Metallkörper 4c und – wie im Einzelnen weiter unten beschrieben werden wird – eine dielektrische Schicht 4b auf, die zwischen dem Metallkörper 4c und der Platte 4a vorgesehen ist.

Der Metallkörper 4c kann bei Bedarf mit dem oben genannten HF-Sender 15 kapazitiv gekoppelt werden. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Kopplungsstelle des Körpers 4c über eine Leitung 16a mit dem oben genannten Abgleichnetzwerk 16 verbunden, das über eine Leitung 16b mit dem HF-Sender 15 verbunden ist. Wie aus 6 hervorgeht, kann sich die Kopplungsstelle des Metallkörpers 4c beispielsweise in der Mitte des Körpers 4c befinden.

Die dielektrische Schicht 4b kann aus einem entsprechenden homogenen keramischen Material, z.B. einem entsprechenden Titanat, bestehen.

Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist die dielektrische Schicht 4b an Umfangsbereichen des Substrathalters 4 dünner, als an Innenbereichen des Substrathalters 4. Die maximale Stärke d1 der dielektrischen Schicht 4b kann beispielsweise unterhalb der Mitte der Platte 4a mehr als 10%, insbesondere mehr als 20%, z.B. mehr als 30% größer sein (z.B. zwischen 15% und 40% größer), als die minimale Stärke der dielektrischen Schicht 4b an Bereichen unterhalb des äußeren Rands der Platte 4a. Dadurch können beispielsweise Ungleichmäßigkeiten der Vorspannung Ub an der Platte 4a ausgeglichen werden. Derartige Ungleichmäßigkeiten können beispielsweise auftreten, wenn die Wellenlänge, die der oben genannten HF-Erregungsfrequenz entspricht (oder die Hälfte oder ein Viertel der Wellenlänge) im Wesentlichen von gleicher Größe oder im Wesentlichen gleich der Länge l des Substrathalters 4 ist. Wenn dies der Fall ist – ohne die oben genannten Unterschiede in der Stärke der dielektrischen Schicht 4b –, kann in einem Bereich nahe der Kopplungsstelle des Körpers 4c eine andere Vorspannung auftreten, als z.B. in Umfangsbereichen des Substrathalters 4. Daher können die Unterschiede in der Stärke der dielektrischen Schicht 4b z.B. so gewählt werden, dass sie solche Unregelmäßigkeiten von Ub an der Platte 4a im Wesentlichen ausgleichen. Alternativ können, wie in 6 gezeigt ist, die Unterschiede in der Stärke der dielektrischen Schicht 4b beispielsweise so gewählt werden, dass an Umfangsbereichen des Substrathalters 4 eine höhere Vorspannung Ub erzielt werden kann, als an Innenbereichen des Substrathalters 4. Die Unterschiede in der Stärke der dielektrischen Schicht 4b können z.B. so gewählt werden, dass die maximale Vorspannung Ub2 an äußeren Randbereichen der Platte 4a mehr als 10%, insbesondere mehr als 20%, z.B. mehr als 30% (z.B. zwischen 15% und 40%) größer ist, als die minimale Vorspannung Ub1 in der Mitte der Platte 4a. Aufgrund der größeren Vorspannung Ub an den Umfangsbereichen der Platte 4a ist die auf entsprechende Plasmaionen, Plasmaelektronen, etc. ausgeübte Anziehungskraft an den Umfangsbereichen der Platte 4a größer, als in den Innenbereichen der Platte 4a. Daher kann die oben genannte niedrigere Intensität der Plasmastrahlung in Bereichen nahe der Wand 7 der Sputterdepositions-Vorrichtung 1 (d.h. in Umfangsbereichen) ausgeglichen werden. Deshalb kann wiederum ein im Wesentlichen gleichmäßiger Beschuss (mit Elektronen, Ionen) des Substrats, d.h. beispielsweise der GeSe/GeS oder GST Matrix erreicht werden, was zu einem entsprechenden Dotieren/Ätzen der Matrix führt.

