DE19743496C2 - Insulator layer for a microelectronic component having an active diamond layer - Google Patents
Insulator layer for a microelectronic component having an active diamond layerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Isolatorschicht für ein eine aktive Dia mantschicht aufweisendes mikroelektronisches Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es bspw. aus der gattungsbil dend zugrundegelegten US 5,254,862 als bekannt hervorgeht.The invention relates to an insulator layer for an active slide microelectronic component having a coating according to the Preamble of claim 1, as for example from the generic the underlying US 5,254,862 emerges as known.
Aus der US 5,254,862 A1 ist ein mikroelektronisches Bauteil be kannt, das als aktive Schicht eine Diamantschicht aufweist. Im Sinne der Erfindung werden als mikroelektronische Bauteile so wohl Grundelemente der Elektronik, wie bspw. FET-, MISFET- oder MOSFET-Transistoren, Kondensatoren usw. als auch Operationsver stärker u. a. integrierte Schaltkreise bezeichnet, bei denen ei ne (ggf. auch mehrere) bestimmte Schicht durch eine elektrische Isolatorschicht von einer anderen Schicht getrennt ist. Die Di amantschicht ist Bor-dotiert, wobei das Bor oberflächennah, d. h. im Bereich der drain- und source-Kontakte, höherkonzent riert ist. Zwischen dem gate-Kontakt und der dotierten Diamant schicht ist eine Isolationsschicht angeordnet. Die dotierte Di amantschicht bildet somit je nach elektrischem Feld der gate- Elektrode einen leitfähigen Kanal aus. Die Isolationsschicht kann u. a. aus undotiertem Diamant oder aus Siliziumnitrid usw. (SiN) sein, wobei die Isolatorschicht ihrerseits auf der do tierten Diamantschicht angeordnet ist. Wird für die Isolations schicht Diamant verwendet, ist das Ausschussverhalten bei höheren Temperaturen aufgrund der höheren spez. Leitfähigkeit verbesserungswürdig.A microelectronic component is known from US Pat. No. 5,254,862 A1 knows that has a diamond layer as the active layer. in the According to the invention, microelectronic components are so probably basic elements of electronics, such as FET, MISFET or MOSFET transistors, capacitors, etc., as well as Operationsver stronger u. a. Integrated circuits referred to, where ei ne (possibly also several) certain layer by an electrical Insulator layer is separated from another layer. The Tues amant layer is doped with boron, the boron near the surface, d. H. in the area of drain and source contacts, higher concentration is. Between the gate contact and the doped diamond layer an insulation layer is arranged. The endowed Di Depending on the electrical field, the amant layer forms the gate Electrode from a conductive channel. The insulation layer can u. a. made of undoped diamond or silicon nitride etc. (SiN), the insulator layer in turn on the do is arranged diamond layer. Used for insulation layer diamond is used, the rejection behavior is higher temperatures due to the higher spec. conductivity in need of improvement.
Aus der US 5,173,761 ist ein weiteres mikroelektronisches Bau teil bekannt, bei dem zwischen einer Al-Elektrode und einem p- dotierten Si-Substrat eine Bor-dotierte Diamantschicht und an schließend eine undotierte, isolierende Diamant schicht angeordnet ist. Die undotierte Diamantschicht isoliert die Al-Elektrode von der dotierten Diamantschicht. Das Aus schuss- bzw. Ausfallverhalten bei höheren Temperaturen auf grund der zunehmenden spez. Leitfähigkeit ist hier ebenfalls verbesserungswürdig.Another microelectronic construction is known from US Pat. No. 5,173,761 partially known in which between an Al electrode and a p- doped Si substrate and a boron-doped diamond layer closing an undoped, insulating diamond layer is arranged. The undoped diamond layer is isolated the Al electrode from the doped diamond layer. The end shot or failure behavior at higher temperatures due to the increasing spec. Conductivity is also here in need of improvement.
