DE1204046B

DE1204046B - Process for anodic oxidation of parts of thin layers of valve metal

Info

Publication number: DE1204046B
Application number: DEST19974A
Authority: DE
Inventors: Helga Kalzmeier; Erwin Ross
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1962-11-17
Filing date: 1962-11-17
Publication date: 1965-10-28
Also published as: BE639823A; NL300558A; CH433899A; GB1062026A

Description

Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen dünner Schichten aus Ventilmetall Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur anodischen Oxydation von dünnen Schichten aus Ventilmetall, insbesondere von Teilen solcher dünnen Schichten.Process for anodic oxidation of parts made of thin layers Valve metal The invention relates to a method of anodic oxidation of thin layers of valve metal, especially parts of such thin layers.

Es ist bereits bekannt, elektrische Bauelemente aus dünnen Ventilmetallschichten aufzubauen, die auf einem isolierenden Träger angeordnet sind. Auf diese Weise können z. B. Widerstände oder Kondensatoren aus dünnen Tantalschichten hergestellt werden. Man kann dabei die aus der Tantalschicht aufgebauten Bauelemente mittels entsprechender Verbindungsleitungen, die z. B. ebenfalls aus Tantal bestehen können, zu einer ganzen Schaltungsanordnung vereinigen, die in Form eines dünnen Filmes aus Tantal auf dem isolierenden Träger angeordnet ist. Solche in letzter Zeit bekanntgewordenen Schaltungsanordnungen werden als Dünnfilmschaltungen bezeichnet.It is already known to use electrical components made from thin valve metal layers build, which are arranged on an insulating support. That way you can z. B. resistors or capacitors can be made from thin layers of tantalum. The components built up from the tantalum layer can be removed by means of a corresponding Connecting lines that z. B. can also consist of tantalum, to a whole Unite circuitry in the form of a thin film of tantalum on the insulating carrier is arranged. Such circuit arrangements which have recently become known are called thin film circuits.

Bei der Herstellung von Bauelementen oder Dünnfilmschaltungen aus dünnen Schichten aus Ventilmetall ist es nun erforderlich, die Oberfläche des Ventilmetalls anodisch zu oxydieren, sei es, die dielektrische Schicht eines Kondensatorelementes auf diese Weise herzustellen, sei es einen aus Ventilmetall bestehenden Widerstand auf einen bestimmten Wert einzustellen. Solche Widerstände werden nämlich aus einer auf den Träger, beispielsweise Glas oder Keramik, aufgebrachten dünnen Schicht aus Ventilmetall, z. B. aus Tantal, nach einem Fotoätzverfahren hergestellt, so daß der Widerstand nach dem Ätzen ein mäanderförmig verlaufendes Band aus Ventilmetall bildet. Der Widerstand ist einerseits durch die Dicke und Struktur der Tantalschicht und andererseits durch die geometrische Form, nämlich die Breite und Länge des Widerstandsbandes bestimmt. Um nun den Widerstand nachträglich auf einen genauen Wert einstellen zu können, wird die Form und Dicke der den Widerstand bildenden Schicht zunächst so bemessen, daß der Widerstand geringer ist, und anschließend durch eine anodische Oxydation ein Teil an der Oberfläche des Ventilmetallbandes in nicht leitendes Oxyd umgewandelt, so daß bei der anodischen Oxydation die Dicke der Tantalschicht verringert und damit der Widerstand erhöht wird.In the manufacture of components or thin film circuits Thin layers of valve metal now require the surface of the valve metal to oxidize anodically, be it the dielectric layer of a capacitor element in this way, be it a valve metal resistor set to a certain value. Such resistances come from a on the carrier, for example glass or ceramic, applied thin layer Valve metal, e.g. B. made of tantalum, by a photo etching process, so that the resistance after etching is a meandering strip of valve metal forms. The resistance is on the one hand due to the thickness and structure of the tantalum layer and on the other hand by the geometric shape, namely the width and length of the resistance band certainly. In order to set the resistance to an exact value afterwards can, the shape and thickness of the layer forming the resistor will initially be as follows dimensioned so that the resistance is lower, and then by an anodic Oxidation of a part on the surface of the valve metal strip into non-conductive oxide converted so that the anodic oxidation reduces the thickness of the tantalum layer and thus the resistance is increased.

