DE2155056C3 - Verfahren zur Herstellung einer Tantalnitrid-Dünnschicht-Widerstandsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tantalnitrid-Dünnschichtwiderstandsschaltung auf einem isolierenden Substrat mit lokalisierten Goldkontakten, bei dem man auf das Substrat, gegebenenfalls nach dem Aufbringen einer Tantalpentoxid-Zwischenschicht, eine durchgehende Widerstandsschicht aus Tantalnitrid sowie eine durchgehende Goldkontaktschicht aufbringt und die aufgebrachten Schichten anschließend zur Herstellung der Goldkontakte und der Dünnschicht-Widerstandsschaltung selektiv bis auf das Substrat bzw. die Tantalpentoxid-Zwischenschicht ätzt.

Ein derartiges Verfahren ist aus den britischen Patentschriften 1130341 und 1125394 bekannt. Die Herstellung von Dünnschicht-Widerstandsschaltungen, die auf einem Substrat Schichten aus Tantal und/ode:r einer Tantalverbindung, wie z. B. dem Oxid oder Nitrid, aufweisen, sind aus der französischen Patentschrift 14 62 496 bereits bekannt. Aus der französischen Patentschrift 15 54 759 ist es ferner bekannt, lokalisierte Edelmetallkontakte auf eine aus einer Tantalschicht bestehende Schaltung aufzubringen.

Bei Tantalnitrid-Dünnschichtwiderstandsschaltungen, die nach den in den britischen Patentschriften 11 30 341 und 11 25 394 angegebenen Verfahren hergestellt wurden, hat sich jedoch gezeigt, daß der Goldkontakt nicht ausreichend fest auf der Tantalnitrid-Widerstandsschicht haftet. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 08 394 war es lediglich bekannt, daß die Haftfestigkeit zwischen einer Pd-Schicht und einer NiCr-Widerstandsschicht durch eine Cr-Zwischenschicht verbessert werden kann. In der deutschen Offenlegungsschrift 18 08 579 wird zwar darauf hingewiesen, daß Tantalschichten üblicherweise mit Goldkontakten kontaktierbar sind, daraus geht jedoch auch hervor, daß die Haftung zwischen den Goldkontakten und der Tantalschicht offenbar nicht ausreichend ist, weil darin die Verwendung einer Kupferschicht zwischen diesen beiden Schichten empfohlen wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzüentvvickeln, daß die Härtung des Goldkontaktes auf einer Tantalnitrid-Widerstandsschicht über das bisher erzielbare Ausmaß hinaus verbessert wird, so daß eine technisch problemlose und feste Verankerung des aus technischen Gründen erwünschten Goldkontaktes auf der Tantalnitrid-Widerstandsschicht ermöglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß man zwischen der Widerstandsschicht aus Tantalnitrid und der Goldkontaktschicht eine durchgehende Schicht aus reinem Tantal in einer Dicke von 10 nm aufbringt und in gleichem Umfange wie die Widerstandsschicht und die Goldkontaktschicht seleltiv ät/t.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es durch Verwendung einer Tantalhaftschicht möglich, die bei Tantalnitrid-Dünnschichtwiderständen auftretenden Haftungsprobleme beim Aufbringen von Goldkontakten zu beseitigen, wodurch es möglich ist, auf technisch einfache und wirksame Weise die aus technischen Gründen erwünschten Goldkontakte problemlos und fest auf der Tantalnitrid-Dünnschicht widerstandsschicht zu verankern.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung werden sämtliche Schichten, d. h. die Tantalnitrid-Widerstandsschicht, die Tantal-Haftschichi und die Goldkontaktschicht, nacheinander in dem gleichen Vakuumbehälter auf dem Substrat abgeschieden. Dadurch ist es möglich, die Herstellung vor Tantalnitrid-Dünnschichtwiderstandsschaltungen weitgehend zu mechanisieren und eine große Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit in bezug auf das gewünschte Endprodukt zu erreichen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahm« auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 bis 4 die verschiedenen Stufen des erfindungs gemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Tantalnitrid Dünnschichtwiderstandsschaltung mit Goldkontakten, F i g. 5 ein F'ießdiagramm einer Ausführungsform de< Verfahrens der Erfindung und

Fig. 6 und 7 Anwendungen des erfindungsgemäßer Verfahrens auf die Herstellung einer Hybridschaltung bzw. einer Widerstands-Kondensator-Schaltung (RC Schaltung).

