DE3875442T2 - Vorrichtung und verfahren zum aufdampfen metallischer filme. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Materialabscheidung und insbesondere auf eine HF-Aufdampfvorrichtung und auf ein Verfahren, das solch eine Vorrichtung benutzt.
• Aufdampfvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik gut bekannt. US-Patent 3 401 055 von J.L. Langdon et al, erteilt am 10. September 1968 und übertragen auf die IBM Corporation, beschreibt, wie solch eine Aufdampfvorrichtung in der Technologie zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen benutzt wird. Speziell lehrt dieses Patent ein Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden eines Metalles, wie z.B. eines Lotes, auf eine Vielzahl kleiner Bereiche auf einem Halbleiterbauteil.
• Mit zunehmender Dichte der Halbleiterchips mit integrierter Schaltung, d.h. eine Million oder mehr Halbleiter Bauelemente pro Chip, mußten die aufgedampften Filme anspruchsvollere Kriterien erfüllen. Insbesondere mußten die Filme eine Dicke aufweisen, die sich quer über einen Wafer oder von Wafer zu Wafer nicht merklich änderte, und die Menge der die Leitfähigkeit verschlechternden Verunreinigungen, wie z.B. Oxide, muß minimal gehalten werden.
• Beim Benutzen der Aufdampfvorrichtungen und Verfahren nach dem Stand der Technik, beispielsweise nach dem oben gegebenen US-Patent 3 401 055 ist das Herstellen einer gleichmäßigen Ausbildung von dünnen Filmen hoher Qualität aus Materialien mit niedrigem Dampfdruck (z.B. Kupfer) äußerst schwierig. Daher besteht im Stand der Technik ein Bedarf nach einer Aufdampfvorrichtung, die metallische Filme mit niedrigem Dampfdruck wirtschaftlich abscheiden kann.
• Demgemäß ist es ein allgemeines Ziel dieser Erfindung, die Nachteile, die mit dem Aufdampfen nach dem Stand der Technik verbunden sind, zu eliminieren, um für gleichmäßig aufgedampfte dünne Filme hoher Qualität zu sorgen, wie sie für dichte Halbleiterchips mit intergrierter Schaltung erforderlich sind.
• Ein spezielleres Ziel der Erfindung ist es, eine Aufdampfquelle zur Verwendung in einer HF-Aufdampfvorrichtung bereitzustellen, was zur Abscheidung von gleichförmigen dünnen Filmen hoher Qualität führt.
• Ein anderes spezielles Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufdampfen von Material auf Werkstücke anzugeben, bei dem die Dicke der abgeschiedenen Schicht eine ausgezeichnete Homogenität quer über ein Werkstück oder innerhalb einer Charge von Werkstück, die gleichzeitig verarbeitet werden, aufweist und bei denen die abgeschiedenen Schichten im wesentlichen frei von Verunreinigungen sind.
• Diese Ziele werden durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 9 erreicht.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel schließt die Quelle nach der Erfindung ein Paar von koaxialen, tiefgezogenen Hitzeschilden ein, die einen Tiegel mit sich nach außen erweiterndem Ausguß umgeben, der weg von dem Sockel des innersten Hitezschildes durch einen thermischen Isolator und einen nichtmetallischen Aufnehmer gelagert ist. Der sich nach außen erweiternde Ausguß des Tiegels überlappt und bedeckt die freiliegenden Ränder der Hitzeschilde.
• Durch Verwenden der Quelle nach der Erfindung kann die aus dem Inneren des Tiegels verdampfte Charge schnell erhitzt werden, um die Selbstffraktionierung zu fördern, wodurch die Leitfähigkeit verschlechternde Verunreinigungen von dem abgeschiedenen Film eliminiert werden, während für einen Film gleichmäßiger Dicke gesorgt wird.
• Andere vorteilhafte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen offenbart.
