DE2506065C3

DE2506065C3 - Elektrische Dünnschichtschaltung

Info

Publication number: DE2506065C3
Application number: DE2506065A
Authority: DE
Inventors: Siegfried 8000 Muenchen Bock; Wolf-Dieter Dr.Phil. 8025 Unterhaching Muenz; Hans Werner Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Poetzlberger; Hermann 8130 Starnberg Zehentmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-02-13
Filing date: 1975-02-13
Publication date: 1978-06-08
Also published as: DE2506065B2; DE2506065A1

Description

C₁ + C₂

■ «2

auf einen gewünschten Temperaturkoeffizienten eingestellt ist, wobei C\ die spezifische Kapazität der Tantal-Aluminium-Oxydschicht (9), C₂ die spezifische Kapazität der Silizium-Dioxydschicht (11), <xi der Temperaturkoeffizient der Tantal-Aluminium-Oxydschicht (9) und Λ2 der Temperaturkoeffizient der Silizium-Dioxydschicht (11) sind.

3. Dünnschichtschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient <x der Kapazität auf den gleichen absoluten Wert, aber auf das umgekehrte Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten des Widerstands eingestellt ist.

4. Dünnschichtschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient α der Kapazität auf den Wert + 120 ■ 10-°/°C eingestellt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Dünnschichtschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem auf das Substrat zunächst eine Schicht einer Tantal-Aluminiumlegierung mit einem Tantalanteil zwischen 30 und 70 Atomprozent und darauf eine weitere Schicht einer Tantal-Aliuminiumlegierung mit einem Tantalanteil in der Größenordnung zwischen 2 und 20 Atompiozent aufgebracht wird, bei dem dann durch eine an sich bekannte Maskentechnik und Ätztechnik zunächst eine Unterbrechung an der Stelle eines zu bildenden Kondensators hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet,

daß auf die weitere Schicht (8) eine Maske (10) aufgebracht wird, die im Bereich des zu bildenden Kondensators (3) ein Fenster (5) aufweist,

daß eine anodische Oxydation der Tantal-Aluminiumschichten (7,8) vorgenommen wird,
daß die gesamte Schaltung mittels Kathodenzerstäubung mit einer Silizium-Dioxydschicht (11) überzogen wird,
daß die Maske (10) unter Abhebung der sie bedeckenden Bereiche der Silizium-Dioxydschicht (11) aufgelöst wird,
daß die wieder offenliegenden Bereiche der weiteren Schicht (8) weggeätzt werden und
daß durch bekannte Masken- und Ätztechnik im Bereich des Kondensators (3) eine gute leitende Oberflächenschicht vorzugsweise in Form einer Nickel-Chrom-Gold-Schicht (15, 12) als Kondensator-Gegenelektrode aufgebracht wird, während gegebenenfalls vorhandene Widerstände (2) aus der Tantal-Aluminiumschicht (7) höheren Tantalgehalts hergestellt werden.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Dünnschichtschaltung, die zumindest einen Kondensator und eine Leiterbahn und/oder einen Widerstand enthält, bei der diese Schaltelemente auf einem Substrat aus isolierendem Material, wie Glas, Saphir, polierte feinkörnige Keramik oder Quarz als entsprechend geformte, gegebenenfalls anodisch oxydierte Tantal-Aluminium-Schichten ausgebildet sind, bei der eine Tantal-Aluminium-Legierung mit im Vergleich zum Aluminiumanteil relativ geringem Tantalanteil in der Größenordnung von 2 bis 20 Atomprozent Tantal verwendet wird, bei der zumindest im Bereich eines Kondensators die Grundelektrode aus zwei nennenswert unterschiedlichen Tantalgehalt aufweisenden Schichten einer Tantal-Aluminium-Legierung besteht in der Weise, daß die Schicht mit höherem Tantalgehalt unmittelbar auf dem Substrat aufliegt, und daß die andere der beiden Schichten zumindest auf ihrer dem Substrat abgewandten Fläche zur Bildung des Kondensatordielektrikums oxydiert ist und bei der diese Oxydationsschicht mit der Kondensator-Gegenelektrode versehen ist.

In dem Hauptpatent 23 31 586 ist eine derartige Dünnschichtschaltung beschrieben, bei der die Tantal-Aluminium-Widerstände einen Temperaturkoeffizienten von beispielsweise —120· 10-⁶/°C und bei der Tarital-Äluminium-Oxyd-Kondensatoren je nach Aluminiumgehalt einen Temperaturkoeffizienten zwischen + 300 · 10~⁶/°Cund +800 · 10-⁶/°C aufweisen.
Aus der DT-AS 21 35 567 ist eine Dünnschichtschaltung bekannt, die beispielsweise die Schichtfolge Substrat, Beta-Tantal, Tantalpentoxyd, Siliziumdioxyd, Tantalnitrid, erstes gutleitendes Material und zv/eites gutleitendes Material aufweist. Die Kondensatoren werden aus den Schichten Beta-Tantal, Tantalpentoxyd,

(15 Siliziumdioxyd, Tantalnitrid und erstes gutleitendes Material gebildet und weisen einen Temperaturkoeffizienten kleiner + 200 · 10-⁶/°C auf. Das Siliziumdioxyd dient der Einstellung der gewünschten Kapazitätsdichte.

Das Tantalnitrid bildet eine Widerstandsschicht und verursacht im Kondensator Verluste bei hohen Frequenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Kondensatoren im ÄC-Netzwerk eine Technologie anzugeben, die geringe Verluste bei Hochfrequenz bewirkt und mittels der der Temperaturkoeffizient der Kapazität in einem großen Bereich einstellbar ist Insbesondere sollen Kapazitäten realisierbar sein, deren Temperaturkoeffizient den gleichen absoluten Wert, aber das umgekehrte Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten der Widerstände aufweist

Ausgehend von einer elektrischen Dünnschichtschaltung der einleitend geschilderten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oxydschicht aus einer der aus einer Tantal-Aluminium-Legierung bestehenden Schicht benachbarten Tantal-Aluminium-Oxydschicht und aus einer der Kondensator-Gegenelektrode benachbarten Silizium-Dioxydschicht besteht

Vorteilhaft ist es, daß die die Oxydschicht als Dielektrikum enthaltende Kapazität in ihrem Temperaturkoeffizienten nach der Beziehung

C₁ + C₂

C₁

C₁ +C₂

in einem weiten Bei eich einstellbar ist, wobei C\ die spezifische Kapazität der Tantal-Aluminiun. Oxydschicht, C₂ die spezifische Kapazität der Siliziumdioxydschicht, «ι der Temperaturkoeffizient derTantal-Aluminium-Oxydschicht und λ₂ der Temperaturkoeffizient eier Silizium-Dioxydschicht sind.

Eine spezifische Kapazität wird nach der Beziehung

C = -^-f- für F=I
d

bestimmt, wobei Fdie Fläche, ε die Dielektrizitätskonstante und dd\e. Schichtdicke ist.

Für temperaturkompensierte /?C-Glieder ist es vorteilhaft, wenn der Temperaturkoeffizient der Kapazität derart eingestellt ist, daß er den gleichen absoluten Wert, jedoch das umgekehrte Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten der Widerstände aufweist, insbesonderedenWert +120 · 10-V⁰C.

Bipolare Kondensatoren lassen sich in der Weise realisieren, daß als Anschlüsse zwei einer nichtangeschlossenen Elektrode gegenüberliegende Kondensator-Gegenelektroden dienen, während bei unipolaren Kondensatoren als erster Anschluß die Tantal-Aluminium-Schicht mit niedrigerem Tantalgehalt und als zweiter Anschluß die Kondensator-Gegenelektrode vorgesehen sind.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert
F i g. 1 zeigt ein einfaches ÄC-Netzwerk, und

Fig. 2 bis 8 zeigen die zur Herstellung der entsprechenden Dünnschichtschaltung erforderlichen Verfahrensschritte.

F i g. 1 zeigt eine Reihenschaltung aus einem Widerrtand 2 und einem Kondensator 3 mit Anschlüssen 1 und 4.

F i g. 2 zeigt ein Substrat 6, eine Tantal-Aluminiumschicht 7 mit höherem Tantalgehalt, eine Tantal-Aluminiumschicht 8 mit niedrigerem Tantalgehalt und das zur i-s Kondensatorhersteilung erforderliche Fenster 5. Das Verfahren zur Hersteilung dieses Zwischenprodukts ist in dem Hauptpatent 23 31 586 beschrieben;

F i g. 3 zeigt die Anordnung nach F i g. 2 mit einer nach einem der bekannten Verfahren aufgebrachten ίο Photomaske 10;

F i g. 4 zeigt die Anordnung nach F i g. 3, auf die mittels anodischer Oxydation eine Tantal-Aluminium-Oxydschicht 9 aufgebracht ist;

F i g. 5 zeigt eine Anordnung nach F i g. 4, auf die mittels Kathodenzerstäubung eine Silizium-Dioxyd schicht 11 aufgebracht ist;

F i g. 6 zeigt die Anordnung nach F i g. 5, nachdem die Photomaske 10 aufgelöst wurde, wobei die auf ihr liegenden Bereiche der Silizium-Dioxydschicht 11 abgehoben wurden;

F i g. 7 zeigt die Anordnung nach F i g. 6 nachdem die freiliegenden Bereiche der Tantal-Aluminiumschicht 8 mit niedrigerem Tantalgehalt beispielsweise durch eine wäßrige Natronlauge weggeätzt worden ist; Fig.8 zeigt die Anordnung nach Fig. 7, nachdem unter Anwendung bekannter Maskier- und Ätzverfahrensschritte bereichsweise eine Nickel-Chromschicht 12 und eine Goldschicht 1,4 aufgebracht wurden.

Die Dicke der Tantal-Aluminium-Oxydschicht 9 beträgt etwa 2800 Ä und die Dicke der Silizium-Dioxydschicht 11 etwa 3500 Ä.

Die Tantal-Aluminium-Oxydschicht 9 wird durch anodische Oxydation mit konster Stromdichte von 1 mA/cm² gebildet bis sich eine Formierspannung von ca. 200 V einstellt.

Weist die Tantal-Alurniniumschicht 7 60 Atomprozent Tantal und 40 Atomprozent Aluminium und die Tantal-Aluminiumschicht 8 3 Atomprozent Tantal und 97 Atomprozent Aluminium auf, so hat der Widerstand 2 einen Temperaturkoeffizienten von -120 1OV⁰C und der Kondensator 3 einen lemperaturkoeffizienten von +120 ■ 10V⁰C.

Hierzu 2 Blatt Zcichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Dünnschichtschaltung, die zumindest einen Kondensator und eine Leiterbahn und/oder einen Widerstand enthält, bei der diese Schaltelemente auf einem Substrat aus isolierendem Material, wie Glas, Saphir, polierte feinkörnige Keramik oder Quarz als entsprechend geformte, gegebenenfalls anodisch oxydierte Tantal-Aluminiumschichten ausgebildet sind, bei der eine Tantal-Aluminium-Legierung mit im Vergleich zum Aluminiumteil relativ geringem Tantalanteil in der Größenordnung von 2 bis 20 Atomprozent Tantal verwendet wird, bei der zumindest im Bereich eines Kondensators die Grundelektrode aus zwei nennenswert unterschiedlichen Tantalgehalt aufweisenden Schichten einer Tantal-Aluminium-Legi^rung besteht in der Weise, daß die Schicht mit höherem Tantalgehalt unmittelbar auf dem Substrat aufliegt, und daß die andere der beiden Schichten zumindest auf ihrer dem Substrat abgewandten Fläche zur Bildung des Kondensator-Dielektrikums oxidiert ist und bei der diese Oxydationsschicht mit. der Kondensatorgegenelektrode versehen ist, nach Patent 23 31 586, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsschicht aus einer der aus einer Tantal-Aluminium-Legierung bestehenden Schicht (8) benachbarten Tantal-Aluminium-Oxydschicht (9) und aus einer der Kondensatorgegenelektrode (12) benachbarten Silizium-Dioxydschicht (11) besteht.

2. Dünnschichtschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsschicht (9, 11) als Dielektrikum enthaltende Kapazität nach der Beziehung