Bei der Herstellung von elektrischen Kondensatoren aus dünnen Schichten aus Ventilmetall werden z. B. zwei Streifen aus Ventilmetall nebeneinander angeordnet, ohne daß sich diese Streifen berühren, anschließend wird die Oberfläche der beiden Streifen anodisch oxydiert, um eine dichte Oxydschicht zu erzeugen, und schließlich quer über die zwei Ventilmetallstreifen in Höhe der oxydierten Stellen eine dünne Schicht eines elektrischen Leiters aufgebracht, z. B. ein schmaler Goldstreifen aufgedampft, wodurch sich ein elektrischer Kondensator aus zwei gegeneinandergeschalteten Teilkondensatoren ergibt.In the manufacture of electrical capacitors from thin layers valve metal z. B. two strips of valve metal arranged side by side, without these strips touching each other, then the surface of the two becomes Strip anodized to create a dense layer of oxide, and finally across the two valve metal strips at the level of the oxidized areas a thin one Layer of an electrical conductor applied, e.g. B. a narrow gold stripe vaporized, creating an electrical capacitor from two oppositely connected Partial capacitors results.

In allen diesen Fällen müssen also begrenzte Bereiche einer dünnen Ventilmetallschicht auf einem isolierenden Träger anodisch oxydiert werden. Bei sogenannten Dünnfilmschaltungen sind meist zahlreiche Kondensatoren und Widerstände auf einer Fläche von nur wenigen cm2 angeordnet, die gegebenenfalls getrennt einer anodischen Oxydation unterworfen werden müssen, um die entsprechenden dielektrischen Schichten der Kondensatoren zu erzeugen und die Widerstände auf ihre richtigen Werte einzustellen.In all of these cases, limited areas must be thin Valve metal layer are anodically oxidized on an insulating support. at so-called thin-film circuits are usually numerous capacitors and resistors arranged on an area of only a few cm2, which may be separated by a anodic oxidation must be subjected to the appropriate dielectric Layers of the capacitors and the resistors to their correct values to adjust.

Zum Zwecke der anodischen Oxydation von solchen kleinen Teilflächen einer Schicht aus Ventilmetall kann man die ganze Fläche mit einer in dem Elektrolyten unlöslichen Schicht abdecken, so daß nur die zu oxydierenden Teile der Ventilmetallschicht frei bleiben. Dieses Abdecken kann beispielsweise mit einem geeigneten Lack vorgenommen werden. Danach wird das ganze Plättchen in einen Elektrolyten eingetaucht und die anodische Oxydschicht erzeugt.For the purpose of anodic oxidation of such small partial areas A layer of valve metal can cover the whole area with one in the electrolyte Cover insoluble layer so that only the parts of the valve metal layer to be oxidized remain free. This covering can be done, for example, with a suitable varnish will. Then the whole plate is immersed in an electrolyte and the anodic oxide layer is generated.

Dieses Verfahren ist nun sehr mühsam und umständlich, insbesondere wenn verschiedene Flächenelemente verschieden stark oxydiert werden müssen, so daß also eine gemeinsame anodische Oxydation nicht möglich ist. Es muß dann mehrmals hintereinander eine Lackschicht mit entsprechenden Aussparungen aufgebracht und wieder entfernt werden, wobei jeweils nach Aufbringen einer Lackschicht eine anodische Oxydation vorgenommen wird. Hierbei besteht außerdem noch die Gefahr, daß der Elektrolyt zwischen Abdeckung und Ventilmetallschicht eindringt und Gebiete oxydiert werden, die an sich vor einer Oxydation geschützt werden sollen. Außerdem ist es umständlich, die abdeckende Lackschicht mit der erforderlichen Genauigkeit aufzubringen, wenn man bedenkt, daß die zu anodisierenden Flächen oft nur eine Ausdehnung von wenigen mm2 haben. Für eine Serienfertigung ist ein solches Verfahren überhaupt nicht geeignet.This procedure is now very tedious and cumbersome, in particular when different surface elements have to be oxidized to different degrees, so that so a common anodic oxidation is not possible. It must then several times one behind the other applied a layer of lacquer with corresponding recesses and are removed again, an anodic one after each application of a lacquer layer Oxidation is made. There is also the risk that the electrolyte penetrates between cover and valve metal layer and areas are oxidized, which should be protected from oxidation. It is also awkward the covering layer of varnish with to apply the required accuracy, if you consider that the surfaces to be anodized are often only an extension of have a few mm2. Such a process is essential for series production not suitable.

