DE1496953B2 - Verfahren zur selektiven anodischen oxydation vorgegebener bereiche eines nicht aus aluminium bestehenden metallfilms, bei der herstellung elektrischer bauteile, insbesondere von mikroschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven anodischen Oxydation vorgegebener Bereiche eines nicht aus Aluminium bestehenden Metallfilms, bei der Herstellung elektrischer Bauteile, insbesondere von Mikroschaltungen, wobei die nicht zu oxydierenden Bereiche mit einer Maske überzogen werden. Diese selektive anodische Oxydation von Metallfilmen ist insbesondere für die Herstellung der Kondensatorbereiche von integrierten oder Dünnfilm-RC-Mikroschaltungen bedeutsam.

In diesem Zusammenhang wurde bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung von Dünnfilm-Widerstands-Kondensator-(RC)-Schaltungen auf einem einzigen Träger bzw. Substrat in der Weise vorzugehen, daß man ein Metall (wie beispielsweise Tantal) für die Widerstände und das Oxid dieses Metalls für das Kondensatordielektrikum verwendet. Der Aufbau einer vollständigen RC-Schaltung dieser Art sieht einen nicht-leitenden Träger bzw. Substrat beispielsweise aus Glas vor, auf welchem eine erste oder untere Metallschicht aufgebracht ist. Bestimmte Bereiche dieser unteren Schicht können als Widerstände dienen und entsprechend können andere ausgewählte Bereiche dieser Schicht oberflächlich oxydiert werden, derart, daß sie als Dielektrikum für die Kondensatorbereiche dienen. Das Metall der unteren Metallschicht und sein Oxid bilden dabei den unteren Kontakt und das Dielektrikum für die Kondensatoren. Die obere oder Gegenelektrode der Kondensatoren kann in der Weise hergestellt werden, daß man auf den oxydierten Bereichen der unteren Metallschicht ein Metall aufdampft. Nach diesem Verfahren kann nahezu jede beliebige RC-Schaltung auf einem einzigen gemeinsamen Substrat bzw. Träger in Dünnfilmform hergestellt werden. Dieses Verfahren stellt einen bedeutsamen Fortschritt in der Technik der Dünnfilm-Schaltungen dar, da nur eine geringe Anzahl verschiedener Stoffe erforderlich ist, das Verfahren einfach ist, nur ein einziger Träger ohne Verbindung zwischen den einzelnen Schichten benötigt wird und qualitativ hochwertige und zuverlässige RC-Schaltungen erzielt werden.

Bei dem erwähnten Verfahren wird die selektive Oxydation am besten in der Weise durchgeführt, daß man das untere Metall mit Ausnahme derjeniger Bereiche, wo es oxydiert werden soll, mit einer Maske überzieht, den Träger in einen Elektrolyten einbringt und dann die nicht-maskierten Bereiche anodisch oxydiert.

Bisher wurde zur selektiven Oxydation des unteren Metalls nach dem Lichtdruckverfahren vorgegangen. Hierbei wird die gesamte untere Metallschicht mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen und die Bereiche, die nicht anodisiert werden sollen, werden zur selektiven Härtung des Lacks belichtet; danach werden die nicht gehärteten Bereiche des Lackes abgespült und der Träger getrocknet und zur Entwicklung (d. h. dauerhaften Fixierung) des gehärteten Lackes wärmebehandelt. Dieses Lichtdruckverfahren ist jedoch nicht vollkommen zufriedenstellend, da der entwickelte Abdecklack während der Anodisierung Bruchtendenz, insbesondere an den Rändern, zeigt. Diese Brucherscheinung wird auf verschiedene Faktoren zurückgeführt, nämlich die chemisch korrodierenden Eigenschaften des Elektrolyten selbst, die erweichende und schwächende Wirkung der Wärme aus dem Elektrolyten sowie die elektrischen Zerstörungswirkungen der für die Anodisierung verwendeten hohen Spannungen.

Falls die Ränder des Abdecklackes während der Anodisierung abbröckeln, so wird ein Teil des zuvor maskierten Bereichs der unteren Metallschicht anodisiert und hierdurch die Kondensatorfläche nach Form und Größe beeinträchtigt. Falls der Abdecklack über Kontakt- oder Leiterbereichen auf dem Substrat bricht, so kann hierdurch der Anodisierungsstrom kurzgeschlossen und damit der Vorgang lahmgelegt werden.

Das durch das Brechen bzw. Abbröckeln des Abdecklackes entstehende Problem läßt sich wegen der für das Maskierungsmaterial bestehenden einschneidenden Bedingungen nicht ohne weiteres lösen. Denn erstens muß dieses Material sich in einfacher und herkömmlicher Weise nach vorgegebenen und manchmal komplizierten Mustern auf dem darunter befindlichen Metall aufbringen lassen. Zweitens muß es an dem darunter befindlichen Metall äußerst fest haften, ohne mit ihm zu reagieren. Drittens muß es an der freiliegenden Oberfläche nicht-leitend sein, derart, daß es einen Oberflächenmaskierungsfilm bildet. Dieser Forderung kann allerdings auch genügt werden, wenn (j das Material leitend ist, sofern es nur unter Bildung eines nicht-leitenden Oberflächenmaskierungsfilms anodisiert wird, sobald Spannung angelegt wird. Viertens muß das Material in einfacher Weise entfernbar sein, ohne daß hierbei das darunter befindliche Metall bzw. sein anodisches Oxid mit entfernt oder beschädigt wird.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren der eingangs genannten Art zur selektiven anodischen Oxydation vorgegebener Bereiche eines nicht aus Aluminium bestehenden Metallfilms geschaffen werden, bei welchem die durch das Brechen bzw. Abbröckeln des Abdecklackes bei dem bekannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten: Abweichungen von der für die zu anodisierenden Bereiche des Metallfilms gewünschten Form und Größe, Beeinträchtigungen des Anodisierungsprozesses durch Kurzschluß, zuverlässig vermieden werden.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Aluminiumfilm als Maske aufgebracht wird.

Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann auf der gesamten Fläche des Metallfilms ein Aluminium-

film aufgedampft und an den zu oxydierenden Bereichen entfernt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die selektive Entfernung der Aluminiummaskierung mit Hilfe des Lichtdruckverfahrens vorgenommen. Hierbei kann der verbleibende Teil der zur selektiven Entfernung des Aluminiumfilms verwendeten lichtempfindlichen Lackschicht auch während der Anodisierung auf der Aluminiumschicht verbleiben und zusammen mit dieser als Schutzmaske gegenüber der Anodisierung dienen; alternativ kann auch nur der Aluminiumfilm allein zur Maskierung verwendet werden.

