DE1615011C - Mit dünnen Filmen mehrlagig beschichtete Unterlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mit dünnen Filmen mehrlagig beschichtete Unterlage zur Herstellung integrierter Dünnfilmschaltungen im Rahmen einer .selektiven Ätzbehandlung, bei der die Widerstandsschicht dem Angriff eines die Kondensatorelektrodenschicht angreifenden Ätzmittels ausgesetzt ist, mit einer Mehrzahl auf der Unterlage in gleicher Ausdehnung niedergeschlagener Schichten einschließlich zumindest einer auf der Unterlage niedergeschlagenen Widerstandsschicht und einer leitenden Kondensatorelektrodenschicht, wobei die Widerstandsschicht und die Kondensatorelektrodenschicht aus einem filmbildenden, anodisierbaren Metall oder aus einer Verbindung eines solchen Metalls bestehen, nach Patent 1 615 010.

'i In Dünnfilmschaltungen empfiehlt sich. beispiels-' weise Tantalnitrid für Widerstandsstrecken, insbesondere wenn hohe Stabilität gefordert wird. Es ist aber für Kondensatordielektrika nicht so gut geeignet. Andererseits ist Tantal wegen seiner Anodisierbarkeit zur Bildung von Tantaloxid-Kondensatordielektrika geeigneter, es ist aber weniger geeignet für Widerstände, wenn hohe Stabilität gefordert wird. Deshalb empfehlen sich sowohl Tantal als auch Tantalnitrid für integrierte RC- oder RCL-Dünnfilmschaltungen.

Dünnfilmwiderstands- und Dünnfilmkondensatorbauteile sind allgemein bekannt, und sie sind schon häufig in integrierten i?CL-Schaltungen kombiniert worden. Die bekannten Herstellungsverfahren erfordem zum einen ein Niederschlagen der Filme in mehreren Schritten auf der Unterlage, wobei jedem einzelnen Niederschlagsschritt ein Ätzprozeß folgt,, und/oder erfordern sie zum andern, daß die Filme in bestimmter geometrischer Form niederge-'35 schlagen werden, d. h., es müssen Masken verwendet werden.

Beim ersterwähnten Verfahren muß zur Ätzung die beschichtete Unterlage jedesmal aus dem Vakuum entfernt werden, um dann danach erneut wieder in die Vakuumkammer zum Niederschlagen des nächsten Films eingebracht zu werden. Hierdurch ergeben sich ersichtlich Verunreingungsprobleme, die wegen der regelmäßig sehr strengen Reinheitsanforderungen nur schwierig und umständlich zu lösen sind, und es ergeben sich darüber hinaus auch Haftungsprobleme, die häufig nur durch zwischengeschaltete Haftschichten bewältigt werden können.

Bei der anderen bekannten Methode ist es vor allem schwierig, die erforderlichen Masken unter Vakuum so zu handhaben, daß eine genaue Ausrichtung der einzelnen Masken erhalten wird. Des weiteren neigen diese Masken dazu, einen aufgestäubten Film zu verunreinigen, sich unter Einwirkung der beim Aufstäuben frei werdenden Wärme zu verwerfen und dazu, daß von ihnen von früheren Äufstäubevorgängen herrührende Niederschläge abblättern.

Demgemäß geht das Hauptpatent zur Behebung dieser ganzen Schwierigkeiten von einer Unterlage der einleitend beschriebenen Art aus, bei der also alle Schichten ohne Unterbrechung des Vakuums nacheinander niedergeschlagen werden und erst danach die selektive Ätzbehandlung ausgeführt wird (vgl. französische Patentschrift 1300 771). Hier ergeben sich aber die Schwierigkeiten, daß — weil man aus den oben erläuterten Gründen nicht vollkommen frei in der Materialwahl für die einzelnen Schichten ist — in vielen Fällen kein vernünftiges Ätzmittel existiert, das nur die eine Schicht angreift, die andere aber unbehelligt läßt und umgekehrt. Es tritt also das Problem auf, was zu tun ist, wenn sowohl die Widerstands- als auch die Kondensatorelektrodenschicht einem Ätzmittelangriff bei der Erzeugung der Kondensatorelektrode unterliegen.

Nach der Hauptanmeldung ist dieses Problem dadurch gelöst, daß eine Ätzschutzschicht zwischen der Widerstands- und Kondensatorelektrodenschicht gelegen ist, die

a) entweder anodisierbar ist oder durch eine Anodisierung unbeeinflußt bleibt,

b) eine leitende Verbindung zwischen der Widerstands- und der Kondensatorelektrodenschicht bildet und

c) durch die die Kondensatorelektrodenschicht angreifenden Ätzmittel unbeeinflußt bleibt oder von diesen mit wesentlich geringerer Ätzgeschwindigkeit als die Kondensatorelektrodenschicht angegriffen wird.

Diese Unterlage kann daher beispielsweise in einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage hergestellt worden sein, in der sie zunächst eine Widerstandsschicht, ζ. B. eine Tantalnitridschicht, aufgestäubt erhält, dann eine Ätzschutzschicht, z. B. eine Tantalpentoxidschicht, gefolgt von einer Kondensatorelektrodenschicht, z. B. einer Tantalschicht, wonach sich Schichten anschließen, die für die Bildung von Verbindungsleitern, Induktivitäten und Anschlüssen sich eignen, z. B. Gold-, Kupfer- und Palladiumschichten usw.

Die nach dem Hauptpatent vorzugsweise als Ätzschutzschicht vorgesehene Tantalpentoxidschicht bringt wegen ihrer vergleichsweisen geringen Leitfähigkeit gewisse Schwierigkeiten mit sich, da der Stromweg zu jeder darunterliegenden Widerstandsstrecke über diese Tantalpentoxidschicht verläuft.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, diese durch eine Oxidschicht als Ätzschutzschicht eingeführten Probleme unter Beibehaltung aller der durch das Hauptpatent erzielbaren Vorteile zu vermeiden und insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß die dann aus solchen mehrlagig beschichteten Unter- . lagen hergestellten Kondensatorbauteile besonders niedrigen Verlustfaktor besitzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zwischen der Widerstands- und der Kondensatorelektrodenschicht gelegene Ätzschutzschicht aus hochleitendem, anodisierbarem Material besteht.

• Nach der vorliegenden Erfindung wird Tantalpentoxid oder ein sonstiges Metalloxid nicht als Ätzschutzsdhicht benötigt, vielmehr wird an Stelle dieser eine Schicht aus hochleitendem, anodisierbarem Metall, z. B. Aluminium, Niob usw. verwendet. Hieraus ergeben sich zählreiche Vorteile. Zunächst sei darauf hingewiesen, daß beispielsweise Aluminium etwa die 15fache Leitfähigkeit von Tantal besitzt. Es ist daher möglich, die durch die schlechte Leitfähigkeit der Tantalpentoxidschicht verursachten Schwierigkeiten zu überwinden, da das hochleitende, anodisierbare Metall wie Aluminium als ein Weg niedrigen Widerstands unter den Induktivitäts-Anschluß- und Leiterwegen, ebenso auch unter den Kondensatoren dient. Zwar könnte jedes leitende Metall diesen niedrigen

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Widerstand bereitstellen, soll aber die darüberlie- bis zu einer Dicke von etwa 1500 bis 1800 Ä niedergende Tantalschicht zur Bildung eines Tantal- geschlagen werden. Auf die Oberseite der Tantalpendoxid-Kondensatordielektrikums anodisiert wer- schicht können nachfolgend Metallschichten, z. B. den, so muß die trennende, hochleitende Metall- Kupferschichten, Goldschichten, Palladiumschichten, schicht anodisierbar sein, weil sie sonst· wegen ihrer 5 die sich für die Anschlußgebiete und, falls gewünscht, fortgesetzten Leitfähigkeit jegliche wirksame Anodi- für Leiterwege und Induktivitätsstreckeh eignen, sierung des Tantals verhindern würde. niedergeschlagen werden.

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen Da das Vakuum nicht unterbrochen wird, entfällt

ist ersichtlich, daß die Tantalschicht in erster Linie zu auch das Haftungsproblem. Wurde das Vakuum

dem Zweck niedergeschlagen wird, eine Schicht vor- io zwischen den einzelnen Niederschlagen unterbrochen,

zuse'hen, die nachfolgend zur Bildung eines Konden- so war es bisher notwendig, eine zusätzliche Schicht,

satordielektrikums mit Hilfe eines Anodisier- z. B. eine Nickel-Chrom-Schicht vorzusehen, damit

Prozesses oxydiert werden kann. Das restliche Tantal der Verband der Schichten verbessert wird. Eine

der Tantalschicht, die Aluminium- und die Tantal- solche Nickel-Chrom-Schicht kann jedoch bei der

nitridschicht bilden die untere Elektrode eines solchen 15 Erfindung entfallen. Daher kann eine Kupferschicht

Kondensators, und die unterste Schicht, die Tantal- direkt auf das Tantal zu dem Zweck niedergeschla-

nitridschicht, wird zur Bildung von Widerstands- gen werden, höhe Leitfähigkeit. zur Verfügung zu

strecken benutzt. haben, gefolgt von einer Palladiumschicht zur Ver-

Nach dem Hauptpatent wurde die Tantalschicht besserung der Lötbarkeit und als Schutz gegen Oxy-

etwa 3500 A dick niedergeschlagen. Dies war ao dation.

notwendig, weil die Tantalschicht nicht nur zur BiI- Es kann daher eine mit dünnen Filmen mehrlagig

dung der unteren Kondensatorelektrode vorgesehen beschichtete Unterlagein einem einzigen Durchgang

war, sie mußte darüber hinaus auch ausreichende in einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage

Dicke besitzen, um eine Oxydierung mit Hilfe eines hergestellt werden, wobei das Vakuum zwischen den

Anodisierprozesses zur Bildung eines Kondensator- 25 einzelnen Niederschlagsschritten für die verschiede-

dielektrikums zu ermöglichen. Nach der vorliegenden nen Schichten nicht unterbrochen werden muß und

Erfindung jedoch dient die Aluminiumschicht, zu- keine Masken für die mehrlagige Beschichtung er-

sammeri. mit der Tantalschicht, als eine Kondensator- forderlich sind. Die neue mehrlagig beschichtete

elektrode. Folglich muß die Tantalschicht lediglich Unterlage kann als Halbfertigerzeugnis an einem

in einer Dicke niedergeschlagen werden, die es er- 30 ersten Ort in Massenfertigung hergestellt werden und

möglicht, zur Bildung eines Kondensatordielektri- anschließend an andere Orte versandt werden, an

kums oxydiert werden zu können. Es wurde gefunden, denen die Weiterverarbeitung, also die selektive Ätz-

daß zu diesem Zweck die Dicke der Tantalschicht schrittfolge zur Herstellung der gewünschten inte-

lediglich etwa 1500 bis 1800A betragen muß. grierten Dünnfilmschaltung, vorgenommen werden

Da es wünschenswert ist, die mehrlagig beschich- 35 kann. Die mehrlagig beschichtete Unterlage kann also

tete Unterlage in einer kontinuierlich arbeitenden leicht in Massenfertigung hergestellt werden und da-

Vakuumanlage in einem einzigen Durchgang herzu- nach zur Erzeugung integrierter Dünnfilmschaltungen,

stellen, ist es wünschenswert, daß jede Schicht etwa z. B. integrierter ÄC-Dünnfilmschaltungen, einer se-

die gleiche Dicke besitzt. Da Aluminium ein ausrei- lektiven Ätzschrittfolge unterworfen werden. Dies

chend guter Leiter ist, um in Kombination mit der 40 könnte erreicht werden durch Aufbringen einer ersten

Tantalschicht als die untere Elektrode des Konden- ätzbeständigen Abdeckung (resist) auf denjenigen

sators dienen zu können, kann die Tantalschicht eine Oberflächenteilen, die die Anschlußgebiete und, falls

dünne Schicht sein, deren Dicke etwa gleich der gewünscht, leitende Stromwege repräsentieren. Sollen

Dicke der Aluminiumschicht und der Tantalnitrid- in der integrierten Schaltung Induktivitäten vorge-

sdhicht ist. Dies macht die beschichtete Unterlage für 45 sehen sein, so könnten diese zusammen mit den lei-

eine Massenanfertigung in einer kontinuierlich arbei- tenden Stromwegen gebildet werden. Die Induktivi-

tenden Vakuumanlage geeignet, da alle Unterlagen täten können daher entweder in der hochleitfähigen

des »laufenden Bandes« in praktisch gleich langen Anschlußschicht oder in der hochleitfähigen anodi-

Kammern gleich lang verbleiben können. sierbaren Schicht erzeugt werden. Anschließend

Die Unterlage unterliegt also einem einzigen Durch- 50 würde die beschichtete Unterlage einem ersten Ätzgang durch eine kontinuierlich arbeitende Vakuum- mittel unterworfen werden, das die frei liegenden anlage, in der eine Mehrzahl Schichten auf die Unter- Teile der Palladium- und Kupferschichten entfernt, lagen niedergeschlagen werden, und zwar je unter glei- Danach wird eine zweite ätzbeständige Abdeckung eher Flächenausdehnung und/oder als Vollflächen- zur Maskierung derjenigen Flächenteile aufgebracht, beschichtung; es entfällt daher die Notwendigkeit 55 die die unteren Kondensatorelektroden darstellen, jeglicher Maskierungen im Vakuum. Falls notwendig, diese zweite ätzbeständige Abdeckung könnte auch kann ein dünner Metalloxidfilm auf der Unterlage gleichfalls die Zwischenverbindungsstrecken maskieniedergeschlagen werden, so daß dieselbe vor einer ren. Die mehrlagig beschichtete Unterlage wird dann Unterschneidung geschützt wird; danach kann eine einem zweiten Ätzmittel unterworfen, das durch die Tantalnitridschicht (Ta₂N oder TaN) im Rahmen 60 Tantalschicht hindurchgeht und das darunterliegende eines kathodischen Zerstäubevorganges bis zu einer Aluminium angreift. Hiernach wird die Tantalschicht Dicke von 1200A niedergeschlagen werden; danach durch Entfernen des darunterliegenden Materials kann eine Schicht aus hochleitendem, anodisierbarem »weggeschwemmt«. Anschließend wird eine dritte Metall, z. B. Aluminium, durch kathodisches Zer- ätzbeständige Abdeckung auf diejenigen Oberflädienstäuben oder durch Aufdampfen bis zu einer Dicke 65 teile aufgebracht, die die Widerstandsstrecken bilden von etwa 2000 A niedergeschlagen werden. In einer sollen, gefolgt von einem weiteren Ätzschritt mit nachfolgenden Kammer der Anlage kann eine Tan- einem dritten Ätzmittel zur Bildung der Widerstandstalschicht durch einen kathodischen Zerstäubeprozeß strecken.

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Von der der vorstehend beschriebenen selektiven Ätzschrittfolge unterworfenen, mehrlagig beschichteten Unterlage kann dann die ätzbeständige Abdeckung entfernt werden, ebenso kann die Tantalschicht zur Bildung des aus Tantalpentoxid bestehenden Kondensatordielektrikums in bekannter Weise anodisiert werden, während die Tantalnitrid-Widerstandsstrekken im Rahmen einer Trimm-Anodisierung auf den Soliwert in bekannter Weise eingestellt werden können. Alternativ hierzu kann das Kondensatordielektrikum auf dem die untere Kondensatorelektrode darstellenden Tantalgebiet aufgebracht oder niedergeschlagen werden, falls dies an Stelle einer Anodisierungsbehandlung des Tantals gewünscht wird. Gold-Kondensatorgegenelektroden können dann in gleichfalls bekannter Weise aufgebracht werden.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. IA eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen, mit dünnen Filmen mehrlagig beschichteten Unterlage,

Fig. IB eine Schnittansicht der Pfeile IS-IS der Fig. IA,

Fig. 2A eine Draufsicht auf die mehrlagig beschichtete Unterlage zur Darstellung der auf die Anschlußgebiete aufgebrachten ersten ätzbeständigen Abdeckung sowie zur Darstellung der nach der ersten Ätzbehandlung erhaltenen Form der mehrlagig beschichteten Unterlage,

F i g. 2 B eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 2ß-2ßderFig. 2A,

Fig. 3A eine Draufsicht ähnlich der Fig. 2A zur Darstellung der zweiten ätzbeständigen Abdeckung, die auf die Anschlußgebiete, die Zwischenverbindungsstromwege und das zur Bildung eines Teils des Kondensators vorgesehene Gebiet aufgebracht ist, und zur Darstellung der resultierenden Form der mehrlagig beschichteten Unterlage nach Durchführung der zweiten Ätzbehandlung,

Fig. 3B eine Schnittansicht der sich nach der Ätzbehandlung ergebenden Form in Richtung der Pfeile 3B-3B der Fig. 3 A,