• Die vorgenannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung offensichtlich in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, von denen:
• Fig. 1 (Stand der Technik) eine Querschnittszeichnung einer üblichen Aufdampfvorrichtung zeigt,
• Fig. 2 in genauem Querschnitt den Tiegel der vorliegenden Erfindung,
• Fig. 3 ein Diagramm des Zeit/Temperatur-Zyklus zeigt, der in der vorligende Erfindung verwendet wird.
• Fig. 1 (Stand der Technik) zeigt etwas genauer die allgemeinen Strukturen, die mit einer üblichen Aufdampfvorrichtung verbunden sind. Eine Vakuumkammer 10 besitzt eine Basis 11 und eine Durchlaßöffnung 12, die mit einer Vakuumquelle 14 verbunden ist. Auf einem Sockel 15, der an der Basis 11 befestigt ist, ist ein Tiegel 16 aufgesetzt, der eine Charge 19 von zu verdampfendem Material enthält. Um den Tiegel 16 sind eine Reihe von HF- Heizspulen 22 gewickelt und mit einer geeigneten HF-Quelle 18 (wie z.B. einem 3 Kilowatt Netzteil) verbunden. Ein geeignetes Netzteil ist ein ENl PS 300 , das durch die ENl Corporation of Rochester, New York vertrieben wird. Ein Halter 23, der, wenn es gewünscht wird, gedreht werden kann, wird von einem Stab 21 gehalten, der von der Spitze der Kammer 10 herunterkommt, und eine Vielzahl von Werkstück 24 sind auf dem Halter 23 angeordnet. Jedes Werkstück 24 ist beispielsweise ein Halbleiterwafer wie z.B. Silicium, der eine Vielzahl von vorher geschaffenen Chipplätzen aufweist, die mit Metallagen zu beschichten sind. Jeder Wafer kann eine Schutzschicht tragen, wie z.B. einen Fotolack oder dergleichen, die das abzuscheidende metallische Muster auf der Halbleiterfläche klar begrenzt. Alternativ kann das metallische Material auf den Wafern in Abwesenheit solch einer Schutzschicht abgeschieden werden, in welchem Fall das Muster durch nachfolgendes subtraktives Ätzen definiert wird.
• Eine Zwischenblende 25, die aus einer festen Edelstahlplatte besteht, kann selektiv zwischen die Substrate 24 und den Tiegel 16 mittels eines Motor 26 positioniert werden. Die Blende 25 kann nach links bewegt werden, um das Ausströmen des zu verdampfenden Materials aus dem Tiegel 16 teilweise oder vollständig zu blockieren. Während der Verdampfungphase ist der Pfad des zu verdampfenden Materials generell kegelförmig geformt, als ob das zu verdampfende Material von einer punktförmigen Quelle käme, was durch die gestrichelten Linien 30 angedeutet ist.
• Falls erwünscht, kann die Verdampfungsquelle in einer vollständig getrennten Kammer unter der Verdampfungskammer 10 angeordnet sein. Auf diese Weise können die Quellen unabhängig von der Werkstück erhitzt werden. Ein Beispiel dieses Systems ist das Aufdampfsystem SCS 800 von Balzers, mit isolierter Quelle und Beschickungsschleuse. Solch eine unterteilte Vorrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es wird vorgezogen, als Aufdampfquelle der Erfindung diese Art des Aufdampfsystems vorzusehen.
• Ein Mechanismus 27 ist in der Verdampfungskammer 10 vorgesehen, um automatisch einen Draht aus dem Material, das in dem Tiegel verdampft wird, in den Tiegel einzuführen, um automatisch die Charge 19 aufzufüllen, wenn sie durch das Verdampfen vermindert wird.
• Es sei bemerkt, daß solch eine Aufdampfvorrichtung gegenwärtig gut bekannt und handelsüblich ist und oben in rudimentärster Form beschrieben ist.
