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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Anordnungen, bei welchen eine Schicht aus einem Material
auf einer Oberfläche
ausgebildet wird, so dass das Material in Löcher oder Riefen innerhalb
der Oberfläche
eingeführt
wird. Sie bezieht sich im besonderen, jedoch nicht ausschließlich, auf
Anordnungen, bei welchen die Oberfläche die Oberfläche einer Halbleiterscheibe
(oder Substraten, die für
integrierte Schaltungen eingesetzt werden) ist.
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Es gibt eine Anzahl von Situationen
bei einer Halbleiterscheibe während
der Herstellung einer Halbleitereinrichtung, in welchen es erforderlich
ist, eine Schicht auf die Scheibe aufzubringen. Eine derartige Situation
entsteht, wenn leitende oder halbleitende Bahnen auf der Scheibe
herzustellen sind, so dass diese Bahnen in Kontakt treten mit aktiven
Regionen der Einrichtung oder der Schaltung. Normalerweise müssen sich
solche Bahnen dann durch eine Isolierungsschicht auf der Oberfläche der
Scheibe erstrecken, um somit in Kontakt zu treten mit aktiven Regionen
unterhalb dieser isolierenden Schicht oder mit weiteren leitenden
Schichten unterhalb der isolierenden Schicht (wobei die Löcher normalerweise
als "Vias" bezeichnet werden).
Wenn sich die Bahnen durch ein Loch auf diese Weise erstrecken,
ist es wichtig, dass das Ausmaß des
Materials, d. h. das Metall, welches dieses Loch auffüllt, ausreichend
ist, um einen guten elektrischen Kontakt sicherzustellen.
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Eine weitere Situation liegt vor,
wenn eine elektrisch isolierende Schicht über die Scheibe auszubilden
ist, um aktive Regionen und/oder leitende Bahnen voneinander zu
isolieren oder eine Schutzabdeckung herzustellen, bekannt als Passivationsschicht.
Eine derartige Schicht ist oft erforderlich, um leitende Bahnen
oder andere Strukturen auf der Scheibe abzudecken und diese Strukturen
können nahe
nebeneinander liegen, so dass die Zwischenräume hierzwischen schmale Riefen
bilden. Es ist wichtig, dass das isolierende Material die gesamte Oberfläche mit
einer hinreichenden Dicke abdeckt, um eine gute elektrische Isolierung
bereitzustellen, wobei die obere Oberfläche der isolierenden Schicht hinreichend
glatt sein soll für
die nächste
Stufe der Scheibenbearbeitung.
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Der normale Weg zur Ausbildung von Schichten
auf der Oberfläche
einer Halbleiterscheibe liegt in dem Einsatz einer Depositionstechnik,
wie etwa Sputtern für
leitene Schichten oder chemische Dampfdeposition für isolierende
Schichten. Bei einer solchen Technik wird die Oberfläche, auf
welcher die Schicht auszubilden ist, bombardiert mit Partikeln des
zu deponierenden Materials, bis eine Schicht einer geeigneten Dicke
erzielt ist.
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Wenn diese Oberfläche die Oberfläche einer Schicht
ist mit einem Loch oder einer Riefe hierin, die sich bis zur Oberfläche der
Scheibe erstreckt, werden die Partikel des Materials auf den Seiten
und der Basis des Loches oder der Riefe deponiert, aber es hat sich
gezeigt, dass es eine Neigung für
diese Partikel gibt, dass sie primär an der Eingangsöffnung des
Loches oder der Riefe deponiert werden, so dass die Breite der Öffnung reduziert
wird mit dem weiteren Verlauf der Desposition. Die Wirkung hiervon
liegt darin, dass das Innere des Loches oder der Riefe unter einer
Schattierung leidet und eine geeignete Schichtdicke des Materials
nicht innerhalb des Loches deponiert wird, bevor die Deposition
an der Eingangsöffnung
des Loches oder der Riefe wirkungsvoll das Loch oder die Riefe verschließt und eine
weitere Deposition hierin verhindert oder bevor die erforderliche Dicke
bereits deponiert worden ist an einer anderen Stelle der Oberfläche. Dieses
Problem wird stärker signifikant
mit der Abnahme der Breite der Strukturen und die Entwicklungen
bei der Halbleitertechnologie führten
in Richtung auf kleinere und schmalere Strukturen.