Die Fig. 1 zeigt eine Dünnschicht-Widerstandsschal tung mit einem isolierenden Substrat 1, das beispielswei se aus Glas besteht, dessen Oberfläche mit dünner Überzügen versehen ist. Diese Überzüge besteher nacheinander, ausgehend von dem Substrat 1, aus einei Schicht 2 aus Tantalpentoxid, die das Substrat 1 geger die später zum Ätzen der darauf aufgebrachter Schichten verwendeten Reagentien schützen soll Di< Verwendung einer solchen Schutzschicht ist an siel bekannt und beispielsweise in der französische! Patentschrift 13 17 005 bzw. der ihr entsprechender britischen Patentschrift 9 62 015 beschrieben. Di< Tantalpentoxidschicht kann durch Kathodenzerstäu bung einer Tantalscheibe in einem Behälter, in dem eir Sauerstoffpartialdruck herrscht, hergestellt werden, wii dies dem Fachmann an sich bekannt ist. Die zweite, au dem Substrat 1 abgeschiedene Schicht ist ein: Tantalnitridschicht 3, welche die Widerstandsschicht de Widerstandsschaltung bilden soll. Diese Schicht win beispielsweise durch Kathodenzerstäubung von Tanta in einem Behälter, in dem ein Stickstoffpartiaidruci herrscht, erhalten. Wie man sieht, können die Schichtei 2 und 3 leicht in dem gleichen Behälter aus demselbei Aufprallscheibchen hergestellt werden, wobei dii üblichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, un

Jie Reinheit der Gasmedien während der aufeinanderfolgenden Kathodenzerstäubungen zu gewährleisten. Die Dicke der Schichten 2 und 3 liegt in der Größenordnung von 100 nm. D^;e Schicht 4 ist eine 10 nm dicke Schicht aus reinem Tantal, die beispielsweise nach der gleichen Methode wie die vorhergehenden Schichten, jedoch in Abwesenheit vcn aktivem Gas, erhalten wurde. Die Schicht 5 ist eine zusammenhängende Goli'schicht, welche den ohmschen Kontakt mit der Widerstandsschicht 3 herstellen soll. Die Schicht 5 kann ebenfalls durch Kathodenzerstäubung eines entsprechenden Metallscheibchens in inerter Atmosphäre erhalten werden. Die Schichten 2, 3, 4 und 5 stellen die Gesamtheit der zur Herstellung der Widerstandsschaltung und ihrer Kontakte erforderlichen Schichten dar. B ist deshalb nicht mehr nötig, in irgendeinem Sü'dium der Herstellung der Schaltung das Substrat in einen Vdkuumbehälter einzuführen. Die spatere Abscheidung von Masken und das chemische Ätzen können bei Atmo.'phärendruck durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch die Ätzung des aus der Goldschicht 5 von Fig. 1 bestehenden Kontakts. Die Anbringung dieses Kontakts umfaßt eine Folge von dem Fachmann an sich bekannten Verfahrensschritten, die wie folgt zusammengefaßt werden können: Man scheidet dort, wo 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, welche die Teile des die Schicht 5 bildenden Metalls, welche nicl.t 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 5i und 5₂ bezeichnet.

Es folgt dann die Ätzung der gewünschten Widerstandsschicht unter Wiederholung der vorstehend in bezug auf die Ätzung der Schicht 5 beschriebenen Verfahrensstufen. Mit 7 wird die Maske bezeichnet, welche die die Widerstandsschaltung bildende Schicht schützen soll. Das zum Angriff verwendete Reagens wird so gewählt, daß gleichzeitig die Tantalschicht und die Tantalnitridschicht entfernt werden. Zu diesem Zweck eignet sich ein Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure. Nach Entfernung der Maske 7 liegt die Schaltung in der in Fig.4 dargestellten Form vor. Wie vorstehend angegeben, dient die Schicht ausschließlich dem Schutz des Substrats 1 während dieses Säureangriffs. Bei Verwendung anderer Regentien kann sie weggelassen werden. Der Widerstand besteht im wesentlichen somit aus einer in die Tantalnitridschicht 3 eingeätzten Bahn, die von einer Tantalschicht überlagert ist. Wegen der geringen Dicke dieser letzteren beeinflußt diese nicht die Stabilität des erhaltenen Widerstandswertes. Im Gegenteil ermöglicht ihre Anwesenheit eine leichtere Einstellung des Widerstandes der Schaltung auf den gewünschten Wert nach der Ätzung durch anodische Oxidation der Schicht 4, wie dies in der französischen Patentschrift 12 70 2)0 und der französischen Patentschrift 15 54 760 erläutert Die erfindungsgemäß hergestellten Widerstandsschaltungen 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 Mikrometer der durch Thermokompression an einen erfindungsgemäß erhaltenen Kontakt angeschweißt wurde, eine Zugspannung von 58,9 N (6 g) aus.

