DE19718618C2 - Komposit-Struktur mit einem mehrere mikroelektronische Bauteile und eine Diamantschicht aufweisenden Wachstums-Substrat sowie Verfahren zur Herstellung der Komposit-Struktur - Google Patents

Komposit-Struktur mit einem mehrere mikroelektronische Bauteile und eine Diamantschicht aufweisenden Wachstums-Substrat sowie Verfahren zur Herstellung der Komposit-Struktur

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Description

Die Erfindung betrifft Komposit-Struktur mit einem mehrere mi­ kroelektronische Bauteile und eine Diamantschicht aufweisenden Wachstums-Substrat sowie ein Verfahren zur Herstellung der Kom­ posit-Struktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6, wie beides aus der gattungs­ bildend zugrundegelegten US 5087959 A als bekannt hervor­ geht.
Aus der zugrundegelegten US 5087959 A ist eine Komposit- Struktur bekannt, die ein Wachstums-Substrat und mikroelektro­ nische Bauteile aufweist. Teile der Oberfläche des Wachstums- Substrats und Teile der Oberflächen der Bauteile sind mit ei­ ner als Schutz- und Passivierungsschicht wirkenden Diamantschicht versehen. Wie die genannten Teile der Diamantschicht angeordnet sind, ist hieraus jedoch nicht be­ kannt. Bei der industrielle Herstellung werden aus Kostengrün­ den zumeist mehrere Bauteile auf dem Wachstumssubstrat ange­ ordnet. Nach der Abscheidung der Diamantschicht werden die Bauteile anschließend voneinander insbesondere durch Sägen getrennt, womit eine hohe Ausschußrate verbunden ist. Dies ist u. a. ein Grund dafür, daß diese Bautei­ le immer noch sehr teuer sind. Des weiteren ist die Haltbarkeit der Diamantschicht auf den Bauteilen aufgrund sich aufbauender und/oder bestehender Spannungen zwischen den unterschiedlichen Materialien z. T. sehr gering.
Aus der EP 589 678 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung ein mi­ kroelektronisches Bauteil bekannt, das auf einem Wachstums- Substrat abgeschieden ist und eine Schutzschicht aus Diamant aufweist. Die Schichtdicke der Diamantschicht ist seitlich des Bauteils gering.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrundegelegte Komposit- Struktur dahingehen zu verbessern, daß der Ausschuß für mi­ kroelektronische Bauteile, die mit einer Diamantschicht bedeckt und unter Zuhilfenahme einer Komposit-Struktur hergestellt sind, bei möglichst guter Qualität der Bauteile gesenkt wird und daß die Spannungen zwischen der Diamantschicht und den Bau­ teilen verringert ist.
Die Aufgabe wird bei einer zugrundegelegte Komposit-Struktur erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 bzw. bzgl. des Verfahrens mit den kennzeichnenden Verfahrensschritten des Anspruchs 6 gelöst. Durch die Freihal­ tung der Räume zwischen den Bauteilen von der Diamantschicht können die Bauteile bspw. durch Zersägen der Komposit-Struktur voneinander vereinzelt werden, wobei bei den meisten Bauteilen die aufgebrachte Diamantschicht nach dem Sägen immer noch ver­ wendbar ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprü­ chen entnehmbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren erläutert. Da­ bei zeigt
Fig. 1 ein mehrere Bauteile aufweisendes Wachstums-Substrat mit darauf abgeschiedener und als vereinzelte Diamant­ inseln ausgebildeter Diamantschicht,
Fig. 2 ein Ausschnitt eines Schnittes durch ein Bauteil mit darauf angeordneter und aus Diamantbezirken gebildeter Diamantschicht,
Fig. 3 eine Prinzipskize einer CVD-Anlage zur Abscheidung von Diamant auf Substraten,
Fig. 4 eine Detailzeichnung eines Substrathalters,
Fig. 5 eine Detailzeichnung einer Düse für das CVD-Verfahren mittels Arcjet und
Fig. 6 eine Detailzeichnung einer Abdeckung.