Fig. 4A eine Draufsicht auf die beschichtete Unterlage ähnlich der F i g. 3 A zur Darstellung einer dritten ätzbeständigen Abdeckung, die auf die Anschlußgebiete, die Zwischenverbindungsstromwege, das Kondensatorgebiet und die Widerstandsstrecken aufgebracht ist, und zur Darstellung der resultierenden Form nach Durchführung des dritten Ätzvorganges,

Fig. 4B eine Schnittansicht der resultierenden Form der mehrlagig beschichteten Unterlage in Richtung der Pfeile 4 B-A B der F i g. 4 A,

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Anordnung nach den Fig. 4A und 4B, nachdem die ganze ätzbeständige Abdeckung entfernt worden ist,

F i g. 6 eine Schnittansicht der Anordnung nach F i g. 5 und außerdem zur Darstellung derjenigen Teile des Kondensatorgebiets und der Widerstandsstrecken, die anodisiert worden sind,

Fig. 7A eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 6, aber nach erfolgter Abscheidung der Kondensatorgegenelektrode, und

Fig. 7B eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 7B-75derFig.7A.

Die im Zusammenhang mit der Erfindung zu verwendende Unterlage kann eine flache Glasscheibe, Keramikscheibe usw. sein, wie dies allgemein bekannt und nicht Bestandteil der Erfindung ist. Es sei bemerkt, daß die Unterlagen in der richtigen Weise gereinigt werden muß, damit sämtliche organische Verunreinigungen entfernt werden, bevor die Unterlage in eine kontinuierlich arbeitende Vakuumanlage der in »The Western Electric Engineer«aus April 1963, S. 9 bis 17, beschriebenen Art eingesetzt wird. Die verschiedenen Schichten können auf der • Unterlage 11 in verschiedenen Kammern niederge-

schlagen werden, und zwar mit Hilfe von Methoden, die allgemein bekannt sind, z. B. durch im Rahmen eines kathodischen Zerstäubungsprozesses erfolgendes Aufstäuben, durch Vakuumaufdampfung usw. Es sei bemerkt, daß zu Erläuterungszwecken sämtliche vertikalen Abmessungen der Schichten in den Zeichnungen stark vergrößert dargestellt sind.

I. Niederschlagschrittfolge zur Herstellung

der mit dünnen Filmen mehrlagig
beschichteten Unterlage

Wie nachstehend noch im einzelnen erläutert werden wird, wird die beschichtete Unterlage nach den F i g. 1A und 1B einer selektiven Ätzschrittfolge unterworfen. Wenn daher die verschiedenen Schichten 12,13,14 und 15 anfänglich auf der Unterlage 11 niedergeschlagen werden, können sie die ganze Oberfläche der Unterlage 11 bedecken und daher im wesentlichen gleiche Ausdehnung besitzen. Diese Vollflächenbeschichtung gestattet eine Massenproduktion der beschichteten Unterlage, da keine Maskierung oder spezielle geometrische Gestalt für die Schichten erforderlich ist, solange sich die Unterlage im Vakuum befindet. Es versteht sich daher, daß bei jedem der nachfolgenden Schritte die einzelnen Schichten auf ein im wesentlichen gleich großes Gebiet ohne Maskierung aufgebracht werden können. Jedoch können diese Schichten, falls dies gewünscht ist, selbstverständlich auch nur auf begrenzten Gebieten niedergeschlagen werden; die Schichten können auch in irgendwelchen anderen Anlagen, z. B. in diskontinuierlich arbeitenden Gefäßglockensystemen u. dgl. niedergeschlagen werden, oder mit Hilfe chemischer Dampfabscheidungseinrichtungen erzeugt werden.

Die wesentlichen Schichten der erfindungsgemäß mit dünnen Filmen mehrlagig beschichteten Unterlage sind in der Reihenfolge von der Unterlage 11 in Fig. IA und IB betrachtet

1. eine Widerstandsschicht 12, die ein Dünnfilmniederschlag aus .Tantalnitrid sein kann,

2. eine hochleitende, anodisierbare Schicht 13, die ein Dünnfilmniederschlag aus Aluminium, Niob usw. sein kann, und

3. eine Kondensatordielektrikumschicht 14, die ein Niederschlag aus Tantal sein kann.

Wenn die Widerstandsstrecken einer integrierten Schaltung durch die Anwendung eines dritten Ätzmittels auf die beschichtete Unterlage erzeugt werden sollen, ist es nur notwendig, ein Ätzmittel auszuwählen, das die Widerstandsschicht 12 angreift. Für den Fall, daß das dritte Ätzmittel so ausgewählt werden kann, daß es die Schicht 12 angreift, nicht aber zu Unterschneidungen an der Unterlage 11 führt, kann die Notwendigkeit einer Oxidschutzschicht auf der Unterlage 11 entfallen. Ist es jedoch

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erwünscht oder notwendig,, eine feinere Definition oder Begrenzung der Widerstandsstrecken zu erhalten, so kann es notwendig sein, als drittes Ätzmittel beispielsweise eine Mischung aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure zu verwenden, die die Unterlage 11 unterscheiden kann. Unter diesen Umständen kann es notwendig werden, auf der Unterlage 11 eine Oxidschutzschicht aus Tantalpentoxid bis zu einer Dicke von etwa 1000 A niederzuschlagen. Wenn daher aus irgendwelchen Gründen es wünschenswert sein sollte, eine Oxidschutzschicht direkt auf der Unterlage 11 vorzusehen, so kann dies getan werden. Der Einfachheit halber ist aber diese Oxidschutzschicht in den Figuren nicht dargestellt.

Eine Schicht 12, z. B. eine Tantalnitridschicht, wird durch direkt auf die Unterlage 11 erfolgendes Aufstäuben bis zu einer Dicke von etwa 1200 A niedergeschlagen. Für den Fall, daß eine Oxidschutzschicht verwendet wird, wird die Schicht 12 hierauf niedergeschlagen. Die Schicht 12 ist letzten Endes dafür vorgesehen, die Widerstandsstrecken zu bilden, sie wird hierin als Metallschicht, als Widerstandsschicht oder als Tantalnitridschicht je nach Zusammensetzung bezeichnet.

In der nächsten Kammer einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage wird mit Hilfe kathodischer Zerstäubung oder Aufdampfung eine Schicht 13 aus hochleitendem und anodisierbarem Material, z. B. aus Aluminium, etwa 2000 A dick niedergeschlagen. Es sei bemerkt, daß das Metall der Schicht 13 Aluminium, Niob oder irgendein anderes hochleitendes und anodisierbares Material sein kann. Diese Schicht 13 ist erfindungswesentlich. Da Aluminium, Niob usw. hohe Leitfähigkeiten besitzen, kann die Schicht 13 als ein Teil der unteren Elektrode des Kondensators dienen, die nachfolgende Tantalschicht 14 benötigt daher nur eine Minimaldicke, die ausreicht, damit die Tantalschicht 14 zur Bildung eines Kondensatordielektrikums anodisiert werden kann, da die Schicht 14 nicht die Funktion als Kondensatorelektrode zu übernehmen braucht. Daher ist die Zeitspanne, während derer die Unterlage in jeder Kammer für den Niederschlag der einzelnen Schichten zu verbleiben hat, im wesentlichen gleich lang, folglich ist eine Massenherstellung der mehrlagig beschichteten Unterlage am »laufenden Band« innerhalb einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage in einem einzigen Durchgang und in besonders einfacher Weise möglich.

Darüber hinaus stellt die hohe Leitfähigkeit der Schicht 13 einen Vorteil gegenüber der Verwendung von Tantalpentoxid dar, da der Widerstand des Kondensators, also der Kondensatorverlustfaktor, wesentlich reduziert wird. Diese Schicht 13 kann auch, falls dies gewünscht ist, zur Erzeugung von Induktionsstrecken herangezogen werden.

Die Unterlage 11 kann dann zur nächsten Kammer bewegt werden, in der eine Tantalschicht 14 etwa 1500 bis 1800 A dick aufgestäubt wird. Wie erwähnt, ist die Dicke der Tantalschicht 14 minimal, da diese Schicht in erster Linie zu dem Zweck niedergeschlagen wird, als das Kondensatordielektrikum dienen zu können, nachdem sie im Rahmen eines Anodisierprozesses oxydiert worden ist. Es sei ferner bemerkt, daß, da die Kondensatordielektrikumschicht 14 lediglich eine minimale Dicke besitzt, keinerlei Schwierigkeiten infolge unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten von Schicht 14 und Unterlage 11 auftreten.

Nach dem Hauptpatent hatte die Tantalschicht etwa 3500 A dick zu sein, da diese Schicht nachfolgend als eine Kondensatorelektrode dienen und darüber hinaus noch ausreichende Dicke für eine 5 Oxydation zur Verfügung stellen sollte, wobei der anoxydierte Teil als Kondensatordielektrikum· vorgesehen war. Im Gegensatz hierzu braucht die Tantalschicht 14 vorliegend nur so dick zu sein, daß sie die Funktion als Kondensatordielektrikum übernehmen

ίο kann (wenn ein solches im Einzelfall gewünscht sein sollte), da die hochleitende, anodisierbare Schicht 13 zusammen mit der Tantalnitridschicht 12 als die untere Kondensatorelektrode dienen kann. Da die Schicht 13 hochleitend ist und in innigem Kontakt mit der Tantalnitridschicht 12 besteht, können diese beiden Schichten die Funktion einer unteren Kondensatorelektrode übernehmen, ohne daß hierbei ein unerwünschter Widerstand in die Schaltung eingeführt würde. Folglich wird der Kondensator einen hohen Gütefaktor oder kleinen Verlustfaktor besitzen.

Es sei ferner bemerkt, daß die hohe Leitfähigkeit der Aluminiumschicht 13 es dieser Schicht gestattet, nachfolgend auch als Zwischenverbindungsstromwege und/oder als Induktionsstrecken dienen zu können, wobei außerdem eine Verbindung niedrigen Widerstands unter den Anschlußgebieten geschaffen wird.

Die Schicht 13 sollte, wie vorstehend erwähnt, ein hochleitendes Material sein. Muß jedoch die darüber- .

liegende Tantalschicht 14 nachfolgend zur Bildung eines Kondensatordielektrikums anodisiert werden, so muß die Schicht 13 gleichfalls anodisierbar sein, denn sonst würde sie wegen ihrer fortdauernden Leitfähigkeit jegliche wirksame Anodisierung der Tantalschicht 14 verhindern. Folglich muß die Schicht 13, wenn die Schicht 14 anodisiert werden soll, sowohl hochleitend als auch anodisierbar sein. Demgemäß ist beispielsweise Aluminium ein wünschenswertes Material für die Schicht 13.

Anschlußschichten 15 können nun auf die Tantalschicht 14 niedergeschlagen werden, damit die Anschluß- und/oder Kontaktgebiete für die' herzu-

' stellende integrierte i?C-Schaltung bereitgestellt werden. Es ist bekannt, Materialien vorzusehen, die gutes Haftvermögen, hohe Leitfähigkeit und gute Lötbarkeit besitzen, ebenso gegen Oxydation beständig sind. Typische Beispiele sind Chrom-Nickel für gutes Haftungsvermögen, Gold oder Kupfer für hohe Leitfähigkeit und Lötbarkeit und Palladium oder Gold für gute Oxydationsbeständigkeit. Bisher bestand das Problem, daß, wenn das Vakuum vor dem Zeitpunkt des Aufbringens dieser Schichten unterbrochen worden ist, sich schlechtes Haftungsvermögen einstellte. Es wurden daher haftungsverbessernde Materialien, z. B.

Chrom-Nickel, zur Erhöhung des Schichtenverbunds verwendet. Da vorliegend sämtliche für die mehrlagig beschichtete Unterlage benötigten Schichten in einem einzigen Durchgang in einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage aufgebracht werden können, ist das Haftungsproblem praktisch eliminiert. Folglich kann eine haftungsverbessernde Zwischenschicht, z. B. eine Nickel-Chrom-Schicht, entfallen. Die auf die Tantalschicht 14 niederzuschlagende Schicht muß daher lediglich die Eigenschaften haben, die im Hinblick für hohe Leitfähigkeit, gute Lötbarkeit und Oxydationsbeständigkcit verlangt werden. Die Anschlußschicht 15 der Zeichnung soll daher diejenigen Metalle darstellen, die diese für die Anschluß- und/

ono

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oder Kontaktgebiete geeigneten Eigenschaften be- daher, wie in den Fig. 3A und 3B dargestellt ist, sitzen. Es sei bemerkt, daß, da die Aluminiumschicht auf die gleichen Gebiete wieder aufgebracht werden, 13 hochleitend ist, dieselbe gleichfalls für Zwischen- die vorher von der ersten ätzbeständigen Abdeckung verbindungsstromwege, Induktionsstrecken, Kontakt- abgedeckt waren. Diese Gebiete sind mit 22 a und gebiete und Anschlußgebiete verwendet werden kann. 5 22 b bezeichnet. Wird die erste ätzbeständige AbWenn daher an der Tantalschicht 14 Zuleitungen be- deckung nicht entfernt, dann könnte die zweite ätzfestigt würden, so ist es möglich, auf die Schicht 15 beständige Abdeckung auch auf die erste ätzbestänzu verzichten. dige Abdeckung aufgetragen werden. Diejenigen Ge-

TT t> t. Ji j Li · Ι. ι:· i_x χ biete, für die* es gewünscht ist, daß die hochleitende

II. Behandlung der mehrlagig beschichteten _{w MetalIschicht 13} \_ls Zwischenverbindungsstromweg Unterlage im Rahmen einer selektiven Atzschnttfolge. _{dient? werdeQ gleichfalls von der zwe}iten ätzbestän-Obgleich zahllose Kombinationen aus Wider- digen Abdeckung betätigt. Dieses auf der Tantalständen, Kondensatoren aus der vorliegenden mehr- schicht 14 vorgesehene Gebiet ist in den F i g. 3 A lagig beschichteten Unterlage im Rahmen einer selek- und 3 B mit 22 c bezeichnet. Wie ausgeführt, könnten tiven Ätzschrittfolge hergestellt werden können, 15 im Falle einer vorhandenen Schicht 15 die Zwischensollen nachstehend an Hand der Zeichnung diejenigen verbindungsstromwege zusammen mit den AnSchritte beschrieben werden, die zur Herstellung einer Schlüssen 21a, 21 b hergestellt werden, während beim Schaltung, bestehend aus einem ÄC-Parallelglied in Fehlen einer solchen Schicht 15 die Anschlüsse Serie mit einem Widerstand, an einem zweiten Ort gleichzeitig mit den Zwischenverbindungsstromwegen unternommen werden müssen. so 22 c gebildet würden. Ebenso diejenigen Teile der

Auf die mehrlagig beschichtete Unterlage der Tantalschicht 14, die nachfolgend als Kondensator-F i g. IA und 1B wird anfänglich eine erste ätz- dielektrikum der integrierten i?C-Dünnfilmschaltung beständige Abdeckung 21 a, 21 b auf diejenigen Teile dienen sollen, werden von der zweiten ätzbeständigen der Schicht 15 aufgebracht, die für die Anschlüsse Abdeckung abgedeckt. Dieses Gebiet ist in den der beabsichtigten integrierten ÄC-Schaltung vor- as Fig. 3A und 3B mit 22d bezeichnet. Würden gesehen sind. Falls gewünscht, könnte die erste ätz- Induktivitätsstrecken herzustellen sein, so könnten beständige Abdeckung auch auf die Zwischenverbin- sie in der gleichen Weise gebildet sein, wie dies für dungsstromwege — dargestellt beispielsweise durch die Zwischenverbindungsstromwege beschrieben wordie gestrichelte Linie 21c— und/oder auf Induktivi- den ist.

tätsstrecken aufgebracht werden. Zu Erläuterungs- 30 Ein zweites Ätzmittel wird dahingehend ausgezwecken sei jedoch angenommen, daß die erste ätz- wählt, daß es die Tantalschicht 14 nicht direkt anbeständige Abdeckung nicht auf den für den Zwischen- greift, sondern dieselbe für einen Angriff der darverbindungsstromweg vorgesehenen Flächenteil auf- unterliegenden Aluminiumschicht 13 passiert, aber gebracht wird und daß die Bildung einer Induktivität die Widerstandsschicht 12 nicht angreift. Dieses nicht beabsichtigt ist. Für den Fall, daß die mehr- 35 Prinzip des »Unterschneidens« mit einem Ätzmittel lagig beschichtete Unterlage der Fig. IA und IB ist in der USA.-Patentschrift 3 205 555 beschrieben, nicht eine Schicht 15 besitzt, dann können die An- Typische Beispiele für das zweite Ätzmittel sind Salzschlußgebiete in der nachstehend für die Zwischen- säure oder zweinormale Natronlauge, angewandt bei verbindungsstromwege beschriebenen Weise erzeugt Raumtemperatur. Nachdem die Aluminiumschicht 13 werden. . 40 durch das zweite Ätzmittel abgeätzt worden ist, wird

