DE112012001813T5

DE112012001813T5 - Mikromechanische Silicid-Einheit und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112012001813T5
Application number: DE112012001813.3T
Authority: DE
Inventors: Michael A. Guillorn; Eric A. Joseph; Fei Liu; Zeng Zhang
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-06-02
Also published as: GB2508305A; US20120318649A1; US8470628B2; GB201321010D0; US8993907B2; CN103563057A; WO2012177374A1; GB2508305B; US20130020183A1; DE112012001813B4; CN103563057B

Abstract

Es wird ein Verfahren offenbart, um eine elektro-mechanische Einheit herzustellen, wie beispielsweise einen MEMS- oder einen NEMS-Schalter. Das Verfahren beinhaltet ein Bereitstellen einer Silicium-Schicht, die über einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, die auf einem Silicium-Substrat aufgebracht ist; ein Ablösen eines Anteils der Silicium-Schicht von der isolierenden Schicht derart, dass er wenigstens teilweise schwebend über einem Hohlraum in der isolierenden Schicht gehalten ist; ein Abscheiden eines Metalls (z. B. Pt) auf wenigstens einer Oberfläche von wenigstens dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht und ein Verwenden eines thermischen Prozesses, der wenigstens den abgelösten Anteil der Silicium-Schicht unter Verwendung des abgeschiedenen Metalls vollständig silicidiert. Das Verfahren beseitigt eine durch ein Silicid induzierte Spannung an dem abgelösten Si-Element, da das gesamte Si-Element silicidiert ist. Des Weiteren wird nach dem Bilden des vollständig silicidierten Materials kein herkömmlicher nasschemischer Ätzvorgang verwendet, wodurch eine Möglichkeit für ein Verursachen einer Korrosion des Silicids und eine Zunahme der Haftreibung verringert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET:
Die exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung beziehen sich allgemein auf miniaturisierte elektrisch-mechanische Einheiten, wie beispielsweise Schalter, und spezieller auf mikro-elektrisch-mechanische Systeme (MEMS, Micro-Electrical-Mechanical Systems) und auf nano-elektrisch-mechanische Systeme (NEMS, Nano-Electrical-Mechanical Systems) und Einheiten.
HINTERGRUND:
MEMS bezieht sich auf eine Technologie von sehr kleinen, elektrisch betriebenen mechanischen Einheiten. MEMS trifft allgemein auf der Nano-Skala mit NEMS und der Nanotechnologie zusammen. MEMS werden mitunter als Mikromaschinen oder als Mikrosystemtechnologie (MST, Micro Systems Technology) bezeichnet. MEMS beinhalten Komponenten mit einer Abmessung von 1 bis 100 Mikrometern, wenngleich die Abmessung von MEMS-Einheiten allgemein in einem Bereich von etwa 20 Mikrometern und größer liegen kann. NEMS-Einheiten sind noch kleiner. Bei den Abmessungs-Skalen von MEMS-Einheiten und erst recht von NEMS-Einheiten sind die üblichen Konstrukte der klassischen Physik nicht immer hilfreich. Zumindest aufgrund des großen Verhältnisses von Oberflächengebiet zu Volumen können Oberflächeneffekte, wie beispielsweise Elektrostatik und Benetzung, die Volumeneffekte, wie Massenträgheit oder thermische Masse, beherrschen.
MEMS und NEMS können unter Verwendung von Technologien zur Herstellung von Halbleitereinheiten hergestellt werden, die normalerweise dazu verwendet werden, elektronische Einheiten zu fertigen. Diese beinhalten eine photolithographische Strukturierung, Sputtern, Verdampfung sowie Nass- und Trockenätzen.
KURZDARSTELLUNG
In einem ersten Aspekt derselben stellen die exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektro-mechanischen Einheit bereit. Das Verfahren beinhaltet ein Bereitstellen einer Silicium-Schicht, die über einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, die auf einem Silicium-Substrat aufgebracht ist; ein Ablösen eines Anteils der Silicium-Schicht von der isolierenden Schicht derart, dass er wenigstens teilweise schwebend über einem Hohlraum in der isolierenden Schicht gehalten ist; ein Abscheiden eines Metalls auf wenigstens einer Oberfläche von wenigstens dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht; sowie ein vollständiges Silicidieren von wenigstens dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht unter Verwendung des abgeschiedenen Metalls.
In einem weiteren Aspekt derselben stellen die exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung einen Schalter bereit, der einen bewegbaren Anteil aufweist, der einen Kontakt aufweist, der so konfiguriert ist, dass er eine elektrische Verbindung zwischen zwei stationären Punkten herstellt, wenn der Schalter betätigt wird. Zumindest der Kontakt besteht aus einem vollständig silicidierten Material.
In einem weiteren Aspekt derselben stellen die exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer elektro-mechanischen Einheit bereit. Das Verfahren weist ein Bereitstellen einer Silicium-Schicht, die über einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, die auf einem Substrat aufgebracht ist; ein Ablösen eines Anteils der Silicium-Schicht von der isolierenden Schicht, um ein Silicium-Element zu bilden, das zumindest teilweise schwebend über einem in der isolierenden Schicht ausgebildeten Hohlraum gehalten ist; ein Abscheiden eines Metalls auf wenigstens einer Oberfläche von wenigstens dem Silicium-Element; sowie ein Anwenden eines thermischen Prozesses auf das Silicium-Element mit dem darauf abgeschiedenen Metall auf, um ein vollständig silicidiertes Element zu bilden. Während der Durchführung des Verfahrens wird nach der Bildung des vollständig silicidierten Elements kein nasschemischer Ätzprozess verwendet, um die Einheit weiter zu bearbeiten.
KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine oben vergrößerte Ansicht einer nicht beschränkenden Ausführungsform eines (symmetrischen) NEMS-Schalters, der unter Verwendung der exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung aufgebaut werden kann, wobei ein Ausgangs-SOI-Wafer verwendet wird.
Die 2A bis 2D, die insgesamt als 2 bezeichnet werden, zeigen einen exemplarischen ersten Prozessablauf gemäß den exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung.
Die 3A bis 3E, die insgesamt als 3 bezeichnet werden, zeigen eine erste Variation des Prozessablaufs, um ein silicidiertes, schwebend gehaltenes (abgelöstes) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist.
Die 4A bis 4C, die insgesamt als 4 bezeichnet werden, zeigen eine zweite Variation des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist.
Die 5A und 5B, die insgesamt als 5 bezeichnet werden, zeigen eine dritte Variation des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist.
Die 6A bis 6E, die insgesamt als 6 bezeichnet werden, zeigen eine vierte Variation des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist.
7 ist eine vergrößerte Ansicht von oben nach unten auf eine NEMS-Einheit, die unter Verwendung der Prozesse der 2 bis 6 hergestellt werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Verwendung von NEMS (und MEMS) als Schalter in Speicher- und anderen Anwendungen kann von Vorteil sein. Im Vergleich zu Transistoren können elektro-mechanische Schalter zum Beispiel den Standby-Verluststrom verringern und können unter Umständen ein verbessertes Sub-Schwellenwert-Verhalten zeigen. Die hohe Steuer-Gate-Spannung (typischerweise einige zehn Volt) und die Gesamtzuverlässigkeit sind jedoch zwei Probleme, die angegangen werden müssen, um NEMS als Schalter zu verwenden.
Für NEMS-Anwendungen kann ein Silicium-auf-Isolator(SOI)-Substrat verwendet werden. Es wurde nachgewiesen, dass die Co-Integration eines Komplementär-Metall-Oxid-Halbleiters (CMOS) und von NEMS-Technologien unter Verwendung von SOI-Wafern erreicht werden kann.
Ein Silicid kann als eine Verbindung, zum Beispiel eine binäre Verbindung, aus Silicium und einem weiteren Element, wie beispielsweise einem Metall, angesehen werden. Die Verwendung eines Silicids (das ein Platinsilicid (PtSi) beinhaltet) kann die Zuverlässigkeit des NEMS dramatisch verbessern. Darüber hinaus kann ein Silicid-NEMS überragende mechanische Eigenschaften im Vergleich zu einem SOI-NEMS zeigen. Zum Beispiel zeigen die leitenden PtSi-Spitzen eines Rasterkraftmikroskops (AFM, Atomic Force Microscope) mit hoher Zuverlässigkeit, dass sie hohen Strömen (> 1 mA) standhalten können.
Es gibt jedoch Probleme, die mit dem Herstellen von Silicid-NEMS-Strukturen verknüpft sind. Ein Problem bezieht sich zum Beispiel auf eine durch das Silicid induzierte Spannung an dem Si, was zu einer Biegung des Si enthaltenden Anteils der NEMS-Struktur nach einer Ablösung führt (d. h. einer Ablösung eines Teils der NEMS-Einheit von dem Ausgangs-SOI-Wafer). Des Weiteren kann als Beispiel ein herkömmlicher nasschemischer Ätzvorgang (z. B. einer auf der Grundlage von Fluorwasserstoff(HF)-Säure), wenn er während oder nach einer Ablösung angewendet wird, das Silicid angreifen, was zu einer Korrosion führt. Allgemein kann ein nasschemischer Ätzvorgang für ein Erreichen der Ablösung des NEMS und eine nachfolgende Bearbeitung nachteilig sein, da er in einer Zunahme der Haftreibung des NEMS resultieren kann. Die Haftreibung kann allgemein als eine Kraft definiert werden, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass ein Körper, der sich in Kontakt mit einem anderen Körper befindet, beginnt, sich zu bewegen.
Hierin sind Prozessabläufe und Strukturen zur Vermeidung wenigstens der Probleme offenbart, die sich auf eine übermäßige Spannung, die durch das Silicid in einem Si-Element induziert wird, auf die Korrosion des Silicids und die Haftreibung des NEMS beziehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Lehren dieser Erfindung nicht auf die Herstellung von NEMS-Einheiten per se beschränkt sind, sondern ebenso auf die Herstellung von MEMS-Einheiten und allgemein auf die Herstellung einer Vielfalt von miniaturisierten elektrisch-mechanischen Systemen und Einheiten angewendet werden können.