• Im Stand der Technik wurde gefunden, daß beim Abscheiden eines Metalls mit niedrigem Dampfdruck wie z.B Kupfer während des anfänglichen Erwärmens und der Schmelzphase irgendwelche Verunreinigungen, die in der Charge enthalten waren, bei deren Verdampfung Teilchen des Verunreinigungsmaterials (z.B. Oxid) aus der Quelle für das geschmolzene zu verdampfende Material aussenden. Dieses Phänomen (bekannt als "Spratzen") hat zur Folge, daß große Teilchen des zu verdampfenden Materials und des Oxids in einem festen, flüssigen oder halbfesten Zustand zu dem Werkstück übertragen werden. Diese Verunreinigungsteilchen der Materialien sind die Ursache dafür, daß Unregelmäßigkeiten, wie z.B. große Kugeln, Luppen oder Lunker in dem aufgedampften Film erscheinen. Diese Unregelmäßigkeiten verringern die Leitfähigkeit des Films, was elektrische Defekte und dergleichen verursacht, die eine niedrigere Produktionsausbeute an fertigen Werkstück zur Folge hat.
• Außerdem waren Tiegel für zu verdampfende Materialien, nach dem Stand der Technik allgemein so entworfen, daß sie relativ tief bezüglich ihres Durchmessers waren, d.h. ihre Tiefe war im allgemeinen mindestens das zweifache ihres Durchmessers. Dies verursacht, wenn die Charge verringert wird, eine Verengung des Stromes des aufzudampfenden Materials, wie das durch die gestrichtelten Linien 31 dargestellt ist. Wegen dieser Verengung des aufzudampfenden Materials lagern die mittleren Werkstücke 24 einen merklich größeren Betrag an Material an als das irgendeines der Werkstücke am Umfang des Halters 23 tut, was auch zu einem Mangel an Gleichförmigkeit der Abscheidung führt.
• The Patent Abstracts of Japan, C35, volume 4, Nr. 182, JP 55-122 870 offenbaren ein Dampfabscheidungsverfahren im Vakuum, das eine Vorrichtung benutzt, die aus einem Tiegel besteht, der in einem Spulenkörper aus Keramik verborgen ist und sich um eine Hochfrequenzspule windet. Der Tiegel, der die geschmolzene Flüssigkeit enthält, steht auf einem Sockel.
• Um Glucksen oder langsames Aufwärtsbewegen der Flüssigkeit zu vermeinden und ein konstantes Ausmaß an Verdampfung zu erreichen wird die Temperatur der geschmolzenen Flüssigkeit durch ein wärmeempfindliches Element gesteuert und durch die elektrische Heizleistung geregelt.
• Die Erfinder waren erfolgreich beim überwinden der Nachteile des Standes der Technik durch Neukonstruktion der Verdampfungsquelle. Insbesondere fanden die Erfinder, daß wenn die Charge schnell auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der sie selbstfraktioniert, d.h. das reine Metall wird von den Oxidverunreinigungen getrennt), und danach auf den Werkstücken abgeschieden wird, die Oxidverunreinigungen von dem Film eliminiert werden, wenn er abgeschieden wird. Eine Verdampfungsquelle, die mit solch einem Selbsfraktionierungs- Erhitzungsprozeß verträglich ist, wird in einzelnen unten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.
• Die Verdampfungsquelle 50, die in Fig.2 gezeigt ist, ist konstruiert, um den Pfeiler 15 und den Tiegel 16 in Fig. 1 zu ersetzen, und besteht grundsätzlich aus einer wärmeisolierenden Säule oder einem Distanzstück 52 auf dem Sockel 11, der wiederum einen äußeren Hitzeschild 53 trägt. In dem äußeren Hitzeschild 53 ist ein zweites wärmeisolierendes Distanzstück 54 enthalten, das einen inneren Hitzeschild 55 trägt und thermisch von dem äußeren Hitzeschild 53 isoliert. In dem inneren Hitzeschild 55 ist ein drittes wärmeisolierendes Distanzstück 56 angeordnet, auf dem eine Aufnahme 57 angeordnet ist, die wiederum einen Tiegel 58 trägt. Dieser Tiegel ist mit einem sich nach außen erweiterenden Ausguß 59 versehen, der sich vom inneren Rand des Tiegels über den Ausgüssen oder oberen Ränder der beiden Hitzeschilde 53 und 55 erstreckt. Eine Vielzahl von HF-Spulen 22, die, wie das in der Industrie für HF-Wärme wohl bekannt ist, an die Stromversorgung angepaßt sind, umgeben die oben beschriebene Struktur.