Obwohl hier besondere Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl verschiedener und/oder äquivalenter Implementierungen die gezeigten und beschriebenen besonderen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Anmeldung alle Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten besonderen Ausführungsformen umfasst. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente eingeschränkt wird.


Anspruch[de]
Sputterdepositions-Vorrichtung mit:

wenigstens einem Sputter-Target;

einem ersten Plasma;

einem Substrathalter; und

einem weiteren Plasma.
Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das weitere Plasma ein ECWR Plasma ist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das ECWR Plasma sich näher an dem Substrathalter befindet, als das erste Plasma. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen dem ECWR Plasma und dem Substrathalter weniger als 15 cm beträgt. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen dem ECWR Plasma und dem Substrathalter weniger als 10 cm beträgt. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 3, die zusätzlich ein Hilfsplasma aufweist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Hilfsplasma sich näher an dem Substrathalter befindet, als das ECWR Plasma. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 3, die des Weiteren eine Anode aufweist, die zwischen dem ECWR Plasma und dem Substrathalter vorgesehen ist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Hilfsplasma in Umfangsbereichen der Sputterdepositions-Vorrichtung eine größere Intensität aufweist, als in Innenbereichen der Sputterdepositions-Vorrichtung. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Substrathalter eine dielektrische Schicht von variierender Stärke aufweist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die maximale Stärke der dielektrischen Schicht mehr als 15% größer ist, als die minimale Stärke der dielektrischen Schicht. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Bereich der dielektrischen Schicht, der die maximale Stärke aufweist, sich im Wesentlichen in der Mitte der dielektrischen Schicht befindet. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Bereich der dielektrischen Schicht, der die minimale Stärke aufweist, sich am Umfang der dielektrischen Schicht befindet. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 10, die des Weiteren einen Sender aufweist, der mit dem Substrathalter gekoppelt ist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Sender und ein Abgleichungsnetzwerk an den Substrathalter eine Vorspannung induzieren, die aufgrund der variierenden Stärke der dielektrischen Schicht an einem Umfangsbereich des Substrathalters größer ist, als in einem Innenbereich des Substrathalters. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei eine maximale Vorspannung an dem Umfangsbereich mehr als 15% größer ist, als eine minimale Vorspannung in dem Innenbereich. Sputterdepositions-Vorrichtung mit:

einem Plasma;

einem Substrathalter; und

einer Anode, die sich nahe an dem Substrathalter befindet.
Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Abstand zwischen der Anode und dem Substrathalter geringer ist, als 8 cm. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Abstand zwischen der Anode und dem Substrathalter geringer ist, als 5 cm. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Substrathalter eine dielektrische Schicht von variierender Stärke aufweist. Sputterdepositions-Vorrichtung nach Anspruch 17, die ein zusätzliches Plasma aufweist, das sich zwischen dem Plasma und dem Substrathalter befindet. Sputterdepositions-Vorrichtung mit:

einem Plasma; und

einem Substrathalter, der eine dielektrische Schicht von variierender Stärke aufweist.
Sputterdepositions-Vorrichtung mit:

einer Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Plasmas; und

einer Einrichtung zum Erzeugen eines zweiten Plasmas, das sich zwischen dem ersten Plasma und einem Substrathalter befindet.
Substrathalter zur Verwendung in einer Sputterdepositions-Vorrichtung, der eine dielektrische Schicht von variierender Stärke aufweist. Sputterdepositions-Verfahren, das die folgenden Schritte umfasst:

Erzeugen eines ersten Plasmas; und

Erzeugen eines zweiten Plasmas, das sich zwischen dem ersten Plasma und einem Substrat befindet.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das zweite Plasma ein ECWR Plasma ist. Verfahren nach Anspruch 25, das des Weiteren den folgenden Schritt umfasst:

Anlegen einer Spannung an eine Anode, die zwischen dem zweiten Plasma und dem Substrat vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 25, das des Weiteren den folgenden Schritt umfasst:

Ablagern von Material für ein resistiv schaltendes Speicherbauelement.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Speicherbauelement ein Phase Change Random Access Memory ist. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Speicherbauelement ein Conductive Bridging Random Access Memory ist.






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