Man hat auch versucht, geeignete poröse Stempel zu konstruieren, die mit dem Elektrolyten getränkt werden und auf die zu anodisierende Stelle aufgesetzt werden. Dabei ist jedoch eine komplizierte Mechanik für die Halterung der Stempel erforderlich, und außerdem werden für die verschieden großen Flächen Stempel mit verschiedenem Querschnitt benötigt. Schließlich ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, mehrere Stempel in geringem Abstand nebeneinander anzuordnen, um mehrere Flächenelemente gleichzeitig zu formieren.Attempts have also been made to construct suitable porous stamps which soaked with the electrolyte and placed on the area to be anodized will. However, there is a complicated mechanism for holding the stamp required, and also stamps with different cross-section is required. After all, it's difficult, if not impossible, to arrange several stamps next to each other at a small distance to create several surface elements to form at the same time.

Alle diese Schwierigkeiten werden durch das Verfahren gemäß der Erfindung vermieden.All of these difficulties are overcome by the method according to the invention avoided.

Das Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen einer dünnen Schicht aus Ventilmetall, die auf einem isolierenden Träger angeordnet ist, insbesondere zum Formieren von passiven Bauelementen einer Dünnfilmschaltung aus Tantal, ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ventilmetallschicht eine mindestens auf der aufliegenden Seite isolierende Schablone aufgelegt wird, die an den zu formierenden Stellen Aussparungen hat, und daß die Formierung mit einem in die Aussparungen eingebrachten hochviskosen Elektrolyten durchgeführt wird. Es lassen sich auf diese Weise scharf begrenzte Flächenteile anodisch oxydieren.The process of anodic oxidation of parts of a thin layer made of valve metal, which is arranged on an insulating support, in particular for forming passive components of a thin-film circuit made of tantalum characterized in that on the valve metal layer at least one on the lying side insulating template is placed on the to be formed Make recesses, and that the formation with a introduced into the recesses highly viscous electrolyte is carried out. It can be spicy that way anodically oxidize limited areas.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignen sich Schablonen aus beliebigem Material, sowohl aus Isolierstoff wie auch aus Metall. Diese Schablonen können in besonders einfacher Weise aus Metall nach einem Fotoätzverfahren hergestellt werden, so daß die Aussparungen in der Schablone die erforderlichen genauen Abmessungen haben. Bei Schablonen aus Metall ist es allerdings erforderlich, daß mindestens die Seite, mit der die Schablone auf der Ventilmetallschicht aufliegt, mit einer Isolierschicht, beispielsweise aus Lack, überzogen ist. Außerdem wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein Elektrolyt verwendet, der durch Zusatz geeigneter bekannter Verdickungsmittel eine geleeartige Konsistenz erhalten hat. Als geeignete Zusätze haben sich Gelatine, Agar Agar, Gummiarabikum und ähnliche Verdickungsmittel erwiesen. Besonders günstig sind Zusätze, welche dem Elektrolyten thixotrope Eigenschaften verleihen. Solche Zusätze sind beispielsweise bei Anstrichfarben bekannt und handelsüblich und bestehen aus Kieselsäuren, Metallhydroxyden usw.Templates are suitable for carrying out the method according to the invention made of any material, both insulating material and metal. These stencils can be produced in a particularly simple manner from metal using a photo-etching process so that the recesses in the template have the required exact dimensions to have. In the case of stencils made of metal, however, it is necessary that at least the side with which the template rests on the valve metal layer with a Insulating layer, for example made of paint, is coated. In addition, the procedure According to the invention, an electrolyte used by adding suitable known Thickener has acquired a jelly-like consistency. As suitable additives Gelatin, agar agar, gum arabic and similar thickeners have been found. Additives which have thixotropic properties in the electrolyte are particularly favorable to lend. Such additives are known and commercially available for paints, for example and consist of silicas, metal hydroxides, etc.

Infolge seiner hohen Viskosität kriecht der Elektrolyt nicht in den Zwischenraum zwischen Schablone und Ventilmetallschicht, so daß er nur auf den durch die Aussparungen in der Schablone bestimmten Flächen mit der Ventilmetallschicht in Berührung kommt.Due to its high viscosity, the electrolyte does not creep into the Space between template and valve metal layer, so that it is only on the through the recesses in the template defined areas with the valve metal layer comes into contact.

