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Dokumentenidentifikation DE102005001718A1 27.07.2006
Titel Integrierte Schaltkreisanordnung und Verfahren zum Herstellen einer elektrischen leitfähigen Verbindung in einer Verdrahtungsebene in einer integrierten Schaltkreisanordnung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Steinhögl, Werner, Dr., 80538 München, DE;
Düsberg, Georg Stefan, Dr., 81541 München, DE
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 13.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005001718
Offenlegungstag 27.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2006
IPC-Hauptklasse H01L 23/522(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/768(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B82B 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung mit einem Substrat, mit auf dem Substrat aufgebrachten und/oder darin integrierten elektrischen Bauelementen und mindestens einer Verdrahtungsebene zum elektrischen Koppeln der Bauelemente, wobei die mindestens eine Verdrahtungsebene eine Vielzahl metallisch leitfähiger Verdrahtungs-Kreuzungselemente und insbesondere zwischen mehreren Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens eine Nanostruktur aufweist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltkreisanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einer Verdrahtungsebene in einer integrierten Schaltkreisanordnung.

Es ist üblich, in einem elektronischen Bauelement, welches in integrierter Bauweise ausgestaltet ist, zwei elektrisch leitfähigen Schichten, die durch eine elektrisch nichtleitfähige Schicht elektrisch isoliert sind, miteinander elektrisch leitend zu verbinden, indem durch die elektrisch nicht-leitfähige Schicht ein Kontaktloch geätzt wird. Das Loch wird mit Metall aufgefüllt, wodurch eine metallische Durchkontaktierung (Kontaktvia) erzeugt wird, die die beiden elektrisch leitfähigen Schichten miteinander elektrisch leitend verbindet.

Ein Nachteil dieser Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass insbesondere bei abnehmenden lateralen Abmessungen, d.h. bei abnehmendem Durchmesser eines Kontaktlochs durch die elektrisch nicht-leitfähige Schicht und bei zunehmender vertikaler Ausdehnung bzw. zumindest bei zunehmendem Aspektverhältnis, das vollständige Auffüllen des Kontaktlochs mit Metall problematisch und fehlerbehaftet ist. Insbesondere kommt es häufig zu einer Verstopfung im oberen Bereich des Kontaktlochs durch das abgeschiedene Metall, wodurch verhindert wird, dass das gesamte Kontaktloch mit Metall gefüllt wird. Somit kann häufig keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden leitenden Schichten erzeugt werden. Zudem führt ein unvollständig gefülltes Kontaktloch zu Zuverlässigkeitsproblemen.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorgehensweise ist darin zu sehen, dass bei einem Kontaktloch mit einem sehr geringen Durchmesser die Leitfähigkeit der metallischen Durchkontaktierung stark abnimmt, d.h. die metallische Durchkontaktierung stellt ein die Skalierung eines Metallisierungssystems und damit eines integrierten Schaltkreises erheblich begrenzendes Element dar, bei dem es erforderlich ist, in vertikaler Richtung eines elektronischen Bauelements mehrere elektrisch leitfähige Strukturen miteinander durch elektrisch nicht-leitfähige Strukturen hindurch elektrisch leitend zu verbinden.

Die herkömmliche Silizium-Mikroelektronik wird bei weiter voranschreitender Verkleinerung an ihre Grenzen stoßen. Insbesondere die Entwicklung zunehmend kleinerer und dichter angeordneter Transistoren von mittlerweile mehreren Hundertmillionen Transistoren pro Chip wird in den nächsten zehn Jahren prinzipiellen physikalischen Problemen und Begrenzungen ausgesetzt sein. Wenn Strukturabmessungen von 80 nm unterschritten werden, werden die Bauelemente durch Quanteneffekte störend beeinflusst und unterhalb von Dimensionen von etwa 30 nm dominiert. Auch führt die zunehmende Integrationsdichte der Bauelemente auf einem Chip zu einem dramatischen Anstieg der Abwärme.

In der Mikroelektronik wird daher zunehmend eine Verkleinerung der Verdrahtung von aktiven Bauelementen in hoch integrierten Schaltungen, wie beispielsweise in Logik-Chips basierend auf CMOS-Technologie oder in dynamic random access memories (DRAMs) erforderlich. Dabei werden an die Verdrahtung verschiedene Anforderungen gestellt. Neben einem minimalen Querschnitt und insbesondere einer minimalen Breite der Leiterbahn sind zudem eine gute elektrische Leitfähigkeit, eine gute Stromtragfähigkeit, eine hohe Zuverlässigkeit, eine preiswerte Massenfertigung in parallelisierten Prozessen, beispielsweise auf Silizium-Wafern, und eine kontrollierbare Verbindung zwischen nächsten Nachbarn aktiver Bauelemente in einer 2-dimensionalen Gitteranordnung gewünscht.

Selbstorganisierte Strukturen wie Nanoröhren oder Nanodrähte erfüllen die oben genannten Anforderungen. Beispielsweise zeichnen sich Kohlenstoff-Nanoröhren durch eine gute elektrische Leitfähigkeit und Stromtragfähigkeit aus. Die Eigenschaften von Kohlenstoff-Gittern bzw. Kohlenstoff-Strukturen beschränken sich aber nicht nur auf eine gute elektrische Leitfähigkeit und Stromtragefähigkeit. Ferner weisen solche Gitter-Strukturen einer Kohlenstoff-Nanoröhre eine sehr hohe Bindungsenthalpie zwischen benachbart angeordneten Kohlenstoffatomen des Gitters auf, wodurch sich eine hohe Elektromigration und eine hohe Zuverlässigkeit ableiten lassen. Die Eigenschaften von Nanoröhren und insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhren als sogenannte Interconnects bzw. Verbindungs-Strukturen sind in [1] dargestellt.

Eine Nanoröhre ist eine einwandige oder mehrwandige, röhrenartiger Kohlenstoff-Verbindung. Bei mehrwandigen Nanoröhren ist mindestens eine innere Nanoröhre von einer äußeren Nanoröhre koaxial umgeben. Einwandige Nanoröhren weisen typisch einen Durchmesser von ungefähr einem Nanometer auf. Die Länge einer Nanoröhre kann mehrere hundert Nanometer betragen. Die Enden einer Nanoröhre sind häufig mit jeweils einem halben Fulleren-Molekülteil abgeschlossen.

Das ausgedehnte &Pgr;-Elektronensystem und die geometrische Struktur von Nanoröhren bewirken eine gute elektrische Leitfähigkeit, weshalb Nanoröhren geeignet sind für den Aufbau von Schaltkreisen mit Dimensionen im Nanometer-Bereich. Aus [1] ist bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanoröhren die von Metallen gleicher Abmessung deutlich übersteigen kann.

Der Durchmesser und die Chiralität einer Nanoröhre sind wesentliche Parameter, von denen die elektrische Leitfähigkeit einer Nanoröhre abhängt. Die elektrische Leitfähigkeit einer Nanoröhre kann ferner durch Anlegen eines elektrischen Feldes und/oder Dotieren der Nanoröhre mit Bornitrid verändert werden. Im letzteren Falle spricht man von einer mit Boratomen und Stickstoffatomen dotierten Nanoröhre oder auch von einer Bornitrid-Nanoröhre.

Aufgrund der Leitfähigkeit von Nanoröhren sowie aufgrund der Einstellbarkeit dieser Leitfähigkeit in der oben genannten Weise, eignen sich Nanoröhren für eine große Anzahl von Anwendungen, beispielsweise für die elektrische Verbindungstechnik bzw. Verdrahtungstechnik in integrierten Schaltkreisen, für Bauelemente in der Mikroelektronik sowie für Elektronen-Emitter.

Für die Verwendung von Nanoröhren in der Mikroelektronik ist es oftmals wünschenswert, Nanoröhren an bestimmten Orten eines Substrats definiert aufzubringen bzw. auszubilden. Beispielsweise können Nanoröhren als Leiter verwendet werden, um zwei voneinander elektrisch getrennte Leiterebenen oder Metallisierungsebenen eines Mikroschaltungselements zu koppeln. Hierfür ist erforderlich, dass Nanoröhren nur dort aufgewachsen werden, wo eine entsprechende elektrische Kopplung angestrebt wird, wohingegen die anderen Bereiche des Substrates frei von Nanoröhren bleiben sollen, um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist bekannt, ein das Wachstum von Nanoröhren katalysierendes Metall, beispielsweise Eisen, Kobalt oder Nickel, mit Hilfe eines Sputterverfahrens auf ein etwa mit Photolack strukturiertes Substrat aufzubringen. Anschließend wird unter Verwendung eines Lift-off-Verfahrens der strukturierte Photolack und das darauf befindliche Metall entfernt. Dadurch bleibt das Metall-Material nur auf zuvor freigelegten Stellen des Substrats zurück. Das zurückbleibende katalytisch aktive Metall wird als Matrix zum Aufwachsen von Nanoröhren verwendet.