In jedem Falle erbringt die Verwendung von Aluminium (allein oder als Unterlage für einen darüber beim Lichtdruckverfahren aufgebrachten Abdecklack) als Schutzmaske bei der selektiven anodischen Oxydation des darunter befindlichen Metallfilms eine wirksame Abhilfe gegenüber den bei den bekannten Verfahren infolge der Brüchigkeit und Sprödigkeit der Abdecklackschichten auftretenden Schwierigkeiten. Liegt das Aluminium als alleinige Maske bei der Anodisierung vor, so wird die Oberfläche der Aluminiumschicht wegen ihrer höheren Leitfähigkeit zuerst anodisch oxydiert. Das hierbei gebildete isolierende Aluminiumoxyd bewirkt sodann, daß der gesamte Anodisierungsstrom auf die freiliegenden Teile der selektiv zu anodisierenden Metallschicht konzentriert wird und diese in der gewünschten Weise anodisch oxydiert. Eine Beeinträchtigung des Anodisierungs-Vorgangs durch lokale Kurzschlüsse wird dabei zuverlässig vermieden. Besteht die Maske aus den verbliebenen Teilen des Aluminiumfilms mit den darauf verbliebenen Bereichen eines entwickelten Abdecklackes, so wird, falls der Abdecklack während der Anodisierung Bruchtendenzen zeigen sollte, der darunterliegende Aluminiumfilm anodisch oxydiert und hierdurch eine Anodisierung des darunter befindlichen Metalls zuverlässig verhindert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur selektiven anodischen Oxydation vorgegebener Bereiche eines Metallfilms eignet sich insbesondere zur Anwendung bei der Herstellung von Kondensatorbereichen in integrierten RC-Dünnfilm-Mikroschaltungen. Hierzu kann in der Weise vorgegangen werden, daß man auf den Schaltungsträger einen ersten Metallfilm aus einem Metall aus der Gruppe Wolfram, Titan, Tantal, einen zweiten Film aus Aluminium sowie einen dritten Film aus einem lichtempfindlichen Abdecklack aufbringt, die Lackschicht in denjenigen Bereichen des Aluminiumfilms, welche über den selektiv zu anodisierten Bereichen des unteren Metallfilms liegen, entfernt, anschließend den Aluminiumfilm in diesen vorgegebenen Bereichen entfernt, worauf man den in den vorgegebenen Bereichen freigelegten ersten Metallfilm anodisch oxydiert, den verbliebenen Teil des Lackfilms und den verbliebenen Teil des Aluminiumfilms entfernt und schließlich auf den anodisch oxydierten Bereich des ersten Films einen als zweiten Kondensatorbelag dienenden Kontakt aufbringt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbei-' spiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 Schnittansichten während verschiedener Stadien im Verlauf der Herstellung einer Dünnfilm-RC-Schaltung unter Verwendung eines lichtempfindlichen Lackfilms und eines Aluminiumfilms zur Maskierung,

F i g. 2 entsprechende Schnittansichten für einen Fall, wo nur ein Aluminiumfilm allein zur Maskierung verwendet wird.

In F i g. 1 (G) ist in Schnittdarstellung ein Teil einer auf einem Glasträger bzw. -substrat hergestellten Dünnfilm-RC-Schaltung gezeigt. Mit 10 ist dabei der Glasträger bezeichnet, mit 12 ein Film aus Tantal, welcher sowohl als untere Elektrode eines Kondensators 20 als auch als Widerstand dient, mit 14 eine Schicht von Tantal-Pentoxyd, welche als Dielektrikum des Kondensators 20 dient, sowie mit 16 bis 18 eine Doppelschicht aus Chrom und Gold, die als obere Elektrode des Kondensators 20 dient. In der Zeichnung sind bestimmte Teile und sämtliche vertikalen Abmessungen der besseren Übersichtlichkeit halber stark vergrößert. Des weiteren ist nur ein Teil einer vollständigen RC-Schaltung dargestellt; und zwar ist die linke Hälfte der Fig. 1 (G) eine Querschnittsdarstellung eines Kondensatorbereichs, die rechte Hälfte eine Querschnittsdarstellung eines Tantal-Widerstandsfilms.

Die Herstellung der Schaltung gemäß Fig. 1 (G) geht in den in Fig. 1 (A) bis Fig. 1 (F) veranschaulichten Schritten vor sich.

In F i g. 1 (A) ist ein Substrat bzw. Träger aus Glas 10 mit einem darauf befindlichen ersten Film 12 aus Tantal dargestellt. Der Film 12 kann eine Dicke von etwa 3000 A besitzen und beispielsweise im Wege des bekannten Kathodenzerstäubungsverfahrens aufgebracht werden.

Wahlweise kann auf dem Träger 10 vor dem Aufbringen der Tantalschicht 12 eine Goldschicht erzeugt werden. Dieser Goldfilm dient zur Verbesserung des Gütefaktors Q des Kondensators und zur Verringerung des Widerstandes der als Leiter verwendeten Bereiche.

Auf der Oberseite des Films 12 wird nach bekannten Verfahren eine Aluminiumschicht 22 von etwa 5000 A Dicke aufgedampft.

Auf der Aluminiumschicht 22 befindet sich eine Schicht 24 aus einem lichtempfindlichen Lack. Derartige Lacke und Verfahren zu ihrer Aufbringung sind ebenfalls bekannt.

Sodann wird nur die rechte Hälfte der in Fig. 1 (A) gezeigten Anordnung in bekannter Weise mit UV-Strahlung belichtet. Beispielsweise kann eine geeignete photographische Maske bzw. Blende verwendet werden, um eine Belichtung der linken Hälfte zu vermeiden. Sodann wird das Gebilde zur Entfernung der nicht belichteten linken Hälfte der Schicht 24 in einen Entwickler eingebracht, gespült, getrocknet und temperaturbehandelt. Das in dieser Weise erhaltene Gebilde ist in Fig. 1 (B) dargestellt.

Der nicht-maskierte linke Teil der Aluminiumschicht 22 wird sodann unter Verwendung eines der folgenden Ätzmittel entfernt: (1) 5 η-Lösung von NaOH, oder (2) eine Lösung unter Verwendung von 35 ecm H₃PO₄ und 20 g CrO₃ pro Liter Wasser, mit nachfolgender Anwendung der 5-n-NaOH-Lösung. Der Abdecklack und das Tantal sind für diese Lösungen undurchlässig und man erhält so das in Fig. 1 (C) dargestellte Gebilde.

Der freiliegende Tantal-Bereich wird sodann mittels Gleichstrom anodisch oxydiert. Es wird eine der folgenden Lösungen verwendet: (1) Ein Teil Oxalsäure, zwei Teile Wasser, drei Teile Äthylenglykoll, oder (2) ein Teil Propandiol und ein Teil gesättigte Oxalsäurelösung in Wasser. In einem Abstand von

etwa 3,81 cm wird eine Platinblechelektrode angeordnet. Anfänglich wird eine Spannung von etwa 10 Volt angelegt und diese sodann allmählich auf etwa 150 Volt erhöht, je nach der gewünschten Oxidschichtdicke. Die Spannung wird auf dieser Höhe gehalten, bis sich ein minimaler Sättigungsstrom einstellt, was als Anzeige für die vollständige Bildung des Oxidfilms dient. Fig. 1 (D) zeigt, daß der nichtmaskierte Teil der Tantalschicht 12 an seiner Oberfläche zu einem Tantalpentoxydfilm 14 anodisiert ist; während der freiliegende Rand der Aluminiumschicht 22 eine Aluminiumoxydschicht 28 aufweist.

Der verbliebene Teil des Abdecklackes 24 wird nunmehr unter Verwendung eines handelsüblichen Lösungsmittel entfernt Fig. 1 (E).

Nunmehr werden der Aluminiumbereich 22 und der Al₂O₃-Bereich 28 entfernt, und zwar unter Verwendung eines der verschiedenen für die Entfernung des nicht-maskierten Aluminiumbereichs 22 des Gebildes gemäß Fig. 1 (B) erwähnten Ätzmittels. Hierbei erhält man das Gebilde gemäß Fig. 1 (F).

Unter Verwendung einer geeigneten Maske werden nunmehr eine Chromschicht 16 und eine Goldschicht 18 über den als Dielektrikum dienenden Oxidbereich 14 aufgedampft und so die obere Elektrode des fertigen Kondensators 20 erzeugt.

Fig. 2 — Verwendung einer Aluminiummaske allein. Bei dem an Hand von F i g. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel bildete die Schicht 24 aus dem lichtempfindlichen Abdecklack in Verbindung mit der Aluminiumschicht 22 die Anodisierungsmaske. Man erkennt, daß die Schicht 24 nicht unbedingt für die Maskierung des darunter befindlichen Metalls notwendig ist, da ein einfacher Aluminiumfilm mit einer Oxidoberfläche die Maskierungsfunktion der Schicht 24 ebenfalls erfüllen wird; infolge der höheren Undurchlässigkeit des Aluminiums gegenüber den schädlichen Wirkungen der Anodisierung sind die hierbei erzielten Resultate mit den bei Verwendung eines lichtempfindlichen Abdecklackes erzielten vergleichbar. In Fig. 2 wird ein derartiger Aluminiumfilm allein als Maske verwendet.

Das in Fig. 2 (A) gezeigte Gebilde wird in gleicher Weise wie das Gebilde gemäß F i g. 1 (A) hergestellt, mit dem Unterschied, daß auf der Aluminiumschicht 22 kein lichtempfindlicher Abdecklack 24 aufgebracht wird. Bei dem in F i g. 2 (B) dargestellten Gebilde ist die linke Hälfte der Aluminiumschicht 22 unter Verwendung eines der Ätzmittel, wie sie bei dem Verfahrensschritt von Fig. 1 (B) zu Fig. 1 (C) verwendet wurde, weggeätzt. Um das Ätzmittel nur auf der linken Hälfte der Schicht 22 aufzubringen, kann man einen genau zugeschnittenen Schwamm, der mit dem Ätzmittel getränkt ist, auf die linke Hälfte der Schicht 22 auflegen. Alternativ kann man eine dicke Gummiplatte verwenden, die auf die Größe des gesamten Substrats zugeschnitten ist und an den Stellen, wo das Aluminium entfernt werden soll, Löcher aufweist. Die Platte kann unter Druck auf den Träger

ίο aufgebracht werden, um eine Leckbildung zu verhindern, und sodann kann das Ätzmittel zur selektiven Entfernung des Aluminiums in die Löcher gegossen werden. Es sei an dieser Stelle betont, daß sich mit diesen Verfahren unter Verwendung eines Schwammes bzw. einer Gummiplatte nicht die feine und komplizierte Maskierung erzielen läßt, die man mit dem Lichtdruckverfahren unter Verwendung des Abdecklackes 24 erreichen kann. Für großflächigere und weniger feine Muster sind jedoch die Verfahren gemäß Fig. 2 vorzuziehen, da sie weniger kompliziert und kostspielig sind.

Das Gebilde gemäß Fig. 2 (B) wird in der gleichen Weise wie das Gebilde gemäß Fig. 1 (C) anodisiert. Dabei wird die Oberfläche der Aluminiumschicht 22 wegen ihrer höheren Leitfähigkeit zuerst anodisch oxydiert. Das hierbei gebildete isolierende Aluminiumoxid bewirkt sodann, daß der gesamte Anodisierungsstrom durch die freiliegende Tantalschicht 22 fließt.

Das Aluminium und sein Oxid werden wie im vorigen Fall entfernt, wobei man ein der Fig. 1 (F) entsprechendes Gebilde erhält. Sodann wird, wie im zuvor beschriebenen Beispiel, der obere Kontakt 16 bis 18 aufgebracht, wodurch man das Gebilde gemäß Fig. 1 (G) erhält.

In F i g. 2 (B) kann der Aluminiumfilm 22 auch vorteilhaft als Kontakt für die angrenzende freiliegende Tantalschicht 12 während der Anodisierung dienen, falls die Schicht 12 eine isolierte Tantalschicht bildet, deren Kontaktierung andernfalls Schwierigkeiten bereiten würde.

Das Maskierungsverfahren gemäß der Erfindung kann selbstverständlich in Verbindung mit jeder beliebigen Dünnfilm-Schaltungskonfiguration Anwendung finden, wo vorgegebene Metallbereiche anodisch oxydiert werden müssen. Tantal ist zur Verwendung als untere Metallschicht vorzuziehen; jedoch können an Stelle von Tantal auch andere Metalle, wie beispielsweise Wolfram und Titan verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur selektiven anodischen Oxydation vorgegebener Bereiche eines nicht aus Aluminium bestehenden Metallfilms, bei der Herstellung elektrischer Bauteile, insbesondere von Mikroschaltungen, wobei die nicht zu oxydierenden Bereiche mit einer Maske überzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumfilm als Maske aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der gesamten Fläche des Metallfilms ein Aluminiumfilm aufgedampft und an den zu oxydierenden Bereichen entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Entfernung der Aluminiummaskierung mit Hilfe des Lichtdruckverfahrens vorgenommen wird.