DE2429434A1

DE2429434A1 - Verwendung von sauerstoffhaltigen alta-legierungsduennschichten mit einem anteil von 2 bis 20 atom% tantal im aluminium

Info

Publication number: DE2429434A1
Application number: DE2429434A
Authority: DE
Inventors: Helmold Dipl Phys Kausche; Alois Dipl Phys Dr Schauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-19
Filing date: 1974-06-19
Publication date: 1976-01-08
Also published as: GB1482300A; ATA326275A; DE2429434B2; US4020222A; FR2275889A1; NL7507269A; CH587568A5

Description

Ohne Zeichilung 2 4 2 9 A 3 A

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT 8 München 2, 1 9JUN. 19?4 !Berlin und München Wittelsbacherplatz 2

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Verwendung von sauerstoffhaltigen Al-Ta-Legierungsdünnschichten mit einem Anteil von 2 bis 20 Atom$ Tantal im Aluminium.

Die Erfindung "betrifft die Verwendung von sauerstoffhaltigen Al-Ta-Legierungsschichten mit einem Anteil von 2 bis 20 Atom$ Tantal im Aluminium und ist ein Zusatz zum Patent P 23 56 419; VPA 73/1221.

In der Tantal-Dünnschicht-Technik werden für Widerstände üblicherweise Tantalnitridschichten und für Kondensatoren ß-Tantalschichten verwendet. Die Herstellung von integrierten RC-Düimschichtschaltungen erfolgt beispielsweise auf die V/eise, daß auf einem Substrat die Widerstände aus Tantalnitrid, auf einem anderen Substrat die Kondensatoren aus ß-Tantal erzeugt werden und daß schließlich beide Substrate zusammengefügt werden. Will man RC-Uetzwerke auf einem für Widerstände und Kondensatoren gemeinsamen Substrat herstellen, so tritt eine gegenseitige Störung der Widerstands- und Kondensator-Herstellprozesse auf, die durch zusätzliche Maßnahmen wieder beseitigt werden können.

Ein wesentliches Problem dabei ist, daß Sandwich-Schichten aus Tantalnitrid und ß-Tantal nicht selektiv geätzt werden

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können. Es wurde daher zunächst vorgeschlagen, Zwischenschichten aus Tantalpentoxid (DT-AS 1 615 010) oder Aluminium (DT-AS 1 615 011) zwischen der Tantalnitrid- und der ß-Tantalschieht einzufügen. Durch die Verwendung von Tantalpentoxid, das normalerweise ein Isolator ist, werden jedoch die elektrischen Verluste der Schaltung stark erhöht, während das selektive Ätzen von Tantal über Aluminium problematisch ist» .Außerdem werden die Verfahren durch die Verwendung von jeweils drei Schichten kompliziert«

Eine verbesserte Lösung dieses Problems ist in der DT-OS 2 021 264 bzw. in der Zeitschrift "Proceedings, 1970, Electronic Components Conference", Washington, Seiten 602 bis 612, beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst ß-Tantal aufgestäubt, geätzt und teilweise formiert, worauf Tantalnitrid ganzflächig niedergeschlagen wird. Die durch das Formieren des ß-Tantals gebildete Oxidschicht dient beim Ätzen des Tantalnitrids als Ätzbarriere, so daß Tantalnitrid an den gewünschten Stellen entfernt werden kann, ohne daß dabei das darunterliegende ß-Tantal auch weggeätzt wird. Die im weiteren Verlauf des bekannten Herstellungsverfahren zur Stabilisierung der Widerstände erforderliche Temperung verschlechtert die Dielektrikumseigenschaften des Tantalpentoxids, was durch eine zweite Formierung der Kondensatorgebiete wieder gutgemacht werden muß.

Die große Zahl der beim bekannten Verfahren benötigten Verfahrensschritte wirkt sich .jedoch insbesondere auf die erzielbare Schaltkreis-Ausbeute und damit auf die Wirtschaftlichkeit negativ aus. Die Herstellung von Dünnschi cht-EC-iTetzwer ken auf einem für Widerstände und Kon-

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densatoren gemeinsamen Substrat würde sich viel einfacher gestalten, wenn man Widerstände und Kondensatoren mit den geforderten Eigenschaften statt aus zwei Grundschichten aus einer einzigen Grundschicht herstellen könnte. Dieses Problem ist in der obengenannten Zeitschrift auf Seite 602 im 2. Absatz der rechten Spalte bereits angesprochen. Dort ist auch ausgeführt, daß mit den bekannten Techniken eine Lösung dieses Problems nicht bzw. nur mit unzureichender Genauigkeit möglich war.

In der DT-OS 2 253 490 sind aufgestäubte Al-Ta-Legierungsschichten mit etwa 2 bis 20 AtoE$ Tantal im Aluminium angegeben, die sich durch hohe Oxydationsbeständigkeit und große Funkenspannung auszeichnen. In der Anmeldung P 23 56 419 sind Al-Ta-Schichten mit hohem Aluminiumgehalt beschrieben, deren Eigenschaften durch reaktiven Gaszusatz bei der Bestäubung weiter variiert werden können im Hinblick auf deren Verwendung für Dünnschichtwider- : stände und -kondensatoren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders vorteilhafte Verwendung von sauerstoffhaltigen Al-Ta-Legierungsdünnschichten mit einem Anteil von 2 bis 20 Atom$ Tantal im Aluminium anzugeben, wie sie mit dem in der vorstehend genannten Anmeldung P 23 56 419 (VPA 73/1221) genannten Verfahren hergestellt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt in der Verwendung von Schichten, deren Sauerstoffgehalt so groß ist, daß der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands (TKR) etwa -500 ppm/K beträgt, zur Herstellung von Widerständen und Kondensatoren in Dünnschichtschaltungen aus derselben, auf einem isolierenden Substrat niedergeschlagenen Grundschicht.

