DE1246072B - Verfahren zur Herstellung einer Schaltung mit Widerstands- und Kondensatorelementen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Schaltung mit Widerstands- und Kondensatorelementen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltung mit Widerstands-und Kondensatorbauelementen, wobei auf eine Trägerplatte eine erste Schicht aus einem Widerstandsmaterial und darüber eine zweite Schicht aus einem gut leitenden Metall aufgebracht wird und wobei über einem Teil dieser zweiten Schicht eine Isolierschicht hergestellt wird, die als Kondensatordielektrikum dient und auf die eine Gegenelektrode aufgebracht wird und wobei Teile der aufgebrachten Schichten nachträglich wieder entfernt werden, um aus der Widerstandsschicht Widerstandsbahnen und aus gut leitenden Schichten Leitungsbahnen und Kondensatorelektroden zu erzeugen.
• Es ist bekannt, auf eine Grundplatte zunächst eine Schicht aus einem Widerstandsmaterial, wie Chrom, hierüber eine Schicht aus einem gut leitenden Metall, wie z. B. Aluminium, darüber eine Schicht aus isolierendem Material wie Magnesiumoxyd und darüber wiederum eine Schicht aus gut leitendem Material aufzudampfen und nach Aufbringung entsprechend geformter Abdeckschichten Teile der aufgedampften Schichten wegzuätzen, wobei aus der ersten Schicht Widerstandsbahnen, aus der zweiten und vierten Schicht Leitungsbahnen und Kondensatorelektroden und aus der dritten Schicht Kondensatordielektrika gebildet werden. Es ist auf diese Weise möglich, RC-Schaltungen zu erzeugen.
• Es ist -weiterhin bekannt, auf eine Grundplatte Tantalschichten aufzubringen, deren Oberfläche anodisch zu oxydieren und auf die Oxydschicht eine Gegenelektrode aufzubringen. Nach diesem Verfahren können Kondensatorelemente hergestellt werden.
• Die vorliegende Erfindung soll die wirtschaftliche Herstellung von Mikrominiatur-Dünnfilm-Schaltungen ermöglichen. Gleichzeitig soll die Qualität der hergestellten RC-Schaltungen durch die Erzielung möglichst hoher Werte des Gütefaktors Q verbessert werden und die Einhaltung enger Herstellungstoleranzen ermöglicht werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art vor, -das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die zweite Schicht eine dritte Schicht aus einem Metall aufgebracht wird, das oxydiert werden kann und hierbei eine Isolierschicht bildet, und daß, nachdem unterschiedliche Teile der auf die Trägerplatte aufgebrachten Schichten entfernt worden sind, der verbliebende bzw. freiliegende Teil der dritten Schicht zumindest teilweise zur Bildung einer Dielektrikumsschicht oxydiert wird, worauf auf dieses Dielektrikum die genannte Gegenelektrode aufgebracht wird. Die Erfindung macht bei der Herstellung der Kondensatorelemente Gebrauch von durch anodische Oxydation von Ventilmetall hergestellten Dielektrikumsschichten. Es können sehr dünne, Dielektrikumsschichten in sehr gleichmäßiger Schichtstärke hergestellt werden. Man erzielt hiermit außerordentlich, hohe Werte des Gütefaktors Q. Gleichzeitig gibt die Erfindung die Möglichkeit, für die erste und dritte Schicht das gleiche Metall aufzudampfen, so daß der gesamte Schichtaufbau aus nur zwei Metallen hergestellt werden kann und eine einfache Verdampfungsapparatur verwendet werden kann.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 verschiedene Stadien während der Herstellung einer RC-Diinrifilm ebaltung, F i g. 2 eine alternative Herstellungsweise zur Herstellung der Beispiels-RC-Schaltung gemäß F i g. 1, F i g. 3 das Schaltschema der. RC-Schaltung aus den Fig. 1 und 2, F i g. 4 graphische Darstellungen in Verbindung mit der Erfindung.
• F i g. 1 - bevorzugte Ausführungsforrn Die Herstellung der als Beispiel gewählten, in F i g. 3 gezeigten RC-Schaltung beginnt gemäß einer bevorzugten Ausführungsweise der Erfindung mit dem in F i g. la dargestellten Gebilde. Ein Träger aus Glas ist mit einer ersten Tantalschicht Tal, einer Zwischenschicht aus Gold Aul sowie einer zweiten Tantalschicht Ta2 überzogen. Dieses Ausgangsgebilde kann ohne Vakuum-Unterbrechung nach einem weiter unten beschriebenen Verfahren durch aufeinanderfolgendes Aufsprühen- bzw. Zerstäüben hergestellt werden. Mittels Lichtdruckverfahren wird der größte Teil der obersten Tantalschicht des Gebildes von F i g. 1 a bis auf den in F i g. 1 b dargestellten Teil weg-eätzt; dieser stehengelassene Teil bildet später in der fertigen Anordnung das Konden-:satordielektrikum. Als nächster Schritt wird die Goldzwischenschicht selektiv bis auf. die in F i g. 1 c ersichtlichen vier Bereiche weggeätzt, welche die Kontakte für die Schaltungsplatte bilden. Sodann -wird die untere Tantalschicht bis auf die beiden in F i g. 1 d ersichtlichen Widerstandsstreifen weggeätzt. ZD Als nächstes wird der Block aus Ta2 zur Erzeugung eines Oxyds (Ta.O.) anodisiert (die übrige Schaltung ist dabei maskiert). Dieses Oxyd bildet das Kondensatordielektrikum. Sodann werden die äußeren Zuleitungen durch Ultraschallschweißung mit den Goldkontaktbereichen verbunden. Schließlich wird auf den größten Teil des Tantalpentoxyd-Dielektrikums eine Gegenelektrode aus Chrom mit Goldüberzug aufgedampft. Diese Gegenelektrode bildet gleichzeitig auch eine Brücke zu dem Goldkontaktbereich links oben, wodurch die RC-Schaltung gemäß F i g. 3 erhalten wird. Die Befestigung der äußeren Zuleitun-C gen kann auch nach dem Aufdampfen der Gegenelektroden erfolgen, falls die Zuleitungen ansonsten zu nahe wären, um eine genau definierte Gegenelektrode zu erhalten. - F i g. 2 - Alternativ-Ausführungsform C Die als Beispiel gewählte RC-Schaltung aus F i g. 3 kann alternativ auch unter Verwendung eines Anfangsgebildes hergestellt werden, wie es in F i g. 2 a dargestellt ist. Dieses Gebilde besitzt den gleichen Aufbau wie das Gebilde gemäß F i g. la, mit dem Unterschied, daß auf die Schicht Ta2 noch eine zweite Goldschicht Au2 aufgesprüht bzw. aufgestäubt ist. Die drei obersten Schichten Au2, Ta2 und Aul werden sodann selektiv bis auf die vier in Fig. 2b dargestellten. Kontaktbereiche weggeätzt. Sodann wird die unterste Tantalschicht zur Erzeugung der in F i g. 2 c dargestellten Widerstandsstreifen geätzt. Als nächstes wird ein Teil des linken unteren Fleckens der Au-2-Schicht entfernt und in der gezeigten Weise ein Stück der Ta-2-Schicht freigelegt. Als VerfahrensschrittC wird sodann der innerhalb der gestrichelten Linie liegende Teil dieses Ta2 zur Bildung einer Oxydschicht Ta20, anodisiert, welche das Kondensatordielektrikum bildet (die -übrige Schaltung ist dabei maskiert). Die Oxydschicht kann dabei, wie aus den Seitenansichten der F i g. 2 d 2 f ersichtlich, bis zu einem über dem Au-2-Film liegenden Niveau erzeugt werden. Schließlich wird auf den größten Teil des Ta20"-Dielektrikams eine Gegenelektrode aus Cr mit Au überzogen aufgedampft. Wie zuvor bildet die Gegenelektrode auch eine Brücke zu dem Goldkontaktbereich links oben, wodurch die RC-Schaltung gemäß F i g. 3 entsteht.
