DE1564163A1 - Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien,insbesondere fuer Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien,insbesondere fuer Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten SchaltungenInfo
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Description
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Äktenz, der Anmelderim
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Neuanmeldung
Pocket 14 132
Pocket 14 132
Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen
Materialien, insbesondere für Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen*
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren,zum Herstellen
von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrisehen Materialien,
insbesondere für Entkopplungskondensatoren in monolithischen
bzw. integrierten Schaltungen«
Die besonders von der elektronischen Datenverarbeitung her bekannten
mikroelektronischen oder monolithischen Schaltungen werden auf kiel-
2 nen Moduln hergestellt, die etwa die Größe von 1,2.1,2 cm aufweisen.
Diese Schaltungen besitzen bei hohen Schaltgeschwindigkeiten niedrige
Impedanzen, die Jeweils an diejenigen Impedanzen der benachbarten
Schaltgebiete anzupassen sind. Zur Versorgung eines solchen Moduls mit einer einwandfreien Vorspannung wird eine gemeinsame Energiequelle
über Masse an die Moduln angeschlossen, wobei eine Beeinträchtigung der erforderlichen niedrigen Impedanz zu vermeiden ist.
Diese Stromquellen befinden sich aber in der Regel in einiger Entfernungjvon
den zu versorgenden Moduln. Aus diesem Grunde kann oft
die Forderung nach hoher Impedanz nicht eingehalten werden, weil die
Induktivitäten der Leitbahnen von der Stromquelle zujäen einzelnen
Moduln nicht mehr zu vernachlässigen ist.
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Aus den genannten Gründen können Schaltungen mit niedrigen Impedanzen,
insebsondere Tunneldioden mit sehr schnellen Schaltzeiten Anlaß zu ernsthaften, auf Übergangserscheinungen beruhenden Rauschen geben,
die ihre Ursache in der Stromversorgung haben» Diese rauscherzeugenden
Übergangserscheinungen führen zu willkürlichen Signalen, welche unerwünschte Schaltbetätigung in verschiedenen Teilen der Schaltung verursachen können.
In bekannter Weise können die genannten Schwierigkeiten durch Einfügung
von genügend großen Ladungsspeichern zwischen Masse und Ausgang der Energieversorgungsquelle umgangen werden. Die eingefügten Entkopplungskondensatoren
mindern jedoch die Impedanz der Versorgungsquelle. Entkopplungskondensatoren hoher Kapazität sind wünschenswert,
andererseits ist jedoch die verfügbare Fläche innerhalb der Moduln sehr begrenzt. Noch schwerer fällt ins Gewicht, daß der Entkopplungskondensator, die Induktivität der Zuführung zwischen Energieversorgung
und Modul, eine induktive Schleife bilden, welche dazu neigt, nach einer Schaltpause Schwingungen anzuregen. Diese Schwingungen können
auch zu schwerwiegenden Störungen führen. Gewöhnlihc hilft man sich
hierbei so, daß man Widerstände in die Leitung einfügt. Liegt hierbei
der Widerstand in Serie mit dem Kondensator, so wird die Dämpfung lediglich auf Kosten der Widerstandserhöhung der Kondensatorzuleitung erhöht.
Legt man den Widerstand jedoch parallel zum Kondensator, so wird ein übermäßiger Strom und damit Energieverbraucbjim Widerstand eintreten,
was einen Temperaturanstieg innerhalb der Moduln zur Folge hat. Es wurde berdts ein unverbessertes Dielektrikum vorgeschlagen, das'Kondensatoren
einer Erhöhung der Impedanz z.B. in einer Versorgungsanordnung entgegenwirkt. Dies wird erreicht durch eine höhere Dämpfungscharakteristik
bei höheren Schaltfrequenzen, wobei durch einen höheren Gleichstromwiderstand eine weitere Verbesserung zu erreichen ist.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren an, welches es gestattet,
Dielektrika herzustellen, welche einen höheren Gleichstromwider sand als
die bisherigen aufweisen und gleichzeitig eine höhere Dietektrizitäts-
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konstante besitzen. Diese Voraussetzungen ermöglichen es, Kondensatoren
zu entwickeln, die für höhere Betriebsspannungen geeignet sind,
als dies bisher der Fall war.
Es ist allgemein bekannt, daß ferroelektrische Materialien, z.B.