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Ein alternatives Verfahren zur Herstellung
einer geeigneten leitenden Schicht liegt zunächst darin, das Loch mit einem
Metall zu füllen
und die Metallschicht über
die Isolation und das aufgefüllte
Loch auszubilden. Somit kann das Loch mit Wolfram gefüllt werden
unter Einsatz eines Verfahrens, wie etwa der chemischen Dampfdeposition,
und dann kann ein üblicheres
Metall, wie etwa Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, über die
Oberfläche
deponiert werden durch das oben diskutierte Sputterverfahren. Die gasförmige Quellen
für die
eingesetzten Materialien, um diese Löcher durch chemische Dampfdeposition zu
füllen,
sind teuer und ein zweistufiges Verfahren mit unterschiedlichen
Materialien ist erforderlich, wodurch die Kosten der gesamten Einrichtung
erhöht werden.
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Löcher
können
aufgefüllt
werden durch Sputtern bei hohen Temperaturen (> 500°C)
und/oder den Einsatz von Drucksputtern, wobei jedoch die Qualität des Metalls
degradiert und das Verfahren inkonsistent und schwer zu steuern
ist. Aluminium-CVD ist möglich
und füllt
Löcher
aus, aber das Verfahren ist langsam, schwer zu steuern und erfordert
eine vorausgehende Deposition einer geeigneten Ausgangsschicht.
Hier wiederum ist ein zweistufiges Verfahren mit unterschiedlichen
Materialien dann erforderlich.
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Es gibt alternative Verfahren zur
Herstellung einer geeigneten isolierenden Schicht. Ein Verfahren liegt
darin, einen Teil der erforderlichen Dicke mittels chemischer Dampfdeposition
(CVD) zu deponieren und dann die Teile der Schicht zu entfernen,
die über die
Riefe hinausragen durch Sputterätzen
oder reaktives Ionenätzen.
Dieser Zyklus kann wiederholt werden bis eine hinreichende Dicke
deponiert wurde, wobei die Ätzschritte
zum Einsatz kommen, um das Verschließen der Eingangsöffnung der
Riefe zu verhindern. Das Verfahren ist jedoch langsam, erfordert mehrere
Schritte und muss für
unterschiedliche Geometrien eingestellt werden.
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Ein weiteres Verfahren liegt darin,
ein isolierendes Material zu deponieren, welches durch Schmelzen
zurückgeführt werden
kann, wie etwa Siliciumoxid gedopt mit Bor oder Phosphor. Das Material
kann deponiert werden über
CVD und dann erhitzt werden bis es in die Riefen hineinfließt. Die
für einen
Rückfluss
eines solchen Materials erforderliche Temperatur liegt jedoch höher als
800°C, wodurch
das Schmelzen jeglicher anwesender Aluminiumbahnen verursacht wird,
wie auch eine unerwünschte
Diffusion in aktive Regionen von Einrichtungen im Wasser.
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Ein drittes Verfahren liegt darin,
eine flüssige Lösung auf
die Oberfläche
der Scheibe aufzubringen, wobei eine derartige Flüssigkeit
dann, wenn sie anschließend
erhitzt wird, eine feste isolierende Schicht bildet, die etwa bekannt
ist als "spin-on-glass". Das Material fließt in die
Riefen, wenn es zunächst aufgebracht
wird. Das Material neigt jedoch dazu, einige Feuchtigkeit nach dem
Aufheizvorgang zurückbehalten,
und diese Feuchtigkeit kann es bewirken, dass die Vorrichtung unzuverlässig wird
aufgrund von Korrosion. Es kann erforderlich sein, eine Deckschicht
aufzubringen, um eine Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit zu erzielen,
wodurch die Anzahl der Verfahrensschritte erhöht wird und dementsprechend
auch der Kostenaufwand der Vorrichtung.
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Die US-A-5,011,793 beschreibt ein
Verfahren zur Auffüllung
von Riefen, bei welchem eine Schicht aufgebracht wird, geschmolzen
wird, so dass sie über
alle Ausnehmungen fließt,
und dann einem erhöhten
Druck aufgesetzt wird, um das geschmolzene Material in die Ausnehmungen
hineinzudrücken.
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Die vorliegende Erfindung schlägt dementsprechend
eine zu bildende Schicht vor, entsprechend dem Verfahren gemäß Anspruch
1.
