NO322454B1 - Fremgangsmate ved finbearbeiding for brodannelse over en kanal - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder forbedringer med hensyn til finbearbeiding og nærmere bestemt en fremgangsmåte ved finbearbeiding for å danne bro over en kanal med i det minste ett brodannende material, og hvor kanalen anordnes i et andre material.

Finbearbeiding eller mikromaskinering av materialer for å danne strukturer i disse er kjent. Faktisk er følere blitt produsert i mange år ved å utnytte finbearbeidende teknikker. Med tidligere følere har det imidlertid vært et problem å forbinde visse partier av en føler dannet på denne måte elektrisk med resten av føleren.

Særlig har noen følerkonstruksjoner hatt partier som er fritt opphengt i forhold til resten av føleren eller skiven. Sådanne opphengte utstyrsparker har tidligere hindret elektriske ledere fra å passere over vedkommende område av føleren.

Fra før gir publikasjonen EP 0 451 992 lærdom om en fremgangsmåte ved dannelse av en bro over et substrat, som innebærer at kanalen som det skal dannes bro over, fylles fullstendig med et fyllmaterial. Fra publikasjonen US 5 324 683 er det videre kjent en metode for å skape et luftgap mellom to ledende områder i en halvlederstruktur. Dessuten beskriver publikasjonene US 5 127 990, EP 582 797 og US 4 997 521 forskjellige fremgangsmåter ved fremstiling av anordninger med mikro-strukturer.

Således gjelder foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art, som omfatter trinn hvor:

a) det på det andre material avsettes et fyllmaterial,

b) nevnte fyllmaterial gis et mønster og etses for å danne et hull gjennom fyllmaterialet til det andre material, c) det i det minste ene brodannende material avsettes på fyllmaterialet, slik at i det minste et parti av det i det minste ene brodannende material kommer i kontakt med

det andre material gjennom hullet, og

d) fyllmaterialet fjernes så snart det i det minste ene brodannende material er blitt avsatt, for derved å etterlate det i det minste ene brodannende material som

danner bro over nevnte kanal.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk fra publikasjonene nevnt ovenfor, har da fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at trinn a), hvor det på det andre material avsettes et fyllmaterial, innebærer at fyllmaterialet avsettes slik at det sprer seg sideveis over kanalen og delvis fyller kanalen i et område øverst i kanalen. Denne fremgangsmåte er fordelaktig fordi den tillater at særtrekk ved det andre material kan hoppes over eller bygges bro over av det brodannende material, også betegnet det primære område av det første material. For eksempel kan fremgangsmåten brukes for å hoppe over kanaler i det andre material, eventuelt kanaler i et material forskjellig fra det andre material. I en utførelse er fremgangsmåten særlig attraktiv ved at den forenkler frigjøringsprosessen for de opphengte utstyrspartier og tillater isolerte/opphengte strukturer å komme i kontakt med et ledespor. Fremgangsmåten er særlig anvendelig på "Silicon on Insulator High Aspect Ratio Micro-machining" (SOI HARM).

Det første (brodannende) material kan være ledende og det primære område av det første material kan danne et spor. En sådan fremgangsmåte kan være egnet for å frembringe ledeskinner eller -spor (conductive tracks).

Fremgangsmåten kan omfatte at fyllmaterial fjernes og derved kan et parti av det primære område (det opphengte parti av det primære område) bli hovedsakelig fritt opphengt, eventuelt over det andre material. Alternativt eller i tillegg kan i det minste et parti av det primære område være fritt opphengt i forhold til et annet material, eventuelt i forhold til opphengte utstyrspartier. Fremgangsmåten kan være slik at det dannes et antall primære områder som kan være fritt opphengt eller forbli i kontakt med fyllmaterialet.

Det primære område kan dannes av mange materialer som eventuelt anordnes lagvis. Det kan anordnes et strukturelt lag som kan understøtte et ledende lag. Det strukturelle lag kan velges ut fra sine mekaniske egenskaper. Som et eksempel kan det strukturelle lag være hovedsakelig et spenningsfritt nitrid. Flere ledende lag kan anordnes adskilt med hovedsakelig isolerende material.

Fremgangsmåten kan anvendes på finbearbeidede strukturer hvor et substrat etses for å danne opphengte utstyrspartier som er hovedsakelig frie i forhold til det meste av substratet, idet det finnes kanaler som skiller de opphengte utstyrspartier fra substratmassen. I dette tilfelle kan fremgangsmåten tillate at det primære område danner bro over en eller flere kanaler eller at det primære område danner bro over opphengte utstyrspartier. Fagfolk på området vil forstå at de opphengte utstyrspartier kan forbindes med substratmassen med forbindende partier som hindrer de opphengte utstyrspartier fra å bli adskilt fra substratmassen. Dessuten kan substratet være det andre material. Det andre material kan være silisium eller en annen halvleder. Alternativt kan det andre material være et annet material som er i stand til å bli finbearbeidet eller mikromaskinert. For eksempel kan det andre material være et metall eller kvarts. Fagfolk vil forstå at det primære område kan bringes til å komme i kontakt med et lag knyttet til et substrat. For eksempel kan det andre material være et metallag anordnet i tilknytning til et silisiumsubstrat. Alternativt kan det andre material være et substrat.

I en utførelse kan metoden brukes for å sammenføye et ledende lag i en prefabrikkert, integrert mikroelektronisk krets eller anordning med det primære område, idet det ledende lag er det andre material.

Kanalene kan ha en bredde på inntil omtrent 1 mm. I praksis kan kanalene ha en bredde på inntil hovedsakelig 100 pm. I andre utførelser er bredden av kanalen inntil omtrent 50 um. Kanalen kan også ha en bredde inntil omtrent 10 um.

For å danne bro over en kanal ved å bruke mikrobearbeidende teknikker ble kanalen tidligere fullstendig gjenfylt ved å avsette et material mens en metallisering ble plassert over overflaten av den gjenfylte kanal i en høytemperaturprosess. Generelt forble kanalen fylt med materialet og derfor har sådanne tidligere kjente metoder ikke vært i stand til å danne bro mellom opphengte utstyrspartier.

Fyllmaterialet kan anordnes på de øvre overflatepartier av det andre material og ikke trenge inn i hovedsakelig alle kanalene.

Det primære område kan stå i kontakt med de opphengte utstyrspartier gjennom hullene i fyllmaterialet.

Det vil forstås at når finbearbeidende teknikker brukes for å produsere anordninger med opphengte utstyrspartier brukes ofte et etsemiddel (et offeretsemiddel) for å frigjøre det opphengte utstyrsparti fra massen av materialet. I de fleste tilfeller kan et offeretsemiddel fjerne et offermaterial som kan være isolasjonslaget mellom to skiver i en "silicon on insulator wafer" (SOI-skive). Tidligere kjente teknikker for å gjenfylle kanaler og sørge for metallisering over overflaten har nødvendigvis blitt utført før offeretsingen. Foreliggende fremgangsmåte kan utføres etter at det opphengte utstyrsparti er blitt frigjort fra massen av materialet (dvs. etter offeretsingen).

De opphengte utstyrspartier beskrevet i denne spesifikasjon kan være frembragt ved hjelp av to alternative prosesser. For det første er det mulig i hovedsak å frigjøre de opphengte utstyrspartier ved å bruke offerteknikker hvor et material forskjellig fra substratet etses (eller offeretses) for i hovedsak å frigjøre de opphengte utstyrspartier. Et sådant eksempel vil være å bruke SOI-skiver hvor isolasjonslaget ofres ved etsing for i hovedsak å frigjøre de opphengte utstyrspartier. For det andre kan det være mulig i hovedsak å frigjøre de opphengte utstyrspartier ved å etse selve substratet ved å bruke tradisjonelle finbearbeidende teknikker på råmaterialet.

Alternativt eller i tillegg kan fremgangsmåten utføres før offeretsingen utføres. Dersom fremgangsmåten utføres før offeretsingen, kan fremgangsmåten innbefatte et trinn hvor fyllmaterialet beskyttes mot offeretsingen. Denne beskyttelse kan innbefatte et trinn hvor fyllmaterialet og/eller det primære område tildekkes med et beskyttende lag.

Dersom fremgangsmåten utføres før offeretsingen, kan dessuten fremgangsmåten omfatte at det brukes et material for det primære område som ikke etses under offeretsingen. Det første material kan være TiW. TiW er fordelaktig fordi det ikke kan etses i HF-syre, som er et vanlig etsemiddel for finbearbeidende teknikker.

Det primære områdes opphengte parti kan ha en lengde på under omtrent 100 pm. Det primære områdes opphengte parti kan ha en lengde på under omtrent 50 pm. Faktisk kan det primære områdes opphengte parti ha en lengde på under omtrent 10 pm. A ha et parti med sådanne dimensjoner er fordelaktig ettersom det gir det primære område et opphengt parti som er fritt opphengt og som kan tåle bevegelse når ytre krefter (f.eks. akselerasjon) påføres. Skulle det primære områdes opphengte parti omfatte et spor og forflytte seg når sådanne krefter påføres, ville strøkapasitansene i det system hvor sporet er anordnet, bli endret, hvilket kan påvirke systemets ytelse. Videre kan det primære område til sist bli svekket og svikte. Fagfolk vil forstå at stivheten hos det primære områdes opphengte parti ikke bare er en funksjon av dets lengde, men også en funksjon av dets material og tverrsnittsareal.

Særlige fordeler ved fremgangsmåten er at den kan realiseres ved lave temperaturer og derfor er egnet for etterbehandling av skiver med prefabrikkerte, integrerte mikroelektroniske kretser (som kan være CMOS). Fagfolk vil selvsagt forstå at høytemperatur-prosesser også kan brukes for å utøve fremgangsmåten, men fremgangsmåten vil da ikke være kompatibel med CMOS-kretser. Særlig kan fyllmaterialet f.eks. være et termisk dyrket oksyd, nitrid eller oksynitrid, eller det kan være et avsatt oksyd, nitrid, oksynitrid eller polysilisium. Disse materialer kan avsettes ved hjelp av prosesser slik som TEOS og LPCVD.

Fyllmaterialet kan frembringes i form av flere lag som kan bestå av ulike materialer. Det kan finnes flere ledende lag. Bestemte lag i fyllmaterialet kan velges for å redusere spenninger inne i fyllmaterialet. I en utførelse er fyllmaterialet frembragt i form av en rekke dopede og udopede lag av et oksyd. Andre utførelser er også mulig.

Det første material kan være et metall eller en halvleder, eventuelt et annet material. For eksempel kan det første material være et hvilket som helst av de etterfølgende materialer: aluminium, aluminiumkobber, aluminiumsilisium, polysilisium, TiW, Ti, wolfram og aluminiumsilisiumkobber.

Kanalen kan gjenfylles med et avsatt material med lav temperatur i en avsetningsprosess. I den foretrukne utførelse kan kanalen bli delvis gjenfylt ved å bli gjenfylt i de øvre områder og ikke gjenfylt i de lavere områder. Det avsatte material kan avsettes ved å bruke "Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD)". Det avsatte material kan være et oksyd eller et nitrid. Det er fordelaktig å bruke en lavtemperaturprosess, slik at fremgangsmåten blir kompatibel med de prosesser som brukes for å fremstille CMOS-anordninger og også kan brukes for å modifisere anordninger på kommersielt anskaffede CMOS-skiver. Bruk av høye temperaturer er tilbøyelig til i alvorlig grad å forringe en hvilken som helst CMOS-krets som allerede er fremstilt i det andre material eller gjøre den uvirksom dersom den metalliseres eller i motsatt fall forringe utstyrskarakteristikken.

Med lavtemperaturprosess menes en temperatur hvor integrerte mikroelektroniske anordninger (f.eks. CMOS-anordninger) ikke blir skadet, slik som ved forringelse av

tilstanden ved metalloverganger. En sådan temperatur kan være under omtrent 450° C. Det vil forstås at dersom intet metall er anordnet på strukturen kan overgangstilstandene ikke skades og som sådanne kan integrerte mikroelektroniske anordninger skades ved at dopemidler i dopede områder som utgjør anordningene migrerer. Sådan skade kan skje ved temperaturer over omtrent 700° C.

Fagfolk vil vite at under vanlig PECVD genereres plasmaet ved en eneste frekvens. Det kan være mulig i hovedsak å fylle kanalene fullstendig ved f.eks. å bruke et tofrekvent

PECVD-system hvor plasmaet genereres ved en første frekvens og arter akselereres mot det andre material (eller det material hvor kanalen er anordnet dersom det andre material er et lag knyttet til et substrat, osv.) ved en andre frekvens. Det tofrekvente PECVD-system kan øke den dybde til hvilken kanalene blir fylt.

Det vil forstås at under offeretsingen vil partier under en forutbestemt størrelse bli frigjort fra massen av materialet (slik som det andre material) for å frigjøre de opphengte utstyrspartier. Dersom det ikke er ønskelig å frigjøre visse partier fra massen av materialet kan det være mulig å hefte de opphengte utstyrspartier til massen av materialet ved å bruke tofrekvent PECVD, hvor kanalene blir hovedsakelig fullstendig gjenfylt.

Avsetningsprosessen kan avsette material i et toppområde av en kanal. Materialet kan bli avsatt bare i toppområdet mens i hovedsak intet material avsettes i bunnområdet av kanalen. Det avsatte material kan strekke seg sideveis over kanaler og kan til sist innkapsle en kanal og derved forsegle kanalen ved toppområdet.

En etseprosess (eller annen materialfjernende prosess) kan brukes for å fjerne fyllmaterialet. For eksempel kan ionestrålefresing, gnisterosjon eller andre nøyaktige materialfjernende teknikker være egnet.

Alternativt kan fyllmaterialet gjøres plant eller fortynnes ved å bruke teknikker slik som kjemisk/mekanisk polering, eller tørr eller våt etsing.

Det primære område kan fremstilles fra et material som har en fjernerate nærmest lik null (eller som kan være liten) ved den materialfjernende teknikk som brukes for å fjerne fyllmaterial.

Kanaler fylt med fyllmaterial kan ha en dybde på inntil omtrent 2 mm.

Fyllmaterialet kan ha en avsatt tykkelse på inntil omtrent 20 pm over det andre material. Fyllmaterialet kan ha en største avsatt tykkelse på inntil omtrent 15 pm. I en utførelse kan fyllmaterialet ha en avsatt tykkelse på inntil omtrent 5 pm.

I en annen utførelse kan fyllmaterialet være et polymermaterial. For eksempel kan fyllmaterialet være et polyimid. Særlig kan polyimidet være PIQ (handelsbetegnelse). I en ytterligere utførelse kan fyllmaterialet være en fotoavdekning (photoresist). Dersom fyllmaterialet er egnet, slik som en polymer, polyimid eller fotoavdekning, kan det bringes til å flyte over på det andre material slik at det strømmer inn i enhver kanal. Dette har den fordel at polymeren, polyimidet eller fotoavdekningen fortrenger enhver væske som er tilstede i en kanal. Andre materialer som er egnet for å slynges på en skive kan også brukes som fyllmaterial. For eksempel kan påførbare dielektrika/isolatorer, slik som påspinnbart glass eller solgeler, brukes. (Faktisk kan ethvert egnet, påspinnbart dielektrikum brukes.)

Fagfolk vil forstå at når et polymermaterial brukes, behøver det ikke fullt ut strømme inn i kanalene og dette kan avhenge av polymerens viskositet. Det vil forstås at ettersom viskositeten øker og substratet skulle bli rotert for å jevne ut polymeren, osv., er det mindre sannsynlig at polymeren, osv. blir tvunget ut av kanalene. Polymer som ikke kommer inn i eller fyller kanalene kan være fordelaktig. Polymeren (eller annet fyllmaterial) kan brukes for å bygge bro over kanalene eller bygge bro over grøfter eller forsegle hulrom. Dette kan oppnås med den riktige kombinasjon av viskositet og spinnende betingelser/utstyr. Dette kan oppnås uten å fylle kanalene, grøftene eller hulrommene.

Under produksjonen av strukturer som har opphengte utstyrspartier er den letthet med hvilken de opphengte utstyrspartier frigjøres fra massen av materialet, en vurdering. Skulle væsker, slik som etsemidler som brukes for å frigjøre de opphengte utstyrspartier fra massen av det andre material være tilstede i kanalene, kan det oppstå adhesjonsproblemer hvor de opphengte utstyrspartier hefter seg til massen av det andre material på grunn av virkningen av overflatespenninger. Det kan være praktisk umulig å tørke filmer av væske mellom to overflaten med liten innbyrdes avstand uten at det oppstår adhesjon mellom de opphengte utstyrspartier.

Fortrengning av enhver væske i kanalene er derfor fordelaktig ved at det minsker adhesjonsproblemer hvor væsken gjør at de opphengte utstyrspartier kleber seg til massen av materialet. Fyllmaterialet kan deretter fjernes ved å bruke en tørkeprosess, slik at adhesjonsproblemer forårsaket av overflatespenning hvor de opphengte utstyrspartier kleber seg til massen av materialet, reduseres (eller eventuelt fjernes fullstendig).

Dersom fyllmaterialet er fotofølsomt (slik som en fotoavdekning) kan mønstringen av fyllmaterialet ganske enkelt omfatte et en maske overføres ved hjelp av litografi inn i det fotofølsomme lag som så fremkalles for å fjerne det uønskede felt av det positive eller negative fotofølsomme lag. Laget kan gis mønster ved hjelp av alternative midler, slik som ved e-strålelitografi, direkte laserskriving eller skjermtrykking. Dersom fyllmaterialet er en polymer eller et polyimid, kan fotoavdekningen (det fotofølsomme lag) påføres på toppen av fyllmaterialet for å la det bli mønstret og etset.

Fremgangsmåten kan omfatte at bare partier av fyllmaterialet fjernes fra det andre material mens noen partier av fyllmaterialet bibeholdes.

Brenning kan utføres for å fjerne overgangstilstander mellom det primære område og det andre material som det er i kontakt med, for å gi ohmsk kontakt. De temperaturer som opptrer under brenneprosessen kan skade fotoavdekningen og derfor hindres brenningen fra å bli utført dersom fotoavdekning brukes som fyllmaterial. Fotoavdekningen kan selvsagt fjernes før brenningen utføres.

Materialet kan gjøres plant ved f.eks. å rotere det slik at polymeren, polyimidet eller fotoavdekningen blir plan. Det vil forstås at ved å endre parametrene for rotasjonen av væskematerialet kan det føre til en endring i tykkelsen av fyllaget over materialet. Alternativt eller i tillegg kan fyllmaterialet bli polert ved å bruke CMP (Chemical Mechanical Polishing) eller bli fortynnet ved å bruke teknikker slik som tørr eller våt etsing.

Det primære område kan avsettes ved atomspruting, fordampning, CVD eller MBE (Molecular Beam Epitaxy). Det primære område kan være et metall. Så snart det primære område er blitt avsatt blir det påført et mønster og etset for å danne de ønskede strukturer. Fagfolk vil forstå at det material som utgjør det primære område vil bli tilformet som et lag som kan finbearbeides for å få en hvilken som helst ønsket struktur, slik som med et standardlag. For eksempel kan "festeplater" (bond pads), osv. tilformes i laget som det primære område er dannet av.

Det andre material kan være materialet i en skive som utnyttes i den finbearbeidende metode. En annen mulighet er at det andre material er et material forskjellig fra materialet i skiven.

Fortrinnsvis står det primære område i kontakt med det andre material i begge ender. Området kan være i kontakt med det andre material i begge ender eller det kan være i kontakt med et annet material i begge ender. Kanskje den ene ende av området er i kontakt med det andre material mens den annen ende av området er i kontakt med et opphengt utstyrsparti (som kan være av et material forskjellig fra det andre material).

Området kan ses på som en ledningsforbindelse, en strapp eller en plate. Området kan også utgjøre en mikrokondensator eller mikroinduktor.

Fremgangsmåten kan omfatte at et ledende lag i en prefabrikkert, integrert mikroelektronisk krets eller anordning sammenføyes med det primære område, idet det ledende lag er det andre material.

Det er også fremskaffet en måte å gjøre kanaler som er mikromaskinert i et material smalere på, og som omfatter at et material avsettes hovedsakelig bare på et topparti av kanalen ved å bruke plasmaforbedret, kjemisk dampavsetning (PECVD - Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition).

Fortrinnsvis omfatter metoden at kanalene avtettes ved toppartiet med det avsettende material.

PECVD-prosessen foregår i et miljø med lavt trykk og når kanalen blir fylt befinner den seg derfor ved lavt trykk. Når det lave trykk fjernes forblir således kanalen ved dette lave trykk fordi den er blitt forseglet. Det kan være ønskelig å ha kanaler som er forseglet ved lavt trykk for å utgjøre grunnlaget for en teknikk med vakuumemballering på brikkenivå.

Det er også fremskaffet en måte å finbearbeide på, som omfatter at det frembringes et første område av et første material som i det minste ved sin ene ende er i kontakt med et andre material, idet det andre material etses for å danne opphengte utstyrspartier som er hovedsakelig skilt fra massen av det andre material med i det minste en kanal som skiller det opphengte utstyrsparti fra massen av det andre material, og hvor det primære område danner bro med i det minste ett opphengt utstyrsparti, idet fremgangsmåten omfatter at:

a) nevnte kanal fylles med et fyllmaterial,

b) nevnte fyllmaterial mønstres og etses for å skape et hull gjennom fyllmaterialet til det andre material, c) et primært område avsettes på fyllmaterialet, slik at partier av det primære område kommer i kontakt med det andre material gjennom hullet, og

d) nevnte fyllmaterial fjernes.

Det kan foreligge en mengde kanaler.

Uttrykket opphengt utstyrsparti kan bety et parti av et material, slik som det andre material, som er blitt underskåret.

Det kan således fremskaffes en mikromekanisk anordning som har et ledende spor (track) forankret ved i det minste det ene endeparti til et parti av anordningen mens sporet er fritt opphengt.

Videre kan det fremskaffes en mikromaskinert anordning som omfatter en kanal som er blitt avsmalnet ved et topparti.

Bare som eksempel gis det nå en detaljert beskrivelse av oppfinnelsen med henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: Fig. 1 viser et elektronisk avsøkt mikroskopbilde av et mikromaskinert vibrasjonsring-gyroskop, på hvilket det skjematisk er vist fritt opphengte spor,

fig. 2 viser et snitt gjennom en kanal mellom to partier av et material hvor kanalens

topparti er blitt forseglet,

fig. 3 skjematisk viser en prosess for fremstilling av et fritt opphengt spor,

fig. 4 skjematisk viser en ytterligere prosessflyt for å dannet et fritt opphengt spor, og fig. 5 - 9 viser skjematisk ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen.

Gyroskopet 2 vist i fig. 1 har et antall kanaler (f.eks. betegnet 4 og 6) etset i et overflateparti av et substrat 8 som i dette tilfelle er en silisiumskive. Det er også fremstilt en ring 10 i silisiumet, som er hovedsakelig fritt opphengt i massen av substratet 8. Ringen utgjør et opphengt utstyrsparti som er hovedsakelig skilt fra massen av substratet 8 og som under sin dannelse er blitt underskåret, slik at dets bunnparti er skilt fra massen av substratet 8. Ringen 10 holdes på plass på substratet 8 ved hjelp av åtte par armer eller ligamenter (a - h) som er forbundet med ringen 10 og massen av substratet 8.

I tilknytning til gyroskopet er det også anordnet en kamresonator 12 som inneholder både kanaler og opphengte utstyrspartier 14.

To hovedsakelig fritt opphengte spor (eller opphengte partier av primærområdet) som i dette tilfelle er fremstilt fra aluminium er vist i fig. 1, dvs. det betegnet AA og det betegnet BB. Hvert endeparti av de to spor AA og BB er forbundet med silisiumsubstratet 8 (i dette tilfelle det andre material), mens resten av sporet er fritt opphengt over silisiumsubstratet 8.

Det er vist at det første av disse spor AA passerer over en kanal 4 mens det andre spor BB er vist å danne bro over et opphengt utstyrsparti 14. Slik som gyroskopets ring er det opphengte utstyrsparti 14 hovedsakelig skilt fra massen av silisiumsubstratet 8.

En prosess for fremstilling av sporene i fig. 1 er vist i fig. 3a - 3b. Fig. 3a viser et snitt gjennom en anordning 20 frembragt i et overflateparti av en silisiumskive 22. Et opphengt utstyrsparti 24 er blitt skapt, som er hovedsakelig skilt fra resten av anordningen. Et understøttende ligament (ikke vist) er anordnet for å forbinde det opphengte utstyrsparti med resten av anordningen 20. To kanaler 26, 28 skiller det opphengte utstyrsparti 24 fra kammene 30, 32 dannet i overflatepartiet av silisiumskiven 22.

Fig. 3b viser strukturen i fig. 3a etter at endehetter 34, 36, 38 av et fyllmaterial er blitt skapt på de fremtredende særtrekk av anordningen 20. Disse hetter 34, 36, 38 dannes ved bruk av en plasmaforbedret kjemisk dampavsettende prosess hvor plasmaet skapes ved å bruke en eneste frekvens.

I en sådan prosess vil det material som avsettes ikke nå bunnen av kanalene 26, 28, men samle seg på toppartiene av kanalene 26, 28 (dvs. på toppartiene av det opphengte utstyrsparti 24 og kammene 30, 32). Det skal bemerkes at det skjer en viss inntrengning i kanalene og at denne inntrengning kan økes ved å bruke en tofrekvent avsetningsprosess. Faktisk kan en kanal bli hovedsakelig fylt ved å bruke en tofrekvent prosess eller den kan bli bare delvis fylt. Det avsatte material sprer seg sideveis over kanalene 26, 28 inntil nabohetter møter hverandre i hovedsakelig sentrale områder av kanalene 26, 28. Det betyr at endehetten 34 sprer seg ut for å møte endehetten 36 mens endehetten 36 sprer seg ut for å møte endehetten 38.

Når hettene møter hverandre i midten fortsetter de å ekspandere, og til sist er kanalen forseglet. Fordi avsetningsprosessen utføres ved lavt trykk blir innsiden av kanalen avtettet ved dette lave trykk (idet det antas at det avtettede parti av kanalen bare har åpning mot kanalen).

Så snart fyllmaterialet, i dette tilfelle Si02, er blitt avsatt på anordningen 20, blir det påført mønster og etset ved bruk av kjente teknikker. For eksempel slynges en fotoavdekning på toppoverflaten og en maske brukes for å fremkalle fotoavdekningen i visse felt, for så å fjerne de fremkalte/ufremkalte felt og fyllaget etses ved å utnytte den gjenværende fotoavdekning som maske.

Masken som brukes for å gi fotoavdekningen mønster tillater at det skapes hull i fotoavdekningen og følgelig i fyllmaterialet, der det er ønskelig å la de primære områder komme i kontakt med det andre material, i dette tilfelle silisiumet. De således skapte hull gjennom endehettene 34, 36, 38 av fyllmaterialet er vist ved 40, 42. Så snart hullene 40, 42 er blitt dannet fjernes fotoavdekningen fra fyllmaterialet.

Deretter avsettes et lag av det første material (som i dette tilfelle er et ledende material) på overflaten av fyllmaterialet. Etter at den ønskede tykkelse av materialet er blitt avsatt gis det et mønster og etses for å danne spor med ønsket fasong og dimensjon. Et eksempel på et område eller spor er vist ved 44 i fig. 3c. Sporet 44 er i kontakt med det andre material på toppartiet av kammen 32 via hullet 42 gjennom endehetten 38 og er ikke i kontakt med det andre material i området av det opphengte utstyrsparti 24, men er igjen i kontakt med det andre material på et topparti av kammen 30 via hullet 40 gjennom endehetten 34.

I den viste utførelse er sporet 44 fremstilt fra TiW (men det kan også være fremstilt fra andre metaller som er kompatible med CMOS-prosessen, slik som Al, aluminiumsilisium (0 - 5%), aluminiumkobber (0 - 5%), aluminiumsilisiumkobber (0 - 5%), Ti eller wolfram).

Så snart sporet 44 er blitt etset for å få den ønskede fasong fjernes fyllmaterialet ved f.eks. å bruke en etseprosess og den struktur som skjematisk er vist i fig. 3d blir resultatet. Som det kan sees av fig. 3d er sporet 44 ikke i kontakt med det opphengte utstyrsparti 24, men har sine endepartier knyttet til kammene 30, 32.

Som en fagmann vil forstå kan fremgangsmåten beskrevet ovenfor brukes for å bygge bro mellom kanaler og opphengte utstyrspartier og den kan derfor brukes for å forbinde deler i en krets, som ellers ikke vil la seg sammenkoble. Den kan også brukes for å frembringe strukturer opphengt over overflaten av hovedskiven, og som nødvendigvis ikke er i kontakt med hovedskiven ved begge ender av strukturen.

Fig. 2 viser et elektronmikroskopbilde gjennom to nabopartier av et andre material adskilt med en kanal (f.eks. 24, 32 i fig. 3), hvor et avsatt fyllmaterial 50 (i dette tilfelle et nitrid) danner påførte endehetten Det avsatte fyllmaterials avtettende natur kan klart sees. Et metalliseringslag 52 er også anordnet på et topparti av fyllmaterialet 50. Den forseglede kanal har et effektivt vakuum avtettet inne i seg fordi dens innside ble avtettet under PECVD-prosessen som foregår ved lavt trykk (eller en hvilken som helst annen lavtrykksavsetningsprosess).

En alternativ prosessflyt er anskueliggjort i fig. 4. For å lette referansen er det imidlertid påført like henvisningstall på like deler.

Før trinnene vist i fig. 4 utføres kan det utføres en offeretsing på anordningen for å frigjøre opphengte utstyrspartier. Dersom dette er tilfellet, er det fordelaktig å modifisere prosessflyten for at den bedre skal passe til prosessen beskrevet i sammenheng med fig. 4.

Offeretsingen kan utføres ved hjelp av våt etsing, slik som ved hjelp av HF, for å fjerne offermaterial som holder de opphengte utstyrspartier. Dette er fordelaktig fordi den er meget selektiv mellom isolasjonslaget og skivene i en "silicon on insulator"-struktur (SOI-struktur), dersom en SOI-struktur brukes. Siden dette er en våt etsing opptrer det imidlertid adhesjonsproblemer på grunn av virkninger fra overflatespenning dersom anordningen/SOI-strukturen tillates å tørke etter etsing.

SOI-skiven kan så vaskes med vann som fortynner HF til minimale konsentrasjoner. Den resulterende væske kan så fortrenges med aceton. Aceton er også det løsemiddel som brukes for fotoavdekningen. Et egnet alternativt løsemiddel som brukes i flytende polymerer (f.eks. PIQ (handelsbetegnelse)) kan også brukes som det siste våtetsetrinn for å fortrenge den resulterende væske.

I dette tilfelle bringes fotoavdekningen til å flyte over på anordningen 20 for å utgjøre fyllmaterialet. Dersom aceton er blitt brukt for å vaske en SOI-struktur trekker acetonet fotoavdekningen inn i kanalene og under de frigjorte opphengte utstyrspartier, siden aceton er et løsemiddel for fotoavdekningen. Fotoavdekning/polymer 60 kommer inn i kanalene 26, 28 og strømmer omkring de opphengte utstyrspartier 24. Deretter stivner fotoavdekningen eller bringes til å herdes. Den skive som anordningen fremstilles fra kan bli rotert forut for stivningen for å gjøre fotoavdekningen 60 plan. Rotasjons-prosessen styres slik at fotoavdekningen får den ønskede tykkelse over overflaten av anordningen 20. Fig. 4b viser en polymer/fotoavdekning som er gjort plan.

En fagmann vil forstå at polymerens viskositet påvirker flyten av polymeren og den påfølgende plangjøring. Dersom polymerens viskositet f.eks. er for lav vil den ikke forbli i kanalene på riktig måte. Dersom imidlertid viskositeten er for høy kan det hende den ikke kommer inn i kanalene under og forut for den plangjørende prosess. Dette kan være fordelaktig. Med den riktige kombinasjon av viskositet og rotasjonsbetingelser/- utstyr, kan polymeren brukes for å bygge bro over kanalene eller bygge bro over grøfter, eventuelt forsegle hulrom.

Deretter gis polymeren 60 et mønster og etses på omtrent samme måte som beskrevet i sammenheng med fig. 3c. Etseprosessen skaper hull 62, 64 gjennom polymeren 60, som kommer i kontakt med det andre material i området av kammene 30, 32.

Fagfolk vil forstå at siden polymeren i dette eksempel er PIQ (handelsbetegnelse) vil det være nødvendig med et fotoavdekningslag på toppen av polymerlaget 60 for å gjøre det mulig å utføre mønstring og etsing. Dersom imidlertid polymeren 60 selv var fotoav-dekkende eller fotofølsom kunne polyimid overføres direkte på polymeren 60 uten behov for å påføre et ytterligere lag ved hjelp av litografi (eventuelt kunne dette faktisk være tilfellet dersom et hvilket som helst fotofølsomt material benyttes).

Dersom fyllmaterialet er "spun on glass" eller et annet sådant material, kan det ikke etses på samme måte. "Spun on glass" kan imidlertid etses ved bruk av HF og det kan etses i det samme trinn som offeretsingen. Fyllmaterialet kan faktisk tjene som et offermaterial. Det betyr at fyllmaterialet kan føye massen av et substrat (eller et annet material) sammen med et opphengt utstyrsparti og en etsing som brukes for i hovedsak å fjerne fyllmaterialet vil derved frigjøre det opphengte utstyrsparti.

Så snart hullene 62, 64 er skapt, avsettes et metalliseringslag på en toppoverflate, i dette tilfelle ved hjelp av atomsprutavsetning. Metallet blir så mønstret og etset for å danne spor 66 med den ønskede dimensjon, slik som vist i fig. 4c.

Så snart metalliseringen er blitt etset som ønsket, fjernes polymeren ved å bruke en tørr etseprosess som etterlater strukturen vist i fig. 4d. Det er fordelaktig å benytte en tørr etseprosess slik at ingen væske opptar kanalene mellom det opphengte utstyrsparti 24 og massen av det andre material eller kammene 30, 32, hvilket kan forårsake adhesjonsproblemer som hindrer det opphengte utstyrsparti 24 fra å bevege seg i forhold til resten av anordningen 20.

Dersom sporene er forholdsvis korte kan de være forholdsvis stive, dvs. stive nok til å tåle ytre krefter (f.eks. akselerasjon som deformerer strukturen). Skulle sporene ikke være i stand til å tåle disse krefter, vil strøkapasitanser i systemet endres ettersom sporet beveger seg og det kan også oppstå metall-tretthet som til sist får sporet til å svikte. En sporlengde på inntil omtrent 1 mm kan være passende. Fagfolk vil forstå at når sporlengden drøftes, gjelder dette lengden av et fritt opphengt parti av et spor (det primære områdes opphengte parti). Sporet kan fortsette mye lengre, men i tett tilknytning til et substrat.

I noen utførelser kan fyllmaterialet fortynnes ved å bruke f.eks. CMP eller en annen etseprosess. Fyllmaterialet kan faktisk fortynnes slik at det fjernes fullstendig over et material som skal ha kontakt med det primære parti, idet et ytterligere material avdekkes. Et hull kan skapes gjennom det ytterligere material som materialet skal ha kontakt med, hvilket tillater det primære parti å komme i kontakt med det material som skal kontaktes. For eksempel kan et silisiumsubstrat forsynes med et Si02-lag. Et fyllmaterial av en polymer kan anordnes på toppen av Si02-laget som fyller enhver kanal som er nødvendig. Polymeren kan så fortynnes ved å fjerne den fra Si02-laget (mens den bibeholdes i kanalene). Si02-laget kan så gis et mønster og etses slik at et primært parti er i kontakt med silisiumsubstratet gjennom Si02-laget, men understøttes over kanalene av polymeren. Fig. 5-7 viser forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen og like deler i disse figurer er betegnet med like henvisningstall. Fig. 5 viser to partier av et substrat 50, 52 (eller det andre material) som er adskilt med en kanal 54 og forbundet ved hjelp av et primært område 56 av et første material som danner bro over kanalen 54. I denne utførelse er det primære område et ledende spor av aluminium mens substratet 50, 52 er silisium. Fig. 6 viser to partier av et substrat 50, 52 som er forbundet med et primært parti 56. I utførelsen vist i fig. 6 danner det primære parti 56 også bro over et opphengt utstyrsparti 58 som i hovedsak er skilt fra substratet 50, 52. Det opphengte utstyrsparti 58 holdes på plass i forhold til substratet 50, 52 ved hjelp av et forbindelsesparti (ikke vist). Det opphengte utstyrsparti kan bestå av det samme material som substratet, eller ikke. Fig. 7 viser en utførelse hvor det andre material er et aluminiumspor 60, 62 anordnet i tilknytning til substratet 50, 52. Et isolasjonslag av Si02 64, 66 er anordnet mellom aluminiumsporet 60, 62 og substratet 50, 52. Fig. 8 viser en annen utførelse hvor bare ett eneste endeparti av det primære område er forbundet med den annen struktur. Fig. 9 viser en ytterligere utførelse hvor kanalen 54 er blitt fylt med et fyllmaterial ved bruk av en lavtemperaturprosess (hvor lav temperatur betyr at skulle det anordnes en integrert mikroelektronisk anordning eller krets, ville vedkommende krets eller anordning ikke bli ødelagt eller forringet av prosessen som frembringer fyllmaterialet) og et primært parti 68 frembragt over kanalen 54. I denne utførelse er fyllmaterialet bibeholdt og det er ikke blitt fjernet.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte ved finbearbeiding for å danne bro over en kanal (26, 28, 54) med i det minste ett brodannende material, og hvor kanalen anordnes i et andre material (22), idet fremgangsmåten omfatter trinn hvor: a) det på det andre material (22) avsettes et fyllmaterial (34, 36, 38), b) nevnte fyllmaterial gis et mønster og etses for å danne et hull (40, 42) gjennom fyllmaterialet til det andre material (22), c) det i det minste ene brodannende material (44) avsettes på fyllmaterialet (34, 36, 38), slik at i det minste et parti av det i det minste ene brodannende material kommer i kontakt med det andre material (22) gjennom hullet (40, 42), og d) fyllmaterialet (34, 36, 38) fjernes så snart det i det minste ene brodannende material (44) er blitt avsatt, for derved å etterlate det i det minste ene brodannende material som danner bro over nevnte kanal (26, 28, 54), karakterisert ved at trinn a), hvor det på det andre material (22) avsettes et fyllmaterial (34, 36, 38), innebærer at fyllmaterialet (34, 36, 38) avsettes slik at det sprer seg sideveis over kanalen (26, 28, 54) og delvis fyller kanalen i et område øverst i kanalen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, og som omfatter et tilleggstrinn hvor strukturer fra det andre material (22) finbearbeides for å skape i det minste ett opphengt utstyrsparti (24) som er hovedsakelig skilt fra massen av det andre material.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, og hvor i det minste en kanal (26, 28) skiller det opphengte utstyrsparti (24) fra massen av det andre material (22) mens det brodannende material (44) strekker seg over det opphengte utstyrsparti.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller 3, og som omfatter et trinn hvor det utføres en offeretsing for å frigjøre det opphengte utstyrsparti (24) fra massen av det andre material (22) før fyllmaterialet (34, 36, 38) avsettes.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, og hvor en offeretsing for å frigjøre det opphengte utstyrsparti (24) fra massen av det andre material (22) utføres etter at fyllmaterialet (34, 36, 38) er avsatt.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, og hvor det i det minste ene brodannendé material (44) ikke blir hovedsakelig etset av offeretsingen.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter at et ledende material avsettes som det minst ene brodannende material (44).

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og hvor flere brodannende materialer brukes for å danne bro over kanalen.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, og som omfatter at det frembringes et bærende lag og et eller flere ledende lag i broen over kanalen.

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter at fyllmaterialet avsettes ved å bruke plasmaforbedret kjemisk dampavsetning (PECVD).

11. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter at et av de etterfølgende materialer avsettes som et fyllag: et oksyd, et nitrid, et oksynitrid, polysilisium.

12. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter at det brukes et tofrekvent PECVD-system for å avsette fyllmaterialet, idet plasmaet genereres ved en første frekvens og arter akselereres mot det andre material ved en andre frekvens.

13. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som får fyllmaterialet til å utvide seg sideveis over kanalen.

14. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og hvor fyllmaterialet avsettes for å danne et lokk og derved avtette kanalen ved toppområdet.

15. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og som omfatter at det brukes en etseteknikk for å fjerne fyllmaterialet.

16. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 - 10, og som omfatter at et hvilket som helst av de etterfølgende materialer brukes som fyllmaterial: et polymermaterial, et polyimid, en fotoavdekning, PIQ, "spin on glass" eller annet "spin on dielectric".

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 16 i direkte eller indirekte avhengighet av krav 2, og som omfatter at fyllmaterialet bringes til å flyte slik at det flyter inn i kanalen.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 16 eller 17, og som omfatter at det brukes en tørr etseprosess for å fjerne fyllmaterialet.

19. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 -10, og som omfatter at det brukes en fotoavdekning som fyllmaterial, idet det videre brukes en maske for å fremkalle fotoavdekningen og så etse masken for å fjerne partier av fotoavdekningen.

20. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1 -10, og som omfatter at det brukes et polyimid som fyllmaterial, idet det deretter påføres en fotoavdekning på toppen av fyllmaterialet for å la fyllmaterialet bli mønstret og etset.

21. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, og hvor kanalen har en bredde på inntil omtrent 1 mm.