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Dokumentenidentifikation DE69007938T2 20.10.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0429272
Titel Aluminiumnitrid enthaltende einzelne und mehrlagige Beschichtungen.
Anmelder Dow Corning Corp., Midland, Mich., US
Erfinder Carpenter, Leslie Earl, Midland, MI, US
Vertreter Hann, M., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Sternagel, H., Dipl.-Chem. Dr.phil.nat., 51465 Bergisch Gladbach; Dörries, H., Dipl.-Chem. Dr., Pat.-Anwälte, 67117 Limburgerhof
DE-Aktenzeichen 69007938
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.11.1990
EP-Aktenzeichen 903125557
EP-Offenlegungsdatum 29.05.1991
EP date of grant 06.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.10.1994
IPC-Hauptklasse C23C 18/12

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft keramische Beschichtungen, Verfahren zum Beschichten von Substraten und die auf diese Weise beschichteten Substrate, und sie betrifft insbesondere die Erzeugung von einschichtigen und mehrschichtigen, Aluminiumnitrid enthaltenden keramischen Beschichtungen auf verschiedenen Substraten bei niedriger Temperatur.

Ein erheblicher Nachteil von Verfahren nach dem Stand der Technik zur Erzeugung von dünnen Aluminiumnitridfilmen besteht darin, daß die Verfahren verhältnismäßig langsam ablaufen und daher ausgedehnte Zeiträume erforderlich sind, um Schichten mit Stärken selbst von 1 bis 10 Mikrometer aufzubauen. Weiterhin müssen viele Verfahren nach dem Stand der Technik bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt werden, was die Verwendung von Brennöfen und/oder Vakuumapparaturen erfordert. Weiterhin machen diese Beschichtungsverfahren die Oberfläche des Substrats nicht eben, sondern bewirken nur eine konforme Abdeckung (conformal coverage) der Oberflächen des Substrats, wodurch diskontinuierliche oder dünne Stellen in der Beschichtung entstehen.

Dementsprechend besteht in der Technik ein Bedarf an einem einfachen, schnellen, bei niedriger Temperatur durchgeführten Verfahren zur Erzeugung von dünnen Filmen aus Aluminiumnitrid auf temperaturempfindlichen Substraten, wie elektronischen Vorrichtungen, entweder allein oder in Verbindung mit anderen schützenden Schichten.

Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis, indem sie keramische oder keramikartige einschichtige, zwei- oder mehrschichtige Beschichtungen mit Aluminiumnitrid als eine der Schichten zur Verfügung stellt. Zu der vorliegenden Erfindung zählen weiterhin Verfahren zur Herstellung solcher Beschichtungen, die eben machende, passivierende und/oder hermetisch abschließende Sperrschichten auf temperaturempfindlichen Substraten, wie Halbleitern und elektronischen Vorrichtungen, darstellen. Die Beschichtungen nach der vorliegenden Erfindung können auch als funktionale Schichten in den elektronischen Vorrichtungen dienen.

Nach einem der Aspekte der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer aus Aluminiumnitrid bestehenden keramischen oder keramikartigen Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem man das Substrat mit einer Flüssigkeit beschichtet, die ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; enthält, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet. Das Alkylaluminiumamid kann unverdünnt aufgebracht werden, wenn es flüssig ist, oder in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Das organische Lösungsmittel ist vorteilhaft ein nicht reaktiver Kohlenwasserstoff.

Die flüssige Beschichtung wird dann getrocknet, wodurch eine präkeramische Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird. Darauf folgt die Keramisierung der präkeramischen Beschichtung zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden Keramik, indem die präkeramische Beschichtung auf eine Temperatur zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak erhitzt wird. Das Ammoniak kann entweder als reine Ammoniakatmosphäre vorhanden sein oder es kann in einer anderen, inerten Atmosphäre vorliegen, die vorteilhaft mindestens 10 Volumen-% Ammoniak enthält.

Das flüssige Alkylaluminiumamid oder die das Alkylaluminiumamid enthaltende Lösung kann auf das Substrat mittels einer aus einer Reihe von üblichen Verfahren ausgewählten Methode, wie Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, Fließbeschichtung oder Spin-Coating, auf das Substrat aufgebracht werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat eine elektronische Vorrichtung. Die Beschichtung wird vorteilhaft in einer Stärke von zwischen etwa 50 und etwa 500 Nanometer aufgebracht.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch Gegenstände, wie elektronische Vorrichtungen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. Die elektronischen Vorrichtungen können eine Struktur haben, in der die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugte Beschichtung entweder als ebenmachende Schicht, als passivierende Schicht oder als hermetisch abschließende Trennschicht dienen. Wenn die Schicht als ebenmachende Schicht dienen soll, ist die Beschichtung mit flüssigen Alkylaluminiumamiden besonders geeignet, unregelmäßige Stellen in der Oberfläche des Substrats auszufüllen und eben zu machen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer mehrschichtigen keramischen oder keramikartigen Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem man das Substrat mit einer ebenmachenden Beschichtung beschichtet, die eine Flüssigkeit mit einem Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; enthält, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet. Die flüssige Beschichtung wird dann getrocknet, wodurch eine präkeramische Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird. Darauf wird die präkeramische Beschichtung zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden Keramik keramisiert, indem man die präkeramische Beschichtung in Gegenwart von Ammoniak auf eine Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC erhitzt, um die ebenmachende Beschichtung zu erzeugen.

