DE1521536A1 - Verfahren zum Herstellen mehrerer,uebereinander liegender Schichten - Google Patents

Description

• "Verfahren zur Herstellung mehrerer, übereinan- der liegender Schichten" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mehre- rer, übereinander liegender Schichten mit verschieden gro- ßen Flächen durch Aufdampfen, sowie eine Mehrschichtaufdampfanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens. Dabei sieht das Verfahren vor, daß zur Herstellung der verschieden großen Schichten während einer einzigen Eva- kuierung des Verdampfungsraumes nur eine Maske verwen- det wird, und daß die unterschiedlich große Fläche der nacheinander aufgedampften Schichten durch Veränderung des Einfallswinkels, unter dem die Atome bzw. Moleküle der Aufdampfsubstanz den zu beschichtenden Körper errei- chen, erzielt wird. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Folge von Schichten mit unterschiedlich großen Flächen aufeinan- der aufgebracht werden. Im allgemeinen wird man den Ein- fallswinkel der Aufdampfsubstanz gegenüber dem zu be- schichtenden Körper von Schicht zu Schicht verkleinern, so daß die Fläche jeder Schicht kleiner wird, als die Fläche der zuvor aufgedampften Schicht und jeweils nur zwischen benachbarten Schichten ein Kontakt zustande kommt. Es sind jedoch auch andere Kombinationen und Flächenver- hältnisse denkbar. So kann für bestimmte Zwecke mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Schicht eine zweite, flächenkleinere Schicht aufgebracht werden, auf die wiederum eine Schicht mit größerer Fläche aufgebracht wird, so daß die mittlere Schicht von den beiden anderen Schichten umschlossen wird.
• Hier soll allerdings nur auf die in der Halbleitertechnik bedeutsame Mehrschichtaufdampfung eingegangen werden. In

  auf

  vielen Fällen werden Halbleiterkörper zur Herstellung von

  Halbleiterbauelementen oder zu deren Kontaktierung mehrere Schichten aufgedampft. Auch bei integrierten Schaltungen werden zur Kontaktierung oder zur Leitbahnherstellung oft mehrere Schichten nacheinander aufgebracht. Meist muß bei einem solchen mehrschichtigen Aufbau darauf geacüst wer- den, daß keine Schicht über die darunterliegende Schicht hinausragt. So ist es beispielsweise beim Aufbau von Dünn- filmschaltungen oder bei Bauelementen, die nach der Dünn- filmtechnik hergestellt werden sowie bei der Herstellung von Metallbasistransistoren funktionsnotwendig, daß nur. benachbarte Schichten direkt Kontakt zueinander haben und nicht etwa eine Schicht durch eine Verbindung der darunter befindlichen mit der über ihr befindlichen Schicht über- brückt wird. Es muß also dafür gesorgt werden, daß die Fläche jeder Schicht kleiner ist als die Fläche der zuvor aufgedampften Schicht, und daß der Rand jeder Schicht von dem Rand der darunter befindlichen einen gewissen "Sicher- heitsabstand" aufweist. Bisher wurde daher für jede aufzudampfende Schicht eine neue Maske verwendet, deren Öffnung für die aufzudampfenden Flächen jeweils etwas kleiner sind, als die der zuvor benutzten Mas- ke. Diesen Verfahren ist sehr aufwendig und erfordert, abge- sehen von der bei jedem Maskenwechsel erneut erforderlichen Evakuierung den Verdampfungsraumes, eine genaue und zeit- raubende Einjustierung jeder Maske auf den Halbleiterkörper bzw. auf ein anderes Substrat. Wenn bei dieser Einjustierung irgendwelche Fehler unterlaufen oder die Maske sich nach der Justierung gegen den Halbleiterkörper wieder verschiebt, so ist es leicht möglich, daß sämtliche Bauelemente auf der Halbleiterscheibe nicht mehr verwendbar sind. Demgegenüber zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch seine Einfachheit und Sicherheit aus. Eine einzige Maske reicht für die Aufdampfung aller Schichten aus, wobei nur eine ein- zige Evakuierung des Verdampfungsraumes erforderlich ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage kann die Möglichkeit ausgeschlossen werden, daß eine Schicht überbrückt wird oder über den Rand der darunter befindlichen Schicht hinaus- ragt.