• Wie das in Fig. 2 dargestellt ist, ist auch ein äußeres Gehäuse 60 vorgesehen, das mit dem äußeren Hitzeschild 53 gekoppelt ist, um die Spulen 22 zu umgeben und einzuschließen. Das Gehäuse 60 verhindert, daß irgendetwas von dem verdampften Material sich auf den Spulen 22 abscheidet, dem äußeren Hitzeschild 53 oder der wärmeisolierenden Säule 52. Dieses Gehäuse braucht nicht benutzt zu werden und kann eliminiert werden, aber weil es zur Verlängerung der Lebensdauer der Spulen 22 beiträgt und die Notwendigkeit eliminiert, die Säule und den äußeren Hitzeschild nach jedem Aufdampflauf zu reinigen, ist es sehr erwünscht.
• Wenn im Betrieb die HF-Stromversorgung 18 aktiviert wird, senden die Spulen 22 HF-Energie aus, die innerhalb der Grenzen der Spule konzentriert wird. Diese Energie wird durch das an die Spule angrenzende Material absorbiert, und das Material beginnt sich aufgrund von Wirbelströmen, die sich darin aufgrund der ausgesandten Frequenzen ausbilden, zu erwärmen.
• Da es notwendig, ist die Charge 19 auf gesteuerte Temperaturen zu erwärmen, bei denen sie selbstfraktioniert und in verhältnismäßig kurzer Zeit verdampft, und da es wünschenswert ist, daß dies mit den niedrigst möglichen Energiekosten erreicht wird, ist es notwendig, sowohl die Konfigurationen und die Zusammensetzungen des Aufnehmers 57 und des Tiegels 58 so zu wählen, daß der maximale Energiebetrag absorbiert und in Hitze umgewandelt wird, und die Hitze durch Strahlung und Fortleitung zu dem Material 19 innerhalb des Tiegels 58 zu übertragen. Die anderen Komponenten der Quelle 59 werden so ausgewählt, daß diese HF-Absorption minimiert wird, so daß die Höhe, bis zu der sie erwärmt werden, minimiert wird.
• Der Aufnehmer 57 ist aus einem festen säulenförmigen Block aus Grafitkohle hergestellt, 2,86 cm (11/8 Zoll) im Durchmesser und 1,27 cm (1/2 Zoll) hoch. Der Tiegel 58 ist 3,02 cm (1 3/16 Zoll) im Durchmesser und 1,75 cm (11/16 Zoll) tief und ist aus einem Material (z.B. Molybdän) hergestellt, das einen niedrigeren Dampfdruck als das Material aufweist, das aufzudampfen ist (z.B. Kupfer). Der Tiegel ist mit etwa 30 g des Materials gefüllt, so daß er teilweise gefüllt ist (d.h. das Material innerhalb des Tiegels bildet eine Schmelze ungefähr 0,79 cm (5/16 Zoll) hoch). Die Erfinder fanden, daß, wenn das anfängliche Volumen der abzuscheidenden Charge im richtigen Verhältnis (z.B. 5/8) zum Volumen des Aufnehmers steht 57, die Charge vollständig selbstfraktioniert. Die Wirksamkeit der Selbstfraktionierung wächst, wenn die Menge der Charge abnimmt (d.h., wenn das Volumenverhältnis Charge/Aufnehmer abnimmt). Auf der anderen Seite ist der Selbstfraktionierungsprozeß nicht so wirkungsvoll,. wenn das Volumenverhältnis Charge/Aufnehmer erhöht wird durch Erhöhen der Chargengröße oder des Chargenvolumens oder wenn der Aufnehmer kleiner wird oder bei einer Kömbination von beidem. Bei sehr hohen Charge/Aufnehmerverhältnissen tritt die Selbstfraktionierung in einem Ausmaß auf, das aureicht, um die Eigenschaften des abgeschiedenen Filmes zu verbessern.