Aus [2] und [3] sind Verfahren zum separaten Herstellen von Nanoröhren gemäß einer Ausrichtung der Nanostrukturen an einer Phasengrenzfläche flüssig-gasförmig in einem so genannten „Langmuir-Blodgett-Trog" bekannt. Gemäß diesen Verfahren werden die Nanoröhren separat hergestellt und anschließend auf ein Substrat aufgebracht, wobei der Abstand der Nanoröhren zueinander skalierbar ist.

In [4] ist ein Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Silizium-Nanodrähten beschrieben, wobei Nanocluster aus Gold als Katalysatoren für ein gerichtetes Wachstum der Nanodrähte dienen. Die Nanodrähte werden in einem CVD-Verfahren aus der Gasphase mittels Silan (SiH4) abgeschieden.

Aus [5] ist ein Verfahren zum Herstellen von Nanodrähten aus Germanium bekannt, wobei die Nanodrähte mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden werden und Nanokristalle aus Gold als Katalysatoren für diese Abscheidung dienen.

Aus [6] ist ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Nanoröhren bekannt, wobei die Nanoröhren mittels eines MPCVD-Verfahrens abgeschieden werden. Ferner werden die Nanoröhren in mehreren Lagen hergestellt, wobei als Katalysator-Material Kobalt und als Substrat Silizium verwendet werden.

In [7] ist ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Nanoröhren beschrieben, wobei die Carbon-Nanoröhren mittels eines selektiven lateralen Wachstums in einem CVD-Verfahren abgeschieden werden. Die Carbon-Nanoröhren werden als Nanoröhren-Brücken zwischen zwei als Katalysator-Schicht dienenden Nickel-Schichten abgeschieden, wobei über jeder der Nickel-Schichten unmittelbar eine Schicht aus Siliziumoxid als eine Barriere-Schicht angeordnet ist, welche ein vertikales Wachstum der Carbon-Nanoröhren verhindern sollen. Ferner überdeckt eine Siliziumoxid-Schicht die Nickel-Schicht vollständig, wobei jeweils eine Nickel-Schicht und eine Siliziumoxid-Schicht bündig miteinander abschließen.

Aus [8] ist ein Verfahren zum Herstellen von Nanostrukturen mittels Ausrichtung durch anisotropen mechanischen Stress bekannt, wobei gemäß diesem Verfahren die Nanostrukturen mittels einer Gitterfehlanpassung in verschiedene Richtungen zueinander angeordnet werden können.

Ferner sind auch Verfahren zum direkten „Schreiben" von Nanostrukturen bzw. Nanodrähten mittels Elektronenstrahlen bekannt, wobei diese Verfahren äußerst langwierig sind.

Zusätzlich ist der Reproduktionsfaktor für die Nanostrukturen gemäß diesen Verfahren sehr gering.

Bisher existiert gemäß dem Stand der Technik allerdings keine hinreichend befriedigende Lösung dafür, Nanoröhren lateral anzuordnen bzw. herzustellen, um diese an die herkömmliche Silizium-Mikroelektronik anzukoppeln bzw. in den Herstellungsprozess integrierter Schaltkreisanordnungen zu integrieren.

Zusammenfassend weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren einer Anordnung von Kohlenstoff-Nanoröhren eine Reihe von Nachteilen auf. Zwar sind bei den bekannten Verfahren senkrecht und lateral zu der Oberfläche eines Substrats orientierte Nanoröhren herstellbar. Jedoch ist das Herstellen von lateral zu der Oberfläche eines Substrates angeordneten Nanoröhren mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, da die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ein hohes Restrisiko eines vertikalen Wachstums der Nanostrukturen bzw. Nanoröhren aufweisen.

Gemäß den Verfahren des Standes der Technik ist die Ausrichtung von Nanoröhren entweder nur in x- oder y-Richtung, d.h. in einer Richtung steuerbar bzw. kontrollierbar. Auch variiert der Abstand zwischen benachbarten Nanostrukturen deutlich und lässt sich nur im statistischen Mittel steuern oder beeinflussen. Ferner ist die Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Kontaktstrukturen zufällig bestimmt. Auch können bisher nur kleine Bereiche einer integrierten Schaltung kontaktiert werden, da innerhalb eines gegebenen Bereiches lediglich eine Richtung für eine Verdrahtung möglich ist.

Ferner ist es gemäß den bekannten Verfahren schwierig, strukturell definierte laterale Anordnungen von Nanoröhren herzustellen. Dies führt dazu, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Nanoröhren-Anordnungen nur unter Schwierigkeiten oder gar nicht an herkömmliche Silizium-Mikroelektronik ankoppelbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkreisanordnung mit mindestens einer lateral zu der Oberfläche eines Substrates angeordneten Nanoröhre oder mindestens einem lateral zu der Oberfläche eines Substrates angeordneten Nanodrahtes und ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltkreisanordnung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltkreisanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einer Verdrahtungsebene in einem integrierten Schaltkreis gelöst.

Es wird eine integrierte Schalkreisanordnung mit einem Substrat, mit auf dem Substrat aufgebrachten und/oder darin integrierten elektrischen Bauelementen und mindestens einer Verdrahtungsebene zum elektrischen Koppeln der Bauelemente bereit gestellt, wobei die mindestens eine Verdrahtungsebene eine Vielzahl metallisch leitfähiger Verdrahtungs-Kreuzungselemente und zwischen mehreren Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens eine Nanostruktur aufweist. Ferner wird auf und/oder in der Verdrahtungsebene eine elektrisch isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von Öffnungen ausgebildet, wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente und die isolierende Schicht zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens einen Kanal ausbilden, in dem sich die mindestens eine Nanostruktur befindet.

Im Weiteren wird das Verfahren zum Herstellen einer Verdrahtungsebene in einem integrierten Schaltkreis gemäß der Erfindung näher beschrieben.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einer Verdrahtungsebene in einem integrierten Schaltkreis bereitgestellt, welcher eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen aufweist, bei dem auf und/oder in dem Substrat Verdrahtungs-Kreuzungselemente gebildet werden. Gemäß diesem Verfahren wird auf dem Substrat und/oder auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen eine Opferschicht gebildet und die Opferschicht derart strukturiert, so dass ein Teil des Substrats und/oder ein Teil der Verdrahtungs-Kreuzungselemente freigelegt werden. Ferner wird auf dem Substrat und/oder auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht und derart strukturiert, so dass zumindest ein Teil der Opferschicht freiliegt. Gemäß diesem Verfahren wird zumindest ein Teil der Opferschicht zwischen zumindest einem Teil der Verdrahtungs-Kreuzungselemente entfernt. Gemäß dem Verfahren wird zumindest zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen, zwischen denen die Opferschicht entfernt wurde, und der elektrisch isolierenden Schicht eine Nanostruktur gebildet.

Das Substrat ist bevorzugt ein Halbleiter-Substrat, insbesondere ein Silizium-Wafersubstrat.

Ferner sind die auf dem Substrat aufgebrachten und/oder darin integrierten elektrischen Bauelemente Halbleiter-Bauelemente, wie beispielsweise Widerständen, Kondensatoren, Dioden oder Transistoren.

Die zum Koppeln der Bauelemente mindestens eine Verdrahtungsebene weist metallisch leitfähige Verdrahtungs-Kreuzungselemente auf, wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente vorzugsweise aus Aluminium oder einem ähnlich leitfähigen Metall sind.

Gemäß der Erfindung ist zwischen mehreren Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens eine Nanostruktur gebildet, wobei die Nanostruktur

  • • mindestens eine Nanoröhre,
  • • mindestens ein Nanodraht,
  • • eine elektrisch leitfähige Struktur mit einem Querschnitt kleiner oder gleich 100 nm, insbesondere kleiner oder gleich 50 nm, insbesondere kleiner oder gleich 10 nm, insbesondere kleiner oder gleich 5 nm ist.

Gemäß der Erfindung ist die Nanostruktur eine zu der Oberfläche eines Substrates lateral angeordnete Nanostruktur.

Ferner sind die Verbindungs-Kreuzungselemente metallisch leitend und weisen Katalysatorkeime für das Wachsen von Nanostrukturen auf.

Die Katalysatorkeime weisen vorzugsweise

  • • Eisen (Fe) und/oder
  • • Nickel (Ni)und/oder
  • • Kobalt (Co) auf.

Gemäß der Erfindung ist über und/oder in der Verdrahtungsebene eine elektrisch isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von Öffnungen angeordnet, wobei die Öffnungen zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen angeordnet sind.

Ferner weist die elektrisch isolierende Schicht vorzugsweise

  • • Siliziumdioxid (SiO2) und/oder
  • • Siliziumnitrid (Si3N4) auf.

Gemäß der Erfindung bilden die Verdrahtungs-Kreuzungselemente und die elektrisch isolierende Schicht mindestens einen Kanal bzw. einen Hohlraum aus, wobei ein Kanal bzw. Hohlraum zwischen mindestens zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß befindet sich die mindestens eine Nanostruktur in dem mindestens einen Kanal.

Ferner können mehrere Verdrahtungsebenen übereinander angeordnet sein.

Zwei Verdrahtungsebenen weisen jeweils eine dazwischen liegende elektrisch isolierende Schicht mit mehreren Öffnungen auf.

Ferner sind die Öffnungen der elektrisch isolierenden Schicht unmittelbar über den jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselementen einer Verdrahtungsebene angeordnet.

Die leitfähigen Strukturen unterschiedlicher Verdrahtungsebenen sind ferner vorzugsweise mittels einer oder mehreren Nanostruktur(en) miteinander in vertikaler Richtung verbunden.

Ferner ist die Nanostruktur eine Kohlenstoff-Nanoröhre oder ein Kohlenstoff-Nanodraht.

Es ist zu betonen, dass all diejenigen Ausgestaltungen, die weiter oben bezugnehmend auf die integrierte Schaltungsanordnung beschrieben sind, auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.

Die Opferschicht, welche gemäß dem Verfahren der Erfindung ausgebildet wird, ist vorzugsweise Polysilizium oder eines der folgenden Materialien aufweist:

  • • Photoresist, wie z.B. Diazonaphtoquinone. Die Substanz kann durch Trockenätzen in einem O- oder H-haltigem Plasma entfernt werden
  • • Siliziumnitrid (Si3N4). Es kann durch Nassätzen mit H3PO4 entfernt werden.

Ferner wird gemäß dem Verfahren Polysilizium aufgrund der guten selektiven Ätzbarkeit gegenüber der elektrisch isolierenden Schicht für die Opferschicht verwendet, so dass in einem Ätzverfahren die Opferschicht unter der elektrisch isolierenden Schicht entfernt wird, und so mindestens ein Kanal zwischen mindestens zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen ausgebildet wird.

Gemäß der Erfindung wird eine Kombination konventioneller Strukturierungen, wie beispielsweise Lithographie-Verfahren, anisotropes Trockenätzen und selbstorganisierte Depositions-Verfahren zum Herstellen von Nanostrukturen verwendet. Mit anderen Worten werden Abscheide-Verfahren zum Herstellen von Nanostrukturen bzw. Nanoröhren, oder auch Nanodrähten angewendet.

Ferner wird die Wachstumsrichtung der Nanostrukturen anschaulich mittels einer geometrischen Führung, dem sogenannten „template growth" bzw. einem Kanal gesteuert. Mit anderen Worten werden Nanostrukturen in einem gerichteten Wachstum mittels vorgegebener geometrischer Strukturen, wie beispielsweise auf und/oder in einem Substrat ausgebildeten Kanälen erzeugt. Daraus ergeben sich einige Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, die im Weiteren erläutert werden.

Diese Vorgehensweise erlaubt es, dass die ausgezeichneten Eigenschaften von Nanostrukturen in einer hochintegrierten elektrisch leitfähigen Verdrahtung genutzt werden können. Gemäß der Erfindung ist mit Nanostrukturen eine vollständige Verdrahtung von hochintegrierten Schaltkreisen möglich, wohingegen dies gemäß dem Stand der Technik nur in Teilen von Schaltkreisen realisiert werden konnte. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, programmierbare Verbindungen zwischen benachbarten Knoten einer Gitterstruktur, d.h. einer Verdrahtungsebene mit einer Gitterkonstante >= 4·F zu erzeugen, wobei F die kleinste lithographisch strukturierbare Länge ist.

Gemäß der Erfindung ist es ebenfalls möglich, definierte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen herzustellen, wobei dafür, genauso wie für die oben beschriebenen Möglichkeiten, in der Mikroelektronik gebräuchliche Produktionsprozesse verwendet werden.

Gemäß den Verfahren aus dem Stand der Technik werden senkrecht stehende Nanostrukturen an den Knoten eines lateral zu der Oberfläche eines Substrates oder Wafers angeordneten Gitters erzeugt, wobei das Gitter und die Knoten mittels konventioneller Lithographie strukturiert werden. Gemäß der Erfindung ist es dahingegen möglich, die Knoten einer Verdrahtungsebene in lateraler Ebene durch Nanostrukturen selektiv zu verbinden. Die Nanostrukturen bzw. Nanoröhren werden dabei selbstorganisiert in sogenannten abgedeckten Gräben, dem „template growth" abgeschieden. Die Selektion der Verbindungen der Knoten erfolgt durch lithographische Strukturierung von Fenstern und Nassätzens mittels eines Verfahrens, das bereits zum Erzeugen von sogenannten MEMS-Strukturen (MEMS = micro electro mechanical Systems) etabliert ist.

Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, ein dreidimensionales Verdrahtungs-System in Form von Metallisierungsebenen zu erzeugen, welches Nanostrukturen aufweist. Mittels Stapelns mehrerer solcher Verdrahtungs-Systeme erhält man eine dreidimensionale Verdrahtungs-Struktur.

Zusammenfassend werden gemäß der Erfindung eine Struktur und ein Verfahren für ein dreidimensionales Verdrahtungs-System vorgestellt, welche weitgehend Nanoröhren oder Nanodrähte aufweisen.

Ferner gilt der Begriff Nanostruktur bzw. Nanostrukturen als Überbegriff für Nanoröhren und Nanodrähte, wobei Nanoröhren (nanotubes) längliche, kristallin geordnete Hohlstrukturen im Nanometerbereich, und Nanodrähte (nanowires) längliche, kristallin geordnete Strukturen mit einem Durchmesser im Nanometerbereich sind.

Die Nanostrukturen als elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen können auch aus leitfähigen, konform abgeschiedenen Schichten, d.h. Kohlenstoff-Schichten, mittels Abscheidens aus der Gasphase hergestellt werden. Das Abscheiden einer elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Schicht ohne Dotierung kann beispielsweise mittels zwei verschiedenen Prozessen erfolgen.

Im Rahmen der Erfindung ist es beispielsweise möglich Nanostrukturen mittels eines CVD-Verfahrens in einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Druck von 0,001 bar und bei einer Temperatur von 950°C herzustellen werden, wobei ein Kohlenstoff-haltiges Gas, wie beispielsweise Methan mit einem Druck von 0,6 bar als Kohlenstofflieferant dient. Die Dicke der gemäß diesem Verfahren abgeschiedenen Kohlenstoffschichten kann mittels der Dauer des Abscheide-Verfahrens eingestellt werden. In einem zweiten Verfahren können Kohlenstoffschichten in einem "Photonenofen" bei einer Temperatur von 800°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre mit einem Druck von 2,5 Torr und Methan-Gas mit einem Druck von 7,5 Torr hergestellt werden.

Ferner kann das vollständige Auffüllen der Strukturen, d.h. das Auffüllen der Kanäle bzw. Hohlräume, durch ein wiederholtes Abscheiden folgend auf einen nach einer ersten Abscheide-Phase durchgeführten "Recess-etch", d.h. einen Rückätz-Prozess, um überschüssigen Kohlenstoff zu entfernen, gewährleistet werden.

Zum Herstellen der Nanostrukturen bzw. der Nanoröhren und/oder Nanodrähte werden die aus dem Stand der Technik bekannten CVD-Verfahren angewendet und somit nicht weiter erläutert. Ferner werden die verschiednen Schichten, die Metallisierungsebenen in bekannter Weise mittels den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie beispielsweise mit Ätz-Verfahren, Sputter-Verfahren, Lift-off-Prozessen, Locos-Verfahren, Spin-on-Verfahren, selektiven Ätzverfahren oder Abscheide- und Auf dampf-Verfahren erzeugt, und hier nicht näher erläutert, wobei unterschiedliche Materialien in übereinander liegenden Schichten verwendet werden, welche gegeneinander selektiv ätzbar sind, um die gewünschten Strukturen zu erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert, wobei gleiche Komponenten oft mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Es zeigen

1A eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

1B eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems entlang der Querschnittsachse BB gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

1C eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems entlang der Querschnittsachse CC gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

2 eine Draufsicht des zweidimensionalen Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

3 eine Draufsicht des dreidimensionalen Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

4 eine Querschnittsansicht eines Verdrahtungs-Systems gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung,

5 eine Querschnittsansicht eines Verdrahtungs-Systems gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung,

6 eine Querschnittsansicht der Ausgangs-Struktur zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

7 eine Querschnittsansicht nach einem ersten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

8 eine Querschnittsansicht nach einem zweiten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

9A und 9B jeweils eine Querschnittsansicht nach einem dritten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform. der Erfindung,

10 eine Querschnittsansicht nach einem vierten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

11 eine Querschnittsansicht nach einem fünften Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

12 eine Querschnittsansicht nach einem sechsten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung,

13 eine Querschnittsansicht nach einem siebten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführungsbeispiel 1

Gemäß der Erfindung sind auf und/oder in einem Wafer eine Vielzahl von elektrischen Chips mit elektrischen Bauelementen, d.h. elektrischen Schaltungen mit Transistoren, Widerständen, Dioden etc. angeordnet, in welchen Chips jeweils das im Folgenden beschriebene Verdrahtungs-System 100 integriert ist. Ferner können die Bauelemente beliebige elektrische Schaltungen sein.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 1A, 1B und 1C jeweils eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, wobei 1B eine Querschnittsansicht entlang der Achse BB und 1C eine Querschnittsansicht entlang der Achse CC zeigen, und das Verdrahtungs-System 100 eine Metallisierungsebene bildet.

Das Verdrahtungs-System 100 weist ein Substrat 101 mit einer Oberfläche 108, eine auf dem Substrat 101 ausgebildete erste Schicht 102 mit einer Oberfläche 109, eine auf der ersten Schicht 102 ausgebildete zweite Schicht 103 mit einer Oberfläche 110, Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104, welche von ihrer geometrischen Form mit einer Box verglichen werden können, erste Nanostrukturen 105, zweite Nanostrukturen 106 und eine auf der zweiten Schicht 103 ausgebildete dritte Schicht 107 mit einer Oberfläche 111 auf, wobei die erste Schicht 102 und die zweite Schicht 103 derart strukturiert sind, so dass mindestens zwei Gräben 115 gebildet sind, und die zweite Schicht 103 derart strukturiert ist, so dass genau eine zweite Öffnung 116 zwischen den mindestens zwei Gräben 115 gebildet ist, wobei die mindestens zwei Gräben 115 von der Oberfläche 110 der zweiten Schicht 103 bis zu der Oberfläche 108 des Substrates 101 reichen. Ferner bezeichnet 109 eine Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 102 und der zweiten Schicht 103.

In den mindestens zwei Gräben 115 ist jeweils ein Verdrahtungs-Kreuzungselement 104 ausgebildet. Zwischen den mindestens zwei Gräben 115 sowie zwischen der zweiten Schicht 103 und dem Substrat 101, d.h. zwischen der Grenzfläche 109 und dem Substrat 101 ist die erste Schicht 102 vollständig entfernt und stattdessen eine die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104 verbindende, im Wesentlichen parallele, vorzugsweise genau parallel zu der Oberfläche des Substrates 101 angeordnete erste Nanostruktur 105 in dem gebildeten Hohlraum bzw. Kanal 112 ausgebildet. Auf der Oberfläche der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104 ist jeweils eine, im Wesentlichen senkrechte, vorzugsweise genau zu der Oberfläche des jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselementes 104 senkrecht stehende zweite Nanostruktur 106 ausgebildet. Ferner reicht die dritte Schicht 107 zumindest teilweise in die Gräben 115 und die zweite Öffnung 116, wobei die dritte Schicht 107 die ersten Nanostrukturen 105 in dem Bereich der zweiten Öffnung 116 zumindest teilweise umgibt und in dem die ersten Nanostrukturen 105 nicht umgebenden Bereich jeweils der Hohlraum 112 gebildet ist. Ferner reicht die dritte Schicht 107 nicht vollständig in die ersten Öffnungen, wodurch zwischen der dritten Schicht und dem jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselement 104 ein Hohlraum 113 gebildet ist. Zwischen der dritten Schicht 107 und dem Substrat 101 ist in der zweiten Öffnung 116 eine Grenzfläche 114 gebildet, wobei die dritte Schicht 107 wie erläutert zumindest teilweise in die zweite Öffnung 116 reicht und die ersten Nanostrukturen 105 zumindest teilweise umgibt.

Mit anderen Worten sind die ersten Nanostrukturen 105 lateral zu der Oberfläche 108 des Substrates 101 angeordnete Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte, wobei eine Mehrzahl von ersten Nanostrukturen 105 zwischen zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen 104 gebildet sein kann. Die zweiten Nanostrukturen 106 sind vertikal zu der Oberfläche des Substrates 101 angeordnete Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte, wobei an der Oberfläche jedes Verdrahtungs-Kreuzungselementes 104 eine Mehrzahl von Nanostrukturen 106 gebildet sein kann.

Das Substrat 101 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Ferner weist das Substrat 101 eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen, d.h. elektrische Schaltungen mit Transistoren, Widerständen, Dioden etc. auf. Die erste Schicht 102 ist eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Poly-Silizium aufweist, oder auch eine elektrisch isolierende Schicht, wie z.B. Photoresist (Diazonaphtoquinone) oder Siliziumnitrid (Si3N4). Die zweite Schicht 103 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist.

Ferner ist die dritte Schicht 107 eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierendes Material aufweist, welches mittels einer Spin-on-Technik aufgebracht werden kann. Ferner sind die ersten Nanostrukturen 105 und die zweiten Nanostrukturen 106 Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte. Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 104 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) aufweist. Ferner dient die zwischen den Gräben 115 und unter der zweiten Schicht 103 angeordnete erste Schicht 102 als eine Opferschicht.

Mit anderen Worten ist eine Opferschicht eine Zwischenschicht, welche gemäß der Erfindung zum Herstellen eines Hohlraumes dient. Das heißt, dass in eine auf der Opferschicht ausgebildeten Schicht ein Graben bis zu der Oberfläche der Opferschicht mittels eines Ätz-Verfahrens geätzt wird. Somit wird im Bereich dieses Grabens zumindest ein Teil der Oberfläche der Opferschicht freigelegt. Mittels eines weiteren geeigneten Ätz-Verfahrens wird die Opferschicht beginnend von deren, zumindest teilweise freigelegten Oberfläche in dem Graben, unter der auf der Opferschicht ausgebildeten Schicht entfernt, wodurch die auf der Opferschicht ausgebildete Schicht zumindest teilweise unterätzt wird.

Ferner sind in einer fünften Schicht 117, welche unter der ersten Schicht 101 ausgebildet ist, elektrische Bauelemente, wie beispielsweise Transistoren integriert. Der Gate-Kontakt 119 eines Transistors ist jeweils mittels eines Kontaktvias, d.h. mittels einer Durchkontaktierung, mit einem Verdrahtungs-Kreuzungselement 104 elektrisch leitend verbunden. Zwischen den Source-/Drain-Gebieten 121 und dem Gate-Kontakt 119 ist eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet. Ferner sind die Transistoren, insbesondere die Bauelemente mittels der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104 und der ersten Nanostrukturen 105 elektrisch miteinander gekoppelt.

Diese Anordnung von Bauelementen gilt ferner für die weiteren Ausführungsbeispiele der Erfindung, obwohl diese nicht gezeigt ist.

1B zeigt eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems 100 entlang der Querschnittslinie BB, wobei das Substrat 101, die erste Schicht 102, eine Seitenwand eines Verdrahtungs-Kreuzungselementes 104, die ersten Nanostrukturen 105, eine zweite Nanostruktur 106, die dritte Schicht 107 und der Hohlraum 112 gezeigt sind. Ferner ist gezeigt, dass die zumindest teilweise in die Öffnung reichende dritte Schicht 107 die ersten Nanostrukturen 105 seitlich, d.h. jeweils zwischen der äußeren ersten Nanostruktur 105 und der ersten Schicht 102 und nicht vollständig umgibt, wodurch der Holraum 112 gebildet ist, wobei in diesen Bereichen eine Grenzfläche 114 zwischen dem Substrat 101 und der dritten Schicht 107 gebildet ist.

1C zeigt eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems 100 entlang der Querschnittslinie CC, wobei die Querschnittsansicht die gleichen Komponenten wie in 1A und 1B gezeigt sind, aufweist.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 2 eine Draufsicht 200 des Verdrahtungs-Systems in einer zweidimensionalen Darstellung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die Draufsicht 200 zeigt das Substrat 101, die zweite Schicht 103, die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104, die ersten Nanostrukturen 105 und die zweiten Nanostrukturen 106. Somit sind, wie in der Draufsicht 200 gezeigt, die ersten Nanostrukturen 105 in den Überlappungsbereichen von dem Kanalbereich, d.h. von dem Hohlraum 112 und der zweiten Schicht 103 teilweise und im Bereich der zweiten Öffnung 116 vollständig sichtbar. Es ist anzumerken, dass in dieser Darstellung die dritte Schicht 107 nicht gezeigt ist.

Das Substrat 101 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Die erste Schicht 102 ist eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Poly-Silizium aufweist, oder auch Photoresist (Diazonaphtoquinone) oder Siliziumnitrid (Si3N4).

Ferner sind die ersten Nanostrukturen 105 und die zweiten Nanostrukturen 106 Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte. Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 104 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) aufweist.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 3 eine Draufsicht 300 des Verdrahtungs-Systems in einer dreidimensionalen Darstellung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die Draufsicht 300 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Verdrahtungs-Systems gemäß der Erfindung mit dem Substrat 101, der ersten Schicht 102, vier Verdrahtungs-Kreuzungselementen 104, den ersten Nanostrukturen 105, den zweiten Nanostrukturen 106 und den zweiten Öffnungen 116, wobei jeweils zwischen zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen 104 eine zweite Öffnung 116 ausgebildet ist. Ferner kann an jeder Seite der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104 eine Mehrzahl von ersten Nanostrukturen 105 und auf der Oberseite der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104 eine Mehrzahl von Nanostrukturen 106 ausgebildet sein. Ferner ist vorgesehen eine Mehrzahl von derart ausgebildeten Verdrahtungs-Systemen der 3 übereinander und mittels der Nanostrukturen 106 elektrisch leitend miteinander zu verbinden.

Ferner gilt das bezüglich der Materialien der Schichten und Nanostrukturen bereits Beschriebene.

Ausführungsbeispiel 2

Gemäß der Erfindung sind auf und/oder in einem Wafer eine Vielzahl von elektrischen Chips mit elektrischen Bauelementen, d.h. elektrischen Schaltungen mit Transistoren, Widerständen, Dioden etc. angeordnet, in welchen Chips jeweils das im Folgenden beschriebene Verdrahtungs-System 400 integriert ist. Ferner können die Bauelemente beliebige elektrische Schaltungen sein.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 4 eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems 400 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das Verdrahtungs-System 400 weist ein Substrat 401 mit einer ersten Oberfläche 408 und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche 416, eine auf dem Substrat 401 ausgebildete erste Schicht 402 mit einer Oberfläche 409, eine auf der ersten Schicht 402 ausgebildete zweite Schicht 403 mit einer Oberfläche 410, Verdrahtungs-Kreuzungselemente 404, welche von ihrer geometrischen Form mit einer Box verglichen werden können, Nanostrukturen 405, Nanostrukturen 406, eine auf der zweiten Schicht 403 ausgebildete dritte Schicht 407 mit einer Oberfläche 411 und Kontakte 415 zu unterhalb des Substrates 401 angeordneten aktiven Bauelementen auf, wobei das Substrat 401, die erste Schicht 402 und die zweite Schicht 403 derart strukturiert sind, so dass mindestens zwei Gräben 416 gebildet sind, und die zweite Schicht 403 derart strukturiert ist, so dass genau eine zweite Öffnung 417 zwischen den mindestens zwei Gräben 416 gebildet ist, wobei die mindestens zwei Gräben 416 von der Oberfläche 410 der zweiten Schicht 403 bis zu der zweiten Oberfläche 416 des Substrates 401 reichen. Ferner bezeichnet 409 eine Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 402 und der zweiten Schicht 403. Die Kontakte 415 sind jeweils auf der zweiten Oberfläche 416 des Substrates 401 direkt unter einem Verdrahtungs-Kreuzungselement 404 angeordnet. Mit anderen Worten ist unter jedem Verdrahtungs-Kreuzungselement 404 ein Kontakt 415 angeordnet.

In den mindestens zwei Gräben 416 ist jeweils ein Verdrahtungs-Kreuzungselement 404 ausgebildet. Zwischen den mindestens zwei Gräben 416 sowie zwischen der zweiten Schicht 403 und dem Substrat 401, d.h. zwischen der Grenzfläche 409 und dem Substrat 401 ist die erste Schicht 402 vollständig entfernt und stattdessen die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 404 verbindende, im Wesentlichen parallele, vorzugsweise genau parallel zu der Oberfläche des Substrates 401 angeordnete Nanostrukturen 405 ausgebildet. Auf der Oberfläche der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 404 sind jeweils, im wesentlichen senkrechte, vorzugsweise genau zu der Oberfläche des jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselementes 404 senkrecht stehende Nanostrukturen 406 ausgebildet. Ferner reicht die dritte Schicht 407 zumindest Teilweise in die Gräben 416 und zweite Öffnung 417, wobei die dritte Schicht 407 die Nanostrukturen 405 in dem Bereich der zweiten Öffnung 417 zumindest teilweise umgibt und in dem die Nanostrukturen 405 nicht umgebenden Bereich ein Hohlraum 412 gebildet ist. Ferner reicht die dritte Schicht 407 nicht vollständig in. die Gräben, wodurch zwischen der dritten Schicht 407 und dem jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselement 404 ein Hohlraum 413 gebildet ist. Zwischen der dritten Schicht 407 und dem Substrat 401 ist in der zweiten Öffnung 417 eine Grenzfläche 414 gebildet, wobei die dritte Schicht 407 wie erläutert zumindest teilweise in die zweite Öffnung 417 reicht und die Nanostrukturen 405 zumindest teilweise umgibt.

Mit anderen Worten sind die Nanostrukturen 405 eine lateral zu der Oberfläche 408 des Substrates 401 angeordnete Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte, wobei eine oder eine Mehrzahl von Nanostrukturen 405 zwischen zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen 404 gebildet sein kann. Die Nanostrukturen 406 sind vertikal zu der Oberfläche des Substrates 401 angeordnete Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte, wobei an der Oberfläche jedes Verdrahtungs-Kreuzungselementes 404 eine Mehrzahl von Nanostrukturen 406 gebildet sein kann.

Das Substrat 401 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Die erste Schicht 402 ist eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Poly-Silizium aufweist, oder auch Photoresist (Diazonaphtoquinone) oder Siliziumnitrid (Si3N4).

Die zweite Schicht 403 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Ferner ist die dritte Schicht 407 eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierendes material aufweist, welches mittels einer Spin-on-Technik aufgebracht werden kann. Ferner sind die Nanostrukturen 405, 406 Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte. Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 404 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen, wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co), aufweist. Ferner dient die zwischen den Gräben 416 und unter der zweiten Schicht 403 angeordnete erste Schicht 402 als eine Opferschicht.

Ausführungsbeispiel 3

Gemäß der Erfindung sind auf und/oder in einem Wafer eine Vielzahl von elektrischen Chips mit elektrischen Bauelementen, d.h. elektrischen Schaltungen mit Transistoren, Widerständen, Dioden etc. angeordnet, in welchen Chips jeweils das im Folgenden beschriebene Verdrahtungs-System 500 integriert ist. Ferner können die Bauelemente beliebige elektrische Schaltungen sein.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 5 eine Querschnittsansicht des Verdrahtungs-Systems 500 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Das Verdrahtungs-System 500 weist das Verdrahtungs-System 100, eine Metallisierungsebene 510 und eine Metallisierungsebene 520 auf, wobei die Metallisierungsebene 510 unmittelbar auf dem Verdrahtungs-System 100 und die Metallisierungsebene 520 unmittelbar auf der Metallisierungsebene 510 ausgebildet ist. Das Verdrahtungs-System 100, die Metallisierungsebene 510 und die Metallisierungsebene 520 sind jeweils elektrisch voneinander isoliert, und elektrisch leitend mittels Nanostrukturen miteinander verbunden.

Die Metallisierungsebene 510 weist eine auf der Oberfläche 111 der dritten Schicht 107 des Verdrahtungs-Systems 100 ausgebildete erste Schicht 501 mit einer Oberfläche 505, eine auf der ersten Schicht 501 ausgebildete zweite Schicht 502 mit einer Oberfläche 506, eine auf den zweiten Schicht 502 ausgebildete dritte Schichte 503 mit einer Oberfläche 507, Verdrahtungs-Kreuzungselemente 504, welche von ihrer geometrischen Form mit einer Box verglichen werden können, und Hohlräume 508 auf, wobei zwischen der dritten Schicht 107 des Verdrahtungs-Systems 100 und der ersten Schicht 501 der Metallisierungsebene 510 eine Grenzfläche 509 gebildet ist.

Die Metallisierungsebene 520 weist eine auf der Oberfläche 507 der dritten Schicht 503 der Metallisierungsebene 510 ausgebildete erste Schicht 511 mit einer Oberfläche 515, eine auf der ersten Schicht 511 ausgebildete zweite Schicht 512 mit einer Oberfläche 516, eine auf den zweiten Schicht 512 ausgebildete dritte Schichte 513 mit einer Oberfläche 517, Verdrahtungs-Kreuzungselemente 514, welche von ihrer geometrischen Form mit einer Box verglichen werden können, und Hohlräume 518 auf, wobei zwischen der dritten Schicht 503 der Metallisierungsebene 510 und der ersten Schicht 511 der Metallisierungsebene 520 eine Grenzfläche 519 gebildet ist.

Ferner sind in den Metallisierungsebenen 510, 520 jeweils die erste Schicht 501, 511 und die zweite Schicht 502, 512 derart strukturiert, so dass mindestens zwei Gräben 521 gebildet sind, wobei die mindestens zwei Gräben 521 in der Metallisierungsebene 510 von der Oberfläche 506 der zweiten Schicht 502 bis zu der Grenzfläche 509, d.h. bis zu der Oberfläche 111 der dritten Schicht 107 des Verdrahtungs-Systems 100, und die mindestens zwei Gräben 521 in der Metallisierungsebene 520 von der Oberfläche 516 der zweiten Schicht 512 bis zu der Oberfläche 507 der dritten Schicht 503 der Metallisierungsebene 510 reichen.

In den mindestens zwei Gräben 521 der Metallisierungsebenen 510, 520 ist jeweils ein Verdrahtungs-Kreuzungselement 504, 514 ausgebildet. Ferner sind das Verdrahtungs-System 100, die Metallisierungsebene 510 und die Metallisierungsebene 520 durch die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104, 504 und 514 mittels der Nanostrukturen 106 elektrisch miteinander verbunden, wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 104, 504 und 514 unmittelbar übereinander in der Reihenfolge 104, 504 und 514 angeordnet sind, wie in der 5 dargestellt ist.

Ferner können auch mehrere Metallisierungsebenen 510 zwischen dem Verdrahtungs-System 100 und der Metallisierungsebene 520 angeordnet sein, wobei dann eine Mehrzahl von Verdrahtungs-Kreuzungselementen 504 unmittelbar übereinander und zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen 104, 514 angeordnet sind, und wobei die Metallisierungsebene 520 als eine abschließende Schicht dient.

Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 504 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co), aufweist.

Bezüglich der Materialien des Verdrahtungs-Systems 100 gilt das bereits für die 1A-1C Beschriebene.

Die erste Schichten 501, 511 sind elektrisch leitfähige Schichten, welche in diesem Ausführungsbeispiel Poly-Silizium, oder auch Photoresist (Diazonaphtoquinone) oder Siliziumnitrid (Si3N4) aufweisen. Die zweiten Schichten 502, 512 sind elektrisch isolierende Schichten, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweisen. Ferner sind die dritten Schichten 503, 513 elektrisch isolierende Schichten, welche in diesem Ausführungsbeispiel ein elektrisch isolierendes Material aufweisen, welches mittels einer Spin-on-Technik aufgebracht werden kann. Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 504, 514 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co), aufweist.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf die 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 das Verfahren zum Herstellen eines Verdrahtungs-Systems 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 6 eine Querschnittsansicht der Ausgangsstruktur 600 zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die Ausgangsstruktur 600 weist ein Substrat 601 mit einer Oberfläche 605, eine auf dem Substrat 601 ausgebildete erste Schicht 602 mit einer Oberfläche 606, eine auf der ersten Schicht 602 ausgebildete zweite Schicht 603 mit einer Oberfläche 607 und Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 auf, wobei die erste Schicht 602 und die zweite Schicht 603 derart strukturiert sind, so dass mindestens zwei Gräben 608 gebildet sind, wobei die mindestens zwei Gräben 608 von der Oberfläche 607 der zweiten Schicht 603 bis zu der Oberfläche 605 des Substrates 601 reichen und in den mindestens zwei Gräben jeweils ein Verdrahtungs-Kreuzungselement 604 gebildet ist. Jedes Verdrahtungs-Kreuzungselement 604 weist eine sogenannte Katalysator-Schicht oder ein das Wachstum von Nanostrukturen katalysierendes Material auf, welches Material Katalysatorkeime für das Wachstum von Nanostrukturen, wie beispielsweise Refraktärmetalle mit Clustern von ferromagnetischen Elementen wie beispielsweise Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Kobalt (Co), aufweist.

Das Substrat 601 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Die erste Schicht 602 ist eine elektrisch leitfähige Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Poly-Silizium aufweist, oder auch eine elektrisch isolierende Schicht, wie z.B. Photoresist (Diazonaphtoquinone) oder Siliziumnitrid (Si3N4). Die zweite Schicht 603 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Ferner dient die zwischen den Gräben 608 und unter der zweiten Schicht 603 angeordnete erste Schicht 602 als eine Opferschicht.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 7 eine Querschnittsansicht 700 nach einem ersten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Auf der zweiten Schicht 603 und den Verdrahtungs-Kreuzungselementen 604 der Ausgangsstruktur 600 wird in einem ersten Verfahrens-Schritt eine dritte Schicht 701 mit einer Oberfläche 702 gebildet, wobei die dritte Schicht 701 die zweite Schicht 603 und die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 vollständig überdeckt und die zweite Schicht 603 und die dritte Schicht 701 stoffschlüssig und fest miteinander verbunden sind. Ferner weist die dritte Schicht 701 ein elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise MSQ (Methylsilsesquioxane) oder HSQ (Hydrogensilsesquioxane) oder SOG (spin-on-glass).

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 8 eine Querschnittsansicht 800 nach einem zweiten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

In einem zweiten Verfahrensschritt werden die in dem ersten Verfahrensschritt ausgebildete dritte Schicht 701 und die darunter liegende unmittelbar anschließende zweite Schicht 602 derart strukturiert, so dass zwischen den mindestens zwei Gräben 608, in welchen jeweils ein Verdrahtungs-Kreuzungselement 604 gebildet ist, eine zweite Öffnung 801 gebildet wird, wobei die zweite Öffnung 801 von der Oberfläche 702 der dritten Schicht 701 bis zu der Oberfläche 606 der ersten Schicht 602 reicht und eine Breite D 802 von etwa 20 – 30 nm aufweist. Damit ist ein Teil der Oberfläche 606 der ersten Schicht 602 freigelegt.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 9A und 9B eine Querschnittsansicht 900a und 900b nach einem dritten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

In Bezug auf 9A wird mittels des dritten Verfahrensschrittes die erste Schicht 602 zwischen dem Substrat 601 und der zweiten Schicht 603 und zwischen den mindestens zwei Gräben 608 bzw. Verdrahtungs-Kreuzungselementen 604 vollständig entfernt, so dass ein Hohlraum 901 bzw. ein Kanal gebildet wird, wobei die in diesem Bereich angeordnete zweite Schicht 603 und dritte Schicht 701 zwei gegenüberliegende und aufeinander zugerichtete Auskragungen bilden, welche den sich ausbildenden Hohlraum 901 bzw. Kanal fast vollständig überdecken. Mit anderen Worten wird eine brückenartige Verbindung ausgebildet, welche in zumindest einem Bereich zwischen den Trägern unterbrochen ist, und somit die beiden Teilstücke den sich ausbildenden Hohlraum 901 bzw. Kanal fast vollständig überdecken. Die erste Schicht 602 wird mittels eines Ätz-Verfahrens entfernt, wobei dabei die Oberfläche 606 der ersten Schicht 602 als Angriffspunkt für das Ätz-Verfahren dient.

