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    • 专利摘要:

    公开号:WO1989007665A1
    申请号:PCT/EP1989/000126
    申请日:1989-02-10
    公开日:1989-08-24
    发明作者:Oliver Gottsleben；Michael Stuke
    申请人:Max-Planck-Gesellschaft Zur Förderung Der Wissensc；
    IPC主号:C23C16-00
    专利说明:
    [0001] CVD-Verfahren zum Niederschlagen einer Schicht auf einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtstruktur
    [0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein CVD-Verfahren zum Niederschlagen einer Schicht aus einem vorgegebenen Material auf einer elektrisch leitfähigen Dünnschichtstruktur, die auf einem Substrat angeordnet ist, mittels einer das vorgegebene Material liefernden, thermisch induzierten Reaktion einer dampfförmigen oder auf der Substratoberfläche adsorbierten oder als Film niedergeschlagenen Verbindung. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
    [0003] Es ist bekannt, eine dünne Schicht aus einem vorgegebenen Material durch thermisch induziertes chemisches Niederschlagen aus der Gasphase, also mit Hilfe einer thermisch induzierten Reaktion einer dampfförmigen Verbindung zu erzeugen, die bei der Reaktion das betreffende Material liefert. Bei der chemischen Reaktion kann es sich um eine einfache thermische Zersetzung oder um eine Reduktion oder irgend eine andere geeignete Reaktion handeln. Dieses als "CVD" bekannt gewordene Verfahren hat in jüngerer Zeit auch Bedeutung für die direkte Herstellung von Dünnschicht-Metallmustern, wie elektrischen Leiterstrukturen, auf Substraten, w e Chips von integrierten Schaltungen und dergl. erlangt, wobei die Einleitung der chemischen Reaktion und damit die Definition des Metallmusters durch einen auf die Oberfläche des Substrats fokussierten Laserstrahl erfolgt. Bei einem bekannten "Di rektschrift"-Laser-CVD- Verfahren (I. G. Black et al, Appl. Phys. Lett. 50 (15), 13. April 1987, S. 1016-1018) wird Wolfram durch Reduktion von Wolframhexaf luorid mittels Wasserstoff niedergeschlagen, wobei metallisches Wolfram und Fluorwasserstoffsäure entstehen.
    [0004] Es ist oft erwünscht, Dünnschicht-Metallstrukturen, die durch Di rekt- schrift-Laser-CVD oder auf andere Weise hergestellt worden sind, zu verstärken, d.h. die (senkrecht zur Substratober läche gerechnete) Dicke der Metallstrukturen durch zusätzliches Material zu verstärken, wobei es sich bei diesem zusätzlichen Material um das gleiche Material wie das der primären Schichtstruktur oder auch um ein verschiedenes Material handeln kann. Eine entsprechende Aufgabenstellung kann auch bei nichtmetallischen, elektrisch leitfähigen Strukturen auftreten.
    [0005] Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die zu verstärkende elektrisch leitfähige Struktur (Leiterstruktur) in Gegenwart einer dampfförmigen chemischen Verbindung, die bei einer thermisch induzierten chemischen Reaktion das gewünschte zusätzlich nieder¬ zuschlagende Material liefert, durch elektrischen Stromdurchgang erhitzt wird.
    [0006] Durch die selektive und praktisch ausschließliche Erhitzung der Leiter¬ struktur durch in ihr erzeugte Joule'sche Wärme entsteht ein sehr gut definierter Niederschlag des zusätzlichen Materials ausschließlich auf der erhitzten Struktur.
    [0007] Die Erhitzung erfolgt vorzugsweise dadurch, daß mit Hilfe von an die Leiterstruktur angelegten Elektroden ein Strom einer für die Erhitzung ausreichenden Stärke durch die zu verstärkende elektrisch leitfähige Struktur geleitet wird. Die Erhitzung kann jedoch auch auf induktivem Wege, z. B. durch Induzieren eines hochfrequenten Stromes, erfolgen.