Aus der US 5,538,911 ist ein mikroelektronisches Bauteil be kannt, das als aktive Schicht eine Diamantschicht aufweist. Die Diamantschicht ist auf einer elektrisch isolierenden Isolator schicht aus Siliziumnitrid (SiN) und die Isolatorschicht ih rerseits auf einem Wachstums-Substrat aus Silizium (Si) ange ordnet. Die Verwendung dieses Bauteiles ist hinsichtlich der thermischen Belastbarkeit u. a. daher beschränkt, da die spezifische Leitfähigkeit des SiN der Isolatorschicht bei stei gender Temperatur stark zunimmt.A microelectronic component is known from US Pat. No. 5,538,911 knows that has a diamond layer as the active layer. The Diamond layer is on an electrically insulating insulator layer of silicon nitride (SiN) and the insulator layer ih on the other hand on a growth substrate made of silicon (Si) arranges. The use of this component is regarding the thermal resilience u. a. therefore limited since the specific conductivity of the SiN of the insulator layer at stei gender temperature increases sharply.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das zugrundegelegte Bauteil dahingehend zu verbessern, daß bei einer möglichst geringen Ausschußrate bei der Herstellung des Bauteils dessen Beständig keit gegenüber einer thermischen Belastung verbessert ist.The object of the invention is the underlying component to improve in that the lowest possible Rejection rate in the manufacture of the component is constant speed is improved compared to thermal stress.
Diese Aufgabe wird bei dem zugrundegelegten Bauteil erfindungs gemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Verwendung eines Mehrschichtsystems mit den an gegebenen Materialkriterien für die Isolatorschicht wird die spez. Leitfähigkeit und die Temperaturbeständigkeit der gesam ten Isolatorschicht sogar gegenüber den jeweiligen einzelnen Materialien der einzelnen Schichten verbessert, wodurch auch die Ausschußrate für die genannten Bauteile gesenkt ist. Insbe sondere ist bei der Verwendung von SiN, SiO2, Al2O3 und/oder SixOyNz-Mehrschichtsystemen für die Isolatorschicht die thermi sche Belastbarkeit der Bauteile auch über 200°C, insbesondere über 350°C ermöglicht.This object is achieved according to the underlying component according to the invention by the characterizing features of claim 1. By using a multi-layer system with the specified material criteria for the insulator layer, the spec. Conductivity and the temperature resistance of the entire insulator layer even improved compared to the respective individual materials of the individual layers, as a result of which the rejection rate for the components mentioned is reduced. In particular, when using SiN, SiO 2 , Al 2 O 3 and / or Si x O y N z multilayer systems for the insulator layer, the thermal resistance of the components is also possible above 200 ° C., in particular above 350 ° C.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen ent nehmbar. Im übrigen wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeipiels nähers erläutert.Appropriate configurations are ent the other claims acceptable. Otherwise, the invention is based on one of the Drawings illustrated exemplary embodiment explained in more detail.
Dabei zeigtIt shows
Fig. 1 ein Ausschnitt eines Schnittes durch ein Bauteil in ho rizontaler Bauweise, Fig. 1 shows a detail of a section through a component in rizontaler ho construction,
Fig. 2 ein Ausschnitt eines Schnittes durch ein Bauteil in vertikaler Bauweise und Fig. 2 shows a detail of a section through a component in a vertical construction and
Fig. 3 eine Arrhenius-Diagramm der spez. Leitfähigkeit der er findungsgemäßen Isolatorschicht im Vergleich zu Isola torschichten aus SiO2 und SiN. Fig. 3 is an Arrhenius diagram of the spec. Conductivity of the inventive insulator layer in comparison to insulator layers made of SiO 2 and SiN.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Schnitts durch ein mikro elektronisches Bauteil 10 dargestellt, das in der Art eines einfachen Feldeffekttransistors (FET) in horizontaler Bauweise ausgebildet ist. Das Bauteil 10 weist ein Wachstums-Substrat 9 auf. Auf dem Wachstums-Substrat 9 ist eine p-dotierte Diamant schicht 8 angeordnet. In der p-dotierten Diamantschicht 8 ist eine n-dotierte Diamantschicht 2 eingelassen.In Fig. 1 shows a section of a cut is represented by a microelectronic component 10 which is designed in the manner of a simple field effect transistor (FET) in horizontal construction. The component 10 has a growth substrate 9 . On the growth substrate 9 , a p-doped diamond layer 8 is arranged. An n-doped diamond layer 2 is embedded in the p-doped diamond layer 8 .