Bariumtitanat, Strontiumtitanat usw. einen verhältnismäßig hohen. spezifischen "Widerstand sowie eine hohe Dielektrizitätskonstante,
insbesondere in der Nähe des ferroelektrischen Curiepunktes besitzen.
Diese Materialien weisen aber außer dem Hystereseeffekt, von welchen die
ferroelektrischen Materialien ihren Namen bezogen haben, einen piezoelektrischen Effekt auf , und was noch wichtiger ist, die Dielektrizitätskonstante derartiger Materialien ist merklich temperaturabhängig. Halbleitermaterialien,
z. Zinkoxyd, besitzen dahingegen einen verhältnismäßig geringen spezifischen Widerstand und eine niedrige Dielektrizitätskonstante
im Vergleich mit ferroelektrischen Materialien.
Kombinationen aus ferroelektrischen und Halbleitermaterialien zeigen
gewöhnlich einen erhöhten spezifischen 'widerstand, ohne gleichzeitige
Beeinträchtigung der Dielektrizitätskonstanten, wird ein Material hoher
Dielektrizitätskonstante mit einem solchen niedriger Dielektrizitätskonstante
kombiniert, so bewegt sich die Dielektrizitätskonstante zu niedrigen Vierten hin. Die Dielektrizitätskonstante der Kombination
wird geringer ausfallen, als die höchste ihrer Bestandteile. Gleichfalls wird die Dielektrizitätskonstante temperaturempfindlich sein. Der
spezifische Widerstand des Systems Halbleiter-Ferroelektrikum wird jedoch
ausreichen, um mit ihm ausgerüstete Kondensatoren mit höheren Spannungen zu betMben. Für die Konstruktion mikroelektronischer Schaltungen wird
es von großem Nutzen sein, über geeignete, aus Halbleiter- und ferroelektrischem
Material kombinierten Substanzen zu verfügen, welche eine
im wesentlichen geringfügige Temperaturabhängigkeit sowie eine angemessene hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, welches ein Dielektrikum mit einem gesteuerten spezifischen
Widerstand und Dielektrizitätskonstanten herzusteltei gestattet,
das insebesondere geeignet ist für in mikrominiaturisierten Schaltungen
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anzuwendende Kondensatoren. Außerdem soll die Temperaturabhängigkeit der
genannten Eigenschaften gering sein. Das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Abwiegen des ferroelektrischen Materials mit einer Zusatzsubstanz
zum Herabsetzen der Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante
; -
b. Anrühren zu einem flüssigen Gemenge und Trocknen;
c. Kalzinieren der unter b. erhaltenen Substanz;
d. Formen der Substanz in kleine Kügelchen;
e. Sintern;
f. Zerkleinern auf eine im wesentlichen einheitliche Partikelgröße
durch Mahlen in einer Kugelmühle;
g. Reduzieren der in f. gewonnenen Partikel;
h. Abwiegen und Mischen der Halbleitermaterialien;
i. Mischen von Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien sowie
Überführung des Gemenges in Pastenform durch Zusatz eines Plussmittels;
j. Aufdrucken der ersten metallischen Kondensatorelektrode auf ein
Substrat;
k. Aufbringen des inneren Dielektrikums auf die erste Elektrode; 1. Aufdrucken der zweiten metallischen Kondensatorelektrode;
m. Aufbringen einer äußeren, dielektrischen Schutzschicht;
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η* Brennen des Kondensators;
ο. Prüfen der elektrischen Eigenschaften des hergestellten Kondensators.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung einiger bevorzugter
Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Figuren
hervor. In diesen bedeuten:
Fig. 1 eine Übersicht über die Verfahrensschritte zur Herstellung
des dielektrischen Materials nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kondensators mit einem nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Dielektrikum;
Fig. 5 eine Tafel zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der elek- ,
trischen Eigenschaften des dielektrischen Materials von dessen Zusammensetzling j
Fig. ;5A ein Diagramm, welches den- Zusammenhang zwischen
Dielektrizitätskonstante und Zusammensetzung des Dielektrikums zeigt;
Fig. JC eine halblogarithmische Darstellung des Zusammenhangs zwischen
spezifischem Widerstand in Ohm · cm von dem Anteil des Halbleiterbestandteils des Dielektrikums;
Fig. 4 eine Tafel von Halbleitermaterial-Ferroelektrikumsystemen,
mit verschiedenprozentigen Zusätzen eines Metallstannates zur selektiven Steuerung der Dielektrizitätskonstante und
des spezifischen Widerstandes des Systems»
90 9 884/088 '4
Ein Halbleitermaterial mit einer gewünschten realtiven Dielektrizitätskonstanten
in der Größenordnung von 1000 kann man erhalten durch Sintern einer Mischung von Halbleiteroxyden des N- bzw. P-Leitfähigkeits·
typs. Materialien mit den genannten hohen Dielektrizitätskonstanten müssen als zusätzlichen Bestandteil wenigstens eine Kombination von
Zinkoxyd (ZnO) und Wismuttrioxyd (Bi2O-,) besitzen. Brauchbar istebenfalls
die Kombination aus Zinkoxyd und Bleioxyd. Bei diesen Kombinationen stellt das Zinkoxyd einen N-leitenden und das Bleioxyd bzw.
