DE4020324A1 - Verfahren zum herstellen eines duennen films auf einem substrat - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines duennen films auf einem substrat

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft somit eine Vakuumabscheidung, und zwar unter Verwendung eines Rückflußprozesses unter Druck, speziell für einen dünnen Metallfilm auf dem Substrat, ohne Erzeugung von Hohlräumen wie Lunkern oder Poren.
Zur Bildung eines dünnen Metallfilms auf einer Substratoberfläche mit Löchern und Vertiefungen ist ein Sprühverfahren bekannt. Ein Beispiel für die Auswirkungen eines solchen Verfahrens wird später unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Das Metall wird hierbei auf der Oberfläche geschmolzen. Sind die Vertiefungen jedoch sehr fein mit einem Aspektverhältnis von 1 oder höher, so kann das geschmolzene Metall nicht mit ausreichendem Erfolg in die Vertiefungen getrieben werden, in denen somit metallumschlossene Hohlräume verbleiben.
Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Bilden eines dünnen Films auf einem Substrat mit einer oder mehreren Vertiefungen geschaffen werden, bei dem in diesen Vertiefungen keine Hohlräume erzeugt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung erzeugt man einen dünnen Film auf einem Substrat, das eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, indem man den dünnen Film auf dem Substrat bildet und ihn bis zum Schmelzen erhitzt und so den Eingang zu den einzelnen Vertiefungen durch das geschmolzene Material schließt, wobei man zur Vermeidung der Bildung von Hohlräumen in den einzelnen Vertiefungen ein Gas auf das geschmolzene Material des dünnen Films wirken läßt, das dadurch so unter Druck gesetzt wird, daß es in jede Vertiefung des Substrats unter Vermeidung der Bildung von Hohlräumen eindringt.
Der dünne Film kann auf dem Substrat durch Sprühen, chemische Dampfniederschlagung (CVD), Vakuum-Dampf-Niederschlagung oder dergleichen gebildet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzeugt man den dünnen Film auf dem Substrat, das eine oder mehrere Vertiefungen aufweist, indem man den dünnen Film auf dem Substrat bildet und ihn bis zum Schmelzen erhitzt und so den Eingang zu den einzelnen Vertiefungen durch das geschmolzene Material schließt, wobei man den dünnen Film während seiner Bildung auf dem Substrat erhitzt und zur Vermeidung der Bildung von Hohlräumen in den einzelnen Vertiefungen ein Gas auf das geschmolzene Material des dünnen Films wirken läßt, das dadurch so unter Druck gesetzt wird, daß es in jede Vertiefung des Substrats unter Vermeidung der Bildung von Hohlräumen eindringt.
Vorzugsweise wird mit dem Erhitzen des dünnen Films am Substrat auf dem Weg zu dessen Bildung begonnen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Durchfüh­ rungsbeispiele im Vergleich zum Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung eines Schritts eines bekannten Verfahrens, bei dem ein dünner Metallfilm einer Aluminium als Hauptbestandteil enthal­ tenden Legierung auf einem Substrat, das eine Vertiefung aufweist, unter Anwendung einer Aufsprühtechnik gebildet wird;
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines anderen Schritts des bekannten Verfahrens, bei dem die Vertiefung mit dem Metall des dünnen Films gefüllt wird;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Struktur des dünnen Metallfilms auf dem Substrat in einem Endzustand nach dem Stand der Technik, wobei ein Hohlraum in der Vertiefung gebildet und vom Metall des dünnen Films umschlossen worden ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung eines Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein dünner Metallfilm aus einer Aluminium als Hauptkomponente enthaltenden Legierung auf einem Substrat, das eine Vertiefung aufweist, unter Anwendung einer Aufsprühtech­ nik gebildet wird;
Fig. 5 eine Schnittansicht entsprechend der Ansicht nach Fig. 4 unter Darstellung des Verfahrensschritts, bei dem der dünne Metallfilm auf dem Substrat durch eine Erhitzungs­ vorrichtung bis zum Schmelzen erhitzt wird;
Fig. 6 eine Schnittansicht unter Darstellung des Schritts des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem das geschmolzene Metall des dünnen Films in die Vertiefung des Substrats mit Hilfe von Gasdruck getrieben wird, beispielsweise durch Argon, das in eine Vakuumkammer eingeführt wird, in der das Substrat angeordnet ist;
Fig. 7 eine Schnittansicht zur Darstellung des schließlichen dünnen Metallfilms auf dem Substrat im Endzustand bei Abschluß des Verfahrens.