Dann wird eine passivierende Beschichtung auf die ebenmachende Beschichtung aufgebracht, vorteilhaft durch chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase (CVD) (chemical vapor deposition), durch Plasma-gefördertes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase (PECVD) oder durch Metallunterstützte CVD-Verfahren. Die passivierende Schicht kann ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, (ii) Silicium enthaltenden Beschichtungen und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Beschichtungen. Zum Schluß wird eine Silicium enthaltende Beschichtung auf die passivierende Beschichtung aufgebracht, indem man auf die passivierende Beschichtung eine Schutzbeschichtung aufbringt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium enthaltenden Beschichtungen, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Beschichtungen und (iv) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, wodurch eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige Beschichtung erzeugt wird.

Wenn die passivierende Beschichtung eine Silicium und Stickstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft auf die ebenmachende Beschichtung nach einem Verfahren aufgebracht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (a) chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart von Ammoniak, (b) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart von Ammoniak und (c) Keramisierung eines Silicium und Stickstoff enthaltenden Polymeren. Wenn die passivierende Beschichtung eine Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft auf die ebenmachende Beschichtung mittels eines Verfahrens aufgebracht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (1) chemischem Niederschlagen von Hexamethyldisilazan aus der Dampfphase, (2) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Hexamethyldisilazan aus der Dampfphase, (3) chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans sowie weiterhin in Gegenwart von Ammoniak und (4) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans sowie weiterhin in Gegenwart von Ammoniak. Wenn die passivierende Beschichtung eine Silicium und Kohlenstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft nach einem Verfahren aufgebracht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (i) chemischem Niederschlagen eines Silans, Halogensilans, Halogenpolysilans oder eines Gemisches dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans und (ii) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Alkylsilanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans.

Bei der Erzeugung der Schutzbeschichtung wird es im Falle einer Silicium enthaltenden Beschichtung bevorzugt, die Beschichtung auf die passivierende Beschichtung mittels eines Verfahrens aufzubringen, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (a) chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase, (b) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase und (c) Metall-unterstütztem chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe. Wenn die schützende Beschichtung eine Silicium und Kohlenstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft nach einem Verfahren aufgebracht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (1) chemischem Niederschlagen eines Silans, Alkylsilans, Halogensilans, Halogendisilans, Halogenpolysilans oder eines Gemisches dieser Stoffe in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans, (2) Plasmagefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Alkylsilanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans. Wenn die schützende Beschichtung eine Silicium und Stickstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft nach einem Verfahren aufgebracht, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (A) chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart von Ammoniak, (B) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart von Ammoniak und (C) Keramisieren eines Silicium und Stickstoff enthaltenden präkeramischen Polymeren. Wenn die schützende Beschichtung eine Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltende Beschichtung ist, wird sie vorteilhaft aufgebracht nach einem Verfahren, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus (i) chemischem Niederschlagen von Hexamethyldisilazan aus der Dampfphase, (ii) Plasmagefördertem chemischem Niederschlagen von Hexamethyldisilazan aus der Dampfphase, (iii) chemischem Niederschlagen von Silanen, Alkylsilanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkans mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans und weiterhin in Gegenwart von Ammoniak und (iv) Plasma-gefördertem chemischem Niederschlagen von Silanen, Alkylsilanen, Halogensilanen, Halogendisilanen, Halogenpolysilanen oder Gemischen dieser Stoffe aus der Dampfphase in Gegenwart eines Alkans mti 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eines Alkylsilans sowie weiterhin in Gegenwart von Ammoniak.

Wie oben beschrieben kann das flüssige Alkylaluminiumamid oder das in einem Lösungsmittel gelöste Alkylaluminiumamid auf das Substrat nach einer Anzahl von üblichen Verfahren aufgebracht werden, einschließlich Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, Flutbeschichtung und Spin-Beschichtung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der mehrschichtigen Beschichtungen nach der Erfindung ist das Substrat eine elektronische Vorrichtung. Die ebenmachende Beschichtung aus Aluminiumnitrid hat vorzugsweise eine Stärke von zwischen etwa 50 und etwa 500 Nanometer. Die mehrschichtige Beschichtung nach der vorliegenden Erfindung kann sich auch auf Gegenstände beziehen, beispielsweise auf elektronische Vorrichtungen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird Aluminiumnitrid als passivierende Schicht einer ursprünglich aufgebrachten Schicht aus Siliciumdioxid enthaltendem kekamischem Material überlagert. Bei dieser Ausführungsform wird eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige schützende Beschichtung auf das Substrat aufgebracht, indem man das Substrat anfänglich mit einer ebenmachenden Beschichtung aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht. Dann wird eine passivierende Beschichtung, die eine ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, enthaltende Flüssigkeit umfaßt, auf die ebenmachende Beschichtung aufgebracht.

Die Flüssigkeit wird dann getrocknet, wodurch eine präkeramische Beschichtung entsteht, die dann zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden Keramik keramisiert wird, indem man die präkeramische Beschichtung auf eine Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak erhitzt, so daß die passivierende Beschichtung entsteht. Auf die passivierende Beschichtung wird dann eine schützende Beschichtung aufgebracht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium enthaltenden Beschichtungen, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Beschichtungen und (iv) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, wodurch eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird.