das Wismuttrioxyd einen P-leitenden Halbleiter,dar. Andere benutzbare
P-leitende Halbleitermaterialien enthalten Cuprioxyd (CuO) und Cuprooxyd
(Cu2O) sowie Nickeloxyd (NiO) V/eitere N-leitende Halbleitermaterialien
enthalten Cadmiumoxyd (CdO), Aluminiumoxyd (AlO2) sowie
Ziniioxyd (SnO ).
Wie aus Fig. 1 zu ersehen, werden die ausgewählten Halbleiteroxyde.,
typischerweise Zinkoxyd, im Verfahrensschritt 20 gewogen und im entsprechenden
Mengenverhältnis in einen Mörser mit Pistill eingegeben. Ein kleiner Prozentsatz eines einwertigen Dotierungsmittels, entweder
Silber, Lithium oder Kupfer werden In sehr geringen Gewichtsanteilen
zur Anhebung des spezifischen Widerstandes zu dem Halbleitermaterial
hinzugefügt. In einem Ausführungsbeispiel werden 96 Gewichts-^ Zinkoxyd,
5 Gewichts-^ Wismuttrioxyd und 1 MoI-^ Kupfertitanat (CuTiO,) gemischt.
Das Halbleitermataial und die puderförmige Dotierungssubstanz sehr
gutenQualitätsgrades sind im Handel zu erhalten. Die puderförmigeη Bestandteile
werden zwei Stunden lang einer Trockenmischung unterzogen. Einzelheiten über die Zubereitung derartiger Halbleitermaterialien
waren bereits Gegenstand früherer Vorschläge.
909884/088
Die ferroelektrischen-Materialien werden in einem ersten Verfahrens- "·
.■■■■'■ · *
schritt 22 angesetzt, der im Wesentlichen aus Abwiegen und Zusatz sowie Mischen eines ferroelektrischen Materials sowie eines Zusatz- ·
mittels besteht, welches die ferroelektrischen Eigenschaften verhält-,
nismäßig unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen macht und .
gleichzeitig eine selektive Kontrolle der Dielektrizitätskonstanten gestattet.' Ein Verfahren zur Herbabsetzung der Temperatur abhängigkeit
eines Ferroelektrikums wurde bereits vorgeschlagen. Eine weitere
Möglichkeit zur Unempfindlichmachung eines Ferroelektrikums bezüglich
Temperatüränderung besteht darin, das Stannat eines Metalles als Zusatz
zu benutzen. Dieses Metallstannat gestattet, in einem geeigneten Anteil zu dem Ferroelektrikum hinzugefügt, diesem aus später noch zu
nennenden Gründen eine temperaturunabhängige Polarisation beizubehalten.
Pur die Zwekce der vorliegenden Erfindung bewährten sich besonders
Perroelektrika, welche Bariumtitanat und Strontiumtitanat enthielten.