Verfahren und Elemente bzw. Substanzen zur p- oder n-Dotierung von Diamant können bspw. der US 5,254,862 oder der US 5,536,953 entnommen werden. Methods and elements or substances for p- or n-doping of diamond can be, for example, US 5,254,862 or US 5,536,953 be removed.
An entgegengesetzten Bereichen der n-dotierten Diamantschicht 2 sind zwei metallische Kontakt-Elektroden (Source 6, Drain 7) insbesondere aus Au und/oder Ti angeordnet. Zwischen der Sour ce-Elektrode 6 und der Drain-Elektrode 7 und auf der freien Oberfläche der n-dotierten Diamantschicht 2 ist die Isolator schicht 1 angeordnet.Two metallic contact electrodes (source 6 , drain 7 ), in particular made of Au and / or Ti, are arranged on opposite regions of the n-doped diamond layer 2 . Between the source electrode 6 and the drain electrode 7 and on the free surface of the n-doped diamond layer 2 , the insulator layer 1 is arranged.
Die Isolatorschicht 1 weist drei einzelne Schichten und zwar zwei außenliegende Außenschichten 3 und eine zwischen den bei den Außenschichten 3 innenliegend angeordnete Zwischenschicht 4 auf, die alle parallel zur n-dotierten Diamantschicht 2 ausge richtet sind. Mit einer Oberfläche einer Außenschicht 3 ist die Isolatorschicht 1 direkt an der n-dotierten Diamantschicht 2 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Oberfläche der anderen Außenschicht 3 ist die vorzugsweise Titan aufweisende und als Gate-Elektrode verwendete Metallschicht 5 angeordnet.The insulator layer 1 has three individual layers, namely two outer layers 3 and an intermediate layer 4 between the inner layers 3 , which are all aligned parallel to the n-doped diamond layer 2 . With a surface of an outer layer 3 , the insulator layer 1 is arranged directly on the n-doped diamond layer 2 . The metal layer 5 , which preferably has titanium and is used as the gate electrode, is arranged on the opposite surface of the other outer layer 3 .
Die beiden Außenschichten 3 weisen vorzugsweise keinerlei di rekten Kontakt miteinander auf, sondern sind vielmehr durch die Zwischenschicht 4 räumlich voneinander beabstandet. Die Außen schichten 3 sind aus dem Außenmaterial, im vorliegenden Fall SiN, während die Zwischenschicht 4 aus dem Zwischenmaterial, im vorliegenden Fall SiO2, ist. Dies ist daher günstig, da SiN ge genüber Diamant eine bessere Haftung wie SiO, aufweist und fer ner gegenüber dem Metall der Metallschicht 5 auch thermisch stabiler ist. Das als Zwischenmaterial für die Zwischenschicht verwendete SiO2 hingegen weist den bessere, weil geringe spez. elektrische Leitfähigkeit auf.The two outer layers 3 preferably do not have any direct contact with one another, but rather are spatially spaced apart from one another by the intermediate layer 4 . The outer layers 3 are made of the outer material, in the present case SiN, while the intermediate layer 4 is made of the intermediate material, in the present case SiO 2 . This is therefore advantageous, since SiN ge genüber diamond has a better adhesion such as SiO, and fer ner to the metal of the metal layer is also thermally stable. 5 The SiO 2 used as an intermediate material for the intermediate layer, however, has the better, because low spec. electrical conductivity.