    [0008] Der Stromdurchgang erfolgt vorzugsweise impulsförmig, so daß sich die zu verstärkende Leiterstruktur schnell erhitzt und wenig Zeit für einen Wärmeübergang auf das Substrat verbleibt. Entsprechendes gilt auch für die induktive Heizung.
    [0009] Die Gasatmosphäre, die während der Stromerhitzung mit der Metall¬ oder Leiterstruktur in Berührung ist, enthält vorzugsweise ein Gemisch aus WF, und H_, es können jedoch auch andere Gasatmosphären verwendet o werden, z. B. WCl,/H-., W(CO),, WCPF,), u. a. m. (hinsichtlich der
    [0010] 6 O J 6
    [0011] Abscheidung von Wolfram durch CVD siehe z. B. C.-E. Morosanu et al., Thin Solid Films, 52 (1978) 181-194).
    [0012] Im folgenden wird die Erfindung am Beispiel der bevorzugten Anwendung zur Verstärkung einer elektrisch leitfähigen Strukur aus Metall unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es ze i gen:
    [0013] Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Teiles einer Apparatur zur Herstellung von Metallmustern durch Laser-CVD;
    [0014] Fig. 2 eine schematische Darstellung der Apparatur gemäß Fig. 1 mit einer Zusatzvorrichtung zum Verstärken der durch Laser-CVD gebildeten Metallstrukturen;
    [0015] Fig. 3 stark vergrößerte Profilquerschnitte eines linienförmigen elektrischen Leiters.
    [0016] Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teile einer Apparatur zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens.
    [0017] Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Apparatur hat ein gasdichtes MetalLgehäuse
    [0018] (10) mit einem optischen Fenster (12), durch das ein Laserstrahlungsbündel
    [0019] (14) auf die Oberfläche eines Substrats (16) fokussiert wird, welches auf einer Substrathalterung (18) angeordnet ist. Bei dem dargestellten
    [0020] Ausführungsbeispiel hat die Laserstrahlung eine Wellenlänge von 514,5 nm - und wird durch einen Argonionenlaser (20) erzeugt. Das Gehäuse (10) weist ferner eine Durchführung für zwei Gasleitungen (22) auf, die von einem sich außerhalb des Gehäuses befindenden, nicht dargestellten
    [0021] Gaszuführungssystem zu einem im Gehäuse (10) angeordneten Mischkopf
    [0022] (24) führen. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird durch die eine Leitung Wolframhexafluorid und durch die andere Leitung
    [0023] Wasserstoff mit dem molaren Verhältnis WF./H. von 1:10 so zugeführt, daß im Gehäuse Partialdrücke von 3 kPa (30 mbar) WF, und 30 kPa (300 mbar)
    [0024] 6
    [0025] H_ herrschen. Das Substrat (16) besteht hier aus einem Keramikplättchen aus 96% reinem Al_0,, dessen Oberfläche bis zu einer maximalen Rauheit von etwa 250 nm poliert ist. Die Oberfläche wurde mit Ethanol gereinigt. Auf zwei Bereiche, die etwa 5 bis 6 mm voneinander entfernt sind, wurden Anschlußflecke durch Aufsputtern von Gold gebildet.
    [0026] Die Substrathalterung (18) ist ein computergesteuerter Mikroskoptisch mit einem Positionsauflösungsvermögen von 0,25 um und weist eine nur schematisch dargestellte Temperiervorrichtung (19), insbesondere Kühl¬ vorrichtung auf, mit der ein Film einer metallorganischen oder anderen geeigneten Verbindung auf der SubstratoberfLache zur Absorption, zur Kondensation oder zum Ausfrieren gebracht werden kann. Die Laserstrahlung (14) wird durch ein Mikroskopobjektiv mit einem Arbeitsabstand von 8 mm fokussiert und die an der Substratoberfläche verfügbare Laser¬ strahlungsleistung beträgt etwa 1,5 Watt. Die Substrathalterung (18) kann auch mit einer Heizvorrichtung versehen sein.