1 ist eine oben vergrößerte Ansicht einer exemplarischen und nicht beschränkenden Ausführungsform eines (symmetrischen) NEMS-Schalters 10, der unter Verwendung der exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung aufgebaut werden konnte, wobei ein SOI-Wafer verwendet wurde. Die gezeigte Struktur kann so gebildet werden, dass sie eine Gesamtfläche von weniger als 5 μm² aufweist. Der Schalter 10 beinhaltet einen Eingangsanschluss 12, einen Ausgangsanschluss 14 sowie Steuerelektroden oder Steueranschlüsse 16 und 18 (die mit Vdd beziehungsweise GND bezeichnet sind). Das Anlegen einer geeigneten Steuereingabe an die Anschlüsse 16 und 18 resultiert in einem Biegen (einer Bewegung) einer bewegbaren, wenigstens teilweise elektrisch leitfähigen Struktur 20 zwischen einem nicht angesteuerten Zustand und einem angesteuerten Zustand. Wenn sich in dem angesteuerten Zustand (wenn der Schalter eingeschaltet ist) über den elektrisch leitfähigen Anteil der Struktur 20, der den Eingangsanschluss 12 und den Ausgangsanschluss 14 physisch kontaktiert, ein elektrisch leitfähiger Pfad zwischen dem Eingangsanschluss 12 und dem Ausgangsanschluss 14 aufgebaut hat.
Gemäß einem Aspekt der exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung sind wenigstens die elektrisch kontaktierenden Anteile der leitfähigen Struktur 20 vollständig silicidiert (wodurch jegliches Biegen oder jegliche andere Deformation des Silicium-Materials vermieden wird), und während der Herstellung des Schalters 10 wird die bewegbare, elektrisch leitfähige Struktur 20 vor einer Silicidierung von dem Ausgangs-SOI-Wafer abgelöst. Als ein Ergebnis muss im Anschluss an die Ablösung der bewegbaren, elektrisch leitfähigen Struktur 20 von dem Ausgangs-SOI-Wafer (und die Silicidierung der bewegbaren, elektrisch leitfähigen Struktur 20) keine Nassätz-Bearbeitung durchgeführt werden. Indem die Verwendung des nasschemischen Ätzvorgangs vermieden wird, wird so auch das Problem der Haftreibung vermieden, da die Möglichkeit für das Vorhandensein von Korrosion, von Kontaminationsstoffen und von weiteren unerwünschten Produkten verringert oder beseitigt ist.
Nunmehr wird auf die 2A bis 2D Bezug genommen, um einen exemplarischen ersten Prozessablauf gemäß den exemplarischen Ausführungsformen dieser Erfindung zu zeigen. Es kann angemerkt werden, dass, wenngleich ein einzelnes abgelöstes Element als ausgebildet gezeigt ist, in der Praxis eine große Anzahl derartiger abgelöster Elemente gleichzeitig ausgebildet sein können.
In 2A wird ein Ausgangs-SOI-Wafer 30 bereitgestellt. Der SOI-Wafer 30 beinhaltet ein Substrat 32 (z. B. Si), eine Schicht aus einem vergrabenen Isolator oder einem vergrabenen Oxid 34 (BOX), wie beispielsweise SiO₂, und eine darüber liegende Schicht 36 aus Si. Das Substrat 32 kann irgendeine geeignete Dicke aufweisen. Das BOX 34 kann eine Dicke im Bereich zum Beispiel von etwa 100 nm bis etwa 200 nm aufweisen, wobei etwa 140 nm ein geeigneter Wert ist. Die Si-Schicht 36 kann eine Dicke im Bereich zum Beispiel von etwa 50 nm bis etwa 100 nm aufweisen, wobei etwa 80 nm ein geeigneter Wert ist.
Es ist anzumerken, dass diese Dicken lediglich exemplarisch sind, da die Ausführungsformen dieser Erfindung ebenso unter Verwendung eines extrem dünnen SOI(ETSOI, Extremely Thin SOI)-Wafers praktiziert werden können, wobei die BOX-Schicht eine Dicke von etwa 50 nm oder weniger aufweisen kann und wobei die darüber liegende Schicht aus Si eine Dicke von etwa 10 nm oder weniger aufweisen kann.
In 2B wird die Dicke der Si-Schicht 36, in der die NEMS-Struktur hergestellt wird, auf eine gewünschte Dicke in einem Bereich von etwa 20 nm bis etwa 50 nm verringert, wobei etwa 30 nm ein geeigneter Wert ist. Die Schicht aus Si mit verringerter Dicke wird als 36a bezeichnet.
In 2C wird die Si-Schicht 36a maskiert und strukturiert, und ein reaktiver Ionenätz(RIE)-Prozess wird dazu verwendet, einen Anteil der Si-Schicht 36a selektiv zu entfernen, um die gewünschte NEMS-Struktur abzugrenzen. In 2C ist der abgegrenzte Anteil mit 38 bezeichnet, und er kann zum Beispiel dem entsprechen, was einen Teil der in 1 gezeigten, bewegbaren, elektrisch leitfähigen Struktur 20 bildet. Dieser Prozess bildet außerdem das, was als Öffnungen oder Aperturen 36b durch die Si-Schicht 36a mit verringerter Dicke hindurch bezeichnet werden kann.
In 2D wird ein Prozess mit HF-Dampf durchgeführt, um das darunter liegende BOX-Material unterhalb des abgegrenzten Anteils 38 durch die Aperturen 36b vollständig zu entfernen, wodurch ein Hohlraum innerhalb des BOX-Materials gebildet wird und der abgegrenzte Anteil 38 von der BOX-Schicht 34 abgelöst wird (ein Verbindungsbereich zwischen dem abgelösten abgegrenzten Anteil 38 und der Si-Schicht 36a ist in 2D nicht gezeigt). Das Resultat des Ätzprozesses mit HF-Dampf dient auch dazu, das Material der BOX-Schicht 34 unterhalb der Si-Schicht 36a bis zu einem bestimmten Abstand zu unterätzen, wodurch Seitenwände 34a des BOX-Hohlraums von den Aperturen 36b weg zurückgesetzt werden.