In Fig. 1 ist eine Komposit-Struktur 32 dargestellt, die meh­ rere mikroelektronische Bauteile 33 aufweist. Die Bauteile 33 sind unmittelbar auf einem Wachstums-Substrat 35 angeordnet. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Bauteile 33 unter einer funktionellen Verwendung des Materials des Wachs­ tums-Substrats 35 hergestellt. Die funktionelle Verwendung ist dahingehend zu verstehen, daß im Bereich eines Bauteiles 33 das Wachstums-Substrat 35 bspw. eine vergrabene Funktionsschicht 38, wie insbesondere n- oder p-dotierte oder intrinsische Halb­ leiterschichten, aufweist.
Das Wachstums-Substrat 35 und direkt auf ihm angeordneten Funktionsschichten 36, 37 und 38 des Bauteiles 33 bilden ein Substrat 2, das auf seiner außenliegenden Substratoberfläche 6 mittels eines CVD-Arcjet-Verfahrens mit einer Dia­ mantschicht 34 versehen wird.
Die Diamantschicht 34 ist durch einzelne räumlich voneinander getrennte Diamantinseln gebildet, die ausschließlich im Bereich der Bauteile 33 in polykristalliner Form abgeschieden sind. Um eine gute Haftung auf der Oberfläche der Bauteile 33 zu errei­ chen, sind die Diamantinseln ihrerseits in einzelne Diamantbe­ zirke unterteilt, die gleichfalls voneinander getrennt sind. Durch diese Maßnahmen ist u. a. die Spannung zwischen der Dia­ mantschicht 34 und der Oberfläche des darunter angeordneten Bauteils 33 zumindest vermindert.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt eines quer zur Flachseite des aus weitgehend monokristallinem Silizium gefertig­ ten Wachstums-Substrats 35 geführten Schnittes eines mikroelektronischen Bauteils 33 dargestellt. Das Bauteil 33 weist die im Wachstums-Substrat 35 vergrabene Funktions­ schichten 38 auf. Bei den vergrabenen Funktionsschichten 38 kann es sich, um n- oder p-dotierte Halbleiterschichten oder um intrinsisch leitende Halbleiterschichten handeln, wobei die Dotierung auf übliche Weise, insbesondere durch Diffusion und/oder Ionenimplantation, vorgenommen wird.
Auf den vergrabenen Funktionsschichten 38 sind elektrisch iso­ lierende Isolationsschichten 37 angeordnet, die bspw. aus SiO2 oder undotiertem Diamant bestehen und die zweckmäßigerweise aus einer Gas- und/oder Flüssigkeitsphase epitaktisch abgeschieden sind.
In der Ebene der Flachseite des Wachstums-Substrats 35 sind zwischen der Isolationsschicht 37 bzw. den vergrabenen Funkti­ onsschichten 38 Leiterbahnen 39 angeordnet, die aus Aluminium bestehen.
Oberhalb einer Isolationsschicht 37 ist eine weitere Funktions­ schicht 36 angeordnet, die günstigerweise in einem allgemein bekannten Epitaxieprozeß aus einer Gasphase und/oder einer übersättigten Flüssigkeit abgeschieden wird.
Über den abgeschiedenen Funktionsschichten 36 und auch zumin­ dest teilweise oberhalb von Leiterbahnen 39 sind einzelnen Dia­ mantbezirke der Diamantschicht 34 angeordnet. Die Diamantbezir­ ke der Diamantschicht 34 sind räumliche voneinander getrennt, so daß auch nach der Abscheidung der Diamantschicht 34 die Substratoberfläche 6 des Substrats 2 bereichsweise noch frei­ liegt.
Insbesondere werden derartige freiliegende Bereiche der Substratoberfläche 6 an Kontaktstellen 40 vorgesehen, an denen das Bauteil 33 elektrisch kontaktiert wird.
In Fig. 3 ist eine Prinzipskize einer Vorrichtung zur Be­ schichtung eines Substrats 2 mit der Diamantschicht 34 darge­ stellt. Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Supersonic- DC-Arcjet-Anlage. Die CVD-Anlage weist einen Leistungsbereich zwischen 1 und 5 kW auf.
Der zylindrische Reaktor 10 (Rezipient) besteht aus nichtro­ stendem Stahl in doppelwandiger Ausführung, wodurch eine Küh­ lung mittels Wasser ermöglicht ist, die über einen Wasseran­ schluß 13 mit dem Reaktor verbunden ist.
