DE3641375C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1, Verfahren zum Aktivieren des betreffenden Verbundfilms und Verwendungen des Substrats.
In der neuzeitlichen Halbleiterbauteil-Fertigung ist es häufig erforderlich, Redundanzen vorzusehen, um den Anfall von Ausschuß zu verringern, nachdem die Belegungsdichte der betreffenden Chips oder dergl. ständig zunimmt. Stellt sich ein Teilbereich eines solchen Halbleiterbauteils als fehlerhaft heraus, so durchschneidet man gegenwärtig die zu dem fehlerhaften Bereich führenden Leiter auf der Oberfläche des Chips mit einem Laserstrahl, um so den fehlerhaften Bereich von dem übrigen, ordnungsgemäß funktionierenden Bereich zu trennen. Diese Technik wird Laserabtrag genannt und findet gegenwärtig allgemein Verwendung bei der Herstellung von umfangreichen integrierten Schaltungen, wie z.B. 256K-Speicherchips. Sie ist jedoch eben nur dazu geeignet, Verbindungen auf der Oberfläche des Bauteils zu unterbrechen, so daß es zur Unterbrechung darunterliegender Verbindungen einer Zerstörung des umgebenden Bereiches bedürfte.
Aus der US-PS 38 01 366 ist es bereits bekannt, gewünschtenfalls Unterbrechungen von Leiterbahnen auf einem Substrat dadurch herzustellen, daß auf diesem Substrat zwischen dafür vorgesehenen Leiterabschnitten ein Verbundfilm bestehend aus einem metallischen Film und einem daran angrenzenden weiteren Film aufgebracht wird, der in der Lage ist, bei Aktivierung den Metallfilm in einer Weise zu verändern, daß er praktisch nichtleitend wird, und dann die Aktivierung durch Erwärmen beispielsweise mittels gebündelter Bestrahlung seitens eines Lasers herbeizuführen. Die Aktivierung des Metallfilms geschieht mittels einer chemischen Reaktion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg anzugeben, um ohne chemische Reaktion und ohne Zerstörung benachbarter Bereiche unter der Oberfläche eines Chips oder dergl. verlaufende elektrische Leiter physisch unterbrechen zu können.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten des betreffenden Substrats, vorteilhafte Aktivierungsmöglichkeiten für den darin auftretenden Verbundfilm sowie schließlich Verwendungen des Substrats nach der Erfindung an.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einem Leiter, der zu einem später von der übrigen Schaltung möglicherweise einmal abzutrennenden Schaltungsbereich führt, eine lückenförmige Unterbrechung hergestellt. In diese Unterbrechung hinein wird ein beispielsweise 45 nm dicker, aus Silber bestehender Metallfilm abgelagert derart, daß er die beiden Leiterabschnitte physisch und elektrisch miteinander verbindet. Auf den Metallfilm wird ein isolierender oder dielektrischer Film aufgebracht aus einem Material, das geeignet ist, wenn der so entstandene Verbundfilm photolytisch oder thermisch, etwa durch einen fokussierten Strahl oder durch Erhitzen, aktiviert wird, den Metallfilm zu absorbieren. Ist der Metallfilm durch den isolierenden Film absorbiert, so ist die elektrische Verbindung zwischen den beiden Leiterabschnitten physisch unterbrochen. So also ist es möglich, solange nur der aus dem Metallfilm und dem isolierenden Film bestehende Verbundfilm für einen fokussierten Strahl zugänglich ist oder das betreffende Bauteil in einem Ofen oder dergl. erhitzt werden kann, die zwischen den betreffenden Leiterabschnitten zunächst hergestellte elektrische Verbindung vollkommen zu unterbrechen, ohne daß es dazu eines Abtragungsprozesses bedarf. Dabei kann diese Unterbrechung auch dann erfolgen, wenn sich die betreffenden Leiterabschnitte und der dazwischen eingebrachte Verbundfilm unter der Oberfläche des Bauteils, beispielsweise unter einer abdeckenden Oxidschicht, befinden.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung genauer beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 einen perspektivischen Ausschnitt eines Halbleiter­ chips, ausgerüstet entsprechend der erfindungsge­ mäßen Unterbrechungstechnik,
Fig. 2 bis 4 einen perspektivischen Ausschnitt aus einem Substrat unter Anwendung erfindungsgemäßer Elektro­ plattierungstechnik in verschiedenen Stadien und
Fig. 5 einen Querschnitt in der Ebene der Linie 5-5 von Fig. 4.
Gemäß Fig. 1 werden, wo immer es irgendwann einmal erwünscht sein mag, einen Schaltungsbereich von der übrigen Schaltung elektrisch zu trennen, auf dem betreffenden Substrat 10 Leiterabschnitte 12 und 14 mit einer dazwischenliegenden Lücke vorgesehen. In dieser Lücke wird, etwa mittels herkömm­ licher Vakuumablagerungstechniken, ein dünner Metallfilm 16, beispielsweise aus Silber, einer Silberlegierung, Kupfer oder Blei niedergeschlagen. Darauf wird ein Film 18 aus einem Isoliermaterial abgelagert, das die Eigenschaft hat, bei Aktivierung etwa durch Bestrahlung oder Erhitzen den Metallfilm, d.h. das Silber, die Silberlegierung, das Kupfer oder das Blei, zu absorbieren. Dieser mit dem Metallfilm 16 zunächst einen Verbundfilm bildende Film 18 besteht vorzugsweise aus einem Silberhalogenid, einem Bleihalogenid oder einem Chalcogenid, beispielsweise GeSe2 oder As2S3. Beide Halogenidfilme können mit irgendeinem der Metalle (Silber, Silberlegierung, Kupfer oder Blei) Verwendung finden. In Verbindung mit dem Chalcogenidfilm besteht der Metallfilm vorzugsweise aus Silber. Zu den bevorzugten Halogenen in dem Silber- bzw. Bleihalogenidfilm gehören Chlor, Brom und Jod. Auf den Verbundfilm 16-18 kann eine Iso­ lierschicht 20 beispielsweise aus einem anorganischen Iso­ liermaterial wie etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Tantaloxid, oder einem organischen Isoliermaterial, wie etwa Polymethylmethacrylsäureester (PMMA), Polystyrol oder Poly­ imid, aufgebracht werden. Unter normalen Bedingungen, d.h. ohne Aktivierung, ergibt der Film 16, zwischen den Leiterab­ schnitten 12 und 14 eine elektrische Verbindung geringen Widerstandes. Wird jedoch ein Laserstrahl auf den Film 18 fokussiert oder der Verbundfilm 16-18, beispielsweise in einem Ofen, erhitzt, so werden die Silberatome des Filmes 16 von dem Film 18 absorbiert, wodurch die elektrische Verbin­ dung zwischen den Leiterabschnitten 12 und 14 unterbrochen wird. Die Aktivierung besteht aus einem photolytisch oder thermisch ausgelösten Diffusionsprozeß anstatt einem Abtrag­ prozeß und kann selbst dann erfolgen, wenn sich der Film 18 unter der Oberfläche des Chips oder dergl. befindet.
Bei photolytischer Auslösung des Diffusionsprozesses braucht der Verbundfilm nicht erhitzt zu werden, und die Photonen­ energie kann beispielsweise einem fokussierten Laserstrahl entstammen. Dabei ist die Intensität des Laserstrahls nicht kritisch, da sie nur auf die Geschwindigkeit Einfluß hat, mit welcher der Diffusionsprozeß abläuft. Indessen ist die Wellenlänge der Lichtenergie von Bedeutung. Ein rotes Licht aussendender Helium-Neon-Laser hat sich als gute Lichtquelle erwiesen, ebenso wie ein grünes Licht aussenden­ der Argon-Laser. Ein für die vorliegende Erfindung geeig­ neter photolytischer Diffusionsprozeß ist in der US-PS 43 18 978 beschrieben.
Ein Laser kann indessen auch dazu benutzt werden, den Diffu­ sionsprozeß thermisch in Gang zu bringen. In diesem Fall wird der Verbundfilm mit dem Laserstrahl erhitzt. Dabei ist die Wellenlänge des Laserlichts unwichtig, während jedoch die Intensität von Bedeutung ist, da die Leistung ausreichen muß, um den Verbundfilm auf eine Temperatur in der Größenordnung von 200 bis 500 °C zu bringen.
Die thermische Auslösung des Diffusionsprozessen kann jedoch auch durch Erhitzen des gesamten Chips bzw. Bauteils etwa in einem Ofen erfolgen, der beispielsweise auf 250°C auf­ geheizt wurde. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann geeignet, wenn verhältnismäßig große Bereiche des Verbund­ filmes erhitzt oder viele Unterbrechungen gleichzeitig herbeigeführt werden sollen. Sie kann ebenso für die Tren­ nung von Schaltungsbereichen auf einem einzigen Chip wie auch für die Abtrennung ganzer Chips von anderen Chips auf einem mit einer Mehrzahl Chips bestückten Modul Anwendung finden.
Nachstehend werden Beispiele für die Anwendung der erfin­ dungsgemäßen Technik angegeben:
Beispiel 1
Sollen beispielsweise einzelne Bereiche eines Halbleiter­ chips elektrisch abgetrennt werden, so wird in der Lücke zwischen den betreffenden Leiterabschnitten ein Silberfilm von 45 nm abgeschieden. Auf den Silberfilm wird ein Silber­ chloridfilm von etwa 150 nm Dicke aufgebracht.
Erweist sich nun der betreffende Schaltungsbereich als fehlerhaft, so wird der Silberchloridfilm einer Strahlung, beispielsweise derjenigen eines Helium-Neon-Lasers, ausge­ setzt, die eine Wellenlänge von 632,8 nm hat. Damit ist es möglich, den Silberfilm photolytisch in dem Silberchlorid­ film aufzulösen. Der Strahl des Helium-Neon-Lasers wird auf einen Fleck von etwa 5 µm Durchmesser fokussiert. Die Licht­ leistung auf dieser Fläche beträgt etwa 3 mW. Der Laser­ strahl wird nun langsam über den Bereich mit dem Silber- und Silberchloridfilm geführt. Als Folge hiervon nimmt der Widerstand der Verbindung zwischen den betreffenden Leiter­ abschnitten um mindestens 6 Größenordnungen zu, was für alle praktischen Fälle eine elektrische Unterbrechung bedeutet.
Beispiel 2
Die gleiche Technik kann dazu Verwendung finden, verschiede­ ne Halbleiterchips auf einem gemeinsamen Substrat elektrisch voneinander zu trennen. Wie im Falle eines einzigen Chips, wird eine Unterbrechung in einem Leiter hergestellt, der zu einem Schaltungsbereich führt, der später möglicherweise abgetrennt werden soll. In der Lücke zwischen den betreffen­ den Leiterabschnitten wird durch herkömmliches Wärmeauf­ dampfen ein Silberfilm von mehreren 10 nm abgeschieden. Danach bringt man auf den Silberfilm mit einem gleichfalls herkömmlichen Vakuumabscheideverfahren, beispielsweise Sprühen, einen Germanium-Selen-Film von mehreren 100 nm Dicke auf, der aus etwa einem Teil Germanium und zwei Teilen Selen besteht. Wiederum dient der Silberfilm dazu, die Leiterabschnitte zu beiden Seiten der Lücke elektrisch miteinander zu verbinden. Wird jedoch der betreffende Be­ reich mit einem fokussierten Strahl bestrahlt oder aber, etwa mittels eines fokussierten Strahls oder in einem Ofen, erhitzt, so diffundieren die Silberatome in den Germanium- Selen-Film, und die Leitungsverbindung wird unterbrochen.
Beispiel 3
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Erfindung für die Herstellung von nicht miteinander in Verbindung stehenden Leitern durch Elektroplattieren anzu­ wenden. Bekanntlich erfordert das Elektroplattieren im Gegensatz zu einem rein chemischen Plattieren das Anlegen einer elektrischen Spannung. Aufgrund dessen konnten unter­ brochene elektrische Leiter bislang nur in einem rein chemi­ schen Plattierverfahren erzeugt werden, während jedoch das Elektroplattierverfahren eine viel raschere und präzisere Abscheidung auch bei sehr feinen Strukturen ermöglicht und dazu noch bessere elektrische Eigenschaften des abgeschie­ denen Metalls ergibt.
Die Erfindung erlaubt es nun, auch ein unterbrochenes metal­ lisches Muster durch Elektroplattieren zu erzeugen. Dazu wird auf dem betreffenden Substrat mittels herkömmlicher Vakuumabscheidetechnik und photolithographischer Prozesse eine Plattierungsgrundierung erzeugt. In dem Bereich, wo das Metallmuster Unterbrechungen aufweisen soll, wird die Grundierung entweder fortgelassen oder anschließend ent­ fernt. In die so entstandenen Lücken wird ein Verbundfilm wie oben beschrieben eingebracht, der beispielsweise aus einer Schicht Gold von 5 nm, einer Schicht Silber von 40 nm und einer Schicht Silberchlorid von 200 nm besteht. Dann wird der betreffende Bereich mit einer Isolierschicht bei­ spielsweise aus Siliziumdioxid oder Polyamid bedeckt. Sodann wird das so behandelte Substrat in ein Elektroplattierbad gegeben und damit auf der Plattierungsgrundierung ein Metallfilm niedergeschlagen. Hat dieser Metallfilm die gewünschte Dicke erreicht, so wird das Substrat aus dem Bad entnommen und getrocknet und sodann in einem Ofen 60 min lang auf etwa 250°C erhitzt, um das Metall (Au, Ag) in das Dielektrikum (AgCl) hineindiffundieren zu lassen und so die vorausgehend gebildeten Leiterbereiche, die zunächst durch den Verbundfilm elektrisch miteinander verbunden waren, voneinander zu trennen. Statt dessen kann auch ein Laser dazu verwendet werden, den unter dem Isolierfilm (Siliziumdioxid oder Polyamid) liegenden Verbundfilm lokal zu bestrahlen und damit nichtleitend zu machen. Infolgedessen wird ein Teil des elektroplattierten Metallmusters von dem restlichen Muster elektrisch getrennt. Durch Aufbringen von Verbund­ filmen in gewünschten Bereichen kann so jedes beliebige unterbrochene Metallmuster durch Elektroplattieren erzeugt werden.
Diese Vorgehensweise wird durch die Fig. 2 bis 5 illu­ striert. Es sei dabei angenommen, daß auf einem Substrat 28 durch Elektroplattieren ein Metallmuster mit zwei diskreten, durch eine Lücke 34 voneinander getrennten Bereichen 30 und 32 erzeugt werden soll. Dazu wird gemäß Fig. 2 auf das Substrat 28 innerhalb der Bereich 30 und 32 zunächst eine Plattierungsgrundierung mit den Bereichen 36 und 38 aufgebracht. Dies kann durch herkömmliche Vakuum-Ablagerungs­ techniken erfolgen, wobei die Grundierung eine Dicke von etwa 100 nm erhält. Das die Grundierung bildende Metall kann Kupfer, Chrom, Gold oder irgendein sonstiges Metall oder eine Legierung enthalten, das bzw. die mit dem zu plattierenden Material verträglich ist. In gleicher Weise werden zwischen den Grundierungsbereichen 36 und 38 sowie anschließend an den Grundierungsbereich 38 auch noch weitere Grundierungsbereiche, 40 und 42, gebildet, deren Funktion anschließend noch beschrieben wird. Diese einzelnen Grundie­ rungsbereiche sind voneinander getrennt, und in den Lücken werden Bereiche 44, 46 und 48 des vorausgehend beschriebenen Verbundfilms aufgebracht, um die einzelnen Grundierungs­ bereiche elektrisch miteinander zu verbinden.
Sodann wird nach Fig. 3 auf die gesamte in Fig. 2 gezeigte Struktur eine isolierende Abdeckschicht 50 aufgetragen, die, vergleichbar der vorausgehend beschriebenen Schicht 20, aus einem organischen oder anorganischen dielektrischen Material bestehen kann. In dieser Schicht werden die zu plattierenden Bereiche 30 und 32 ausgespart, so daß dort die Plattierungsgrundierung zutage tritt. Sodann wird der Bereich 42 der Plattierungsgrundierung, vorzugsweise am Band des Substrats 28, mit einer Stromquelle verbunden und das Substrat in ein Plattierungsbad eingebracht. Dort kann nun ein Strom von dem Grundierungsbereich 42 über den Verbundfilmbereich 48, den Grundierungsbereich 38, den Verbundfilmbereich 46, den Plattierungsbereich 40, den Verbundfilmbereich 44 und den Plattierungsbereich 36 fließen. Da das Plattierungsbad jedoch nur zu den Grundie­ rungsbereichen 36 und 38 Zutritt hat, findet nur dort eine Plattierung statt. Der Plattierungsvorgang erfolgt so lange, bis die Plattierung 52 und 54 in den Bereichen 30 und 32 gemäß Fig. 4 und 5 eine gewünschte Dicke erreicht hat. Dann entnimmt man das Substrat aus dem Plattierungsbad und macht die Verbundfilmbereiche 44, 46 und 48 durch photo­ lytische oder thermische Aktivierung nichtleitend.
Zur Erzielung einer solchen Plattierung wäre es auch mög­ lich, zwischen den Bereichen 30 und 32 einen einzigen, durchgehenden Verbundfilmbereich zu verwenden, jedoch hat die Verwendung zweier separater Verbundfilmbereiche wie der Bereiche 44 und 46 in Verbindung mit einem dazwischenlie­ genden Grundierungsbereich 40 den Vorteil, daß auch dann noch eine elektrische Unterbrechung geschaffen werden kann, wenn es in einem der beiden Verbundfilmbereiche mißlingt, eine solche Unterbrechung herbeizuführen. Zudem ist der elektrische Widerstand der Grundierung geringer als der­ jenige des Verbundfilms. So also ergibt eine Kombination aus Grundierungs- und Verbundfilmbereichen zwischen den zu plattierenden Bereichen 30 und 32 eine elektrische Verbindung geringeren Widerstandes, insbesondere wenn der Zwischen­ raum groß ist, und zudem noch eine größere Sicherheit für die elektrische Trennbarkeit der plattierten Bereiche.

Claims (23)

1.Substrat mit mindestens zwei auf dem Substrat vorgesehenen Leiterabschnitten und mit einem Verbundfilm, der aus einem die Leiterabschnitte elektrisch miteinander verbindenden Metallfilm und einem an diesen Metallfilm angrenzenden weiteren Film besteht und zum Unterbrechen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Leiterabschnitten durch Energiezufuhr aktivierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Film ein isolierender Film (18) ist, in den die Atome des Metallfilms (16) bei der Aktivierung hineinzudiffundieren vermögen, wodurch die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Leiterabschnitten (12, 14) unterbrochen wird.
2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (16) auf das Substrat (10) und der isolierende Film (18) auf den Metallfilm aufgebracht ist.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (16) eine Dicke von 15 bis 100 nm hat.
4. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm (16) aus Silber, Blei, Kupfer oder einer Kombination hiervon besteht.
5. Substrat nach Anspruch 4, bei dem der Metallfilm (16) ein Silberfilm ist, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film (18) ein Chalcogenid-Film ist.
6. Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chalcogenid-Film ein solcher aus GeSe₂ ist.
7. Substrat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chalcogenid-Film ein solcher aus As₂S₃ ist.
8. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Film (18) ein Halogenidfilm ist.
9. Substrat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenidfilm eine Dicke von 30 bis 500 nm hat.
10. Substrat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenidfilm ein Silberhalogenidfilm, vorzugsweise ein Silberchlorid-, Silberbromid- oder Silberjodidfilm, ist.
11. Substrat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenidfilm ein Bleihalogenidfilm, vorzugsweise ein Bleichlorid-, Bleibromid- oder Bleÿodidfilm, ist.
12. Substrat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogenidfilm als Silber-, Blei- oder Kupferhalogenid oder einer Kombination solcher Metallhalogenide besteht.
13. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Verbundfilm (16, 18) eine weitere Schicht (20) angeordnet ist.
14. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundfilm (16, 18) aus einer photolytisch aktivierbaren Materialkombination besteht.
15. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundfilm (16, 18) aus einer thermisch aktivierbaren Materialkombination besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialkombination des Verbundfilms (16, 18) auf Wärmeenergie im Temperaturbereich von 250 bis 500°C anzusprechen vermag.
17. Verfahren zum Aktivieren des Verbundfilms (16, 18) bei dem Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur lokalen Aktivierung des Verbundfilms eine fokussierte Strahlung verwendet.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man als fokussierte Strahlung diejenige eines Lasers verwendet.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man als Laser ein Helium-Neon-Laser verwendet.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man als Laser einen Argon-Laser verwendet.
21. Verfahren zum Aktivieren des Verbundfilms (16, 18) bei dem Substrat nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß man das Substrat (10) in einem Ofen erhitzt.
22. Verwendung des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 16, in einem Halbleiterchip.
23. Verwendung des Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 16, zur Herstellung eines unterbrochenen metallischen Musters mittels Elektroplattierens, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterabschnitte (36-42) die Plattierungsgrundierung bilden und daß der Verbundfilm (Bereiche 44-48) nach der Elektroplattierung aktiviert wird.
DE19863641375 1985-12-11 1986-12-04 Verfahren zum unterbrechen elektrischer leiter auf einem substrat, dafuer geeignetes substrat sowie eine anwendung des verfahrens Granted DE3641375A1 (de)

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