Weiterhin erwiesen sich ebenfalls Bleistannat, Kalziumstannat, sowie
Wismutsannat als nützlich. In einer speziellen Ausführungsform wurden
87 Gewichts-^ Bariumtitanat und 13 Gewichts-'^ Bleistannat gemislit und
zwei Stunden getrocknet entsprechend einem Verfahrensschritt 22, Bei den Titanaten und Stannaten handelt es sich umMaterial außerordentlißh
guter Qualität wie es im Handel erhältlichjist. Die Mischung wird entsprechend
dem Verfahrensschritt 24 in einen flüssigen Brei überführt,
und getrocknet. Als Flußmittel wurde zu dem pulverförmigen Material Wasser hinzugefügt. Das nach dem Trocknen zurückgebliebene pulverförmige
Material wurde in einen geeigneten Behälter gefüllt und mittels des Verfahrensschrittes 26 kalziniert. Dieser Prozess geschieht bei
1000 C über eine Zeitdauer von zwei Stunden auf einer Platte von
Zirkonoxyd. Das kalzinierte Material wird im Verfahrensschritt 28 zerkleinert. Die zurückbleibende Substanz wird dann in kleine Formen unter
einem Druck von 1 400 kg/cm gepreßt. Die Zerkleinerung geschieht mit
einem diamantbesetzten Pistill. Die kleinen Formen oder Aggregate werden dann in einem Verfahransschritt JK) bei 1 425° C auf einer Zirkonoxydplatte
zwei Stunden lang gesintert. Die gesinterten Aggregate werden
' BAD ORfGtNAL
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in einem weiteren Verfahrensschritt 52 zerkleinert und mit Trichlor-
oder Tetrachlorlösung vermengt. Die Partikelgröße dieses flüssigen Breis wird durch Mahlen einer Kugelmühle auf weniger als 2,0 · 10~ ram
reduziert. Die gemahlene Masse wird vor dem nachfolgenden Reduktionsverfahrensschritt
y\ getrocknet. Erfahrungen im Laboratorium ergaben,
daß dieser reduzierende Verfahrensschritt 54 eine leichte Anhebung
der Dielektrizitätskonstanten des Ausgangsmaterials aufgrund der Partikelgröße und der Partikelzusammensetzung nach sich zieht. Die
Reduktion wird bei 900° C über eine Zeltdauer von einer Stunde in
einem Formierungsgas oder in Atmosphäre durchgeführt.
Nunmehr wird das vollständige Dielektrikum durch Kombination mit dem
puderförmigen Halbleitermaterial hergestellt wie es im Verfahrensschritt 20 geschildert wurde, wobei dieses Halbleitermaterial seinerseits
aus den Verfahrensschritten 52 und 52J- hervorgeht. An einem Ausführungsbeispiel
wurden 80 Gewichts-^ des puderförmigen Halbleitermaterials und 20 Gewichts-)? des modifizierten Ferroelektrikums innerhalb
eines Verfahrensschrittes s>6 kombiniert. Die Bestandteile wurden
im trockenen Zustand innig miteinander vermisoht und gleichförmig mit
einen geeigneten Flußmittel versetzt bis sich eine Paste ergab. Das Fluß«
mittel wurde in soelchen Quantitäten hinzugefügt, daß der Nutzgehalt
der Paste etwa bei 70 % lag. Als Flußmittel wurde eine Kombination
von β -Terpineol und Äthylzellulose -benutzt, wobei das erstere etwa
des Gesamtflußmittels ausmachte.
iiin dünnschichtiger Entkopplungskondensator wurde hergestellt auf
einem dielektrischen Substrat, welches typischerweise aus Aluminiumoxyd oder einer ähnlichen Substanz bestand, wobei eine Reihe von
Siebdruckverfahren benutzt wurden. Als erster Verfahrensschritt 58
wurde eine Metallelektrode auf das Substrat aufgebracht. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine pastenförmige Zusammensetzung aus Gold,
Platin sowie einem Flußmittel benutzt, deren quantitative Zusammensetzung bereits früher vorgeschlagen wurde, wobei ebenfalls ein Siebdruckverfahren
zum Aufbringen angewendet wurde. Das aufgedruckte Metall wurde bei ,.einer erhöhten Temperatur getempert. Die jeweilige
909884/0884
Temperatur hängt Im allgemeinen von dem Schmelzpunkt der Masse ab,
liegt aber im allgemeinen in der Größenordnung von 750° C. Das dielektrische
Material, welches aus dem Verfahrensschritt j56 hervorgeht,
wurde auf die erste Elektrode aufgebracht, was vorzugsweise in zweifacher Beschichtung durchgeführt wurde. Das aufgedruckte Dielektrikum
wurde bei 1500C überfeine Zeit von 20 Minuten getrocknet,
wobei ein Einbrennen bei 1000° C über"eine Zeitdauer von TO Minuten
erfolgte« Nach Abschreckung wurde eine zweite Schicht aufgebracht auf die erste Schicht bei 150° C 20 Minuten lang getrocknet. Eine
zweite Metallelektrode von der gleichen Beschaffenheit, wie es bei
der ersten der Fall war, wurde auf die zusammengesetzte dielektrische
Schicht in einem Verfahrensschritt 42 aufgebracht. Die Herstellung
des Elektrodenmaterials entspricht derjenigen des in Verbindung mit
dem Verfahrensschritt 38 beschriebenen Verfahrens. Das Dielektrikum
des Verfahrensschrittes 36 wurde ebenfalls mittels des Verfahrensschrittes 4j5 auf die obere Metallelektrode aufgedruckt, wobeijdle
äußere dielektrische Schicht zum Schütze der zweiten Elektrode dient.