Die F i g. 5 zeigt die verschiedenen Verfahrensstufen der Anbringung ohmscher Kontakte an erfindungsgemäß hergestellten Dünnschicht-Widerstandsschaltungen. Mit 10 ist die Vorbehandlung des Substrats, z. B. durch Polieren oder Reinigen angegeben, die bezweckt, daß mindestens eine der Substratoberflächen die für die Abscheidung dünner Schichten erforderlichen Eigenschaften besitzt. Die nachfolgende Verfahrensstufe 11 besteht in einer Abscheidung der die Dünnschicht-Widerstandsschaltung aufbauenden Schichten auf der gesamten Oberfläche des Substrats, wobei diese Schichten in der für die spätere Behandlung erforderlichen Reihenfolge abgeschieden werden; die letzte oberste Schicht besteht aus einem Goldkontaktfilm. Mit 12 ist die Ätzung der Goldschicht bezeichnet, was zur Entfernung des Goldes von der Oberfläche der Schaltung mit Ausnahme der genauen Kontaktbereiche führt. Nach erfolgter Anbringung der Kontakte erfolgt bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die chemische Ätzung der eigentlichen Widerstandsschaltung. Diese Verfahrensschritte, die in F i g. 5 mit 13 und 14 bezeichnet sind, 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 Dünnschicht-Widerstandsschaltung noch an der Schaltung angebrachte aktive Elemente besitzt. Die verschiedenen, der Schaltung von F i g. 6 und derjenigen der F i g. 1 bis 4 gemeinsamen Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. So dient der Kontakt 5| der Schaltung von F i g. 4 der Verbindung der Widerstandsschaltung mit einem aktiven Element, z. B. einem Transistor, der im wesentlichen aus einem kleinen Halbleiterbelag, 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 Tantalnitridschicht 3 und den Goldkontakten 5i und ermöglicht eine beträchtliche Verbesserung der Verschweißung des Elementes 20. Tatsächlich zeigt die Erfahrung, daß in Abwesenheit dieser Haftschicht das Gold nicht ausreichend 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 dem Belag 20 absorbiert und dieser wird nicht mit der Schaltung verschweißt. Die Tantalschicht hält hingegen genügend Gold zurück, um dies zu vermeiden. Fig. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform einet erfindungsgemäß hergestellten, Anschlüsse aufweisenden Widerstandsschaltung, wobei die Schaltung voll ständig aus Dünnfilmen besteht, die jedoch eine /?C-Schaltung bilden. Unter diesen Bedingungen stell der Kontakt 5, der Schaltung von F; g. 4, welche ja nui Widerstände aufweist, die untere Elektrode eine! Dünnfilmkondensators dar. Mit 21 und 22 werden da; Dielektrikum bzw.die Gegenelektrode dieses Kondensa

tors bezeichnet, die durch die Elektrode 5 mit der Widerstandsschaltung verbunden sind. Die Beläge 21 und 22 werden durch aufeinanderfolgende Abscheidung eines Dielektrikums und eines Leiters durch eine Maskierung hindurch, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung, erhalten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer ntalnitrid-Dünnschicht-Widerstandsschaltung aiii einem isolierenden Substrat mit lokalisierten Goldkontakten, bei dem man auf das Substrat, gegebenenfalls nach dem Aufbringen einer Tantalpentoxid-Zwischenschicht, eine durchgehende Widerstandsschicht aus Tantalnitrid sowie eine durchgehende Goldkontakischicht aufbringt und die aufgebrachten Schichten anschließend zur Herstellung der Goldkontakte und der Dünnschicht-Widerstandsschaltung selektiv bis auf das Substrat bzw. die Tantalpentox'd-Zwischerischicht ätzt, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Widerstandsschicht (3) aus Tanlalnitrid und der Goldkontaktschicht (5) eine durchgehende Schicht (4) aus reinem Tantal in einer Dicke von 10 nm aufbringt und in gleichem Umfange wie die Schichten (3) und (5) selektiv ätzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man sämtliche Schichten (3, 4, !>) nacheinander in dem gleichen Vakuumbehälter auf dem Substrat abscheidet.

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