• Einzelheiten der Herstellung Nebenbei sei erwähnt, daß die vertikalen Abmessungen der Filme in den schematischen Darstellungen nach Fig. 1 und 2 stark übertrieben sind. In Wirklichkeit kann die Gesamtdicke und -länge des Glasträgers etwa im Bereich von etwa 0,25 bis 2,5 mm bzw. etwa 5 bis 25,4 mm betragen.
• Die als Ausgangsgebilde dienenden Mehrschichtanordnungen gemäß den F i g. 1 und 2 können im Aufsptüh- bzw. Aufstäubverfahren hergestellt wer-: den, wobei in einem einzigen Vakuumsystem Au-und Ta-Kathoden sowie ein rotierender Substrathalter vorgesehen sind, derart, daß abwechselnd Schichten verschiedener Metalle ohne Unterbrechung des Vakuums abgeschieden werden können.
• Die erste auf dem Glasträger abgeschiedene Schicht Tal wird mit hinreichend geringer Dicke (beispielsweise 375 A) ausgeführt, derart, daß ein Film mit hohem spezifischen Widerstand entsteht, der für kleinflächige Widerstände geeignet ist.
• Die zweite SchichtAu wird verhältnismäßig dick ausgeführt (beispielsweise 2000A), um widerstandsarme Leiterpfade und gut bindende Anschlußflächen für die äußeren Anschlüsse und aktiven Schaltungsbauteile zu erhalten. Diese Schicht dient auch als Basiselektrode mit geringem spezifischen Widerstand für das anodisierte Ta-Dielektrikum, wodurch man eingebaute Kapazitäten mit hohem Q erzielt.
• Die dritte Schicht Ta2 wird hinreichend dick (beispielsweise 2500 A) ausgeführt, um durch herkömmliche elektrochemische Anodisierung eine Dicke Ta20.-Schicht herstellen zu können, welche als Dielektrikum für die Kondensatoren dient.
• Die Kondensator-Gegenelektroden können in der gewünschten Weise durch Metallmasken hindurch auf das anodisierte Tantal aufgedampft werden; sie können aus einer Chromschicht mit einer darauffol-,aenden Schicht aus Gold bestehen. Alternativ kön-2 neu die Gegenelektroden jedoch auch aus Gold allein, Aluminium allein oder irgendeinem anderen a Metall hergegeeigneten, dem Fachmann geläufigen stellt werden.
• Es hat sich dabei ergeben, daß die Gegenelektrode, welche auch eine Verbindung zu dem oberen linken Au-Anschluß-Kontakt bildet, keine Brücke mit dem Au-l-Film (unterhalb Ta2) bildet, durch welche der Kondensator karzgeschlossen würde. Man könnte theoretisch mutmaßen, daß dies auf eine der folgenden Ursachen zurückzuführen ist: 1. An den Kanten der beiden Ta-Schichten (Tal und Ta2) könnte sich während der Anodisierang eine überstehende Oxydschicht bilden, welche verhindert, daß die aufgedampfte Gegenelektrode den Au-l-Film erreicht; es kann auch sein, daß 2. die Gegenelektrode den Spalt während der Aufdampfung nicht ganz ausfüllt, derart, daß kein Kontakt zu den Wandungen und dem Au 1 erfolgt; schließlich könnte es auch so sein, daß 3. während der Anodisierung jegliches möglicherweise schädliches Gold entfernt wird, sobald die angrenzenden Ta-Atome oxydiert werden.
• In der Praxis können 50 oder 60 verschiedene Mikroschaltungen der beschriebenen Art gleichzeitig auf einer einzigen großen Schaltungsplatte hergestellt werden. Die Widerstandswerte können bei der anfänglichen Abscheidung auf ± 7 % eines gegebenen Ohm-Fläche-Wertes kontrolliert werden; diese Genauigkeit kann nach einer Wärinebehandlung noch auf ± 5 % verbessert werden. - Falls erforderlich, können auch die Werte einzelndr Widerstände innerhalb kleinerer Toleranzen kontrolliert werden.