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Man geht davon aus, dass der primäre Faktor,
der die Deformation verursacht, eine plastische Strömung ist
durch Verschiebungsgleiten, welches aktiviert wird durch den erhöhten Druck
und die Temperatur. Oberflächendiffusion,
Korngrenzendiffusion und Gitterdiffusion können ebenfalls einen Effekt
bewirken, aktiviert durch die erhöhte Temperatur.
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Die präzisen Temperatur- und Druckbedingungen,
die erforderlich sind, um die Deformation der Schicht zu erreichen,
hängen
ab von den eingesetzten Materialien, wobei jedoch für Aluminium
oder Aluminiumlegierungen Temperaturen oberhalb von 350°C und einem
Druck oberhalb von 20 × 106 Pa (3000 psi) sich als geeignet erwiesen
haben, wobei jedoch auch niedrigere Temperaturen und/oder ein niedrigerer
Druck ebenfalls wirksam sein können.
Legierungen, die üblicherweise
eingesetzt werden für die
Ausbildung leitender Bahnen, besitzen die Zusammensetzung Al/O-2%
Si/O-4% Cu/O-2% Ti und diese, so wurde herausgefunden, deformieren
in einer geeigneten Weise unter derartigen Bedingungen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
begrenzt auf ein spezielles Verfahren zur Bildung der Schicht und
Sputtern oder chemische Dampfdepositionsverfahren können eingesetzt
werden, wie dies zuvor diskutiert wurde, obwohl andere Alternativen,
wie etwa eine Vakuumevaporation oder das Aufbringen einer Flüssigkeit,
ebenfalls zum Einsatz kommen können. In
der Tat ist es möglich,
dass die Schicht vorgeformt wird als ein Film, wobei der Film dann
auf dem Gegenstand positioniert wird.
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Um somit eine leitende, isolierende
oder halbleitende Schicht auf einer Halbleiterscheibe aufzubringen,
wobei sich die Schicht durch Löcher
oder Riefen in einer unterliegenden Schicht auf der Oberfläche der
Scheibe erstreckt, wird das Material zur Bildung der Schicht (z.
B. Aluminium oder ein anderes geeignetes Material) zunächst auf
der Oberfläche der
unterliegenden Schicht, z. B. durch Sputtern, deponiert. Das Material
kann dann an den Seiten und der Basis des Loches oder der Riefe
deponiert werden, obwohl die Dicke an der Eingangsöffnung der Struktur
größer ist.
Wenn eine geeignete Menge an Material deponiert wurde, wird die
Deposition beendet und das Ergebnis wird erhöhten Temperaturen und Drucken
ausgesetzt für
eine Zeitdauer, die hinreichend lang ist, um eine Bewegung des Materials zu
veranlassen, durch welche die Struktur aufgefüllt wird oder zur hinreichenden
Bewegung in die Struktur hinein, um einen verlässlichen elektrischen Kontakt
zu ermöglichen,
wenn das Material ein Metall ist, oder eine verlässliche elektrische Isolierung
bereitzustellen, wenn es sich bei dem Material um einen Isolator
handelt.
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Es ist wichtig, dass die Eingangsöffnung der Struktur
vollständig
durch die Deposition geschlossen ist und ein Leerraum zurückgelassen
wird, unter der geschlossenen Eingangsöffnung innerhalb der Struktur.
Eine solche Schließung
der Eingangsöffnung
der Struktur macht es möglich,
dass das Material hinein in die Struktur gedrückt wird, so dass der Leerraum
zusammenfällt
durch den erhöhten
Druck außerhalb.
Der Leerraum wird dementsprechend aufgefüllt, wenn sich das Material
bewegt unter den erhöhten
Druck- und Temperaturbedingungen. Dementsprechend repräsentiert
im Gegensatz zu Anordnungen nach dem Stand der Technik das Schließen der
Eingangsöffnung
der Struktur keine Grenze hinsichtlich des Ausmaßes des Materials, welches
am Ende des Verfahrens die Struktur auffüllt, um einen zufriedenstellenden
Kontakt oder Isolator zu erhalten.
