DE69620587T2

DE69620587T2 - Herstellung eines glasüberzogenen artikels und produkt

Info

Publication number: DE69620587T2
Application number: DE69620587T
Authority: DE
Inventors: James Gibson; J. Perko; E. Stevens
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: MACOM Technology Solutions Holdings Inc
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-01-03
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2016-01-04
Also published as: EP0807318A1; EP0807318B1; US5639325A; WO1996024163A1; DE69620587D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Prozeß zur Ausbildung einer Glasbeschichtung auf einem Siliziumsubstrat und dadurch hergestellte Produkte und insbesondere einen Prozeß zur Ausbildung einer relativ dicken Schicht (z. B. 25-250 Mikrometer) von "Electronics Grade"-Glas auf einem Siliziumsubstrat und dadurch ausgebildete Produkte. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders auf dem Gebiet der Herstellung elektrischer Komponenten, wie etwa Leiterplatten, obwohl andere Nützlichkeitsbereiche in Betracht gezogen werden, wie etwa die Herstellung von Halbleiter- und Mikrowellenbauelementen und Mehrchipmodulen.
Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Regierungsunterstützung unter der Vereinbarung Nr. F33615-94-2- 1524, die von der United States Airforce, Wright Laboratory, erteilt wurde. Die Regierung besitzt an der Erfindung gewisse Rechte.
Leiterplatten (PCBs) finden in der Elektronik weite Verwendung zum Montieren und Verbinden diskreter elektrischer Komponenten (integrierte Schaltungschips usw.), um eine spezifische Funktion zu implementieren. Das Platinensubstrat ist üblicherweise aus Silizium hergestellt, obwohl auch andere Materialien wie etwa Polymere und Keramiken verwendet werden können. Es ist oftmals wünschenswert, bestimmte auf der Leiterplatte montierte Komponenten voneinander und von dem Platinensubstrat elektrisch zu trennen (isolieren). Dies erfolgt in der Regel durch Auftragen einer oder mehrerer Schichten aus dielektrischem Material auf die Oberfläche der Platine und dann Montieren der Komponenten auf oder in den dielektrischen Schichten.
Im Stand der Technik gibt es zur Ausbildung derartiger dielektrischer Schichten auf einem Siliziumsubstrat viele Prozesse. Zu üblichen Techniken zur Ausbildung dielektrischer Schichten zählen die CVD- (chemical vapor deposition) und die Spin-on-Glass-(SOG)-Technik. Diese Prozesse sind im wesentlichen auf die Herstellung dielektrischer Schichten mit einer Dicke von nur einigen Mikrometern begrenzt, da sie das Reißen von Schichten größerer Dicke effektiv nicht verhindern können und/oder wegen ihrer unakzeptabel langsamen Ausbildungsgeschwindigkeiten. Dies ist ungünstig, weil es in vielen Anwendungen kritisch ist, daß die kapazitive Ankopplung zwischen dem Substrat und den Komponenten so gering wie möglich gemacht wird und dielektrische Schichten mit einer Dicke von nur einigen Mikrometern ausreichen, um diesen Grad an kapazitiver Isolierung bereitzustellen. Außerdem sind viele dieser Prozesse nicht in der Lage, eine dielektrische Schicht mit einer ausreichend hohen Dielektrizitätskonstante (z. B. mindestens 4,1 bei 20 Grad Celsius und 1 MHz) und ausreichend niedriger Verlusttangente (z. B. höchstens 0,05% bei 20 Grad Celsius und 1 MHz) auszubilden, um die sich ergebende Platine in elektronischen Hochleistungsanwendungen (z. B. Mikrowellen- und/oder andere Hochfrequenzschaltungsanwendungen) verwenden zu können.
Es existieren auch Prozesse nach dem Stand der Technik zum Herstellen einer relativ dicken Schicht aus Dielektrikum wie etwa Glas auf einem Siliziumsubstrat. Im allgemeinen sind jedoch bei diesen Prozessen die Wärmeausdehnungscharakteristiken (d. h. der Wärmeausdehnungskoeffizient) des Glases nicht angemessen an die des Substrats angepaßt. Da Leiterplatten über einen großen Temperaturbereich hinweg arbeiten müssen, kann jede Fehlanpassung zwischen den Wärmeausdehnungscharakteristiken des Substrates und des Glases zu mechanischen Spannungen führen, die zur Verformung des Substrats und montierter Komponenten, dem Reißen des Glases usw. führen können.
Aus dem U.S.-Patent Nr. 4,133,690 an Muller ist ein Beispiel eines Prozesses zum Beschichten eines Siliziumsubstrates mit einer dielektrischen Glasverbindung bekannt. Die Glasverbindung wird in Form eines feingemahlenen Pulvers auf das Substrat aufgebracht und danach auf mindestens einen Teil des Substrats aufgeschmolzen. Das Glas kann aus Borsilikat bestehen. Bei einem Beispiel wird das Glaspulver in Form einer wäßrigen Suspension mit einer Dicke von etwa 250 Mikrometern auf das Substrat aufgetragen. Dann wird die Suspension getrocknet, um das Trägerfluid zu entfernen, und gebrannt, um das Glas zu schmelzen. Die resultierende Glasschicht ist etwa 200 Mikrometer dick.
Nachteilig ist, daß sich während des Muller-Prozesses (und ähnlichen bisherigen Prozessen, einschließlich bisherigen "Bandglas"-Techniken) die Kanten des Glasfilms wegen der inhärent hohen Oberflächenspannungscharakteristiken des schmelzenden Glases von dem Substrat wegziehen können. Das heißt, während des Schmelzens der Glasteilchen kann ihre inhärent starke Tendenz zum Zusammenfließen größer werden als ihre relativ schwächere Tendenz, sich mit der Oberfläche des Substrats zu verbinden oder an diesem zu haften. Dies kann verursachen, daß die resultierende Glasschicht ungleichförmig ist (d. h. die Glasschicht kann diskontinuierlich sein oder unbeabsichtigte Leerräume und/oder andere Verformungen enthalten). Durch diesen Zustand können sich die elektrischen Eigenschaften der Glasschicht und der resultierenden Leiterplatte ernsthaft verschlechtern.
Bisherige Prozesse werden auch von anderen Problemen geplagt. Einige Prozesse tragen eine Schicht aus Metall und/oder einem anderen leitenden Material auf dem Substrat auf, bevor das Glasmaterial abgeschieden und die Leiterplatte gebrannt wird. Es hat sich leider herausgestellt, daß während des Brennens der Leiterplatte die leitende Schicht oftmals mit dem darunterliegenden Silizium unter Ausbildung eines Verbundmaterials reagiert. Auch dies kann zu einer ernsthaften Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der leitenden Schicht und der resultierenden Leiterplatte führen.
Ähnliche bisherige Prozesse sind aus Goldstein et al., U.S.-Patent Nr. 4,093,771 und Prabhu et al., U.S.- Patent Nr. 4,369,220 bekannt. Diese Prozesse sind mit den obigen und/oder anderen Nachteilen behaftet.
Gemäß JP-A-58186948 werden V-förmige Nuten in einem Siliziumsubstrat ausgebildet, und auf der mit Nuten versehenen Oberfläche wird ein dielektrischer Film aus SiO&sub2; ausgebildet, um die Haftung einer darauf ausgebildeten und gebrannten Glasschicht zu verbessern. Auch aus DE-A-35 16 222 ist bekannt, zwischen einem Siliziumsubstrat und einer Glasschicht eine Siliziumdioxidschicht vorzusehen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Artikels mit einem Siliziumsubstrat mit einer relativ dicken und gleichförmigen Glasschicht und eines Prozesses zu dessen Herstellung, der nicht mit den obengenannten (und anderen) Nachteilen des Stands der Technik behaftet ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Prozeß zum Herstellen eines gebrannten glasbeschichteten Artikels mit einem Siliziumsubstrat bereitgestellt, mit den folgenden Schritten: (a) Ausbilden mindestens einer Zwischenschicht auf dem Substrat; (b) Ausbilden einer Schicht aus Glasmaterial über der Zwischenschicht oder den Zwischenschichten; und (c) Brennen des Produkts von Schritt (b), um das Glasmaterial zu schmelzen und eine im wesentlichen gleichförmige Schicht aus Glasmaterial auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht, auf der die Schicht aus Glasmaterial ausgebildet ist, eine Schicht aus Glashaftmaterial ausgewählt aus Titan, Boroxid und Wolfram ist. Die Schicht aus Glashaftmaterial bewirkt, daß das Glasmaterial das Substrat während seines Brennens benetzt.
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhafterweise die Ausbildung einer relativ dicken Glasschicht auf dem Siliziumsubstrat, die im wesentlichen gleichförmig ist, während des Brennens nicht unter dem "Kantenrückzugs"- Phänomen leidet und gewünschte elektrische Eigenschaften und Wärmeausdehnungscharakteristiken liefert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Artikel bereitgestellt, der folgendes umfaßt: ein Siliziumsubstrat, eine Schicht aus Glasmaterial auf dem Substrat, eine Haftschicht zwischen dem Substrat und der Glasmaterialschicht und mindestens ein Schaltungselement, das auf der Glasschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Glashaftmaterial ausgewählt ist aus Titan, Boroxid und Wolfram.
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Zahlen gleiche Teile bezeichnen. Es zeigen:
Fig. 1 eine seitliche Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines glasbeschichteten Artikels mit einem Siliziumsubstrat, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Ausführungsform als Leiterplatte verwendet werden kann,
Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die Hauptschritte eines anderen bevorzugten Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen des Artikels von Fig. 3 zeigt,
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das die Hauptschritte eines bevorzugten Herstellungsprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen der Leiterplatte von Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Artikels, wobei die Ausführungsform auch als Leiterplatte verwendet werden kann.
Fig. 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten glasbeschichteten Artikels 10, wobei die bevorzugte Ausführungsform als Leiterplatte verwendet werden kann. Die Leiterplatte 10 besteht aus einem Siliziumsubstrat oder Wafer 12, bei dem es sich bevorzugt um den Typ handelt, der sich zur Verwendung bei der Herstellung integrierter Schaltungen und Solarzellen eignet. Das Substrat 12 kann von einem beliebigen dotierten, Kristall- und Kristallorientierungstyp sein.
Auf dem Substrat 12 ist eine erste Haftschicht 14 zum Verbessern des Bindens oder Benetzens nachfolgender Schichten an das Siliziumsubstrat 12 angeordnet. Haftschicht 14 ist bevorzugt aus Titan hergestellt und weist eine Dicke von etwa 300-2000 Angström (und ganz besonders bevorzugt etwa 500 Ångström) auf, doch können auch andere Materialien und Dicken verwendet werden, soweit sie die Fähigkeit späterer Schichten, sich an das Siliziumsubstrat zu binden, verbessern und andere (unten ausführlicher erörterte) Randbedingungen erfüllen. So können beispielsweise Boroxid, Siliziumdioxid oder Wolfram verwendet werden, ohne von dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei Verwendung von Titan kann es auch teilweise mit anderen Materialien, wie etwa Siliziumsauerstoff usw. umgesetzt werden. Wenn Wolfram verwendet wird, wird es bevorzugt als eine wolframreiche Mischung aus Wolfram und Titan abgeschieden, bevorzugt in einem der folgenden Gewichtsverhältnisse aus Wolfram zu Titan: 95% zu 5%; 90% zu 10% oder 75% zu 25%.
Auf der Haftschicht 14 wird eine Zwischenschichtdiffusionssperrschicht 16 angeordnet, die als Diffusionssperre zwischen der leitenden Schicht 18 und der Haftschicht 14 und dem Substrat 12 dient. Das heißt, die chemische Zusammensetzung und Eigenschaften der Sperrschicht 16 sind so ausgelegt, daß eine Diffusion der leitenden Schicht 18 zu den unter ihr liegenden Schichten (d. h. der Haftschicht 14 und dem Substrat 12) während der Ausbildung (d. h. dem Brennen) des Artikels 10 im wesentlichen verhindert wird. Die Diffusionssperrschicht 16 besteht bevorzugt aus einem Platinfilm mit einer Dicke von etwa 1000 Angström, obwohl auch andere Materialien und Dicken verwendet werden können, soweit sie die Diffusion der leitenden Schicht 18 auf die unter ihr liegenden Schichten mit ausreichender Wirksamkeit verhindern und andere Designrandbedingungen erfüllt sind.
Die leitende Schicht 18 dient als die Masseebene der Platine 10 und ist bevorzugt aus Gold, Silber oder einem anderen gut leitenden Metall hergestellt und weist eine Dicke von mehreren Mikrometern auf. Der Typ des gewählten leitenden Materials ist veränderbar, muß aber mit dem Prozeß der vorliegenden Erfindung kompatibel sein, der in Kürze ausführlich erörtert wird.
Auf der leitenden Schicht 18 ist eine weitere Diffusionssperrschicht 20 angeordnet, die als eine Diffusionssperre zwischen der leitenden Schicht 18 und der Glashaftschicht 22 dient. Bevorzugt sind die Zusammensetzung und die Dicke der Schicht 20 denen der Sperrschicht 16 im wesentlichen ähnlich, falls jedoch die jeweiligen Designüberlegungen es verlangen, kann sich die Schicht 20 von der Schicht 16 unterscheiden, soweit sie eine Diffusion zwischen der Haftschicht 22 und der leitenden Schicht 18 im wesentlichen verhindert.
Die Haftschicht 22 aus Titan, Boroxid oder Wolfram ist auf der Diffusionssperrschicht 20 angeordnet und dient der Verbesserung des Bindens oder Benetzens der Glasschicht 24 an die Diffusionssperrschicht 20. Bevorzugt ist die Haftschicht 22 von der gleichen Zusammensetzung und Dicke wie die Haftschicht 14. Es hat sich vorteilhafterweise herausgestellt, daß bei Verwendung der Haftschicht 22 zum Verbessern des Bindens der Glasschicht 24 an die Diffusionssperrschicht 20 gemäß dem Prozeß der vorliegenden Erfindung die Gleichförmigkeit der Glasschicht 24 im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verbessert wird und die mit dem "Zurückrollen" der Kanten der Glasschicht während des Brennens des Artikels verbundenen Probleme im wesentlichen eliminiert werden können.
Auf der Glashaftschicht 22 wird die Glasschicht 24 angeordnet, die dazu dient, herkömmliche diskrete elektronische Komponenten 30A..30D (die auf oder in der Glasschicht 24 montiert sind) elektrisch voneinander, von der Masseebene 18 und dem Substrat 12 zu isolieren und kapazitiv zu entkoppeln. Bevorzugt ist die Glasschicht 24 zwischen 25 und 250 um dick und besteht aus einer Borsilikatglaszusammensetzung. Besonders bevorzugt besteht die Glasschicht 24 aus einem Glas wie etwa Borsilikatglas Corning 7070, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem von Silizium über den typischen Arbeitstemperaturbereich der Leiterplatte hinweg (d. h. -65ºC bis 400º, eine maximale Verlusttangente von 0,06 Prozent und eine kleinste Dielektrizitätskonstante von 4,1 bei 20ºC und 1 MHz) im wesentlichen gleich ist. Bei Verwendung dieser Zusammensetzung zur Ausbildung der Glasschicht 24 weist diese vorteilhafterweise somit Wärmeausdehnungscharakteristiken auf, die mit denen des darunterliegenden Siliziums 12 im wesentlichen identisch sind und die die Komponenten 30A...30D elektrisch und kapazitiv angemessen von sich selbst, der Masseebene 18 und dem Substrat 12 entkoppeln. Je nach den gewünschten Charakteristiken der resultierenden Leiterplatte können natürlich andere Arten von Glaszusammensetzungen für die Schicht 24 verwendet werden, doch weisen sie bevorzugt elektrische und thermische Charakteristiken auf, die denen des Glases Corning 7070 im wesentlichen gleichen.
Nunmehr unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 2 besteht eine bevorzugte Herstellungsreihenfolge zum Produzieren des Artikels 10 von Fig. 1 aus Schritten, die durch die Blöcke 32 bis 56 dargestellt werden. Es versteht sich von Anfang an, daß, soweit nichts anderes angegeben ist, jedes herkömmliche Verfahren verwendet werden kann, um jeden der hier erörterten Ausbildungs- und/oder Abscheidungsschritte durchzuführen.
Der Prozeß beginnt bei Block 32 mit der Ausbildung der ersten Haftschicht auf dem Siliziumsubstrat. Nach der Ausbildung der ersten Haftschicht wird bei Block 34 die erste Diffusionssperrschicht auf der ersten Haftschicht ausgebildet. Dann wird bei Block 36 die leitende Masseebenenschicht auf der ersten Diffusionssperrschicht ausgebildet. Danach wird bei Block 38 die zweite Diffusionssperrschicht auf der leitenden Schicht ausgebildet. Dann wird bei Block 40 die zweite Haftschicht auf der zweiten Sperrschicht ausgebildet.
An diesem Punkt wird dann das Glasmaterial auf die zweite Haftschicht aufgetragen. Der Auftrag des Glasmaterials erfolgt bevorzugt durch die Ausbildung einer Aufschlämmung oder Paste aus pulverisiertem Glasmaterial ("Fritte") in einer Flüssigkeit bei Block 42. Die Flüssigkeit ist bevorzugt ein bei Raumtemperatur flüchtiges organisches Lösungsmittel (z. B. Alkohol) und/oder Wasser. Die Aufschlämmung besteht bevorzugt aus gleichen Volumenteilen an Flüssigkeit und Glas mit einer Viskosität, die so niedrig ist, daß sie das Aufsprühen der Aufschlämmung auf die Haftschicht gestattet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Glasfrittenmaterial eine mittlere Korngröße von etwa 44 um (Maschenweite 325) auf.
Die Aufschlämmung wird nach der Ausbildung dann bei Block 44 auf die zweite Haftschicht gesprüht. Dies geschieht bevorzugt durch Sprühen der Aufschlämmung auf die zweite Haftschicht, Trocknenlassen der Aufschlämmung und Wiederholen der Schritte des Sprühens und Trocknens nacheinander, bis bei Block 46 auf dem Artikel ausreichend Glasmaterial abgeschieden worden ist, um die gewünschte Dicke der Glasschicht 24 nach dem Brennen zu erhalten. Die Flüssigkeit kann aber auch aus der Aufschlämmung zwischen den wiederholten Sprühvorgängen entfernt werden, indem die Temperatur entsprechend angehoben und dann beibehalten wird, um die Flüssigkeit zu verdampfen oder auf andere Weise zu zersetzen, damit sie bei Block 46 aus der Aufschlämmung entfernt wird.
Es können natürlich auch andere Verfahren zum Auftragen der Glasschicht auf den Artikel verwendet werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zu anderen Techniken, die verwendet werden können, zählt der Auftrag von Glasmaterial mit einer "Rakel" oder durch Siebdruck, Transferstanzen und/oder Anheften eines mit einer Polymer-Fritten-Mischung hergestellten separaten Films. Es können zusätzlich herkömmliche "Band"- Anwendungsprozesse verwendet werden.
Nach der Abscheidung ausreichenden Glasmaterials auf die zweite Haftschicht wird der Artikel unter Umgebungsdruckbedingungen gebrannt, um das Glasmaterial zu schmelzen und auf dem Artikel eine im wesentlichen gleichförmige Schicht aus Glasmaterial zu bilden. Das Brennen wird bevorzugt in Stufen durchgeführt, einschließlich einer ersten Stufe, bei der über einen Zeitraum von etwa ein bis zwei Stunden hinweg, bevorzugt etwa einer Stunde hinweg, die Temperatur des Artikels von der Ausgangs- oder Anfangsumgebungstemperatur (d. h. etwa 20ºC oder darüber, falls die Temperatur zum Verdampfen der Flüssigkeit bereits angehoben worden ist) linear auf eine Zwischentemperatur von etwa 900 bis 1025ºC, bevorzugt 1025ºC bei Block 50 heraufgesetzt (d. h. hochgefahren) wird. Während dieses Zeitraums wird etwaige verbleibende Flüssigkeit in der Aufschlämmung ausgetrieben. Danach wird in der zweiten Stufe die Zwischentemperatur über einen Zeitraum von zum Beispiel 15 bis 45 Minuten hinweg, ganz besonders bevorzugt etwa 30 Minuten hinweg, aufrechterhalten, um die Glasteilchen bei Block 52 zu schmelzen und in Fluß zu bringen. Danach wird in einer dritten Stufe, die bevorzugt zwei bis vier Stunden, ganz besonders bevorzugt etwa zwei Stunden dauert, die Temperatur von der Zwischentemperatur auf die Anfangs- oder Umgebungstemperatur bei Block 54 linear abgesenkt (d. h. heruntergefahren). Wenn dieser dreistufige Prozeß eingehalten wird, werden aus dem fließenden Glas im wesentlichen alle Luftlöcher, Leerräume, Verformungen und so weiter ausgetrieben, und das Glas wird getempert und mit dem darunterliegenden Artikel verbunden. Die zweite Haftmaterialschicht vergrößert vorteilhafterweise die Fähigkeit des Glases, sich an den darunterliegenden Artikel zu binden, so daß die Probleme des Kanten-"Zurückrollens" und anderer Ungleichförmigkeiten aus der resultierenden Glasschicht im wesentlichen eliminiert werden. Durch den Prozeß der vorliegenden Erfindung erhält man somit einen glasbeschichteten Artikel, bei dem die Glasschicht im wesentlichen gleichförmig und frei von Kanten-"Zurückrollen" und anderen Verformungen ist. Durch die Verwendung der Sperrschichten wird vorteilhafterweise außerdem verhindert, daß die durch sie getrennten verschiedenen Schichten während des Brennens des Artikels ineinander diffundieren.
Schließlich können auf der Glasschicht bei Block 56 unter Verwendung herkömmlicher und/oder anderer Arten von Herstellungstechniken elektronische Schaltungselemente, Komponenten und/oder Zwischenverbindungen ausgebildet werden.
Fig. 3 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform 60 des Artikels der vorliegenden Erfindung. Der Artikel 60 kann als Leiterplatte verwendet werden und ist mit Ausnahme des Einschlusses einer zusätzlichen Diffusionssperrschicht 62 und einer zusätzlichen Haftschicht 64 mit der Ausführungsform 10 von Fig. 1 im wesentlichen identisch. Die Diffusionssperrschicht 62 wird bevorzugt aus Siliziumdioxid hergestellt, das durch die thermische Oxidierung des Substrats 12 gebildet wird, und hilft dabei, die Diffusion der Haftschicht 14 und der Diffusionssperrschicht 16 während des Brennens in das Substrat 12 zu verhindern.
Die zusätzliche Haftschicht 64 wird ebenfalls bevorzugt aus Siliziumdioxid hergestellt und erhöht die Glasvernetzungscharakteristiken der Haftschicht 22. Der zum Ausbilden des Artikels 60 verwendete Prozeß ist mit dem zum Konstruieren des Artikels 10 verwendeten identisch, außer daß in dem Prozeß zum Ausbilden des Artikels 10 die Stufen 70, 72 für die Schichten 62 bzw. 64 enthalten sind. Der bevorzugte Prozeß zur Ausbildung des Artikels 60 ist in Form eines Blockdiagramms in Fig. 4 dargestellt.
Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung können an den bevorzugten Ausführungsformen zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden. So können beispielsweise die Materialien der Haft-, leitenden und Sperrschichten abgeändert werden, soweit die obenerwähnten Designrandbedingungen erfüllt sind und die Materialien mit den bei dem Brennprozeß verwendeten Temperaturen kompatibel sind. Mit anderen Worten sollten die in den Haft-, leitenden die Sperrschichten Schmelztemperaturen aufweisen, die über den beim Brennen des Artikels verwendeten Temperaturen liegen, um das Glasmaterial zu schmelzen. Außerdem kann die Topographie und/oder Art des Siliziumsubstrats abgeändert werden, wobei beispielsweise ein stark dotiertes oder Schmelzzonensilizium verwendet wird. Außerdem kann die Umgebung, in der die Artikel 10, 60 gebrannt werden, verändert werden. Das Brennen kann beispielsweise anstatt unter Luft beispielsweise unter einer inerten Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden. Es hat sich herausgestellt, daß beim Brennen in Wasserstoff eine Zwischentemperatur von etwa 800ºC bevorzugt wird. Es können natürlich andere Temperaturen, Drücke und Umgebungen verwendet werden, wobei vorausgesetzt wird, daß den oben dargelegten Prinzipien der vorliegenden Erfindung entsprochen wird. Zusätzlich und je nach der Art von Bindemittel, das in der Aufschlämmung verwendet wird, kann der Prozeß der vorliegenden Erfindung den zusätzlichen Schritt beinhalten, die Temperatur des Artikels auf eine niedrigere Zwischentemperatur von etwa 150-500ºC hochzufahren und sie dort etwa 15-30 Minuten lang zu halten, um die Bindemittelflüssigkeit in der Aufschlämmung vollständig abzubrennen, bevor zu der Zwischentemperatur fortgeschritten wird. Die Haft- oder Benetzungsschicht kann aber auch vor Hinzufügen des Glases derart strukturiert werden, daß Hohlräume zurückbleiben, wodurch ein Produkt hergestellt werden kann, das eine Glasschicht mit eingebauten Durchgangslöchern zum Zugang zu Masse aufweist.

Claims

1. Prozeß zum Herstellen eines gebrannten glasbeschichteten Artikels (10) mit einem Siliziumsubstrat (12), mit den folgenden Schritten:

(a) Ausbilden mindestens einer Zwischenschicht (14, 16, 18, 20, 22) auf dem Substrat;

(b) Ausbilden einer Schicht aus Glasmaterial (24) über der Zwischenschicht oder den Zwischenschichten; und

(c) Brennen des Produkts von Schritt (b), um das Glasmaterial zu schmelzen und eine im wesentlichen gleichförmige Schicht aus Glasmaterial auszubilden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht, auf der die Schicht aus Glasmaterial (24) ausgebildet ist, eine Schicht aus Glashaftmaterial (22) ausgewählt aus Titan, Boroxid und Wolfram ist.

2. Prozeß nach Anspruch 1, weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Schicht aus leitendem Material (18) zwischen dem Substrat (12) und dem Haftmaterial (22).

3. Prozeß nach Anspruch 2, weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Diffusionssperrschicht (16) zwischen dem Substrat (12) und dem leitenden Material (18).

4. Prozeß nach Anspruch 3, wobei die Diffusionssperrschicht (16) aus Platin besteht.

5. Prozeß nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine zweite Diffusionssperrschicht (20) zwischen dem leitenden Material (18) und der Glashaftschicht (22) ausgebildet wird.

6. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glasmaterials (24) über einen gewünschten Temperaturbereich hinweg im wesentlichen gleich dem des Substrats (12) ist.

7. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glasmaterial ein Borsilikatglas umfaßt.

8. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschichten zwischen dem Substrat und der mindestens einen Zwischenschicht mindestens eine zusätzliche Schicht (14) aus Haftmaterial enthalten.

9. Prozeß nach Anspruch 8, wobei eine Schicht (62) aus Siliziumdioxid auf dem Substrat (12) unter der zusätzlichen Schicht (14) aus Haftmaterial ausgebildet wird.

10. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glasmaterial eine maximale Verlusttangente von 0,06% und eine minimale Dielektrizitätskonstante von 4, 1, beide gemessen bei 20ºC und 114 Hz, aufweist.

11. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus Glasmaterial (24) durch die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge ausgebildet wird:

(i) Ausbilden einer Aufschlämmung aus Glasmaterial und einer Flüssigkeit;

(ii) Aufbringen der resultierenden Aufschlämmung auf die Schicht (22) aus Haftmaterial;

(iii) Entfernen der Flüssigkeit aus der Aufschlämmung; und

(iv) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte (ii)- (iii), bis man das Glasmaterial in einer gewünschten Dicke erhalten hat.

12. Prozeß nach Anspruch 11, wobei die Flüssigkeit Wasser umfaßt und das Glasmaterial in Form einer Glasfritte mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 44 um (Maschenweite 325) vorliegt.

13. Prozeß nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt (iii) des Entfernens der Flüssigkeit aus der Aufschlämmung das Erhöhen der Temperatur des Artikels aus Schritt (ii) auf eine Temperatur umfaßt, die ausreicht, um die Flüssigkeit aus der Aufschlämmung zu entfernen.

14. Prozeß nach Anspruch 13, wobei der Schritt (iii) die Schritte des anfänglichen Hochfahrens der Temperatur auf zwischen 150 und 500ºC und des Aufrechterhaltens der Temperatur für 15 bis 30 Minuten auf diesem Wert umfaßt.

15. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennen einen mehrstufigen Prozeß umfaßt, der die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge umfaßt:

(i) anfängliches, im wesentlichen lineares Erhöhen der Temperatur des Artikels auf eine Zwischentemperatur im Bereich von 800 bis 1200ºC;

(ii) Halten des Artikels auf der Zwischentemperatur über einen Zeitraum hinweg; und

(iii) im wesentlichen lineares Abkühlen des Artikels von der Zwischentemperatur auf Umgebungstemperatur.

16. Prozeß nach Anspruch 15, wobei der Artikel auf eine Zwischentemperatur von etwa 1025ºC erwärmt wird.

17. Prozeß nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Artikel 15 bis 45 Minuten lang auf der Zwischentemperatur gehalten wird.

18. Prozeß nach Anspruch 17, wobei der Artikel etwa 30 Minuten lang auf der Zwischentemperatur gehalten wird.

19. Prozeß nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Artikel über einen Zeitraum von zwei bis vier Stunden von der Zwischentemperatur auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird.

20. Prozeß nach Anspruch 19, wobei der Artikel über einen Zeitraum von etwa 2 Stunden abgekühlt wird.

21. Prozeß nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei der Artikel in ein bis zwei Stunden auf die Zwischentemperatur erwärmt wird.

22. Prozeß nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit dem Schritt des Ausbildens einer Schicht (64) aus Siliziumdioxid zwischen dem Glas (24) und der Glashaftschicht (22).

23. Prozeß nach Anspruch 22, wobei die Schicht aus Siliziumdioxid durch thermische Aufwachstechniken ausgebildet wird.

24. Artikel, der folgendes umfaßt: ein Siliziumsubstrat (12) und eine Schicht aus Glasmaterial (24) auf dem Substrat, eine Haftschicht (22) zwischen dem Substrat und der Glasmaterialschicht und mindestens ein Schaltungselement (30), das auf der Glasschicht (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Glashaftmaterial (22) ausgewählt ist aus Titan, Boroxid und Wolfram.

25. Artikel nach Anspruch 24, weiterhin mit einer leitenden Schicht (18) mit einer Diffusionssperrschicht (16, 20), die auf einer Seite davon zwischen der Glashaftschicht (22) und dem Substrat (12) angeordnet ist.

26. Artikel nach Anspruch 25, wobei Diffusionssperrschichten (16, 20) auf beiden Seiten der leitenden Schicht (18) angeordnet sind.

27. Artikel nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Diffusionssperrschicht oder die Diffusionssperrschichten aus Platin bestehen.

28. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 27, weiterhin mit einer zwischen einer Seite der leitenden Schicht (18) und dem Substrat (12) angeordneten zweiten Haftschicht (14).

29. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 28, wobei das Glasmaterial eine Verlusttangente von höchstens 0,06% und eine Dielektrizitätskonstante von mindestens 4, 1 aufweist.

30. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 29, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Glasmaterials (24) im wesentlichen gleich dem des Substrats ist.

31. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei das Glasmaterial (24) ein Borsilikatglas umfaßt.

32. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei die Schicht aus Glasmaterial (24) eine aus einer Reihe von Schichten aus Glasmaterial ausgebildete aufgebaute Schicht umfaßt.

33. Artikel nach einem der Ansprüche 24 bis 32, weiterhin mit einer Schicht aus Siliziumdioxid (64) zwischen der Glashaftschicht (22) und dem Glas (24).