DE69627954T2 - Herstellungsverfahren von Luftbrücker - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Luftbrücken auf elektronischen Einrichtungen. Das Verfahren verwendet amorphes Siliciumcarbid, um die Leiter auf der Vorrichtung während und nach dem Ausbilden der Luftbrücke zu schützen.
  • Die Elektronikindustrie ist fortgesetzt bestrebt, die Größe von Einrichtungen zu verringern. Eine der Schwierigkeiten beim Verkleinerungsvorgang ist das Aufrechterhalten eines ausreichenden Dielektrikums zwischen Leitern, um ein Versagen der Einrichtung zu vermeiden.
  • Um dieses Problem zu lösen, hat die Industrie eine große Auswahl an Materialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante untersucht. Diese Materialien haben gezeigt, dass sie Dielektrizitätskonstanten von 2 und mehr vorsehen. Leider sind viele dieser Materialien schwierig zu verarbeiten, und ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften können mit den Einrichtungen inkompatibel sein.
  • Eines der besten verfügbaren Dielektrika ist Luft. Zahlreiche Forscher haben versucht, daraus Nutzen zu schlagen, unter Belassen von Lücken oder Aussparungen zwischen benachbarten Leitern. Diese Lücken werden häufig „Luftbrücken" genannt. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5,324,683 die Ausbildung einer Luftbrücke in einem integrierten Schaltkreis durch Entfernen einer gesamten oder eines Teils einer dielektrischen Schicht zwischen Leitern. Die Verfahren, Materialien und Endprodukte, die hierin beschrieben werden, unterscheiden sich jedoch von denen der vorliegenden Erfindung. Es wird auch Bezug genommen auf das US-Patent 5,148,260, das eine Halbleitereinrichtung beschreibt mit einer verbesserten Luftbrückenleiterstruktur.
  • Wir haben unerwartet ein Verfahren zum Ausbilden einer Luftbrücke entdeckt, das die Eigenschaften von Siliciumcarbid bei seiner Ausbildung nutzt, das den unerwarteten Vorteil aufweist, nach der Ausbildung haltbarer zu sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung von Luftbrücken auf einer elektronischen Einrichtung. Das Verfahren enthält zuerst das Ausbilden zweier getrennter Leiter auf einer elektronischen Einrichtung. Diese Leiter weisen Kanten auf, die seitlich benachbart zueinander angeordnet sind und die Leiter sind durch eine Aussparung voneinander getrennt. Als nächstes werden amorphe Siliciumcarbidbeschichtungen auf den Kanten der Leiter ausgebildet, die seitlich benachbart zueinander so angeordnet sind, dass die Größe der Aussparung durch die seitliche Dicke der Beschichtungen verringert wird, während dazwischen weiterhin eine Aussparung verbleibt. Als nächstes wird ein Opfermaterial in der Aussparung zwischen den seitlich benachbarten, mit amorphem Siliciumcarbid beschichteten Oberflächen auf den Leitern ausgebildet. Eine amorphe Siliciumcarbidbeschichtung wird dann auf dem Opfermaterial ausgebildet. Diese Beschichtung ist so ausgebildet, dass sie die amorphen Siliciumcarbidbeschichtungen auf den Kanten der Leiter berührt und dabei das Opfermaterial in amorphem Siliciumcarbid einschließt. Die leitende Brücke wird dann ausgebildet, um elektrisch die Leiter zu verbinden. Diese Brücke ist auf den bei den Leitern ausgebildet, wobei die amorphe Siliciumcarbidbeschichtung das Opfermaterial bedeckt. Eine amorphe Siliciumcarbidbeschichtung wird dann abgeschieden, um die leitende Brücke zu bedecken. Zuletzt wird das Opfermaterial geätzt.
  • 1 zeigt eine elektronische Einrichtung mit Leitern darauf.
  • 2 zeigt die elektronische Einrichtung nach 1, die mit Siliciumcarbid beschichtet ist.
  • 3 zeigt die elektronische Einrichtung nach 2, bei der das Siliciumcarbid geätzt ist, so dass die Kanten der Leiter seitlich benachbart zueinander mit Siliciumcarbid beschichtet sind.
  • 4 zeigt die elektronische Einrichtung nach 3, die mit einem Opfermaterial beschichtet ist.
