CN102216764B - 电子元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子元件（1），所述电子元件包括衬底（3）上的印制导线结构（5）以及与印制导线结构（5）接触的膜（7），其中所述膜（7）具有比印制导线结构（5）小的层厚（h）。印制导线结构（5）具有为接触而由所述膜（7）覆盖的区域（11）。

Description

电子元件

技术领域

本发明以根据权利要求1的前序部分所述的电子元件为出发点。

背景技术

电子元件一般包括衬底上的印制导线结构。附加地，这样的电子元件可以具有与印制导线结构接触的薄膜。膜在此一般具有比印制导线结构小的层厚。这样的电子元件在传感器技术应用中被用作半导体基础上的气敏场效应晶体管。在此，具有比印制导线结构小的层厚的膜通常是栅极。一般，要检测的气体的施加导致从源极通过晶体管流到漏极的电流的变化。

为了能够借助于半导体执行气体检测，需要至少对于要检测的气体种类的各个成分是可透过的表面。在此情况下，既可以是气体混合物的组分，也可以是气体分子的成分。因此，例如使用气敏场效应晶体管用于检测氨，所述气敏场效应晶体管例如对于氢是可透过的。穿透性一般通过薄的和/或多孔的层来保障。所述层的厚度一般处于1至100 nm的范围中。此外，尤其将多孔的层作为导电膜来实施是有利的，因为所述多孔的层于是例如可以被用作半导体元件的栅极。

但是已经表明，尤其在高运行温度的情况下和在腐蚀性环境中这样的薄气敏层经常导致由于降解（Degradation）而失效。在此情况下表明，降解首先在跨接阶梯或边缘时和在与较厚的膜连接时发生。但是这样的阶梯或边缘由于不同材料的逐渐沉积而在半导体元件上存在并且通常具有在10 nm至1μm的范围中的高度。薄层与较厚的膜的连接通常用于电接触多孔的层。

用于检测碳氢化合物的气敏场效应晶体管例如在US 5,698,771中得以描述。

发明内容

根据本发明所构造的电子元件包括衬底上的印制导线结构以及与印制导线结构接触的膜。膜具有比印制导线结构小的层厚。印制导线结构具有为接触而由膜覆盖或者位于其上的区域。

通过印制导线结构具有为接触而由膜覆盖或位于其上的区域，获得较大的接触面。此外，不仅仅在两个膜相互接界的垂直面上实现接触。由此可以防止具有较小层厚的膜从印制导线结构脱落。薄膜和其电接触的稳定化由此实现。在根据现有技术已知的电子元件中例如通过以下方式出现这样的脱落，即在如例如对于气体传感器是必要的和一般处于25^oC和800^oC之间的范围中的高温时出现不同的温度膨胀。此外，例如随着运行温度增加，适当的膜材料的选择更有问题。例如铂从大约500^oC的温度起日益活跃并且易于积聚或形成晶体。由此，表面覆盖变得不均匀。

由于温度变换而出现附加的负荷。尤其，薄膜通过具有其他热膨胀系数的位于之下的材料被拉紧（verspannen）。特别是在阶梯处由此产生薄膜脱落。就此而论，阶梯被理解为大于几个纳米的高度差。但是在许多高温半导体结构中，这样的非平坦过渡是不可避免的。因此例如通过台式结构化、沟槽、印制导线、钝化或绝缘层产生这样的边缘。

薄膜的脱落风险在阶梯或边缘处通过以下方式被增大，即必要的半导体工艺不允许薄膜的各向同性沉积。此外，可以仅以一定的不准确性彼此协调多个半导体工艺。例如由于在制造时光刻技术的分辨率得出不准确性。这妨碍多个层相互的精确校准。但是通过本发明电子元件，其中印制导线结构具有为接触而由膜覆盖的区域，这样的脱落被避免，因为不仅仅垂直区域相互连接而且通过覆盖，水平区域也相互连接。因此在不同层的材料的不同温度膨胀的情况下接触也继续存在。

（如例如在气敏场效应晶体管时所使用的）印制导线结构的常见高度处于10 nm至1μm的范围中。与印制导线结构接触并且具有比印制导线结构小的层厚的薄膜通常具有1至100 nm的范围中的层厚。膜的层厚在此一般是印制导线结构的层厚的1/2至1/1000。