Die ebenmachende Beschichtung aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Material wird vorteilhaft auf das Substrat nach einem Verfahren aufgebracht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (a) Aufbringen eines Hydrogensilsesquioxanharzes aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, mit oder ohne Katalysator, Trocknen und Keramisieren, (b) Aufbringen eines Gemisches aus einem Hydrogensilsesquioxanharz und einem oder mehreren Metalloxiden aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, mit oder ohne Katalysator, Trocknen und Keramisieren, (c) Aufbringen eines Silikatesters aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, Trocknen und Keramisieren, (d) Aufbringen eines Gemisches aus einem Silikatester und einem oder mehreren Metalloxiden aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, Trocknen und Keramisieren, (e) Aufbringen eines nitridierten Hydrogensilsesquioxanharzes aus einer Lösung in einem Lösungsmittel mit oder ohne Katalysator, Trocknen und Keramisieren und (f) Aufbringen eines Gemisches aus einem nitridierten Hydrogensilsesquioxanharz und einem oder mehreren Metalloxiden aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, mit oder ohne Katalysator, Trocknen und Keramisieren.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das Aluminiumnitrid als oberste, hermetisch abschließende Sperrschicht zuvor aufgebrachten ebenmachenden und/- oder passivierenden Beschichtungen überlagert werden. Wenn das Aluminiumnitrid als Sperrschicht dienen soll, wird es vorteilhaft chemisch aus der Dampfphase niedergeschlagen, um eine dichte Beschichtung zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige schützende Beschichtung auf einem Substrat erzeugt, indem man das Substrat anfänglich mit einer ebenmachenden Beschichtung aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht.

Auf die eben machende Beschichtung wird eine passivierende Beschichtung aufgebracht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Beschichtungen und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Beschichtungen. Darauf wird eine schützende Sperrschicht aus Aluminiumnitrid durch chemisches Niederschlagen eines präkeramischen Gemisches, enthaltend ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, bei einer Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC aus der Dampfphase erzeugt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung finden die Pyrolyse und die Keramisierung statt, während die Beschichtung niedergeschlagen wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Schicht aus Aluminiumnitrid zwischen Schichten aus Silicium, Silicium und Kohlenstoff, Silicium und Stickstoff oder Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Materialien angeordnet. Bei diesem Verfahren wird eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige schützende Beschichtung auf einem Substrat erzeugt, indem das Substrat mit einer ersten Beschichtung aus einem keramischen oder keramikartigen Material beschichtet wird, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Beschichtungen und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Beschichtungen.

Danach wird eine passivierende Schicht auf die ebenmachende Schicht aufgebracht, indem eine ein Alkalyaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bezeichnet, aufgebracht wird, die Flüssigkeit getrocknet wird, so daß eine präkeramische Schicht auf dem Substrat entsteht, die dann zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden Keramik keramisiert wird, indem die präkeramische Schicht auf eine Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak erhitzt wird, so daß die passivierende Schicht entsteht.

Zum Schluß wird eine schützende Schicht aufgebracht, die ausgewahlt wird aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium enthaltenden Schicht, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schicht, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schicht und (iv) Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Schichten, wodurch eine aus mehreren Schichten bestehende keramische oder keramikartige Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird.

Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer aus zwei Schichten bestehenden keramischen oder keramikartigen Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem man das Substrat mit einer ebenmachenden Schicht versieht, die eine ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, enthaltende Flüssigkeit umfaßt. Die Flüssigkeit wird dann getrocknet, so daß eine präkeramische Schicht auf dem Substrat verbleibt. Die präkeramische Schicht wird dann zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden Keramik keramisiert, indem man die präkeramische Schicht auf eine Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak erhitzt, so daß eine ebenmachende Schicht entsteht.

Dann wird eine passivierende Schicht auf die ebenmachende Schicht aufgebracht. Die passivierende Schicht wird vorteilhaft ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten und (ii) Silicium enthaltenden Schichten, wodurch eine aus zwei Schichten bestehende keramische oder keramikartige Beschichtung erzeugt wird.

Wie zuvor beschrieben, kann die flüssige Lösung eines Alkylaluminiumamids auf das Substrat nach einer Anzahl von üblichen Verfahren aufgebracht werden, einschließlich Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, Flutbeschichtung oder Spin-Beschichtung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der aus zwei Schichten bestehenden Beschichtungen nach der Erfindung ist das Substrat eine elektronische Vorrichtung. Vorteilhaft weist die ebenmachende Schicht eine Stärke von zwischen etwa 50 und etwa 500 Nanometer auf. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Schichten bezieht sich auch auf Gegenstände, wie elektronische Vorrichtungen, die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.

Bei noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer aus zwei Schichten bestehenden keramischen oder keramikartigen Schutzbeschichtung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem man das Substrat mit einer ebenmachenden Schicht aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Gemisch überzieht. Dann wird eine Schutzschicht aus Aluminiumnitrid durch chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase eines präkeramischen Gemisches, enthaltend ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, bei einer Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak erzeugt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung finden die Pyrolyse und die Keramisierung der Aluminiumnitrid enthaltenden Beschichtung während des Niederschlagens statt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung einer aus zwei Schichten bestehenden keramischen oder keramikartigen schützenden Beschichtung auf einem Substrat zur Verfügung gestellt, bei dem man das Substrat zunächst mit einer Schicht aus einem keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten. Dann wird eine Schutzschicht aus Aluminiumnitrid auf die ebenmachende Schicht aufgebracht, indem ein ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet, enthaltendes präkeramisches Gemisch bei einer Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak aus der Dampfphase niedergeschlagen wird, so daß die schützende Beschichtung entsteht.