• Der Aufnehmer 57, der eine verhältnismäßig große Masse darstellt und sehr empfänglich ist für das Erwärmen durch HF-Frequenzen, stellt sicher, daß die Charge 19, die in dem Tiegel 58 enthalten ist, auf die gewünschte Höhe erhitzt wird, die notwendig ist, um die Cahrge 19 in dem Tiegel 58 zu schmelzen und zu verdampfen. Solche Aufnehmer sind besonders erforderlich, wenn die Charge ein Material mit niedrigem Dampfdruck ist (z.B. Kupfer oder Gold), das für HF-Energien nicht sehr absorbierend ist.
• Der Sockel 11, n der Diskussion befindliche Einheit montiert ist, ist gewöhnlich metallisch und verhältnismäßig groß. Er ist daher sehr strahlungsabsorbierend (d.h. er wirkt als Hitzesenke). Da es ndig ist, den Inhalt des Tiegels schnell zu erhitzen, ist ein Wärmeisolator 53 aus Quarz in der Form einer Hohlsäule angeordnet, die einen Außendurchmesser von 3,81 cm (1 1/2 Zoll), eine Höhe von 3,49 cm (1 3/8 Zoll) und einen Innendurchmesser von 3,17 cm (1 1/4 Zoll) aufweist, um den äußeren Hitzeschild 53 vom Sockel 11 her zu stützen. Dieser äußere Hitzeschild 53 ist ein Becher, der aus hochdichtem Quarz mit einer Wandstärke von 0,32 cm (1/8 Zoll), einem Außendurchmesser von 4,29 cm (1 11/16 Zoll) und einer Höhe von 4,4 cm (1 3/4 Zoll). gebildet ist. In ähnlicher Weise besitzt das Quarz-Distanzstücke 54 die Form eines 0,16 cm (1/16 Zoll) Ringes mit einem Durchmesser von 3,33 cm (1 5/16 Zoll) und einer Höhe von 0,48 cm (3/16 Zoll) und ist am Boden des becherförmigen äußeren Hitzeschildes 53 angeordnet, um den inneren Hitzeschild 55 zu stützen und thermisch von dem äußeren Hitzeschild zu isolieren. Dieser innere Hitzeschild ist auf pyrolytischem Bornitrid gebildet und hat einen Außendurchmesser von 3,49 cm (1 3/8 Zoll), eine Höhe von 3,97 cm (1 9/16 Zoll) und eine Wandstärke von 0,16 cm (1/16 Zoll). Quarz und pyrolytisches Bornitrid werden für die meisten der thermischen Isolatoren und den inneren Hitzeschild verwendet, da solche Materialien für Hochfrequenzen, die durch die Spule 32 ausgesandt werden, transparent sind und daher sehr langsam erwärmt werden. Anderes Material mit ähnlichen Eigenschaften kann verwendet werden. Auch können solche Materialien in sehr reiner Form hergestellt werden, so daß sie keine Verunreinigugen in das System bringen.
• Der äußere Hitzeschild 53 ist aus Siliciumdioxid gebildet, das verbesserte thermische Eigenschaften gegenüber denen von Quartz besitzt. Der innere Schild 55 besteht aus pyrolytischem Bornitrid.
• Pyrolytisches Bornitrid wird als innerer Hitzeschild verwendet, da es verhindert, daß Infrarotstrahlung entweder von dem Aufnehmer oder dem Tiegel ausgesandt wird. In dieser Weise dient der innere Schild dazu, Hitze in sich zurückzuhalten, d.h. in dem Tiegelbereich und dem Aufnehmerbereich, während der äußerer Hitzeschild 53 von Infrarotstrahlung abgeschirmt wird.
• Ein aus Bornitrid bestehender Tragring 56 mit einem Durchmesser von 2,38 cm (15/16 Zoll) mit einer Höhe von 1,27 cm (1/2 Zoll) und einer Stärke von 0,16 cm (1/16 Zoll) ist in dem inneren Hitzeschild angeordnet, um einen Aufnehmer 57 aus Kohle zu tragen, der seinerseits den Tiegel 58 trägt. Pyrolytisches Bornitrid wird für diesen Tragring 56 nicht nur verwendet, weil es ein guter thermischer Isolator ist, sondern auch, weil es in höchster Reinheit gebildet wird, und nicht auf die Kohle des Aufnehmers 57 bei den hohen Temperaturen, bei denen die Quelle betrieben wird, einwirkt.
• Es sei bemerkt, daß der Tiegel 58 einen nach auswärts gerichteten sich erweiternden Ausguß 59 besitzt. Dieser Ausguß 59 schützt die oberen freiliegenden Ränder der Schilde 53 und 55 und verhindert, daß irgendwelches Material, daß in dem Tiegel verdampft wird, sich auf den inneren Rändern des Hitzeschildes 55 abscheidet. Darüberhinaus ist zu bemerken, daß die Tiefe des Tiegels geringer ist als sein Durchmesser. Wenn das Verhältnis Tiefe/Durchmesser bis zu dem Punkt vergrößert wird, an dem die Tiefe größer ist als der zweifache Durchmesser, dann hat das die oben beschriebenen Gleichmäßigkeitsprobleme zur Folge.
• Es wird jetzt auf Fig. 3 Bezug genommen. Darin ist die HF- Leistungskurve (durchgezogene Linie 61) dargestellt und die Temperaturkurve (gestrichelte Linie 62), die mit den Selbstfraktionierungs-. und Abscheidungsprozessen verbunden sind, die unter Benutzung der Verdampfungsquelle der Erfindung ausgeführt werden können. Ein Netzteil für 3 Kilowatt HF- Leistung wurde benutzt und eine Charge von 30 Gramm Kupfer wurde in dem Tiegel angeordnet. Zum Beginn des Zyklus, werden die Werkstücke in der Vakuumkammer angeordnet und die Vakuumkammer wird evakuiert. 450 Watt HF-Leistung werden, wie das durch den mit 63 bezeichneten Teil der Leistungskurve gezeigt wird, dann an die Spulen angelegt. Der Aufnehmer 57 beginnt sich zu erhitzen und überträgt diese Hitze durch einen Strahlungs- und Wärmeleitungsprozeß in die Charge in dem Tiegel und die Charge beginnt zu schmelzen, wobei wenig oder kein Verdampfen auftritt. Dieser Leistungspegel wird aufrechterhalten, bis die Temperatur der Charge sich bei 1200 Grad Celsius stabilisiert, wie das durch den Teil der Temperaturkurve gezeigt wird, der mit 63A markiert ist. Während dieser Zeit wird die Blende 26 aus ihrer Position nach links bewegt, um die Werkstücke vor irgendwelchem unerwünschten Verdampfen oder Verunreinigen zu schützen. Wenn die Werkstücke zu beschichten sind, steigt die HF-Leistung an auf 2 KW bis zu 2,1 KW und wird dort für ungefähr 135 Sekunden beibehalten. Dies wird durch den Teil der Leistungskurve gezeigt, der mit 64 markiert ist. Anschließend wird der Leistungspegel auf 780 Watt verringert (Teil 66). Während dieser Zeit wird die Temperatur der Charge 19 erhöht und die Selbstfraktionierung, d.h. die fraktionierte Destillation der Charge 19 tritt auf. Wenn diese fraktionierte Destillation beginnt, haften irgendwelche Verunreinigungen in der Charge (wie z.B. Oxide oder dergleichen) an der Oberfläche der Schmelze, um schlackenartige Oberflächenschicht zu bilden. Wenn die HF- Leistung erhöht wird, erhöht sich auch die Temperatur der Charge und die fraktionierte Destillation geht weiter, bis die Verunreinigungen, die sich auf der flüssigen Oberfläche der geschmolzenen Charge angesammelt haben, entweder sublimiert oder