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Aluminium oder manche Aluminiumlegierungen
sind besonders geeignet für
den Einsatz gemäß der vorliegenden
Erfindung, da ihre Fließfestigkeit allmählich mit
der Temperatur abnimmt. Dementsprechend verformen sie sich, um in
das Loch einzudringen oder es aufzufüllen, bei Temperaturen, die
signifikant unter ihrem Schmelzpunkt liegen. Für andere Materialien kann es,
da es oft erstrebenswert ist, sehr hohe Temperaturen zu vermeiden,
schwierig sein sicherzustellen, dass eine geeignete Deformation
eintritt unterhalb des Schmelzpunktes.
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Es kann jedoch nach wie vor möglich sein, dies
zu erreichen mit einer entsprechend präzisen Temperatursteuerung.
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Man geht davon aus, dass für Aluminium
der Druck bis zu 350 × 106 Pa (50.000 psi) oder sogar höher sein
kann, um den Einsatz von Temperaturen von weniger als 350°C zu ermöglichen.
Die Dauer derartiger Druck- und Temperaturbedingungen wird nicht als
kritisch angesehen und inerte oder reaktive Gase können zum
Einsatz kommen, um den hohen Druck zu erzeugen.
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Es wurde bereits zuvor erwähnt, dass
es wichtig ist, dass die Eingangsöffnung der Struktur durch die
Deposition vollständig
geschlossen ist und ein Leerraum unter der geschlossenen Eingangsöffnung gebildet
wird. Wenn die Deposition vertikal oder im wesentlichen vertikal
stattfindet, hat sich gezeigt, dass ein Schließen der Eingangsöffnung eine
lange Deposition mit einer Dicke erfordert mindestens so groß wie die
Breite des Loches. Es kann erstrebenswert sein, diese Dicke zu reduzieren,
so dass nach anschließendem
Musterätzen
der Schicht die Schritthöhen
reduziert werden, um (beispielsweise) anschließende Schichtschrittabdeckung
zu erleichtern oder eine Fotolithographie (durch Reduzieren der Tiefe
des erforderlichen Brennfeldes). Dementsprechend wird gemäß einer
weiteren Entwicklung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass
die Deposition ausgeführt
wird durch Magnetonsputtern, so dass der Materialfluss von einem
großen
Winkelbereich zur Oberfläche
der Scheibe erfolgt und dass die Scheibe erhitzt wird, um die Mobilität des deponierten Materials
zu erhöhen.
Unter den korrekten Oberflächen-
und Wärmebedingungen
kann das Material, welches in dem Loch oder der Riefe deponiert
ist, aus diesem Loch oder der Riefe herausfließen und zu einer Überbrückung beitragen.
Für Magnetronsputterdeposition
von Aluminiumlegierungen hat sich eine Plattentemperatur von 350
bis 450°C
als geeignet erwiesen, jedoch andere Temperaturen können auch den Überbrückungseffekt
verstärken.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung soll nun im Detail beispielhaft beschrieben werden unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Dabei zeigen im einzelnen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Halbleiterscheibe vor der Bildung einer Schicht
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 einen
Querschnitt der Scheibe gemäß 1 in einem Zwischenzustand
bei der Bildung einer Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
Querschnittsdarstellung der Scheibe, nachdem die Schicht vervollständigt ist,
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4 eine
Querschnittsansicht der Scheibe nach dem Aussetzen eines erhöhten Druckes
und einer erhöhten
Temperatur,
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5 eine
Schnittansicht entsprechend der 2,
jedoch bei höheren
Temperaturen,
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6 eine
schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung und
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7 eine
schematische Schnittansicht des Teils der Vorrichtung gemäß 6, welcher den Gegenstand
erhöhten
Drucken und Temperaturen aussetzt.
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Die 1 zeigt
eine Halbleiterscheibe 1 mit einer vorexistierenden Schicht 2 hierauf.
Die Scheibe 1 selbst kann eine Mehrzahl von Schichten und/oder Regionen
mit unterschiedlichen Eigenschaften umfassen zur Bildung einer Halbleitervorrichtung,
wobei dies das Ergebnis eines Herstellungsverfahrens ist mit einer
Mehrzahl von Stufen zur Bildung dieser Schichten und/oder Regionen.
Die interne Struktur der Scheibe ist ohne Signifikanz bei der vorliegenden Erfindung
und dementsprechend werden diese Schichten und/oder Regionen nicht
weiter diskutiert.
