DE2920384A1 - Verfahren zur herstellung von beschichtungen und leitbahnen aus aluminium - Google Patents
Verfahren zur herstellung von beschichtungen und leitbahnen aus aluminiumInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen und Lext-
- bahnen aus Aluminium Die Priorität der Anmeldungen Nr. 226 32/78 und 226 33/78 vom 25. Mai 1978 in England wird beansprucht.
- Die vorliegende Erfindung betrifft die thermisch ausgelöste Dampfabscheidung von Aluminium aus flüchtigen Aluminiumverbindungen und insbesondere die Herstellung von leitenden Schichten und Bahnen auf einer Unterlagen, wie z.B. auf einem Halbleiterbauelement.
- Eine Reihe von technischen Verfahren, wie z.B. die Herstellung von Halbleiterbauelementen oder die Ausbildung von Kondensatoren, erfordern die Ablagerung von Metallfilmen zur Herstellung von Elektroden oder verbindenden Leitbahnen.
- Üblicherweise werden derartige Metallfilme durch Vakuumverdampfung des entsprechenden Metalls, insbesondere Aluminium hergestellt. Ein solches Verfahren erfordert jedoch eine äußerst sorgfältige Regelung, damit ein entsprechendes Hochvakuum erzielt wird und Spuren von Verunreinigungen ausgeschlossen werden, Darüberhinaus erfordert ein Vakuumverfahren die Bereitstellung von verhältnismäßig teueren Luftschleusen und der Verfahrensablauf dauert verhältnismäßig lange. Ferner hat sich gezeigt, daß es schwierig ist, aufgedampfte Metallfilme zu erzeugen, die den Unregelmäßigkeiten der Oberfläche, wie z.B. Stufen oder Spalten ohne Unterbrechungen folgen.
- Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten hat man Verfahren entwickelt, bei denen durch thermische Zersetzung einer flüchtigen Aluminiumverbindung, wie z.B. Tri-isobutylaluminium, das Aluminium abgelagert wird. Ein derartiges Verfahren hat sich jedoch als schwierig zu regeln herausgestellt und gibt im allgemeinen keine reproduzierbaren Ergebnisse.
- Man hat angenommen, daß die auftretenden Probleme durch die partielle Zersetzung von Tri-isobutyl-aluminium noch vor der Reaktion verursacht werden, und bei einem Versuch, die Zersetzung zu verhindern, wurde von Seiten Dritter Mischungen aus Tri-isobutyl-aluminium und Isobutylen eingesetzt. Auch diese Technik lieferte jedoch nur sehr kümmerliche Resultate.
- Der Erfindung legt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Aluminium auf einfache Weise mit gutem Ergebnis aufgebracht werden kann. Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und werden im folgenden anhand der Figuren der Zeichnung zusammen mit der Erfindung näher erläutert, Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur pyrolitischen Abscheidung von Aluminium*, in der Folge als TIBA bezeichnet, geschaffen. Bei diesem Verfahren wird ein sauerstoffreier, trockener Argon-oder Stickstoffstrom durch tone bestimmte Menge von flüssigen, auf eine Temperatur unter 900c gehaltenen TIBA geleitet, so daß ein Teil des TIBA-Dampfes mitgerissen wird. Das Trägergas und das mitgerissene TIBA wird in eine Reaktionskammer eingespeist, in der die mit Aluminium zu beschichtenden Bauteile enthalten sind. Die Trägergasmenge wird dabei SO gesteuert, daß in der Reaktionskammer stets eine * aus Tri-isobutyl-aluminium weitgehend gleichförmige TIBA-Konzentration enthalten ist, wobei gleichzeitig die Bauteile bei einer Temperatur zwischen 2500und 2700 gehalten werden und so die pyrolitische Abscheidung von Aluminium auf ihnen erzeugt wird.
- Sollen Aluminiumleitbahnen auf einem Halbleiterkörper hergestellt werden, so wird die Oberfläche desselben durch eine Wasserstoffentladung aktiviert und das Aluminium auf der aktivierten Oberfläche in der obengenannten Weise abgelagert. Durch selektive Ätzung lassen sich dann definierte Leitbahnen herstellen.