Dementsprechend ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine keramische oder keramikartige Aluminiumnitrid-Beschichtung zur Verfügung zu stellen, allein oder in Verbindung mit anderen keramischen oder keramikartigen Schichten, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, das ebenmachende, passivierende und/oder als Sperr- oder Barriereschicht dienende schützende Beschichtungen auf empfindlichen Substraten, wie elektronischen Vorrichtungen, erzeugt. Diese und andere Gegenstände und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen deutlich werden.

Die vorliegende Erfindung verwendet eine Flüssigkeit, die einen Vorläuferstoff für Aluminiumnitrid enthält, allein oder in Verbindung mit Silicium enthaltenden keramischen Materialien, zur Erzeugung von eben machenden, passivierenden, schützenden und/oder funktionalen Beschichtungen auf Substraten. Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich zur Erzeugung einer einzelnen Schutzschicht oder einer Beschichtung aus mehreren Schichten auf hitzeempfindlichen Substraten, wie elektronischen Vorrichtungen und Schaltkreisen. Dies wird bewirkt, indem man die Oberfläche des Substrates mit einer Flüssigkeit beschichtet, die ein Alkylaluminiumamid enthält, und dann die Beschichtung in Gegenwart von Ammoniak erhitzt, um die Beschichtung zu keramisieren. Die Auswahl der nach der vorliegenden Erfindung zu beschichtenden Substrate wird nur durch die Notwendigkeit einer thermischen und chemischen Stabilität der Substrate während des Keramisierungsverfahrens begrenzt. Die Beschichtungen nach der vorliegenden Erfindung sind nicht nur als Beschichtungen zum Schutz von elektronischen Vorrichtungen gegenüber der Umgebung brauchbar, sondern auch als Schutzbeschichtungen auf anderen hitzeempfindlichen nichtmetallischen Substraten. Die Beschichtungen können auch als dielektrische Schichten, dotierte dielektrische Schichten (doped dielectric layers) zur Herstellung von transistorartigen Vorrichtungen, mit Pigmenten gefüllte, Silicium enthaltende Bindersysteme zur Erzeugung von Kondensatoren und kondensatorartigen Vorrichtungen, mehrschichtige Vorrichtungen (multilayer devices), 3-D-Vorrichtungen, Siliciumauf-Isolator-(SOI)-Vorrichtungen, Supergitter-Vorrichtungen (super lattice devices) u.ä. dienen.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Ausdruck "keramikartig" auf diejenigen pyrolysierten Materialien, die nicht völlig frei von restlichem Kohlenstoff und/oder Wasserstoff sind, aber in ihrem Charakter anderweitig keramisch sind. Weiterhin bedeuten die Ausdrücke "elektronische Vorrichtung" und "elektronischer Schaltkreis" unter anderem, aber nicht limitierend, Vorrichtungen und Schaltkreise, wie Vorrichtungen auf Basis von Silicium, Vorrichtungen auf Basis von Galliumarsenid, focal plane arrays, opto-elektronische Vorrichtungen, photovoltaische Zellen, optische Vorrichtungen, dielektrische Schichten, dotierte dielektrische Schichten zur Herstellung von transistorartigen Vorrichtungen, mit Pigmenten gefüllte, Silicium enthaltende Bindersysteme zur Herstellung von Kondensatoren und kondensatorartigen Vorrichtungen, mehrschichtige Vorrichtungen, 3-D-Vorrichtungen, Silicium-auf-Isolator-Vorrichtungen (silicon-on-insulator devices) und Supergitter-Vorrichtungen.

Nach der vorliegenden Erfindung kann eine Aluminiumnitrid enthaltende Beschichtung hergestellt werden, entweder als anfängliche, ebenmachende Schicht, als Zwischenschicht oder als Deckschicht in einer zwei oder mehrere Schichten umfassenden Beschichtung. Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen des Aluminiumnitrids besteht darin, daß man eine Flüssigkeit aufbringt, die ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; enthält, in der R einen Alkyrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet. Wenn R für Ethyl steht, liegt flüssiges Diethylaluminiumamid vor, das als solches aufgebracht werden kann, ohne daß ein Lösungsmittel benötigt wird.

Bei anderen Alkylaluminiumamiden wird es bevorzugt, daß sie in einem nicht reaktiven Kohlenwasserstoff, wie Toluol oder Heptan, als Lösungsmittel gelöst werden. Die Konzentration des Alkylaluminiumamids im Lösungsmittel liegt vorteilhaft zwischen etwa 10 und 99,9 %. Die Verwendung eine Lösungsmittels erlaubt es, die Viskosität des Alkylaluminiumamids zu regeln, was die Stärke der entstehenden Beschichtung beeinflußt. Schichtdicken zwischen etwa 50 und etwa 500 Nanometer werden bevorzugt.

Die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendeten Alkylaluminiumamide können hergestellt werden, indem man die entsprechende Alkylaluminium-Verbindung, wie Trialkylaluminium (R&sub3;Al) nach den Lehren von E. Wiberg in G. Bahr, FIAT Review of German Science, Vol. 24 Inorganic Chemistry, Teil 2, W. Klemm ed. (1948), Seite 155, oder Interrante et al. "Studies of Organometallic Precursors to Aluminium Nitride" Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 73 Better Ceram.bis Chem. 2, Seiten 359-66 (1986), mit Ammoniak umsetzt.