    [0027] Mit der beschriebenen Apparatur wurde auf der Oberfläche des Keramik¬ substrats (16) mittels des fokussierten Laserstrahlungsbündels ein streifenförmiger Leiter (26) aus Wolfram mit einer Schreibgeschwindigkeit von 250 um/s zwischen den AnschlußfLecken gebildet. Der spezifische Widerstand des durch Laser-CVD gebildeten Wolframs des Leiters (26) betrug etwa 13 bis 20 ^lOhm-cm ist also höher als der spezifische Widerstand 5,6 ^μOhm-cm von massivem Wolfram. Die durch das Auflösungsvermögen der Mi roskopoptik begrenzte Messung der Breite des durch Laser-CVD niedergeschlagenen Wolframleiters ergab etwa 5 bis 6 um (Halbwertsbreite).
    [0028] Zur Verstärkung des durch Lasei—CVD niedergeschlagenen linienförmigen
    [0029] Leiters (26) wird dieser in Gegenwart der erwähnten WF,/H_-Reaktions- o mischung durch direkten elektrischen Stromdurchgang erhitzt, so daß auf dem primären Wolframniederschlag weiteres Wolfram abgeschieden wird. Hierzu werden die beiden Anschlußflecke mit Stromzuführungselektroden (30) kontaktiert, die über Anschlußleitungen (32) und eine Durchfüh¬ rung (34) mit einer Impulsstromquelle (36) verbunden sind. Die Impulsstrom¬ quelle (36) liefert kurze Stromimpulse hoher Amplitude. Die Dauer, Wiederholungsfrequenz und Amplitude der Impulse werden so gewählt, daß keine Beschädigung der zu erhitzenden Leiterstruktur oder des Substrats auftreten. Eine bevorzugte Impulsstromquelle (36) liefert elektrische Impulse mit einer einstellbaren Spannung bis zu ca. 30 V, einer einstellbaren Dauer zwischen etwa 10 bis 100 ms und einer einstellbaren Wiederholungsfrequenz von etwa 2 bis 30 Hz. Die Dauer der Impulsstromzuführung kann einige Minuten bis über 20 min betragen. Man kann den Strom bzw. die Spannung auch von Hand schalten. Fig. 3 zeigt bei a ein Querschnittsprofil des unbeschichteten Substrats, bei b ein Querschnittsprofil eines durch Laser-CVD gebildeten Leiters (26a); bei c ein Querschnittsprofil (26b) eines durch Laser-CVD gebildeten Leiters (entsprechend 26a) nachdem dieser 5 Minuten durch Stromdurchgang mit einer mittleren Leistung von 3 Watt verstärkt worden ist und d zeigt ein Querschnittsprofil eines durch Laser-CVD gebildeten Leiters, nachdem er durch Stromdurchgang von 5 Minuten bei 6 Watt mittlerer Leistung verstärkt worden ist. Hierbei wurde von Hand eine Spannung von ca. 15 V (3 W) bzw. ca. 25 V (6 W) fünf Minuten lang abwechselnd für jeweils 10 s eingeschaltet und für 5 s abgeschaltet.
    [0030] Die Haftung der in der beschriebenen Weise verstärkten Leiterstruktur ist ausgezeichnet. Neben den durch Stromdurchgang erhitzten Leiter¬ strukturen wurde kein niedergeschlagenes Wolfram gefunden.