Während des Verfahrensschrittes 44 wird die Kondensatorherstellung
durch eten Einbrennprozess vervollständigt. Dieser Brennvorgang wurde
in einem geeigneten Ofen bei 1000° C etwa 20 Minutenlang durchgeführt.
Im Falle eines reduzierten Ferroelektrikums dauert das Einbrennen
etwa 20 Minuten, wohingegen 40 Minuten erforderlich sind, wenn ein
ünreduziertes FerroeIektrikum erstellt werden soll. Der fertiggestelle
Kondensator wurde innerhalb eines strömenden Kühlgases abgeschreckt.
Kapazitätsmessungen, Widerstandsmessungen sowie Frequenzgänge, Dämpfung und Leckstrom wurden mit bekannten Meßverfahren gemessen.
Fig. 2 zeigt einen Schichtkondensator 50, wie er bei dem in Fig. 1
dargestellten Verfahren resultiert. Hierbei wurde als Unterlage ein
Substrat 52, typischerweise aus Aluminiumoxyd oder dergleichen, gewählt.
Eine erste Elektrode 54 einer Gold-Platin-Zusammensetzung liegt
auf dem Substrat auf· Das erfindungsgemäß hergestellte dielektrische
Material ist auf die Metallelektrode 54 aufgebracht. Eine zweite Elektrode
58 ruht auf dem Dielektrikum, erstreckt sich jedoch bis auf die
Substratebene. Ein abschließendes Dielektrikum 60 ist übeifclie zweite
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- ίο -
Elektrode gebreitet. Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von
Schichtelektroden bzw. dielektrischen Schichten zu einer sandwichartigen Struktur zusammengefaßt werden können. Die abmessungen der
entsprechenden Elektroden bzw. dielektrischen Bereiche, wie sie in
mikroelektronischen Moduln gebraucht werden, besitzen in der Regel eine Seitenausdehnung von 12,5 · 10"^ mm bei einer Dicke des Dielektrikums
von etwa
Die folgenden Beispiele dienen zur Erleichterung des Verständnisses
der vorliegenden Erfindung. Abänderungen der Materialien bzw. der quantitativen Zusammensetzung können vom Fachmann ohne Abweichung
vom Erfindungsgedanken vorgenommen werden.
Beispiele 1 bis 8
Bei den Kondensatoren der in Fig. J5 aufgeführten Tabelle wurden die
aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material zusammengesetzte dielektrische
Substanz in der Weise hergestellt, wie es in Verbindung mit den in Fig. 1 gezeigten Verfahrensschritten erläutert wurde. 9o
Gewichts-;^ Zinkoxyd, y$ V/ismuttrioxyd und eine Dotierungssubstanz
aus Kupfertitanat von 1 Gewichts-^ wurden abgewogen und zwei Stunden
lang gemischt. In gleicher Weise wurde 67 Gewichts-^ Bariumtitanat,
13 Gewichts-;*! Wismutstannat für das ferroelektrische Material abgewogen,
gemischt, kalziniert und bei 1425° C zwei Stunden lang gesintert. Das
gesinterte Ferroelektrikum wurde geschlemmt und in einer Kugelmühle
gemahlen , bis die Partikelgröße kleiner als 2,0 «10 mm war. Nach Trocknen wurde das puderförmige Ferroelektrikum in verschiedenen Zusammenset
zungs ante ilen mit dem pulverformigen Halbleitermaterial gemischt,
wie es aus Fig. 3 hervorgeht. Mittels eines Bindemittels von 30 Gewichts-^ wurde eine Paste gebildet, wobei das Bindemittel aus
94;$ β -Terpineol und 6% Äthylzellulose bestand. EineReihe von 9<o-%l%ßn
Aluminiumoxydsubstrat-Material wurde gründlich gereinigt und getrocknet. Die Grundelektroden einer Gold-Platinpaste wurden auf das Substrat
in Form des gewünschten Elektrodenmusters aufgedruckt. Die aufgedruckten
Elektroden wurden getrocknet und bei 76Ο0 C 20 Minuten lang ein-
909884/0884 ßAD ORIGINAL
-11-1 .'■■-■■
g ei-ch- äie gebrannte Gold -Pia tine le kt rode ergab*'
Die dielektrische Schicht wurde durch sukzessives Aufbringen von "
zwei Teilsehiehten erstellte Die Paste aus dielektrischem Material
wurde auf die gebrannte Elektrode aufgeteacht und bei I5O0 C I5 Minuten
lang--getrocknet,,. bei 1Ö00° C 10 Minuten lang gebrannt und dadurch-abgeschreckt/daß.