  • 5 zeigt die elektronische Einrichtung nach 4, bei der das Opfermaterial gemustert ist, um die Aussparung zwischen den beschichteten Leitern auszufüllen.
  • 6 zeigt die elektronische Einrichtung nach 5, die mit Siliciumcarbid beschichtet ist.
  • 7 zeigt die elektronische Einrichtung nach 6, bei der das Siliciumcarbid gemustert ist.
  • 8 zeigt die elektronische Einrichtung nach 7, bei der eine leitende Brücke ausgebildet ist.
  • 9 zeigt die elektronische Einrichtung nach 8, die mit Siliciumcarbid beschichtet ist.
  • 10 zeigt die elektronische Einrichtung nach 9, bei der das Opfermaterial entfernt ist.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf unserer Entdeckung, dass die Eigenschaften von amorphem Siliciumcarbid (oder „Siliciumcarbid") in dem Verfahren zur Ausbildung von Luftbrücken verwendet werden kann. Dieses Verfahren sieht ein anwendbares Mittel für die Herstellung von Luftbrücken vor und löst dabei eines der Probleme, die eine Miniaturisierung mit sich bringt. Zusätzlich ist die sich ergebende Luftbrücke beständiger als die im Stand der Technik bekannten, da die Leiter geschützt und abgedichtet werden durch die amorphen Siliciumcarbidbeschichtungen.
  • Der erste Schritt bei der vorliegenden Erfindung bringt die Ausbildung zweier getrennter elektrischer Leiter („Leiter") auf einer elektronischen Einrichtung mit sich. Diese Leiter können auf irgendeiner Ebene innerhalb der Einrichtung ausgebildet werden. Eine beispielhafte elektronische Einrichtung ist in 1 als (1) gezeigt und die Leiter sind als (2) gezeigt.
  • Die hierin verwendete elektronische Einrichtung ist nicht maßgebend und nahezu jede, die im Stand der Technik bekannt ist und/oder handelsüblich hergestellt wird, ist hierbei verwendbar. Diese enthalten siliciumbasierte Einrichtungen, galliumarsenidbasierte Einrichtungen, Brennebenenanordnungen, Opto-elektronische Einrichtungen, Photovoltaik-Zellen und optische Einrichtungen.
  • Ebenso ist das zur Herstellung der Leiter hierin verwendete Material nicht entscheidend und nahezu jedes, das im Stand der Technik bekannt ist und/oder handelsüblich hergestellt wird, ist hierbei verwendbar. Diese enthalten beispielsweise Metalle wie Aluminium, Kupfer, Gold, Silber und Platin; ein Silicid; Polysilicium; amorphes Silicium; ein leitendes organisches Material oder ein leitendes anorganisches Material.
  • Verfahren zum Abscheiden dieser Leiter sind ebenfalls im Stand der Technik bekannt. Das spezielle verwendete Verfahren ist wiederum nicht ausschlaggebend. Beispiele für solche Verfahren enthalten verschiedene physikalische Dampfabscheidungs-(PVD-)verfahren, wie beispielsweise das Sputtern und Elektronenstrahlverdampfen oder verschiedene flüssige Abscheideverfahren.
  • Wie in 1 gezeigt, sind die Leiter auf der Einrichtung so ausgebildet, dass sie durch einen Aussparungsbereich (3) getrennt sind. Zusätzlich weisen die Leiter Kanten (4) auf, die seitlich benachbart zueinander auf der Oberfläche der Einrichtung vorgesehen sind.
  • Der nächste Schritt bei der Erfindung bringt das Ausbilden amorpher Siliciumcarbidbeschichtungen auf den Kanten der Leiter (4) mit sich, die seitlich benachbart zueinander sind, so dass die Größe der Aussparung (3) durch die Dicke der Beschichtungen (7) verringert wird. Diese Beschichtungen sind in 3 als (6) gezeigt.
  • Im Allgemeinen werden diese Beschichtungen auf den Leitern durch ein Verfahren ausgebildet, das das Abscheiden amorphen Siliciumcarbids auf der gesamten oberen Fläche der Einrichtung umfasst, wie durch (5) in 2 gezeigt. Dieses amorphe Siliciumcarbid wird dann gemustert und geätzt, um Beschichtungen (6) auf dem Leiter zu hinterlassen. Andere äquivalente Einrichtungen, wie beispielsweise eine gemusterte Abscheidung, sind jedoch ebenso für die Anwendung in der Erfindung einsetzbar.