  Das erfindungsgemäße Verfahren kann je nach der Art und

  den Einsatzmöglichkeiten der Verdampfungsquellen in ent- sprechend gebauten Mehrschichtaufdampfanlagen angewendet werden, Wenn das Verdampfungsgut beispielsweise auf Drähte aufgebracht und von dort verdampft werden kann, so besteht die Möglichkeit, diese Drähte mit den verschiedenen Verdampfungssubstanzen konzentrisch auf einer Quellenebene so anzuordnen, daß das Quellengut der zuletzt aufzudampfenden Schicht direkt gegenüber der Maskenöffnung bzw. gegenüber der Mitte eines an vielen Stellen zu beschichtenden Kör- pers angeordnet wird, während die anderen Quellendrähte ringförmig um diese Quelle angeordnet sind, wobei die Quelle für eine Schicht sich jeweils innerhalb des Quellen- ringes für die Schicht befindet, die zuvor aufgedampft wurde. In manchen Fällen ist es jedoch nicht möglich, einheitliche, in dieser Weise anordenbare Quellen zu verwenden, und. man ist gezwungen, die Quellen räumlich voneinander getrennt an verschiedenen Stellen im Evakuierungsraum unterzubringen.
• In diesem Fall wird man dafür sorgen, daß die Quellen oder der zu beschichtende Körper verschoben werden kann. Beispiels- weise kann man den zu beschichtenden Körper zusammen mit der Maske dreh- oder schwenkbar anordnen, so daß nach jeder Be- Schichtung der Körper über die nächste Atomaufdampfungsquelle gebracht werden kann, wobei nur eine grobe Justie- rung erforderlich ist, da allein auf die Aufrechterhal- tung des Arbeitsprinzips geachtet werden muß, das darin besteht, daß der Einfallswinkel, unter dem die Atome den zu beschichtenden Körper erreichen, von Schicht zu Schicht kleiner wird. Bei ringförmigen Quellen muß die Masken- mitte also jeweils über dem Mittelpunkt des Quellenringes angeordnet sein, bei Verwendung punktförmiger Quellen müs- sen diese bzw. die Masken so verschiebbar sein, daß von verschiedenen Positionen eines Ringes die Substanz auf den zu beschichtenden Körper unter stets gleichen Einfalls- winkeln aufgebracht wird. Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles nä- her erläutert werden. In Figur 1 soll zunächst das Arbeitsprinzip der Anlage erläutert werden, während Figur 2 in vereinfachter Form den Aufbau einer Mehrschicht- aufdamfanlage zeigt und Figur 3 in der Draufsicht die Quellenebene darstellt. Die Figur 1 zeigt in einer prinzipiellen Darstellung die Quellenebene 4 mit den drei Quellen 1, 2 und 3, die beispiels- weise ringförmig ausgebildet sein können. Im Abstand D von der Quellenebene 4 ist eine Maske 6 und im Abstand d von dieser Maske ein zur Beschichtung vorgesehener Körper 5 ange- ordnet. Die Maske weist an einer Stelle eine Öffnung 7 der Breite s auf, die über der Stelle des Körpers 5 angeordnet ist, auf die mehrere Schichten aufgedampft werden sollen. Bei der Aufdampfung der ersten Schicht wird das Schicht- material der Quelle 3 erhitzt. Dabei breiten sich die Atome der Moleküle der verdampfenden Substanz nach allen Richtungen gradlinig aus. Ein Teil der abgedampften Atome erreicht den Körper 5 unter dem Einfallswinkel (9o°.-@') und bildet bei genügend kleinem Verhältnis d/D die Masken- lochform auf dem Körper 5 ab. Man muß bei der Festlegung der Abstände d und D und der Maskendicke darauf achten, daß der in Figur 1 eingetragene Punkt P nicht in dem Gebiet zwischen Maske und zu beschichtendem Körper liegt, da sonst in der aufgedampften Schicht ein Loch entsteht. Ein solches, meist unerwünschtes Loch kann dadurch vermieden werden, daß man die Abstände d und D so wählt, daß der Punkt P in den zu beschichtenden Körper 5 oder hinter diesen fällt.