Die erste ätzbeständige Abdeckung 21 α und~2~l& die Tantalschicht 14 als Folge der Unterschneidung ist eine für Metallätzung geeignete Abdeckung, z. B. weggeschwemmt. Die sich nach diesem Ätzvorgang Wachs oder Vinyl, wie dies bekannt ist. Ein erstes einstellende Form der mehrlagig beschichteten UnterÄtzmittel wird dahingehend ausgewählt, daß es die lage ist die in den Fig. 3 A und 3B dargestellte, frei liegenden Teile der Schicht 15 abätzt, aber nicht 45 Durch entsprechende Lösungsmittel kann nun die die Kondensatorelektrodenschicht 14, also die Tantal- zweite ätzbeständige Abdeckung 22 a, 22 b, 22 c und schicht, angreift. Als typisches Beispiel für das erste 22 d entfernt werden. Sämtliche Gebiete, die vorher Ätzmittel sei Ferrichlorid (Fe₂Cl₃) oder eine Korn- durch die zweite ätzbeständige Abdeckung abgedeckt bination aus Salpetersäure und Salzsäure (Königs- waren, werden nun durch eine dritte ätzbeständige wasser) genannt. Nach Anwendung des ersten Ätz- 50 Abdeckung abgedeckt, wie dies durch die Bezugsmittels ergibt sich die in den Fig. 2A und 2B dar- ziffern23α, 23b, 23c und 23d in den Fig. 4A und gestellte Form der mehrlagig beschichteten Unterlage; 4B dargestellt ist. Zusätzlich hierzu bedeckt die hieraus ist ersichtlich, daß die frei liegenden Teile der dritte ätzbeständige Abdeckung auch diejenigen Teile hochleitenden Schicht 15 entfernt worden sind. der Tantalnitridschicht 12, die für die Widerstands-

Es sei bemerkt, daß es schwierig ist, eine einzige 55 strecken vorgesehen sind. Diese Gebiete sind in den ätzbeständige Abdeckung zu wählen, die mehreren Fig. 4A und 4B mit 23e und 23/ bezeichnet. Anwendungen verschiedener Ätzmittel widerstehen Ein drittes Ätzmittel wird dahingehend ausgewählt,

kann. Ferner ist es die übliche Praxis, die für das je- daß es die frei liegenden Teile der Tantalnitridschicht weilige zu verwendende Ätzmittel und für die nach- 12 angreift. Typisches Ätzmittel hierfür würde heiße, folgende gewünschte oder erforderliche Wieder- 60 konzentrierte Natronlauge sein. Wie vorstehend erablösung geeignetste ätzbeständige Abdeckung aus- wähnt, könnte ebenfalls auch Fluorwasserstoffsäurezuwählen. Es wird daher in der nachfolgenden Be- Salpetersäure-Wasser-Mischung verwendet werden, Schreibung die erste ätzbeständige Abdeckung 21 für es kann dann aber wünschenswert sein, eine Oxiddas erste Ätzmittel verwendet, und nach dem Ätz- schutzschicht auf der Unterlage 11 unterhalb der schritt, nach dem Entfernen der bloßliegenden Teile 65 Tantalnitridschicht 12 zur Verfügung zu haben, so der Anschlußschicht 15, kann das erste Ätzmittel daß eine Unterschneidung verhindert wird. Das dritte durch geeignete Lösungsmittel entfernt werden. Ätzmittel ätzt die frei liegenden Teile der Tantal-

Eine zweite ätzbeständige Abdeckung 22 muß nitridschicht 12 ab, so daß die Widerstandswege ge-

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bildet werden. Die sich nach diesem Ätzschritt ergebende Form der mehrlagig beschichteten Unterlage ist die in den Fig. 4A und 4B dargestellte.

III. Weitere Behandlungsschritte

im Anschluß an die selektive Ätzschrittfolge

Die entsprechend den Ausführungen unter I hergestellte Unterlage (Fig. IA und IB) ist entsprechend den Ausführungen unter II einer selektiven Ätzschrittfolge mit dem Ziel unterworfen worden, die in den Fig. 4A und 4B dargestellte Form zu bilden. Die nachfolgenden Schritte des Anodisieren, des Niederschiagens der oberen Elektroden usw. sind sämtlich allgemein bekannt und werden daher nur kurz beschrieben.

Die dritte ätzbeständige Abdeckung 23 a, 236, 23 c, 23 e, 23 / wird mit Hilfe entsprechender Lösungsmittel entfernt, der Aufbau, ist dann der in F i g. 5 dargestellte. ao

Diejenigen frei liegenden Teile der Tantalnitridschicht 12, die die Widerstandsstrecken repräsentieren, nämlich diejenigen Gebiete, die mit den Teilen 23 e und 23/ der dritten ätzbeständigen Abdeckung bedeckt waren, werden nunmehr einer Trennanodisierung unterworfen, die ein Einstellen der Widerstandswerte auf den gewünschten Sollwert zum Ziel hat. Dies ist durch die Bezugsziffern 31 a und 316 in Fig. 6 und 7 dargestellt.

Ebenso werden diejenigen Teile der mehrlagig beschichteten Unterlage, die die unteren Kondensatorelektroden bilden, also derjenige Flächenteil, auf dem der Teil 23 d der dritten ätzbeständigen Abdeckung aufgebracht war, mit dem Ziel anodisiert, das Kondensatordielektrikum zu erzeugen. Dies ist durch die Bezugsziffer 32 in den Fig. 6 und 7A dargestellt. Es sei bemerkt, daß, da die Schicht 13 aus anodisierbarem Material, z. B. aus Aluminium besteht, die Tantalschicht 14 anodisiert werden kann, obgleich die Schicht 13 hochleitend ist. Alternativ zu dieser Anodisierung kann auch auf der unteren Elektrode in einem ähnlichen Gebiet, wie dies durch die Bezugsziffer 32 bezeichnet ist, ein dielektrisches Material niedergeschlagen werden. Danach können die obere Kondensatorelektrode sowie Zuleitungen zu einer der Anschlußgebiete in üblicher Weise niedergeschlagen werden, wie dies durch die Bezugsziffer 40inFig.7Aund7B dargestellt ist. Als obere Elektrode 40 wird Gold bevorzugt.