  • Das Verfahren zum Auftragen des Siliciumcarbids ist nicht entscheidend für die Erfindung und es sind viele im Stand der Technik bekannt. Beispiele für anwendbare Verfahren enthalten eine Reihe von chemischen Dampfabscheidungsverfahren, wie beispielsweise das herkömmliche CVD, die photochemische Dampfabscheidung, die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (PECVD), die Elektronzyclotronresonanz (ECR) oder Düsendampfabscheidung und eine Reihe von physikalischen Dampfabscheidungsverfahren, wie beispielsweise das Sputtern und die Elektronenstrahlverdampfung. Diese Verfahren bringen entweder die Zugabe von Energie (in Form von Wärme, Plasma etc.) zu einer verdampften Art mit sich, um die gewünschte Reaktion zu verursachen, oder das Fokussieren von Energie auf eine feste Materialprobe, um ihre Abscheidung zu verursachen.
  • Bei der herkömmlichen chemischen Dampfabscheidung wird die Beschichtung dadurch abgeschieden, dass ein Strom von gewünschten Vorstufengasen über ein erwärmtes Substrat geschickt wird. Sobald die Vorstufengase die heiße Oberfläche berühren, reagieren sie und scheiden die Beschichtung ab. Die Substrattemperaturen im Bereich von 100 bis 1000°C sind ausreichend, um diese Beschichtungen innerhalb mehrerer Minuten bis mehrerer Stunden auszubilden, in Abhängigkeit von den Vorstufen und der gewünschten Dicke der Beschichtung. Falls gewünscht, können reaktive Metalle in einem solchen Prozess verwendet werden, um die Abscheidung zu erleichtern.
  • Bei PECVD lässt man die gewünschten Vorstufengase dadurch reagieren, dass sie durch ein Plasmafeld geleitet werden. Die reaktiven dabei gebildeten Sorten werden dann bei dem Substrat gebündelt, wo sie sogleich anhaften. Im Wesentlichen liegt der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber CVD darin, dass eine niedrigere Substrattemperatur verwendet werden kann. Beispielsweise funktionieren Substrattemperaturen von 50°C bis 600°C.
  • Das in solchen Prozessen verwendete Plasma kann Energie enthalten, die von einer Reihe von Quellen stammt, wie beispielsweise elektrischen Entladungen, elektromagnetischen Feldern im Bereich der Radiofrequenz oder von Mikrowellen, Lasern oder Partikelstrahlen. Allgemein bevorzugt bei den meisten Plasmaabscheideverfahren ist die Verwendung von Radiofrequenz- (10 kHz – 102 MHz) oder Mikrowellen- (0,1 bis 10 GHz) Energie bei mäßigen Leistungsdichten (0,1 bis 5 Watt pro cm2). Die spezielle Frequenz, Leistung und Druck werden jedoch im Allgemeinen individuell auf die Vorstufengase und das verwendete Zubehör abgestimmt.
  • Die Vorstufengase sind ebenfalls nicht maßgebend für die Erfindung. Beispiele von geeignete Vorstufengasen enthalten (1) Mischungen von Silan und einem Halosilan, wie beispielsweise Trichlorsilan, bei der Anwesenheit eines Alkans mit einem bis 6 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Methan, Ethan oder Propan; (2) ein Alkylsilan, wie beispielsweise Methylsilan, Dimethylsilan, Trimethylsilan und Hexamethyldisilan; oder (3) ein Silacyclobutan oder Disilacyclobutan, wie in US-Patent 5,011,706 beschrieben. Besonders bevorzugt bei der vorliegenden Erfindung ist die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Trimethylsilan.
  • Entsprechend ist das Ätzverfahren nicht maßgebend und nahezu jedes im Stand der Technik bekannte Verfahren wird hierbei funktionieren. Diese enthalten beispielsweise das Trockenätzen (z. B. mit Plasma), das Nassätzen (z. B. mit wässriger Flusssäure) und/oder die Laserabtragung.