为了获得稳定的接触并避免例如由于不同的热膨胀出现脱落，由膜覆盖的区域在另一实施形式中具有比膜小的层厚。优选地，被覆盖的区域具有在1至200 nm的范围中的高度。通过被覆盖的区域的层厚小于覆盖该区域的膜的层厚避免，在施加膜时必须越过至少对应于膜的厚度的阶梯。由此可以在施加时产生连续膜，所述连续膜在被覆盖的区域末端越过阶梯。例如由于不同的热膨胀所引起的脱落的危险通过这种方式被避免。

在可替代的实施形式中，由膜覆盖的区域邻接另一层，其中被覆盖的区域和另一层具有基本相同的层厚。薄膜在此通常同样覆盖另一层，所述另一层与由膜覆盖的区域邻接。通过被覆盖的区域和另一层的层厚基本相同，避免形成必须由具有较小层厚的膜越过的阶梯。膜可以被构造成平坦的。基本相同的这种层厚例如可以通过使用如对技术人员已知的自校准工艺产生。尤其在使用自校准工艺用于产生层时可以产生平坦过渡、也即相同的层厚。

制成另一层的材料例如是半导体或绝缘体材料。优选地，制成另一层的材料是用于场效应晶体管的适当的栅绝缘体。适当的绝缘体材料例如是SiO2、SiON、Si3N4、SiC、Al2O3或SiAlON。

制成印制导线结构的材料优选地是良好导电的并且尤其可以通过适当的方法作为薄层被施加在衬底上。例如通过电子束蒸发或金属溅射方法进行印制导线结构的施加。但是可替代地，例如在衬底上电解地或无电流地沉积也是可能的。但是为了产生为接触而由膜覆盖的区域的足够小的层厚，尤其优选地通过电子束蒸发或金属溅射方法产生该区域。例如从由钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及这些元素的化合物和合金组成的组中选择用于印制导线结构的适当材料。

也优选地从由钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及这些元素与氧、氮、碳、硅的化合物和这些元素的合金组成的组中选择用于具有比印制导线结构小的层厚的膜的材料。使用所述元素的优点是，所述元素具有良好的导电性。此外，氧化物形成的趋向是小的或者可以通过在表面处形成氧化物层最小化。由此避免：印制导线结构或膜的材料由于氧化而在导电性方面受损失并且由此电子元件的功能性减少或完全丢失。

电子元件例如是气敏场效应晶体管。为了能够使用电子元件作为气敏场效应晶体管，在印制导线结构处覆盖区域的薄膜例如用作栅极。优选地，膜是多孔的。通过多孔性获得对于要检测的气体种类的各个成分的穿透性。除了多孔的导电膜之外，但是也可能的是，薄膜是导电的和实心的和在膜上施加多孔结构。但是优选的是，膜是多孔的。此外，如果多孔的膜包含催化活性物质，在所述物质处例如要检测的气体加速地被分裂成其元素，则尤其在用作气敏场效应晶体管时是优选的。

附图说明

在附图中示出本发明的实施形式并且在下面的说明中进一步阐述。

图1示出在第一实施形式中电子元件的片段，

图2示出在第二实施形式中电子元件的片段。

具体实施方式

在图1中示出通过电子元件的片段的截面。电子元件1包括衬底3，其中印制导线结构5被施加在所述衬底上。

衬底3由每种任意的对技术人员已知的材料制成。通常，衬底3例如由电绝缘材料或半导体材料制成。在此对用于衬底3的材料的选择取决于，应该如何使用电子元件。可以制成衬底3的电绝缘材料是例如蓝宝石或SiO2。

如果电子元件例如应该被用作气敏场效应晶体管，则衬底3优选地由半导体材料制成。通常所使用的半导体材料例如是具有比2 eV.大的能带间隙的半导体材料。其中GaN和SiC是特别优选的。

印制导线结构5通常由良好导电的材料制成。用于印制导线结构5的适当的材料例如是金属。适当的金属优选地从由钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及其化合物和合金组成的组中选择。可以通过每个任意的对技术人员已知的方法来进行印制导线结构5的施加。因此，例如可以通过无电流的或电流的（galvanisch）方法将印制导线结构5沉积在衬底3上。用于制造印制导线结构5的其他方法例如也是电子束蒸发或金属溅射方法。