man die Anordnung: auf einen Aluminiumbloek „
legte...' Eine zweite Teilschieht desselben dielektrischen Materials
wurde auf die erste Scheint aufgedruckt und bei i$0o C I5 Minuten
lang-getrocknet «Eine zweite'Elektrode aus derselben G'old-Platin-Zusammerisetzung-,-aus
der bereits die erste ülei-&röde hergestellt
wurdes wird durch Siebdruck auf die zusammengesetzte dielektrische
Scheint aufgebracht und bei 1500 C I5Minuten lang tetrocknet„ Sine
äußere dielektrische Schicht wurde auf die zweite Elektrode aufgedruckt
Die Fig. 3A und ;)3 zeigen die Änderung des Dämpfungsfaktors cc und
die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Massezusammensetzung
bezüglich des Halbleiteranteils dar« Aus der Pig, ^A geht
hervor/daß bei Reduzierung des'Zinfcoxydbestandteils und 70.Gewichts-$'
der Dämpfungsfaktor eine starke Abhängigkeit von der Zusammensetzung
aufweist. In gleicher Weise ist aus -Fig.. 3B ersichtlich, daß bei anwachsendem
Anteil des Halbleitermaterials in der Gegend von 90$ die
Dielektrizitätskonstante' auf einen Wert von etwa 20$ abfällt» Außerdem
wird der spezifische Widerstand der Zusammensetzung-wesentlich herabgesetzt,
wie aus der Pig; -J'G hervorgeht 0 Ein Entkopplungskondensator
mit entsprechend herabgesetztem spezifischem Widerstand fordert aber
einen Betrieb bei niedrigerer Spannung«. Insgesamt besagen die Pig« J3
5A und 3Bf daß eine Zusammensetzung aus Halbleiter» und ferröelektrischem
Material in der Größenordnung von 90 bis 70 % Halbleiterund
10 bis 30 %ferroelektrisehem Material gewünschte dielektrische
und Widerstandseigenschaften ergeben* wie sie geeignet sind für Sntkopplungskondensatoren
in mikroelektronischen Schaltkreisen. Die vorzugsweise benutzen optimalen Anteile von Halbleiter- und ferroelektrisehem
Material liegen bei 8ö$ und 20$.
Die Verfahrenssehritte zur Herstellung von dielektrischen Zusammensetzungen und die Herstellung von Kondensatoren dieser Beispielgruppe
90 9 88 4/08 84
BAD ORIGINAL
(9 - 16) war identisch mit denjenigen der Beispielgruppe 1-8 der Beschreibung. Es wurde jedoch der zur Unterdrückung der Temperatur-'
abhängigkeit des. Ferroelektrikums wirkende Zusatz geändert. Das dadurch,
sichergebende modifizierte ferroelektrische Material wurde mit dem Halbleitermaterial in reduzierter Form gemischt, wie es aus der
Fig. 4 hervorgeht. Standardmessungen dieser Serie von Kondensatoren zeigten Resultate wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Die Zusatzsubstanz
modifiziert den ferroelektrischen Curie-Punkt in der Weise, daß die Dielektrizitätskonstante, aufgetragen gegen die Temperatur
eine Steilheit aufweist, dieim wesentlichen verschwindet. Eine physikalische Begründung für diesen Sachverhalt ist in einem Artikel mit dem
Titel "Dielektrische Körper in binären Systemen auf Metallstannat-Bariumtitanat"
von William W. Coffeen beschrieben, und zwar im Journal of American Ceramic Society, Vol. 37, No. 10, Oktober 1964, Seite
bis 489.
Bei der Unterdrückung des ferroelektrischen Curie-Punktes gelingt es
mit Hilfe der Metailstannate inselektiver Weise die Dielektrizitätskonstante
zu steuern und die spezifischen Widerstände der verschiedenen Zusammensetzungen aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material, in
gewünschter 'Weise abzuändern. Entsprechend der Fig. 4 ändert sich die relative Dielektrizitätskonstante zwischen den Werten 1100 und 18OO.
Der im Prozent angegebene Dämpfungsfaktor bleibt jedoch für alle Beispiele konstant. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dielektrizitätskonstante
der vorliegenden Zusammensetzung größer ist als diejenige für Halbleiter (900 bis 1100) und diejenige für Ferroelektrika (800 1000).
Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die entsprechenden Werte für den spezifischen 'Widerstand im allgemeinen zueinander in dem
gleichen Verhältnis stehen, daß sie jedoch bei verschiedenen Vorspannunger verschiedene Werte aufweisen in Übereinstimmung mit dem für Halbleiter
bekannten StromspannungsZusammenhanges.
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Claims (1)
- Pa te η t a η s ρ r ü c h e.'j Verfahr en zum Herstellen von Kondensatoren, insbesondere für -/ Entkopplungszwecke in integrierten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatordielektrikum aus einem Gemenge aus Halbleiter- land ferroelektrlschem Material besteht und daß die Substanz für das Dielektrikum entsprechend den folgenden Verfahrensschritten hergestellt wird:a. .Abwiegen des ferroelektrischen Materials mit einer Zusatzsubstanz zum Herabsetzen der Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante;b. Anrühren zu einem flüssigen Gemenge und Trocknen,*c. Kalzinieren der unter b. erhaltenen Substanz;d. Formen der Substanz in kleine Kügelchen;e. Sintern;f. Zerkleinern auf eine im wesentlichen einheitliche Partikelgröße durch Mahlen in einer Kugelmühle;g. Reduzieren der in f. gewonnenen Partikel; -h. Abwiegen und Mischen der Halbleitermaterialien;i. Mischen von Halbleiter- und ferroelektrisehen Materialien sowie Überführung des Gemenges in Pastenform durch Zusatz eines Flußmittels;j. Aufdrucken der ersten metallischen Kondensatorelektrode auf ein Substrat;k. Aufbringen des inneren Dielektrikums auf die erste Elektrode;1. Aufdrucken der zweiten metallischen Kondensatorelektrode;m. Aufbringen einer äußeren, dielektrischen Schutzschicht;n. Brennen des Kondensators;o. Prüfen der elektrischen Eigenschaften des hergestellten Kondensators.90988Λ/088Α2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anteil des Halbleitermaterials 70 - 90 Gewichts-;}, für denjenigen des ferroelektrischen Materials j50 - 10 Gewichts-^ sowie für den Anteil des Stannates eines Metalls bis 1j5:-i> des ferroelektrischen Materialanteils gewählt werden.5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anteil des Kalbleitermaterials 00 Gewichts-;J, für den ferroelektrischen Materialanteil 20 Gewichts-.s gewählt werden und daß das Halbleitermaterial seinerseits aus etwa 97 Gewichts-;; N-leitendem Halbleitermaterial, sowie j> Gewichts-^ P-leitendem Halbleitermaterial besteht.4. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und '5, dadurch gekennzeichnet, daß für das P-leitende Halbleitermaterial Zinkoxyd, Cadmiumoxyd, Aluminiumoxyd sowie Zinnoxyd, für das N-leitende Halbleitermaterial Wismuthtrioxyd, Bleioxyd, Cuprioxyd, Cuprooxyd oder Nickeloxyd einzeln oder in Kombination, und als ferroelektrisches Material Bariumtitanat oder Strontiumtitanat, sowie ein Stannat der Metalle Calcium, Blei oder Wismuth gewählt wird und daß der Stannat-Anteil etwa I3 Gewichts-,* des ferroelektrischen Materials beträgt.5. Kondensator, gekennzeichnet durch ein nach den Ansprüchen 1 bis hergestelltes Dielektrikum.BAD 909884/0884
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