DE1920148A1

DE1920148A1 - Verfahren zum Aufbringen einer Materialschicht gleichmaessiger Dicke auf eine unebene Oberflaeche

Info

Publication number: DE1920148A1
Application number: DE19691920148
Authority: DE
Inventors: Black James Richie
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1968-04-22
Filing date: 1969-04-21
Publication date: 1969-11-20
Also published as: JPS4919518B1; FR2006697A1; NL6906041A

Description

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS BMD hch ε ν 71,21. April

Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin, Park, Illinois V.St.A.

Verfahren zum Aufbringen einer Materialschicht gleichmässiger Dicke auf eine unebene Oberfläche

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Materialschicht gleichmässiger Dicke auf eine unebene Oberfläche, wobei die mit der Materialschicht zu Versehonde Oberfläche und das zu verdampfende Material in einer reaktionsfreien-Atmosphäre angeordnet und das zu verdampfende Material auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird.

Dem Verfahren· zum ,Aufdampfen im Hochvakuum (10 bis IQ"-⁷ Torr) ist es eigen, dass sich das verdampfte Material von der Stelle, an welcher die Verd;ampfung stattfindet, geradlinig im :HQch3mkuum ausbreitet» Dieses Veri«hi?en wird in der Regel benutzt., um gleichmässlge Bchl·chteIl-a^f plaaaren Oberflächen anzubringen. Bisherige Versuche, derartige Materialsohichten von im wesentlichen gleichförmiger Dicke auf

Fs/wi unebenen

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unebenen Oberflächen anzubringen, sind wegen des 3chatteneffektes bisher nicht erfolgreich gewesen, d.h. diejenigen Teile der zu bedampfenden Oberfläche, die hinter hervorstehenden Bereichen liegen, werden von einer unverhältaismassig kleinen Dampfmenge beaufschlagt, wenn sich dieser überhaupt auf diesen Bereichen niederschlägt.

Bekannte Versuche, dieses Problem zu lösen, konzentrierten sich hauptsächlich auf die Verwendung von mehreren Verdampfungsquellen, die in verschiedenen geometrischen Zuordnungen angeordnet sind. Damit wird erreicht, dass sich auf allen Teilen einer unebenen Oberfläche eine Schicht wesentlicher Dicke niederschlägt. Trotzdem erhält man eine ochicht, die nicht befriedigt, da sich auf den am leichtesten zugänglichen Bereichen der Oberfläche das aufgedampfte Material von den verschiedenen Verdampfungsquellen niederschlägt, wogegen sich auf den weniger gut zugänglichen Bereichen, der Oberfläche " möglicherweise nur das Material einer einzigen Verdampfungs-" quelle absetzt. Damit ist es nicht zu vermeiden, dass die aufgebrachte Materialschicht eine ungleichmässige Dicke aufweist.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer Materialsohloht gleichformiger Dicke auf eine unebene Oberfläche zu schaffen.

Ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der „Druck in Torr zwischen dem 0,01 bis 0,50-fachen des reziproken Abstands in Zentimeter der VerdaMpfTaiXgs^uelle van der ,un^b.enen Oberfläche liegt»

Der hierbei verwendete Druck reicht aus, dass zumindest zwei mittlere freie Weglängen zwischen der Verdampfungsquelie und

- 2 - dem

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dem zu beschichtenden Trägermaterial liegen.

Nach einem v/eiteren Merkmal der Erfindung wird "die reaktionsunwirksame Edelgasatmosphäre durch das Evakuieren eines.das zu beschichtende Trägermaterial und die Verdampfungsquelle enthaltenden Rezipienten oder eines anderen geeigneten Behälters auf weniger als 5x10 Torr geschaffen und anschliessend der Rezipient mit einem Edelgas bis zu einem Druck bis zumindest 10"" Torr gefüllt. Vorzugsweise wird ein verhältnismässig schweres Edelgas verwendet, z.B. Argon, das eine wesentliche Masse für die Kollision mit den Dampfmolekülen zwischen der Verdampfungsquelle und dem Trägermaterial bietet. Es ist jedoch jedes Gas bzw. Gasgemisch hierfür gegeignet, das mit dem verdampften Beschichtungsmaterial bzw. dem Trägermaterial nicht reagiert.

Bei dem nach den Merkmalen der Erfindung ausgeführten Verfahren viird zur Beschichtung der unebenen Oberfläche eines Trägermaterials mit einer gleichförmigen Materialschicht das Trägermaterial und eine Verdampfungsquelle in einem Rezipienten bzw. einem anderen geeigneten Behälter angeordnet und darin eine kritische geringe Menge eines reaktionsunwirksamen Gases vorgesehen. Das Material der Vefdampfungsquelle wird sodann bis zur Verdampfungstemperatur erhöht, wobei der in Torr gemessene Druck des Edelgases zwischen dem O₁Ol bis 0,50-f_achen des reziproken Abstandes in Zentimeter der Verdampfungsquelle von der unebenen Oberfläche gehalten wird. Vorzugsweise xtfird der in Torr gemessene Druck zumindest auf dem 0,02-fachen des reziproken Abstandes gehalten.

