DE2253490A1 - Aluminium-tantal-schichten fuer duennschichtschaltungen sowie diskrete widerstaende und kondensatoren - Google Patents

Aluminium-tantal-schichten fuer duennschichtschaltungen sowie diskrete widerstaende und kondensatoren

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Description

Aluminium-Tantal-Schichten für Dünnschichtschaltungen
sowie diskrete Widerstände und Kondensatoren
Die Erfindung betrifft Aluminium-Tantal-Legierungsschichten für Dünnschichtschaltungen, sowie diskrete Widerstände und Kondensatoren, die im Vakuum auf ein nichtleitendes Substrat aufgebracht werden.
In der Tantal-Dünnschichttechnik werden heute üblicherweise für Widerstände Tantalnitrid- und Tantaloxidnitrid-Schichten und für Kondensatoren ß-Tantalschichten verwendet.
Es ist bereits bekannt (DT-AS 159o 786), für Bauteile von mikrominiaturisierten Schaltkreisen Tantal-Aluminium-Legierungen mit einem niedrigen Aluminiumgehalt von 3 bis
etwa 2o Atomprozent als Dünnfilmmaterial zu verwenden.
Bei dieser niedrigen Aluminiumkonzentration besitzen Tantal-Aluminium-Legierungen die Form von /3-Tantalkristallen, welche einen unerwünscht hohen negativen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweisen. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Stabilität dieser bekannten Tantal-Aluminium-Legierung und damit deren Brauchbarkeit für Dünnschichtschaltungen den in sie gesetzten Erwartungen nur
teilweise entspricht. ■ "
Es ist weiterhin bekannt (DT-AS 1925 194), Tantal-Aluminium-Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von 25 bis 60 Atompro-
V?A 9/190/2007 3it/"(Vie
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409828/1058 ORIGINAL INSPECTED
zent Aluminium für I.ietallfilm-V/iderstände zu verwenden. Diese Widerstände zeigen außer einer etwas erhöhten Stabilität gegenüber den normalen Tantalnitrid-V/iderständen keine besonderen Eigenschaften.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Aluminiura-Tantal-Legierungsschichten mit wesentlich verbesserten Eigenschaften anzugeben, insbesondere mit einer wesentlich verbesserte!! Temperaturstabilität und einer besonderen Eignung als Grundschicht für Kondensatoren.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schichten 2 bis %O Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten. Besonders bevorzugt in diesem Legierungsbereich sind Schichten mit ca. 7 und mit ca. 15 Atomprozent Tantal im Aluminium.
Die herausragende Eigenschaft dieser beiden erfindungsgemäßen Legierungsphasen ist ihre Temperaturstabilität. Während dünne reine Tantal- oder Aluminiumschichten und auch Tantal-Aluminium-Legierungsschichten mit ca. 5o Atomprozent Aluminium bei 50O0C an Luft schon nach wenigen Stunden vollständig durchoxidiert sind, zeigen die beiden Legierungen mit 7 bzw. 15 Atomprozent Tantal auch nach 20-stündiger Temperung bei 5000C an Luft noch keine erkennbare.Oxidbildung. Elektrische »Vi der stände, die aus diesen Schichten hergestellt werden, besitzen demnach eine ausgezeichnete Stabilität, auch bei hohen elektrischen Belastungen und Umgebungstemperaturen. Dabei ist es sogar möglich, auf Schutzschichten oder Umhüllungen zu verzichten. Besonders hervorzuheben ist ferner die hohe Funkenspannung von 400 Volt bei der Legierung mit 7 Atomprozent Tantal im Aluminium sowie von 300 Volt bei der Legierung mit 15 Atomprozent Tantal im Aluminium. Damit sind diese beiden Phasen ausgezeichnet als Grundschichten für hochwertige Kondensatoren geeignet. Die Messung der Funkenspannung erfolgte mit 0,1>
VPA 9/190/2007
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225349O
Me Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungsschichten zeigt die folgende Tabelle:
5 AtODl^ Ta Gitter C/Uficm) R Funkenspannung
7 At om^ Ta 200 (ppm/°K) bei Formierung
in 0,1 io Η,ΡΟ.
Al+1 ■ amorph 60 . ' -100 ca. 300 V
Al+ fcc,Al-Gitter + 100 ca. 400 V
Temperaturstabilität, spezifischer elektrischer Widerstand , Temperaturkoeffizient des Widerstandes TKd und Formierverhalten sind so beschaffen, daß jede der beiden Phasen als Grundschicht sowohl für Widerstände als auch für Kondensatoren geeignet ist. Dabei kann es sich bei Widerständen und Kondensatoren um Elemente in integrierten Schaltungen als auch um diskrete Elemente handeln. Die Legierung mit 7 Atom> Ta ist relativ niederohmig, so daß sie auch für Leiterbahnen in Frage kommt.
Zum Vergleich soll noch darauf hingewiesen werden, daß das bisher für Dünnschichtkondensatoren verwendete, bekannte p-Tantal einen spezifischen Widerstand ζ" von ca. 200 /uiicm besitzt, während niederohmige Tantalschichten wie das bekannte (^-Tantal einen spezifischen Widerstand 0 von 50 /ui2cni besitzen. 3ei beiden bekannten Tantal-Modifikationen sind jedoch die Temperaturstabilität sowie der Temperaturkoeffizient des Widerstandes wesentlich schlechter.
-A-
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Ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Schichten besteht darin, daß eine Alurainium-Tantal-Mischkathode mittels Hochfrequenzentladung bei einem Argongasdruck von ca. 1,5 * 10 Torr zerstäubt wird. Typische Bestäubungsparameter sind: Spannung = 2,5 kV, Strom = 0,6 A, Frequenz = 27,12 MHz. Der Abstand zwischen Target und Substrat beträgt etwa A- cm, die 3estäubungszeiten richten sich nach der gewünschten Dicke der Schichten, sie liegen zwischen 5 und 30 Minuten.
Die Zeichnung zeigt im Schnitt ein Substrat 1, das mit einer erfindungsgemäßen Aluminium-Tantal-Legierung.sschicht 2 im Vakuum bestäubt ist.
4 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (4)

Pat entansprüehe
1.] Aluminium-Tantal-Schichten für Dünnschichtschaltungen sowie diskrete Widerstände "und Kondensato-. ren, die im Vakuum auf ein nichtleitendes Substrat aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten 2 bis 1XO Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
. 2. Aluminium-Tantal-Schichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Schichten ca. 7 Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
3. Aluminium-Tantal-Schichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,daß die Schichten ca. 15 Atomprozent Tantal im.Aluminium enthalten.
4. Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Tantal-Schichten nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß eine Aluminium-Tantal-Mischkathode mittels Eochfrequenzentladung im Vakuum kathodenzerstäubt wird.
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VPA 9/190/2007
Leerseite
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