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Die Schicht 2 besitzt ein
Loch oder eine Riefenstruktur 3 hierin und die vorliegende
Erfindung befasst sich mit dem Problem, eine Schicht zu bilden über die
vorexistierende Schicht 2, d. h. derart, dass entweder
ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann durch eine Metallsschicht
mit der Oberfläche 4 der
Scheibe 1 innerhalb des Loches oder der Riefenstruktur 3 oder
dass ein elektrischer Isolator gebildet werden kann auf der Oberfläche 4 der
Scheibe 1 innerhalb des Loches oder der Riefenstruktur 3 oder dass
eine Schicht ausgebildet werden kann, die in einer bekannten Weise
halbleitend ist. Diese Oberfläche 4 kann
dementsprechend in Kontakt mit beispielsweise aktiven Regionen innerhalb
der Scheibe sein oder mit weiteren leitenden Bahnen innerhalb der
Struktur auf der Scheibe.
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Zur Bildung einer Metallschicht wird
ein Material, wie etwa Aluminium auf die Oberfläche der Schicht 2 gesputtert,
z. B. in einer abwärtigen
oder seitlichen Richtung in 1.
Das Sputtern kann auch aufwärts
ausgeführt
werden, falls dies angestrebt wird. Zur Bildung einer isolierenden
Schicht wird ein Material, wie etwa Siliciumdioxid auf der Oberfläche der
Scheibe 2 deponiert, beispielsweise durch chemische Dampfdeposition.
Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die neue Schicht über der
vorexistierenden Schicht 2 eine geeignete Dicke aufweist.
Dies ist dargestellt in 2,
wobei die neue Schicht mit der Bezugsziffer 10 identifiziert
ist. Bei derartigen Depositionsverfahren neigt die Deposition des
Materials dazu, die Schicht 10 rascher zu bilden an der
Eingangsöffnung
der Struktur 3, verglichen mit ihren Seitenwänden und
ihrer Basis, gebildet durch die Oberfläche 4. Dies führt dazu,
entsprechend der Darstellung in 2,
dass die Seitenwände 11 des
Loches oder der Riefenstruktur 3 und die Oberfläche 4 eine relativ
dünne Materialschicht
hierauf tragen, verglichen mit der Schicht 10, die die
Oberfläche
der vorexistierenden Schicht 2 abdeckt. Es ist dementsprechend
ersichtlich, dass eine zufriedenstellende verlässliche elektrische Verbindung
oder Isolation mit der Scheibe 1 an der Oberfläche 4 nicht
erzielt werden kann. Darüber
hinaus ist es normalerweise nicht möglich, das Depositionsausmaß an den
Seitenwänden 11 und
der Oberfläche 4 zu
erhöhen
durch die Fortsetzung des Depositionsverfahrens, da das Depositionsverfahren
eventuell den Spalt 12 in der Schicht 10 verschließt oberhalb
des Loches oder der Riefenstruktur 3, wodurch eine weitere
Deposition innerhalb der Struktur 3 verhindert wird und
ein Leerraum verbleibt.
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Das oben beschriebene Verfahren repräsentiert
das gegenwärtige
Standardverfahren und die schlechte Abdeckung der Oberfläche 4 kann
dementsprechend ein Defekt oder Schwachpunkt in der Vorrichtung
sein.
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Es ist wichtig, dass die Deposition
die Eingangsöffnung
der Struktur verschließen
sollte. In manchen Fällen
kann dies eine größere Dicke
erfordern als sonst deponiert werden soll, wobei in diesem Fall überschüssiges Material
durch Ätzen
entfernt werden kann, nachdem die Struktur aufgefüllt ist.
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Die 3 zeigt
dementsprechend eine Verfahrensstufe, die der 2 ähnlich
ist, wobei jedoch die Eingangsöffnung
der Struktur verschlossen ist, so dass ein Leerraum unterhalb der
Schicht 10 besteht. Diese Idee des gesamten Abdichtens
des Leerraumes kann auch erzielt werden durch die Anordnung einer
Deckschicht über
der Schicht, die somit jeglichen offenen Leerraum abdichtet. Eine
solche Deckschicht kann auch die Konfiguration der endgültigen Oberfläche verbessern.
Eine derartige Deckschicht kann aus jedem geeigneten Material bestehen
und einen höheren
Elastizitätsmodul
besitzen als die abgedeckte Schicht bei der Temperatur/dem Druck,
bei welcher sie sich verformt. Nachdem die Scheibe den erhöhten Temperatur-/Druckbedingungen
ausgesetzt wurde, kann die Deckschicht entfernt werden oder an Ort
und Stelle belassen werden in Abhängigkeit von dem Material der
Deckschicht.
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Dementsprechend wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, nachdem die Stufe 3 erreicht worden ist, eine
weitere Deposition des Materials beendet und die Struktur, die in 3 gezeigt ist, wird dann
einer erhöhten
Temperatur und einem erhöhten Druck
ausgesetzt, beispielsweise Temperaturen oberhalb 350°C bis 400°C und Drucken
oberhalb 20 × 106 Pa (3000 psi) unter der Annahme, dass das
Material der Schicht 10 Aluminium ist. Eine derartige erhöhte Temperatur
und Druck bewirken, dass das Material der Schicht 10 in
die Nähe
der Struktur 3 fließt, und
dieser Vorgang kann sich fortsetzen, bis die Struktur 3 ausgefüllt ist
entsprechend der Darstellung in 4.
Material 13 füllt
dann vollständig
die Struktur 3 aus und somit wird ein zufriedenstellender
elektrischer Kontakt mit oder eine Isolierung von der Oberfläche dann
erzielt. Es kann eine kleine Depression 14 in der Schicht 10 oberhalb
der Struktur 3 vorliegen aufgrund des Flusses des Materials 13 in
die Struktur 3 hinein, um diese auszufüllen, aber diese Depression
beeinflusst nicht die elektrischen Eigenschaften der Vorrichtung.
Auf diese Weise kann ein zufriedenstellender Kontakt oder eine zufriedenstellende
Isolation erzielt werden und es hat sich gezeigt, dass dieses Verfahren
nicht beeinflusst wird durch die Breite der Struktur 3.
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Wie zuvor erwähnt wurde, ist es wichtig, dass
die Schicht 10 das Loch oder die Riefenstruktur 3 vollständig abdeckt,
so dass der Leerraum abgedichtet ist. Dieses Verschließen der
Eingangsöffnung der
Struktur 3 macht es möglich,
dass Material nieder in die Struktur 3 hineingedrückt werden
kann wegen des Druckdifferentials über die Schicht 10 am
Ort der Struktur 3. Dementsprechend lässt sich nur ein geringer Vorteil
erreichen, wenn man Material in die Struktur 3 hineinbetoniert
entsprechend der Darstellung in den 3 und 4. Obwohl die Anordnung,
die in Bezug auf die 2 und 3 beschrieben wurde, davon ausgeht,
dass eine relativ dünne
Materialschicht deponiert wird an den Seitenwänden 11 der Struktur 3 und
der Oberfläche 4,
verzögert
die Deposition das Schließen
der Eingangsöffnung
der Struktur 3, wodurch die Dicke der Schicht 10 erhöht wird,
die deponiert werden muss, um die Eingangsöffnung zu verschließen. Es
hat sich jedoch gezeigt, dass dann, wenn eine Deposition bei höheren Temperaturen,
d. h. bei 400°C
bis 450°C
eintritt, die Form der Schicht 10 angrenzend an die Struktur 3 unterschiedlich
sein kann, bevor die Eingangsöffnung
der Struktur 3 geschlossen ist entsprechend der Darstellung
in 5. Die Deposition
tritt vorzugsweise an der Eingangsöffnung der Struktur 3 ein,
wodurch das Schließen
der Eingangsöffnung
dieser Struktur 3 beschleunigt wird. Es wird dementsprechend
bevorzugt, dass die Schicht 10 bei erhöhten Temperaturen deponiert wird.
Bei einer Deposition bei niedrigeren Temperaturen ist die Dicke
der Schicht 10 normalerweise 2 × die Dicke der Struktur 3,
aber diese Grenze kann vermieden werden durch den Einsatz von erhöhten Temperaturen,
wie dies zuvor beschrieben wurde.
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Es ist darüber hinaus festzustellen, dass
es wichtig ist, dass die Struktur 3 vollständig aufgefüllt wird
durch das Material 13 entsprechend der Darstellung in 4. Wenn die Drücke nicht
hinreichend hoch sind oder nicht lange genug aufrechterhalten werden,
ist es möglich,
dass der Fluss des Materials 13 in die Struktur 3 hinein
diese nicht vollständig
ausfüllt,
und dies muss während
der Ausführung
der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden. Es kann auch
erstrebenswert sein, eine (nicht dargestellte) Barriereschicht auszubilden
zwischen der Schicht 2 und der Schicht 10. Darüber hinaus
muss Sorge getragen werden, wenn mehrere benachbarte Strukturen 3 vorliegen,
um sicherzustellen, dass hinreichend Material in der Schicht 10 vorliegt,
um diese alle auszufüllen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung der
vorliegenden Erfindung, wenn es sich bei dem Gegenstand um eine
Halbleiterscheibe handelt, ist in 6 wiedergegeben.
Der wesentliche Bestandteil der Komponenten der Vorrichtung ist
herkömmlich
mit der Ausnahme der Teile, welche den Gegenstand (die Scheibe)
den erhöhten
Drucken und Temperaturen aussetzen.
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Somit werden die Halbleiterscheiben
und die Vorrichtung über
die Schnittstelle 20 geladen, wobei die Schnittstelle 20 die
Scheiben individuell transferiert in eine Schließkammer 21. Die Schließkammer 21 wird
als Dichtung zwischen dem Inneren der Vorrichtung, in welcher die
Scheibe bearbeitet wird, und dem Äußeren. Ein Transportarm 22 übernimmt
die Scheibe von der Schließkammer 21 und
transportiert die Scheibe erfolgreich zu einer Reihe von Modulen, in
welchen die Bearbeitung der Scheibe eintritt. Normalerweise ist
die Scheibe vorerhitzt in einem Vorheizmodul 23. Das Vorheizen
der Scheibe im Vakuum stellt sicher, dass die Scheibe vollständig entgast ist
und die Temperatur von in etwa 400°C wird 60 s lang aufrechterhalten.
Bei manchen hydroskopischen Scheiben kann ein längeres Erhitzen erforderlich
sein.
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Von dem Vorheizmodul 23 kann
die Scheibe über
eine geeignete Bewegung und Drehung des Transportarmes 22 zu
einem Sputterätzmodul 24 transportiert
werden. Dieses reinigt die Scheibe von ursprünglich anwesendem Oxid und
entgast die Scheibe weiter. Ein solches Sputterätzen ist optional.
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Die so durchgeführte Bearbeitung bewirkt, dass
sich die Scheibe in dem Status befindet, der in 1 wiedergegeben ist. Wenn, wie zuvor
beschrieben, eine Barriereschicht auf der Schicht 2 ausgebildet
wird vor der Bildung der Schicht 10, wird die Scheibe zu
einem Barrieredeposionsmodul 25 transportiert entweder
direkt von dem Vorheizmodul 23 oder von dem Sputterätzmodul 24.
Die Barriereschicht kann in einer herkömmlichen Weise ausgebildet
werden und kann beispielsweise aus Ti-TiN bestehen. TiN kann deponiert
werden durch reaktives Sputtern von reinem Ti und einer Hochfrequenzvorspannung,
wobei in-situ Sauerstoffinkorporation oder Vakuumunterbrechungen
zum Einsatz kommen können,
um die Integrität
der Barriereschicht zu erhöhen. Die
typische Dicke der Barriereschicht, wenn eine solche ausgebildet
wird, liegt in der Größenordnung von
100 nm. Es ist herauszustellen, dass die Bildung einer Barriereschicht
an der Struktur, die in 1 gezeigt
ist, bekannt ist.
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Dann wird die Scheibe mittels des
Transportarmes 22 einem Depositionsmodul 26 zugeführt, in welchem
die Schicht 10 deponiert wird. Eine derartige Deposition
kann durch bekannte Verfahren erfolgen, wobei Sputterdeposition
bevorzugt wird. Wie zuvor erwähnt
wurde, bevorzugt man, dass eine solche Deposition bei erhöhten Temperaturen
durchgeführt wird.
Die Deposition der Schicht 10 wird fortgesetzt bis alle
Loch- oder Riefenstrukturen auf dem Gegenstand abgedichtet sind
durch die Schicht 10.