Zur Evakuierung des Reaktorinnerns 14 weist die Vorrichtung ein mit einer Druckregelung 31 versehenes Pumpensystem 15 mit drei Einzelpumpen auf. Der erreichbare Druck liegt bei ca. 10-3 mbar. Als Pumpen sind eine Drehschieberpumpe und zwei Wälzkol­ benpumpen vorgesehen.
Des weiteren weist die Vorrichtung ein Gasversorgungssystem 16 auf, mit dem die für ein Plasma benötigten Gase (Argon und Was­ serstoff) sowie die für das Diamantwachstum benötigten Prozeß­ gase, insbesondere Sauerstoff und Methan, in das Reaktorinnere 14 gezielt eingeleitet werden können.
Zur Temperaturbestimmung des Substrats 2 oberhalb 400°C kann es sinnvoll sein, wenn die Vorrichtung ein Wärmepyrometer auf­ weist.
Innerhalb des Reaktors 10 ist ein Substrathalter 1 angeordnet, der zur flächigen und gut wärme­ leitenden Aufnahme des vorbehandelten und bereits bekeimten Substrats 2 vorgesehen ist. Die gegenständliche Ausbildung des Substrathalters 1 ist in Fig. 4 dargestellt.
Der Substrathalter 1 weist u. a. einen massiven, rotationssymme­ trischen und im Querschnitt T-förmig ausgebildeten Block 17 aus Cu auf. In der Mitte des Blocks ist ein Thermoelement 12, das aus Chrom/Aluminium (Cr/Al) gefertigt ist, zur Temperaturmessung des Substrats 2 hindurchgeführt. Die freie Fläche des größeren Querschnitts des Blocks 17 - im folgenden Substratseite 3 genannt - ist dem Substrat 2 zugewandt. Um sei­ nen dünneren Querschnitt ist in engem und gut wärmeleitenden Kontakt ein Kühlkörper 18 aus Cu angeordnet. Der Kühlkörper 18 weist in seinem Inneren fluidisch durchströmbare Kanäle 19 für eine Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser auf, die mit einem Kühlsystem 132 verbunden sind.
Aufgrund des gut wärmeleitenden Kupfers und des innenseitigen Kühlmittelflusses kann mit einem derartigen Substrathalter 1 ein darauf angeordnetes und mit einer gut wärme­ leitenden Schicht aus Leitsilber versehenes Substrat 2 während einer Beschichtung mit Diamant auf Temperaturen gerin­ ger als 450°C temperiert werden. Allerdings kann mit einer derar­ tigen Kühlung das Substrat 2, bei einer maximalen Temperatur des Wassers von ca. 368 K, nur etwa zwischen 400°C und 500°C temperiert werden. Des weiteren ist die mögliche Temperaturre­ gelung auch auf einen Bereich von ca. 85°C begrenzt.
Anstelle des Leitsilbers kann zwischen dem Substrat 2 und der Substratseite auch ein schmaler Spalt angeordnet sein, durch den ein Gas hindurchgeströmt wird, wobei die Temperierung dann durch Konvektion erfolgt. Da dieser Spalt zumeist unterhalb 1 mm beträgt, ist dieser Fall im Sinne dieser Anmeldung ebenfalls als direkte Wärmeleitung zu verstehen.
Dies ist für eine Beschichtung bei tieferen Temperaturen, wie sie insbesondere im vorliegenden Fall der Diamantbeschichtung von zumindest weitgehend fertigen mikroelektronischen Bauteilen 33 und hierbei insbesondere von mit Leiterbahnen 39 aus Alumi­ nium versehenen mikroelektronischen Bauteilen 33 notwendig sind, zumindest zum Teil unbefriedigend.
Um diesen Umstand zu verbessern, weist der Substrathalter 1 auf seiner Substratseite 3 eine innenseitig (Strömungskanäle 11) mit einem Temperier-Gasstrom durchflossene Klimascheibe 4 auf, auf der das Substrat 2 angeordnet ist. Zwischen der Klimaschei­ be 4 und der Substratseite 3 kann ggf. eine Wärmeisolierschicht 20 angeordnet sein.
Da die Klimascheibe 4 nur mit Stegen 21 zumindest mittelbar an der Substratseite 3 anliegt, wird die Wärme zwischen der Klima­ scheibe 4 und der Substratseite 3 des Blocks 17 nur bereichs­ weise direkt kontaktgeleitet. Zwischen dem Block 17 und dem Kühlkörper 18 erfolgt der Wärmeübertrag vollflächig.
Ferner ist auch eine stegförmige Ausbildung der Klimascheibe 4 möglich, wobei durch die sich zwischen der Substratseite 3 und der Klimascheibe 4 bildenden Kanäle 22 das Temperier-Gas, ins­ besondere Luft, hindurchgeleitet wird.
Allen Möglichkeiten und auch deren Kombinationen ist gemeinsam, daß die gesamte Ableitung von Wärme in den Substrathalter 1 gegenüber einem Wärmeabfluß bei vollflächiger Anlage geringer ist. Dies ist daher von Vorteil, da in ungünstigen Fällen die Kühlwirkung zu groß werden kann, wodurch die Substrattemperatur dann zu gering wird.
Obwohl die spez. Wärmekapazität des Temperier-Gases in etwa nur 25% von der spez. Wärmekapazität von Wasser beträgt, kann ein auf der Klimascheibe 4 und damit auf der Halteroberfläche 5 des Substrathalters 1 zumindest mittelbar angeordnetes Substrat 2 auf Temperaturen unterhalb von 400°C und sogar unterhalb 300­ °C temperiert werden.
Hierdurch werden die mikroelektronische Bauteile 33 bei der Diamantbeschichtung allenfalls geringfügig, insbesondere ver­ nachlässigbar, belastet. Durch die geringere Temperatur bei der Beschichtung von mikroelektronischen Bauteilen 33 mit Diamant ist die Ausschußrate nennenswert gesenkt. Des weiteren ist auch das Temperaturintervall, innerhalb dem das Substrat 2 tempe­ riert werden kann, vergrößert.
Dem Substrat 2 gegenüberliegend ist eine Düse 23 angeordnet, die zur Erzeugung eines das Substrat 2 mit Diamant beschichten­ den Gasstrahles geeignet ist. Derartige Düsen 23 wurden ur­ sprünglich für die Raumfahrt entwickelt, wobei bei diesem Ver­ wendungsfall die Dissoziation des Trägergases aus Wasserstoff einen hohen Verlust darstellt. Demgegenüber ist der Dissoziati­ onsgrad des Trägergases, das bei der Epitaxie von Diamant aus der Gasphase als Prozess- oder Precursorgas bezeichnet wird, von Bedeutung.
Der Aufbau der Düse 23 ist in Fig. 5 dargestellt. Die Düse 23 weist eine axial und zentrisch innenliegende sowie axial beweg­ liche Kathode 9 auf, die einen Schmelzpunkt von 3410°C auf­ weist und aus einer Wolframlegierung mit 2% Thorium besteht. Die Kathode 9 ist in der Form einer Düsennadel ausgebildet und fungiert gleichzeitig als Verschlußnadel der Düsenöffnung 24.
Im Bereich etwa der Mitte der Kathode 9 ist eine Gaseinlaßöff­ nung 25 für ein oder ggf. mehrere später ein Plasma bildendes Gas, insbesondere Wasserstoff, angeordnet. Am auslaßseitigen Be­ reich der Düse 23 ist eine Anode 8 angeordnet. Die eigentliche Düsenöffnung 24 wird durch einen Einsatz, den sogenannten Kon­ striktor 26 gebildet, der zur Anode 8 gehört. Im Bereich des Konstriktors 26 wird der für die Plasmabildung benötigte elek­ trische Entladungsbogen stabilisiert.
Im Bereich der Nadelspitze der Kathode 9, also am Verschluß der Düsenöffnung 24, ist eine konzentrisch zur Kathode 9 angeordne­ te erste Injektorscheibe 27 als Gaseinlaß für ein oder mehrere Gase des Plasmas angeordnet, während außerhalb der Düsenöffnung 24 eine zweite Injektorscheibe 28 für die Prozeßgase (CH4 und O2) ange­ ordnet ist.
Die Anode 8 der Düse ist domartig ausgebildet und im Bereich der Düsenöffnung konzentrisch um die Kathode 9 herum angeord­ net. Die Anode 8 absorbiert den Elektrodenstrom und ist starken thermischen Belastungen ausgesetzt. Um die Belastungen zu redu­ zieren, ist die Kontaktfläche der Anode 8 stark vergrößert, wo­ durch sich der Druckgradient im Expansionsbereich erhöht. Durch den hohen Druckgradienten vergrößert sich die freie Weglänge, und der Kontaktbereich der Anode 8 verschmiert.
Zwischen dem Eintritt und dem Austritt der Düse 24 fällt der Druck von ca. 1 bar auf ca. 0,3 mbar, also zwischen 3 und 4 De­ kaden ab. Das gebildete Plasmagas wird stark entspannt, wodurch das ursprünglich ca. 20000 bis 30000°K heiße Plasma auf ca. 5000°K abgekühlt wird. Der statische Druck am Düsenaustritt ist größer als der Druck im Reaktor. Die Strahlgeschwindigkeit erreicht infolge der starken Expansion des Plasmas etwa ein- bis dreifache Schallgeschwindigkeit.
Im nachfolgenden wird kurz auf die Funktionsweise der Düse 23 - also des Arcjets - eingegangen. In der Düse 23 wird zwischen der Kathode 9 und der Anode 8 ein elektrisches Feld aufgebaut. Die aus der Kathode 9 kommenden Elektronen werden stark be­ schleunigt. Ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen wird über Stoßprozesse an das später das Plasma bildende Gas - im folgenden nur noch Wasserstoff genannt - abgegeben, wodurch es zur Ionisation und zur Dissoziation des Wasserstoffs kommt.
In der Mitte der nadelförmigen Kathode 9 wird der Wasserstoff tangential zur Kathode 9 eingeleitet, wodurch der Wasserstoff mit einem Drall versehen wird. Aufgrund der konvergierenden Geometrie des Gasraumes zwischen der Anode 8 und dem sie umge­ benden Gehäuse wird der Wasserstoff beschleunigt und kommt kurz vor dem Konstriktor 26 in Kontakt zwischen dem von der Katho­ denspitze ausgehenden Entladungsbogen. Der relativ hohe Druck im Bereich des Konstriktors 26 führt zu einer hohen Stoßrate und damit zu einem guten thermischen Kontakt zwischen den Elek­ troden des Entladungsbogen und des Wasserstoffs und zur Bildung des Plasmas. Nach der Düse 23 weitet sich der Plasmastrahl auf, so daß seine Energiedichte abnimmt.
In das schnell strömende Plasma wird von der zweiten, also ausströmseitigen Injektorscheibe 28 das Prozeß- bzw. Precursor­ gas eingeleitet, dessen Energie im Plasma erhöht und von dem Gasstrom in Richtung des Substrats 2 geleitet, wo es sich als Diamant abscheidet.
Zwischen der Düse 23 und der zu beschichtenden Substratoberflä­ che 6 ist eine Abdeckung 7 angeordnet, die in Fig. 6 genauer dargestellt ist. Die plattenartige Abdeckung 7 weist in etwa eine Dreiecksform auf. Die Abdeckung 7 ist um einen parallel zur Flächennormalen des Substrats 2 ausgerichtete Schwenkachse 29 schwenkbar gehaltert. An einem Randbereich weist die Abdec­ kung 7 eine kreisförmigen Beschichtungsöffnung 30 auf, welche an die Form des Substrats angepaßt ist. Am anderen Bereich, der den gleichen Abstand von der Schwenkachse wie die Beschichtungsöffnung auf. Bis auf die Beschichtungsöffnung 30 ist die Abdeckung geschlossen ausgebildet, wobei der Durchmes­ ser der Beschichtungsöffnung 30 ungefähr dem Durchmesser des Substrats 2 entspricht, insbesondere etwas grö­ ßer ist.