• Es soll jedoch nicht übersehen werden, daß durch Variation der Abstände auch die u.U. vorteilhafte Möglichkeit besteht, Kreisringe beliebiger Breite auf einen Grundl&örper aufzudampfen. Betrachtet man wiederum die in Figur 1 dargestellten Verhältnis- se, so ergibt sich bei der Verdampfung der Quellensubstanz 3 auf dem Grundkörper 5 eine Schicht der Breite F. Zur Herstel- lung der zweiten Schicht wird nun das Gut der Quelle 2 ver- dampft. Der Einfallswinkel (9o 0-ß), unter dem die Atome. dieser Quelle den Körper 5 erreichen, ist kleiner als der Winkel (9o0-V%), und es ist leichi einzusehea, Saß die Breite der zweiten Schicht bzw. deren Durchmesser kleiner ist als die der ersten Schicht. Die Atome der zuletzt aufge- dampften und von der Quelle 1 ausgehenden Schicht erreichen die Maskenöffnung praktisch unter einem Einfallswinkel von 0@, so daß diese letzte Schicht gleichzeitig die flächen- kleinste ist. Auf diese Weise erhält man eine Aufdampftriodenstruktur mit jeder möglichen Materialfolge. In Figur 2 und 3 soll noch kurz auf den möglichen Aufbau einer derartigen Anlage eingegangen werden. Hierin wird beispielsweise vor einem Halbleiterkörper 8, der viele gleichartige Bauelemente erhalten soll, eine siebartige Maske 9 angeordnet, die für jedes zu beschichtende Element eine Öffnung aufweist. In einem Abstand von der Maske, der so groß ist, daß die flächenhafte Ausdehung der Halbleiter- scheibe das in Figur 1 erläuterte Funktionsprinzip nicht verändert, befindet sich die Quellenebene 4. Beispielsweise wird man den Abstand D bei einer Halbleiterscheibe mit 2 cm Durchmesser etwa 12 cm groß wählen. Wie aus der Figur 2 und 3 hervorgeht, ist das Verdampfungsgut der Quellen 1, 2 und 3 auf gut leitende Drähte aufgebracht, die auf von- einander isolierten Pfosten 1o gehaltert werden. Die ein- ander konzentrisch umschließenden Drähte sind über Zulei- tungsstifte 11 an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen, mit deren Hilfe die Quellendrähte erhitzt werden. Zur Wärme- abschirmung und Reinhaltung der einzelnen Quellen sind zwischen ihnen Quarzwände oder andere hitzeabhaltende Wände 12 vorgesehen. Die gesamte, hier beschriebene Anlage befindet sich in einem Hochvakuumbehälter, in dem ohne Veränderung oder Auswechslung eines Teiles alle Schichten nach einer einzigen Evakuierung aufgedampft werden können. Es ist selbstverständlich, daß die Zahl der aufgedampften Schichten beliebig variabel ist; die Art und die Form der Quellen kann je nach der gestellten Aufgabe sehr verschieden sein. So können natürlich anstelle ringförmiger Quellen auch rezlteckförmige Quellen verwendet werden, oder man verwendet anstelle einer zusammenhängenden Quelle für jede aufzudampfende Schicht mehrere Punktoder Einzelquellen, die dann beispielsweise in den Ecken oder in den Seitenmitten eines Rechteckes angeordnet sind, und somit dem in Figur 1 erläuterten Arbeitsprinzip gehorchen. Es ist aber notwendig, bei dieser Aufgabenstellung immer darauf zu achten, daß der Einfallswinkel unter dem die Atome oder Moleküle der Verdampfungsmaterialien den zu beschichtenden Körper erreichen, von Schicht zu Schicht kleiner wird. Die Quelle für die zuletzt aufzudampfende Schicht kann eine Punktquelle oder eine ringförmige Drahtquelle mit kleinem Ringdurchmesser sein und wird am vorteilhaftesten direkt gegenüber der Mitte des zu beschichtenden Körpers auf der Quellenebene angebracht. Mit Hilfe dieser Anlage können Körper aller Art beschichtet werden. So können mit ihr Halbleiter- oder Isolierkörper zur Herstellung der verschiedenartigsten elektrischen Bauelemente oder ganzer Schaltungen mit Schichten versehen werden. In der Dünnfilmtechnik eignet sich die erfindungsgemäße Anlage besonders gut zur Herstellung von Kondensatoren, Widerständen, Metallbasistransistoren und dergleichen. Ferner läßt sich die Anlage zur Herstellung mehrschichtiger Leitbahnen oder Kontaktstellen und Kontaktflächen verwenden. Mit der Anlage können alle für die Verdampfung geeigneten Substanzen, insbesondere Metalle aufgedampft werden.

