DE2151147B2

DE2151147B2 - Dünnschicht-Kondensator

Info

Publication number: DE2151147B2
Application number: DE2151147A
Authority: DE
Inventors: Michael C.J. Cowpland; David J. Dickinson
Original assignee: Microsystems International Ltd., Montreal, Quebec (Kanada)
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1971-10-14
Publication date: 1974-08-01
Also published as: DE2151147C3; DE2151147A1; CA923206A

Description

Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Kondensator mit einer ersten und zweiten jeweils einen Belag ,50 bildenden leitenden Schicht und einer dazwischenliegenden Schicht eines Dielektrikums, bei dem die erste leitende Schicht und eine zum elektrischen Anschluß der zweiten leitenden Schicht dienende Kontaktierungsschicht nebeneinander auf der Oberfläche eines Substrats aufgebracht sind, bei dem auf der ersten leitenden Schicht eine ihre Oberfläche und ihren, dem Rand der Kontaktierungsschicht gegenüberstehenden Randbereich bedeckende und hier bis zum Substrat reichende Schicht eines Dielektrikums vorgesehen ist, bei So dem die Ränder der aneinanderangrenzenden Bereiche der beiden direkt auf dem Substrat befindlichen Schichten durch die dielektrische Randschicht voneinander beabstandet sind und parallel zueinander verlaufen und bei dem auf der Schicht des Dielektrikums die zweite leitende Schicht aufgetragen ist, die in dem am Rand der Kontaktierungsschicht liegenden Bereich mit dieser elektrisch leitend verbunden ist.

Dünnschicht-Kondensatoren dieser Art sind aus den USA P enischriften 3 533 148,3 523 22! und 3 376 4« bekannt Man hat nun gefunden, daß einer der Haupt- *ründe für das Auftreten von Fehlern in bekannten Sf im Kondensatoren der ist, daß die aus GoIcI bestehende Oberschicht des Kondensators und die Ko_näktierungsschicht nicht kontinuierlich miteinander vernier sind Dies rührt daher, daß während des Aufbringen* die dielektrische Schicht dazu neigt einen Überhang rund um die Kanten oder Rander zu bilden. Es entsteht auch ein Kanal in dem Substrat um den Umfang der dielektrischen Schicht herum, der durch Anätzen des Substrats verursacht ist. Dieser Kanal muß von der goldenen Kontaktschicht überbrückt werden, damit Kontinuität nvt der goldenen oberen leitenden Schicht gesichert wird. Hier wird der Überhang der dielektrischen Schicht zum Problem, weil der Überhang dazu neigt, den Kanal abzuschirmen oder zu überschatten nämlich abzuschirmen gegen Aufbringen oder Niederschlagen der goldenen Kontaktschicht in dem K-mal im besonderen, wenn das Niederschlagen oder Aufbringen von hinten oder in Richtung von der Seite des Überhangs aus erfolgt; es besteht deshalb eine Tendenz für das Entstehen dünner oder sogar völlig unterbrochener oder diskontinuierlicher Flächen im Überhangsbereich. Wenn diese Flächen genügend groß sind, so führt dies zu inhärentem oder sofort auftretendem Defekt in der Verbindung wegen d«;s offenen Stromkreises (Unterbrecnungsstelle) zwischen der oberen leitenden Schicht und der Kontaktschicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das erwähnte Problem zu überwinden, und zwar durch Schaffen eines Verlaufes des Randes im Bereich des Überhangs des Dielektriums und der Kontaktfläche, der gewährleistet, daß. zwischen der niedergeschlagenen Kontaktierungsschicht und der zweiten leitenden Schicht eine ununterbrochene sichere elektrische Verbindung besteht.

Das Problem der Diskontinuität zwischen den beiden Schichten in dem obenerwähnte." Dünnfilm-Kondensator ist in stärkerem oder geringerem Ausmaß bei jeder Anordnung vorhanden, in welcher Kontinuität zwischen gestuften Leiterschichten gefordert wird. Dies ist im besonderen dann so, wenn die Stufe durch das vorangehende Bilden einer oder mehrerer Materialschichten, über welche die Leiterschicht aufgebracht werden soll, verursacht ist. Solche zuvor gebildeten Schichten werden mittels Niederschiagens und Ätzens hergestellt, wobei das Entstehen des im Substrat angeätzten Kanals rund um die Stufe herum fast unvermeidlich ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die auf dem Substrat verlaufende Randlinie der ersten leitenden Schicht innerhalb des an die Kontaktierungsschicht angrenzenden Bereiches und damit auch der hierzu parallele Rand der Kontaktierungsschicht eine Ein- oder Ausbuchtung besitzt, die so gestaltet ist, daß die Richtung der Rsindlinie bei deren Verlauf um die Ein- bzw. Ausbuchtung einen großen Winkelbereich überstreicht und daß der Rand der Dielektrikumsschicht und der zweiten leitenden Schicht in diesem Bereich die gleiche Form aufweisen.

Einbuchtungen der Randlinie der ersten leitenden Schicht sind zwar aus der USA-Patentschrift 3 523 221 bekannt; diese sind jedoch so ausgeführt, daß die Raiidlinie in dem der Kontaktierungsschicht der zweiten leitenden Schicht gegenüberstehenden Bereich gerade verläuft. Sie sind demnach zur Lösung der hier gestellten Aufgabe ungeeignet.

Gemäß der Erfindung wird also mit Hilfe einer geeignet ausgebildeten Maske das Aufbringen des Materials der gestuften Schicht auf die Kante so bewirkt, daß das Aufbringen in verschiedenen Richtungen erfolgt, so daß es unmöglich ist, daß eine kontinuierliche Lücke an der Stufe zwischen dem oberen und unteren Niveau des gestuften Schichtmaterials entsteht, gleichgültig welche Richtung das Niederschlagsmaterial zu nehmen trachtet. Mit anderen Worten: Durch Ausrichten der Kante der zuvor geformten Schicht in eine Anzahl von Richtungen wird mindestens ein wesentlicher Teil des Stufenbereichs bzw. des Stufenbereichsbelags kontinuierlich sein, und die Möglichkeit des Auftretens einer Stromkreisunterbrechung zwischen dem oberen Niveau und dem unteren Niveau der gestuften Schicht sind deshalb wesentlich vermindert.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Beispiels beschrieben, und zwar in Zusammenhang mit der Zeichnung, in welcher

F 1 g. f ein teilweise abgebrochener oder abgeschnittener perspektivischer Blick auf den Dünnschicht-Kondensator gemäß der Erfindung isi, während

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie H-Il der F i g. I bei einem bekannten Kondensator darstellt und wobei

F i g. 3, 4, 5 und 6 Draufsichten von oben auf Kon- s$ densatoren gemäß der Erfindung sind und wobei schließlich

F i g. 7 ein Querschnitt durch den Winkel \ der F i g. 5 ist.

Ein Dünnschicht-Kondensator gemäl? F i g. 1 umfaßt ein Glas-Substrat 10, eine erste leitende Schicht 11. eine dielektrische Schicht 12, aufgebracht auf die genannte Schicht 11, und eine zweite leitende Schicht 13, aufgebracht auf der Schicht 12. Bei diesem besonderen Beispiel ist die untere leitende Schicht 11 Tantal, das Dielektrikum 12 ist Tantaloxyd, und die zweite leitende Schicht 13 ist Gold. Man sieht, daß dann, wenn die zweite leitende Schicht 13 niedergeschlagen ist. die Maske so gestaltet sein muß, daß der Niederschlag der Schicht 13 sich bis zu einer Kontaktierungsschicht 14 erstreckt.

Man sieht in F i g. 2, wie der leichte Überhang (in der Zeichnung sehr übertrieben dargestellt), der sich beim Niederschlagen des Dielektrikums 12 bildet, dazu tendiert, den Kanal 15 abzuschirmen, wobei dieser durch das normale Anätzen des Substrats 10 entstanden ist. Die gestrichelte Linie zeigt den Randbereich, den die Goldschicht 13 besitzen müßte, um kontinuierlich mit der Kontaktierungsschicht 14 verbunden zu sein. Tatsächlich, so wie in der Zeichnung gezeigt, kann aber infolge des Überhangs eine Lücke zwischen den Schichten 13 und 14 entstehen. Wenn diese Lücke sich über die ganze Breite der Kontaktierungsschicht 14 erstreckt, dann ist eine Unterbrechung der elektrischen Verbindung die Folge.

In Fig.3 sieht man eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der der Rand 17 der zweiten leitenden Schicht an der oberen Kante des Überhangs Omega-Form aufweist (siehe F i g. 2). Die gestrichelte Linie 16 zeigt den Umfang der Basis, den Verlauf des Randes öo der zweiten leitenden Schicht auf dem Substrat 10 (siehe F i g. 2). Wenn man die Kanten A und öder Kontaktierungsschicht 14 als Referenzpunkte nimmt, dann sieht man, daß die Richtung der Linie des Randes 17 zwischen diesen Punkten A und B volle 360° überstreicht. Dadurch ist gleichgültig, welche Orientierungsrichtung das Material beim Aufbringen der zweiten leitenden Schicht und der Kontaklierungssehicht hat, sichergestellt, daß der Überhang nicht über seine ganze Ausdehnung abgeschattet ist. Er wird einwandfrei mindestens über einen wesentlichen Teil beschichtet, so daß eine sichere elektrische Verbindung zwischen Schicht 13 und der Kontaktierungsschicht 14 entsteht.

Fig.4, 5 und 6 zeigen alternative Ausführungsformen für den Verlauf des Randes 17. In Fig.4 ist wiederum eine Omega-Form des Randverlaufes aufgezeigt, die sich hier aber in die den Bereich der Kontaktierungsschicht 14 erstreckt. In F i g. 5 ist eine Art Sternform gezeigt, die sich in das Bauteil erstreckt, und in F i g. 6 ist der Verlauf des Randes 17 T-förmig gestaltet, er erstreckt sich in den Bereich der Kontaktierungsschicht 14 hinein. Bei der Ausführungsform nach der F i g. 4 verläuft die Linie des Randes 17 über 360° entsprechend der Ausführung nach F i g. 3. Bei der in F i g 5 aufgezeigten Ausführung ergeben sich sieben Orientierungsrichtungen, wi-. durch die Pfeile gezeigt, enthaltend sechs 45°-Winkei i'id einen 90°-Winkel. Fig.6 zeigt vier Orientierungsrichtungen, gegenseitig unter rechten Winkeln. Die Ausführungen der F i g. 3 und 4 ergeben ein maximales Beschichten des Überhangs dank des 360°-Winkels. Also ist es ersichtlich, daß dank den verschiedenen Richtungskomponenten des Schichtmaterials während des Aufbringens die Wahrscheinlichkeit einer maximalen Beschichtung des Übergangs mit der Anzahl der Orientierungsrichtungen u'^:chst. Also würde die Ausführung nach Fig. 4 wirksamer sein als diejenige nach F i g. 5, weiche wiederum besser sein würde als diejenige nach F i g. 6.

Die in F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungen haben einen gewissen Nachteil im Vergleich mit denen der F i g. 3 und 4. Man kann sehen, daß die Umfangskonturen des Randes 17 in F i g. 5 und 6 spitze Winkel enthalten. In F i g. 7 zeigen die gestrichenen Linien die Außenkanten der Schichten 11 und 12 an einem dieser spitzen Winkel (beispielsweise Winkel at der F i g. 5) vor dem Aufbringen der Schicht 13. Bei der Behandlung des Schichtkörpers zwischen dem Aufbringen der Schichten 12 und 13 kann die scharfe Kante 17a unbeabsichtigt abbrechen, so daß sich ein Profil 18 ergibt. Hierdurch wird oie erste leitende Schicht 11 freigelegt, und beim Aufbringen der Schicht 13 entsteht Kurzschluß in dem durch den Kreis bezeichneten Bereich S zwischen den Schichten 11 und 13. Also ist es vorzuzie hen, scharfe Winkel in der Umfangskontur zu vermeiden. Dies is': jedoch eine rein praktische Erwägung, welche in gar keiner Weise die Wirksamkeit der Ausbildungen der F i g. 5 und 6 beeinträchtigt, soweit dies die Erfindung betrifft. Wenn beim Behandeln des Schichtkörper zwischen dem Auibringen der Schichten 12 und 13 genügende Vorsicht wJtet, ist die Wahrscheinlichkeit des Eintretens von Schäden an den Kanten 17a sehr gering oder überhaupt beseitigt.

Man hat gefunden, daß die Herstellung von Dünnschicht-Kondensatoren gemäß der Erfindung die Ausbeute um bis zu 20% über konventionelle Methoden hinaus verbessert und außerdem die Zuverlässigkeit solcher Kondensatoren erheblich verbessert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dünnschicht-Kondensator mit einer ersten und zweiten jeweils einen Belag bildenden leitenden Schicht und einer dazwischenliegenden Schicht eines Dielektrikums, bei dem die erste leitende Schicht und eine zum elektrischen Anschluß der zweiten leitenden Schicht dienende Kontaktierungsschicht nebeneinander auf der Oberfläche to eines Substrats aufgebracht sind, bei dem auf der ersten leitenden Schicht eine ihre Oberfläche und ihren, dem Rand der Kontaktierungsschicht gegenüberstehenden Randbereich bedeckende und hier bis zum Substrat reichende Schicht eines Dielektrikums vorgesehen ist, bei dem die Ränder der aneinandergrenzenden Bereiche der beiden direkt auf dem Substrat befindlichen Schichten durch die dielektrische Randschicht voneinander beabstandet sind und parallel zueinander verlaufen und bei dem ao auf der Schicht des Dielektrikums die zweite leitende Schicht aufgetragen ist, die in dem am Rand der Kontaktierungsschicht liegenden Bereich mit dieser elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Substrat verlaufende Randlinie der ersten leitenden Schicht innerhalb des an die Kontaktierungsschicht angrenzenden Bereiches und damit auch der hierzu parallele Rand der Kontaktierungsschicht eine Ein- oder Ausbuchtung besitzt, die so gestaltet ist. daß die Richtung der Randlinie be·! deren Verlauf um die Ein- bzw. Ausbuchtung einen großen Winkelbereich überstreicht und daß der Rand der Dielektrikumsschicht und der der zweiten leitenden Schicht in diesem Bereich die gleiche Fo-τη ; lfweisen.

2. Dünnschicht-Kondensator nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsschicht und die zweite leitende Schicht einstückig sind und die zweite leitende Schicht eine homogene und kontinuierliche Fortsetzung der Kontaktierungsschicht darstellt.

3. Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- bzw. Ausbuchtungen im wesentlichen omega-förmig ausgebildet sind.

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