    [0031] Selbstverständlich sind die Parameter des oben beschriebenen Ausführungs¬ beispiels nicht einschränkend auszulegen, sonderen können je nach Bedarf und Versuchsbedingungen abgeändert werden. Das Verstärkungsmaterial braucht nicht das gleiche zu sein wie das ursprünglich abgeschiedene Metall, es kann ein anderes Metall oder eine Legierung und gewünschten- falls auch ein Halbleiter oder ein Isoliermaterial oder auch ein keramischer Hochtemperatur-Supraleiter sein. Auch mehrschichtige Strukturen können in der beschriebenen Weise gebildet werden indem man bei den verschiedenen Erhitzungsschritten verschiedene Dampfatmosphären verwendet. Anstatt durch galvanischen Stromdurchgang kann die Erhitzung auch durch induktive Erhitzung, also W rbelstromheizung, z. B. mit Hochfrequenz, erfolgen, wenn das zu verstärkende Metallmuster und das Substrat dies zulassen. Die durch das vorliegende Verfahren zu verstärkende Struktur kann auch aus einem nichtmetallischen Material, wie Kohlenstoff (Graphit), einem Halbleitermaterial oder einer elektrisch leitfähigen Verbindung bestehen. Besonders vorteilhaft hat sich auch die Verstärkung von Leiterstrukturen aus Wolfram mit Gold erwiesen, wobei die Atmosphäre während der durch Stromdurchgang bewirkten Erhitzung der Leiterstruktur eine kommerziell erhältliche organometallische Goldverbindung (Firma Doduco KG) enthielt.
    权利要求:
    Claims

    PATENTANSPRÜCHE
    1. CVD-Verfahren zum Niederschlagen einer Schicht aus einem vorgegebenen Material auf einer elektrisch leitfähigen Schichtstruktur, die auf einem Substrat angeordnet ist, mittels einer das vorgegebene Material liefernden, thermisch induzierten Reaktion einer dampf örmigen oder auf der Substratoberfläche adsorbierten oder als Film niedergeschlagenen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur durch einen in ihr erzeugten elektrischen Strom erhitzt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschicht¬ struktur aus Metall besteht.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur durch ein Direktschrift-Laser- CVD-Verfahren auf dem Substrat gebildet wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion einen metallischen Niederschlag Liefert.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion das Material, aus dem die Schichtstruktur besteht, liefert.
    6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
    Reaktion ein halbleitendes Material liefert.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion ein dielektrisches Material liefert.
    8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens zweimal unter Verwendung unterschiedlicher Verbindungen durchgeführt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als dampfförmige Verbindung ein flüchtiges Wolframhalogenid, wie WF- oder
    6
    WCl., in Mischung mit Wasserstoff verwendet wird, ό
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wolframhalogenid zu Wasserstoff etwa 1:10 beträgt.
    11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Schichtstruktur aus Wolfram hergestellt wird.
    11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Schichtstruktur durch galvanisches Hindurchleiten des elektrischen Stromes erhitzt wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein impuls- förmiger Strom verwendet wird.
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch Induktion in der Dünnschichtstruktur erzeugt wird.
    15. Einrichtung zum Niederschlagen einer Schicht aus einem vorgegebenen Material auf einer elektrisch Leitfähigen Schichtstruktur, Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Kammer (10), einer Vorrichtung (22, 24) zum Einleiten einer dampfförmigen Verbindung, die bei einer thermisch induzierten chemischen Reaktion eine Schicht des vorgegebenen Materials liefert, und einer Halterung (18) für ein Substrat (16), auf dessen Oberfläche sich die Schichtstruktur (26) befindet, gekennzeichnet durch zwei Elektroden (30) zum Kontaktieren der Dünn¬ schichtstruktur und eine mit den Elektroden verbundene Stromquelle (36), die einen Strom mit einer für die Erhitzung der Dünnschichtstruktur ausreichenden Stärke zu Liefern vermag. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalterung (18) ein Positionierungstisch ist.
    17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) ein optisches Fenster (12) aufweist, durch das ein Laserstrahlungsbündel (14) auf die Oberfläche des Substrats (16) fokussierbar ist.
    18. Einrichtung nach Anspruch 15, oder 16 oder 17 gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Temperieren des Substrats.
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    引用文献:
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    优先权:
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