Das erfinderische Verfahren ist in vorteilhafter Weise dazu zu verwenden, um im Vakuum dünne Schichten eines bestimmten Materials auf unregelmässigen Oberflächen irgendeines. Trägermaterials anzubringen. Besonders vorteilhaft kann das ..-..

- 3 - ' Verfahren

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Verfahren gemäss der Erfindung dazu benutzt werden, um dünne Metallschichten auf den verschiedenartig gestalteten Oberflächen von mikroelektronischen Halbleiterkonfigurationen anzu-' bringen. So wurde es z.B. bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen notwendig, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, um eine Vielzahl von Metallschichten an Kreuzungspunkten anzubringen, die durch aufgedampfte Schichten aus Glas oder einem anderen dielektrischen Material voneinander getrennt sind. Wenn die erste und die nachfolgenden Metallschichten aufgebracht v/erden, müssen Welligkeiten oder andere die ebene Oberfläche der dielektrischen Schicht zerstörende Unregelmässigkeiten- insbesondere an denjenigen Bereichen bedeckt werden, wo die dielektrische Schicht die darunterliegende Metallschicht überzieht. Daher wird es unmöglich, eine Vielzahl von Metallschichten mit einem gleichen Querschnitt unter Verwendung einer Aufdampftechnik im Vakuum anzubringen, bei der die mittlere freie Weglänge der Dampfmoleküle grosser als der Abstand der Verdampfuhgsquelle von der Oberfläche des Trägermaterials ist.

Es gibt auch andere Beispiele von Halbleiteranordnungen, bei denen es wünschenswert ist, eine musterartig aufgebrachte Metallisation mit gleichem Querschnitt auf unregelmässigen Oberflächen anzubringen. So besitzen z.B. Mesa-Transistoren eine nicht planare Oberfläche, für die die Notwendigkeit einer Metallisierungstechnik besteht, mit der Material schicht en mit gleichbleibendem Querschnitt auf der unregelmässigen Oberfläche angebracht werden können.

Die Verdampfungsquelle, die bei der Anwendung der Erfindung benutzt wird, enthält vorzugsweise Zinn, Chrom, Silber, Aluminium, Indium, Titan, Kupfer oder Nickel als Verdampfungsmaterial. Es können für die Durchführung der Erfindung alle.

- -4- - Verdampf ungs quell en 909847/0863

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Verdampfungsquellen Verwendung finden, die bereits bei bekannten Verfahren zum Aufdampfen von Materialschichten im Vakuum benützt werden. Das zu verdampfende Material wird typischerweise in Form eines Drahtes, Streifens oder in Form von Ku- . geln zugeführt, wobei Teile des Materials in Verbindung mit Wolfram oder einem anderen hitzebeständigen Metall bzw. Graphit glühdräht en gebracht werden, die dann auf die für die Verdampfung des Metalls notwendige Temperatur erhitzt werden. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Wärmequellen und Verdampfungstechniken in entsprechender Weise verwendbar.

Eine reaktionsunwirksame Edelgasatmosphäre, die einen Druck innerhalb der erforderlichen Grenze besitzt, wird durch das Evakuieren eines das zu beschichtende Trägermaterial und die Verdampfungsquelle enthaltenden Bezipienten oder eines anderen geeigneten Behälters auf einen Druck von weniger als

5x10"^ Torr geschaffen, wobei der Rezipient anschliessend

—4-mit einem Edelgas bis zu einem Druck von mindestens 10 Torr gefüllt wird. Die gewünschte Edelgasatmosphäre kann auch dadurch geschaffen werden, dass der Hezipient zunächst mit einem Edelgas gespült und anschliessend auf den erforder*- lichen Druck evakuiert wird.

Der Abs'tand zwischen der Verdampfungs quell β und dem Trägermaterial liegt ganz generell zwischen 1 cm und 1 m. Dieser Abstand soll vorzugsweise kleiner als der Abstand der Verdampfungsquelle von den Wänden des Rezipienten sein, um einen möglichst guten Wirkungsgrad für das Aufdampfen zu erhalten. Der Abstand ist mit dem Druckniveau der Edelgasatmosphäre koordiniert, um zumindest zwei mittlere freie Weglängen zwischen der Verdampfungsquelle und dem Trägermaterial zu besitzen· Die Dampfmoleküle erfahren daher mehrere Zusammenstösse mit Edelgasmolekülen bzw. anderen Dampfmolekülen,

- 5 - bevor

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bevor sie die Oberfläche des Trägermaterials erreichen. Diese mehreren Zusammenstoß se der Moleküle stellen sicher, dass die Dampfmoleküle auf das Trägermaterial aus zufällig sich ergebenden Hichtungen auf treffen. Damit wird gewährleistet, dass sich eine im wesentlichen gleichmässig dicke Schicht des verdampften Materials auf der unebenen Oberfläche des Trägermaterials ausbildet.

Die mittlere freie Weglänge wird gemäss der "Erfindung verringert, um dafür Sorge zu tragen, dass sich mehrere freie Weglängen zwischen der Verdampfungsquelle und dem Trägermaterial ergeben. Das ungefähre, von der Art der Atome abhängige Verhältnis zwischen der freien Weglänge und dem Druck ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung:

^cm

Somit ergibt sich bei einem Druck von 5x10 ^y Torr eine freie mittlere Weglänge von ungefähr 1 cm. Bei mehreren freien mittleren Weglängen zwischen der Verdampfungsquelle und dem Trägermaterial, z.B. bei 2 bis 100 freien mittleren Weglängen und vorzugsweise von 3 bis 20 freien mittleren Weglängen, wird eine zufällige Verteilung der Auftreffrichtungen der Dampfmoleküle auf das Trägermaterial sichergestellt, \*/odurch sich, ein Schichtaufbau mit gleichmässiger Dicke ergibt.

Im nachfolgenden wird ein Verfahrensbeispiel gegeben zur Ausführung der Erfindung.

Es wird davon ausgegangen, dass eine Halbleiterscheibe aus einem monolithischen Silicium mit; einem integrierten Sehaltungsaufbau mit einer ersten Metallschicht und einer darüberliegenden Glasschicht versehen ist, wobei öffnungen, vorhanden sind, an welchen eine Verbindung zwischen Me tall schicht en

- 6 - hergestellt

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hergestellt ν/erden soll. Diese Halbleiterscheibe v.'ird in einem Rezipienten in einer Entfernung von 20 cm gegenüber der Verdarapfungsquelle angebracht, die aus einem mit Aluminium versehen Uolframglühdraht besteht. Der Rezipient wird auf eine Temperatur von ungefähr 10" Torr evakuiert und anschliessend mit Argon bis zu einem Druck von etwa 10 ^v Torr gefüllt. Danach wird der Glühdraht an eine Stromquelle angeschlossen und von dem durchfliessenden Strom soweit erhitzt, dass das Aliiuiinium nach 30 Sekunden vollständig verdampft ist. Die Überprüfung der Halbleiterscheibe nach dem Verdampfen ergibt, dass sich auf der ßcheibe eine im v/esentlichen gleichförmige Aluminiumschicht mit 5000 & Dicke ausgebildet hat. Dabei stellt sich als besonderes Merkmal eine gleichförmige Dicke der Schicht in allen nicht-planaren Bereichen ein, d.h. an den Überkreuzungspunkten der Metallschichten und den Verbindungspunkten mit der ersten Metallschicht. In diesen Bereichen liegen die topographischen Unebenheiten in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis 1/U.

- 7 - Pat ent ansprüche 909847/0863

Claims

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

β München π, 21„April 69

M*lchloratr(6· 42

Patentansprüche

Verfahren zum Aufbringen einer Metallschicht gleichförmiger Dicke auf eine unebene Oberfläche, wobei die mit der Materialschicht zu versehende Oberfläche und das zu verdampfende Material in einer reaktionsfreien Atmosphäre angeordnet und das zu verdampfende Material auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in Torr zwischen dem o,öl bis 0,50-fachen des reziproken Abstands in Zentimeter der Verdampfungsquelle von der unebenen Oberfläche liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die reaktionsunwirksame Edelgasatmosphäre durch das Evakuieren eines das zu beschichtende Trägermaterial und die Verdampfungsquelle enthaltenden Rezipienten oder eines anderen geeigneten Behälters auf weniger als 5x10"' Torr geschaffen wird, und dass der Rezipient anschliessend mit einem Edelgas bis zu einem Druck von zumindest 10" Torr gefüllt wird.

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M40P-254-
3- Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsquelle eines der folgenden Metalle;. Zinn, Titan, Indium, Chrom, .Silber, Aluminium, Kupfer oder Gold enthält.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 "bis 3_} dadurch, gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Verdampfungsquelle und dem Trägermaterial zwischen 1 cm und 1 m liegt.

5» Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne.t, dass die
gleichförmige Materialschicht auf die nicht-planare
Oberfläche einer Halbleiteranordnung aufgebracht wird.

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