In Bezug auf 9B ist es bevorzugt, für den Fall, dass die erste Schicht 602 elektrisch leitend, z.B. als Poly-Silizium ausgeführt wurde, die geöffneten Kanäle, in denen keine Nanostrukturen gebildeten werden sollen, vor dem vierten Verfahrensschritt geeignet abzudecken. Dies geschieht durch Aufbringen und Strukturieren einer vierten Schicht 701a, die die gleichen Materialeigenschaften wie die dritte Schicht 701 aufweist, wie in 9B gezeigt ist. Die Strukturierung der vierten Schicht 701a wird derart ausgeführt, dass nur die Kanäle, an denen elektrisch leitende Verbindungen entstehen sollen, geöffnet sind. Dafür wird, wie in 9B gezeigt ist, der in dieser Figur rechts angeordnete Hohlraum 901 abgedeckt, und die vierte Schicht 701a wird im Bereich des links angeordneten Hohlraumes 901 unmittelbar über der zweiten Öffnung 801 und über dem links angeordneten Hohlraum 901 vollständig entfernt, so dass eine Öffnung bzw. ein Loch gebildet wird. Das heißt, dass nur in bestimmten Hohlräumen 901 elektrisch leitfähige Verbindungen mittels Nanoröhren gemäß der gewünschten Schaltkreisstruktur ausgebildet und die übrigen Hohlräume 901 durch die vierte Schicht 701a abgedeckt werden.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 10 eine Querschnittsansicht 1000 nach einem vierten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

In dem vierten Verfahrensschritt wird in dem mittels des dritten Verfahrensschrittes erzeugten Hohlraumes 901 bzw. Kanals die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 verbindende, im Wesentlichen parallele, vorzugsweise genau parallel zu der Oberfläche des Substrates 601 angeordnete Nanostrukturen 1001 ausgebildet, wobei die Nanostrukturen 1001 Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte sind, und zum Herstellen der Nanostrukturen beispielsweise das aus [6] bekannte CVD-Verfahren verwendet wird. Als erfindungswesentliches Merkmal zum Herstellen der Nanostrukturen 1001 dient der zwischen den mindestens zwei Gräben 608 gebildete Hohlraum 901 bzw. Kanal, wobei das Wachstum der Nanostrukturen 1001 in diesem Hohlraum 901 bzw. Kanal im Wesentlichen durch die Breite 802 der zweiten Öffnung 801 bestimmt wird. Das heißt, dass das lateral gerichtete Wachstum der Nanostrukturen 1001 durch den Hohlraum 901 bzw. Kanal vorgegeben bzw. bedingt wird. Allerdings ist ein laterales und gerichtetes Wachstum der Nanostrukturen 1001 insbesondere dann nicht mehr gegeben, wenn die Breite der zweiten Öffnung 801 einen bestimmten Wert überschreitet. Andererseits wird die minimale Breite 802 der zweiten Öffnung 801 im Wesentlichen durch die maximale Auflösung photolithographischer Verfahren beschränkt, wobei die durch photolithographisch Verfahren erzeugbare minimal Breite der zweiten Öffnung 801 ausreicht, um ein gerichtetes laterales Wachstum der Nanostrukturen 1001 zu gewährleisten.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 11 eine Querschnittsansicht 1100 nach einem fünften Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Mittels des fünften Verfahrensschrittes wird die dritte Schicht 701 in den Bereichen unmittelbar auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen 604 vollständig entfernt, wobei mittels eines Photolithographischen Verfahrens die Strukturen für das Entfernen der dritten Schicht 701 im Bereich der Verdrahtungs-Kreuzungselemente auf die dritte Schicht 701 übertragen werden, so dass in einem Folgenden Ätz-Verfahren die dritte Schicht in den Bereichen der Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 vollständig entfernt werden kann. In den die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 umgebenden Bereichen verbleibt der Photolack während des Ätz-Verfahrens, um die anderen Strukturen zu schützen. In einem Folgenden Schritt wird der bei dem Ätz-Verfahren verbliebene Photolack vollständig entfernt.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 12 eine Querschnittsansicht 1200 nach einem sechsten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

In dem sechsten Verfahrensschritt werden auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen 604 jeweils mindestens eine im Wesentlichen senkrechte, vorzugsweise genau zu der Oberfläche des jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselementes 604 senkrecht stehende Nanostruktur 1201 gebildet, wobei die Nanostrukturen Kohlenstoff-Nanoröhren oder Kohlenstoff-Nanodrähte sind. Ferner können eine Mehrzahl von Nanostrukturen 1201 auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen 604 gebildet werden.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 13 eine Querschnittsansicht 1300 nach einem siebten Verfahrensabschnitt zum Herstellen des Verdrahtungs-Systems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Mittels des siebten Verfahrensschrittes wird auf der dritten Schicht 701 eine fünfte Schicht 1301 ausgebildet, welche die zweite Öffnung 801 und die Verdrahtungs-Kreuzungselemente 604 vollständig überdeckt, wobei zwischen jedem Verdrahtungs-Kreuzungselement 604 und der fünfte Schicht 1301 jeweils ein Holraum 1302 gebildet wird. Die fünfte Schicht 1301 ist eine elektrisch isolierende Schicht, welche in diesem Ausführungsbeispiel Siliziumdioxid (SiO2) aufweist. Ferner dient die fünfte Schicht 1301 als Passivierungs-Schicht bzw. als Isolation gegenüber möglichen weiteren Schichten, wie in 5 gezeigt ist.

Alternativ können gemäß der Erfindung die Nanostrukturen als aktive Bauelemente ausgeführt sein, wobei für das Ausbilden solcher Nanostrukturen selbstorganisierte konforme Abscheide-Verfahren Anwendung finden, wobei die Nanostrukturen Nanoröhren oder Nanodrähte sein können. Die Nanostrukturen können somit dotierte oder undotierte Nanoröhren oder Nanodrähte sein und Bornitrid, Silizium, Kohlenstoff, Germanium oder Titannitrid aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Nanostrukturen aus elektrisch leitfähigen, konform abgeschiedenen Schichten aufgebaut sein. Die Abscheidung einer leitfähigen Kohlenstoff-Schicht ohne Dotierung kann mittels verschiedener aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren, beispielsweise mittels CVD erfolgen.

Der Nachweis der gemäß der Erfindung erzeugten Strukturen wird mittels des so genannten Öffnens der hochintegrierten Schaltkreisanordnung gelöst. Beispielsweise können Methoden der Fehleranalyse, beispielsweise das „focussed ion beam" oder bildgebende Verfahren, wie beispielsweise ein Elektronen-Mikroskop, zum Abbilden des Verdrahtungs-Systems gemäß der Erfindung genutzt werden. Ferner können auch Methoden zur Identifikation des Verdrahtungsmaterials, d.h. der Nanostrukturen angewendet werden.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:

  • [1] Dekker, C et al. (1999) "Carbon Nanotubes as Molecular Quantum Wires", Physics Today 5/99: 22-28
  • [2] D. Wang, S. Jin, Y. Wu and C. M. Lieber, Large-Scale Hierachical Organization of Nanowire Arrays for Integrated Nanosystems, Nano Letters 2003, 3, 1255-1259
  • Jin et [3] S. al, Scalable Interconnection and Integration of Nanowire Devices without Registration, Nano Letters 2004, 4(5), 915-919
  • [4] Y. Cui, L. J. Lauhon, M. S. Gudiksen, Diametercontrolled synthesis of single-crystal silicon nanowires, Applied Physics Letter 2001, 78, 22144
  • [5] D. Wang and H. Dai, Low-Temperature Synthesis of Single-Crystal Germanium Nanowires by Chemical Vapour Deposition, Angew. Chem. 2002, 114 Nr. 24, 4977ff
  • [6] Chris Bower, Otto Zhou, W. Zhu, Nucleation and growth of carbon nanotubes by microwave plasma chemical vapour deposition, Applied Physics Letter 2000, 17, 2767
  • [7] Y.-S. Han, J-K. Shin, and S.-T. Kim, Synthesis of carbon nanotube bridges on patterned silicon wafers by selective lateral growth, Journal of Applied Physics 2001, 90, 5731
  • [8] Y. Chen, D. A. A. Ohlberg, G. Medeiros-Ribero, Y. A. Chang, and R. Stanley Williams, Self-assembled growth of epitaxial erbium disilicide nanowires on silicon (001) Applied Physics Letters 76, 4004 (26 June 2000)

