DE2253490C3 - Aluminium-Tantal-Schichten für Dünnschichtschaltungen sowie diskrete Widerstände und Kondensatoren - Google Patents
Aluminium-Tantal-Schichten für Dünnschichtschaltungen sowie diskrete Widerstände und KondensatorenInfo
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Description
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 15 90 78C), für Bauteile von mikrominiaturisierten Schaltkreisen Tantal-Aluminium-Legierungen
mit einem niedrigen Aluminiumgehalt von 3 bis etwa 20 Atomprozent als Dünnfilmmateria'i
zu verwenden. Bei dieser niedrigen Aluminiumkonzentration besitzen Tantal-Aluminium-Legierungen
die Form von ^-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 19 25 194), Tanta!- Aluiiiinium-Legierungen mit einem Aluminiumgehalt
von 25 bis 60 Atomprozent Aluminium für Metallfilm-Widerstände
zu verwenden. Diese Widerstände zeigen außer einer etwas erhöhten Stabilität gegenüber den
normalen Tantalnitrid-Widerständen keine besonderen Eigenschaften.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Aluminium-Tantal-Legierungsschichten mit
wesentlich verbesserten Eigenschaften anzugeben, insbesondere mit einer wesentlich verbesserten Temperaturstabilität
und einer besonderen Eignung als Grundschichi für Kondensatoren.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schichten 2 bis 20 Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
Besonders bevorzugt in diesem Legierungsbereich sind Schichten mit etwa 7 und mit etwa
15 Atomprozent Tantal im Aluminium.
Die herausragende Eigenschaft dieser beiden erfindungsgemäßen Legierungsphasen ist ihre Temperaturstabilität.
Während dünne reine Tantal- oder Aluminiumschichten und auch Tantal-Alurninium-Legierungsschiciiten
mit etwa 50 Atomprozent Aluminium bei 500° C an Luft schon nach wenigen Stunden vollständig
durchoxidiert sind, zeigen die beiden Legierungen mit 7 bzw. 15 Atomprozent Tantal auch nach
20stündiger Temperung bei 500°C an Luft noch keine erkennbare Oxidbildung. Elektrische Widerstände, 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 %
H3PO4.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungsschichten zeigt die folgende Tabelle:
| Gitter | ρ | TKR | Funkenspannung |
| bei Formierung | |||
| in 0,1 % H3PO4 | |||
| (μΩαη) | (ppm/0 K) |
| Al + | 15 Atomprozent Ta | amorph | 200 | -100 | etwa 300 V |
| Al-τ- | 7 Atomprozent Ta | {cc, Al-Gitter | 60 | + 100 | etwa 400 V |
Temperaturstabilität, spezifischer elektrischer Widerstand, Temperaturkoeffizient des Widerstandes TKr
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 Atomprozent
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 /3-Tantal einen spezifischen Widerstand ρ von etwa 200 μΩονη besitzt, während niederohmige
Tantalschichten wie das bekannte Λ-Tantal einen spezifischen Widerstand ρ von 50 μΩΰΐη besitzen.
Bei beiden bekannten Tantal-Modifikationen sind jedoch die Temperaturstabilität sowie der Temperaturkoeffizient
des Widerstandes wesentlich schlechter.
Ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Schichten besteht darin, daß
cine Aluminium-Tantal-Mischkathode mittels Hochfrequenzentladung bei einem Argongasdruck von
etwa 1,5 · 10~3Torr 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 4 cm, die Bestäubur^szeiten 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-Ljgierungsschicht
2 im Vakuum bestäubt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Aluminium-Tantal-Schichten für Dünnschichtschaltungen sowie diskrete Widerstände und Kondensatoren,
die im Vakuum auf ein nichtleitendes Substrat aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schichten 2 bis 20 Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
2. Aluminium-Tantal-Schichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
etwa 7 Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
3. Aluminium-Tantal-Schichten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten
etwa 15 Atomprozent Tantal im Aluminium enthalten.
4. Verfahren zum Herstellen von Aluminium-Tantal-Schichten nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminium-Tantal-Mischkathode mittels Hochfrequenzentladung
im Vakuum kathodenzerstäubt wird.
Priority Applications (17)
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| NLAANVRAGE7311843,A NL183111C (nl) | 1972-10-31 | 1973-08-28 | Dunne-laagschakelingen, weerstanden en condensatoren, die een aluminium-tantaallaag bevatten. |
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| AT889673A AT341630B (de) | 1972-10-31 | 1973-10-19 | Aluminium-tantal-schichten fur dunnschichtschaltungen, leiterbahnen sowie diskrete widerstande und kondensatoren und verfahren zur herstellung derselben |
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| IT30613/73A IT998990B (it) | 1972-10-31 | 1973-10-26 | Strati di lega alluminio tantalio per circuiti a strato sottile nonche resistenze discrete e conde satori discreti |
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Publications (3)
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|---|---|
| DE2253490A1 DE2253490A1 (de) | 1974-07-11 |
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