- TIBA zerfällt bekanntlich bei Temperaturen von ca. 1000C in Isobutylen und Di-isobutyl-aluminiumhydrid, einer Verbindung mit verhältnismäßig niedrigem Dampfdruck. Man kann annehmen, daß die im Zusammenhang mit dem thermischen Abscheidungsverfahren nach dem Stand der Technik auftretenden Probleme, wie geringe Qualität des Films und schlechte Reproduzierbarkeit, durch die Kondensation von Tri-isobutylaluminiumhydrid an der Innenfläche der Reaktionskammer und der Zuleitungsrohre verursacht werden. Das Kondensat reagiert sofort mit Spuren von verunreinigenden Gasen wie Wasser- und Sauerstoff, Obgleich eine derartige Schicht äußerst dünn sein mag, ist anzunehmen, daß ihre katalytische Wirkung Teile des TIBA-Dampfes auf dessen Weg in den Abscheidereaktor verändert und so zu der obenerwähnten schlechten Qualität der Beschichtung führt.
- Mit Bezug auf die Zeichnung wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- Fig. 1 zeigt das Fließbild der Vorrichtung für die thermische Abscheidung von Aluminium, Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Strömungsrate des Trägergases und dem TIBA-Verbrauch in der Vorrichtung nach Fig. 1.
- Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält die Reaktionskammer 11, in dem die pyrolitische Abscheidung von Aluminium bewirkt wird und die durch eine nichtgezeigte Heizung auf eine Temperatur von 250- bis 2700C gehalten wird. TIBA-Dampf wird in die Reaktionskammer 11 in einem stetigen Strom von trockenem, sauerstoffreiem Trägergas wir Argon oder Stickstoff eingespeist. Das Trägergas durchströmt das Gasbildungsgefäß 12, das durch den Ofen 13 auf eine Temperatur von 800 bis 900 gehalten wird und das flüssiges TIBA enthält.
- Die Gaszufuhr zu der Vorrichtung erfolgt über die Einlaßsteuerventile 14, Durchflußmesser 15 und Ventile 16.
- Ein durch eine Induktionsspule betriebenes Umschaltventil 17 stellt selektiv über das Rohr 18 die Verbindung mit dem Reaktionsgefäß 11 her. Die Leitung 19 liefert Argon über die Expansionskammer 20 an das Gasentwicklungsgefäß 12. Um die Umwandlungsrate von TIBA in DIBAH,also Di-isobutyl-aluminiumhydrid zu verringern, die möglcherweise durch die Oberflächen der dampf führenden Rohre der Vorrichtung katalisiert wird, ist es erforderlich, die TIBA-Dampftemperatur unter 900C, vorzugsweise zwischen 84 und 860C zu halten, Die in die Reaktionskammer 11 eingespeiste Menge an TIBA wird sowohl-durch die Temperatur wie auch durch die Durchflußrate des Trägergases durch das Gasentwicklungsgefäß 12 bestimmt, die Wechselbeziehung ist in Fig. 2 dargelegt. Bei der beschriebenen Anordnung wurde eine Strömungsrate von 7 Liter pro Minute bei einer TIBA-Temperatur von 840C als brauchbar befunden. Es muß noch erwähnt werden, daß die in Fig. 2 dargelegten Ergebnisse lediglich ein Beispiel für die -allgemeine Wechselbeziehungen zwischen der Strömungsrate des Trägergases, hier Argon, und dem Verbrauch an TIBA darstellen.
- Die pyrolitische Abscheidung von Aluminium auf einem Grundkörper 13, der z.B. ein Halbleiterkörper sein kann, erfolgt in.der auf eine Temperatur zwischen 250- und 2700C gehaltenen Reaktionskammer 11. Es hat sich gezeigt, daß bei Temperaturen unter 250 nur eine geringe Ab scheidung stattfindet, während bei Temperaturen oberhalb 270 die Qualität des abgeschiedenen Filmes schlecht wird.
- Befindet sich die Vorrichtung außer Betrieb, so wird sie mit gereinigtem Stickstoff gespült, der über das Rohr 18 in das Reaktonsgefäß 11 eingespeist wird. Außerdem wird immer dann, wenn das Reaktionsgefäß 11 kalt ist oder nur eine niedrige Temperatur aufweist, Isobutylen über das Gasentwicklungsgefäß mit einer Strömungsrate von 1 Blase pro Sekunde durchgeblasen, um auch die geringste Verunreinigung an die Isobutylen-aluminiumhydrid in den Gasleitungen in TIBA zurückzuverwandeln.