  • Als nächstes wird ein Opfermaterial in der Aussparung zwischen den benachbarten, mit amorphem Siliciumcarbid beschichteten Oberflächen auf den Leitern abgeschieden. Dies ist in 5 gezeigt als Material (9). Dieses Material ist ebenfalls im Wesentlichen durch ein Verfahren gebildet, das das Abscheiden des Opfermaterials auf der gesamten oberen Fläche der Einrichtung, wie durch (8) in 4 gezeigt, umfasst. Dieses Opfermaterial wird, dann gemustert und geätzt, um das Material (9) in der Aussparung zu hinterlassen. Andere äquivalente Einrichtungen, wie beispielsweise ein gemustertes Abscheiden, werden ebenfalls für die Erfindung in Erwägung gezogen.
  • Das hierin verwendete Opfermaterial ist nicht maßgebend, solange es ohne Ätzen oder Beschädigen der elektronischen Einrichtung, der Leiter oder des Siliciumcarbids geätzt werden kann. Diese Materialien enthalten beispielsweise Oxide, Nitride, fluorierte Stoffe, organische Stoffe und Polymerstoffe. Spezielle Beispiele enthalten Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Titannitrid, Borosilicatglas und Polyimid. Bevorzugt ist Siliciumdioxid, das aus Wasserstoffsilsesquioxanharz gewonnen wird, das durch ein Verfahren aufgetragen wird, wie beispielsweise das, das in US-Patent 4,756,977 beschrieben wird.
  • Die Opfermaterialien werden durch im Stand der Technik für das ausgewählte Material bekannte Verfahren aufgebracht. Solche Verfahren können beispielsweise enthalten Aufschleuder(Spin-on)-Verfahren, die chemische Dampfabscheidung, die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung und das Sputtern.
  • Wiederum wird, sofern das Material gemustert und geätzt werden soll, dies durch im Stand der Technik bekannte Verfahren durchgeführt. Wie zuvor können diese das Trockenätzen, das Nassätzen und/oder die Laserabtragung enthalten.
  • Eine amorphe Siliciumcarbidbeschichtung wird dann auf dem Opfermaterial abgeschieden. Diese Beschichtung wird so abgeschieden, dass sie die amorphen Siliciumcarbidbeschichtungen auf den Kanten der Leiter berührt und dabei das Opfermaterial einschließt. Dies ist in 7 gezeigt, in der eine Siliciumcarbidschicht (10) auf einem Opfermaterial (9) abgeschieden ist und die Beschichtung (6) auf den Leitern berührt.
  • Im Allgemeinen werden diese Beschichtungen durch ein Verfahren ausgebildet, das das Abscheiden eines amorphen Siliciumcarbids auf der gesamten oberen Fläche der Einrichtung, wie durch (11) in 6 gezeigt, enthält. Dieses amorphe Siliciumcarbid wird dann gemustert und geätzt, um Beschichtungen (10) auf dem Opfermaterial zu hinterlassen. Andere äquivalente Einrichtungen, wie beispielsweise ein gemustertes Abscheiden, sind jedoch ebenfalls anwendbar. Die Materialien und Verfahren zum Abscheiden und Ätzen der Beschichtung auf dem Opfermaterial sind ebenfalls nicht ausschlaggebend und zahlreiche sind im Stand der Technik bekannt. Im Allgemeinen sind diese dieselben, wie sie oben für das Ausbilden der vorherigen Siliciumcarbidbeschichtung beschrieben wurden.
  • Als nächstes wird eine leitende Brücke, die elektrisch die Leiter verbindet, ausgebildet. Wie in 8 gezeigt, wird diese Brücke (12) auf. den beiden Leitern (2) und der amorphen Siliciumcarbidbeschichtung, die das Opfermaterial (10) bedeckt, ausgebildet. Die Materialien und Verfahren zum Ausbilden dieser Brücke sind im Stand der Technik bekannt und sind im Wesentlichen dieselben, wie sie oben bei der Verwendung zum Ausbilden der Leiter beschrieben wurden.
  • Amorphes Siliciumcarbid wird dann abgeschieden, um die leitende Brücke zu, bedecken. Dies ist in 9 als Beschichtung (13) gezeigt. Dies kann wiederum durch ausgewähltes Abscheiden oder durch Abscheiden und Ätzen erfolgen. Die Materialien und Verfahren zum Abscheiden und Ätzen der Beschichtung auf der leitenden Brücke sind nicht maßgebend und es sind viele im Stand der Technik bekannt. Im Wesentlichen sind dies dieselben, wie diese, die oben zur Ausbildung der vorherigen Siliciumcarbidbeschichtung beschrieben wurden.
