DE1690509B1

DE1690509B1 - Verfahren zur bildung zweier eng voneinandergetrennter leitender schichten

Info

Publication number: DE1690509B1
Application number: DE19671690509
Authority: DE
Inventors: Martin Paul New Providen ce NJ Lepselter (VStA)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-09-21
Publication date: 1971-04-01
Also published as: ES347068A1; US3461524A; GB1207134A; SE318650B; NL6711111A; NL144764B; BE703252A

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur weise sind die Schichten ausreichend starr, damit der Bildung zweier eng voneinander getrennter leitender Aufbau mechanisch stabil bleibt, wenn die Füll-Schichten unter Abscheidung einer ersten leitenden schicht entfernt ist.

Schicht auf einer Unterlage, Abscheidung einer Die Erfindung soll nun im einzelnen unter Bezug-

Dünnschicht auf der ersten leitenden Schicht und 5 nähme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Abscheidung einer zweiten leitenden Schicht auf der Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer

Materialdünnschicht unter Bildung einer Über- typischen Konstruktion zwecks Herstellung eines kreuzung mit der ersten leitenden Schicht. Kondensators gemäß Erfindung;

Dieses Verfahren findet speziell Anwendung bei F i g. 2 ist ein Querschnitt eines fertiggestellten

der Herstellung von Dünnschicht-Kondensatoren io Kondensators gemäß Erfindung; und Dünnschicht-Überkreuzungsstellen als einschlä- F i g. 3 ist ein schematischer Querschnitt einer

gige Bestandteile von DünnscMcht-Schaltungen. typischen Konstruktion zur Herstellung einer Dünn-

Intensive Anstrengungen zur Erhöhung der Zu- schicht-Überkreuzung gemäß Erfindung; verlässigkeit und Arbeitsweise elektronischer Erzeug- F i g. 4 ist ein Querschnitt einer fertiggestellten

nisse unter Verringerung ihrer Größe haben zu einer 15 Überkreuzung.

mikroelektronischen Technologie geführt, deren Fig. 1 ist ein Querschnitt einer typischen Kon-

Schaltungselemente auf Dimensionen geschrumpft struktion zur Herstellung eines Dünnschichtkondensind, die für das unbewaffnete Auge beinahe unsicht- sators gemäß Erfindung. Der Aufbau zeigt drei Mabar sind. Die mikroskopischen Abmessungen dieser terialschichten auf einer isolierenden Unterlage!., neuen Schaltungselemente haben Schaltungen er- 20 Eine erste leitende Schicht 2 ist auf der Unterlage geben, die unempfindlich, langlebig und kosten- abgeschieden, eine Schicht Füllmaterial 3 ist oben sparend sowie in der Lage sind, elektronische Funk- auf der leitenden Schicht 2 abgeschieden, und eine tionen mit extrem hoher Geschwindigkeit zu voll- zweite leitende Schicht 4 ist oben auf der Füllerziehen (Hittinger & Spares, Microelectronics, schicht 3 abgeschieden.

Scientific American, Nov. 1965, S. 57). 25 Der Typ des Materials für die Füllerschicht und

Ein Problem, das die Minimalgröße mikroelektro- seine Abmessungen werden so gewählt, daß sie beim nischer Schaltungen und Elemente begrenzt, ist das Wegätzen den gewünschten leeren Raum hinterläßt. Phänomen der »Nadelstich-Kurzschlüsse«. Wenn Das Material braucht kein Dielektrikum zu sein, soeine Metallschicht auf einer Dünnschicht aus isolie- lange es durch Hilfsmittel ätzbar ist, die die leitenrendem Material niedergeschlagen wird, dringt das 30 den Schichten 2 und 4 nicht anätzen. Metall oft durch kleine Löcher in der Dünnschicht Ein von Nadelstich-Kurzschlüssen freier Dünn-

und bewirkt elektrischen Kontakt mit allem, was schicht-Kondensator wird aus der vorerwähnten auch immer unter der Dünnschicht liegt. Wenn das Konstruktion erfindungsgemäß hergestellt, indem darunterliegende Material ein Leiter ist, ist das Er- man die Füllschicht 3 selektiv wegätzt und jeden gebnis ein Kurzschluß, der als »Nadelstich«-Kurz- 35 Nadelstich-Kurzschluß beseitigt. Schluß bezeichnet wird. Da die Wahrscheinlichkeit Ferrinitrat ist ein geeignetes Ätzmittel zur selek-

des Auftretens eines Nadelstich-Kurzschlusses wächst, tiven Entfernung einer Kupferfüllung zwischen leiwenn die Dicke des die beiden Leiter trennenden tenden Goldschichten. Vorteilhafterweise wird die Films abnimmt, ergibt sich eine praktische Grenze Konstruktion in einem mittels Transduktor gerührten für den minimalen Abstand, der zwischen zwei lei- 40 Ätzmittel geätzt.

tenden Schichten verwirklicht werden kann. Diese Nachdem einmal die Füllung weggeätzt ist,

Begrenzung hat wenigstens zwei Wirkungen. Erstens können Nadelstich-Kurzschlüsse, die sich zwischen sind Verkleinerungen solcherart aufgebauter Schal- den leitenden Schichten 2 und 4 gebildet haben tungen eine untere Grenze gesetzt und zweitens wird könnten, leicht entfernt werden. Die Kurzschlüsse auch das Verhalten bestimmter Schaltungselemente 45 sind freigelegt und erscheinen als dünne Säulen oder nachteilig beschränkt. Beispielsweise wird im Falle Whiskers, die die Schichten 2 und 4 verbinden, wie eines Kondensators die maximal erhältliche spezi- von der Säule 5 in Fig. 1 gezeigt. Da die Dicke der fische Kapazität beschränkt, da diese dem Abstand freigelegten Säulen im allgemeinen gering im Verzwischen den beiden Kondensatorbelägen umgekehrt gleich zu den Dimensionen der leitenden Schichten proportional ist. 50 ist, können Techniken wie Oxydation, Ultraschall-

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, reinigung oder Zentrifugieren angewandt werden, leitende Schichten mit engem Abstand zu bilden, die um die Kurzschlüsse zu beseitigen. Beispielsweise frei von Nadelstich-Kurzschlüssen sind. bildet sich eine dünne Oxydschicht auf Metallen, die

Diese Aufgabe ist für das Verfahren der einlei- der Atmosphäre ausgesetzt sind, und oft ist diese tend beschriebenen Art erfindungsgemäß gekenn- 55 Oxydschicht genügend stark, um die ganze Kurzzeichnet durch eine selektive Ausätzung der Dünn- schlußsäule zu oxydieren. Falls dies aber nicht als schicht zwischen den leitenden Schichten und durch ausreichend erkannt wird, kann die Konstruktion in anschließendes Beseitigen der dadurch freigelegten einer mit Sauerstoff angereicherten Atmosphäre erNadelstich-Kurzschlüsse nach geeigneten Methoden hitzt werden, bis die Säulen völlig oxydiert sind. Eine wie Ultraschallbehandlung, Ätzen, Zentrifugieren 60 andere Technik zur Beseitigung der freigelegten oder Behandlung mit einem reaktionsfähigen Gas. Säulen ist das Eintauchen der Konstruktion in eine

Das Verfahren hat besondere Bedeutung dort, wo mit Transduktor gerührte Flüssigkeit. Dieses Verein Trennabstand von einigen Mikron oder weniger fahren zerbricht die kurzschließenden Säulen. Eine zwischen zwei Leitungen gewünscht wird, weil Nadel- dritte, geeignet befundene Technik ist die Montage stich-Kurzschlüsse bei so kleinen Abständen das 65 der Konstruktion auf einer Zentrifuge mit den leiten-Problem schlechthin werden. Bei den typischen An- den Schichten nach außen gekehrt und Rotation der wendungsfällen schwankt die Dicke der leitenden Zentrifuge mit ausreichender Geschwindigkeit, so Schichten zwischen 1 und 10 Mikron. Vorteilhafter- daß die Schichten nach außen gebogen werden, wo-

bei die Kurzschlußsäulen abbrechen. Viele andere Hilfsmittel, wie mildes Ätzen oder andere chemische Verfahren können gleichfalls verwendet werden, um die kurzschließenden Säulen zu beseitigen oder in isolierende Verbindungen umzuwandeln.

Der Raum zwischen den leitenden Schichten wird natürlich als Dielektrikum wirken. Wenn jedoch gewünscht wird, ein festes Dielektrikum oder anderes Material zwischen die beiden Schichten zu bringen, so kann dies im allgemeinen durch verschiedene Techniken erfolgen. Wenn beispielsweise die leitenden Schichten oxydiert werden können, bewirkt die Erhitzung der Konstruktion in sauerstoffhaltiger Atmosphäre die Bildung von Oxydschichten auf den inneren Oberflächen, und in geeigneten Fällen kann die Oxydschicht genügend aufgebaut werden, um den Zwischenraum zu füllen. Auch die wohlbekannten Techniken der »Plasma-Schaltung« und der Anodisierung können angewandt werden, um Material zwischen die eng benachbarten Schichten zu hinterfüllen.

F i g. 2 zeigt den fertigen Kondensator. Der Füllstoff 3 der Fig. 1 und der Nadelstich-Kurzschluß5 in F i g. 1 sind entfernt und durch den Luftspalt 6 ersetzt.

Es wird nun ein erläuterndes Beispiel einer Uberkreuzung, die in einer typischen Anwendung der Erfindung durchgeführt wird, im einzelnen beschrieben.

F i g. 3 ist ein Querschnitt eines typischen Aufbaus bei der Herstellung einer Dünnschicht-Überkreuzung gemäß vorliegender Erfindung. Metallkontakte 11 und 12, zwischen denen eine elektrische Verbindung vorgesehen werden soll, die einen dazwischen liegenden Leiter 13 überkreuzt, sind auf einer isolierenden Unterlage 10 abgeschieden, beispielsweise Silicium mit einer Schicht aus SiO₂ oder SiN₂ darauf. Vorteilhafterweise bestehen die Kontakte 11 und 12 und der dazwischen liegende Leiter 13 gemäß gegenwärtiger Strahlführungstechnik aus drei verschiedenen Metallschichten, die übereinander abgeschieden sind. Der erste Film 14 ist aus Titan, um eine gute Haftung an der Unterlage 10 sicherzustellen; der dritte Film 16 ist aus Gold wegen der leichteren Bindung und der zweite Film 15 aus Platin, um Gold und Titan an einer Reaktion miteinander zu hindern. Zusätzlich wird noch eine Schicht 17 aus einem oxydierbaren Metall wie Zirkon auf dem Leiter 13 gezeigt, welches zur Bildung einer dielektrischen Schicht oxydiert werden kann. Typische Dicken sind wie folgt: Titan 1500 AE, Platin 3000 AE, Gold 20 000 bis 30 000 AE und Zirkon 1500 AE.

Oben auf der oxydierbaren Schicht 17 wird eine trennende Schicht 18 aus Füllmaterial gezeigt. In diesem speziellen Beispiel wird eine Kupferschicht von 30 000 AE Dicke verwendet.

Eine obere leitende Schicht 19, die in typischer Weise aus Gold von 10 bis 12 Mikron Dicke besteht, wird auf der trennenden Schicht 18 angeordnet, um die Kontakteil und 12 miteinander zu verbinden. Vor der Abscheidung werden die trennende Schicht 18 und die oxydierbare Schicht 17 in geeigneter Weise maskiert und geätzt, so daß der obere Leiter mit den Kontakten 11 und 12 elektrische Verbindung bekommt.

Man erhält eine von Nadelstich-Kurzschlüssen freie Uberkreuzung aus der abgebildeten Konstruktion, indem man den Füller 18 mit einem geeigneten Ätzmittel wegätzt, was die anderen Metalle wenig beeinflußt, und erhitzt die Konstruktion in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausreichende Zeit, um die oxydierbare Metallschicht 17 völlig zu oxydieren. Bei der gezeigten Konstruktion entfernt eine Ätzung mit konzentriertem Ferrinitrat in einer Zeit von etwas mehr als 10 Minuten die Kupferfüllung, und eine Erhitzung auf etwa 350° C für fünf bis acht Stunden oxydiert die Zirkoniumschicht.

Etwaige Nadelstichkurzschlüsse zwischen dem oberen Leiter 19 und dem unteren Leiter 13 sind nach dem Wegätzen der Trennschicht 18 freigelegt und können leicht durch eine der vorerwähnten Techniken beseitigt werden.

F i g. 4 zeigt die fertiggestellte Überkreuzung gemäß Erfindung. Die Trennschicht 18 der Fig. 3 ist unter Hinterlasen eines Luftspaltes 20 entfernt worden, und die Schicht 17 aus oxydierbarem Metall ist zwecks Bildung einer Schicht von dielektrischem Oxyd 21 oxydiert worden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bildung zweier eng voneinander getrennter leitender Schichten unter Abscheidung einer ersten leitenden Schicht auf einer Unterlage, Abscheidung einer Dünnschicht auf der ersten leitenden Schicht und Abscheidung einer zweiten leitenden Schicht auf der Materialdünnschicht unter Bildung einer Uberkreuzung mit der ersten leitenden Schicht, gekennzeichnetdurch eine selektive Ausätzung der Dünnschicht (3) zwischen den leitenden Schichten (2,4) und durch anschließendes Beseitigen der dadurch freigelegten Nadelstichkurzschlüsse (5) nach geeigneten Methoden wie Ultraschallbehandlung, Ätzen, Zentrifugieren oder Behandlung mit einem reaktionsfähigen Gas.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Arbeitsgang einer partiellen Oxydation wenigstens einer der beiden leitenden Schichten zwecks Bildung einer dauerhaften dielektrischen Schicht zwischen denselben.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Arbeitsgang der Auffüllung des Raums zwischen den beiden leitenden Schichten mit einem dauerhaften dielektrischen Material nach dem Wegätzen des Füllmaterials.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Arbeitsgang einer Auffüllung des Raums zwischen den beiden leitenden Schichten mit einem Werkstoff entweder durch Kracken mittels Plasma oder auf thermischem Wege, durch Anodisieren oder chemische Reaktion mit den leitenden Schichten nach dem Wegätzen des Füllmaterials.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen GOPY