DE1639061B1 - Verteilte rc schaltung in duennschichtausfuehrung - Google Patents
Verteilte rc schaltung in duennschichtausfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine verteilte RC-Schaltung in Dünnschichtausführung, enthaltend einen
ersten Belag aus einem filmbildenden Metall auf einer Unterlage, eine Oxidschicht des filmbildenden Metalls
und einen Gegenbelag, ebenfalls aus einem filmbildenden Metall, wobei eine Schicht aus filmbildendem Material
als Widerstandsschicht ausgebildet ist.
Bei einer Schaltung dieser Art ist es bekannt (IEEE Trans, on Parts, Materials and Packaging PMP-I
[1965], S. 285 bis 289), die Widerstandsschicht in der ersten Belagschicht zu bilden.
Es sind ferner i?C-Schaltungen bekannt (Wireless World, 65 [1959], S. 545 bis 549), bei denen die Widerstandsschicht
unterhalb der dielektrischen und der Kondensatorschichten liegt. Es ist daher unmöglich,
die Widerstandsschicht einer Trimm-Anodisierung zu unterwerfen, wenn einmal die beiden anderen Schichten
hierauf niedergeschlagen worden sind.
Es ist ferner bekannt (Proc. of the IEEE, 52 [1964],
12, S. 1450 bis 1462), daß normales aufgestäubtes Tantal auf Tantaloxid kein gutes Haftungsvermögen
und eine geringe Durchbruchspannung aufweist, so daß dieses für den Gegenbelag weniger in Betracht zu
ziehen ist,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verteilte i?C-Schaltung in Dünnschichtausführung zu
schaffen, die so beschaffen ist, daß eine präzise Einstellung des Schaltungsverhaltens durch Trimm-Anodisieiung
der Schichtwidei stände ermöglicht wird.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Gegenbelag aus einer Tantalschicht niedriger Dichte,
nämlich kleiner als 14 g/cm3, und einer Schicht aus dessen Oxid besteht, und als Widerstandsschicht ausgebildet
ist.
Die Ausbildung der neuen J?C-Kombination zeigt einen einfachen Weg zur präzisen Justierung des
i?C-Produktes durch Tiimm-Anodisierung der Tantalschicht
geringer Dichte und ergibt so die gewünschte Resonanzfrequenz. Die hier beschriebenen neuen
Konstruktionen erhält man durch Herstellung eines Dünnschichtkondensators nach üblicher Technik,
dessen Gegenbelag Tantal geringer Dichte enthält, das mittels kathodischer Zerstäubungstechnik erhalten
worden ist. Danach werden konventionelle Photoätzverfahren angewandt, um die gewünschte Ausbildung
des Widerstands zu erzeugen.
Die Erfindung wird leichter im Zusammmenhang mit der nachfolgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung
und in Verbindung mit den Zeichnungen verständlich sein.
F i g. 1 ist ein Querschnittsbild einer Unterlage mit
einer Schicht eines darauf niedergeschlagenen filmbildenden Metalls;
F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Körpers
der F i g. 1 nach der Erzeugung des gewünschten Musters;
F i g. 3 ist ein Querschnittsbild des Körpers der F i g. 2 nach der Anodisierung;
F i g. 4 ist ein Querschnittsbild des Körpers nach F i g. 3 nach der Abscheidung einer Gegenelektrode
und der Erzeugung des gewünschten Musters darin;
F i g. 5 ist ein Querschnittsbild des Körpers der F i g. 4 nach der Trimm-Anodisierung der Oberflächenschicht,
und
F i g. 6 ist eine Aufsicht des Körpers nach F i g. 5.
In der F i g. 1 wird eine Unterlage gezeigt, auf der ein Metallmuster gemäß vorliegender Erfindung erzeugt
werden soll. Bevorzugte und für diesen Zweck geeignete Unterlagsstoffe sind glasierte Keramika und
Gläser.
Der erste Schritt beim Aufbau einer Konstruktion gemäß Erfindung besteht in der Reinigung der Unterlage
nach üblichen, in der Technik wohlbekannten Verfahren. Nach dem Reinigungsvorgang wird eine
Lage eines schichtbildenden Metalls 12 auf der Unterlage 11 nach irgendeinem üblichen Verfahren wie beispielsweise
kathodischem Zerstäuben, Aufdampfen im
ίο Vakuum usw. abgeschieden, wie von L. Holland
in »Vakuumabscheidung von Dünnschichten«, J. Wiley & Sons, 1965, beschrieben. Die hier interessierenden
schichtbildenden Metalle sind die, deren Oxyde als ausgezeichnete dielektrische Stoffe bekannt sind und
umfassen Tantal, Aluminium, Niob, Titan, Zirkon und Hafnium.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hängt die minimale Dicke der auf der Unterlage abgeschiedenen
Schicht von zwei Faktoren ab. Der erste ist die Dicke des Metalls, welches während der nachfolgenden
Anodisierungsstufe in die Oxydform umgewandelt wird. Der zweite Faktor ist die minimale Dicke an
nichtoxydiertem, nach der Anodisierung verbleiben- ύ dem Metall, die für den maximalen Widerstand maßgeblich
ist, der in dem Belag aus schichtbildendem Metall tragbar ist. Es wurde festgestellt, daß die bevorzugte
minimale Dicke des Metallbelags annähernd 1000 ÄE ist. Es gibt keine Maximalgrenze für diese
Dicke, obwohl man wenig Vorteil von einer Erhöhung
über 10 000 ÄE gewinnt.
Nach der Abscheidung wird ein geeignetes Muster in der Schicht 12 nach üblichen Photoätzverfahren hergestellt,
wobei sich der perspektivisch in F i g. 2 gezeigte Aufbau ergibt. Vor der Anodisierung der Konstruktion
nach F i g. 2 wird ein geeignetes Verfahren eingesetzt, um die Anschlußstelle 13 abzudecken, etwa
durch die Anwendung eines Fetts.
Danach wird der Aufbau nach F i g. 2 in einem geeigneten Elektrolyten anodisch behandelt und ergibt
so die Bildung einer dielektrischen Oxydschicht 14 auf dem ersten Belag 12. Die Spannung, bei der die Anodisierung
durchgeführt wird, ist in erster Linie durch die Spannung bestimmt, bei der das Element arbeiten soll.
Geeignete Elektrolyten für diesen Zweck sind Oxal- λ
säure, Zitronensäure usw. Rückätzung und Reanodi- " sierung können danach zwecks Beseitigung von Fehlstellen
im dielektrischen Film angewandt werden. Anschließend wird das Fett von der Anschlußstelle 13
entfernt und ergibt so den in F i g. 3 gezeigten Aufbau.
Der nächste Schritt in der Herstellung einer aufgeteilten i?C-Schaltung gemäß Erfindung besteht in der
Abscheidung einer Schicht Tantal geringer Dichte auf der Konstruktion nach F i g. 3 .Für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck »Tantal geringer Dichte« als ein Tantal definiert, das eine beträchtlich
geringere Dichte als die des stückigen Materials von 16 gem"3 aufweist. Für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung wurde die Verwendung eines Tantals notwendig gefunden, das eine Dichte von
weniger als 14 gcm~3 aufweist. Ein Optimum entspricht dem Bereich von 10 bis 12 gcm~3. Es wurde festgestellt,
daß Tantal normaler Dichte Strukturen ergibt, die hohe Leckströme und zahlreiche Kurzschlüsse aufweisen.
Es wurde die Theorie aufgestellt, daß dies Verhalten durch Schäden verursacht wird, die der dielektrischen
Oxydschicht durch das Auftreffen von Tantal-Atomen hoher Energie zugefügt werden. Dementsprechend
ist es wichtig, daß die abgeschiedene Tantal-
schicht von geringer Dichte ist, d. h. mit solchen Mitteln erzeugt wird, daß praktisch kein Schaden an der
anodischen Oxydschicht auftritt.
Es wurde ferner festgestellt, daß die hier geforderten Tantalschichten geringer Dichte nur durch kathodische
Zerstäubungsverfahren unter Verwendung von Zerstäubungsspannungen von 800 bis 2500 Volt und Partialdrücken
der Zerstäubungsatmosphäre im Bereich von 10 bis 100 Millitorr erhalten werden können.
Abweichungen von den festgestellten äußersten Grenzen erzeugen entweder nicht die gewünschte Glimmentladung
oder bewirken die Erzeugung von Tantal normaler Dichte. Für den Fachmann versteht sich,
daß neben inerten Gasen, wie Argon, auch reaktionsfähige Gase in der Zerstäubungsreaktion verwendet
werden können, wofür Sauerstoff und Stickstoff primäre Beispiele sind. Unmittelbar nach der Abscheidung
des Gegenbelags aus Tantal geringer Dichte wird ein Widerstandsmuster 15 (F i g. 4) nach üblichen
Photoätztechniken hergestellt und die Anschlüsse 16 abgegrenzt. Danach wird der Körper nach F i g. 4 der
Trimm-Anodisierung unterworfen, um die gewünschte Resonanzfrequenz zu erhalten, wobei übliche Anodisierungsverf
ahren angewandt werden. Der entstandene Aufbau einschließlich der Oxydschicht 17 wird in
F i g. 5 im Querschnitt und in F i g. 6 in der Aufsicht gezeigt. Damit der Fachmann den hier vorgelegten Erfindungsgedanken
besser versteht, wird das nachstehende Beispiel als Erläuterung, nicht als Einschränkung
gegeben.
Ein Objektträger für Mikroskope von 2,5 · 7,6 cm wurde durch Ultraschallwaschungen mit Detergentien
und mit kochendem Wasserstoffsuperoxyd gemäß üblichen Verfahren gereinigt. Danach wurde die Unterlage
in eine Apparatur zu kathodischer Zerstäubung eingesetzt und eine Tantalschicht von 4000 ÄE Dicke
bei 5000 Volt und 300 mA unter Anwendung üblicher Verfahren abgeschieden. Als nächstes wurde die Unterlage
den üblichen Photoätztechniken unterworfen, um das gewünschte Muster zu umgrenzen. Anschließend
wurde die Tantalschicht in einer 0,01%igen wässerigen Lösung von Zitronensäure anodisiert, wobei ein Gleichstrom
von 1 mA cm"2 angewandt wurde, bis eine Spannung von 130 Volt erreicht war. In diesem Punkt
wurde das Ganze einer Anodisierung von 30 Minuten bei dieser Maximalspannung überlassen.
Nach der Anodisierung wurde das Ganze 5 Sekunden bei 75 Volt in einer 0,01%igen Lösung von Aluminiumchlorid
in Methanol zurückgeätzt, um Fehlstellen in der dielektrischen Tantalpentoxydschicht zu
beseitigen. Dann wurde das Bauelement 30 Minuten bei der ursprünglichen Anodisierungsspannung reanodisiert.
Als nächstes wurde Tantal geringer Dichte auf der anodisierten Schicht mittels kathodischen Zerstäubungsverfahrens
bei 1500 Volt und 300 mA bei einem Argondruck von 35 Millitorr niedergeschlagen.
Die Zerstäubung wurde 40 Minuten fortgesetzt und ergab so einen Gegenbelag (aus Tantal geringer Dichte)
von 1800 ÄE Dicke. Der nächste Schritt bei der Herstellung der integrierten mehrteiligen Schaltung umfaßt
die Umgrenzung des Widerstandsmusters einschließlich Zuleitungen in der Gegenbelagsschicht nach
üblichen Photoätztechniken, wodurch sich ein Aufbau ähnlich dem in F i g. 4 gezeigten ergibt. Die entstandene
Konstruktion zeigte eine Kapazität von 0,10 Mikrofarad cm"2, eine Durchbruchspannung in Durchlaßrichtung
von 23 Volt, eine Durchlaßspannung in Sperrichtung von 22 Volt (als Durchbruchsspannung
wird die Spannung definiert, bei welcher der durchgelassene Strom unter Aufladung des Bauelements mit
Volt je Sekunde das Doppelte des ursprünglichen Belastungsstromes erreicht), einem Leckstrom von
1,5 · 10~9 Ampere bei 20 Volt und einem Widerstand von 200 000 Ohm.
Die Resonanzfrequenz der Schaltung wurde als nächstes in herkömmlicher Weise als Maß der Ausgangsspannung/Eingangsspannung
gegen die Frequenz oder als Maß der Phasendifferenz zwischen Eingang und Ausgang gegen die Frequenz gemessen. Da
die Resonanzfrequenz nicht notwendigerweise die bei einer gegebenen Frequenz gewünschte sein wird,
kann die Anodisierung des oben aufliegenden Widerstands vollzogen werden, bis die gemessene Resonanzfrequenz
der gewünschten gleichkommt.
Claims (4)
1. Verteilte i?C-Schaltung in Dünnschichtausführung,
enthaltend einen ersten Belag aus einem filmbildenden Metall auf einer Unterlage, eine Oxidschicht
des filmbildenden Metalls und einen Gegenbelag, ebenfalls aus einem filmbildenden Metall,
wobei eine Schicht aus filmbildendem Material als Widerstandsschicht ausgebildet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gegenbelag aus einer Tantalschicht (15) niedriger Dichte, nämlich
kleiner als 14 g/cm3, und einer Schicht (17) aus dessen Oxid besteht und als Widerstandsschicht
ausgebildet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichte des Tantals niedriger Dichte im Bereich von 10 bis 12 g/cm3 liegt.
3. Verfahren zur Herstellung der verteilten RC-Schaltung in Dünnschichtausführung nach Anspruch
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Unterlage (11) eine Schicht (12) eines filmbildenden
Metalls durch Kondensation niedergeschlagen wird, das filmbildende Metall zur Erzeugung
einer anodischen Oxidschicht anodisiert wird, eine Schicht (15) aus Tantal niedriger Dichte, die
kleiner ist als 14 g/cm3 auf die anodische Oxidschicht durch kathodisches Zerstäuben bei Spannungen
zwischen 800 und 2500 V und Partialdrükken von 10 bis 100 Millitorr des Zerstäubegases
niedergeschlagen wird, um eine Gegenbelagschicht (15) auf der anodischen Oxidschicht zu erzeugen,
daß ein gewünschtes Widerstandsmuster in der Gegenbelagsschicht durch Entfernen von Teilen
derselben erzeugt wird, und daß die Gegenbelag-Widerstands-Schicht zum Erhalt einer Oxidschicht
(17) hierauf teilweise oxidiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tantal niedriger Dichte durch
Zerstäuben bei 1500 V und bei einem Argon-Partialdruck von 35 Millitorr niedergeschlagen wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPV
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