  • Zuletzt wird das Opfermaterial geätzt, um die Luftbrücke zu hinterlassen. Dies ist in 10 als Aussparung (14) gezeigt. Das Ätzverfahren ist wiederum nicht maßgebend und irgendein im Stand der Technik bekanntes Ätzverfahren kann verwendet werden, solange das Ätzen beschränkt ist auf das Opfermaterial. Diese enthalten beispielsweise das Trockenätzen, das Nassätzen und/oder den Laserabtrag.
  • Die sich ergebende Einrichtung weist die gewünschte Luftbrücke, wie in 10 gezeigt, auf. Zusätzlich weist die Luftbrücke nach der vorliegenden Erfindung jedoch Siliciumcarbid auf, das die Leiter schützt. Dies sorgt sowohl für eine hermetische Sperre zum Vermeiden eines Abbaus, verursacht durch Korrosion, als auch eine physikalische Sperre, um ein Verkürzen zu vermeiden, das sich ergeben kann, wenn die Brücke sich physikalisch verändert.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bildung von Luftbrücken auf einer elektronischen Einrichtung, enthaltend: Ausbilden eines ersten Leiters und eines separaten zweiten Leiters auf einer elektronischen Einrichtung (1), wobei die Leiter (2) Kanten (4) aufweisen, die benachbart zueinander und getrennt voneinander durch eine Aussparung (3) angeordnet sind; Ausbilden einer ersten amorphen Siliciumcarbidbeschichtung (6) auf den Kanten der Leiter, die benachbart zueinander so angeordnet sind, dass eine Aussparung verbleibt, jedoch die Größe der Aussparung durch die seitliche Dicke der Beschichtungen (7) verringert wird; Abscheiden eines Opfermaterials (9) in der Aussparung zwischen den seitlich benachbarten mit armorphem Siliciumcarbid beschichteten Kanten der Leiter; Abscheiden einer zweiten amorphen Siliciumcarbidbeschichtung (11), um das Opfermaterial abzudecken, wobei diese Beschichtung die amorphen Siliciumcarbidbeschichtungen auf den Kanten der Leiter berührt, um das Opfermaterial einzuschließen; Abscheiden einer leitenden Brücke (12), die den ersten und zweiten Leiter elektrisch verbindet, wobei die Brücke auf dem ersten und zweiten Leiter abgeschieden wird und die amorphe Siliciumcarbidbeschichtung das Opfermaterial bedeckt; Abscheiden einer dritten amorphen Siliciumcarbidbeschichtung (13), um die leitende Brücke abzudecken; und Ätzen des Opfermaterials.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektronische Einrichtung (1) eine auf Silicium basierende Einrichtung, auf Galliumarsenid basierende Einrichtung, eine Brennebenenanordnung, eine optoelektronische Einrichtung, ein Halbleiterphotoelement oder eine optische Einrichtung ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jeder Leiter (2) aus einem Material besteht, ausgewählt aus Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Platin, einem Silicid, Polysilicium, amorphem Silicium, einem leitfähigen organischen Material und einem leitfähigen anorganischen Material.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem jeder Leiter (2) durch physikalische Dampfabscheidung oder Flüssigkeitsabscheidung abgeschieden wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem die erste amorphe Siliciumcarbidbeschichtung (6) durch eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Trimethylsilan gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem das Opfermaterial (9) Siliciumdioxid ist, das sich von Wasserstoffsilsesquioxanharz ableitet.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, bei dem die zweite amorphe Siliciumcarbidbeschichtung (11) durch eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Trimethylsilan gebildet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, bei dem die leitende Brücke (12) aus Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Platin, einem Silicid, Polysilicium, amorphem Silicium, einem leitenden organischen Material oder einem leitenden anorganischen Material hergestellt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die leitende Brücke (12) durch physikalische Dampfabscheidung oder Flüssigkeitsabscheidung abgeschieden wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem die dritte amorphe Siliciumcarbidbeschichtung (13) durch eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Trimethylsilan gebildet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, bei dem das Opfermaterial durch Trockenätzen, Nassätzen oder Laserabtrag geätzt wird.
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