192396. lajstromszámú szabadalom • Szelektíven maratható rétegrendszer ellenálláshálózatok előállítására
1 2 A találmány tárgya szelektíven maratható rétegrendszer mikroelektronikában és elektronikában alkalmazható ellenálláshálózatok előállítására. A találmány alkalmazása révén különösen integrált ellenálláshálózatokban alkalmazható ellenállások állíthatók elő, amelyek egyetlen hordozón vannak elrendezve és ellenállásértékeik célszerűen nagymértékben különböznek egymástól. A 3.996 551 számú US szabadalmi leírás olyan ellenállásrétegrendszert ismertet, amely Cr-SiO-cermetrétegre felhordott NiCr fémötvözetből van kialakítva és szelektív maratással, különböző kiindulóanyagokból kétféle felületi ellenállású és végeredményben széles értéktartományú ellenálláshálózatok alakíthatók ki. Ennek a műszaki megoldásnak jelentős hiányossága abban van, hogy a Ni-Cr-rétegek hőterhelhetősége csekély. (Kicsi maximális hőmérséklet 300 °C néhány órán át.) Ez a körülmény korlátozza az ilyen rétegek megengedhető Üzemi hőmérsékletét. Az ellenállásrétegek stabilizálására ismert módon alkalmazott hőkezeléseket nem lehet kielégítően elvégezni. Ennek oka, hogy a szokásosan amorf alakban leválasztott NiCr-rétegek 300 °C hőmérséklet felett elkezdődnek kikristályosodni. Az elektromos paraméterek, különösen a hőmérsékleti együttható és az ellenállás stabilitása ezáltal leromlik. Az ellenállás-rétegrendszer egyes rétegei között megnövekszik a kölcsönös diffúzió, ami ugyancsak a paraméterek változásához vezet. A megoldás további hiányossága, hogy vele csupán két különböző felületi ellenállás valósítható meg, mivel a rétegrendszer csak két különböző ellenállásrétegből áll. A találmánnyal célunk a rétegrendszer termikus terhelhetőségének javítása és az egymástól eltérő felületi ellenállások számának növelése. A találmány révén megoldandó feladat abban áll, hogy egyetlen alapanyagból két vagy több rétegből álló szelektíven maratható rétegrendszert alakítsunk ki, amelynek kristályosodási hőmérséklete magasabb a korábbinál. A feladatot a találmány szerint olyan rétegrendszerrel oldottuk meg, amelyben egyetlen hordozóra legalább két, Cr-Si alapanyagból álló réteg van felhordva. A rétegek legfeljebb 66 atom% oxigént tartalmaznak, és két egymással szomszédos réteg Cr vagy Si tartalma egymástól legalább 10 atom%-kal különbözik. Azt a váratlan jelenséget tapasztaltuk, hogy azok a rétegek, amelyek ilymódon egymástól Cr vagy Si tartalmukban különböznek, parciálisán Cr oldó és parciálisán Si oldó maratószerekkel kielégítő mértékben és egymáshoz képest szelektíven marathatok. A szelektivitás annál jobb, minél jobban különbözik két egymással szomszédos réteg Cr/Si atomaránya. A rétegek oxigéntartalmának változtatásával ismert módon minden Cr-Si összetétel vonatkozásában nagy tartományon belüli, különböző fajlagos ellenállások és ezzel különböző felületi ellenállások alakíthatók ki. A rétegek marathatóságának szelektivitását az oxigéntartalom 66 atom%-ig bezárólag nem befolyásolja. A mindenkori ellenállás alatt szükségszerűen meglévő réteg befolyása, amely mint párhuzamosan kapcsolt összetevő szerepel, elegendő mértékben kicsi és elhanyagolható abban az esetben, ha az egymást követő rétegek felületi ellenállásai a hordozó felé tekintve jól elhatárolható lépcsőkben egyre nagyobb ellenállásúak. Ezt a találmány értelmében egyre növekvő oxigéntartalommal és/vagy a rétegek egyre csökkenő vastagságával valósítjuk meg. A rétegek felületi ellenállása célszerűen dekádikusan és lépcsőzetesen változnak. További előnyt jelent az a találmány szerinti lehetőség, hogf a hordozó fölött levő első réteget magas oxigéntartalom révén különösen nagy ellenállásúra, illetve szigetelőrétegként alakítjuk ki. Úgy találtuk, hogy egy ilyen jellegű réteg nem csupán elektromos szigetelőként, hanem mindenekelőtt a hordozóból kiinduló alkáli-diffúzióval szembeni diffúziós gátként működik. Egyúttal védi a hordozót az erősen maró vegyszerekkel szemben. További előnyt jelent az a találmány szerinti lehetőség, ha a rétegrendszer legfelső rétegét magas oxigéntartalommal úgy szintén különösen nagy ellenállású rétegként alakítjuk ki. Egy ilyen jellegű réteg megakadályozza az alatta fekvő rétegek oxidációját és korrózióját, és egyúttal mechanikai védelmet, valamint az érintéssel felvitt alkáli tartalmú szennyeződésekkel szembeni védelemként szolgál. Az alatta fekvő réteg érintkező ablakok szelektív maratása révén hozzávetésekkel látható el. A találmány szerinti rétegrendszer a mostanáig ismert megoldásokkal szemben mindenekelőtt abban különbözik, hogy valamennyi réteg egyetlen alapanyagrendszerből állítható elő. Ennek révén kihasználható a Cr-Si alapanyag előnyösen nagy termikus terhelhetősége, Meglepő módon a rétegek között nem tudtuk megállapítani semmiféle kölcsönös diffúzió létrejöttét. Ezáltal a Cr-Si alapanyag jó termikus stabilitása megmarad a teljes rétegrendszeren belül. A találmány egyik változata szerint szomszédos rétegeinek atomaránya Cr/Si összetevők vonatkozásában (65 ± 10) / (35 ± 10) és (30 ± 10) / (70 ± 10), és mindegyik réteg legalább 10 nm vastag. Az eltérő felületi ellenállások a leírt módon vannak megvalósítva. A szelektív marathatóság adott. Ezáltal a berendezések és a technológia költsége különösen alacsony. A rétegrendszer csupán két targettel egyetlen vákuumeljárásban a vákuum megszakítása nélkül előállítható, majd ezt követően fotolitográfiai úton szerkezetileg kialakítható. Kiviteli példák 1. példa Hordozóként 2u szilíciumtárcsát alkalmazunk, amely 1,2 pm vastagságban Si02-vel van lefedve. Ezen a hordozón a következő rétegsorozat van: Az első ellenállásréteg, amely érintkezik a hordozóval, alapösszetétele Cr (38 atom%) Si (60 atom%) W (2 atom%) és 42,5 atom% oxigénnel van dúsítva. A rétegvastagság 40 nm. Efölött van a második ellenállásréteg, amelynek alapösszetétele Cr (65 atom%), Si (35 atom%). Ez a réteg ugyancsak 40 nm vastag és 40 atom% oxigénnel van dúsítva. A rétegrendszer szerkezetileg a szokásos fotolitográfiai eljárási lépésekkel van kialakítva. A szilíciumban gazdag réteg HN03/HF keverék vizes oldatával edzhető. A Cr krómban gazdag réteget szelektíven HC1/HF vizes oldatával szelektíven maratjuk. A rétegrendszert ismert módon temperáljuk. A rétegek felületi ellenállása 10 kohm/q, ill. 1,11 kohm/g és hőmérsékleti 192396 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