2 kann so aufgefasst werden, dass sie Vorläufer-Prozessschritte zu dem eigentlichen Silicid-Prozess darstellen, der in den mehreren Ausführungsformen beschrieben wird (Variationen des Prozessablaufs), die in den 3, 4, 5 und 6 zu finden sind.
Die 3A bis 3E zeigen eine erste Variation (Ausführungsform) des Prozessablaufs, um ein vollständig silicidiertes, schwebend gehaltenes (abgelöstes) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist, wie beispielsweise den in 1 gezeigten Schalter 20. In 3A wird eine Schicht 40 aus Kohlenstoff derart abgeschieden, dass sie die in 2D dargestellte Struktur bedeckt und den leeren Raum unterhalb des abgegrenzten und abgelösten Anteils 38 füllt, der aus dem Ätzprozess mit HF-Dampf resultierte. Chemische Gasphasenabscheidung oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung von einer geeigneten Vorläuferverbindung, wie Acetylen oder Ethylen, sind geeignete Techniken, um die Kohlenstoffschicht 40 abzuscheiden. Während des Kohlenstoff-Abscheidungsprozesses können die Bedingungen sein: 785 W Hochfrequenz RF, 6 Torr, 550°C, 600 sccm C₃H₆, 326 scm He. In 3B wird die Kohlenstoffschicht 40 zurückgeätzt, wie beispielsweise durch Verwenden eines Plasmas auf der Grundlage von Sauerstoff oder Wasserstoff, um die Oberseiten der Si-Schicht 36a und des abgegrenzten abgelösten Si-Anteils 38 freizulegen. Während des Zurückätzprozesses können die Bedingungen sein: 1) 30 mTorr/700 Ws/300 Wb/260 NH₃/NSTU (invers): 3/CSTUi 8/15-15 (kein CHF₃); 2) 4 mTorr/400 Ws/100 Wb/100 N₂/14 O₂/20 Ar/2 C₂H₄. In 3C wird eine selektive atomare Schichtabscheidung eines Metalls, wie beispielsweise Platin (Pt), durchgeführt, um die freigelegten Oberflächen der Si-Schicht 36a und des abgegrenzten abgelösten Si-Anteils 38 mit einer Pt-Schicht 42 zu bedecken. Die Dicke des abgeschiedenen Pt ist vorzugsweise ausreichend, um zu bewirken, dass das darunter liegende Si-Material während einer nachfolgenden thermischen Bearbeitung vollständig verbraucht und silicidiert wird. Als ein nicht beschränkendes Beispiel und unter der Annahme, dass die Si-Dicke des abgelösten Anteils 38 in einem Bereich von etwa 20 nm bis etwa 50 nm liegt, kann die Dicke der Pt-Schicht 42 dann in einem Bereich von etwa 15 nm bis etwa 40 nm liegen. In 3D wird die verbliebene Kohlenstoffschicht 40 entfernt, wie beispielsweise durch die Verwendung des Plasmas auf der Grundlage von Sauerstoff oder Wasserstoff, und die Bedingungen für die Entfernung des Kohlenstoffs können die gleichen wie jene sein, die vorstehend für den Kohlenstoff-Zurückätzprozess von 3B gezeigt wurden. In 3E wird ein Reaktionstemperprozess durchgeführt, um so die schwebend gehaltene NEMS-Struktur vollständig zu silicidieren, die dem abgegrenzten abgelösten Si-Anteil 38 mit der Pt-Schicht 42 entspricht. Das Reaktionstempern silicidiert außerdem vollständig die Si-Schicht 36a. Das Reaktionstempern kann unter Verwendung der Bedingungen durchgeführt werden: 500°C 30 Sekunden in N₂, anschließend 600°C 60 Sekunden in O₂. Allgemeiner kann das Reaktionstempern bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C und der entsprechend eingestellten Zeit durchgeführt werden.
Die resultierende NEMS-Struktur weist somit ein vollständig silicidiertes, schwebend gehaltenes (abgelöstes) Element 50B und vollständig silicidierte feststehende Elemente 50A auf (die Elektroden oder andere elektrisch leitfähige Elemente bilden können). Mit ”vollständig silicidiert” ist gemeint, dass im Wesentlichen kein restliches Si verbleibt, da das Si mit dem Metall (Pt in diesem Beispiel) reagiert wurde, um ein Silicid zu bilden (PtSi in diesem Beispiel). Das Problem, welches das spannungsinduzierte Biegen eines schwebend gehaltenen (teilweise) silicidierten Si-Arms oder -Elements betrifft, ist somit überwunden, da das Si, das bildete, was ursprünglich der abgelöste Anteil 38 war, im Wesentlichen vollständig durch das PtSi ersetzt wurde. Außerdem wurde nach dem Ablösen (2D) keine nasschemische Bearbeitung verwendet, wodurch jegliche Degradation des Silicids vermieden und außerdem die Möglichkeit für das Auftreten einer übermäßigen Haftreibung verringert wird.