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Die Module 23 bis 26 der
oben beschriebenen Vorrichtung können
herkömmlich
sein. In der herkömmlichen
Anordnung, in welcher die Schicht ausgebildet wird, werden die Loch-
oder Riefenstrukturen nicht abgedichtet, aber das Abdichten derartiger
Strukturen kann ausgeführt
werden durch den Einsatz eines herkömmlichen Moduls 26.
Dann wird gemäß der vorliegenden
Erfindung die Scheibe von dem Depositionsmodul 26 zu einem
Modul 27 transportiert, in welchem die Scheibe erhöhten Temperaturen
und Drucken ausgesetzt wird, um zu bewirken, dass sich die Schicht 10 deformiert,
so dass das Material 13 die Loch- oder Riefenstrukturen
ausfüllt
entsprechend der Darstellung in 4.
Das Modul 27 ist in größerem Detail
in 7 dargestellt. Die 6 zeigt auch eine Anzeigetafel 28, über welche
die Bedienungsperson die Bewegung der Scheibe überwachen kann.
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Wie aus 7 ersichtlich ist, umfasst das Modul 27 einen
Druckbehälter 30,
welcher über
eine Leitung 31, die ein Schieberventil 32 enthält, an einen Bereich
der Vorrichtung angeschlossen ist, welcher den Transportarm 22 enthält. Somit
kann die Scheibe in den Druckbehälter 30 hineinbewegt
und aus diesem herausgeführt
werden über
die Leitung 31 durch Öffnen
und Schließen
des Schieberventils 32, wobei diese Bewegung durch einen
Pfeil 33 angegeben ist. Das Innere des Druckbehälters 30 steht
in Verbindung mit einer Vakuumkammer 34, die an eine Pumpe 35 angeschlossen
ist. Dies macht es möglich, dass
das Innere des Druckbehälters 30 evakuiert werden
kann. Stützstifte 39 sind
vorgesehen, um die Scheibe 36 abzustützen, welche in den Druckbehälter 30 eingebracht
worden ist.
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Um die Scheibe erhöhten Drucken
auszusetzen, besitzt der Druckbehälter 30 einen Einlass 37, der
beispielsweise an eine Hochdruckargonquelle angeschlossen ist. Durch
das Auffüllen
des Inneren des Druckbehälters 30 mit
Argon können
die Scheibe und hierauf befindliche Schichten geeignet gesteuerten
Drucken ausgesetzt werden. Darüber
hinaus enthält
der Druckbehälter 30 Heizplatten 38,
die es ermöglichen,
dass die Temperatur innerhalb des Druckbehälters 30 und dementsprechend
die Temperatur der Scheibe gesteuert werden kann.
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Dementsprechend kann eine Scheibe 36,
die in den Druckbehälter 30 eingeführt worden
ist, erhöhten
Drucken und Temperaturen ausgesetzt werden, um somit zu bewirken,
dass eine Schicht 10, die hierauf ausgebildet ist, in Ausnehmungen
in der Scheibe eindringt.
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Somit bietet, obwohl der Trend bei
Halbleitereinrichtungen auf kleinere und kleinere Dimensionen gerichtet
ist einschließlich
kleinerer Dimensionen für die Kontaktöffnungen,
die vorliegende Erfindung einen zufriedenstellenden elektrischen
Kontakt, der erzielt werden kann über enge Kontaktlöcher. Bei
den bestehenden Verfahren unter Einsatz von Sputtern ergibt sich
aus der Betrachtung der 2,
dass die Deposition an der Eingangsöffnung des Loches ein kleines
Loch rasch verschließen
würde,
so dass die existierenden Verfahren nur einen schlechten elektrischen
Kontakt bieten. Bei der vorliegenden Erfindung kann auf der anderen
Seite das Schließen
der Eingangsöffnung
des Loches während
der anfänglichen Deposition
der Metallschicht, bevor die erhöhte
Temperatur- und die Druckbedingungen angelegt werden, den Erfolg
eines Kontaktes verbessern, nachdem die erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen
angelegt worden sind.
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Es besteht auch der Trend, den Abstand
der leitenden Bahnen zu verringern, wobei die Riefen hierzwischen
schmaler werden, und die vorliegende Erfindung gestattet eine zufriedenstellende
elektrische Isolation, die zwischen den Schichten erzielt werden
kann, durch einen ähnlichen
Mechanismus und bei ähnlichen
Vorteilen.