Zunächst sei anhand der Fig. 1 bis 3 ein Beispiel für ein Verfahren zum Aufbringen eines dünnen Metallfilms nach dem Stand der Technik beschrieben. Gemäß Fig. 1 wird beim Aufbringen eines dünnen Films (1) aus einem Metall wie einer Legierung, die als Hauptbestandteil Aluminium enthält, auf einem Substrat (2), das eine Vertiefung (3) aufweist, in der Mitte der Vertiefung (3) ein Sackloch (4) erzeugt. Um ein solches Sackloch (4) zu vermeiden, wird der dünne Film (1) aus der Aluminium enthaltenden Legierung auf dem Substrat (2) auf eine Temperatur über etwa 500°C erhitzt, welche Temperatur für Legierungen auf Aluminiumbasis gilt, so daß der Film schmilzt. Das geschmolzene Metall des dünnen Films (1) kann nun in die Vertiefung (3) fließen und sie, wie in Fig. 2 dargestellt, mit geschmolzenem Metall füllen, woraufhin der Film abgekühlt wird. Die Angabe "schmelzen" umfaßt hier auch Vorgänge wie Erweichen oder Fluidisieren.
Ist die Vertiefung (3) an der Oberfläche des Substrats (2) sehr fein und hat ein Aspektverhältnis von 1 oder mehr, so kann das geschmolzene Metall nicht ausreichend in die Vertiefung (3) fließen, in der somit ein Hohlraum (5) verbleibt, der von dem Metall des Films (1) umgeben ist, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Anhand der Fig. 4 bis 7 werden die Schritte bei der Bildung eines dünnen Metallfilms (6) aus einer Legierung, die Aluminium als Hauptkomponente enthält, auf einem Substrat (7) unter Anwendung eines Sprühverfahrens gemäß einer Durchführungsform der Erfindung beschrieben.
Das Substrat (7) weist eine Vertiefung (8) auf, die ein feines Loch oder eine Nut mit einem Aspektverhältnis von 1 oder höher dar­ stellt. Das Substrat (7) wird in eine Vakuumkammer einer (nicht dargestellten) Vakuumverarbeitungsvorrichtung zur Bildung des dünnen Metallfilms (6) auf ihrer Oberfläche verbracht. Während der dünne Metallfilm (6) auf dem Substrat (7) gebildet wird, wird er sowohl an der Innenfläche der Vertiefung (8) als auch an der Oberseite des Substrats (7) abgeschieden, so daß sich, wie in Fig. 4 erkennbar, ein hohler Bereich (9) im Mittelteil der Vertiefung (8) ergibt.
Sodann wird der auf dem Substrat (7) so gebildete Film (6) auf eine Temperatur erhitzt, die im Fall einer Legierung auf Aluminiumbasis über etwa 500°C liegt, und zwar mit Hilfe eines nicht dargestellten Heizgeräts, und wird so geschmolzen. Hierbei kann sich in der Vertiefung (8) ein Hohlraum (10) mit Vakuum ergeben, wie in Fig. 5 dargestellt ist.
Um die Erzeugung eines solchen Hohlraums (10) in der Vertiefung (8) zu vermeiden, wird ein Gas wie Argon in die Vakuumkammer einge­ führt, so daß der Druck in der Vakuumkammer höher wird als im Hohlraum (10), wodurch der beim vorhergehenden Verfahrensschritt geschmolzene dünne Metallfilm (6) unter Druck gesetzt wird. Es stellt sich also eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Vakuumkammer und dem Druck im Hohlraum (10) ein, wodurch das Metall des Films (6) in die Vertiefung (8) gedrückt wird. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, verschwindet hierbei in der Anfangsphase dieses Vorgangs der Hohlraum (10) in der Vertiefung (8), jedoch erscheint statt dessen ein hohler Teil (11) mit invertierter konischer Form im Mittelbereich der Vertiefung (8). In der Schlußphase dieses Vorgangs fließt das geschmolzene Metall des dünnen Films (6) in den hohlen Teil (11), so daß dieser aufgefüllt und beseitigt wird und die Oberfläche des dünnen Metallfilms (6) glatt und eben wird, wie in Fig. 7 gezeigt ist.
Nachdem das geschmolzene Metall des Metallfilms (6) in den hohlen Teil (11) geflossen ist, um ihn aufzufüllen, werden das Substrat (7) und der dünne Metallfilm (6) abgekühlt.
Der Metallfilm (6) kann also auf dem Substrat (7) ohne Auftreten eines Hohlraums in der Vertiefung (8) gebildet werden.
Bei der beschriebenen Durchführungsweise kann als Alternative die Bildung des Metallfilms (6) auf dem Substrat (7) durch irgendeinen geeigneten Wachstumsprozeß in der Gasphase wie etwa durch ein CVD- Verfahren oder eine Vakuum-Dampfabscheidung durchgeführt werden.
Außerdem kann bei der Durchführung nach der dargestellten Art das Erhitzen des dünnen Metallfilms (6) auf dem Substrat (7) durch eine Vakkumverarbeitungsvorrichtung durchgeführt werden, wie sie zur Bildung des dünnen Metallfilms gebraucht wird, oder alternativ durch die Verwendung einer getrennten Heizvorrichtung. In diesem letzteren Fall wird das Substrat mit dem darauf gebildeten dünnen Metallfilm in der Heizvorrichtung angeordnet, die dann evakuiert wird und so betrieben wird, daß der dünne Metallfilm erhitzt wird. Nach dieser Erhitzung wird ein Gas wie Argon in die Heizvorrichtung eingeführt, um die Bildung eines Hohlraums in der Vertiefung des Substrats während der Bildung des dünnen Films auf dem Substrat zu verhindern.
Außerdem kann das Erhitzen auch während oder auch schon vor der Bildung des dünnen Metallfilms am Substrat durchgeführt werden.
In dieser Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Heizvorgang begonnen, wenn darangegangen wird, den dünnen Metall­ film auf dem Substrat zu bilden, und die Abscheidung des dünnen Metallfilms auf dem Substrat wird fortgesetzt. Nach der Abscheidung des Films oder unmittelbar vor deren Beendigung wird das Gas wie Argon in die Vakuumkammer eingeführt, in der sich das Substrat befindet.
Bei dieser abgewandelten Durchführungsform kann alternativ das Erhitzen des dünnen Metallfilms gleichzeitig mit dem Beginn der Abscheidung des dünnen Metallfilms auf dem Substrat begonnen werden.
Wie beschrieben, wird gemäß der Erfindung der dünne Metallfilm erhitzt und geschmolzen, während er gebildet wird oder nachdem er gebildet worden ist, und wird dann durch das gasförmige Medium unter Druck gesetzt, um ihn in die Vertiefung am Substrat hineinzu­ drücken. Es ist deshalb möglich, einen dünnen Metallfilm auf dem Substrat zu schaffen, ohne daß irgendwelche Hohlräume in der Vertiefung erzeugt werden, selbst wenn die Vertiefung in der Substratoberfläche ein höheres Aspektverhältnis hat.
Die Erfindung ist auch anwendbar zur Bildung eines dünnen Films aus einem Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als dem des Substrats, das eine oder mehrere Vertiefungen an seiner Oberfläche aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Durchführungsweisen beschränkt, die beschrieben und dargestellt wurden, sondern dem Fachmann stehen zahlreiche Abwandlungen und Variationen zur Verfügung, die innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen und deren Effekte erzielen lassen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Bilden eines dünnen Films (6) auf einem Substrat (2), das eine oder mehrere Vertiefungen (3) aufweist, wobei man den dünnen Film auf dem Substrat in einer Vakuumatmosphäre bildet und ihn bis zum Schmelzen erhitzt und so den Eingang zu den einzelnen Vertiefungen durch das geschmolzene Material schließt, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Vermeidung der Bildung von Hohlräumen (10) in den einzelnen Vertiefungen (3) ein Gas auf das geschmolzene Material des dünnen Films (6) wirken läßt, das dadurch so unter Druck gesetzt wird, daß es in jede Vertiefung des Substrats (2) unter Vermeidung der Bildung von Hohlräumen eindringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den dünnen Film (6) auf dem Substrat (7) durch Aufsprühen, einen Prozeß der chemischen Dampf-Abscheidung, eine Vakuum- Dampfabscheidung oder dergleichen aufbringt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man alle Schritte in ein und der selben Vakuumkammer durch­ führt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Heizvorgang mit einer getrennten Heizvorrichtung durchführt, in der das mit dem dünnen Film (6) versehene Substrat (7) angeordnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das geschmolzene Material des dünnen Films dadurch unter Druck setzt, daß man das Gas in die getrennte Heizvorrichtung einleitet.
6. Verfahren zum Bilden eines dünnen Films (6) auf einem Substrat (2), das eine oder mehrere Vertiefungen (3) aufweist, wobei man den dünnen Film auf dem Substrat bildet und ihn bis zum Schmelzen erhitzt und so den Eingang zu den einzelnen Vertiefungen durch das geschmolzene Material schließt, dadurch gekennzeichnet, daß man den dünnen Film (6) während seiner Bildung auf dem Substrat (2) erhitzt und zur Vermeidung der Bildung von Hohlräumen (10) in den einzelnen Vertiefungen (3) ein Gas auf das geschmolzene Material des dünnen Films (6) wirken läßt, das dadurch so unter Druck gesetzt wird, daß es in jede Vertiefung des Substrats unter Vermeidung der Bildung von Hohlräumen eindringt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Heizvorgang am Weg zur Bildung des dünnen Films am Substrat beginnt
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man den dünnen Film aus einer Legierung bildet, die Aluminium als Hauptkomponente und/oder ein oder mehrere Materialien, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als das Substrat, enthält.
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