JPS5999756A - 陽極酸化コンデンサ及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、無線周波（ｈ、　ｆ、　）集積回路。

更に詳細には集中定数回路素子の製造に関する。

（背景技術） 当該技術分野において周知の如く、抵抗及びコンデンサ
は増幅回路に必要である。特に、電界効果トランジスタ
（ＦＥＴ）やｒ、ｆ、伝送線路を使用する増幅器が無線
周波数の範囲で作動するときは、抵抗及びコンデンサ［
ＦＥＴのインピーダンスを伝送線路のインピーダンスに
整合させるために必要となる。そのようなコンデンサは
、典型的には０１乃至４０ピコフアラド（１）ｆ）の値
を有する。コンデンサｕ＋　ｉｌ’ｔ＋　回路に４えら
れるバイアス・ラインのフィルタとしても必要である。

このコンデンサは、前述のコンデンサよりも太ｉ６値で
、典型的には′３０〜６０　ｐｆのキャパシタンスを有
する。Ｏ］乃至４ｐｆの細）囲のキャパシタンスを有す
るコンデンサを製造するときは、窒化シリコンが絶縁体
としてしばしば使用される。しかし。

誘電率が７程度で比較的低り、３０〜６０　ｐｒの範囲
のキャパシタンスを有するコンデンサを供給するのＫは
非常に大きな回路領域部分を使用する大きなコンデンサ
が必要となる。更に、そのように大きな面積を有するコ
ンデンサは、ある応用においては、加えられるヒ、ｆ。

信号の波長に比較して大きいザイズのだめに、コンデン
サの集中定数素子特性を否定してし１うことになる。こ
うして。

他のより大きな誘電率の材料を使用して、コンデンサの
面積に対するエツチングのキャパシタンスの比を大きく
する。その材料の一例が酸化メンタルである。

酸化タンタル誘電体を有するコンデンサを供給するため
には、酸化タンタルは被着あるいは成長させなければな
らない。酸化タンタル膜を被着させる場合、１つの問題
は膜の均一性を維持することである。酸化タンタルを成
長させるときの最大の問題は９表面欠陥のないタンタル
Ｊｉｉｉ（酸化タンタルから成長する）を供給すること
である。表面欠陥はよく生じるので、ｉ１２化タンタル
誘電体を有するコンデンサを供給することはあまり成功
しなかった。特に、基板が前の処理ステップから被着さ
れる金属化ステップを有する場合の回路部は、タンタル
膜に欠陥を形成しやすい。酸化タンタル膜の成長中、欠
陥があるとタンタル層と基板との間に短絡を生じさせ、
基板にダメージを与えるので、欠陥の防止は重要なこと
である。。

（発明の概要） 本発明によれば、最初に基板と接触部の上に絶縁層を形
成することによって、接触部を有する基板の上に陽極酸
化コンデンサが形成される。

接触部はコンデンスの第２プレートを供給する。

絶縁層は次の陽極９処理中基板を保護するために設けら
れ、基板の抵抗を増加させる。タンタル等のバルブメタ
ル層率　ｖ、ａｌｖｅ　ｒｎｅｔａｌ　）層が絶縁層の
上に′＄着され９次にマスク層がタンタル層の上に被着
される。マスク層は第１接触部と位置合せされた領域を
露出するようにパターン化されろ。タンタル層の露出し
た領域ｄ陽極処理されてクンクル層の領域が酸化タンタ
ル層に変換される。次に。

マスク層が除去され、酸化タンタル層がエツチングされ
てコンデンサを画定し、コンデンサの第２プレートか第
１プレ・−トと位置を合せて形成される。このような構
成によって、絶縁層は、タンタルのＷす極処理中に基板
に短絡を生じさせる可能性のあるタンタル層内の欠陥か
ら、基板表面を保護する。更に、絶縁層は他の型式、の
コンデンサの誘゛成体として作用することができ、その
コンデンサは陽極酸化コンデンサと同時に形成すること
ができる。更に、その絶縁層は必要な場所の表面不活性
化層として作用することができる。

（実施例の説明） 第１図を参照すると、ここでは半絶縁ガリウム砒素（Ｑ
ａＡｓ　）から成る基板１２は一対の金属接触部］、４
＋１．６を有する。金属接触部１４　、１６は。

ここでは金、ゲルマニウム及びニッケルから成り基板１
２上に形成される層で９周知の方法でパターン化される
。金属接触部１４，１６の形成後、を化シリコン（８ｉ
ｇＮＩ）から成り５０００オングストローム（Ａ）の絶
縁層１８が９図示の如く、基板１２及び金属接触部１４
，１６の全体上にプラズマ被着される。窒化シリコン層
１８は、第６，７図に関連して後述する態様で９例えば
ＦＥＴのインピーダンス・マツチングに使用される小さ
いキャパシタンスのコンデンサに対する絶縁層を形成す
るだめに設けられる。更に、絶縁層１８は、バルブ・メ
タル層（金属接触部１４．１６によって与えられる段１
４’、１６’を横断する）の端部を絶縁することによっ
て、バルブメタル層の一部の陽極処理中にその層特に段
１４’、１６’の上に生じる欠陥がバルブメタル層と基
板との間に短絡回路を生じさせないで。

大キナキャパシタンス□のコンデンサの歩留りを改善す
る。更に、絶縁層は、必要であれば、基板１２０表面の
不活性化に使用することができる。絶縁層１８ハ、ここ
ではフレオン・プラズマ・エツチングを使用して選択さ
れた領域でパタテン化され。

そこに開口１９．１９’を与える。開口１９け、陽極酸
化コンデンサが形成される予定の金属接触部１６の上の
泣面を合せた領域に形成され、開口１９’ｉｉ、。

第６及び７図に示すように、バルブ・フィルム抵抗が形
成される領域に設けられる。ここでに、開口１９．　１
９’はウイジドウを与え、その内でバルブ・メタル（第
２図に関連して述べる）が基板１２とｇ１気的接触をし
て抵抗を与え、金属接触部１６と接触してバルブ・メタ
ルの陽極酸化がコンデンサの誘電体を形成する領域を画
定する。

第２図を参照すると、バルブ・メタル、例えはタンタル
から成り厚さ３０００　Ａの層２０が基板１２の表面全
体に反応スパッタされる。タンタル層２０は次の様に反
応スパッタされる。不活性ス　　　　□バッタ・ガス、
ここではアルゴン（タンタル・ターゲットからタンタル
部分を取り出し、それを基板１２にスパッタ被着させる
だめのガス放電装置で使用される）が基板１２とタンタ
ル源（図示せず）を収容する適当な容器（図示せず）に
与えられる。１％の分圧の窒素（凡）か容器に入れられ
る。アルゴンのガス放電中、タンタル源の一部ハその源
から取り出されて基板１２に被着される。タンタル層２
０を有する基板１２には窒素（Ｎ、）も被着される。こ
うして１層２０はタンタルと窒素から成る非化学量論的
構造で形成される。タンタル層２０は２０原子パーセン
トの窒素分（Ｔａ：Ｎ（２０％））を有する。窒素は、
ここでは、第６，７図に関連して説明するように受動素
子のある電気特性を強化するだめに加えられる。開口１
９（第１図）に対応する領域には、タンタル層２０か金
属接触部１６との機械的及び電気的接触を行う。更に、
第２図に示すように、タンタル層２０７５Ｅ基板１２の
部分２１に沿って開口１９１を通して被着される。この
領域２］は、第５及び６図に関連して後述するような態
様で薄膜タンタル械抗を作るのに使用される。

ここで第３図を参照すると、基板１２の表面全体にホト
レジスト層２２か被着される。このホトレジスト層は開
口２２１を供給する位置でノくターン化され、開口２２
；（金属接触部１６と位置か合される）は酸化タンタル
・コンデンサか形成されるべき領域を与える。ホトレジ
スト層２２はタンタル層２０の選択的陽極処理を可能と
し、第４゜８及び８Ａ図と関連して説明する酸化タンタ
ル層を形成する。従って、第３図に示すように、ホトレ
ジスト層２２は金属接触部］４の上、及びタンタル抵抗
が形成される部分２１のタンタル層２０の領域の上に設
けられる。

第４，８及び８八図を参照すると、酸化タンタル＜　Ｔ
ａ２Ｏ！１　）の層２０’かホトレジスト層２２の開口
２２１ニ形成される。酸化タンタル層２０’は次の様に
形成される。図示の如く、前もって被着されたタンタル
層６２を有するガラス・スライド６０の上に基板１２が
取り付けられる。基板１２の上に被着されたホトレジス
ト層２２の一部（第３図）カ除去され、タンタル層２０
の下層部２０，１゜２０１〕が露出する。シルバー・ペ
イント６４（イリノイ州・ロック７．１−−ドのＧ、　
Ｃ，Ｅ　Ｉ　ｅ　ｃ　１ｒｏｎ　ｉｃｓ。

１）ｉｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｉ−Ｉｙｄｒｏｍｅｔａｌ
ｓから市販されている。キャリアー剤に銀粒子が浮遊し
ている溶液）が部分２０ａ　、　２０ｂの上に塗られ、
タンタル層２０とタンタル層６２０間の雷、気的接触を
与える。基板１２に近接するスライド６０の一部及びシ
ルレノく−・ペイン）・部は次に適当ガワノクス６６で
コーチイブされ、基板１２の側面部を電気的に絶縁する
。

電気的接触はタンタル層６２にも行なわれ９例えば第８
図に示すようにクリップ６８と接触する。

ワックス層７６の中で電気的に絶縁されるクリップ６８
は、第１線路６９ａを経由して電源／傾斜信号発生器６
９（ここでは電源の正電、圧）に取り付けられる。電源
の負側は線路６９ｂを介してタンタル電極６７に接続さ
れる。この電極と基板１２は。

適当な電解液（ここではクエン酸）を入れたタブ７０の
内に沈められる。本発明によれば、ホトレジスト層２２
内の開口２２１を通して選択的に露出されるタンタル層
２０は、タンタル層６２．従ってタンタル層２０と電１
極６７との間に１００ボルトの電圧傾斜信号を加えるこ
とによって、その領域が陽極処理される。電圧信号は初
期値がＯボルトでピーク値が１００ボルトの傾斜電圧信
号である。傾斜電圧は約７時間の周期を有する。電圧信
号が１００ポル）Ｋ達すると、約１０分間１００ボルト
に維持されて、製造される酸化タンタル膜の品質を高め
る。ここでは電流レベルではなく電圧レベルが制御され
て、基板１２上のタンタル層２０の選択された領域２０
１の比較的均一な陽極処理が行なわれる。

即ち、コンデンサを含む回路（図示せず）を有する基板
１２を横切って、タンタル層２０の一部１ｄ。

金属接触部１６を電解液に露出してコンデンサが形成さ
れる領域に孔又は欠陥を有して、基板に短絡を生じさせ
る。そして、もし一定電流信号が酸化工程中に加えられ
ると、電流の大部分はその欠陥を通って基板に流れ、タ
ンタル層２０の残りの部分には陽極処理を均一に行うた
めの電流が不足することになる。電圧を制御することに
よって９電流を変化させることが下きる。こうして、は
とんどあるいは全熱欠陥のないウェハ上の電流レベルは
一定になる。多竺の欠陥があるウェハ上では。

電ＩＮは一定とならず変化する。欠陥を有する基板の領
域に形成される回路（図示せず）Ｈ実用的ではないが、
その基板の上に形成された残りの：回路は有用であり、
欠陥の存在に□もががゎらず有効ガミ流の一部を欠陥を
通して基板に流す技術によって、電圧を制御しながら電
流を変化させる技術が。

ウェハの他の部分にいくつかの欠陥があるにもががかわ
らず充分な電流を流してタンタル層の均一な陽極化を可
能にする。基板１２上の陽極処理がされる領域はガラス
・スライド上のタンタル層６２に対して比較的小さい。

こうして、タンタル層６２はバラストとして作用し、電
＃Ｃ量、従ってタンタル層２０の露出された部分２０’
から発生される酸化タンタルの割合を制御する。

これによって、誘電率Ｋが約に−２１，厚きが約１．４
００オングストロームの酸化タンタル膜ができる。しか
し、酸化タンタル膜の厚さは傾斜電圧のピークを制御す
ることによって選択的に制御される。当該技術分野で知
られているように。

陽極処理で成長する酸化閑の厚さは加えられる電圧レベ
ルの関数である。更に、タンタルの陽枠処理の詳ａＨ，
Ｖａｎ　Ｎｐ５ｔｒａｎｄ　Ｒｅ１ｎｈｏＪｄ　Ｃｏｍ
−ｐａｎｙ　ｔ：ｒ）　］（、ｏｂｅｒｔ　Ｗ、　Ｂｅ
ｒｒｙ等著ｔ：ｒ）　［Ｔｂ１ｎ　Ｉ”ｉｌｎＴｅｃｌ
ｌｎｏｌｏｇｙ　Ｊ　（＝　、　−ヨーク、１９６８年
）。

２７１〜２８５ページに記載されている。このように。

酸化タンタル層はタンタル層２ｏの露出された部分２０
’から成長する。

ここで、第５，６図を参照すると、基板１２はタブ７０
からｊ収り出される。ワックス層６１；Ｉ基板１２の端
部から除去され、基板は残ったワンクス又は電解磯の残
留姉がきれいにされて、ボトレジスト層２２が周知の技
術によって除去される。第２のホトレジスト層２４は次
に基板１２の上に配置され２選択的に領域２５でパター
ン化され、実際の集中定数素子構造にパターン化するエ
ツチング・マスクが供給される。第６図に示すように、
窒化シリコン層１８の選択される部分及びタンタル層２
０が、ここではフレオ・ン・プラズ了・エツチング（図
示せず・）を使用して食刻され、各コンデンサの誘電体
のだめの領域を決定し、ｉた。タンク層抵抗のだめのタ
ンタル層２０のストリップ２０１１が設けられる。第６
図に同様に示されるように。

上部金属接触部２６．２８は窒化シリコン層１８の、残
りめ部分及び酸化タンタル層２・０“の上一段けられ、
その金属接触部２６，２８はその下の対応するパッド１
４．．１６と位置が・合せられる。更に、一対の金属接
触部２９．２９’は基板１２の上にタンタル１刺２０の
領域２０１１と接触して形成され、当該技術分野で知ら
れている・態様でタンタル抵抗３４ヲ形、成する。こう
して、第６図に示すよ、うに、尋化シリコン絶縁コンデ
ンサ３０は第１の領域に、設けら□　れ、酸化タンタル
絶縁コンデンサ３２は第２の領域に設けられ、そしてタ
ンタル膜抵抗３４はウェハの第３領域に設けられる。

前述した如り、窒素がタンタルのスパッタリングに尋人
され、タンタルと窒素の非化学量論的層２０（Ｔａ：Ｎ
（２０チ））が鳥えられる。本発明によって製造された
デバイスでは、９素の混入は酸化タンタル・コンデンサ
３２及びタンタル膜抵抗３４に顕著に有利な影響を与え
ると理論づけられる。第１の改善点はＴＣ几（抵抗の温
度係数）。

即ち温度の単位変化に対する抵抗の変化量である。

従来のタンタル膜抵抗では′Ｊ″ＣＩ％は典型的に−−
ｉ５ｏ　ｐｐｒｎ”’／＋ｃであったが５本発明に従っ
てツＪ造され庭抵抗３４はＴＣｌ（カ”１０　ｐｆ）、
ｍ”、’ｃ以下テｈつだ。第２の改良点は酸化タンタル
・コンデンサ３２に対する’Ｊ”ＣＣ（キャパシタンス
の温度係数）で。

従来では２ｏｏｐｐｍ／°ｃ以上であったが本発明によ
れば１５′Ｏｐ１５ｍ　ｌｃ−以〒去ある。寸た。窒素
の混入はＴａ２０５膜及び抵抗３４を形成するタンタル
膜の長期間の安定性を改善する。酸化タンタル・コンデ
ンサを形成するためメンタル膜に窒素を使用す、、るこ
とは□、−１９７　ｓ第６．月のＩＥＥＥ　Ｔｒ、ａｎ
ｓａｃｔ　１ｏｎｓ’Ｃ６ｍ’ｐ　’ｇｒ＋　ｅ”ｎ”
’ｔｓ’　、Ｈｙ’ｌ：＋　ｒ　ｉｄ　ｓ　、／’　Ｍ
ａｎ’、’　Ｔ　ｅｃｈ　、、　Ｖｏ　Ｉ　。

ＣＨＭＴ−１，１３７〜１４２頁、Ｍ、）土　Ｒ＋ｏｔ
ｔｅｒｓｍａｎ□等の「Ｔａ：ｎｔａｌｌｕｍ−Ｆｉｌ
ｍＣａ、ｐａｃｉｔｏｒｓ’　ｗｉ　ｔｈＩｍｐｒｏｖ
ｅｄ　Ａ、　Ｃ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｊに記載され
ている。

以上の如く９本発明によれば、バイアス・ライン土の直
流パワーのデカノブ）ソング回路に必要とされるであろ
う陽極酸化コンデンサの形成中。

より小さい窒化シリコン絶縁コンデンサや薄膜抵抗（陽
４ｈｇ　醇化と同じ金属から形成される）がマスク又は
処理工程を付加することｉく同時に形成される。

本発明を以−ヒ実施例に従って説明したが。

本発明の範囲内で他の実施例が可能であることは当業者
には明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１．　２．　３．　４．　５．　６図は９本発明によ
る集中定数受動素子の製造ステップを示す一連の断面図
である。 第７図は第６図の平面図である。 第８図は絶縁膜の陽極成長中に使用される装置の平面図
である。 第８Ａ図は第８図の一部の線８Ａ−８Ａか（符号説明） １２：基板　　　　　１４．１６　：金属接触部１８：
絶縁層　　　　１９．１９’　　：開口２０：タンタル
層　　２２：ホトレジスト層（外４名） Ｆ／Ｇ２ シ ｂｕ　　　６２ Ｆ／６５ ＩＧ６ ＦＩＧ？