100Verdrahtungs-System 101Substrat 102erste Schicht 103zweite Schicht 104Verdrahtungs-Kreuzungselemente 105Nanostrukturen 106Nanostrukturen 107dritte Schicht 108Oberfläche des Substrates 109Grenzfläche 110Oberfläche der zweiten Schicht 111Oberfläche der dritten Schicht 112Hohlraum, Kanal 113Hohlraum 114Grenzfläche 115Graben 116zweite Öffnung 117fünfte Schicht 118Kontaktvia 119Gate-Kontakt 120isolierende Schicht 121Source-/Drain-Bereich 200zweidimensionales Verdrahtungs-System 300dreidimensionales Verdrahtungs-System 400Verdrahtungs-System 401Substrat 402erste Schicht 403zweite Schicht 404Verdrahtungs-Kreuzungselemente 405Nanostrukturen 406Nanostrukturen 407dritte Schicht 408Oberfläche des Substrates 409Grenzfläche 410Oberfläche der zweiten Schicht 411Oberfläche der dritten Schicht 412Hohlraum, Kanal 413Hohlraum 414Grenzfläche 415Kontakte 416Graben 417zweite Öffnung 501erste Schicht 502zweite Schicht 503dritte Schicht 504Verdrahtungs-Kreuzungselemente 505Oberfläche der ersten Schicht 506Oberfläche der zweiten Schicht 507Oberfläche der dritten Schicht 508Hohlraum 509Grenzfläche 510Metallisierungsebene 511erste Schicht 512zweite Schicht 513dritte Schicht 514Verdrahtungs-Kreuzungselemente 515Oberfläche der ersten Schicht 516Oberfläche der zweiten Schicht 517Oberfläche der dritten Schicht 518Hohlraum 519Grenzfläche 520Metallisierungsebene 521Graben 600Ausgangsstruktur 601Substrat 602erste Schicht 603zweite Schicht 604Verdrahtungs-Kreuzungselemente 605Oberfläche des Substrates 606Oberfläche der ersten Schicht 607Oberfläche der zweiten Schicht 608Graben 700erster Verfahrensabschnitt 701dritte Schicht 701avierte Schicht 702Oberfläche der dritten Schicht 800zweiter Verfahrensabschnitt 801zweite Öffnung 802Breite der zweiten Öffnung 900adritter Verfahrensabschnitt 900bdritter Verfahrensabschnitt 901Hohlraum, Kanal 1000vierter Verfahrensabschnitt 1001Nanostrukturen 1100fünfter Verfahrensabschnitt 1200sechster Verfahrensabschnitt 1201Nanostrukturen 1300siebter Verfahrensabschnitt 1301fünfte Schicht 1302Hohlraum

Anspruch[de]
  1. Integrierte Schaltkreisanordnung,

    • mit einem Substrat

    • mit auf dem Substrat aufgebrachten und/oder darin integrierten elektrischen Bauelementen

    • mit mindestens einer Verdrahtungsebene zum elektrischen Koppeln der Bauelemente

    • wobei die mindestens eine Verdrahtungsebene aufweist:

    – eine Vielzahl metallisch leitfähiger Verdrahtungs-Kreuzungselemente,

    – zwischen mehreren Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens eine Nanostruktur,

    – auf und/oder in der Verdrahtungsebene eine elektrisch isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von Öffnungen,

    – wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente und die isolierende Schicht zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens einen Kanal ausbilden, in dem sich die mindestens eine Nanostruktur befindet.
  2. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat ein Halbleiter-Substrat, insbesondere ein Silizium-Wafer ist.
  3. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß der Ansprüche 1 oder 2, wobei die auf dem Substrat aufgebrachten und/oder darin integrierten elektrischen Bauelemente Halbleiter-Bauelemente sind.
  4. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zum Koppeln der Bauelemente mindestens eine Verdrahtungsebene metallisch leitfähige Verdrahtungs-Kreuzungselemente aufweist, wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente vorzugsweise aus Aluminium oder einem ähnlich leitfähigem Metall sind.
  5. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen mehreren Verdrahtungs-Kreuzungselementen mindestens eine Nanostruktur gebildet wird.
  6. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Nanostruktur eine zu der Oberfläche eines Substrates lateral angeordnete Nanostruktur ist.
  7. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch 4, wobei die Verbindungs-Kreuzungselemente metallisch leitend sind und Katalysatorkeime für das Wachsen von Nanostrukturen aufweisen.
  8. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß den Ansprüchen 1 und 7, wobei die Katalysatorkeime vorzugsweise aus

    • Eisen (Fe) und/oder

    • Nickel (Ni) und/oder

    • Kobalt (Co)

    sind.
  9. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei über und/oder in der Verdrahtungsebene eine elektrisch isolierende Schicht mit einer Mehrzahl von Öffnungen angeordnet ist, wobei die Öffnungen zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen angeordnet sind.
  10. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch 9, wobei die elektrisch isolierende Schicht vorzugsweise aus

    • Siliziumdioxid (SiO2) und/oder

    • Siliziumnitrid (Si3N4) ist.
  11. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Verdrahtungs-Kreuzungselemente und elektrisch isolierende Schicht mindestens einen Kanal ausbilden, wobei ein Kanal zwischen mindestens zwei Verdrahtungs-Kreuzungselementen ausgebildet ist.
  12. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei sich die mindestens eine Nanostruktur in dem mindestens einen Kanal befindet.
  13. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei mehrere Verdrahtungsebenen übereinander angeordnet sein können.
  14. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zwei Verdrahtungsebenen jeweils eine dazwischen liegende elektrisch isolierende Schicht mit mehreren Öffnungen aufweisen.
  15. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß Anspruch 14, wobei die Öffnungen der elektrisch isolierenden Schicht unmittelbar über den jeweiligen Verdrahtungs-Kreuzungselementen einer Verdrahtungsebene angeordnet sind.
  16. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Verdrahtungsebenen mittels einer Nanostruktur verbunden sind.
  17. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Nanostruktur

    • mindestens eine Nanoröhre,

    • mindestens ein Nanodraht,

    • eine elektrisch leitfähige Struktur mit einem Querschnitt kleiner oder gleich 100 nm, insbesondere kleiner oder gleich 50 nm, insbesondere kleiner oder gleich 10 nm, insbesondere kleiner oder gleich 5 nm ist.
  18. Integrierte Schaltkreisanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Nanostruktur eine Kohlenstoff-Nanoröhre oder ein Kohlenstoff-Nanodraht ist.
  19. Verfahren zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einer Verdrahtungsebene in einer integrierten Schaltkreisanordnung, welcher eine Vielzahl von elektrischen Bauelementen aufweist,

    • bei dem auf und/oder in dem Substrat Verdrahtungs-Kreuzungselemente gebildet werden,

    • bei dem auf dem Substrat und/oder auf dem Verdrahtungs-Kreuzungselement eine Opferschicht gebildet wird,

    • bei dem die Opferschicht strukturiert wird, so dass ein Teil des Substrats und/oder ein Teil des Verdrahtungs-Kreuzungselements freigelegt wird,

    • bei dem auf dem Substrat und/oder auf den Verdrahtungs-Kreuzungselementen eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird,

    • bei dem die elektrisch isolierende Schicht derart strukturiert wird, so dass zumindest ein Teil der Opferschicht freiliegt,

    • bei dem zumindest ein Teil der Opferschicht zwischen zumindest einem Teil der Verdrahtungs-Kreuzungselemente entfernt wird,

    • bei dem zumindest zwischen den Verdrahtungs-Kreuzungselementen, zwischen denen die Opferschicht entfernt wurde, und der elektrisch isolierenden Schicht eine Nanostruktur gebildet wird.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Opferschicht, welche ausgebildet wird, vorzugsweise Polysilizium oder eines der folgenden Materialien aufweist:

    • Photoresist (Diazonaphtoquinone)

    • Siliziumnitrid (Si3N4).
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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