- Es hat sich herausgestellt, daß die Reinigung der Vorrichtung mit Isobutylen zu einer verbesserten Qualität der abgelagerten Schichten führt. Bei Benutzung der Vorrichtung wird die Zufuhr von Isobutylen abgestellt.
- Zur Beschichtung werden die entsprechenden Grundköper durch die Öffnung 19a an dem einen Ende der Reaktionskammer 11 eingebracht. Die Öffnung wird mittels der Dichtung 20 verschlossen und das Reaktionsgefäs mit Stickstoff gespült. Nachdem die Grundköper die Temperatur der Reaktionskammer erreicht haben, wird die Stickstoffspülung abgestellt und Argon in das Gasentwicklungsgefäß eingeleitet, um TIBA in die Reaktionskammer 11 zu bringen. Eine gleichmäßige Verteilung des Gases bei der Reaktion wird durch periodische Stöße von trockenem, sauerstoffreiem Argon oder Stickstoff über das Rohr 18 und das Isduktions- spulenventil bewirkt. Das Ventil wird mit Hilfe eines Taktgebers 21 gesteuert, wobei alle 20 Sekunden ein Impuls von 1 Sekunde anliegt. Typische Arbeitsbedingungen lauten wie folgt: Ofentemperatur 850C Reaktionskammertemperatur:2500 bis 2700C Argondurchflußrate:7 Liter/Minute Argonimpuls: 1 Sekunde/20Sekunden.
- Diese Reaktionsbedingungen führen zu einer Abscheidungsrate in der Größe von 0,1 p/Minute.
- Der Abscheidungsvorgang wird durch Abschalten des Trägergases und Reinigen der Reaktionskammer mit gereinigtem Stickstoff für weitere 2 Minuten beendet.
- Bei manchen Anwendungen, wie z.B. bei der Beschichtung von Siliciumwafern in der Halbleiterherstellung, läßt sich die Qualität des abgeschiedenen Aluminiums dadurch verbessern, daß die Grundkörper in einer Wasserstoffglimmentladung in Gegenwart von bestimmten Metallen wie Gold oder Nickel ausgesetzt werden. Es wurde beobachtet, daß die Oberfläche der Grundköper durch den Transport des Metalls über das Plasma aktiviert werden. Die so aktivierten Oberflächen der Grundköper sind dann für die Aluminiumablagerung vorbereitet. Die aktivierte Oberfläche ist stabil und der Grundkörper kann ggf. mehrere Tage der Luft ausgesetzt sein, wobei nur ein geringer Abbau eintritt.
- Zur selektiven Entfernung von Teilen der Aluminiumbeschichtung, wie z.B. zur Herstellung von Leitbahnen, werden die beschichteten Grundkörper maskiert und geätzt, z.B. mittels Plasmaätzen.
Claims (5)
- Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen und Gleitbahnen aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß in eine auf 2500 bis 2700 gehaltene Reaktionskammer(11) Tri-isobutyl-aluminium in Dampfform eingebracht wird, dessen Temperatur vor dem Einspeisen in die Reaktionskammer (11) unter 900C liegt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß trockenes, sauerstoffreies Trägergas wie Argon oder Stickstoff durch flüssiges Tri-isobutyl-aluminium geblasen wird, dessen Temperatur unter 900c liegt, daß der mitgerissene Tri-isobutyl-aluminiumdampf mit dem Trägergas in die Reaktionskammer (11) eingespeist wird, in der die zu beschichtenden Grundkörper untergebracht sind, daß das gleiche Trägergas selektiv in pulsierenden Stößen in die Reaktionskammer (11) aus einer zusätzlichen Leitung (18) geblasen wird, und daß die Temperatur in der Reaktionskammer (11) 2500 bis 2700C beträgt.
- 3, Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (11) vor und nach der Aluminiumabscheidung mit Isobutylen gespült wird.
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkörper aus aalbleiter-Material bestehen und ihre Oberflächen vor der Aluminiumabscheidung einer Wasserstoffglimmentladung ausgesetzt werden.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumschichten einer selektiven Ätzung unter Zuhilfenahme von Masken ausgesetzt werden.
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Vapor Deposition, 1966, S. 280 u. 281 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2920384C2 (de) | 1987-03-26 |
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