Claims (2)

1. p a t e n t a n s p r ü c h e 1) Verfahren zur Herstellung mehrerer, übereinander liegender Schichten myt verschieden großen Flächen durch Aufdampfen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der verschieden großen Schichten während einer einzigen Evakuierung des Verdampfungsraumes nur eine Maske verwendet wird, und daß die unterschiedlich große Fläche der nacheinander aufgedampften Schichten durch Veränderung des Einfallswinkels, unter dem die Atome bzw. Moleküle der Aufdampfsubstanz den zu beschichtenden Körper erreichen, erzielt wird.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfallswinkel der Aufdampfsubstanz gegenüber dem zu beschichtenden Körper von Schicht zu Schicht verkleinert wird, so daß die FläcAie ,jeder Schicht kleinen wird, als die der zuvor aufgedampften Sehicht und nur zwischen benachbarten Schichten ein Kontakt zustande kommt. 3? Mehrschivhtaufdampf--nIage zururctfi;Y@ruräg des Ver.fahr>>ns nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in geeig- netem Abstand parallzar Maske eine Quellenebsr..e argr:or-dnet ist, auf der das Aufdampfjic-ter-ial für .alle nacheinander aufzu- dampfenden Schichten ixe einer z-weidig@enzior.a1Gn Verteilux:g untergebracht ist. 4) Verfahren nach Anspruch 1 und-3, dadurch gekennzeichnet, daß sich gegenüber der Mitte des zu beschichtenden Körper- auf der Quellenebene eine Einzelquelle befindet, die allein die Aufdampfsubstanz für die zuletzt aufzudampfende Schicht liefert, und daß für jede weitere Schicht mehrere Einzel- quellen oder ei-ie zusammenhängende, rechteck- oder ring- förmige Quelle vorgesehen ist, wobei jede zusammenhängen- de Quelle bzw. bei Einzelquellen deren Verbindungslinie die Quellen umschließt, deren Substanz nach ihr zur Bil- dung weiterer Schichten zu verdampfen ist. 5) Mehrschichtaufdampfanlage nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere ringförmige Quellen auf der-- Quellenebene so angeordnet sind, daß die Quellen für eine Schicht sich jeweils innerhalb des Quellenringes für die Schis ht befindet, die zuvor aufgedämpft wurde. 6) Mehrschichtaufdampfanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2., dadurch geennzeichnet, daß die Quellen für die verschiedenE. Schich'fen in voneinander unanhängigen Abständen im Evakuierungsraum verteilt sind, und daß nach der Aufdampfung jeder Schicht der zu beschichtende Körper mit der Maske durch eine Relativverschiebung auf die Quelle(n) für die nächste Schicht so einjustiert wird, daß der Einfallswinkel unter dem die Atome oder Moleküle dieser Quelle den Körper erreichen kleiner als bei der zuvor erfolgten Beschichtung :ist. j) Mehrschichtaufdampfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung punktförmiger Quellen diese so verschiebbar angeord=-net sind, daß ven verschiedener Poa,Ionen eines Ringes die Substanz auf den zu beschichtenden KSrper unter stets gleichem Winkel gelangt. Mehrschichtaiafdampfanlage nach einem der vorangehenden Anspräche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Herstellung und/oder Kontaktierung von Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltungen. 9) Mehrschichtaufdampfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl gleichartiger Bauelemente odsr integrierter Schaltungen auf einer Halbleiterscheibe. 1o) Mhrscbi. :h taufdampfanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet, durch ihre Verwendung zur Herstellung v04 Kondensatoren nach der Dünnfilmtechnik.