Die integrierte /?C-Dünnfilmschaltung der F i g. 7 A und 7 B hat linke und rechte Anschlüsse 15, und die elektrische Schaltung würde die folgende sein: Von der linken Anschlußschicht 15 über die Kondensatorelektrode 40, das Dielektrikum 32, die untere Kondensatorelektrode 14, 13, 12, den Widerstandsweg unter dem Oxid 31α, hoch über die Schichten 12, 13, 14 zum rechten Anschluß 15. Ein Widerstand unter dem Oxid 31 b liegt parallel zum Kondensator, und der Stromweg geht vom linken Anschluß 15 herab über die Schichten 14, 13, 12, über den Widerstandsweg unter dem Oxid 31 b und über den Zwischenverbindungsstromweg in der Aluminiumschicht 13 (das vorher durch den ätzbeständigen Abdeckungsteil 23 c bedeckte Gebiet) herab zur Widerstandsstrecke unter dem Oxid 31α und schließlich über die rechten Schichten 12, 13, 14 hoch zum rechten Anschluß 15.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine neuartige, mit dünnen Filmen mehrlagig beschichtete Unterlage verfügbar gemacht, die ohne Maskierung in einer kontinuierlich arbeitenden Vakuumanlage in einem einzigen Durchgang hergestellt werden kann, und zwar in Massenfertigung, wonach sich eine selektive Ätzschrittfolge zur Herstellung integrierter RC- oder ÄCL-Schaltungen anschließt. Es sei insbesondere bemerkt, daß die zwischen der Tantalschicht und der Tantalnitridschicht gelegene Aluminiumschicht hohe Leitfähigkeit besitzt, es kann daher praktisch sämtliches Material der Tantalschicht zur Herstellung des Kondensatordielektrikums verwendet werden. Die Aluminiumschicht kann sich als Teil der unteren Kondensatorplattierung bilden. Ferner ist, da Aluminium in innigem Kontakt mit der Tantalnitridschicht steht, ein minimaler Widerstand in den Kondensator eingeführt, folglich wird der Kondensator hohe Qualität und niedrigen Verlustfaktor besitzen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mit dünnen Filmen mehrlagig beschichtete Unterlage zur Herstellung integrierter Dünnfilmschaltungen im Rahmen einer selektiven Ätzbehandlung, bei der die Widerstandsschicht dem Angriff eines die Kondensatorelektrodenschicht angreifenden Ätzmittels ausgesetzt ist, mit einer Mehrzahl auf der Unterlage in gleicher Ausdehnung niedergeschlagener Schichten einschließlich zumindest einer auf der Unterlage niedergeschlagenen Widerstandsschicht und einer leitenden Kondensatorelektrodenschicht, wobei die Widerstandsschicht und die Kondensatorelektrodenschicht aus einem filmbildenden, anodisierbaren Metall oder aus einer Verbindung aus einem solchen Metall bestehen, nach Patent 1 615 010, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ätzschutzschicht (13) zwischen der Widerstands- (12) und der Kondensatorelektrodenschicht (14) gelegen ist, die aus hochleitendem, anodisierbarem Material besteht.

2. Beschichtete Unterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochleitende, anodisierbare Schicht (13) aus einem Material besteht, das mit einem durch die Kondensatorelektrodenschicht (14) durchgehenden Ätzmittel ätzbar ist.

3. Beschichtete Unterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (12) aus Tantalnitrid, die Kondensatorelektrodenschicht (14) aus Tantal und die hochleitende, anodisierbare Schicht (13) aus Aluminium oder Niob aufgebaut sind.

4. Beschichtete Unterlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken der Tantalschicht, der Aluminium- oder Niobschicht und der Tantalnitridschicht voneinander um weniger als 800 A abweichen.

5. Beschichtete Unterlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tantalnitridschicht etwa 1200 A dick niedergeschlagen ist, die Aluminiumschicht etwa 2000 A und die Tantalschicht etwa 1500 bis 1800 A.

6. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Dünnfilmschaltung aus der mehrlagig beschichteten Unterlage nach den Ansprüchen 1 bis 5 durch Maskierung derjenigen Oberflächenteile der Kondensatorelektrodenschicht, welche dafür vor-

1 615 Oil

gesehen sind, die schließlichen Teile von Kondensatoren und Zwischenverbindungen zu bilden, durch Ätzen der Kondensatorelektrodenschicht zum Erhalt einer Kondensatorelektrode, durch Maskierung und Ätzen der Widerstandsschicht zum Erhalt einer Widerstandsstrecke und durch Versehen der geätzten Kondensatorelektrode mit einer dielektrischen Beschichtung und einer Gegenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Maskierüngsschritt statt einer direkten

Ätzung der Kondensatorelektrodenschicht (14) ein Ätzmittel angewandt wird, das die hochleitende, anodisierbare Schicht (13) durch Hindurchpassieren durch die nicht maskierten Teile der Kondensatorelektrodenschicht angreift, nicht aber die Widerstandsschicht (12), und daß sodann diejenigen Teile der Kondensatorelektrodenschicht abgeschält werden, welche oberhalb der geätzten Gebiete der hochleitenden anodisierbaren Schicht gelegen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen