JPS5950097B2 - Method for manufacturing thin film circuits - Google Patents
Method for manufacturing thin film circuitsInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、絶縁基板上に薄膜化した弁作用を有する金属
を基体とした薄膜回路の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a thin film circuit based on a metal having a valve action formed into a thin film on an insulating substrate.
タンタル、チタン、ニオブ等弁作用を有する金属(バル
ブメタル)は陽極化成を施すことにより容易にこれら金
属の酸化物に変えることができ、しかもこれら酸化物が
優れた誘電体となるので、薄膜CR回路用材料として盛
んに用いられている。Metals with valve action (valve metals) such as tantalum, titanium, and niobium can be easily converted into oxides of these metals by anodization, and these oxides are excellent dielectrics, so thin film CR It is widely used as a circuit material.
通常行われている薄膜CR回路中の薄膜コンデンサの製
造方法の例として、タンタルによる場合を挙げると、次
の通りである。即ち、先ず、絶縁基板上全面にタンタル
薄膜をスパッタ法により形成する。An example of a commonly used method for manufacturing a thin film capacitor in a thin film CR circuit using tantalum is as follows. That is, first, a tantalum thin film is formed on the entire surface of an insulating substrate by sputtering.
このときタンタル薄膜の膜厚は、完成した薄膜コンデン
サの直列抵抗を小さくするためにできるだけ厚いことが
望ましいが、通常5000Λ程度が適切とされている。
続いて写真食刻法によりタンタルの不要部分を食刻し薄
膜コンデンサパターンを画成し、さらにこの薄膜コンデ
ンサパターンの誘電体となるべき部分表面を通常280
V程度の電圧で陽極化成し約4500Λ程度の五酸化タ
ンタルに変える。さらに基板全面に真空蒸着法により通
常ニクロム及び金をそれぞれ300Λ及び3000Λ程
度形成し、最後にこの金及びニクロムの不要部分を食刻
し、結局、第1図に断面図を示した様に、タンタル(下
部電極)21−五酸化タンタル(誘電体)31−ニクロ
ム、金(上部電極)41の積層構造と、ニクロム、金か
ら成る下部電極の引き出し電極43及び上部電極の引き
出し電極42、44とから成る薄膜コンデンサを得るも
のである。上述の方法により得られた第1図に示した薄
膜’コンデンサは現状では最も一般的、基本的な構造の
ものであるが、これは製造面、信頼性面から見て決して
満足できるものではない。At this time, it is desirable that the thickness of the tantalum thin film be as thick as possible in order to reduce the series resistance of the completed thin film capacitor, but approximately 5000Λ is usually considered appropriate.
Next, a thin film capacitor pattern is formed by etching unnecessary parts of the tantalum using a photoetching method, and the surface of the part of the thin film capacitor pattern that is to become a dielectric is usually etched by 280 mm.
It is anodized at a voltage of about V and changed to tantalum pentoxide of about 4,500 Λ. Furthermore, nichrome and gold are usually formed on the entire surface of the substrate with a thickness of about 300 Λ and 3000 Λ, respectively, by vacuum evaporation, and finally, the unnecessary parts of the gold and nichrome are etched, and as a result, as shown in the cross-sectional view in Figure 1, tantalum is formed. (Lower electrode) 21 - Tantalum pentoxide (dielectric) 31 - Nichrome, gold (upper electrode) A laminated structure of 41, and a lower electrode extraction electrode 43 and upper electrode extraction electrodes 42 and 44 made of nichrome and gold. A thin film capacitor consisting of the following is obtained. The thin film capacitor shown in Figure 1 obtained by the method described above has the most common and basic structure at present, but this is by no means satisfactory in terms of manufacturing and reliability. .
即ち上述の製造方法の説明及び第1図から分る様に絶縁
基板上11に形成するタンタルの膜厚21は約5000
λで、あり、さらにその表面に約4500Λの五酸化タ
ンタルを形成するので、第1図の薄膜コンデンサの上部
電極引き出し電極側の五酸化タンタル端部34の膜厚は
約7500入程度になつており、従つて五酸化タンタル
−基板の境界は7500人の急激な段差がノできている
。上部電極の引き出し電極42、44はこの急激な段差
の上を配線するのであるが、前述の通1月1き出し電極
はニクロム、金から構成され、この両者合せた膜厚は約
3300入程度であり、従つて当然五酸化タンタル端部
34上の上部電極の引き出し電極部44の膜厚は極めて
薄<なつており、極端な場合は断線状態になることがあ
る。これはいわゆる「段切れ」と呼ばれているものであ
り薄膜コンデンサ、さらには薄膜CR回路の製造歩留を
低下させたり、信頼性を低下させる原因となつているも
のである。本発明は、上述のいわゆる「段切れ」をなく
し、従つて、製造歩留を向上させ、得られる薄膜CR回
路の信頼性を高める製造方法を提供するもので、次の様
な事実に基づいている。That is, as can be seen from the above description of the manufacturing method and FIG. 1, the thickness of the tantalum film 21 formed on the insulating substrate 11 is approximately 5000.
λ, and furthermore, since tantalum pentoxide with a thickness of about 4,500 Λ is formed on its surface, the film thickness of the tantalum pentoxide end 34 on the upper electrode extraction electrode side of the thin film capacitor shown in FIG. 1 is about 7,500 Λ. Therefore, there is a sharp step of 7,500 at the tantalum pentoxide-substrate boundary. The lead-out electrodes 42 and 44 of the upper electrode are wired on top of this sharp step, and the above-mentioned lead-out electrodes are made of nichrome and gold, and the combined film thickness of both is about 3300mm. Therefore, naturally, the film thickness of the extraction electrode portion 44 of the upper electrode on the tantalum pentoxide end portion 34 is extremely thin, and in extreme cases, a disconnection state may occur. This is what is called a "stage break" and is a cause of lowering the manufacturing yield and reliability of thin film capacitors and even thin film CR circuits. The present invention provides a manufacturing method that eliminates the above-mentioned so-called "step discontinuity", thereby improving the manufacturing yield and increasing the reliability of the resulting thin film CR circuit.The present invention is based on the following facts. There is.
即ち絶縁基板上に薄膜化した弁作用を有する金属を熱酸
化によりこれら金属の酸化物に変えようとする場合、そ
の酸化速度(酸化物形成速度)は、その表面に陽極化成
によりあらかじめ酸化物を形成しておくと著しく抑制さ
れるという事実である。このことをたとえばタンタルの
場合について見ると絶縁基板上に約5000人のタンタ
ル薄膜をスパツタ法により形成し一つは、スパツタされ
たままの状態のもの、もう一つは陽極化成により、その
表面を五酸化タンタルに変えたもの、の二種類の試料を
用意しこの両者を520℃、空気中で熱酸化すると、前
者(スパツタされたままの試料)は約7時間で5000
人のタンタルが全て五酸化タンタルに変るのにたいし、
同条件で酸化した後者の試料では、酸化が殆んど進行せ
ず、結局熱酸化後のこの試料の五酸化タンタルの膜厚は
あらかじめ陽極化成により形成した五酸化タンタルの膜
厚から殆んど変化しないという事実である。かかる現象
はタンタルの他にもニオブ、ジルコニウム等においでも
顕著にみることができ、本願においてタンタルと全く同
様に用いうるものである。すなわち本発明による薄膜回
路の製造方法は絶縁基板上に弁作用を有する金属層を形
成し、この.金属層を選択的に厚さ方向に一部陽極化成
して化成酸化膜とし、少くともこの化成酸化膜をマスク
として前記金属層を選択的に厚さ方向全体にわたつて熱
酸化することを特徴とするものである。In other words, when trying to convert a thin film of valve-acting metals on an insulating substrate into oxides of these metals by thermal oxidation, the oxidation rate (oxide formation rate) is lower than the oxides formed on the surface by anodization. It is a fact that if it is formed, it will be significantly suppressed. For example, in the case of tantalum, approximately 5,000 tantalum thin films are formed on an insulating substrate by the sputtering method. Two types of samples were prepared, one with tantalum pentoxide, and the other with tantalum pentoxide, and both were thermally oxidized in air at 520°C.
While all tantalum in humans is converted to tantalum pentoxide,
In the latter sample, which was oxidized under the same conditions, oxidation hardly progressed, and the film thickness of tantalum pentoxide in this sample after thermal oxidation was almost the same as the film thickness of tantalum pentoxide previously formed by anodization. The fact is that it does not change. In addition to tantalum, this phenomenon can also be observed in niobium, zirconium, etc., which can be used in the present application in exactly the same way as tantalum. That is, the method for manufacturing a thin film circuit according to the present invention involves forming a metal layer having a valve action on an insulating substrate, and then forming a metal layer having a valve function on an insulating substrate. The metal layer is selectively anodized partially in the thickness direction to form a chemical oxide film, and the metal layer is selectively thermally oxidized throughout the thickness direction using at least this chemical oxide film as a mask. That is.
本発明の一態様によれば絶縁基板上に弁作用をj有する
金属の薄膜を形成する工程と、この金属薄膜表面を選択
的に陽極化成し下層の金属薄膜の酸化を防止することの
できる同金属の酸化物層を形成する工程と、前記金属薄
膜の表面に選択的に同金属薄膜の酸化を防止する酸化防
止層を形成する工程と、これら酸化物層および酸化防止
層で覆れている部分以外の金属薄膜を全て熱酸化する工
程と、必要に応じ酸化防止層を除去する工程と、酸化物
層を必要に応じ再度陽極化成する工程と、酸化物層上、
酸化防止層上、又は酸化防止層を除去し露出した金属薄
膜上に良導体金属薄膜を形成する工程とを含むことを特
徴とした薄膜回路を製造する方法である。あるいは本発
明の他の一態様によれば絶縁基板上に弁作用を有する第
1の金属層を形成する工程と、第1の金属層を選択的に
その表面から厚さ方向に一部陽極化成して化成酸化膜と
する工程と、第1の金属層の表面の所定部に第1の金属
層と異なる第2の金属層を形成する工程と、第1の金属
層の前記化成酸化膜および第2の金属層が形成されてい
ない部分を全厚さ方向にわたつて熱酸化により熱酸化層
とする工程と、上記工程迄に得られた構造体全面に窒化
タンタル層と、該窒化タンタル層上に良導体金属層とを
形成する工程と、前記良導体金属層及び窒化タンタル層
をそれぞれ選択的に除去した後必要に応じ抵抗体として
の窒化タンタルに安定化処理を施す工程と、前記第1の
ベータタンタルの酸化防止層を再化成する工程と、上記
工程迄に得られた構造体全面又は部分的に良導体金属層
を形成し、その不要部分を食刻除去する工程とを含むこ
とを特徴とした薄膜回路を製造する方法である。According to one aspect of the present invention, a step of forming a metal thin film having a valve action on an insulating substrate, and a process of selectively anodizing the surface of this metal thin film to prevent oxidation of the underlying metal thin film are performed. a step of forming a metal oxide layer; a step of forming an oxidation prevention layer on the surface of the metal thin film to selectively prevent oxidation of the metal thin film; A step of thermally oxidizing all of the metal thin film other than that part, a step of removing the anti-oxidation layer if necessary, a step of anodizing the oxide layer again if necessary, a step on the oxide layer,
A method for manufacturing a thin film circuit characterized by comprising a step of forming a good conductive metal thin film on the oxidation-preventing layer or on the metal thin film exposed after removing the oxidation-preventing layer. Alternatively, according to another aspect of the present invention, the steps include forming a first metal layer having a valve action on an insulating substrate, and selectively anodizing a portion of the first metal layer from the surface in the thickness direction. forming a second metal layer different from the first metal layer on a predetermined portion of the surface of the first metal layer, and forming the chemical oxide film of the first metal layer and A step of forming a thermally oxidized layer by thermal oxidation over the entire thickness of the part where the second metal layer is not formed, a tantalum nitride layer on the entire surface of the structure obtained up to the above step, and a tantalum nitride layer a step of forming a good conductor metal layer thereon; a step of selectively removing the good conductor metal layer and the tantalum nitride layer and then subjecting tantalum nitride as a resistor to a stabilization treatment if necessary; It is characterized by comprising a step of re-forming the beta-tantalum oxidation prevention layer, and a step of forming a good conductive metal layer on the entire surface or part of the structure obtained up to the above steps, and etching away unnecessary parts thereof. This is a method for manufacturing thin film circuits.
次に本発明の第1の実施例に第2図を用いて詳細に説明
する。Next, a first embodiment of the present invention will be explained in detail using FIG. 2.
第2図aに示した様に絶縁基板11上全面に約5000
人のタンタル層21をスパツタにより形成する。As shown in FIG.
A tantalum layer 21 is formed by sputtering.
次に第2図bに示した様に、タンタル層表面を選択的に
0.1%クエン酸中で250Vで陽極化成し約4000
人の五酸化タンタル層32を生成す。この五酸化タンタ
ル層は後に熱酸化工程でこの層の下層のタンタル(薄膜
コンデンサの下部電極となる)が五酸化タンタルになる
のを防止する酸化防止層の役目を果たすもので、そのた
めにこの膜厚は600Å以上(化成電圧40V以上)あ
ることが好ましい。続いて第2図Cに示した様に、タン
タル層21に後の工程で薄膜コンデンサの下部電極の引
き出し電極を形成する部分表面に続く熱酸化工程で、こ
の部分が酸化されるのを防止するための酸化防止層とし
て約1μのアルミニウム層51を形成する。このタンタ
ル層の酸化防止層としては必ずしもアルミニウムに限ら
ず、たとえば単に金又はニクロム,金から成る金属層で
も、さらに又酸化シリコンの様な絶縁層でもよい。なお
この酸化防止層としての金属層の形成工程と先の陽極酸
化工程とは必ずしも本実施例の通りでなくても良く順序
を逆にしてもさしつかえない。アルミニウム層形成後、
基板を520℃、空気中に8時間放置し、第2図dに示
した様に、前工程迄表面が露出していた部分のタンタル
層を全て熱酸化し熱酸化による五酸化タンタル層33に
変える。このとき陽極化成による五酸化タンタル層32
及びアルミニウム層51の下層のタンタルは、これらに
より酸化が防止されるので殆んど及び全く酸化されない
。又本工程における熱酸化条件(温度及び時間)はスパ
ツタにより形成するタンタルの膜厚により決めるのであ
るが、要はタンタル層が全て五酸化タンタルに変る条件
を選べば良い。さらに又、本実施例では酸化雰囲気とし
て空気で行なつているが、水蒸気を用いることにより同
酸化温度の場合酸化時間を大巾に短縮できることが分つ
ている。熱酸化が完了すると第2図dに示されたタンタ
ルの酸化防止層としてアルミニウム層51を食刻し除去
する。本実施例ではタンタルの酸化防止層としてアルミ
ニウムを用いているため先の熱酸化工程アルミニウム層
51の表面は酸化アルミニウムに変るが、もしこのアル
ミニウム層を除去しないでおくと、後の工程で薄膜コン
デンサの引き出し電極を形成するのにアルミニウム層表
面の酸化アルミニウムのためにこの引き出し電極とタン
タルから成る下部電極との電気的接続が不十分となり結
局薄膜コンデンサの直列抵抗を増大させる。そのためア
ルミニウム層51を除去するのであるが、タンタル層の
酸化防止層として表面が熱酸化工程で酸化されない様な
金属(たとえば金)を用い、後で形成する下部電極の引
き出し電極とタンタルから成る下部電極との電気的接続
が問題なく行われる様にした場合は、タンタル層の酸化
防止層としての金属層は必すしも除去する必要はない。
アルミニウム層51の除去に続いて、先に陽極化成によ
り形成した五酸化タンタル層32に再び陽極化成を施し
薄膜コンデンサの誘電体としての五酸化タンタル層31
(第2図e)に再生する。この再陽極化成の電圧は第1
回目の陽極化成電圧に比べてあまり低く過ぎると五酸化
タンタルの再生成が不十分となり良質の誘電体が得られ
ず、結局再陽極化成電圧は最初の陽極化成電圧の約90
%以上の電圧が適切であることが確認されており、さら
に再陽極化成電圧の上限はいくら高くても良いが、得ら
れる薄膜コンデンサの特性を考慮すると最初の電圧の1
0%程度高い電圧迄が適切であることが分つている。本
実施例では再陽極化成は0.1%クエン酸溶液中で25
5Vの電圧で行い、結局第2図eに示した様に、五酸化
タンタル層(誘電体)31と熱酸化による五酸化タンタ
ル層33との境界の段差が極めて小さい構造体を得る。
最後に以上の工程により得られた基板全面に真空蒸着法
により、ニクロム及び金をそれぞれ300入及び300
0Λ付着後、写真食刻法により不要部分の金及びニクロ
ムを除去し、第2図fに示した様に、上部電極4L上部
電極の引き出し電極42及び下部電極の引き出し電極4
3を形成し、本発明の製造方法による薄膜コンデンサを
完成する。なお上述の実施例では薄膜コンデンサを製造
する場合のみを示したが、本発明の第1の実施例におい
て陽極化成で得られた五酸化タンタル層32の下層のタ
ンタルを抵抗体として利用することにより薄膜CR回路
を製造することもできる。Next, as shown in Figure 2b, the surface of the tantalum layer was selectively anodized in 0.1% citric acid at 250V, and
A human tantalum pentoxide layer 32 is produced. This tantalum pentoxide layer later plays the role of an oxidation prevention layer that prevents the tantalum below this layer (which becomes the lower electrode of the thin film capacitor) from turning into tantalum pentoxide during the thermal oxidation process. The thickness is preferably 600 Å or more (formation voltage 40 V or more). Next, as shown in FIG. 2C, the surface of the portion of the tantalum layer 21 that will form the lead electrode of the lower electrode of the thin film capacitor in a later step is subjected to a subsequent thermal oxidation step to prevent this portion from being oxidized. An aluminum layer 51 having a thickness of approximately 1 μm is formed as an oxidation prevention layer for the purpose of the present invention. The anti-oxidation layer of the tantalum layer is not necessarily limited to aluminum, but may be a metal layer simply made of gold, nichrome, or gold, or an insulating layer such as silicon oxide. Note that the process of forming the metal layer as an oxidation-preventing layer and the previous anodizing process do not necessarily have to be as in this embodiment, and the order may be reversed. After forming the aluminum layer,
The substrate was left in the air at 520°C for 8 hours, and as shown in Figure 2d, all of the tantalum layer whose surface had been exposed until the previous process was thermally oxidized to form a tantalum pentoxide layer 33 due to thermal oxidation. change. At this time, the tantalum pentoxide layer 32 formed by anodization
The tantalum in the lower layer of the aluminum layer 51 is prevented from being oxidized by these elements, so that it is hardly or not oxidized at all. The thermal oxidation conditions (temperature and time) in this step are determined by the thickness of the tantalum film formed by sputtering, but the point is that conditions should be selected so that the entire tantalum layer turns into tantalum pentoxide. Furthermore, although air is used as the oxidizing atmosphere in this embodiment, it has been found that the oxidation time can be significantly shortened by using water vapor at the same oxidation temperature. When the thermal oxidation is completed, the aluminum layer 51 is etched away as a tantalum oxidation prevention layer as shown in FIG. 2d. In this example, since aluminum is used as the anti-oxidation layer for tantalum, the surface of the aluminum layer 51 in the previous thermal oxidation process changes to aluminum oxide, but if this aluminum layer is not removed, the thin film capacitor will be capacitated in the later process. Due to the aluminum oxide on the surface of the aluminum layer, the electrical connection between this lead electrode and the lower electrode made of tantalum is insufficient, resulting in an increase in the series resistance of the thin film capacitor. Therefore, the aluminum layer 51 is removed, but a metal (for example, gold) whose surface is not oxidized in the thermal oxidation process is used as an oxidation-preventing layer for the tantalum layer, and the bottom electrode made of tantalum is used to form an extraction electrode of the bottom electrode to be formed later. If the electrical connection with the electrode is made without any problems, it is not necessary to remove the metal layer as an oxidation prevention layer of the tantalum layer.
Following the removal of the aluminum layer 51, the tantalum pentoxide layer 32 previously formed by anodization is again anodized to form the tantalum pentoxide layer 31 as a dielectric of the thin film capacitor.
(Figure 2e). The voltage for this re-anodization is the first
If the anodization voltage is too low compared to the first anodization voltage, the regeneration of tantalum pentoxide will be insufficient and a good quality dielectric will not be obtained.
It has been confirmed that a voltage of 1% or more is appropriate, and the upper limit of the re-anodization voltage can be as high as it is, but considering the characteristics of the thin film capacitor obtained, it is
It has been found that voltages up to about 0% higher are appropriate. In this example, re-anodization was performed at 25% in 0.1% citric acid solution.
This is carried out at a voltage of 5 V, and as shown in FIG. 2e, a structure is obtained in which the step at the boundary between the tantalum pentoxide layer (dielectric) 31 and the tantalum pentoxide layer 33 formed by thermal oxidation is extremely small.
Finally, nichrome and gold were deposited on the entire surface of the substrate obtained through the above steps using a vacuum evaporation method.
After adhering 0Λ, unnecessary parts of gold and nichrome are removed by photolithography, and as shown in FIG.
3 to complete a thin film capacitor according to the manufacturing method of the present invention. Although the above-mentioned embodiment shows only the case of manufacturing a thin film capacitor, in the first embodiment of the present invention, tantalum in the lower layer of the tantalum pentoxide layer 32 obtained by anodization is used as a resistor. Thin film CR circuits can also be manufactured.
その製造方法は薄膜コンデンサの場合とほとんど同様で
あるので詳細は省略するが、第3図aに本発明の製造方
法により得た薄膜CR回路の断面図を、第3図bにその
等価回路を示す。第3図aのコンデンサ部分は前述の実
施例の構造と全く同様であり抵抗部の五酸化タンタル層
35は最初の陽極化成工程で形成し、従つてこの下層の
タンタルから成る抵抗層22の面積抵抗値は陽極化成電
圧により決る。なお抵抗部の五酸化タンタル層35は再
陽極化成を行なつてもさしすかえないが、完成した際の
薄膜抵抗の安定性を考慮するとむしろ行なわない方が優
れていることが分つている。ただし抵抗値の調整を行な
うために再陽極化成を行ないうることは当然である。又
抵抗部の端子電極45,46は薄膜コンデンサの上部及
び【下部電極の引き出し電極の形成時に同時に形阜・’
されたものである。次に本発明の第2の実施例を第4図
a−fを用いて説明する。The manufacturing method is almost the same as that for thin film capacitors, so the details are omitted, but Figure 3a shows a cross-sectional view of a thin film CR circuit obtained by the manufacturing method of the present invention, and Figure 3b shows its equivalent circuit. show. The structure of the capacitor part in FIG. 3a is exactly the same as that of the previous embodiment, and the tantalum pentoxide layer 35 in the resistor part is formed in the first anodization process, so that the area of the resistor layer 22 made of tantalum as the lower layer is The resistance value is determined by the anodization voltage. Although the tantalum pentoxide layer 35 in the resistor section can be re-anodized, it has been found that it is better not to perform anodization when considering the stability of the thin film resistor when completed. . However, it is a matter of course that re-anodization can be performed to adjust the resistance value. In addition, the terminal electrodes 45 and 46 of the resistor part are shaped simultaneously when forming the upper and lower electrodes of the thin film capacitor.
It is what was done. Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 4a to 4f.
先ず、第4図aに断面図を示した様に絶縁基板(セラミ
ツク)111上全面に約5000入のベータタンタル層
121をスパツタにより形成し、さらにベータタンタル
121表面の薄膜コンデンサの誘電体が形成されるべき
部分を選択的に0.1%クエン酸溶液中で250Vの化
成電圧を印加して化成し約4000人の化成法による酸
化タンタル層132を生成する。First, as shown in the cross-sectional view in FIG. 4a, a beta-tantalum layer 121 of about 5,000 layers is formed on the entire surface of an insulating substrate (ceramic) 111 by sputtering, and then a dielectric of a thin film capacitor is formed on the surface of the beta-tantalum 121. The portion to be treated is selectively anodized in a 0.1% citric acid solution by applying an anointing voltage of 250 V to produce a tantalum oxide layer 132 by about 4000 people's anodizing method.
ここでこの選択的な化成のマスクとして例えばアルミニ
ウム層とホトレジスト層とを積層したものが有効に用い
うる。この化成法による酸化タンタル層132は後の熱
酸化工程でこの下層のベータタンタル層が酸化するのを
防止する酸化防止層の役目を果すもので、そのため膜厚
は600Å以上(化成電圧40V以上)であることが望
ましい。続いて第4図bに示した様に薄膜コンデンサの
下部電極の引き出し電極とすべきベータタンタル層12
1の所定部分の表面に、続く熱酸化工程で、この部分が
酸化されるのを防止するための酸化防止層として約1μ
のアルミニユウム層151を形成する。このベータタン
タル層121の酸化防止層として必ずしもアルミニユウ
ムに限らず単に金又はニクロム、金又はその他の金属層
でも、さらに又二酸化シリコンの様な絶縁層でもよい。
なお、このベータタンタルの薄膜コンデンサの下部電極
の引き出し電極を形成する部分の酸化防止層の形成工程
と、先の化成工程との工程順序は必ずしも本実施例の通
りでなくとも逆にしても差支つかえない。アルミニユウ
ム層151を形成後、基板全体を520℃の空気中に8
時間放置し、第4図Cの様に表面が露出した部分のベー
タタンタル層121を厚さ方向全てにわたつて熱酸化し
、熱酸化による酸化タンタル層133に変える。このと
き化成による酸化タンタル層132及びアルミニユウム
層151の下層のベータタンタル層121はこれらによ
り酸化が防止されるので殆んど又は全く熱酸化されない
。又本工程における熱酸化条件(温度及び時間)はスパ
ツタにより形成するベータタンタルの膜厚により決るの
であるが要はベータタンタル層が全厚さにわたつて酸化
タンタルに変る条件を選べば良い。さらに本実施例では
、酸化雰囲気として空気を用いているが、空気以外でも
例えば水蒸気を用いることができ、この場合同じ酸化温
度の場合、酸化時間を犬巾に短縮できるという利点があ
る。ベータタンタル層121の選択的な熱酸化が完了す
ると下部電極の引き出し電極部分のベータタンタルの酸
化防止層としてのアルミニユウム層151を食刻、除去
する。本実施例ではベータタンタルの電極形成部の酸化
防止層としてアルミニユウムを用いているため先の熱酸
化工程でアルミニユウム層151の表面には酸化アルミ
ニユウム(図示せず)が形成されるが、もしこのアルミ
ニユウム層151を除去しないでおくと後の工程で薄膜
コンデンサの引き出し電極を形成するのにアルミニユウ
ム層151表面に生成した酸化アルミニユウムのために
引き出し電極とベータタンタルから成る下部電極との電
気的接続が不充分となり結局薄膜コンデンサの直列抵抗
を増大させる。そのためアルミニユウム層151を除去
するのであるが、ベータタンタル層121の酸化防止層
として、たとえば金等熱酸化工程で酸化されない金属を
用い、後で形成する下部電極の引き出し電極とベータタ
ンタルから成る下部電極との電気的接続が問題なく行な
われる様にした場合は、酸化防止層としての金属層は必
ずしも除去する必要はない。アルミニユウム層151の
除去に続いて基板全表面に抵抗体としていわゆるプラト
一領域にある窒化タンタルを約1000人の厚さでスパ
ツタし、さらにこれに重畳してニクロム及び金をそれぞ
れ300人及び3000人の厚さで真空蒸着により順次
形成した後、写真食刻法により不要部分の金、ニクロム
及び窒化タンタルを次々に食刻、除去し結局第4図dに
示めした様に、薄膜コンデンサの下部電極の引き出し電
極形成部分及び熱酸化による酸化タンタル層133上の
薄膜抵抗を形成すべき部分に窒化タンタル141及びニ
クロム金から成る窒化タンタルに対する酸化防止層17
1のパターンを画成する。この窒化タンタルに対する酸
化防止層171は続く抵抗体として用いられる部分の窒
化タンタルの熱処理(安定化処理)の際、下部電極の引
き出し電極部分及び抵抗体の電極形成部分の窒化タンタ
ル層141の表面が酸化それぞれの電気的接続を充分に
とるために形成するものであつて、必ずしもニクロム一
金に限定するものではなく、もし後の窒化タンタルの熱
処理が不要の場合はこの層は形成する必要はない。次に
以上の工程により得た基板を250℃空気中jで5時間
熱処理を行い窒化タンタルを安定化し、続いて薄膜コン
デンサの誘電体となる部分(最初の化成でベータタンタ
ルの酸化防止層として形成した酸化タンタル層132の
部分)を0.1%クエン酸溶液中で255の化成電圧で
再化成し誘電体としての化成による酸化タンタル層13
1(第3図dに再生修復する。Here, as a mask for this selective chemical formation, for example, a stack of an aluminum layer and a photoresist layer can be effectively used. The tantalum oxide layer 132 formed by this chemical conversion method serves as an oxidation prevention layer to prevent the underlying beta-tantalum layer from being oxidized in the subsequent thermal oxidation process, and therefore has a film thickness of 600 Å or more (forming voltage of 40 V or more). It is desirable that Next, as shown in FIG. 4b, a beta-tantalum layer 12, which is to be used as an extraction electrode for the lower electrode of the thin film capacitor, is formed.
Approximately 1 μm of anti-oxidation layer is applied to the surface of a predetermined portion of 1 to prevent this portion from being oxidized in the subsequent thermal oxidation process.
An aluminum layer 151 is formed. The anti-oxidation layer of the beta-tantalum layer 121 is not necessarily limited to aluminum, but may be simply gold, nichrome, gold or other metal layers, or even an insulating layer such as silicon dioxide.
Note that the process order of the formation process of the anti-oxidation layer for the part that forms the extraction electrode of the lower electrode of this beta-tantalum thin film capacitor and the previous chemical formation process is not necessarily the same as in this example, but there is a difference even if it is reversed. I can't support it. After forming the aluminum layer 151, the entire substrate was placed in air at 520°C for 8 hours.
After leaving it for a while, the exposed surface of the beta-tantalum layer 121 is thermally oxidized throughout its thickness as shown in FIG. At this time, the tantalum oxide layer 132 and the beta tantalum layer 121 under the aluminum layer 151 are prevented from being oxidized by chemical conversion, so that little or no thermal oxidation occurs. The thermal oxidation conditions (temperature and time) in this step are determined by the thickness of the beta-tantalum film formed by sputtering, but the important thing is to select conditions that will cause the entire thickness of the beta-tantalum layer to turn into tantalum oxide. Further, in this embodiment, air is used as the oxidizing atmosphere, but other than air, for example, water vapor can be used, and in this case, there is an advantage that the oxidation time can be shortened to a minimum at the same oxidation temperature. When the selective thermal oxidation of the beta-tantalum layer 121 is completed, the aluminum layer 151 serving as a beta-tantalum oxidation prevention layer in the lead-out electrode portion of the lower electrode is etched and removed. In this embodiment, since aluminum is used as an oxidation-preventing layer in the beta-tantalum electrode formation area, aluminum oxide (not shown) is formed on the surface of the aluminum layer 151 in the previous thermal oxidation process. If the layer 151 is not removed, the aluminum oxide formed on the surface of the aluminum layer 151 will cause an electrical connection between the lead electrode and the lower electrode made of beta-tantalum to be broken when the lead electrode of the thin film capacitor is formed in a later process. becomes sufficient and eventually increases the series resistance of the thin film capacitor. Therefore, the aluminum layer 151 is removed, but a metal that is not oxidized in the thermal oxidation process, such as gold, is used as the oxidation-preventing layer of the beta-tantalum layer 121. If the electrical connection is to be made without any problem, it is not necessary to remove the metal layer as an anti-oxidation layer. Following the removal of the aluminum layer 151, tantalum nitride in the so-called plateau region is sputtered on the entire surface of the substrate as a resistor to a thickness of about 1,000 layers, and then nichrome and gold are superimposed on this to a thickness of 300 layers and 3,000 layers, respectively. The lower part of the thin film capacitor is formed by vacuum deposition to a thickness of An anti-oxidation layer 17 for tantalum nitride made of tantalum nitride 141 and nichrome gold is applied to the lead-out electrode forming part and the part where a thin film resistance is to be formed on the tantalum oxide layer 133 by thermal oxidation.
1 pattern is defined. This anti-oxidation layer 171 for tantalum nitride protects the surface of the tantalum nitride layer 141 on the extraction electrode portion of the lower electrode and the electrode formation portion of the resistor during subsequent heat treatment (stabilization treatment) of the tantalum nitride portion used as a resistor. This layer is formed to ensure sufficient electrical connection between each oxide layer, and is not necessarily limited to nichrome-all-gold. If the subsequent heat treatment of tantalum nitride is not required, there is no need to form this layer. . Next, the substrate obtained through the above steps was heat treated at 250°C in air for 5 hours to stabilize the tantalum nitride, and then the part that will become the dielectric of the thin film capacitor (formed as an oxidation prevention layer of beta tantalum in the first chemical formation) The formed tantalum oxide layer 132 is re-formed in a 0.1% citric acid solution at a formation voltage of 255 to form the tantalum oxide layer 13 as a dielectric.
1 (restored as shown in Figure 3d).
このとき再化成電圧は第1の実施例で詳述した如く最初
の化成電圧の約90%以上の電圧が適切であり、上限い
くら高くても良いが、得られる薄膜コンデンサの特性を
考慮すると最初の電圧の10%程度高い電圧迄が適切で
ある。結局これ迄の工程、により第3図dに示した様に
酸化タンタル層131と熱酸化による酸化タンタル層1
33との境界の段差の極めて小さい構造体を得ている。
最後に以上の工程により得られた構造体全面に、良導体
電極金属としてニクロム及び金をそれぞれ300λ及び
3000Λ付着後、写真食刻法により不要部分の金及び
ニクロムを食刻、除去し第4図eに示めした様に薄膜コ
ンデンサ部分の下部電極の引き出し電極153、上部電
極152及び薄膜抵抗の端子電極154を形成し、第4
図fにその等価回路を示した様な薄膜CR回路を得る。At this time, as described in detail in the first embodiment, it is appropriate for the re-formation voltage to be about 90% or more of the initial formation voltage, and the upper limit may be as high as it is, but considering the characteristics of the thin film capacitor to be obtained, the initial It is appropriate to use a voltage up to about 10% higher than the voltage of . As a result of the steps up to this point, as shown in FIG. 3d, a tantalum oxide layer 131 and a tantalum oxide layer 1 formed by thermal oxidation are
A structure with an extremely small step at the boundary with 33 is obtained.
Finally, after depositing 300λ and 3000Λ of nichrome and gold as good conductor electrode metals on the entire surface of the structure obtained through the above steps, unnecessary portions of gold and nichrome were etched and removed by photolithography, as shown in Figure 4e. As shown in FIG.
A thin film CR circuit whose equivalent circuit is shown in FIG. f is obtained.
完成した薄膜CR回路の薄膜コンデンサ部分の断面図第
2図fおよび第4図eからも明らかな様に、本発明の製
造方法による薄膜コンデンサ部分の上部電極側の酸化タ
ンタル(誘電体)31あるいは131と熱酸化による酸
化タンタル33または133との境界の段差は殆んどな
くなり、従来の製造方法によるいわゆる配線の「段切れ
」の問題を全く解消するものである。なお本願は上述し
た実施例に限定されるものではなく任意の変更が可能で
、例えば半導体基板上の配線路を形成することをもでき
るものである。As is clear from the cross-sectional views of the thin film capacitor portion of the completed thin film CR circuit in FIGS. 2f and 4e, tantalum oxide (dielectric) 31 or The difference in level at the boundary between 131 and tantalum oxide 33 or 133 due to thermal oxidation is almost eliminated, completely eliminating the problem of so-called "step breaks" in wiring caused by conventional manufacturing methods. Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any modifications may be made, for example, wiring paths may be formed on a semiconductor substrate.
第1図は従来の製造方法による薄膜コンデンサの断面図
、第2図a−fは本発明の第1の実施例の製造方法によ
り薄膜コンデンサを製造する場合の各工程毎の試料の断
面図、第3図aは本発明の第1の実施例の製造方法によ
り製造した薄膜CR回路の断面図で第3図bはその等価
回路図であり、第4図a−eは本発明の第2の実施例に
よる薄膜CR回路の製造を各主要工程毎に示す試料の断
面図であり、第4図fその等価回路図である。FIG. 1 is a sectional view of a thin film capacitor produced by a conventional manufacturing method, and FIGS. FIG. 3a is a sectional view of a thin film CR circuit manufactured by the manufacturing method of the first embodiment of the present invention, FIG. 3b is an equivalent circuit diagram thereof, and FIGS. FIG. 4F is a cross-sectional view of a sample showing each main process of manufacturing a thin film CR circuit according to the embodiment, and FIG. 4F is an equivalent circuit diagram thereof.
Claims (1)
記金属層を選択的に陽極化成により表面から内部にかけ
ての厚さ方向の一部を化成酸化膜に変換する工程と、し
かる後前記化成酸化膜をマスクとして前記金属層を選択
的に全厚さ方向にわたつて熱酸化する工程とを含むこと
を特徴とする薄膜回路の製造方法。1. A step of forming a metal layer that acts as a valve on a substrate, a step of selectively converting a part of the metal layer from the surface to the inside in the thickness direction into a chemical oxide film by anodization, and then the step of converting the metal layer into a chemical oxide film. A method for manufacturing a thin film circuit, comprising the step of selectively thermally oxidizing the metal layer over the entire thickness using a chemical oxide film as a mask.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP51054180A JPS5950097B2 (en) | 1976-05-12 | 1976-05-12 | Method for manufacturing thin film circuits |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP51054180A JPS5950097B2 (en) | 1976-05-12 | 1976-05-12 | Method for manufacturing thin film circuits |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS52137665A JPS52137665A (en) | 1977-11-17 |
JPS5950097B2 true JPS5950097B2 (en) | 1984-12-06 |
Family
ID=12963333
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JP51054180A Expired JPS5950097B2 (en) | 1976-05-12 | 1976-05-12 | Method for manufacturing thin film circuits |
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Country | Link |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3838827B2 (en) | 1999-10-05 | 2006-10-25 | 新光電気工業株式会社 | Thin film capacitor element and printed circuit board manufacturing method |
JP3792129B2 (en) | 2001-03-01 | 2006-07-05 | 新光電気工業株式会社 | Capacitor, capacitor built-in circuit board, and manufacturing method thereof |
-
1976
- 1976-05-12 JP JP51054180A patent/JPS5950097B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS52137665A (en) | 1977-11-17 |
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