Die präkeramische Flüssigkeit bringt man mit oder ohne Lösungsmittel auf das Substrat auf und läßt gegebenenfalls das Lösungsmittel bei Umgebungstemperaturen verdampfen. Die präkeramische Beschichtung kann nach einer Anzahl von üblichen Verfahren, einschließlich von, aber nicht begrenzt auf Spin-Beschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Flutbeschichtung, aufgebracht werden. Wenn Spin-Beschichtung angewandt wird, beeinflußt die Rotationsgeschwindigkeit (the speed at which the coating is spun) die Stärke der gebildeten Beschichtung. Es sollte verstanden werden, daß die Beschichtung durch mehrfache Anwendung von flüssigen Lösungen entweder vor der Keramisierung oder mit Keramisierung vor jeder weiteren Anwendung gebildet werden kann.

Auf diese Weise wird eine ebenmachende präkeramische Beschichtung aufgebracht, die dann keramisiert werden kann, indem sie bei einer Temperatur von zwischen etwa 400 und etwa 1.000ºC einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Es ist gefunden worden, daß sich am unteren Ende dieses Bereiches amorphes Aluminiumnitrid bildet, während am oberen Ende des Bereiches kristallines Aluminiumnitrid entsteht. Die Atmosphäre kann reines Ammoniak sein oder eine andere, inerte Atmosphäre, die von etwa 10 bis etwa 100 Vol.-% Ammoniak enthält.

Die so erzeugte ebenmachende Beschichtung aus Aluminiumnitrid kann dann mit einer oder mehreren zusätzlichen keramischen oder keramikartigen Beschichtungen versehen werden, die als passivierende Schichten, Sperrschichten gegenüber Diffusion, abriebbeständige Schutzschichten oder ähnlich fungieren können. Diese zusätzlichen Schichten bewirken auch eine Widerstandsfähigkeit gegenüber ionischen Verunreinigungen, wie Chloriden. Diese zusätzlichen Schichten können Silicium, Silicium und Kohlenstoff, Silicium und Sauerstoff, Silicium und Stickstoff sowie Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthalten. Sie können durch chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase, durch Plasma-gefördertes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase, durch Metall-unterstütztes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase oder andere Verfahren erzeugt werden.

Alternativ kann die Schicht aus Aluminiumnitrid selbst einer ersten ebenmachenden Schicht aus einer anderen Keramik überlagert werden und eine passivierende oder sperrende Zwischenschicht bilden. Wenn die Aluminiumnitrid- Schicht als Sperrschicht oder schützende Deckschicht dienen soll, wird es bevorzugt, daß sie durch chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase erzeugt wird, wie es in dem oben erwähnten Artikel von Interrante beschrieben ist.

Bei Verwendung von Silicium und Stickstoff enthaltenden Beschichtungen sind präkeramische Silicium und Stickstoff enthaltende Polymere, die zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, in der Technik gut bekannt und schließen Silazane, Disilazane, Polysilazane und zyklische Silazane ein. Andere brauchbare Materialien sind beschrieben von Haluska et al., U.S.-Patente Nrn. 4,822,697; 4,756,977; 4,749,631; 4,753,855; 4,753,856 und 4,808,653. Solche präkeramischen Polymeren müssen bei erhöhten Temperaturen in ein keramisches oder keramikartiges Material umgewandelt werden können.

Eine Beschichtung aus präkeramischen, Silicium und Stickstoff enthaltenden Polymeren kann aufgebracht werden, indem man zunächst die Polymeren in einem organischen Lösungsmittel, wie n-Heptan oder Toluol, löst und auf einen niedrigen Feststoffgehalt (d.h. 0,1 bis 10,0 Gewichts-%) einstellt. Die Lösung des Polymeren wird dann auf die Oberfläche von zuvor auf das Substrat aufgebrachten Schichten aufgebracht, und zwar nach beliebigen geeigneten üblichen Techniken, wie Spin-Beschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Flutbeschichtung, wonach man das Lösungsmittel verdampfen läßt. Die so aufgebrachte präkeramische Schicht wird dann durch Erhitzen keramisiert. Dünne keramische oder keramikartige Schichten mit einer Stärke von zwischen etwa 1 und etwa 1.500 Nanometer können auf diese Weise erzeugt werden.

Eine Schicht aus dem präkeramischen, Silicium und Sauerstoff enthaltenden Polymeren kann aufgebracht werden, indem man ein Hydrogensilsesquioxanharz (HSiO3/2)n verwendet, das mit einem Lösungsmittel, wie n-Heptan oder Toluol, so verdünnt wird, daß die Konzentration des Hydrogensilsesquioxans in der Lösung von etwa 0,1 bis etwa 10,0 Gew.-% beträgt. Das Hydrogensilsesquioxanharz kann nach den Lehren von Frye et al., U.S.-Patent Nr. 3,615,272 und Frye et al., J. Am. Chem. Soc., 92, Seite 586 (1970) hergestellt werden. Die Lösung des präkeramischen Materials wird auf ein Substrat aufgebracht, und man läßt das Lösungsmittel durch Trocknen bei Umgebungstemperaturen verdampfen. Die präkeramische Schicht kann nach jedem einer Anzahl von üblichen Verfahren aufgebracht werden, einschließlich von, aber nicht beschränkt auf, Spin- Beschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Flutbeschichtung. Die Keramisierung der Schicht bei erhöhten Temperaturen erzeugt eine Siliciumdioxid enthaltende Schicht. Alternativ kann das in einem Lösungsmittel gelöste Hydrogensilsesquioxanharz auch einen Katalysator, wie Platin oder Rhodium, enthalten. Weiterhin kann ein Gemisch aus einem Hydrogensilsesquioxanharz, in einem Lösungsmittel gelöstund einem oder mehreren Metalloxiden, mit oder ohne Katalysator, nach den von Haluska et al. gelehrten und zuvor diskutierten Verfahren aufgebracht werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Silikatester, in einem Lösungsmittel gelöst, oder ein Gemisch aus einem Silikatester, in einem Lösungsmittel gelöst, und einem oder mehreren Metalloxiden nach den von Haluska et al. beschriebenen Verfahren aufgebracht werden.