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Das im Hauptpatent enthaltene Verfahren zum Herstellen von Widerstandsschichten aus Al-Ta-Legierungen für Dünnschicht-Schaltungen sowie diskrete Widerstände und Kondensatoren, die im Vakuum auf ein nichtleitendes Substrat aufgebracht werden und einen Anteil von 2 bis 20 Aton$ Tantal im Aluminium enthalten, besteht darin, daß diese Schichten in einer Atmosphäre mit einem Partialdruck von Stickstoff und/oder Sauerstoff zwischen

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10 und 10 Pa reaktiv aufgestäubt werden. Verwendet man als reaktiven Atmosphärenbestandteil reinen Sauerstoff in einer derartigen Menge, daß der TKR der fertigen Schichten etwa -500 ppm/K beträgt, so ergibt sich überraschenderweise, wie bei reinem Al-Tat auch, daß der Temperaturkoeffizient von aus derselben Grundschicht hergestellten Kondensatoren etwa +500 ppm/K beträgt. Aus dieser Grundschicht hergestellte RC-Glieder sind somit temperaturkompensiert. .

Der spezifische Widerstand der erfindurigsgeinäßen Schichten ist relativ hoch. Er beträgt z.Br^Fauerstoffhaltige Legierungen mit etwa 7 Atomfo Tantal 2800/u-fl- cm und für sauerstoff haltige Schichten mit etwa 14 Atom$ Tantal 3800/uXlcm. Das hat zur Folge, daß Schichten von etwa 400 mn Dicke einen Flächenwiderstand von 70 bzw. 100-Ω- haben. Man erhält somit auch bei Verwendung relativ großer Schichtdicken - wie sie für die Kondensatorherstellung erwünscht sind - Ausgangsflächenwiderstände, welche günstig für die Herstellung von Widerstandsnetzwerken sind.

Im Vergleich mit den aufwendigen bekannten Herstellungsverfahren von RC-Fetzwerken aus Tantal-Sandwichschichten, wiesienn der in der Beschreibungseinleitung zitierten Literatur ausführlich beschrieben sind, können bei der erfindungsgemäßen Verwendung der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schichten

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derartige Netzwerke wesentlich einfacher hergestellt werden. Nachfolgend werden zwei mögliche Verfahren beschrieben, wobei die geringe Zahl der Verfahrensschritte bereits den großen Fortschritt bei der erfindungsgemäßen Verwendung der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schichten gegenüber den bekannten Schichtkombinationen offenbar macht.

1. Verfahren:

1) Aufstäuben der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schieht auf ein Substrat.

2) Ätzen der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schicht.

3) Bildung des Kondensator-Dielektrikums durch anodische Oxydation.

4) Herstellen der Kondensator-Gegenelektroden und der Leiterbahnen durch Aufdampfen und Ätzen von z.B. Cr-Ui-Au.

5) Abgleich der Widerstände durch anodische Oxydation oder Laserstrahl und Stabilisierung der Widerstände durch Tempern. ·

6) Trenn-Ätzen der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schicht.

2. Verfahren:

1) Aufstäuben einer sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schicht auf ein Substrat.

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2) Aufdampfen einer Leiterbahnschicht aus z.B. Cr-Ni-Au.

3) Ätzen der Leiterbahnschieht und Ätzen der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schicht.

4) Abgleich der Widerstände durch anodische Oxydation oder Laserstrahl und Stabilisierung der Widerstände durch Tempern.

5) Bildung des Kondensator-Dielektrikums durch anodische Oxydation.

6) Herstellung der Kondensator-G-egenelektroden-Schicht durch Aufdampfen und Ätzen von z.B. Cr-Ki-Au.

7) Trenn-Ätzen der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schicht.

Das Aufstäuben der sauerstoffhaltigen Al-Ta-Schichten kann beispielsweise in einer der bekannten Kathodenzerstäubungs-Vorriehtungen mit Ringentladungsplasma unter Verwendung einer Al-Ta-Mischkathode, wie sie in den deutschen Patentschriften 1 515 311 und 1 515 314 beschrieben sind, erfolgen. Bei einer Zerstäubungsspannung von 600 Y und einem Strom von 2 A wird dabei sowohl für das Argon als auch für den Sauerstoff ein Partialdruek von etwa 0,1 Pa eingestellt. Bei einer Bestäubungszeit von 12 bis 15 Minuten werden dabei etwa 400 nm dicke Schichten abgeschieden. Kondensatoren und Yviderstände aus diesen Schichten haben folgende Eigenschaften: Bei einer iOrmierspannung von 200 T beträgt die Flächenkapazität ca. 330 pF/mm und bei der Messung der Strom-Spannungs-Kennlinien an Kondensatoren wird der zweifache Ladestrom erst bei Spannungen über 100 Y erreicht. Die Kondensator-Ausbeute ist mindestens ebensogut wie bei Verwendung von ß-Tantal-Schichten.

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Widerstände zeigen im Langzeitversuch bei einer Lagerung von 125° C nach 2500 Stunden relative Widerstandsänderungen, die innerhalb + 0,2 ^ liegen.

1 Patentanspruch

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Claims

Patentanspruch

Verwendung iron sauerstoffhaltigen Al-Ta-Legierungsdünnschichten mit einem Anteil von 2 bis 20 Atomprozent

Tantal im Aluminium, nach Patent (P 25 56 419J

VPA 73/1221), deren Sauerstoffgehalt so groß ist, daß
der TER etwa -500 ppm/K beträgt, zur Herstellung von Widerständen und Kondensatoren in Dünnschichtschaltungen aus der selben, auf einem isolierenden Substrat niedergeschlagenen Grundschicht.

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