Interessanter Weise ist die spez. Leitfähigkeit der gesamten Isolatorschicht 1 geringer als die des SiO2, wie aus dem die spez. Leitfähigkeit von SiO2, SiN und der erfindungsgemäßen Isolatorschicht 1 aus SiN/SiO2/SiN darstellenden Arrhenius- Diagramm gemäß Fig. 3 ersichtlich ist. Ebenso kann die Isola torschicht 1 auch stärker thermisch belastet werden, ohne daß die Isolatorschicht 1 Ermüdungs- und/oder Zerstörungserschei nungen aufweist.Interestingly, the spec. Conductivity of the entire insulator layer 1 less than that of the SiO 2 , from which the spec. Conductivity of SiO 2 , SiN and the insulator layer 1 according to the invention from the Arrhenius diagram representing SiN / SiO 2 / SiN according to FIG. 3 can be seen. Likewise, the Isola gate layer 1 can also be subjected to greater thermal stress without the insulator layer 1 having fatigue and / or destruction phenomena.
Anstelle von SiN und SiO2 können auch andere Nitride, Oxide, insbesondere Metalloxide sowie Oxynitride, insbesondere Silizi umoxynitride (SixOyNz) für das Außen- und/oder das Zwischenmate rial verwendet werden, wobei das Zwischenmaterial auch ein Oxid, insbesondere ein Metalloxid wie bspw. Al2O3 sein kann. Al lerdings ist bei der Verwendung von Oxynitriden für die Außen schichten 3 und die Zwischenschicht 4 darauf zu achten, daß das Oxynitrid des Zwischenmaterials eine sich von dem Oxynitrid des Außenmaterials unterscheidende Zusammensetzung aufweist.Instead of SiN and SiO 2 , other nitrides, oxides, in particular metal oxides and oxynitrides, in particular silicon oxynitrides (Si x O y N z ) can be used for the outer and / or intermediate material, the intermediate material also being an oxide, in particular can be a metal oxide such as Al 2 O 3 . However, when using oxynitrides for the outer layers 3 and the intermediate layer 4, care must be taken that the oxynitride of the intermediate material has a different composition from the oxynitride of the outer material.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer Kompositstruktur darge stellt, die mehrere Bauteile 10 aufweist. Die Bauteile 10 sind durch eine Isolatorschicht 1 elektrisch voneinander isoliert. Im Gegensatz zu dem Bauteil 10 nach Fig. 1 weisen die Bauteile 10 nach Fig. 2 eine vertikale Bauweise auf. Bei der Darstel lung wurden die Anschlüsse und die Feinstrukturen der Bauteile nicht eingezeichnet. Bei Kompositstrukturen gemäß Fig. 2 müs sen die einzelnen Bauteile 10 zumindest zum Teil in einer par allel zur Oberfläche des Wachstums-Substrats 9 verlaufenden Richtung elektrisch voneinander isoliert werden. Dies erfolgt im vorliegenden Fall dadurch, daß die Außenschichten 3 und die Zwischenschicht 4 der Isolatorschicht 1 zwar gleichartig, ins besondere parallel zueinander ausgerichtet sind, aber quer zur Oberfläche des Wachstums-Substrats 9 verlaufen. Insbesondere ragt die Isolatorschicht 1 bis in das Wachstums-Substrat 9 hin ein, wodurch eine gute und temperaturbeständige gegenseitige Isolation der einzelnen Bauteile 10 voneinander gewährleistet ist.In Fig. 2 is a section of a composite structure Darge provides that has several components 10 . The components 10 are electrically insulated from one another by an insulator layer 1 . In contrast to the component 10 according to FIG. 1, the components 10 according to FIG. 2 have a vertical construction. The connections and the fine structures of the components were not shown in the illustration. In the case of composite structures according to FIG. 2, the individual components 10 must be electrically isolated from one another at least in part in a direction running parallel to the surface of the growth substrate 9 . In the present case, this is done in that the outer layers 3 and the intermediate layer 4 of the insulator layer 1 are of the same type, in particular are aligned parallel to one another, but run transversely to the surface of the growth substrate 9 . In particular, the insulator layer 1 projects into the growth substrate 9 , as a result of which good and temperature-resistant mutual insulation of the individual components 10 from one another is ensured.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |