DE1915322C

DE1915322C - Dunnschichtkondensator

Info

Publication number: DE1915322C
Application number: DE19691915322
Authority: DE
Inventors: Kiyotaka Suita Hayakawa Shigeru Hirakata Wasa, (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1973-06-20

Description

deutsche Auslegeschrift 1 149 113 offenbart einen Der Titan-Basisbelag 2 weist eine Dicke von 2000

elektrischen Kondensator mit anodischen dielektn- bis 5000 A auf, während die dielektrische Schicht 4 sehen Filmen, die auf einer Basiselektrode (Tantal, 4° eine Dicke von 1000 bis 5000 Ä aufweist. Der Gegen-Aluminium, Titan und Niobium) ausgebildet sind. Die belag 5 kann aus jedem herkömmlichen leitenden französische Patentschrift 812180 offenbart, daß es Metall, z.B. aus Gold hergestellt werden und weist vorteilhaft ist, Bleioxid zu Titanoxiudielektrika hinzu- eire Dicke von 1000 bis 3000 A auf. Die Unterlage 1 zufügen. kann aus einem geeigneten plättchenförmigen Material

Bei diesem Stand der Technik ist es nachteilig, daß 45 hergestellt werden, z. B. aus Aluminiumoxid, Glas oder die Kapazität des erhaltenen Kondensators nicht aus einem anderen Material, das eine glatte Oberfläche größer als 0,3 μΡ/ΰηι² gemacht werden kann und der aufweist.

Kondensator einen großen Raum einnimmt. Die Der in der F i g. 1 dargestellte Dünnschicht-

jüngste Entwicklung in der elektronischen Industrie kondensator 10 nach der Erfindung kann in der Weise erfordert jedoch höhere Kapazitätswerte je cm² für die 50 hergestellt werden, daß zuerst auf die Unterlage 1 Verwendung bei einigen elektronischen Mikroschal- eine dünne Titanmetallschicht aufgebracht wird, die tungen, wie z.B. Tonverstärkern. Solche höheren als Basisbelag 2 dient. Hiernach wird auf den dünnen Werte können auf verschiedenen Wegen erreicht wer- Titanmetallfilm 2 eine im wesentlichen aus Bleioxid, den. Zum Beispiel besteht ein Verfahren darin, die Titanoxid oder deren Zusammensetzungen bestehende Dicke des dielektrischen Materials zu verringern, das 55 dielektrische Schicht 4 von einer zusammengesetzten aus einem Basisbelag aus Titan auf einer Unterlage, Kathode aus aufgestäubt, die im wesentlichen aus Blei einer dielektrischen Schicht aus Titanoxid und einem und Titan besteht, welches Aufstäuben in einer oxydie-Gegenbelag besteht. Dabei ist es jedoch nachteilig, daß renden Atmosphäre erfolgt. Hierbei wird bewirkt, daß ein solches sehr dünnes dielektrisches Material eine der Titanmetallfilm 2 an der der dielektrischen niedrige Durchbruchsspannung und einen hohen Ver- 60 Schicht 4 zugewandten Seite oxydiert wird, wobei eine lustfaktor aufweist. Titanoxidschicht 3 erzeugt wird. Danach wird auf die

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dünn- Schicht 4 ein weiterer dünner Metallfilm aufgetragen, Schichtkondensators mit einer hohen Kapazität, einem der als Gegenbclag 5 dient. Die Metallfilme dei geniedrigen Verlustfaktor und einer hohen Durchbruchs- nannten beiden Beläge können z. B. durch herkömmspannung, der nur einen kleinen Raum einnimmt. 65 liches Niederschlagen im Vakuum erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird die

Dünnschichtkondensator gelöst, der dadurch gekenn- Unterlage vorzugsweise auf einer Temperatur von 100 zeichnet ist. daß zwischen der Schicht aus Titanoxid bis 300⁰C gehalten. Diese Temperatur hat eine große

Einwirkung auf den fertigen Dünnschichtkondensator, für die jedoch noch keine ausreichende Begründimg gegeben werden kann. Eine Temperatur von mehr als 300⁰C führt zu einer groben Struktur der Oberfläche des Basisbelags, die die Ursache für eine verminderte Kapazität des fertigen Dünnschichtkondensators sein kann.

Es wurde festgestellt, daß bei einem aus Titan hergestellten Basisbelag mit einer Titanoxidschicht der Kondensator eine größere Kapazität aufweist als mit einem aus Aluminium bestehenden Basisbelag, welches Metall bisher weitgehend verwendet wurde, wie aus der Tabelle 1 zu ersehen ist.

In der nachstehenden Tabelle 1 sind die Kapazitätswerte von zwei Arten von Dünnschichtkondensatoren angef'ihrt, die auf die gleiche Weise hergestellt wurden mit der Ausnahme, daß für den Basisbelag verschiedene

Materialien verwendet wurden. Bei beiden Kondensatoren wies die dielektrische Schicht eine Dicke von

^(K)A auf und wurde aus einer zus? nmengesetzien cathode aufgedampft, die aus 50 Atomprozenten

!ei und aus 50 Atomprozenten Titan bestand. Das ifdampfen wurde in sauerstoffhaltigem Argongas ;■:, einem Druck von 2- lO~⁴Torr durchgeführt.

Tabelle 1

weise im wesentlichen aus einem Gemisch von 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis 92 Gewichtsprozent Titan, wie aus der nachstehenden Tabelle 3 zu ersehen ist.

Tabelle 3

Anteil des Bleis	Anteil des Titans	Kapazität in
in der Kathode in	in der Kathode in	Mikrofarad pro
Gewichtsprozent	Gewichtsprozent	cm¹
0	100	0,5
5	95	0,6
8	92	0,8
10	90	1,0
20	80	0,8
22	78	0,6
30	70	0,3
50	50	0,25
100	■ i	0,25

Basisbelag Material	Gegenbelag Material	Kapazität pro cm² in Mikro farad
Aluminium Titan	Gold Gold	0,6 1,0

Aus der nachstehenden Tabelle 2 ist die Einwirkung der Temperatur der Unterlage auf die Kapazität der Dünnsci.ichtkondensatoren zu ersehen, die ebenfalls in der gleichen Weise hergestellt wurde. Aus der Tabelle 2 ist ferner zu ersehen, daß die brauchbaren Temperaturen 100 bis 300⁰C betragen, wobei Temperaturen von 150 bis 250⁰C zu bevorzugen sind.

Tabelle 2

Unterlage	Kapazität pro
Temperatur in	cm² in Mikro
"C	farad
70	0,2
100	0,4
150	0,9
200	1,0
250	0,95
300	0,4
330	0,1

Der Basisbelag bestand aus Titan mit einer Dicke von 3000 A, während der Gegenbelag aus Gold mit einer Dicke von 2000 A bestand. Die Dicke der dielektrischen Schicht betrug 1500 A.

Die zusammengesetzte Kathode in der Aufdampfungseinrichtung besteht zu 10 Gewichtsprozent aus Blei und zu 90 Gewichtsprozent aus Titan. Die Oxidschicht wies eine Dicke von ungefähr 50 A auf. Das Aufdampfen wurde in Sauerstoff bei einem Druck von 2 · 10-⁴ Torr durchgeführt.

Die Kathode in der Aufdampfungseinrichtung, mit der die Dünnschichtkondensatoren mit der größten Kapazität hergestellt werden können, besteht vorzugs-

Basisbelag: Titan mit einer Dicke von 3000 A. Gcgenbelag: Gold mit einer Dicke von 2000 A. Dicke der dielektrischen Schicht: 1500 A. Dicke der Oxidschicht: ungefähr 50 A. Sauerstoff teildruck während des Aufdampfens: 2-10 'Torr.

Temperatur der Unterlage wahrend des Niederschiagens der dielektrischen Schicht: 200 C.

Die zusammengesetzte Kathode kann nach jedem geeigneten Verfahren hergestellt werden. Nach einem zu bevorzugenden Verfahren wird ein Gemisch aus Blei- und Titanpu!\er mit einer Partikelgroße von 48 bis 145 iim unter einem Druck von 2KX) bis 5250 kg pro cm² zusammengepreßt. Bei Verwendung einer solchen zusammengesetzten Kathode, die im wesentlichen aus 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis 92 Gewichtsprozent Titan besteht, kann ein Diinnschichtkondensator hergestellt werden, dessen dielektrische Schicht eine Blei-Titan-Phase mit einer großen Dielektrizitätskonstante ,uifweist.

Es wurde festgestellt, daß dem Dünnschichtkondensator eine bessere Isolierungsfähigkeit verliehen werden kann, wenn das Aufdampfen in einer oxydierenden, sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einem Tiefdruck von 2· 10"' bis 2- 10 ^:l Torr durchgeführt wird. Bei einem Sauerstoffteildruck von weniger als 2 ■ 10 ' Torr weist der fertige Dünnschichtkondensator keine gute Isolierfähigkeit auf. Dasselbe gilt für TeilJrückc oberhalb von 2· 10 ³ Torr.

Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend noch zwei Beispiele für die Herstellung von Dünnschichtkondensatoren angeführt.

Beispiel 1

Es wurde ein Dünnschichtkondensator hergestellt unter Verwendung einer herkömmlichen Verdampfungseinrichtung und einer herkömmlichen Aufdampfungseinrichtung mit ebener Elektrode. Durch Aufdampfung im Vakuum bei einem restlichen Gasdruck von weniger als I · 10-'Torr wurde auf eine Glasunterlage mit einer Dicke von 0,7 mm ein Basisbelag aus Titan mit einer Dicke von ungefähr 3000 A aufgetragen. Auf diesen Basisbelag wurde in einer aus einem Gemisch aus Argon und Sauerstoff bestehenden oxydierenden Atmosphäre durch Zerstäubung einer aus Blei und Titan bestehenden Kathode eine dielektrische Schicht aus einem Metalloxidgemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Zusammensetzungen mit einer

Dicke von ungefähr 1500 A aufgebracht. Diese einer Dicke von 0,7 mm ein Basisbelag mit einer Kathode bestand aus 10 Gewichtsprozent Blei und Dicke von ungefähr 3000 A aufgetragen, die aus Titan 90 Gewichtsprozent Titan. Der Gesamtdruck des bestand. \\il diesen Basisbelag wurde aus einer aus Gasgemisches betrug ungefähr 1 -10 ² Torr, während Blei und Titan bestehenden zusammengesetzten Kader Teildruck des Sauerstoff gases ungefähr 2-10 ⁴ Torr S thodc in einer oxydierenden Atmosphäre aus Argon betrug. Während der Durchführung des Verfahrens und Sauerstoff unter Verwendung einer Magnetronwurde die Unterlage auf ungefähr 200⁰C erhitzt. Auf einrichtung in einem Magnetfeld mit einer Stärke von die dielektrische Schicht wurde bei einem restlichen 7000 GauD eine dielektrische Schicht mit einer Dicke Gasdruck von weniger als 1 · 10"· Torr ein aus Gold von ungefähr 1500 A aufgebracht. Die zusammenbestchcndcr Gegenbelag mit einer Dicke von ungefähr io gesetzte Kathode bestand aus 10 Gewichtsprozent 2000 A aufgedampft. Die beiden Beläge wurden mit je Blei und 90 Gewichtsprozent Titan. Der Gesamtdruck einem Golddrahtleiter mit einer Dicke von 0,1 mm des Gasgemisches betrug ungefähr 6 ΊΟ"⁴ Torr, verbunden. Der fertige Dünnschichtkondensator wies während der Teildruck des Sauerstoffgases ungefähr eine Kapazität von ungefähr 1 μΡ/«η*, einen Verlust- 2 · 10"⁴ Torr betrug. Während des Zerstäubens wurde faktor von 10°/₀ und weniger und eine Durchschlags- 15 die Unterlage auf ungefähr 200⁰C erhitzt Durch spannung von 7,5 Volt und höher auf. Niederschlagen im Vakuum bei einem restlichen Gas-. . , druck von weniger als 1 · 10-* Torr wurde auf der B e 1 s ρ 1 e 1 2 dielektrischen Schicht ein Gegenbelag in Form eines Es wurde ein Dünnschichtkondensator hergestellt Goldbelages mit einer Dicke von ungefähr 2000 A erunter Verwendung einer herkömmlichen Vakuum· ao zeugt. Mit den beiden Belägen wurde je ein Golddraht Verdampfungseinrichtung und einer Magnetronzer- mit einem Durchmesser von 0,1 mm verbunden. Der stäubungseinrichtung. In dieser Einrichtung wurde in fertige Dünnschichtkondensator wies eine Kapazität einem Magnetfeld mit einer Stärke von 3000 Gauß von ungefähr 1 μΡ/cm*, einen Verlustfaktor von 1 % und in reinem Argon bei einem Druck von 1 · IO-⁴ Torr und .ventger und eine Durchschlagsspannung von von einer Titankathode aus auf eine Glasunterlage mit as 15VoIt und höher auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

und dem Gegenbelag eine weitere dielektrische Schicht Patentansprüche: liegt, die im wesentlichen aus einem Gemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Zusammensetzungen

1. Dünnschichtkondensator, bestehend aus einem besteht. Ein derart gekennzeichneter Dünnschicht-Basisbelag aus Titan, der auf einer Unterlage aus- 5 kondensator hat eine hohe Kapazität, einen niedrigen gebildet ist, einer dielektrischen Schicht aus Titan- Verlustfaktor und eine hohe Durchbruchsspannung. oxid und einem Gegenbelag, dadurch ge- Eine Weiterentwicklung der Erfindung liegt in einem kennzeichnet, daß zwischen der Schicht Verfahren zur Herstellung des oben angegebenen aus Titanoxid und dem Gegenbelag eine weitere Dünnschichtkondensators, welches dadurch gekenndielektrische Schicht liegt, die im wesentlichen aus io zeichnet ist, daß das gemischte Metalloxid durch einem Gemisch von Bleioxid, Titanoxid und deren Kathodenzerstäubung in oxydierender Atmosphäre Zusammensetzungen besteht. abgeschieden v/ird, wobei die Kathode aus einem Ge-

2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht- misch von 8 bis 22 Gewichtsprozent Blei und 78 bis kondensators nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 92 Gewichtsprozent Titan besteht, der Sauerstoffteilzeichnet, daß das gemischte Metalloxid durch 15 druck 2 · 10~⁴ bis 2 · 10 ³ Torr beträgt und die Tem-Kaihodenzerstäubung in oxydierender Atmosphäre peraiur der zu beschichtenden Unterlage zwischen abgeschieden wird, wobei die Kathode aus einem 100 und 300⁰C liegt, und daß die aus Titanoxid be- < icmisch von < bis 22 Gewichtsprozent Blei und stehende dielektrische Schicht durch Oxydation des 78 bis 92 Gewichtsprozent Titan besteht, der Basisbelags an der dem gemischten Metalloxid zuge-Sauetstoffteildruck 2-10⁴ bis 2-10 ³ Torr be- «ο wandten Fläche während der Kathodenzerstäubung trägt und die Temperatur der zu beschichtenden hergestellt wird.

Unterlage zwischen 100 und 300°C liegt, und daß Nach diesem Verfahren kann ein Dünnschicht-

die aus Titanoxid bestehende dielektrische Schicht kondensator mit den oben angegebenen Merkmalen durch Oxydation des BasisbeUigs an der dem ge- und Vorteilen sehr einfach und leicht hergestellt wermischten Metalloxid zugewandten Fläche während 25 den.

der Kathodenzerstäubung hergestillt wird. Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungs

form der Erfindung beschrieben. Der in der Figur dargestellte Dünnschichtkondensator 10 nach der Erfin-

dung weist eine dielektrische Schicht 4 auf, die zwischen

30 einem Gegenbelag 5 und einem Basisbelag 2 aus Titan auf einer Unterlage 1 angeordnet ist. Der Basisbelag 2

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtkondensa- aus Titan ist an der der dielektrischen Schicht 4 zutor, bestehend aus einem Basisbelag aus Titan, der auf gewandten Seite mit einer Oxidschicht 3 versehen. Die einer Unterlage ausgebildet ist, einer dielektrischen dielektrische Schicht 4 besteht im wesentlichen aus Schicht aus Titanoxid und einem Gegenbelag. 35 Bleioxid, Titanoxid oder deren Zusammensetzungen.

Es sind verschiedene Kondensatoren bekannt, die Mit den beiden Belägen 5 und ?. sind zwei Leiterverschiedene dielektrische Materialien verwenden. Die drähte 6 verbunden.