verdampft werden aufgrund der Grenzen, die durch die entsprechenden Dampfdrücke des Materials, das als Charge benutzt wird und seiner Oxide und anderer Verunreinigungen gesetzt werden. Die Verunreinigungen wandern zum Rand des Tiegels, wo sie an der Seite des Tiegels hochgezogen werden. Bei Kupfer tritt dies auf, da ein hoher Dampfdruck des aufzudampfenden Kupfers geschaffen wird, welcher die Oberflächenverunreinigungen und dergleichen an die Seitenwände drückt, (die sich auf einer etwas höheren Temperatur als der der geschmolzenen Charge befindet). Nachdem dieser Fraktionierungsprozeß einmal beendet ist, hat die Temperatur des Tiegels eine Spitze bei 1900 Grad Celsius (Bezugszahl 65 auf der Kurve 62). Die HF-Leistung wird dann auf einen Leistungspegel von 780 Watt verringert, wie das durch die Bezugszahl 66 auf der Kurve 61 angezeigt wird. Dieser Leistungspegel entspricht der gewünschten Abscheidungsgeschwindigkeit von 0,4nm pro Sekunde des Chargenmaterials auf der Oberfläche der Werkstücke 24, wenn sich das Werkstück 71,12 cm (28 Zoll) von dem Tiegel 58 entfernt befindet. 45 Sekunden nach dieser Abnehme der HF-Leistung, wenn die Temperatur der Charge 19 sich bei etwa 1510 Grad Celsius stabilisiert, wie das durch die Bezugszahl 67 auf der Kurve 62 angezeigt wird, wird der Schild für das aufzudampfende Material oder die Blende 24 vor dem Werkstück 24 zurückgezogen, um dem Dampf das Beschichten des Werkstückes zu ermöglichen. Dieser Leistungspegel wird für zusätzlich 150 Sekunden aufrechterhalten, zu welchem Zeitpunkt die Blende 24 dann wieder vor das Werkstück gebracht wird, um eine weitere Abscheidung auf den Werkstücken zu verhindern. Gleichzeitig mit dem Schließen der Blende 24 wird der Leistungspegel auf 1000 Watt erhöht, wie das durch die Bezugszahl 68 angezeigt wird und wird auf diesem Pegel für 90 Sekunden aufrechterhalten. Dies verursacht einen leichten Anstieg der Temperatur der Charge 19, wie das durch die Bezugszahl 69 auf der Kurve 62 angezeigt wird. 24 Sekunden danach schließt die Blende und der Leistungspegel steigt an, Draht wird von der Drahtzuführung 27 in den Tiegel eingeführt, um die Charge darin wieder aufzufüllen. Wenn der Draht schmilzt und die Charge wieder auffüllt, nimmt die Temperatur der Charge ab, wie das durch die Bezugszahl 70 auf der Kurve 62 gezeigt wird.
• Am Ende von 90 Sekunden wird die Leistung wieder auf den Bereitschaftsleistungspegel von 450 Watt verringert und die Temperatur der Charge nimmt kontinuierlich auf 1200 Grad Celsius ab, bei welcher Temperatur sie sich erneut stabilisiert. Durch Lagern all der Einheiten nach Erfindung innerhalb der Spulen 23, wie das oben beschrieben wurde, wird der Tiegel 58 in einer thermisch kontrollierten Weise erhitzt, um für Selbstfraktionierung zu sorgen. Dieses Selbstfraktionierungsphänomen eliminiert jeden Spratzen von Kupfer oder Kupferoxiden und eliminiert die Notwendigkeit, ultrareines Material als Quelle zu benutzen. Die Selbstfraktionierung der Charge ist besonders wichtig, wenn das Material der Charge eine große Menge an Verunreinigungen enthält, die während ihrer Wiederauffüllung eingeführt werden.
• Durch Verwenden der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben wurden von Poren oder Einschlüssen freie Kupferfilme mit weniger als 0,001 Gewichtsprozent darin enthaltenen nichtmetallischen Verunreinigungen erfolgreich auf Halbleiterwafern abgeschieden.

Claims (10)

1. Aufdampfgerät mit einer Aufdampfquelle (50), enthaltend:

einen Tiegei (58) mit gegebener Tiefe und gegebenem Durchmesser, wobei der Tiegel (58) geschmolzenes, auf zudampfendes Material (19) trägt,

einen Aufnehmer (57), der an den Tiegel (58) angrenzt und ihn trägt, wobei der Aufnehmer (57), aus einem festen säulenförmigen Block eines Materials besteht, das ein vorgegebenes Volumenverhältnis zu dem geschmolzenen Material (19) innerhalb des Tiegels (58) vor dem Aufdampfen des geschmolzenen Materials (19), aufweist und

eine leitende Spule (22), die,um den Aufnehmer (57) und den Tiegel (58) angeordnet ist, um HF-Energie in den Aufnehmer (57) und den Tiegel (58) einzukoppeln.

2. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser des Tiegels (58) größer als dessen halbe Tiefe ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend eine Vielzahl von koaxialen Hitzeschilden (53, 55), die den Tiegel (58) und den Aufnehmer (57) von der HF-Spule (22) trennen, wobei jeder der Vielzahl von koaxialen Hitzeschilden einen oberen Rand aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem der Aufnehmer (57) innerhalb des innersten aus der Vielzahl von koaxialen Hitzeschilden (53, 55) angeordnet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Aufnehmer (57) aus einem Block von Graphitkohle besteht.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Tiegel (58) eine sich nach außen erweiternde Öffnung (59) aufweist, die sich über die oberen Ränder jedes aus der Vielzahl von Hitzeschilden (53, 55) erstreckt.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem ein äußerster (53) aus der Vielzahl von Hitzeschilden aus einem becherförmigen Glied aus Siliziumdioxyd besteht.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem der innerste (55) aus der Vielzahl von Hitzeschilden aus einem becherförmigen Glied aus pyrolytischem Bornitrid besteht.

9. Verfahren zum Aufdampfen eines Materials auf ein Werkstück durch Benutzen eines Gerätes, insbesondere wie es in einem der Ansprüche 1 bis 8 offenbart ist, umfassend die Schritte:

Füllen des Tiegels (58) mit einem Anfangsvolumen des Materials (19), das in einem vorgegebenen Volumenverhältnis zu dem Aufnehmer (57) abzuscheiden ist,

schnelles Erhitzen der Charge (19) auf eine Temperatur, bei der ihre Selbstfraktionierung erfolgt, und

nachdem das Material bei der gewünschten Aufdampftemperatur stabilisiert ist, wird es auf dem Werkstück abgeschieden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Material (19), beispielsweise Kupfer, in den Tiegel (58) in solcher Menge eingefüllt wird, daß das Volumenverhältnis des Materials (19) und des Aufnehmers (57) in der Größenordnung von 5/8 oder weniger liegt, wobei das Material (19) bei einer Temperatur stabilisiert wird, die deutlich unter der Abscheidungstemperatur liegt, und diese Temperatur im Falle von Kupfer bei etwa 1200 ºC liegt, wobei zu. Beginn des Abscheidungszyklus die HF-Energie augenblicklich hochgefahren und auf dem erhöhten Wert für eine vorgegebene Zeit gehalten wird, wodurch die Temperatur des Tiegels (58) auf eine Temperatur ansteigt, bei der die Selbstfraktionierung stattfindet, wobei diese Temperatur etwa 1900 ºC beträgt für den Fall, daß das Material Kupfer ist, anschließend die HF-Energie abgesenkt wird, wodurch sich die Temperatur des Materials auf die vorgegebene Abscheidungstemperatur abkühlt und bei dieser Temperatur stabilisiert, die etwa 1500 ºC beträgt für den Fall, daß Kupfer das Material ist, worauf nach dem Stabilisieren die vergedampften Teilchen des Materials sich auf dem Werkstück während einer Zeit abscheiden können, die durch die gewünschte Schichtdicke bestimmt ist.