电子元件1此外包括薄膜7。薄膜7在此具有小于印制导线结构5的高度H的层厚h。

在根据现有技术已知的电子元件中，薄膜7在印制导线结构的侧面9处与印制导线结构5接触。电连接因此仅通过窄的竖直接触面来保证。所述面由薄膜7的高度h和宽度的乘积得出。高温（在所述高温时例如可以使用电子元件）和/或机械过大张力可能导致过渡区域处的脱落。这导致电子接触中断。为了避免这样的脱落，在根据本发明所构造的电子元件1的情况下，印制导线结构5包括由薄膜7覆盖的区域11。除了在印制导线结构5的侧面9处的垂直接触之外，通过这种方式也在薄膜7覆盖区域11的面上得出水平连接。由此使接触面放大多倍。附加地也还可以实现在印制导线结构5的侧面9处的接触。

通过在侧面9处和特别是在印制导线结构5的被覆盖的区域11中的接触避免，例如在不同的热膨胀时薄膜7从印制导线结构5脱落。使薄膜7和印制导线结构5的接触稳定。

如果薄膜7由不同于印制导线结构5的材料制成，则尤其可能出现薄膜7的脱落。但是用于薄膜7的适当的材料一般与用于印制导线结构5的是相同的材料。因此例如金属如钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及其化合物和合金适合。尤其在在气敏电子组件中使用时，薄膜7优选地包含催化活性材料。

为了能够实现被覆盖的区域11的覆盖和在该区域获得连贯的膜7，被覆盖的区域11的层厚d优选地小于薄膜7的层厚h。被覆盖的区域11的最大层厚d对应于薄膜7的层厚h。但是优选的是，被覆盖的区域11的层厚d小于薄膜7的层厚h。通过被覆盖的区域11的小层厚d获得连续的薄膜7。在被覆盖的区域11的终端边缘13的区域中不发生脱落。

通过每个任意的对技术人员已知的适当的方法实现被覆盖的区域11的制造。优选地通过电子束蒸发或金属溅射方法制造印制导线结构5的被覆盖的区域11，因为通过所述方法可以调整有针对性的层厚d和能够相应地制造薄膜。

按照用于印制导线结构5的制造方法，在产生印制导线结构5之后或与产生印制导线结构5同时地进行被覆盖的区域11的施加。但是一般首先产生印制导线结构5，接着在薄膜7应该接触印制导线结构5的区域中产生被覆盖的区域11。

根据对电子元件1的所计划的使用，薄膜7可以是封闭的或多孔的。尤其在使用电子元件1作为气敏场效应晶体管（如例如在气体传感器中所使用的）时，优选的是，薄膜7是多孔的。薄膜7在此用作场效应晶体管的栅极。

根据本发明所构造的电子元件的可替代实施形式在图2中示出。

在图2中所示的电子元件1的实施形式通过以下方式不同于在图1中所示的电子元件，即在衬底3和薄膜7之间构造另一层15。所述另一层15在此邻接印制导线结构5的被覆盖的区域11。另一层15的层厚对应于被覆盖的区域11的层厚d。

另一层15例如可以通过自校准工艺产生。由此在另一层15邻接被覆盖的区域11的区域中获得无边缘过渡。

自校准工艺在此例如是在使用唯一光刻掩模时实施不同的相继的工艺步骤。在此，目的是彼此避免两个光刻掩模的原则上已有的校准不准确性。如果另一层15不与印制导线结构5邻接，如这在现有技术中一般情况如此，并且例如由于多个光刻掩模的不准确性而得出，则这导致由薄膜必须越过的阶梯。在大于薄膜7的另一层15和印制导线结构5的层厚时，薄膜7在阶梯的区域中可能脱落。此外，仅在印制导线结构5的侧面9处产生接触，由此仅出现小的接触区域，所述接触区域此外可能由于材料的不同的热膨胀而扯裂。

