DE2155056A1 - Verfahren zur Herstellung einer Tantalnitrid-Dünnschichtschaltung - Google Patents

Description

LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES 89, rue de la Faisanderie
Paris I6e/Frankreich

Unser Zeichen: L 882

Verfahren zur Herstellung einer Tantalnitrid-Dünnschichtschaltung

Die Erfindung betrifft die Anbringung ohmscher Kontakte auf Dünnschichtschaltungen und insbesondere auf Schaltungen, deren Elemente aus Tantal und/oder einer Tantalverbindung, z.B. dem Oxid, dem Nitrid usw. bestehen. Solche Schaltungen sind dem Fachmann bekannt und aus Widerständen, Kondensatoren, Induktanzen bestehende, nach dieser Technologie hergestellte Systeme sind insbesondere in der französischen Patentschrift 1 462 496 beschrieben. Die vorliegende Erfindung betrifft die Anbringung eines ohmschen Kontakts guter elektrischer und mechanischer Qualität an nach der vorstehenden Methode hergestellten Widerstandschaltungen, in welchen aus bekannten Stabilitätsgründen das Widerstandsnetz aus einer aus einer Tantalnitridschicht

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ausgeschnittenen Bahn besteht. Die französischen Patentschrift 1 554 759 betrifft die Herstellung lokalisierter Edelmetallkontakte auf einer aus einer Tantalschicht bestehenden Schaltung. Die Anwendung des Verfahrens nach dieser Patentschrift führt, wenn man die TaniaLschicht durch eine Nitridschicht ersetzt, zu unzuverlässigen Ergebnissen, insbesondere bei einer Serienherstellung.

Die Erfindung betrifft im wesentlichen ein Verfahren zur zuverlässigen Anbringung ohmscher Kontakte mit großer mechanischer Widerstandsfähigkeit in aus Tantalfe nitridbahnen bestehenden Schaltungen.

Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen durch die Verwendung einer Unterschicht aus nicht-nitridiertem metallischem Tantal zwischen der Tantalnitridschaltung und dem den Kontakt bildenden Edelmetall. Diese Unterschicht dient ausschliesslichder Gewährleistung einer mechanischen Verhaftung des Metalls des Kontakts an der Tantalnitridschicht. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Tantalzwischenschicht auch dazu dienen, die YTiderstände der Schaltung einzustellen und/oder zu passivieren. Die Anbringung ohmscher Kontakte gemäß der Erfindung kann in technischem ^aßstab durch P aufeinanderfolgende Abscheidungen der gesamten, die Schaltung darstellenden Schichten und ihrer Anschlüße auf der gesamten Substratoberfläche und und anschliessende selektive Gravierung der verschiedenen Schichten erfolgen. Diese bevorzugte Ausführungsform, die den Gegenstand der vorliegenden Beschreibung bildet, ermöglicht eine weitgehende Mechanisierung der Herstellung und gewährleistet eine sehr große Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit. Der Hauptgrund dafür besteht darin, daß die verschiedenen dünnen, die gesamte Schaltung bildenden

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Schichten nacheinander in der gleichen Apparatur ohne Unterbrechung des Vakuums abgeschieden werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlichen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1-4 die verschiedenen Stufen der zur Anbringung von Kontakten gemäß der Erfindung an einer Widerstandsschaltung führenden Herstellung,

Fig. 5 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 u. 7 Anwendungen des erfindungsgemässen Verfahrens auf eine Hybridschaltung bzw. eine R-C-Schaltung.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht einer aus einem isolierenden Substrat 1, z.B. aus Glas bestehenden Schaltung, wobei dieses Substrat die zur Herstellung der Schaltung erforderlichen gesamten Dünnfilme auf der Gesamtheit seiner Oberfläche trägt. Diese Filme bestehen nacheinander, ausgehend von dem Substrat 1, aus einem Film 2 aus Tantalp ent oxid, der lediglich das Substrat 1 gegen die später zum Angriff verschiedener darüber befindlicher Schichten verwendeten Reagentien schützen soll. Diese Schutzschicht ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 317 005 beschrieben. Die Tantalpentoxidschicht kann durch reaktive

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Katodenzerstäubung einer Tantalscheibe in einem Behälter, in welchem ein partieller Sauerstoffdruck herrscht, hergestellt werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die zweite auf dem Substrat 1 abgeschiedene Schicht ist eine Tantalnitridschicht 3> welche die Widerstandsbahn der Schaltung bilden soll. Diese Schicht wird beispielsweise durch reaktive Katodenzerstäubung von Tantal in einem Behälter, in dem ein partieller Stickstoffdruck herrscht, erhalten. Wie man sieht, können die Schichten 2 und 3 leicht in dem gleichen Behälter ausgehend von ein und demselben Aufprallseheibchen hergestellt werden, wobei die üblichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Reinheit der Gasmedien während der aufeinanderfolgenden reaktiven Katodenzerstäubungen zu gewährleisten. Die Dicke der Schichten 2 und 3 liegt in der Größenordnung von Angström. Die -Schicht 4 ist eine dünnere Schicht (etwa 100 Angström) aus reinem Tantal, die beispielsweise nach der gleichen Methode wie die vorhergehenden Schichten, jedoch in Abwesenheit von aktivem Gas erhalten wurde. Die Schicht 5 ist eine zusammenhängende Metallschicht, welche den öhmschen Kontakt mit der Widerstandsbahn herstellen soll; dieses Metall ist meistens Gold. Die Schicht 5 kann ebenfalls durch Katodenzerstäubung eines Metallscheibchens in nicht-aktiver Atmosphäre erhalten werden. Die Schichten 2, 3, 4 und 5 stellen die Gesamtheit der zur Herstellung der Widerstandsschaltung und ihrer Kontakte erforderlichen Schichten dar. Es ist deshalb nicht mehr nötig, in irgendeinem Stadium der Herstellung der Schaltung das Substrat in einen Vakuumbehälter einzuführen. Die späteren Maßnahmen der Abscheidung von Maskierungen und des chemischen Angriffs können bei Atmosphärendruck durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch die Gravierung des aus dem Goldfilm 5 von Fig. 1 bestehenden Kontakts. Die Anbringung

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dieses Kontakts umfaßt eine Folge von dem Fachmann bekannten Verfahrensschritten, die wie folgt zusammengefaßt werden können: Man scheidet auf den Bereichen, an denen die Kontakte angebracht werden sollen, eine Maske 6 ab, wobei man von einer zusammenhängenden, auf der gesamten Schicht 5 abgeschiedenen, lichtempfindlichen Harzschicht ausgeht, die durch einen fotografischen Film belichtet wurde. Die nicht gewünschten Teile der Harzschicht werden dann auf bekannte Weise entfernt. Die Schicht 5 wird dann mit einem geeigneten Reagens behandelt, welches die Teile des die Schicht 5 bildenden Metalls, welche nicht durch die Maskierung 6 geschützt sind, weglöst. Das Reagens soll die Schicht 4 nicht angreifen. In dem vorstehenden Beispiel kann dieses Reagens Königswasser sein, welches Gold ohne Angriff des Tantals löst. Die Maskierung 6 wird dann auf beliebige bekannte Weise entfernt und man erhält das schematisch in Fig. 3 dargestellte Gebilde. Die Kontakte sind mit 5 ^ und 5₂ bezeichnet.

Es folgt dann die Gravierung der gewünschten Widerstandsbahn unter Wiederholung der vorstehend in Bezug auf die Gravierung der Schicht 5 beschriebenen Verfahrensstufen. Mit 7 ist die Maskierung bezeichnet, welche die die Widerstandsschaltung bildende Bahn schützen soll. Das zum Angriff verwendete Reagens wird so gewählt, daß gleichzeitig die Tantalschicht und die Tantalnitridschicht entfernt werden. Zu diesem Zweck eignet sich bekanntlich ein Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure. Nach Entfernung der Maskierung 7 liegt die Schaltung in der in Fig. 4 dargestellten Form vor. Wie vorstehend gesagt wurde, dient die Schicht 2 ausschließlich zum Schutz des Substrats 1 während dieses Säureangriffs. Bei Verwendung anderer Reagenzien kann

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sie weggelassen werden. Die Widerstandsbahn, besteht im wesentlichen somit aus einer in die Tantalnitridschicht 3:* eingravierten Bahn, die von einer Tantalschicht überlagert ist. Wegen der geringen Dicke dieser letzteren beeinflußt diese nicht die Stabilität des erhaltenen Widerstandswerts. Im Gegenteil ermöglicht ihre Anwesenheit eine leichtere Einstellung des Widerstands der Schaltung auf den gewünschten Wert nach der Gravierung,durch anodische Oxydation der Schicht 4, wie dies in der französischen Patentschrift 1 270 210 und der französischen Patentschrift 1 554 760 erläutert ist.

Die erfindungsgemäß erhaltenen Schaltungen besitzen eine sehr gute Qualität der ohmschen Kontakte 5 sowohl in elektrischer als auch in mechanischer Beziehung. In einem besonderen Beispiel hält ein Golddraht mit einem Durchmesser von 25 Mikron, der durch Thermokompression an einen erfindüngsgemäß erhaltenen Kontakt angeschweißt wurde, eine Zugspannung von 6g aus.

Die Fig. 5 zeigt die verschiedenen Verfahrensstufen der Anbringung ohmscher Kontakte an Dünnschichtschaltungen gemäß der Erfindung. Mit 10 ist die Präparierung des Substrats ( polieren, reinigen usw. ) angegeben, was bezweckt, daß mindestens eine der Substratflächen die für die Abscheidung dünner Schichten erforderlichen Eigenschaften besitzt. Die folgende Verfahrensstufe 11 besteht in einer Abscheidung der die Dünnschicht schaltung darstellenden Schichten auf der gesamten Oberfläche des Substrats, wobei diese Schichten· in der für die spätere Behandlung günstigsten Reihenfolge abgeschieden werden; die letzte oberste Schicht besteht aus einenxaus dem Metall

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der Kontakte hergestellten Metallfilm. Mit 12 ist die Gravierung der Metallschicht bezeichnet, was zur Entfernung des Metalls von der Oberfläche der Schaltung mit Ausnahme der genauen Kontaktbereiche führt. Nach erfolgter Anbringung der Kontakte erfolgen bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die chemischen Angriffe zur Gravierung der eigentlichen Schaltung. Diese Verfahrensschritte hängen von der Art der gewünschten Schaltung ab. Nach Fertigstellung der Schaltung dienen die Kontakte zum Verschweißen der Schaltung mit äußeren Elementen je nach der beabsichtigten Verwendungsart. In Fig. 6 ist eine Hybridschaltung dargestellt, die außer der Dünnschichtschaltung noch an der Schaltung angebrachte aktive Elemente besitzt. Die verschiedenen der Schaltung von Fig.6 und derjenigen von Fig. 1 bis gemeinsamen Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. So dient der Kontakt 5* der Schaltung von Fig. der Verbindung der Widerstandsschaltung mit einem aktiven Element, z.B. einem Transistor, der im wesentlichen aus einer kleinen Halbleiterbelegung, beispielsweise aus Silizium,besteht. Die Schweißverbindung zwischen der Widerstandsschaltung und dem Transistor 20 erfolgt beispielsweise durch bekannte Legierungsbildung. Die erfindungsgemäße Verwendung einer Tantalschicht 4 zwischen der Nitridschicht 3 und den Kontakten 5^ und ermöglicht eine beträchtliche Verbesserung der Verschweißung des Elements 20. Tatsächlich zeigt die Erfahrung, daß in Abwesenheit dieser Trennschicht das Gold nicht ausrei- ■ chend an dem Tantalnitrid haftet, um der im Augenblick der Bildung der Gold-Siliziumlegierung ausgeübten Anziehung zu widerstehen. Nahezu die Gesamtheit des den Kontakt 5* bildenden Goldes wird dann von der Belegung 20 absorbiert und diese wird nicht mit der Schaltung verschweißt. Die Tantalschicht hält hingegen genügend

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Gold zurück, um diesen Nachteil zu vermeiden.

Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellte Anschlüsse aufweisenden Schaltung, wobei die Schaltung vollständig aus Dünnfilmen besteht, die Jedoch eine R-C-Schaltung bilden. Unter diesen Bedingungen stellt der Kontakt 5>j der Schaltung von Fig. 4, welche ja nur Widerstände aufweist, die untere Elektrode eines Dünnfilmkondensators dar. Mit 21 bzw. 22 ist das Dielektrikum und die Gegenelektrode dieses Kondensators bezeichnet, die sich mit der Widerstandsschaltung durch die Elektrode 5^ in Verbindung befinden. Die Belegungen 21 und 22 werden durch aufeinanderfolgende Abscheidung eines Dielektrikums und eines Leiters durch eine Maskierung hindurch, beispielsweise durch Katodenzerstäubung, erhalten.

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Claims (5)

1. Pat entansprüche

   Verfahren zur Herstellung einer Tantalnitrid-Dünnschichtschaltung auf einem isolierenden Substrat mit lokalisierten Edelmetallkontakten, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abscheidung der zusammenhängenden Tantalnitridschicht auf dem Substrat eine zusammenhängende Schicht aus reinem Tantal und ein zusammenhängender Film aus dem Metall der Kontakte abgeschieden wird, und daß diese Kontakte anschließend durch Gravierung des letzteren Films erhalten werden, während die Schaltung durch Gravierung der beiden ersteren Schichten gebildet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammenhängende Film und die Zwischenschicht aus Tantal nacheinander in ein und demselben Vakuumbehälter auf dem Substrat abgeschieden werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammenhängende Film, die Zwischenschicht aus Tantal und die Tantalnitridschicht nacheinander in ein und demselben Vakuumbehälter abgeschieden werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, daß der zusammenhängende Film aus Gold besteht.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tantalzwischenschicht eine Dicke in der Größenordnung von 100 Angström besitzt.

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