Nach einer noch anderen Ausführungsform kann die Bildung einer nitridierten Schicht dadurch bewirkt werden, daß ein Hydrogensilsesquioxanharz oder ein Gemisch aus einem Hydrogensilsesquioxanharz und einem oder mehreren Metalloxiden aus einer Lösung in einem Lösungsmittel, mit oder ohne Katalysator, aufgebracht wird, danach getrocknet und in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre keramisiert wird. All diese Verfahren sind in den oben erwähnten Patenten von Haluska et al. beschrieben.

Alternativ können chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase Plasma-unterstütztes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase und Metall-unterstütztes chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase verwendet werden, um die erste und die folgenden Schichten von Beschichtungen auf Substratmaterialien aufzubringen. So können Silicium, Silicium und Kohlenstoff, Silicium und Stickstoff sowie Silicium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltende Beschichtungen nach diesen Verfahren aufgebracht werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Aufbringen von Silicium enthaltenden Deckschichten bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ist das Metall-unterstützte chemische Niederschlagen aus der Dampfphase, das von Varaprath, U.S.- Patent Nr. 4,696,934, erteilt am 29. September 1987, mit dem Titel "Silicon-containing Coatings and a Method for Their Preparation" beschrieben wurde. Die hohen Temperaturen bei üblichen Verfahren zum chemischen Niederschlagen aus der Dampfphase können die Arten von Substraten begrenzen, die beschichtet werden können. Beispielsweise sollten elektronische Vorrichtungen, die Temperaturen oberhalb von 400ºC nicht ohne Schaden vertragen, nach anderen Verfahren als dem üblichen chemischen Niederschlagen aus der Dampfphase beschichtet werden.

Auf die folgenden Beispiele wird Bezug genommen, damit die Erfindung besser verstanden werden kann.

Beispiel 1

Diethylaluminiumamid, (Et&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, wurde in einem Reaktionsgefäß, das sich in einer Handschuhbox (glove box) befand, nach dem zuvor diskutierten Verfahren von Wiberg hergestellt. In einem 1-Liter-Reaktionsgefäß mit Gaseinleitungsrohr, Thermometer und Magnetrührer wurden 75 ml Triethylaluminium (Aldrich, 62,6 g, 0,55 Mol) und 300 ml Toluol (destilliert über CaH&sub2;) vorgelegt. Unter Rühren wurde Ammoniak durch das Gemisch geleitet. Während der Zugabe des Ammoniaks stieg die Temperatur des Gemisches auf 80ºC an. Die Zufuhr von Ammoniak wurde fortgesetzt, bis die Temperatur auf Umgebungstemperatur abgesunken war, wobei sichergestellt wurde, daß ein Überschuß an Ammoniak zugeführt wurde. Das Toluol wurde dann im Vakuum entfernt, und man erhielt 59,74 g einer klaren, farblosen Flüssigkeit, die als Diethylaluminiumamid (Et&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; identifiziert wurde.

Beispiel 2

In der Handschuhbox wurden 8 g des nach Beispiel 1 erzeugten Diethylaluminiumamids in ein Verbrennungsschiffchen verbracht. Das Schiffchen wurde dann in ein Pyrolyserohr gelegt, und ein Ammoniakstrom wurde langsam durch das Rohr geleitet. Die Temperatur des Rohres wurde mit einer Geschwindigkeit von 5ºC/Min. auf 400ºC erhöht. Diese Temperatur des Rohres wurde 3 Stunden konstant gehalten und dann unter Durchleiten eines Argon-Stroms auf Umgebungstemperatur abgesenkt. Es war ein keramisches, pulverförmiges Aluminiumnitrid entstanden. Proben des Pyrolysats wurden auf ihren Gehalt an C, H, N und O analysiert. Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

gefunden Theorie

Beispiel 3

Dimethylaluminiumamid (Me&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; wurde in der Handschuhbox in demselben Reaktionsgefäß synthetisiert, indem 60 ml Trimethylaluminium (Aldrich, 45,12 g, 0,626 Mol) und 500 ml frisch getrocknetes Toluol vorgelegt wurden. Unter Rühren wurde Ammoniak durch die Lösung geleitet. Die Zufuhr von Ammoniak verursachte einen Temperaturanstieg im Reaktionsgefäß auf 74ºC. Die Zugabe von Ammoniak wurde fortgesetzt, bis die Temperatur im Reaktionsgefäß auf Umgebungstemperatur abgesunken war. Das Toluol wurde im Vakuum entfernt, und es verblieben 38,28 g eines weißen Feststoffs, der als Dimethylaluminiumamid (Me&sub2;ALNH&sub2;)&sub3; identifiziert wurde.

Beispiel 4

Die Wirksamkeit von einschichtigen und zweischichtigen Beschichtungen aus Aluminiumnitrid, hergestellt nach der Praxis der vorliegenden Erfindung, für den Schutz von elektronischen Vorrichtungen gegenüber Umwelteinwirkungen wurde geprüft. Die untersuchten elektronischen Vorrichtungen waren Motorola 14011B CMOS-Vorrichtungen in keramischen Packungen (ceramic packages), wobei die Deckel (lids) entfernt wurden, um die Vorrichtungen zu exponieren. Die Vorrichtungen wurden beschichtet, wie im folgenden im einzelnen beschrieben wird, und dann kontinuierlich einem Salzsprühtest unterworfen.

Der Salzsprühtest der Vorrichtungen wurde nach der Vorschrift MIL-STD-883C, Verfahren 1009.6 durchgeführt. Eine Salzsprühkammer von Associated Environmental Systems wurde verwendet und mit ordnungsgemäßer Entlüftung und Flüssigkeitsabzug, einem Vorratsbehälter für Salzwasser sowie mit Düsen und Druckluft für das Versprühen der Salzwasser-Lösung ausgerüstet. Weiterhin wurden die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit in der Kammer geregelt. Der Vorratsbehälter wurde mit einer 0,5 Gew.-% Lösung von Natriumchlorid in entsalztem Wasser beschickt.

Die einzelnen beschichteten und (zur Kontrolle) unbeschichteten Vorrichtungen wurden auf einem mit Teflon (Warenzeichen von du Pont) beschichteten Gestell angeordnet, das die Vorrichtungen mit ihren aktiven Oberflächen aufwärts in einer um 15º von der senkrechten Orientierung ihrer jeweiligen Längsachsen hielt.

Die Vorrichtungen wurde in Abständen von 24 Stunden geprüft, um ihre Funktionstüchtigkeit festzustellen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 weiter unten angegeben. Die angegebenen Stunden bis zum Versagen stellen das letzte gemessene Intervall dar, d.h. das Intervall, in dem die Vorrichtung versagte. Das bedeutet, daß eine Zeit für das Versagen von 48 Stunden bedeutet, daß die Vorrichtung irgendwann zwischen der 24. und der 48. Stunde versagte. Zur Kontrolle wurden 8 derselben, ungeschützten CMOS-Vorrichtungen denselben Salzsprühbedingungen unterworfen. Alle diese Vorrichtungen versagten innerhalb der ersten zwei Stunden des Tests.

Acht Vorrichtungen wurden mit einer einzelnen Schicht aus Aluminiumnitrid beschichtet unter Verwendung von flüssigen Lösungen von Diethylaluminiumamid (Et&sub2;AlNH&sub2;)3 in Toluol. Zwei Vorrichtungen mit den Nummern 11 und 12 wurden mit einer 10% Lösung von Diethylaluminiumamid beschichtet; zwei mit den Nummern 13 und 14 mit einer 20% Lösung; zwei mit den Nummern 15 und 16 mit einer 30% Lösung und zwei mit den Nummern 19 und 20 mit einer 50% Lösung. Die Vorrichtung 20 hatte zusätzlich eine zweite Schicht von a-Si über der Aluminiumnitrid-Schicht.

Die Diethylaluminiumamid-Lösung wurde durch Spin-Beschichtung aufgebracht, und zwar mit einer Rotationsgeschwindigkeit (spin speed) von 3.000 rpm und 30 Sekunden lang. Die Vorrichtungen und die Beschichtung wurden durch Erhitzen auf 400ºC in einem schwachen Ammoniakstrom und mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von 5ºC pro Minute pyrolisiert. Die Vorrichtungen wurden 2 Stunden unter Ammoniak auf 400ºC gehalten und dann in einem schwachen Argonstrom auf Raumtemperatur abgekühlt.

Die Vorrichtung 20 wies eine zweite Schicht auf, die durch chemisches Niederschlagen von F&sub3;SiSiF&sub3; aus der Dampfphase aufgebracht worden war. Alle Vorrichtungen waren nach der Beschichtung funktionstüchtig. Wie aus der Tabelle ersichtlich, versagte eine Vorrichtung (14) innerhalb der ersten 24 Stunden, eine Vorrichtung (13) versagte zwischen 48 und 72 Stunden, und der Rest versagte zwischen 24 und 48 Stunden.

Weitere zehn CMOS-Vorrichtungen wurden zuerst mit einer 15% Lösung eines Hydrogensilsesquioxanharzes in Heptan mit einer Rotationsgeschwindigkeit (spin speed) von 3.000 U/Min. beschichtet. Die Hydrogensilsesquioxanharz-Schicht wurden dann pyrolisiert, indem sie eine Stunde in Luft auf 400ºC erhitzt wurde, so daß eine Siliciumdioxid enthaltende keramische Schicht entstand. Danach wurde eine zweite Schicht aus Aluminiumnitrid auf die SiO&sub2;-Schicht aufgebracht, wie zuvor beschrieben. Die Vorrichtungen 1 und 2 wurden mit einer 10% Lösung von Diethylaluminiumamid beschichtet; die Vorrichtungen 3 und 4 wurden mit einer 20% Lösung beschichtet; die Vorrichtungen 5 und 6 wurden mit einer 30% Lösung beschichtet; die Vorrichtungen 7 und 8 wurden mit einer 40% Lösung beschichtet; und die Vorrichtungen 9 und 10 wurden mit einer 50% Lösung beschichtet. Alle wurden durch Erhitzen in Gegenwart von Ammoniak keramisiert.