Mit der Abdeckung 7 wird die bekeimte Substratoberfläche 6 des Substrats 2 vor dem Zünden des Plasmas abgedeckt und erst nach Stabilisierung des Plasmas und/oder des beschichtend wirkenden Gasstroms aus Precursor-Material wieder entfernt. Die Zeit des Abdeckens beträgt nach der Zündung des Plasmas zwischen 5 und 30 min. bevorzugt zwischen 10 und 20 min. besonders bevorzugt etwa 15 min. Sinnvollerweise wird die Abdeckung 7 zumindest während des Abdeckens des Substrats 2 gekühlt. Die Kühlung er­ folgt zweckmäßigerweise mittels eines flüssigen Kühlmittels, vorzugsweise Wasser, daß durch Kanäle, die in der Abdeckung an­ geordnet sind, hindurchströmt.
Desweiteren ist es von Vorteil, vor dem Zünden des Plasmas zu­ erst ein Inert-Gas, vorzugsweise ein Edelgas, besonders bevor­ zugt Argon (Ar), gasförmig zwischen eine Anode und eine Kathode gasförmig einzuströmen, das Argon zu zünden und daraus ein Ar- Plasma zu erzeugen. In das Ar-Plasma wird während einer Über­ leitphase Wasserstoff eingeleitet, gezündet und als Plasma- Material verwendet, wobei nach der Überleitphase das Argon ab­ gestellt wird.
Bei dieser Vorgehensweise wird das als Precursor-Material ver­ wendete Prozeßgas frühestens mit dem H2, insbesondere frühe­ stens nach der Überleitphase in das Plasma eingeströmt, wobei es insbesondere bei tieferen Temperaturen sinnvoll ist, zusam­ men mit dem als Precursor-Material verwendeten Prozeß-Gas Sau­ erstoff (O2) einzuströmen.
Nachfolgend wird auf das Verfahren zur Herstellung einer Komposit-Struktur eingegangen. Zuerst werden das ge­ reinigte und in üblicher Weise vorbehandelte Wachstums-Substrat 35 in den Reaktor 10 eingebaut und der Reaktor 10 evakuiert. Nach dem Evakuieren werden unter Zuhilfenahme des Wachstums- Substrats 35 mittels eines epitaktischen Verfahrens in bekann­ ter Weise mehrere mikroelektronische Bauteile hinsichtlich ih­ rer Schichtstruktur hergestellt. Wie schon zuvor erwähnt, bilden das Wachstums-Substrat 35 und die direkt auf ihm angeordneten Funktionsschichten 36, 37 und 38 des Bauteiles 33 das Substrat 2, das auf seiner außenliegenden Substratoberfläche 6 mit der Diamantschicht 34 zu versehen ist.
Nach der Herstellung des Substrats 2 wird auf die Substratoberfläche 6 mittels eines lithographischen Verfahrens bereichsweise eine Immunisie­ rungsschicht aufgetragen, bspw. ein Fotolack mit der Schichtdicke 1 bis 5 µm, der bei ca. 80°C ausge­ backen wird. Im Bereich der Immunisierungsschicht ist die Be­ keimung der Substratoberfläche 6 verhindert oder zumindest er­ schwert. Eine Erschwerung ist hierbei derart zu verstehen, daß nach der Bekeimung die in diesen Bereichen vorliegende Keim­ dichte zu gering für die Ausbildung einer geschlossenen Diaman­ tabscheidung ist.
Nach dem Aufbringen der Immunisierungsschicht erfolgt die Be­ keimung der verbleibenden freien Substratoberfläche 6. Die Substratoberfläche wird vorzugsweise mechanisch und/oder durch Zuhilfenahme von Ultraschall bekeimt.
Bei der Ultraschall-Bekeimung wird das Substrat in einen Tank mit einer Diamant-Wasser-Suspension eingelegt und mit Ultra­ schall bestrahlt. Hierbei wird die Substratoberfläche 6 bevor­ zugt im Bereich außerhalb der Immunisierungsschicht mit den Wachstumskeimen versehen.
Bei der mechanischen Bekeimung wird auf die Substratoberfläche 6 ein Schlamm aus Isopropanol und Diamantpulver aufgebracht und die Körner des Diamantpulvers in die Substratoberfläche 6 eingerieben bzw. einpoliert. Auch hierbei wird die Substrat­ oberfläche 6 bevorzugt außerhalb der Immunisierungsschicht mit den Wachstumskeimen versehen.
Nach der Bekeimung wird die Immunisierungsschicht entfernt und die Diamantschicht 34 - wie zuvor schon beschrieben - abge­ schieden. Insbesondere kann die Immunisierungsschicht bei oder schon vor der Abscheidung der Diamantschicht 34 bspw. durch Auflösen in Aceton, Einäschern im Sauerstoffplasma, durch Plas­ maätzen oder rein thermisch entfernt werden.
Anstelle der genannten Vorgehensweise bei der Bekeimung sind auch andere Arten der selektiven Bekeimung möglich. So ist es insbesondere günstig, an den Orten, an denen später die Dia­ mantschicht angeordnet sein soll, einen Fotolack aufzutragen, der mit Wachstumskeimen für die Diamantschicht vermischt ist. Hier erfolgt also keine Unterdrückung einer Bekeimung, sondern wird durch den Fotolack vorgegeben.
In der nachfolgenden Tabelle werden die Versuchsparameter bei verschiedenen Substratmaterialien und deren Ergebnisse darge­ stellt. Alle Substrate wurden vergleichbar vorbehandelt, insbe­ sondere gereinigt und entsprechend dem später dargestellten Verfahren bekeimt; die Keimdichte und die Größe der Wachstums­ keime war vergleichbar. Für die Tabelle werden folgende Be­ zeichnungen verwendet:
Nr.: Nummer der Probe,
Sub.: Material des Substrats, wobei das mikroelektronische Bauteil ein MOSFET in SI/SiO2-Technik war, der vor und nach der Beschichtung noch vollkommen funktions­ tüchtig war,
CH4/H2: Verhältnis von Methan zu Wasserstoff in Prozent [%],
O2/CH4: Verhältnis von Sauerstoff zu Methan in Prozent [%],
H2-Fluß: Gasfluß von Wasserstoff in [slm],
ID: Stromfluß in der Düse zwischen der Anode und der Kathode in Ampere [A],
TS: Substrattemperatur bei der Diamantabscheidung in [°C],
PD: mittlere Leistung am Arcjet in [kW],
tw: Prozeßdauer in [min],
ds: mittlere Schichtdicke der Diamantschicht in [µm]
vs: Wachstumsgeschwindigkeit bzw. -rate in [µm/h] und
Haftung: Haftung der Diamantschicht auf dem jeweiligen Substrat.
Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, konnten auf allen Substra­ ten hohe Wachstumsgeschwindigkeiten bzw. -raten erzielt werden, die gegenüber den bei diesen Temperaturen bekannten Wachstums­ geschwindigkeiten bzw. -raten um etwa eine Dekade höher sind.
Alle aufgeführten Proben wiesen eine gute Haftung der Diamant­ schicht mit dem Substrat auf. Dabei wurde die Haftung mit dem sogenannten Scotch-Tape-Test (ST-Test) ermittelt. Bei diesem Test wir die Diamantschicht mit einem Klebestreifen (Markenname Tesa-Film) überklebt. Löst sich beim Abziehen des Klebestrei­ fens die Diamantschicht nicht vom Substrat, so wird die Haftung als ausreichend betrachtet.

Claims (17)

1. Komposit-Struktur mit einem Wachstums-Substrat, mit mehreren mikroelektronischen Bauteilen und mit einer die Bauteile bedec­ kenden und auf der von dem Wachstums-Substrat abgewandten Oberfläche der Bauteile - im folgenden Substratoberfläche ge­ nannt - angeordneten Diamantschicht, wobei die Diamantschicht Unterbrechungen aufweist und wobei die Bauteile unmittelbar auf dem Wachstums-Substrat angeordnet und/oder unter einer funktionellen Verwendung des Materials des Wachstums-Substrat hergestellt sind, die dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) aus mehreren räumlich voneinander getrennten Diamantinseln gebildet ist, daß einem jeden Bauteil (33) eine Diamantinsel zugeordnet ist und eine Diamantinsel räumlich voneinander getrennte Diamantbezirke aufweist.
2. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) außerhalb von Kontaktstellen (40) der Bauteile (33) Kanten aufweist und daß ein Bauteil (33) im Bereich seiner Kontaktstellen (40) frei von Diamant ist oder Diamant nur in einer vernachlässigbaren Menge aufweist.
3. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) aus polykristallinem Diamant be­ steht.
4. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) zumindest bereichsweise über den Rand eines Bauteils (33) hinausragt.
5. Komposit-Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) im Randbereich und/oder oberhalb eines einzelnen Bauteiles (33) Kanten aufweist, an denen sich die Schichtdicke um mindestens 10% der Schichtdicke der Dia­ mantschicht (34), bevorzugt um mindestens 50% und besonders be­ vorzugt um mindestens 90% der Schichtdicke der Diamantschicht (34) sprungartig verändert.
6. Verfahren zur Herstellung einer Komposit-Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstums-Substrat vorbehandelt und in einen Reaktor eingebaut wird, daß auf dem Wachstums-Substrat zuerst die Bau­ teile direkt und/oder unter Verwendung des Materials des Wachs­ tums-Substrats in an sich bekannter Weise abgeschieden werden - das mit den Bauteilen versehene Wachstums-Substrat wird im fol­ genden vereinfachen als Substrat bezeichnet -, daß die abge­ schiedenen Bauteile mit Wachstumskeimen für die Diamant­ schicht versehen werden und daß die Diamantschicht nach der Be­ keimung auf der Substratoberfläche der Bauteile abgeschieden wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bekeimen auf die Substratoberfläche (6) ein insbesonde­ re aufgeschlämmtes Diamantpulver mit vorzugsweise einem Korn­ durchmesser bis zu 200 µm aufgebracht wird und daß die Körner des Diamantpulvers mechanisch in die Substratoberfläche (6) eingerieben oder einpoliert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bekeimen auf die Substratoberfläche (6) eine mit Kör­ nern aus Diamant versehene Flüssigkeit aufgebracht wird und daß diese Flüssigkeit mit Ultraschall beschallt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bekeimung auf die Substratoberfläche (6) im Bereich der Dünnstellen eine Immunisierungsschicht aufgetragen wird, welche eine Nukleation für Diamant zumindest erschwert, vor­ zugsweise verhindert, daß nach der bereichsweisen Immunisierung die Substratoberfläche (6) im Bereich außerhalb der Immunisie­ rungsschicht mit Wachstumskeimen für die spätere Diamantschicht (34) versehen wird und daß die Immunisierungsschicht vor und/oder während der Abscheidung der Diamantschicht (34) ent­ fernt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) mit einem Arcjet-Verfahren aufge­ bracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantschicht (34) mittels eines Plasma-CVD- Verfahrens, insbesondere eines Arcjet-Verfahrens, bei Tempera­ turen unterhalb 450°C, bevorzugt unterhalb 350°C und besonders bevorzugt unterhalb 300°C abgeschieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von Diamant mittels eines Arcjet-Verfahrens vorgenommen wird, daß zur Erzeugung eines Plasmas ein Gas, vor­ zugsweise ein Edelgas, und besonders bevorzugt Argon (Ar) ein­ geleitet, anschließend elektrisch gezündet und daraus ein Plas­ ma erzeugt wird, daß in das Inert-Gas-Plasma während einer Überlapphase das H2 eingeleitet, gezündet und als Plasma- Material verwendet wird und daß nach der Überleitphase das Inert-Gas abgestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Reaktor zumindest zusammen mit dem als Precursor- Material verwendeten Gas Sauerstoff (O2) eingeleitet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zünden des Plasmas die bekeimte Substratoberfläche (6) vor dem Plasma und/oder vor einem das Substrat (2) mit Dia­ mant beschichtend wirkenden Gasstrom aus Precursor-Material zu­ mindest mittelbar abgedeckt wird und nach Stabilisierung des Plasmas und/oder des beschichtend wirkenden Gasstroms aus Precursor-Material der Abdeckung entfernt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zündung des Plasmas die Abdeckung zwischen 5 und 30 min. bevorzugt zwischen 10 und 20 min. besonders bevorzugt etwa 15 min aufrecht erhalten wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung zumindest während des Abdeckens des Substrats gekühlt, insbesondere von einem flüssigen Kühlmittel durchflos­ sen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat während des Abscheidens der Diamantschicht (34) auf eine Temperatur geringer 450°C, bevorzugt geringer 350°C und besonders bevorzugt geringer 300°C temperiert wird.
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