Die 4A bis 4C zeigen eine zweite Variation (Ausführungsform) des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist, wie beispielsweise den in 1 gezeigten Schalter 20. In 4A wird ein Oxid-Passivierungsschritt unter Verwendung von selbstorganisierten Monoschichten (SAM, Self-Assembled Monolayers) durchgeführt, wie beispielsweise Octadecyltrichlorsilan ODTS SAMs. Wie bekannt ist, kann eine selektive Flächen-ALD SAM als Maskenschichten zur Verhinderung eines ALD-Wachstums verwenden. Die SAM passiviert die Oberflächen gegen ein ALD-Wachstum, so dass die Dünnschicht lediglich auf Flächen ohne SAM abgeschieden wird. SAMs können durch Adsorption an einer Festkörperoberfläche aus einer Flüssig- oder einer Gasphase spontan gebildet werden. Es kann zum Beispiel Bezug genommen werden auf E. Färm et al., Selective Area Atomic Layer Deposition Using Poly(methyl methacrylate) Films as Mask Layers, J. Phys. Chem. C. 2008, 112, 15791 bis 15795.
In dem Beispiel von 4A weisen die Seitenwände 34A der isolierenden Schicht 34 eine darauf ausgebildete SAM auf. Die SAM kann ein Polymer, wie beispielsweise die vorstehend erwähnten Octadecyltrichlorsilan ODTS SAMs, oder irgendein geeignetes Material sein. In 4B wird eine selektive ALD-Abscheidung von Pt durchgeführt. In diesem Fall und im Gegensatz zu 3D wird die Pt-Schicht 42 auf sämtlichen freigelegten Oberflächen mit Ausnahme der Seitenwände 34A gebildet, wo die SAM gebildet wurde. In 4C wird ein Reaktionstemperprozess durchgeführt (z. B. ein schnelles thermisches Tempern (RTA, Rapid Thermal Anneal) in einer N₂-Atmosphäre), um so die schwebend gehaltene NEMS-Struktur vollständig zu silicidieren, die dem abgegrenzten abgelösten Si-Anteil 38 mit der Pt-Schicht 42 entspricht. Das Reaktionstempern silicidiert außerdem vollständig die Si-Schicht 36a ebenso wie den darunter liegenden Anteil des Si-Substrats 32 mit der darauf abgeschiedenen Pt-Schicht 42. Das Reaktionstempern kann unter Verwendung der Bedingungen durchgeführt werden: 500°C 30 Sekunden in N₂, anschließend 600°C 60 Sekunden in O₂. Allgemeiner kann das Reaktionstempern bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C und der entsprechend eingestellten Zeit durchgeführt werden. Es ist anzumerken, dass die SAM selektiv an dem BOX abgeschieden wird und somit eine Abscheidung von Metall (Pt) auf der Seitenwand des BOX verhindert.
Nach dem Reaktionstemperprozess von 4C kann die SAM von den Seitenwänden des BOX unter Verwendung der Bedingungen entfernt werden: 1) 30 mTorr/700 Ws/300 Wb/260 NH₃/NSTU (invers): 3/CSTUi 8/15-15 (kein CHF₃); 2) 4 mTorr/400 Ws/100 Wb/100 N₂/14 O₂/20 Ar/2 C₂H₄.
Die resultierende NEMS-Struktur weist somit ein vollständig silicidiertes, schwebend gehaltenes (abgelöstes) Element 50B sowie vollständig silicidierte feststehende Elemente 50A zusätzlich zu einem vollständig silicidierten leitfähigen Gebiet 50C auf, das unter dem vollständig silicidierten, schwebend gehaltenen (abgelösten) Element 50B liegt. Insofern als die Seitenwände 34A der ALD von Pt nicht ausgesetzt waren, muss es keinen direkten elektrischen Pfad von den silicidierten festen Elementen 50A oder dem silicidierten, schwebend gehaltenen (abgelösten) Element 50B zu dem vollständig silicidierten leitfähigen Gebiet 50C geben. Wie in der Ausführungsform von 3 ist somit das Problem überwunden, welches das Biegen eines schwebend gehaltenen, silicidierten Si-Arms oder -Elements betrifft, da das Si, das bildete, was ursprünglich der abgelöste Anteil 38 war, vollständig durch das PtSi ersetzt wurde. Außerdem wird nach dem Ablösen (2D) kein nasschemisches Bearbeiten verwendet, wodurch jegliche Degradation des PtSi vermieden und außerdem die Möglichkeit für ein Auftreten von Haftreibung verringert wird.
Die 5A und 5B zeigen eine dritte Variation des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist, wie beispielsweise den in 1 gezeigten Schalter 20. Der in 5 gezeigte Prozess ist in mancher Hinsicht dem in 4 gezeigten Prozess ähnlich, da beide mit der Struktur beginnen, die als ein Resultat der in 2 gezeigten Prozessschritte hergestellt wurde. In 5A wird jedoch die Schicht 42 aus Pt nicht mittels ALD gebildet wie in 4B, sondern mittels eines Pt-Verdampfungsprozesses. Als ein Ergebnis findet die Abscheidung von Pt lediglich auf jenen Oberflächen statt, die dem Strom von verdampftem Pt direkt ausgesetzt sind, und in diesem Fall wirkt der abgegrenzte abgelöste Si-Anteil 38 dann als eine Maske, um eine Abscheidung von Pt auf der darunter liegenden Oberfläche des Si-Substrats 32 zu verhindern. Als ein Ergebnis wird die Pt-Schicht 42 auf den Oberseiten der Schicht 36A, des abgelösten Anteils 38 und jenes Anteils der Oberfläche des Si-Substrats 32 gebildet, der durch die Aperturen 36b freigelegt ist. Aufgrund des Vorhandenseins des zurückgesetzten Oxids (als ein Ergebnis der in 2D durchgeführten Bearbeitung) sind die Seitenwände 34a des BOX 34 ebenfalls im Wesentlichen frei von abgeschiedenem Pt. In 5B wird der Reaktionstemperprozess durchgeführt, um so die schwebend gehaltene NEMS-Struktur vollständig zu silicidieren, die dem abgegrenzten abgelösten Si-Anteil 38 mit der Pt-Schicht 42 entspricht. Das Reaktionstempern silicidiert außerdem vollständig die Si-Schicht 36a ebenso wie die darunter liegenden Anteile des Si-Substrats 32 mit der darauf abgeschiedenen Pt-Schicht 42. Wie zuvor kann das Reaktionstempern unter Verwendung der Bedingungen durchgeführt werden: 500°C 30 Sekunden in N₂, anschließend 600°C 60 Sekunden in O₂. Allgemeiner kann das Reaktionstempern bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C und der entsprechend eingestellten Zeit durchgeführt werden.