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に配置された金属接触部の上に陽極酸化誘
   電体コンデンサを形成する方法であって。 金属接触部及び基板上に絶縁材から成る層を被着し。 金属接触部と位置を合せた絶、線層に開口を設けその金
   属表面を露出し。 前記絶縁層及び金属表面上にバルブ・メタルから成る層
   を供給し、　　　　　。 、前記金属接触部上に被着されたバルブ・メタルの領域
   に実質上限定さ、れたバルブ・メタ７１／層の一部を陽
   極処理して陽極酸化誘電体を与え。 前記陽極酸化誘電体の上に第２の金属接触部をメッキす
   る。 ステップから構成される方法。
2. （２）基板上に被着された電極を有する誘電体コンデン
   サを形成する方法であって、。 電極及び基板の一部の土に保護層を設け。 電極の保護されない部分上に導電層を設け。 前記導電層を絶縁層に変換し。 前記絶縁層上に第２電極を設ける。　　ニステップから
   構成される方法。
3. （３）基板上に被着された金属接触部の上に陽極酸化誘
   電体コンデンサを形成する方法であって。 基板の表面上及び金属接触部の端部、ヒｒ（保許層を設
   け。 金属接触部の保護されない部分及び保護層の上にバルブ
   ・メタル層を設ケ。 前記金属接触部の保護され々い部分の上のバルブ・メタ
   ル層の一部を前記バルブ・メタルの酸化層に変化させる
   とともに、そのバルブ・メタルの酸化を金属接触部の表
   面にほぼ限定し。 バルブ・メタルの酸化物の上に第２の金属接触部を設け
   る。 ステップから構成される方法。
4. （４）　　第１金属接触部と。 第２金属接触部と。 前記第１金属接触部の端部−にに被着された絶縁材から
   成る第１領域と。 前記第１絶縁領域及び第１接触部のヒに被着されるバル
   ブ・メタルの層と。 前記バルブ・メタル層と第２接触部との間に被着された
   バルブ・メタルの酸化層と。 から構成されるコンデンサ。
5. （５）第１材料から成る絶縁体を有する第１コンデンサ
   、第２材料から成る絶縁体を有する第２コンデンサ、及
   び抵抗を形成する方法であって。 基板上に一対の重視を形成し。 前記電極及び基板上に前記第１材料から成る層を被着し
   。 前記電極の１つと位置を合せて前記層に第１開口を設け
   、及び前記基板の一部を露出する第２開口を設け。 前記第１及び第２開口に第２材料から成る層を被着し。 前記第１開口に被着された第２材料の一部をその材料の
   酸化物に変換し。 前記一対の電極の各々の上に接触部を設けてコンデンサ
   を与え、前記第２開口に配置された前記第２材料の上に
   一対の電極を設けて前記抵抗を与える。 ステップから構成される方法。
6. （６）基板上に配置された雷□極を有する陽極酸化銹電
   体コンデンサを形成する方法であって。 霜；極の一部土に保護層を設け。 前記金属層の保護されない部分の上に導電層を設け。 前記導電層を絶縁層に変換し。 前記絶縁層上に第２電極を設ける。 ステップから構成される方法。
7. （７）第１の材料から成る絶縁体を有する８１コンデン
   ザ、第２の材料から成る絶縁体を有する第２コンデンザ
   、及び抵抗を形成する方法であって。 基板上［一対の電極を形成し。 前記電極及び基板上に前記第１材料から成る層を被着し
   。 前記電極の１つと位置を合せられて前記層に第１開口を
   設け、及び前記基板の一部を露出する第２の開口を設け
   。 前記第１及び第２開口に導雷１材料から成る層を被着し
   。 前記第１開口に配置された前記導■材刺を前記第２の絶
   縁体に変換し。 前記一対の電極の各々の上に接触部を設けて前記コンデ
   ンサを供給し、前記第２開口に配置される前記第２材料
   の土に一対の電極を設けて前記抵抗を供給する。 ステップから構成される方法。