All die Vorrichtungen wurden dann dem Salzsprühtest unterworfen, wie zuvor beschrieben. Alle Vorrichtungen waren nach 24 Stunden funktionstüchtig, wobei eine Vorrichtung nach 100 Stunden Einwirkung noch funktionstüchtig war. Im Vergleich dazu versagten die Vorrichtungen der Kontrolle innerhalb der ersten zwei Stunden des Tests.

Fünf weitere CMOS-Vorrichtungen mit den Nummern 21 bis 25 wurden spin-beschichtet mit unverdünntem, flüssigem Diethylaluminiumamid (Et&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, wobei die Rotationsgeschwindigkeit 3.000 U/Min. betrug. Die Beschichtungen wurden dann in Anwesenheit von Ammoniak pyrolisiert, wie zuvor beschrieben. Die Vorrichtung 25 hatte eine zweite Schicht aus a-Si, aufgebracht durch chemisches Niederschlagen von F&sub3;SiSiF&sub3; aus der Dampfphase. Die Vorrichtungen wurden dann dem Salzsprühtest unterworfen. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, versagte eine der Vorrichtungen in den ersten 24 Stunden. Die verbleibenden Vorrichtungen versagten jedoch erst zwischen 24 und 48 Stunden Einwirkung.

Fünf weitere CMOS-Vorrichtungen mit den Nummern 26 bis 30 wurden mit einer Lösung eines Hydrogensilsesquioxanharzes beschichtet, wie oben beschrieben. Die Beschichtung wurde zu einer Siliciumdioxid enthaltenden Schicht keramisiert. Auf diese Vorrichtungen wurde eine zweite Schicht aufgebracht unter Verwendung von unverdünntem, flüssigem Diethylaluminiumamid (Et&sub2;AlNH&sub2;)&sub3;, wobei die Rotationsgeschwindigkeit 3.000 U/Min. betrug. Die Beschichtungen wurden dann in Gegenwart von Ammoniak pyrolisiert, wie zuvor beschrieben. Im Salzsprühtest blieben vier von den fünf Vorrichtungen funktionstüchtig nach 100 Stunden, während die andere Vorrichtung zwischen 72 und 96 Stunden versagte.

TABELLE 1
Vorrichtung Nr. Beschichtung Stunden bis zum Versagen * Die Vorrichtung hat nach 100 Stunden Einwirkung noch nicht versagt. Die Vorrichtungen 5, 7, 17 und 18 waren bei der Beschichtung mechanisch beschädigt worden und wurden nicht getestet.

Bestimmte repärsentative Ausführungsformen und Einzelheiten sind dargestellt worden, um die Erfindung zu erläutern, es wird jedoch dem Fachmann klar sein, daß verschiedene Abwandlungen in den hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen möglich sind, ohne daß vom Umfang der Erfindung abgewichen wird, der in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer Aluminiumnitrid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Beschichtung auf einem Substrat, wobei man in einer Folge von Schritten

(a) das Substrat mit einer Flüssigkeit beschichtet, die ein Alkylaluminiumamid der Formel (R&sub2;AlNH&sub2;)&sub3; enthält, in der R einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeutet;

(b) die Flüssigkeit trocknet und dadurch eine präkeramische Beschichtung auf dem Substrat erzeugt; und

(c) die präkeramische Beschichtung durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 400ºC bis etwa 1.000ºC in Gegenwart von Ammoniak zu einer Aluminiumnitrid enthaltenden keramischen Masse keramisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine elektronische Vorrichtung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin (I) auf die Aluminiumnitrid enthaltende erste Schicht eine passivierende zweite Schicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten; und (II) auf die passivierende zweite Schicht eine dritte, schützende Schicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silicium enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iv) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten, wodurch eine mehrschichtige keramische oder keramikartige Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin

(I) vor dem Aufbringen der Aluminiumnitrid enthaltenden Schicht das Substrat mit einer ebenmachenden Schicht aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht; und

(II) auf die Aluminiumnitrid enthaltende Schicht eine Schutzschicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silizium enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iv) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten, wodurch eine mehrschichtige keramische oder keramikartige Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin

(I) vor dem Aufbringen der Aluminiumnitrid enthaltenden Schicht das Substrat mit einer ebenmachenden Schicht aus einem Siliciumdioxid enthaltenden keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht; und

(II) auf die ebenmachende Schicht eine passivierende Schicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin

(I) vor dem Aufbringen der Aluminiumnitrid enthaltenden Schicht das Substrat mit einer Schicht aus einem keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht, ausgewählt aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten; und

(II) auf die Aluminiumnitrid enthaltende Schicht eine Schutzschicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silizium enthaltenden Schichten, (ii) Silizium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (iii) Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iv) Silizium, Kohlenstoff und Stickstoff enthaltenden Schichten, wodurch eine mehrschichtige keramische oder keramikartige Beschichtung auf dem Substrat erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin auf die Aluminiumnitrid enthaltende erste Schicht eine passivierende Schicht aufbringt, ausgewählt aus (i) Silicium enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (iii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iv) Silizium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten, wodurch eine aus zwei Schichten bestehende keramische oder keramikartige Beschichtung erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man weiterhin vor dem Aufbringen der Aluminiumnitrid enthaltenden Schicht das Substrat mit einer Schicht aus einem keramischen oder keramikartigen Gemisch versieht, ausgewählt aus (i) Silicium und Stickstoff enthaltenden Schichten, (ii) Silicium und Kohlenstoff enthaltenden Schichten und (iii) Silicium, Kohlenstoff sowie Stickstoff enthaltenden Schichten.







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