通过构造邻接另一层15并且具有与另一层15基本上相同的层厚d的被覆盖的区域11，避免必须通过薄膜7越过的边缘。

为了制造，一般首先产生被覆盖的区域11。在其上沉积印制导线结构5。所述印制导线结构5基于其特性和功能具有通常大于10 nm、一般大于100 nm的边缘高度。在产生印制导线结构之后，一般进行另一层15的全面沉积。所述另一层15现在借助于通常的负性光致抗蚀剂被涂布，以便获得适用于后续的工艺的负边缘轮廓。通常利用如接触复制或步进式曝光（Stepper-Belichtung）之类的适当的曝光方法进行掩模。在光致抗蚀剂掩模显影之后，使位于另一层15和印制导线结构5的侧面9之间的位置从光致抗蚀剂露出。但是替代于利用光致抗蚀剂的光刻工艺，例如也可以选择两层或多层光致抗蚀剂工艺。在此情况下，最下面的光致抗蚀剂层在显影之后经历比位于上面的光致抗蚀剂更大的扩展，由此得出典型的剥离轮廓（Lift-Off-Profil），其使后续工艺步骤容易。因此另一层15的紧接着显影的回蚀刻（Rück?tzen）仅仅在不被光致抗蚀剂覆盖的位置处进行。通常，利用干化学蚀刻方法执行回蚀刻，但是也可以利用适当的湿化学方法来实现。这样的方法对于技术人员是已知的。根据用于衬底3和另一层15的所选择的材料，在另一层15和衬底3之间的界面17处结束蚀刻工艺。在该称为回蚀刻的蚀刻工艺之后，现在在无需掩模从光致抗蚀剂先前脱离的情况下利用常见的常用沉积方法进行全面金属化，其中沉积的金属层的层厚精确地同另一层15的层厚一样地被选择。在紧接着的剥离工艺中，使光致抗蚀剂与沉积在光致抗蚀剂上的金属一起被去除。在此情况下，光致抗蚀剂的负边侧或剥离轮廓支持该过程。在不同的层11和15之间出现无边缘和无缝隙的过渡。

例如半导体材料或绝缘体材料适合作为用于另一层的材料。适当的半导体材料例如是GaN或SiC，适当的绝缘体材料例如是SiO2或Si3N4。

可替代地，被覆盖的区域11和另一层15的相同高度例如也可以通过化学机械抛光获得。在此情况下，首先沉积的层、一般另一层15必须适合作为抛光材料并且被结构化。第二层、一般被覆盖的区域11紧接着如此被沉积，使得所述第二层与第一层重叠。通过对技术人员已知的化学机械抛光工艺进行层的平面化，所述化学机械抛光工艺在第一层、一般另一层15的高度上停止。由此对于薄膜7产生完全平坦的过渡。

这样产生的电子元件1例如适合作为半导体基础上的气体传感器，例如作为包含可分离的气体、氧化氮或氧的气体种类的气体传感器。

Claims (9)

1.气敏场效应晶体管，包括衬底（3）上的印制导线结构（5）以及膜（7），所述膜与所述印制导线结构（5）接触，其中所述膜（7）具有比所述印制导线结构（5）的厚度小的层厚，其特征在于，所述印制导线结构（5）具有为接触而由所述膜（7）覆盖的区域（11），其中由所述膜（7）覆盖的区域（11）具有比处于所述区域（11）上方的膜（7）小的层厚。

2.根据权利要求1所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，所述印制导线结构（5）具有在10nm至1μm的范围中的高度。

3.根据权利要求1或2所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，被覆盖的区域（11）具有在1至200 nm的范围中的层厚。

4.根据权利要求1或2所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，由所述膜（7）覆盖的区域（11）邻接另一层（15），其中被覆盖的区域（11）和所述另一层（15）具有基本相同的层厚。

5.根据权利要求4所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，所述衬底（3）和所述另一层（15）由相同的材料制成。

6.根据权利要求1或2所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，所述衬底（3）是半导体材料。

7.根据权利要求1或2所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，用于所述印制导线结构（5）的材料从由钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及所述元素的化合物和合金组成的组中选择。

8.根据权利要求1或2所述的气敏场效应晶体管，其特征在于，用于所述膜（7）的材料从由钛、铂、金、铝、铜、铬、镍、钽以及所述元素的化合物和合金组成的组中选择。

9.根据权利要求1或2所述气敏场效应晶体管，其特征在于，所述膜（7）是多孔的。

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