Die resultierende NEMS-Struktur weist somit ebenfalls ein vollständig silicidiertes schwebend gehaltenes (abgelöstes) Element 50B sowie vollständig silicidierte feststehende Elemente 50A zusätzlich zu zwei vollständig silicidierten leitfähigen Gebieten 50C auf, die unter den Aperturen 36b auf beiden Seiten des vollständig silicidierten schwebend gehaltenen (abgelösten) Elements 50B liegen. Insofern als die zurückgesetzten Seitenwände 34A dem Pt-Verdampfungsstrom nicht ausgesetzt waren, muss es keinen direkten elektrischen Pfad von den silicidierten festen Elementen 50A oder dem silicidierten schwebend gehaltenen (abgelösten) Element 50B zu den vollständig silicidierten leitfähigen Gebieten 50C geben. Wie in der Ausführungsform der 3 und 4 ist somit das Problem überwunden, welches das Biegen eines schwebend gehaltenen, silicidierten Si-Arms oder -Elements betrifft, da das Si, das bildete, was ursprünglich der abgelöste Anteil 38 war, vollständig durch das Pt-Silicid ersetzt wurde. Außerdem wurde nach dem Ablösen (2D) keine nasschemische Bearbeitung verwendet, wodurch jegliche Degradation des Silicids vermieden und die Möglichkeit für ein Auftreten von Haftreibung verringert wird.
Die 6A bis 6E zeigen eine vierte Variation des Prozessablaufs, um das silicidierte, schwebend gehaltene (abgelöste) Element zu bilden, das einen Teil einer NEMS-Einheit aufweist, wie beispielsweise den in 1 gezeigten Schalter 20. Der in 6 gezeigte Prozess beginnt mit der Struktur, die als ein Ergebnis der in 2 gezeigten Prozessschritte hergestellt wurde. Es ist jedoch anzumerken, dass in dieser Ausführungsform der Ätzprozess von 2D mit trockenem HF-Dampf betrieben wird, um so in einem geringen oder keinem Unterätzen des BOX 34 unterhalb der Si-Schicht 36a zu resultieren. In 6A wird die Schicht 42 aus Pt mittels Sputtern gebildet. Als ein Ergebnis findet die Abscheidung von Pt lediglich auf jenen Oberflächen statt, die dem Strom von gesputtertem Pt direkt ausgesetzt sind, wobei der abgegrenzte abgelöste Si-Anteil 38 als eine Maske wirkt, um eine Abscheidung von Pt auf der darunter liegenden Oberfläche des Si-Substrats 32 zu verhindern. In diesem Fall wird die Pt-Schicht 42 auf den Oberseiten der Schicht 36a, des abgelösten Anteils 38, auf jenem Anteil der Oberfläche des Si-Substrats 32, der durch die Aperturen 36 freigelegt ist, und außerdem auf den Seitenwänden 34a des BOX-Hohlraums gebildet. In 6B wird der Reaktionstemperprozess durchgeführt, um so die schwebend gehaltene NEMS-Struktur vollständig zu silicidieren, die dem abgegrenzten abgelösten Si-Anteil 38 mit der Pt-Schicht 42 entspricht. Das Reaktionstempern silicidiert außerdem vollständig die Si-Schicht 36a ebenso wie die darunter liegenden Anteile des Si-Substrats 32 mit der darauf abgeschiedenen Pt-Schicht 42. Das Reaktionstempern kann unter den Bedingungen durchgeführt werden: 500°C 30 Sekunden in N₂. Allgemeiner kann das Reaktionstempern bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C und der entsprechend eingestellten Zeit durchgeführt werden.
In 6C wird ohne Entfernen des Wafers aus der Kammer für das Reaktionstempern ein zweites Tempern bei 600°C während 60 Sekunden in O₂ oder bei 650°C während 30 Sekunden in O₂ durchgeführt. Dieses schnelle thermische Tempern in O₂ bildet selektiv eine dünne schützende Oxidschicht 60 aus SiO₂ lediglich auf dem PtSi und nicht auf dem nicht reagierten Pt, das auf den BOX-Seitenwänden 34a ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang kann auf Z. Zhang, S.-L. Zhang und M. Östling, Robust, Scalable Self-Aligned Platinum Silicide Prozess, Applied Physics Letters 88, 142114 (2006) Bezug genommen werden.
In 6D wird ein reaktiver Ionenätzprozess durchgeführt, um das (ungeschützte) Pt von den BOX-Seitenwänden 34a zu entfernen. Der RIE-Prozess beeinflusst das PtSi-Material unterhalb der schützenden SiO₂-Schicht 60 nicht. In 6E wird ein zweiter Prozess mit (trockenem) HF-Dampf verwendet, um die schützende SiO₂-Schicht 60 zu entfernen.
7 zeigt eine oben vergrößerte Ansicht einer NEMS-Einheit 70, die unter Verwendung der Prozesse der 2 bis 6 hergestellt werden kann. Die Einheit 70 ist so hergestellt, dass sie eine Source (S) 72, einen Drain (D) 74 sowie ein Gate (G) 76 beinhaltet. Angebracht an die Source 72 ist ein langgestrecktes, elektrisch leitfähiges, vollständig silicidiertes Element 78, das zu einer Biegung in der Lage ist und das als ein Schalterkontakt wirken kann.
Für den Fachmann können viele Modifikationen und Variationen offensichtlich werden, ohne von dem Umfang und dem Inhalt der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können andere Materialien, andere Metalle (z. B. andere als Pt, wie beispielsweise Ni, W, Er, Yb, Ti, Co), andere Dicken, andere Prozessschritte und andere Parameter verwendet werden, und somit können andere Silicide als PtSi gebildet werden. Des Weiteren sind die exemplarischen Ausführungsformen nicht auf die Herstellung von Schaltern in MEMS- oder in NEMS-Einheiten und -Strukturen beschränkt.
Wie für einen Fachmann ersichtlich ist, können Aspekte der vorliegenden Erfindung als ein System, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt zum Steuern der Bearbeitung des SOI-Wafers ausgeführt werden, wie vorstehend in den 2 bis 6 erörtert. So können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medium (Medien) ausgeführt ist, das (die) einen darauf ausgeführten computerlesbaren Programmcode aufweist (aufweisen). Es kann jegliche Kombination von einem oder mehreren computerlesbaren Medium (Medien) verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein computerlesbares Speichermedium kann zum Beispiel ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -Vorrichtung oder -Einheit oder irgendeine geeignete Kombination der Vorstehenden sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Spezifischere Beispiele (eine nicht erschöpfende Auflistung) für das computerlesbare Speichermedium beinhalten die folgenden: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen Lichtwellenleiter, einen tragbaren Kompaktdisk-Festwertspeicher (CD-ROM), eine optische Speichereinheit, eine magnetische Speichereinheit oder irgendeine geeignete Kombination des Vorstehenden. Im Kontext dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium irgendein reales Medium sein, das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem System, einer Vorrichtung oder einer Einheit zur Ausführung einer Anweisung enthalten oder speichern kann.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein/eine/eines”, ”ein/eine/eines” und ”der/die/das” auch die Pluralformen beinhalten, wenn der Kontext nicht klar etwas anderes anzeigt. Es versteht sich des Weiteren, dass die Ausdrücke ”aufweist” und/oder ”aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben jedoch nicht ausschließen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente sämtlicher Mittel oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jegliche Struktur, jegliches Material oder jegliche Handlung zum Durchführen der Funktion in Kombination mit weiteren beanspruchten Elementen beinhalten, wie spezifisch beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zu Zwecken der Darstellung und Beschreibung präsentiert, soll jedoch nicht erschöpfend oder beschränkend für die Erfindung in der offenbarten Form sein. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und die praktischen Anwendungen derselben am besten zu erläutern und um es anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, wie sie für die spezielle, ins Auge gefasste Verwendung geeignet sind.
Als solche können verschiedene Modifikationen und Adaptionen für den Fachmann in Anbetracht der vorstehenden Beschreibung offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen gelesen wird. Um nur einige Beispiele zu nennen, kann die Verwendung von anderen ähnlichen oder äquivalenten mathematischen Ausdrücken vom Fachmann verwendet werden. Sämtliche derartigen und ähnlichen Modifikationen der Lehren dieser Erfindung fallen jedoch weiterhin in den Umfang dieser Erfindung.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektro-mechanischen Einheit, das aufweist: Bereitstellen einer Silicium-Schicht, die über einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, die auf einem Silicium-Substrat aufgebracht ist; Ablösen eines Anteils der Silicium-Schicht von der isolierenden Schicht derart, dass er wenigstens teilweise schwebend über einem Hohlraum in der isolierenden Schicht gehalten ist; Abscheiden eines Metalls auf wenigstens einer Oberfläche von wenigstens dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht; und vollständiges Silicidieren von wenigstens dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht unter Verwendung des abgeschiedenen Metalls.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei anschließend an das Ablösen des Anteils der Silicium-Schicht kein nasschemischer Ätzprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Ablösen unter Verwendung eines HF-Dampfes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Abscheiden eines Metalls aus einem Abscheiden einer aus Kohlenstoff bestehenden Schicht derart, dass sie den Hohlraum füllt, einem Entfernen eines Anteils der aus Kohlenstoff bestehenden Schicht, um so eine Oberseite des abgelösten Anteils der Silicium-Schicht und umgebende Anteile der Silicium-Schicht freizulegen, einem Verwenden einer atomaren Schichtabscheidung, um die Schicht aus Metall auf der freigelegten Oberseite zu bilden, und einem Entfernen des Rests der aus Kohlenstoff bestehenden Schicht vor einem vollständigen Silicidieren besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Ablösens den Hohlraum derart bildet, dass eine darunter liegende Oberseite des Silicium-Substrats am Boden des Hohlraums freigelegt wird, und wobei das Abscheiden eines Metalls aus einem Anbringen selbstorganisierter Monoschichten an Seitenwänden des Hohlraums und einem Verwenden einer atomaren Schichtabscheidung besteht, um die Schicht aus Metall auf freigelegten Oberflächen des abgelösten Anteils der Silicium-Schicht, umgebenden Anteilen der Silicium-Schicht und auf der freigelegten Oberfläche des Silicium-Substrats, jedoch nicht auf den Seitenwänden des Hohlraums zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Ablösens den Hohlraum derart bildet, dass eine darunter liegende Oberseite des Silicium-Substrats am Boden des Hohlraums freigelegt wird, und wobei das Abscheiden eines Metalls aus einem Verdampfen des Metalls besteht, um die Schicht aus Metall auf freigelegten Oberflächen des abgelösten Anteils der Silicium-Schicht, umgebenden Anteilen der Silicium-Schicht, auf der freigelegten Oberfläche des Silicium-Substrats, die nicht unter dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht liegt, jedoch nicht auf den Seitenwänden des Hohlraums zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Ablösens den Hohlraum derart bildet, dass eine darunter liegende Oberseite des Silicium-Substrats am Boden des Hohlraums freigelegt wird, und wobei das Abscheiden des Metalls aus einem Sputtern des Metalls besteht, um die Schicht aus Metall auf freigelegten Oberflächen des abgelösten Anteils der Silicium-Schicht, umgebenden Anteilen der Silicium-Schicht, auf der freigelegten Oberfläche des Silicium-Substrats, die nicht unter dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht liegt, sowie auf Seitenwänden des Hohlraums zu bilden, wobei das gesputterte Metall auf dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht, den umgebenden Anteilen der Silicium-Schicht und auf der freigelegten Oberfläche des Silicium-Substrats, die nicht unter dem abgelösten Anteil der Silicium-Schicht liegt, vollständig zu Siliciden silicidiert wird, und das des Weiteren ein Bilden einer schützenden Oxidschicht selektiv lediglich auf vollständig silicidierten Oberflächen, ein Entfernen des gesputterten Metalls von den Seitenwänden des Hohlraums sowie ein Entfernen der schützenden Oxidschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metall aus einem von Pt, Ni, W, Er, Yb, Ti, Co besteht und wobei der vollständig silicidierte abgelöste Anteil der Silicium-Schicht aus PtSi oder NiSi oder WSi oder ErSi oder YbSi oder TiSi oder CoSi zusammengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das vollständige Silicidieren einen thermischen Prozess verwendet, der in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der thermische Prozess aus einem Erwärmen in einer Stickstoffatmosphäre gefolgt von einem Erwärmen in einer Sauerstoffatmosphäre besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das vollständige Silicidieren einen thermischen Prozess verwendet, der ein Erwärmen in einer Stickstoffatmosphäre aufweist, und wobei das Bilden der schützenden Oxidschicht selektiv lediglich auf vollständig silicidierten Oberflächen ein Erwärmen in einer Sauerstoffatmosphäre aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die aus Kohlenstoff bestehende Schicht unter Verwendung eines Plasmas entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der abgelöste Anteil der Silicium-Schicht einen Teil eines bewegbaren, einen Strom leitenden Anteils eines MEMS- oder NEMS-Schalters bildet.
Schalter, der einen bewegbaren Anteil aufweist, der einen Kontakt aufweist, der so konfiguriert ist, dass er, wenn der Schalter betätigt wird, eine elektrische Verbindung zwischen zwei stationären Punkten herstellt, wobei wenigstens der Kontakt aus einem vollständig silicidierten Material besteht.
Schalter nach Anspruch 14, wobei das vollständig silicidierte Material aus PtSi oder NiSi oder WSi oder ErSi oder YbSi oder TiSi oder CoSi besteht.
Schalter nach einem der Ansprüche 14 oder 15, der aus einem MEMS- oder einem NEMS-Schalter besteht.
Verfahren zum Herstellen einer elektro-mechanischen Einheit, das aufweist: Bereitstellen einer Silicium-Schicht, die über einer isolierenden Schicht aufgebracht wird, die auf einem Substrat aufgebracht ist; Ablösen eines Anteils der Silicium-Schicht von der isolierenden Schicht, um ein Silicium-Element zu bilden, das wenigstens teilweise schwebend über einem in der isolierenden Schicht ausgebildeten Hohlraum gehalten ist; Abscheiden eines Metalls auf wenigstens einer Oberfläche von wenigstens dem Silicium-Element; Anwenden eines thermischen Prozesses auf das Silicium-Element mit dem darauf abgeschiedenen Metall, um ein vollständig silicidiertes Element zu bilden; wobei nach dem Bilden des vollständig silicidierten Elements kein nasschemischer Prozess verwendet wird, um die Einheit weiter zu bearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ablösen unter Verwendung eines HF-Dampfes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei das Anwenden des thermischen Prozesses in einem Bereich von etwa 300°C bis etwa 750°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Anwenden des thermischen Prozesses aus einem Erwärmen in einer Stickstoffatmosphäre gefolgt von einem Erwärmen in einer Sauerstoffatmosphäre besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei das Metall aus einem von Pt, Ni, W, Er, Yb, Ti, Co besteht und wobei das vollständig silicidierte Element aus PtSi oder NiSi oder WSi oder ErSi oder YbSi oder TiSi oder CoSi zusammengesetzt ist.