WO2010057879A1 - Elektronisches bauelement - Google Patents

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WO2010057879A1
WO2010057879A1 PCT/EP2009/065296 EP2009065296W WO2010057879A1 WO 2010057879 A1 WO2010057879 A1 WO 2010057879A1 EP 2009065296 W EP2009065296 W EP 2009065296W WO 2010057879 A1 WO2010057879 A1 WO 2010057879A1
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electronic component
film
covered
layer thickness
component according
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PCT/EP2009/065296
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French (fr)
Inventor
Richard Fix
Frederik Schrey
Oliver Wolst
Ingo Daumiller
Alexander Martin
Martin Le-Huu
Mike Kunze
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to US12/998,680 priority patent/US8698319B2/en
Priority to EP09752374A priority patent/EP2359127A1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS

Definitions

  • the invention relates to an electronic component according to the preamble of claim 1.
  • Electronic components generally include a wiring pattern on a substrate.
  • such electronic components may have a thin film that contacts the wiring pattern.
  • the film generally has a smaller layer thickness than the conductor track structure.
  • Such electronic components are used, for example, as gas-sensitive FeId effect transistors based on semiconductors in sensor applications.
  • the film, which has the smaller layer thickness than the conductor track structure usually represents the gate electrode.
  • the application of a gas to be detected leads to a change of the current flowing from the source electrode to the drain electrode through the transistor.
  • surfaces are required which are permeable at least to individual constituents of the gas species to be detected. These may be both components of a gas mixture and components of a gas molecule.
  • gas-sensitive field effect transistors are used for the detection of ammonia, which are permeable to hydrogen, for example.
  • the permeability is generally ensured by thin and / or porous layers. The thickness of these layers is generally in the range of 1 to 100 nm.
  • the execution of the porous layer as an electrically conductive film is particularly advantageous since it then, for example, as the gate electrode of the
  • Semiconductor device can be used. However, it has been found that, in particular at high operating temperatures and in corrosive environments, such thin, gas-sensitive layers frequently lead to precipitation due to degradation. In this case, it has been shown that the degradation primarily takes place in the bridging of steps or edges and the connection with thicker films. However, such steps or edges are present on the semiconductor devices due to the successive deposition of various materials and typically have a height in the range of 10 nm to 1 ⁇ m.
  • the connection of the thin layer with a thicker film usually serves to electrically contact the porous layer.
  • a gas-sensitive field-effect transistor for detecting hydrocarbons is described, for example, in US Pat. No. 5,698,771.
  • An inventively embodied electronic component comprises a conductor track structure on a substrate and a film that contacts the conductor track structure.
  • the film has a smaller layer thickness than the conductor track structure.
  • the conductor track structure has an area which is covered for contacting the film or lying thereon.
  • the conductor track structure has a region which is covered for contacting the film or lying on it, a larger contact area is achieved.
  • contacting takes place not only on a vertical surface on which two films abut each other.
  • Stabilization of the thin film and its electrical contacting is achieved.
  • a tear-off occurs by the fact that at high temperatures, such as are necessary for example, for gas sensors, and are generally in the range between 25 ° C and 800 0 C, different tempera - tensions occur.
  • the choice of a suitable film material becomes more problematic.
  • platinum is increasingly mobile from temperatures of about 500 0 C and tends to agglomeration or crystal formation. As a result, the surface coverage is inhomogeneous.
  • the risk of demolition of the thin films is enhanced at steps or edges by the fact that necessary semiconductor processes do not permit isotropic deposition of the thin films.
  • multiple semiconductor processes can only be matched to one another with a certain degree of inaccuracy.
  • the inaccuracy results, for example, from the resolution of the lithography in the production. This prevents an exact adjustment of several layers to each other. Due to the electronic component according to the invention, in which the conductor track structure has a region which is covered for contacting the film, such a demolition is avoided, since not only vertical regions are connected to each other but also horizontally lying areas by the overlap. Even with a different temperature expansion of the materials of the different layers so the contact is made.
  • a usual height for a printed conductor structure is in the range of 10 nm to 1 ⁇ m.
  • Layer thickness has as a conductor track structure, usually has a layer thickness in the range of 1 to 100 nm.
  • the layer thickness of the film is generally 2 to 1000 times smaller than the layer thickness of the conductor track structure.
  • the area which is covered by the film in a further embodiment has a smaller layer thickness than the film.
  • the covered area has a height in the range of 1 to 200 nm.
  • the smaller layer thickness of the covered area than that of the film covering the area avoids the need to overcome a step in the application of the film which is at least equal to the thickness of the film.
  • a continuous film that overcomes the step at the end of the covered area can be produced. The risk of demolition, for example, by different thermal expansions is avoided in this way.
  • the region which is covered by the film adjoins another layer, wherein the covered region and the further layer have a substantially identical layer thickness.
  • Film usually also covers the further layer which adjoins the area which is covered by the film.
  • the substantially same layer thickness of the covered area and the further layer avoids the formation of a step which must be overcome by the film with a smaller layer thickness.
  • the film can be trained.
  • Such a substantially identical layer thickness can be produced, for example, by using a self-aligning process, as is known to the person skilled in the art. In particular when using self-aligning processes for producing the layers, it is possible to produce plane transitions, that is to say an identical layer thickness.
  • the material from which the further layer is made for example, a semiconductor or insulator material.
  • the material from which the further layer is made a suitable gate insulator for field effect transistors.
  • Suitable insulator materials are, for example, SiO 2, SiON, Si 3 N 4, SiC, Al 2 O 3, or SiAION.
  • the material of which the conductor track structure is made is preferably electrically conductive and can be applied in particular by suitable methods as a thin layer on the substrate.
  • the application of the conductor track structure takes place, for example, by electron beam evaporation or metal sputtering. Method.
  • an electrolytic or electroless deposition on the substrate is possible.
  • this region is preferably produced by electron beam evaporation or metal sputtering processes.
  • Suitable materials for the wiring pattern are, for example, selected from the group consisting of titanium, platinum, gold, aluminum, copper, chromium, nickel, tantalum and compounds and alloys of these elements.
  • Conductor structure is preferably selected from the group consisting of titanium, platinum, gold, aluminum, copper, chromium, nickel, tantalum and compounds of these elements with oxygen, nitrogen, carbon, silicon and alloys of these elements.
  • the advantage of using these elements is that they have good electrical conductivity.
  • Oxide formation is low or can be minimized by forming an oxide layer on the surface. This avoids that the material of the conductor track structure or of the film by oxidation loses conductivity and thereby reduces the functionality of the electronic component or even completely lost.
  • the electronic component is, for example, a gas-sensitive field-effect transistor.
  • the thin film which covers the region on the conductor track structure serves, for example, as a gate electrode.
  • the film is porous.
  • the porosity achieves a permeability to individual constituents of a gas species to be detected.
  • the thin film is electrically conductive and solid and a porous structure is applied to the film.
  • the film is porous.
  • the porous film contains a catalytically active substance, at which, for example, a gas to be detected is accelerated into its elements split.
  • FIG. 2 shows a detail of an electronic component in a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a section through a section of an electronic component.
  • An electronic component 1 comprises a substrate 3, to which a conductor track structure 5 is applied.
  • the substrate 3 may be made of any material known to those skilled in the art. Usually, the substrate 3 is made of, for example, an electrically insulating material or a semiconductor material. The selection of the material for the substrate 3 is dependent on how the electronic component is to be used. Electrically insulating materials from which the substrate 3 may be made are, for example, sapphire or SiO 2.
  • the substrate 3 is preferably made of a semiconductor material.
  • semiconductor materials are, for example, semiconductor materials having a bandgap greater than 2 eV. Of these, GaN and SiC are particularly preferred.
  • the conductor track structure 5 is usually made of a material with good electrical conductivity. Suitable materials for the conductor track structure 5 are for
  • Example metals are preferably selected from Group consisting of titanium, platinum, gold, aluminum, copper, chromium, nickel, tantalum and their compounds and alloys.
  • the application of the conductor track structure 5 can be effected by any method known to the person skilled in the art.
  • the conductor track structure 5 can be deposited on the substrate 3 by electroless or galvanic methods.
  • Other methods for producing the printed conductor structure 5 include, for example, electron beam evaporation or metal sputtering processes.
  • the electronic component 1 furthermore comprises a thin film 7.
  • the thin film 7 has a layer thickness h which is smaller than the height H of the printed conductor structure 5.
  • the thin film 7 makes contact with the printed conductor structure 5 on the side surface 9 thereof.
  • An electrical connection is thus ensured only by means of a narrow, vertical contact surface. This area results from the product of height h and width of the thin film 7.
  • High temperatures at which the electronic component can be used for example and / or mechanical stresses can lead to a break at the transition area. This results in an interruption of the electrical contact.
  • the conductor track structure 5 comprises a region 11, which is covered by the thin film 7.
  • the conductor track structure 5 comprises a region 11, which is covered by the thin film 7.
  • the thin film 7 preferably contains a catalytically active material.
  • the layer thickness d of the covered area 11 is preferably smaller than the layer thickness h of the thin film 7.
  • the maximum layer thickness d of the covered area 11 corresponds to the layer thickness h of the thin film 7.
  • the layer thickness d of the covered area 11 is smaller than the layer thickness h of the thin film
  • the production of the covered area 1 1 is carried out by any, the
  • the covered region 1 1 of the conductor track structure 5 is produced by electron beam evaporation or a metal sputtering method, since a specific layer thickness d can be set by these methods and correspondingly thin films can be produced.
  • the overlaid region 11 is applied after the production of the printed conductor structure 5 or simultaneously with the production of the printed conductor structure 5. In general, however, first the printed conductor structure 5 is produced and then the covered one
  • the thin film 7 may be closed or porous.
  • the thin film 7 is porous.
  • the thin film 7 serves as a gate electrode of the field effect transistor.
  • FIG. 1 An alternative embodiment of an electronic component designed according to the invention is shown in FIG. 1
  • the embodiment of the electronic component 1 shown in Figure 2 differs from that shown in Figure 1 in that between the substrate 3 and the thin film 7, a further layer 15 is formed.
  • the further layer 15 adjoins the covered area 11 of the printed conductor structure 5.
  • the layer thickness of the further layer 15 corresponds to the layer thickness d of the covered region 11.
  • the further layer 15 can be produced, for example, by a self-aligning process. As a result, an edge-free transition in the area in which the further layer 15 adjoins the covered area 11 is achieved.
  • a self-adjusting process is, for example, the execution of various sequential process steps when using a single lithographic mask.
  • the goal here is to avoid existing alignment accuracies of two lithography masks relative to each other. If the further layer 15 does not adjoin the interconnect structure 5, as is generally the case in the prior art, and results, for example, from inaccuracies of several lithography masks, this leads to steps which must be overcome by the thin film. With a layer thickness of the further layer 15 and the conductor track structure 5, which are larger than the thin film 7, the thin film 7 can tear off in the region of the steps. In addition, there is a contact only on the side surface 9 of the conductor track structure 5, resulting in only a small contacting region, which can also tear by different thermal expansions of the materials.
  • the covered area 11 is generally first produced. Then, the wiring pattern 5 is deposited. Due to its property and function, this has an edge height of usually more than 10 nm, generally more than 100 nm. After the production of the conductor track structure, a full-surface deposition of the further layer 15 is generally carried out. This is then coated with the aid of usually negative photoresists in order to achieve suitable, negative edge profiles for subsequent processes. The masking is usually carried out with suitable exposure methods such as contact copy or stepper exposure. After the development of the photoresist mask, the areas exposed by the photoresist lying between the further layer 15 and the side surface 9 of the interconnect structure 5 are exposed.
  • the lowermost photoresist layer after development undergoes a greater expansion than the overlying photoresist, resulting in a typical lift-off profile, which facilitates the subsequent process steps.
  • a subsequent etching of the further layer 15 subsequent to the development thus takes place only at locations which are not covered by photoresist.
  • the etching back is carried out with a dry chemical etching process, but can also be realized with suitable wet chemical methods. Such methods are known to the person skilled in the art.
  • AIs material for the further layer are, for example, semiconductor materials or insulator materials. Suitable semiconductor materials are, for example, GaN or SiC, suitable insulator materials are, for example, SiO 2 or Si 3 N 4.
  • An equal height of covered area 11 and further layer 15 can alternatively be achieved, for example, by chemo-mechanical polishing.
  • the first deposited layer, generally the further layer 15, must be suitable as a polishing material and be patterned.
  • the second layer, generally the covered region 11, is then deposited so as to overlap the first layer.
  • the planarization of the layers is carried out by a chemo-mechanical polishing process known to those skilled in the art, which stops at the level of the first layer, generally the further layer 15. This creates a completely flat transition for the thin film 7.
  • An electronic component 1 produced in this way is suitable, for example, as a semiconductor-based gas sensor, for example as a gas sensor for combustible gases, nitrogen oxides or oxygen-containing gas species.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Bauelement (1), umfassend eine Leiterbahnstruktur (5) auf einem Substrat (3) sowie einen Film (7) der die Leiterbahnstruktur (5) kontaktiert, wobei der Film (7) eine geringere Schichtdicke (h) aufweist als die Leiterbahnstruktur (5). Die Leiterbahnstruktur (5) weist einen Bereich (11) auf, der zur Kontaktierung von dem Film (7) überdeckt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Elektronisches Bauelement
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem elektronischen Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektronische Bauelemente umfassen im Allgemeinen eine Leiterbahnstruktur auf einem Substrat. Zusätzlich können solche elektronischen Bauelemente einen dünnen Film aufweisen, der die Leiterbahnstruktur kontaktiert. Der Film weist dabei im Allgemeinen eine geringere Schichtdicke auf als die Leiterbahnstruktur. Solche elektronischen Bauelemente werden zum Beispiel als gassensitive FeId- effekttransistoren auf Halbleiter-Basis in Sensorikanwendungen eingesetzt. Dabei stellt der Film, der die geringere Schichtdicke aufweist als die Leiterbahnstruktur, üblicherweise die Gate-Elektrode dar. Im Allgemeinen führt die Beaufschlagung mit einem zu detektierenden Gas zu einer Veränderung des von der Source-Elektrode zur Drain-Elektrode durch den Transistor fließenden Stroms.
Um eine Gasdetektion mittels Halbleitern durchführen zu können, sind Oberflächen erforderlich, die mindestens für einzelne Bestandteile der zu detektierenden Gasspezies durchlässig sind. Hierbei kann es sich sowohl um Komponenten eines Gasgemisches handeln als auch um Bestandteile eines Gasmoleküls. So werden zum Beispiel zur Detektion von Ammoniak gassensitive Feldeffekttransistoren eingesetzt, die beispielsweise für Wasserstoff durchlässig sind. Die Durchlässigkeit ist im Allgemeinen durch dünne und/oder poröse Schichten sichergestellt. Die Dicke dieser Schichten liegt im Allgemeinen im Bereich von 1 bis 100 nm. Zudem ist insbesondere die Ausführung der porösen Schicht als elektrisch leitfähiger Film vorteilhaft, da diese dann beispielsweise als Gate-Elektrode des
Halbleiter-Bauelements verwendet werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen und in korrosiver Umgebung derartig dünne, gassensitive Schichten häufig zu Ausfällen durch Degradation führen. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Degrada- tion vorrangig bei der Überbrückung von Stufen bzw. Kanten und der Verbindung mit dickeren Filmen stattfindet. Solche Stufen oder Kanten sind auf den Halbleiterbauelementen jedoch aufgrund der sukzessiven Abscheidung verschiedener Materialien vorhanden und weisen üblicherweise eine Höhe im Bereich von 10 nm bis 1 μm auf. Die Verbindung der dünnen Schicht mit einem dickeren Film dient üblicherweise der elektrischen Kontaktierung der porösen Schicht.
Ein gassensitiver Feldeffekttransistor zur Detektion von Kohlenwasserstoffen ist zum Beispiel in US 5,698,771 beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektronisches Bauelement umfasst eine Leiterbahnstruktur auf einem Substrat sowie einen Film, der die Leiterbahnstruktur kontaktiert. Der Film weist eine geringere Schichtdicke auf als die Leiterbahnstruktur. Die Leiterbahnstruktur weist einen Bereich auf, der zur Kontaktierung von dem Film überdeckt wird oder darauf liegt.
Dadurch, dass die Leiterbahnstruktur einen Bereich aufweist, der zur Kontaktierung von dem Film überdeckt wird oder darauf liegt, wird eine größere Kontaktfläche erzielt. Zudem erfolgt eine Kontaktierung nicht nur an einer vertikalen Fläche, an der zwei Filme aneinander anstoßen. Hierdurch lässt sich ein Abriss des Films mit geringerer Schichtdicke von der Leiterbahnstruktur verhindern. Eine Stabilisierung des dünnen Films und dessen elektrischer Kontaktierung wird so erzielt. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Bauelementen tritt ein solcher Abriss zum Beispiel dadurch auf, dass bei hohen Temperaturen, wie sie zum Beispiel für Gassensoren notwendig sind und die im Allgemeinen im Bereich zwischen 25°C und 8000C liegen, unterschiedliche Tempera- turausdehnungen auftreten. Zudem wird zum Beispiel mit zunehmender Betriebstemperatur die Wahl eines geeigneten Filmmaterials problematischer. Beispiels- weise ist Platin ab Temperaturen von ca. 5000C zunehmend mobil und neigt zur Agglomeration bzw. zur Kristallbildung. Hierdurch wird die Oberflächenbedeckung inhomogen.
Zusätzliche Belastungen treten durch Temperaturwechsel auf. Insbesondere dünne Filme werden durch darunterliegende Materialien mit anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten verspannt. Hieraus ergibt sich ein Abriss der dünnen Filmen vor allem an Stufen. Unter Stufen werden in diesem Zusammenhang Höhenunterschiede verstanden, die größer als wenige Nanometer sind. Bei vielen Hochtemperatur-Halbleiter-Strukturen sind derartige nicht-ebene Übergänge jedoch unvermeidbar. So entstehen solche Kanten beispielsweise durch Mesa- Strukturierung, Trenches, Leiterbahnen, Passivierungen oder Isolationsschichten.
Das Abrissrisiko der dünnen Filme wird an Stufen bzw. Kanten dadurch verstärkt, dass notwendige Halbleiterprozesse keine isotrope Abscheidung der dünnen Filme erlauben. Darüber hinaus können mehrere Halbleiterprozesse nur mit einer gewissen Ungenauigkeit aufeinander abgestimmt werden. Die Ungenauigkeit ergibt sich zum Beispiel aus der Auflösung der Lithographie bei der Herstellung. Dies verhindert eine exakte Justierung mehrerer Schichten zueinander. Durch das erfindungsgemäße elektronische Bauelement, bei dem die Leiterbahnstruktur einen Bereich aufweist, der zur Kontaktierung von dem Film überdeckt wird, wird ein solcher Abriss jedoch vermieden, da nicht nur vertikale Bereiche miteinander verbunden sind sondern durch die Überdeckung auch horizontal liegende Bereiche. Auch bei einer unterschiedlichen Temperaturausdehnung der Materialien der verschiedenen Schichten bleibt so die Kontaktierung bestehen.
Eine übliche Höhe für eine Leiterbahnstruktur, wie sie beispielsweise bei gassensitiven Feldeffekttransistoren eingesetzt wird, liegt im Bereich von 10 nm bis 1 μm. Der dünne Film, der die Leiterbahnstruktur kontaktiert und eine geringere
Schichtdicke als Leiterbahnstruktur aufweist, weist üblicherweise eine Schichtdicke im Bereich von 1 bis 100 nm auf. Die Schichtdicke des Films ist dabei im Allgemeinen um das 2- bis 1000-fache kleiner als die Schichtdicke der Leiterbahnstruktur. - A -
Um eine stabile Kontaktierung zu erzielen und zu vermeiden, dass zum Beispiel durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen ein Abriss entsteht, weist der Bereich, der von dem Film überdeckt wird in einer weiteren Ausführungsform eine geringere Schichtdicke auf als der Film. Vorzugsweise weist der überdeckte Be- reich eine Höhe im Bereich von 1 bis 200 nm auf. Durch die geringere Schichtdicke des überdeckten Bereichs als die des Films, von dem der Bereich überdeckt wird, wird vermieden, dass beim Aufbringen des Films eine Stufe überwunden werden muss, die mindestens der Dicke des Films entspricht. Hierdurch lässt sich beim Aufbringen ein kontinuierlicher Film, der die Stufe am Ende des über- deckten Bereichs überwindet, erzeugen. Die Gefahr eines Abrisses zum Beispiel durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen wird auf diese Weise vermieden.
In einer alternativen Ausführungsform grenzt der Bereich, der von dem Film ü- berdeckt wird, an eine weitere Schicht an, wobei der überdeckte Bereich und die weitere Schicht eine im Wesentlichen gleiche Schichtdicke aufweisen. Der dünne
Film überdeckt dabei üblicherweise ebenfalls die weitere Schicht, die an den Bereich angrenzt, der von dem Film überdeckt wird. Durch die im Wesentlichen gleiche Schichtdicke des überdeckten Bereichs und der weiteren Schicht wird die Ausbildung einer Stufe, die von dem Film mit geringerer Schichtdicke überwun- den werden muss, vermieden. Der Film kann eben ausgebildet werden. Eine solche im Wesentlichen gleiche Schichtdicke lässt sich zum Beispiel durch Anwendung eines selbstjustierenden Prozesses, wie er dem Fachmann bekannt ist, erzeugen. Insbesondere bei Anwendung selbstjustierender Prozesse zur Erzeugung der Schichten lassen sich ebene Übergänge, das heißt eine gleiche Schichtdicke, erzeugen.
Das Material, aus dem die weitere Schicht gefertigt ist, ist beispielsweise ein Halbleiter- oder Isolatormaterial. Vorzugsweise ist das Material, aus dem die weitere Schicht gefertigt ist, ein geeigneter Gateisolator für Feldeffekttransistoren. Geeignete Isolatormaterialien sind zum Beispiel SiO2, SiON, Si3N4, SiC, AI2O3, oder SiAION.
Das Material, aus dem die Leiterbahnstruktur gefertigt ist, ist vorzugsweise elektrisch gut leitfähig und lässt sich insbesondere durch geeignete Verfahren als dünne Schicht auf dem Substrat aufbringen. Das Aufbringen der Leiterbahnstruktur erfolgt zum Beispiel durch Elektronenstrahlverdampfung oder Metall-Sputter- Verfahren. Alternativ ist jedoch zum Beispiel auch eine elektrolytische oder stromlose Abscheidung auf dem Substrat möglich. Um jedoch eine hinreichend geringe Schichtdicke des Bereichs zu erzeugen, der zur Kontaktierung von dem Film überdeckt wird, wird insbesondere dieser Bereich vorzugsweise durch Elek- tronenstrahlverdampfung oder Metall-Sputter-Verfahren erzeugt. Geeignete Materialien für die Leiterbahnstruktur sind zum Beispiel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie Verbindungen und Legierungen dieser Elemente.
Auch das Material für den Film, der die geringere Schichtdicke aufweist als die
Leiterbahnstruktur, ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie Verbindungen dieser Elemente mit Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium und Legierungen dieser Elemente. Vorteil der Verwendung dieser Elemente ist es, dass diese eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Zudem ist die Neigung zur
Oxidbildung gering oder kann durch Ausbilden einer Oxidschicht an der Oberfläche minimiert werden. Hierdurch wird vermieden, dass das Material der Leiterbahnstruktur bzw. des Films durch Oxidierung an Leitfähigkeit einbüßt und dadurch die Funktionalität des elektronischen Bauelementes verringert oder sogar vollständig verloren wird.
Das elektronische Bauelement ist zum Beispiel ein gassensitiver Feldeffekttransistor. Um das elektronische Bauelement als gassensitiver Feldeffekttransistor einsetzen zu können, dient der dünne Film, der den Bereich an der Leiterbahn- struktur überdeckt, beispielsweise als Gate-Elektrode. Bevorzugt ist der Film porös. Durch die Porosität wird eine Durchlässigkeit für einzelne Bestandteile einer zu detektierenden Gasspezies erzielt. Neben einem porösen, elektrisch leitfähigen Film, ist es jedoch auch möglich, dass der dünne Film elektrisch leitfähig und massiv ist und auf dem Film eine poröse Struktur aufgebracht wird. Bevorzugt ist jedoch, dass der Film porös ist. Insbesondere bei Verwendung als gassensitiver
Feldeffekttransistor ist es weiterhin bevorzugt, wenn der poröse Film eine kataly- tisch aktive Substanz enthält, an der zum Beispiel ein zu detektierendes Gas beschleunigt in seine Elemente aufgespaltet wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und wer- den in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 einen Ausschnitt aus einem elektronischen Bauelement in einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 einen Ausschnitt aus einem elektronischen Bauelement in einer zweiten Ausführungsform.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Ausschnitt eines elektronischen Bauelements dargestellt. Ein elektronisches Bauelement 1 umfasst ein Substrat 3, auf das eine Leiterbahnstruktur 5 aufgebracht ist.
Das Substrat 3 kann aus jedem beliebigen, dem Fachmann bekannten Material gefertigt sein. Üblicherweise ist das Substrat 3 zum Beispiel aus einem elektrisch isolierenden Material oder einem Halbleitermaterial gefertigt. Die Auswahl des Materials für das Substrat 3 ist dabei davon abhängig, wie das elektronische Bauelement eingesetzt werden soll. Elektrisch isolierende Materialien, aus denen das Substrat 3 gefertigt sein kann, sind zum Beispiel Saphir oder SiO2.
Wenn das elektronische Bauelement zum Beispiel als gassensitiver Feldeffekttransistor eingesetzt werden soll, so ist das Substrat 3 vorzugsweise aus einem Halbleitermaterial gefertigt. Üblicherweise eingesetzte Halbleitermaterialien sind zum Beispiel Halbleitermaterialien mit einer größeren Bandlücke als 2 eV.. Davon sind GaN und SiC besonders bevorzugt.
Die Leiterbahnstruktur 5 wird üblicherweise aus einem elektrisch gut leitfähigen Material gefertigt. Geeignete Materialien für die Leiterbahnstruktur 5 sind zum
Beispiel Metalle. Geeignete Metalle sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie deren Verbindungen und Legierungen. Das Aufbringen der Leiterbahnstruktur 5 kann durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. So kann die Leiterbahnstruktur 5 zum Beispiel durch stromlose oder galvanische Verfahren auf dem Substrat 3 abgeschieden werden. Weitere Verfahren zur Herstellung der Leiterbahnstruktur 5 sind zum Beispiel auch Elek- tronenstrahlverdampfung oder Metall-Sputter-Verfahren.
Das elektronische Bauelement 1 umfasst weiterhin einen dünnen Film 7. Der dünne Film 7 weist dabei eine Schichtdicke h auf, die kleiner ist als die Höhe H der Leiterbahnstruktur 5.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten elektronischen Bauelementen kontaktiert der dünne Film 7 die Leiterbahnstruktur 5 an deren Seitenfläche 9. Eine e- lektrische Anbindung wird somit nur durch eine schmale, senkrechte Kontaktfläche gewährleistet. Diese Fläche ergibt sich aus dem Produkt von Höhe h und Breite des dünnen Films 7. Hohe Temperaturen, bei denen das elektronische Bauelement zum Beispiel eingesetzt werden kann und/oder mechanische Verspannungen können zu einem Abriss am Übergangsbereich führen. Dies resul- tiert in einer Unterbrechung der elektrischen Kontaktierung. Um einen solchen
Abriss zu vermeiden, umfasst bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten elektronischen Bauelement 1 die Leiterbahnstruktur 5 einen Bereich 1 1 , der von dem dünnen Film 7 überdeckt wird. Auf diese Weise ergibt sich neben einer vertikalen Kontaktierung an der Seitenflächen 9 der Leiterbahnstruktur 5 auch eine horizon- tale Anbindung über der Fläche, in der der dünne Film 7 den Bereich 1 1 überdeckt. Hierdurch wird die Kontaktfläche um ein Vielfaches vergrößert. Zusätzlich kann auch noch eine Kontaktierung an der Seitenfläche 9 der Leiterbahnstruktur 5 erfolgen.
Durch die Kontaktierung an der Seitenfläche 9 und vor allem im überdeckten Bereich 1 1 der Leiterbahnstruktur 5 wird vermieden, dass zum Beispiel bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung ein Abreißen des dünnen Films 7 von der Leiterbahnstruktur 5 erfolgt. Die Kontaktierung von dünnem Film 7 und Leiterbahnstruktur 5 wird stabilisiert. Ein Abreißen des dünnen Films 7 kann insbesondere dann auftreten, wenn der dünne Film 7 aus einem anderen Material gefertigt wird als die Leiterbahnstruktur 5. Geeignete Materialien für den dünnen Film 7 sind jedoch im Allgemeinen die gleichen wie für die Leiterbahnstruktur 5. So eignen sich zum Beispiel Metalle wie Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie deren
Verbindungen und Legierungen. Insbesondere bei Verwendung in gassensitiven elektronischen Bauteilen enthält der dünne Film 7 vorzugsweise ein katalytisch aktives Material.
Um eine Überdeckung des überdeckten Bereichs 1 1 zu ermöglichen und einen durchgehenden Film 7 in diesem Bereich zu erzielen, ist die Schichtdicke d des überdeckten Bereichs 1 1 vorzugsweise kleiner als die Schichtdicke h des dünnen Films 7. Die maximale Schichtdicke d des überdeckten Bereichs 1 1 entspricht der Schichtdicke h des dünnen Films 7. Bevorzugt ist die Schichtdicke d des ü- berdeckten Bereichs 1 1 jedoch kleiner als die Schichtdicke h des dünnen Films
7. Durch die geringe Schichtdicke d des überdeckten Bereichs 1 1 wird ein durchgängiger dünner Film 7 erhalten. Es erfolgt kein Abriss im Bereich der Abschlusskante 13 des überdeckten Bereichs 1 1.
Die Herstellung des überdeckten Bereichs 1 1 erfolgt durch jedes beliebige, dem
Fachmann bekannte, geeignete Verfahren. Vorzugsweise wird der überdeckte Bereich 1 1 der Leiterbahnstruktur 5 durch Elektronenstrahlverdampfung oder ein Metall-Sputter-Verfahren hergestellt, da durch diese Verfahren eine gezielte Schichtdicke d eingestellt werden kann und entsprechend dünne Filme herge- stellt werden können.
Je nach Herstellungsverfahren für die Leiterbahnstruktur 5 erfolgt das Aufbringen des überdeckten Bereichs 1 1 nach dem Erzeugen der Leiterbahnstruktur 5 oder gleichzeitig mit dem Erzeugen der Leiterbahnstruktur 5. Im Allgemeinen wird je- doch zunächst die Leiterbahnstruktur 5 erzeugt und anschließend der überdeckte
Bereich 1 1 in den Bereichen, in denen der dünne Film 7 die Leiterbahnstruktur 5 kontaktieren soll.
In Abhängigkeit von geplanten Einsatzes elektronischen Bauelementes 1 kann der dünne Film 7 geschlossen oder porös sein. Insbesondere bei Verwendung des elektronischen Bauelementes 1 als gassensitiver Feldeffekttransistor, wie er beispielsweise in Gassensoren eingesetzt wird, ist es bevorzugt, dass der dünne Film 7 porös ist. Der dünne Film 7 dient dabei als Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors.
Eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektronischen Bauelementes ist in Figur 2 dargestellt.
Die Ausführungsform des in Figur 2 dargestellten elektronischen Bauelementes 1 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten dadurch, dass zwischen dem Substrat 3 und dem dünnen Film 7 eine weitere Schicht 15 ausgebildet ist. Die weitere Schicht 15 schließt sich dabei an den überdeckten Bereich 1 1 der Leiterbahnstruktur 5 an. Die Schichtdicke der weiteren Schicht 15 entspricht der Schichtdicke d des überdeckten Bereichs 1 1.
Die weitere Schicht 15 kann zum Beispiel durch einen selbstjustierenden Pro- zess erzeugt werden. Hierdurch wird ein kantenfreier Übergang in dem Bereich, in dem sich die weitere Schicht 15 an den überdeckten Bereich 1 1 anschließt, erzielt.
Ein selbstjustierender Prozess ist dabei zum Beispiel die Ausführung verschiedener aufeinander folgender Prozessschritte bei Verwendung einer einzigen lithographischen Maske. Das Ziel dabei ist es, prinzipiell vorhandene Justageun- genauigkeiten zweier Lithographiemasken zueinander zu vermeiden. Wenn die weitere Schicht 15 nicht an die Leiterbahnstruktur 5 angrenzt, wie dies im Stand der Technik im Allgemeinen der Fall ist, und sich zum Beispiel durch Ungenauig- keiten mehrerer Lithographiemasken ergibt, führt dies zu Stufen, die von dem dünnen Film überwunden werden müssen. Bei einer Schichtdicke der weiteren Schicht 15 und der Leiterbahnstruktur 5, die größer sind als der dünne Film 7, kann der dünne Film 7 im Bereich der Stufen abreißen. Zudem ergibt sich ein Kontakt nur an der Seitenfläche 9 der Leiterbahnstruktur 5, woraus nur ein kleiner Kontaktierbereich entsteht, der zudem durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Materialien reißen kann.
Durch die Ausbildung des überdeckten Bereichs 1 1 , der an die weitere Schicht 15 anschließt und eine im Wesentlichen gleiche Schichtdicke d wie die weitere Schicht 15 aufweist, werden Kanten vermieden, die durch den dünnen Film 7 überwunden werden müssen.
Zur Herstellung wird im Allgemeinen zunächst der überdeckte Bereich 1 1 er- zeugt. Darauf wird die Leiterbahnstruktur 5 abgeschieden. Diese weist aufgrund ihrer Eigenschaft und Funktion eine Kantenhöhe von üblicherweise mehr als 10 nm, im Allgemeinen mehr als 100 nm auf. Nach dem Erzeugen der Leiterbahnstruktur erfolgt im Allgemeinen eine ganzflächige Abscheidung der weiteren Schicht 15. Diese wird nun mit Hilfe von üblicherweise negativen Photolacken beschichtet, um für nachfolgende Prozesse geeignete, negative Kantenprofile zu erzielen. Die Maskierung erfolgt üblicherweise mit geeigneten Belichtungsverfahren wie Kontaktkopie oder Stepper-Belichtung. Nach der Entwicklung der Photolackmaske sind die Stellen vom Photolack freigelegt, die zwischen der weiteren Schicht 15 und der Seitenfläche 9 der Leiterbahnstruktur 5 liegen. Alternativ zu einem Lithographieprozess mit einem Photolack kann jedoch zum Beispiel auch ein Zwei- oder Mehrlagen-Photolackprozess gewählt werden. Hierbei erfährt die unterste Photolackschicht nach der Entwicklung eine größere Aufweitung als der darüber liegende Photolack, woraus sich ein typisches Lift-Off-Profil ergibt, das die nachfolgenden Prozessschritte erleichtert. Ein sich an die Entwicklung an- schließendes Rückätzen der weiteren Schicht 15 erfolgt somit nur an Stellen, die nicht von Photolack bedeckt sind. Üblicherweise wird das Rückätzen mit einem trockenchemischen Ätzverfahren durchgeführt, kann jedoch auch mit geeigneten nasschemischen Methoden realisiert werden. Derartige Methoden sind dem Fachmann bekannt. In Abhängigkeit der gewählten Materialien für das Substrat 3 und die weitere Schicht 15 wird der Ätzprozess an der Grenzfläche 17 zwischen der weiteren Schicht 15 und dem Substrat 3 beendet. Nach diesem als Rückätzen bezeichneten Ätzprozess erfolgt nun ohne eine vorherige Ablösung der Maske aus Photolack eine ganzflächige Metallisierung mit üblichen, gängigen Abscheideverfahren, wobei die Schichtdicke der abgeschiedenen Metallschicht ex- akt so gewählt wird wie die Schichtdicke der weiteren Schicht 15. In einem anschließenden Lift-Off-Prozess wird der Photolack mit dem sich auf dem Photolack abgeschiedenen Metall entfernt. Hierbei unterstützen negative Flanken bzw. das Lift-Off-Profil der Photolacke diesen Vorgang. Es entsteht ein kanten- und spaltfreier Übergang zwischen den verschiedenen Schichten 1 1 und 15. AIs Material für die weitere Schicht eignen sich zum Beispiel Halbleitermaterialien oder Isolatormaterialien. Geeignete Halbleitermaterialien sind zum Beispiel GaN oder SiC, geeignete Isolatormaterialien sind zum Beispiel SiO2 oder Si3N4.
Eine gleiche Höhe von überdecktem Bereich 1 1 und weitere Schicht 15 lässt sich alternativ zum Beispiel auch durch ein Chemo-Mechanical-Polishing erzielen. Hierbei muss sich die zuerst abgeschiedene Schicht, im Allgemeinen die weitere Schicht 15, als Polierstoff eignen und strukturiert werden. Die zweite Schicht, im Allgemeinen der überdeckte Bereich 1 1 wird anschließend so abgeschieden, dass diese die erste Schicht überlappt. Die Planarisierung der Schichten erfolgt durch einen dem Fachmann bekannten Chemo-Mechanical-Polishing-Prozess, der auf der Höhe der ersten Schicht, im Allgemeinen der weiteren Schicht 15, stoppt. Hierdurch entsteht ein vollkommen ebener Übergang für den dünnen Film 7.
Ein derartig erzeugtes elektronisches Bauelement 1 eignet sich zum Beispiel als Gassensor auf Halbleiterbasis, zum Beispiel als Gassensor für brennbare Gase, Stickoxide oder Sauerstoff enthaltende Gasspezies.

Claims

Ansprüche
1 . Elektronisches Bauelement, umfassend eine Leiterbahnstruktur (5) auf einem Substrat (3) sowie einen Film (7), der die Leiterbahnstruktur (5) kontaktiert, wobei der Film (7) eine geringere Schichtdicke (h) aufweist als die Lei- terbahnstruktur (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnstruktur (5) einen Bereich (1 1 ) aufweist, der zur Kontaktierung von dem Film (7) überdeckt wird.
2. Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnstruktur (5) eine Höhe (H) im Bereich von 10 nm bis 1 μm aufweist.
3. Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (1 1 ), der von dem Film (7) überdeckt wird, eine geringere Schichtdicke (d) aufweist als der Film (7).
4. Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der überdeckte Bereich (1 1 ) eine Schichtdicke (d) im Bereich von 1 bis 200 nm aufweist.
5. Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bereich (1 1 ), der von dem Film (5) überdeckt wird, an eine weitere Schicht (15) angrenzt, wobei der überdeckte Bereich (1 1 ) und die weitere Schicht (15) eine im Wesentlichen gleiche Schichtdicke (h) aufwei- sen.
6. Elektronisches Bauelement gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) und die weitere Schicht (15) aus dem gleichen Material gefertigt sind.
7. Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (3) ein Halbleitermaterial ist.
8. Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Leiterbahnstruktur (5) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie Verbindungen und Legierungen dieser Elemente.
9. Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für den Film (7) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titan, Platin, Gold, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel, Tantal sowie Verbindungen und Legierungen dieser Elemente.
10. Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Film (7) porös ist.
1 1 . Elektronisches Bauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (1 ) ein gassensitiver Feldeffekttransistor ist.
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