Es wird also einfach die Schablone auf die zu formierende Schicht aufgelegt, so daß der zu formierende Teil der Ventilmetallschicht in der Aussparung der Schablone zu liegen kommt. Dann wird eine geeignete Portion des eingedickten Elektrolyten auf die Schablone in der Aussparung aufgebracht und in geeigneter Weise mit einer elektrischen Zuleitung versehen, beispielsweise, indem ein Drahtnetz in den Elektrolyten eingedrückt wird. Der Kontakt wird zweckmäßig, um Verletzungen der Ventilrnetallschicht zu vermeiden, neben der Aussparung auf der Schablone angeordnet. Bei Verwendung des Elektrolyten mit thixotropen Eigenschaften erstarrt der Elektrolyttropfen nach dem Aufbringen. Danach wird die anodische Oxydation in der üblichen und bekannten Weise durchgeführt. Die Schablone kann auch mit erhöhten Rändern versehen sein, so daß der Elektrolyt in die so gebildete Schale eingegossen werden kann.So it is simply the stencil on the layer to be formed placed so that the part to be formed of the valve metal layer in the recess the stencil comes to rest. Then a suitable serving of the thickened Electrolyte is applied to the stencil in the recess and in a suitable manner provided with an electrical lead, for example by inserting a wire mesh in the electrolyte is pressed in. Contact is expedient to injury to avoid the valve metal layer, arranged next to the recess on the template. When using the electrolyte with thixotropic properties, the electrolyte droplets solidify after applying. After that, the anodic oxidation is carried out in the usual and well-known way Way done. The stencil can also be provided with raised edges, so that the electrolyte can be poured into the shell thus formed.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch dieses einfache Verfahren eine Oxydation von sehr kleinen und scharf begrenzten Flächen ohne wesentliche Vorkehrungen möglich ist.Surprisingly, it has been shown that this simple process an oxidation of very small and sharply delimited areas without essential precautions is possible.

Wenn mehrere Widerstände oder Kondensatoren einer Dünnfilmschaltung nacheinander einer solchen anodischen Oxydation unterworfen werden sollen, wird nach der Oxydation der ersten Teilfläche die Schablone einfach abgenommen und der Elektrolyt abgespült, und nach Auflegen einer zweiten Schablone und Aufbringen des Elektrolyten in die entsprechenden Aussparungen wird die weitere anodische Oxydation durchgeführt.When multiple resistors or capacitors of a thin film circuit are to be successively subjected to such anodic oxidation, is after the oxidation of the first part of the surface, the stencil is simply removed and the Electrolyte rinsed off, and after placing a second stencil and applying the Electrolytes in the appropriate recesses will further anodic oxidation carried out.

Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Serienfertigung von Dünnfilmschaltungen.This process is particularly suitable for the series production of thin-film circuits.

Bei Verwendung eines thixotropen Elektrolyten ist es auch möglich, nach dem Aufbringen des Elektrolyten in die Aussparungen der Schablone die Schablone wieder abzunehmen, so daß einzelne Inseln des Elektrolyten auf der Ventilmetallschicht verbleiben, die einzeln mit elektrischen Kontakten versehen und die darunterliegenden Flächen einer anodischen Oxydation unterworfen werden können.When using a thixotropic electrolyte, it is also possible After applying the electrolyte, insert the template into the recesses in the template take off again, so that individual islands of the electrolyte on the valve metal layer remain, the individually provided with electrical contacts and the underlying Surfaces can be subjected to anodic oxidation.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Anwendung bei Dünnfilmschaltungen aus Tantal beschränkt. Es können auch bei Schichten von anderen Metallen, wie z. B. Silizium, auf diese Weise scharf begrenzte Flächenteile anodisch oxydiert werden.However, the method according to the invention is not only on application limited for thin-film circuits made of tantalum. It can also be used for layers of other metals, such as B. silicon, in this way sharply delimited surface areas be anodically oxidized.

Claims

Claims: 1. Process for anodic oxidation of parts a thin layer of valve metal placed on an insulating support is, in particular, for forming passive components of a thin-film circuit made of tantalum, characterized in that one at least on the side lying on the insulating template is placed, which is to be formed Make recesses, and that the formation with a introduced into the recesses highly viscous electrolyte is carried out.

2. The method according to claim 1, characterized characterized in that a metal stencil manufactured according to a photo etching process is used with an insulating cover.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that an electrolyte thickened by the addition of colloids is used.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that a thixotropic electrolyte is used.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized characterized in that the template after the application of the electrolyte and before anodic oxidation is removed.