• Fig. 4 Die Gütefaktor Q-Frequenz-Kennlinien der hergestellten Kondensatoren sind denen nach bekannten Verfahren hergestellten Kondensatoren überlegen. Beispielsweise wurden mit gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Kondensatoren Q-Werte von 50 bis 100 bei 3 MHz erzielt. F i g. 4 zeigt einen repräsentativen Vergleich mit der Q-Frequenz-Kennlinie eines Kondensators nach dem Stand der Technik, welcher durch Anodisierung von Tantal auf einem Träger und Aufdampfung einer Gegenelektrode hergestellt wurde.
• Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Schaltungen sind auch zur Verbindung mit Transistorelementen geeignet.
• Das Verfahren gemät der Erfindung ist vorstehend mit Verwendung von Tantal und Gold als Schaltungsmetalle -beschrieben. Tantal ist deshalb vorzuziehen, weil es in stabilen Filmen von hohem Folienwiderstand abgeschieden werden kann, einen niedrigen thermischen Widerstandskoeffizienten besitzt, korrosionsbeständig ist sowie weil es als ausgezeichnetes »Ventilmetall«' zur Erzeugung guter Kondensatoren anodisiert werden kann. Gold ist wegen seines niedrigen spezifischen Folienwiderstands und seiner Korrosionsbeständigkeit vorzuziehen. Jedoch können an Stelle der beiden genannten Metalle selbstverständlich auch andere Metalle Anwendung finden, so beispielsweise an Stelle von Tantal, die Metalle Wolfram, Titan, Chrom, Molybdän und Nickel-Chrom; an Stelle von Gold die Metalle Platin, Rhodium, Palladium, Tridium, Silber, Nickel, Aluminium und Kupfer.
• Die spezielle RC-Schaltimg gemäß F i g. 3, deren Herstellung vorstehend beschrieben wurde, diente nur als Beispiel. Praktisch kann fast jede beliebige RC-Schaltungskonfiguration nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche. 1. Verfahren zur Herstellung einer Schaltung mit Widerstands- und Kondensatorbauelementen, wobei auf eine Trägerplatte eine erste Schicht aus einem Widerstandsmaterial und darüber eine zweite Schicht aus einem gut leitenden Metall aufgebracht wird und wobei über einem Teil dieser zweiten Schicht eine Isolierschicht hergestellt wird, die als Kondensatordielektrikum dient und auf die eine Gegenelektrode aufgebracht wird und wobei Teile der aufgebrachten Schichten nachträglich wieder entfernt werden, uni aus der Widerstandsschicht Widerstandsbahnen und aus o gut leitenden Schichten Leitungsbahnen und Kondensatorelektroden zu erzeugen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß auf die zweite Schicht (Aul) eine dritte Schicht (Ta2) aus einem Metall aufgebracht wird, das oxydiert werden kann und hierbei ein:e Isolierschicht bildet, und daß, nachdem unterschiedliche Teile der auf die Trägerplatte aufgebrachten -Schichten entfernt worden sind, der verbliebene bzw. freiliegende Teil der dritten Schicht (Ta2) - zumindest teilweise zur Bildung einer Dielektrikumsschicht oxydiert wird, worauf auf dieses Dielektrikum. die genannte Gegenelektrode aufgebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die dritte Schicht (Ta2) als vierte Schicht eine gut leitende Metallschicht (Au 2) aufgebracht wird, daß hierauf gleiche Teile der zweiten, dritten und vierten Schicht in einem Schritt entfernt werden, worauf Teile der ersten Schicht (Tal) entfernt werden, und daß vor der Herstellung der Dielektrikumsschicht durch Oxyd dation entsprechende Teile der dritten Schicht freigelegt werden. 3. Verfahren nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekenn eichnet, daß zur Herstellung der gut leitenden Metallschicht Gold verwendet wird, während zur Herstellung der Schichten aus Widerstandmaterial und als oxydierbares Metall Tantal und als Gegenelektrode Chrom und Gold verwendet wird. A Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation der dritten Schicht (Ta2) durch anodische Oxydation erfolgt. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Metallschichten durch Aufsprühen bzw. Aufstäuben aufgebracht werden. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtragung bzw. Entfernung von Teilen der Schichten durch selektive Ätzung unter Anwendung von Lichtdruckverfahren erfolgt. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung der Gegenelektrode durch Aufdampfen erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1300 77 1.