DE4109769A1 - Keramisches elektronikbauteil und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Keramisches elektronikbauteil und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein keramisches Elektronikbauteil, bei dem die Elektroden
so ausgebildet sind, daß sie mit einer funktionellen keramischen Dünnschicht
in Kontakt stehen, und betrifft ein Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere
ein keramisches Elektronikbauteil, bei dem die in Kontakt mit der
keramischen Dünnschicht stehenden Elektroden verbessert sind sowie ein
Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei der Herstellung elektronischer Bauteile mit einer kristallinen funktionellen
keramischen Dünnschicht wurde in den letzten Jahren versucht, eine funktionelle
keramische Dünnschicht auf ein Substrat so aufzubringen oder niederzuschlagen,
daß die Struktur des Bauteils vereinfacht wurde. Falls die kristalline
keramische Dünnschicht in Form einer Niederschlagsschicht ausgebildet ist,
muß das Substrat, auf dem die Dünnschicht ausgebildet ist, in einer vorher bestimmten
Atmosphäre der Schichtbildung erhitzt werden.
Andererseits müssen zur Ausbildung ihrer Funktion, beispielsweise der elektrischen
Eigenschaften der funktionellen keramischen Dünnschicht die Elektroden
so ausgebildet sein, daß sie in Kontakt mit der keramischen Dünnschicht
stehen. Daher ist es notwendig, daß Dünnschichtelektroden auf einem
Substrat ausgebildet sind, wonach eine kristalline funktionelle keramische
Dünnschicht als Niederschlagsschicht auf den Dünnschichtelektroden ausgebildet
wird. In einem solchen Fall werden die Dünnschichtelektroden, die selbst
unterhalb der keramischen Dünnschicht ausgebildet sind, während der Ausbildung
der funktionellen keramischen Dünnschicht ebenfalls einer hohen
Temperatur ausgesetzt. Demgemäß muß ein für diese Anwendungsart verwendbares
Elektrodenmaterial bei hoher Temperatur eine ausgezeichnete Stabilität
aufweisen.
Des weiteren kann eine funktionelle keramische Dünnschicht mit einer Dicke
von mehreren µm mit den Dünnschichtelektroden reagieren, die eine Dicke von
Submikrons haben, während die keramische Dünnschicht ausgebildet wird
unter Verschlechterung der Funktionalität der keramischen Dünnschicht. Daher
ist es auch notwendig, ein Elektrodenmaterial auszuwählen, das eine sehr
geringe Reaktivität gegenüber der keramischen Dünnschicht besitzt.
Zusätzlich ist es notwendig, falls eine funktionelle keramische Dünnschicht
aus einem Oxid oder einem komplexen Oxidmaterial ausgebildet wird, zur Zeit
der Filmbildung Sauerstoffgas einzuführen. Daher ist es notwendig, ein Elektrodenmaterial
zu verwenden, das nicht nur bei hoher Temperatur eine ausgezeichnete
Stabilität besitzt sowie eine niedrige Reaktivität mit der keramischen
Dünnschicht aufweist, sondern auch bei hoher Temperatur eine ausgezeichnete
Oxidationsbeständigkeit hat.
Da das vorstehend beschriebene Elektrodenmaterial so ausgebildet ist, daß es
als Elektrode wirkt, ist es wesentlich, daß seine elektrische Leitfähigkeit gut
ist.
Als Elektrodenmaterialien mit ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit bei
hoher Temperatur werden herkömmlich Pt, Au, Ta, Ti und ähnliche Materialien
verwendet.
Beispielsweise werden ein PbTiO₃-Film und ein Pb(Zr,Ti)O₃-Film, die aktives
Pb für die Reaktion enthalten, gebildet durch Sputtern der Elektroden aus Pt,
Au, Ta und Ti, die herkömmlich als Elektrodenmaterialien mit ausgezeichneter
Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur bekannt sind, um die Eignung
von Pt, Au, Ta und Ti als Elektrodenmaterialien zu prüfen. Die Ergebnisse der
Prüfung sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Wie sich aus Tabelle 1 ergibt, haben Pt und Au eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit
bei hoher Temperatur und eine niedrige Reaktivität mit der keramischen
Dünnschicht, während die Elektrodenkosten sehr hoch sind.
Umgekehrt liegen die Elektrodenkosten für Ta und Ti nicht so hoch, wogegen
die Reaktivität mit der keramischen Dünnschicht hoch ist, so daß diese nicht
verwendbar sind.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines keramischen Elektronikbauteils mit
einer funktionellen keramischen Dünnschicht und von aus einem Material mit
ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur hergestellten
Elektroden, die eine niedrige Reaktivität mit der keramischen Dünnschicht
aufweisen und kostengünstig herstellbar sind sowie ein Verfahren zur Herstellung
derselben.
Das keramische Elektronikbauteil gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß es eine keramische Dünnschicht und Dünnschichtelektroden
umfaßt, die aus einer Ni-Al-Legierung oder einer Ni-Cr-Al-Legierung hergestellt
und die so ausgebildet sind, daß sie in Kontakt mit der keramischen Dünnschicht
stehen.
Bei dem erfindungsgemäßen keramischen Elektronikbauteil liegen folgende
Gründe vor, daß die aus der Ni-Al-Legierung oder der Ni-Cr-Al-Legierung hergestellten
Dünnschichtelektroden so ausgebildet sind, daß sie in Kontakt mit der
keramischen Dünnschicht stehen. Insbesondere zeigt die Legierung vom Ni-Al-
System oder vom Ni-Cr-Al-System eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit als
auch eine ausgezeichnete Stabilität bei hoher Temperatur. Von den Erfindern
der vorliegenden Anmeldung konnte auch bestätigt werden, daß die Legierung
vom Ni-Al-System oder Ni-Cr-Al-System eine sehr niedrige Reaktivität gegenüber
der keramischen Dünnschicht besitzt, die als Niederschlagsschicht in der
Oxidationsatmosphäre bei hoher Temperatur ausgebildet ist, so daß sie kristallin
vorliegt.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Legierung des Ni-Al-Systems eignet sich
beispielsweise eine, die 2,5 bis 8 Gew.-% Al und als Rest Ni und Spurenelemente
enthält.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Legierung vom Ni-Cr-Al-System eignet
sich beispielsweise eine, die aus 8 bis 25 Gew.-% Cr, 2,5 bis 8 Gew.-% Al sowie
aus Ni und Spurenelementen als Rest besteht. Die Legierung vom Ni-Cr-Al-System
mit einer derartigen Zusammensetzung ist aus der US-PS 44 39 248 als
Legierung mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit bekannt.
Erfindungsgemäß ist die vorstehend beschriebene Legierung eines Ni-Al-Systems
oder Ni-Cr-Al-Systems so angeordnet, daß sie mit der kristallinen keramischen
Dünnschicht in Kontakt steht. Demgemäß ist selbst dann, wenn die
Elektroden aus einer Dünnschicht einer Legierung eines Ni-Al-Systems oder einer
Dünnschicht einer Legierung eines Ni-Cr-Al-Systems zuvor als Unterschicht
einer keramischen Dünnschicht ausgebildet sind und anschließend die
keramische Dünnschicht als Niederschlagsschicht ausgebildet wird, so daß sie
kristallin vorliegt, kaum eine Reaktionsmöglichkeit für die Schichtelektroden
gegeben, mit der keramischen Dünnschicht zu reagieren. Weiterhin sind die
Dünnschichtelektroden selbst bei hoher Temperatur stabil. Daher ist es möglich,
ein keramisches Elektronikbauteil mit den gewünschten Eigenschaften zu
erhalten.
Weiterhin ist die Legierung vom Ni-Al-System oder Ni-Cr-Al-System kostengünstiger
als Pt oder Au, wodurch es ermöglicht wird, die Herstellungskosten des
elektronischen Bauteils unter Verwendung der kristallinen keramischen
Dünnschicht herabzusetzen.
Als elektronisches Bauteil (elektronische Komponente), die so gebaut ist, daß
die Dünnschichtelektroden mit einer funktionellen keramischen Dünnschicht
in Kontakt stehen, kann ein permanenter RAM (Direktzugriffsspeicher) aufgelistet
werden, der beispielsweise einen ferroelektrischen Kondensator umfaßt.
Der nicht-selbstlöschende oder permanente RAM umfaßt einen ferroelektrischen
Kondensator, bei dem die Elektroden so ausgebildet sind, daß beide
Hauptflächen der ferroelektrischen keramischen Dünnschicht als Speicher
dienen. Falls eine Elektrode als Dünnschicht einer vorstehend beschriebenen
Legierung eines Ni-Al-Systems oder Ni-Cr-Al-Systems ausgebildet ist und solche
Elektroden für den ferroelektrischen Kondensator verwendet werden, läßt
sich die Erfindung in geeigneter Weise umsetzen.
Falls die Erfindung daher auf einen permanenten (nonvolatile) RAM, umfassend
einen ferroelektrischen Kondensator, angewandt wird, kann ein permanenter
RAM mit ausgezeichneten Eigenschaften mit guter Stabilität und bei
niedrigen Kosten geschaffen werden.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elektronikbauteils,
umfassend die Schritte: Ausbilden einer Dünnschicht einer Legierung
eines Ni-Al-Systems oder eines Ni-Cr-Al-Systems, Erhitzen der Dünnschicht
einer Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems in einer oxidierenden
Atmosphäre und Ausbilden einer keramischen Dünnschicht auf der Dünnschicht
der Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems nach dem Erhitzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die Dünnschicht einer
Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems vorher ausgebildet, und anschließend
wird die keramische Dünnschicht darauf ausgebildet, wobei dieselbe
Wirkung erhalten wird wie bei dem vorstehend beschriebenen keramischen
Elektronikbauteil. Darüber hinaus wird die Dünnschicht aus einer Legierung
eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems in der Oxidationsatmosphäre erhitzt vor der
Ausbildung der keramischen Dünnschicht. Demgemäß ist die hauptsächlich
aus Al₂O₃ bestehende Oxidschicht auf der Oberfläche der Dünnschicht einer
Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems ausgebildet. Die hauptsächlich
aus Al₂O₃ bestehende Oxidschicht verhindert die Reaktion zwischen der
Dünnschicht der Legierung und der keramischen Dünnschicht. Selbst falls
feinste Löcher (pin holes) in der auf einer Dünnschicht einer Legierung ausgebildeten
keramischen Dünnschicht vorhanden sind, kann die elektrische Leitung
zwischen den Elektroden auf und unter der keramischen Dünnschicht mit
dem Pinloch wirksam verhindert werden aufgrund einer Al₂O₃-Schicht als
elektrische Isolierung.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläuert, in
der zeigt
Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung
mit den hauptsächlichen Bestandteilen eines keramischen Elektronikbauteils,
an demjenigen Teil, der der Querschnittslinie I-I gemäß Fig. 2
entspricht;
Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt einer Ausführungsform der Erfindung
mit Teilen des keramischen Elektronikbauteils;
Fig. 3 ein Diagramm mit D-E-Hystereseschleife;
Fig. 4 einen Querschnitt zur Erläuterung der Funktion eines hauptsächlich
aus Al₂O₃ zusammengesetzten Oxidfilms im Falle der Ausbildung eines
Pinlochs im keramischen Dünnfilm und
Fig. 5 einen Querschnitt zur Erläuterung eines permanenten RAM, auf den eine
Ausführungsform der Erfindung angewandt wird.
Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Diese
Ausführungsform wird auf einen ferroelektrischen Kondensator mit einer
ferroelektrischen keramischen Dünnschicht angewandt. Der ferroelektrische
Kondensator wird, wie später beschrieben, als permanenter RAM verwendet.
Im Detail wird bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eine Kondensatorstruktur
ausgebildet, bei der Dünnschichtelektroden 2 und 3, eine ferroelektrische
keramische Dünnschicht 4 und Elektroden 5 und 6 auf einem Substrat
in Schichtstruktur aufgebracht sind, wie dies im Querschnitt gemäß Fig. 1
und einem Teilausschnitt gemäß Fig. 2 gezeigt wird.
Zunächst wird ein aus einem MgO-Einkristall der Kristallorientierung [100]
ausgebildetes Substrat 1 hergestellt. Anschließend wird eine Legierung vom Ni-
Al-System, enthaltend 91 Gew.-% Ni, 4,5 Gew.-% Al und 4,5 Gew.-% eines Spurenelements,
wie Fe, und eine Legierung vom Ni-Cr-Al-System, enthaltend 75
Gew.-% Ni, 16 Gew.-% Cr, 4,5 Gew.-% Al und 4,5 Gew.-% eines Spurenelements,
wie Fe, aufgesputtert, wobei der MgO-Einkristall mit einer Metallmaske bedeckt
wird zur Ausbildung der Dünnschichtelektroden 2 und 3 mit einer Dicke
von nicht mehr als 1 µm unter folgenden Bedingungen:
| Substrattemperatur Ts|400°C | |
| Druck des Aufdampfgases | 0,4 Pa (3,0×10-3 Torr) |
| Aufdampfgas | Ar (100 Vol.-%) |
| RF Energie | 400 W/(um ein Target mit einem Durchmesser von 10,2 cm (4 inch) |
| Aufdampfzeit | einige Minuten |
Anschließend wird unter folgenden Bedingungen aufgedampft oder aufgesprüht
unter Verwendung von PbTiO₃ Keramik als Target zur Ausbildung einer
ferroelektrischen keramischen Dünnschicht 4, zusammengesetzt aus PbTiO₃
mit einer Dicke von 1 bis 2 µm.
| Substrattemperatur Ts|600°C | |
| Druck des Aufdampfgases | 1,3 Pa (1,0×10-2 Torr) |
| Aufdampfgas | Ar/O₂ = 90/10 Vol.-% |
| RF Energie | 200 W/(um ein Target mit einem Durchmesser von 5,6 cm (2 inch) |
| Aufdampfzeit | einige Stunden |
Kurz bevor das zweite Aufdampfen oder Aufsprühen beginnt und während die
Substrattemperatur Ts 600°C erreicht, liegen folgende Bedingungen der Gasatmosphäre
vor: Druck = 1,3 Pa (1,0×10-2 Torr) und Ar/O₂ = 90/10 Vol.-%, d. h.
dieselben Bedingungen wie beim zweiten Aufdampfen oder Aufsprühen.
In vorstehend beschriebener Weise werden die Dünnschichtelektroden 2 und 3
und die keramische Dünnschicht 4 auf das Substrat 1 laminiert und anschließend
werden die Elektroden 5 und 6 auf der keramischen Dünnschicht 4 ausgebildet
unter Verwendung des gleichen Materials, das für die Dünnschichtelektroden
2 und 3 bei Raumtemperatur Verwendung findet.
Die Reaktivität der Dünnschichtelektroden 2 und 3 mit der keramischen Dünnschicht
4, die Ferroelektrizität der keramischen Dünnschicht 4 und das Verhältnis
für die Leitung aufgrund des in der keramischen Dünnschicht 4 ausgebildeten
Pinlochs werden geprüft. Das Verhältnis der Leitung aufgrund des Pinlochs
ist ein Wert, bezogen auf eine Fläche von 1 mm² des überlappenden Gebiets
der unteren Elektroden 2 und 3 und der oberen Elekroden 5 und 6. Zusätzlich
wird die Ferroelektrizität bestätigt durch Messen der D-E-Hystereseschleife
und der Dielektrizitätskonstante.
Die D-E-Hystereseschleife einer PbTiO₃-Schicht mit Elektroden einer Legierung
eines Ni-Cr-Al-Systems ist in Fig. 3 gezeigt. Fig. 3 zeigt die Eigenschaften
in dem Fall, bei dem eine Dünnschichtelektrode einer Legierung eines Ni-Cr-Al-
Systems mit einer Dicke von etwa 1 µm als obere und untere Elektrode und eine
PbTiO₃-Dünnschicht mit einer Dicke von 1,5 µm als ferroelektrische keramische
Dünnschicht verwendet werden, wobei die Meßergebnisse bei einer Frequenz
von 60 Hz aufgenommen wurden.
Als Vergleichsbeispiele werden die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Strukturen auf
dieselbe Weise wie bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform erhalten, mit
der Ausnahme, daß die Dünnschichtelektroden 2 und 3 aus Pt, Au, Ta und Ti
hergestellt sind, wie sie schon herkömmlich als hitzebeständige Elektrodenmaterialien
eingesetzt werden. Bei den Vergleichsbeispielen wurde die Reaktivität
der Dünnschichtelektroden 2 und 3 mit der keramischen Dünnschicht 4, die
Ferroelektrizität der keramischen Dünnschicht 4 und das Verhältnis der Leitung
aufgrund des Pinlochs ergibt, geprüft. Die Ergebnisse der Prüfung sind in
Tabelle 2 aufgeführt.
Aus der in Fig. 3 gezeigten Hystereseschleife ergibt sich, daß der Wert der spontanen
Polarisation (Ps) 28 µC/cm² beträgt, also weitgehend gleich mit demjenigen
von keramischen Materialien ist. Die dielektrischen Eigenschaften der ferroelektrischen
keramischen Dünnschicht sind: Dielektrizitätskonstante εr =
350 und tanδ = 0,04.
Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, tritt bei der Struktur einer erfindungsgemäßen
Ausführung unter Verwendung der Dünnschichtelektroden, hergestellt aus
der Legierung des Ni-Al- und Ni-Cr-Al-Systems, ebenso wie bei einer Dünnschichtelektrode
aus Pt, keine Reaktion zwischen der keramischen Dünnschicht
4 und den Elektroden 2 und 3 auf; weiterhin ist die Ferroelektrizität der
keramischen Dünnschicht 4 nicht verschlechtert.
Andererseits tritt bei den Strukturen, die aus Au hergestellte Schichtelektroden
verwenden, eine schwache Reaktion zwischen der keramischen Dünnschicht
4 und den Elektroden 2 und 3 auf. Bei den Strukturen, die aus Ta und Ti
hergestellte Dünnschichtelektroden verwenden, tritt die Reaktion zwischen
der keramischen Dünnschicht 4 und den Elektroden 2 und 3 auf, wobei die Ferroelektrizität
der keramischen Dünnschicht 4 nicht meßbar ist.
In bezug auf das Verhältnis der Leitung aufgrund eines Pinlochs ist zu verstehen,
daß die Zahl der Strukturen, bei denen die Leitung durch die keramische
Dünnschicht auftritt, gemäß der vorliegenden Ausführungsform Null, bezogen
auf 100 Strukturen beträgt, während die Zahl der Isolationsdefektstrukturen
30 und 50, bezogen auf 100 Strukturen unter Verwendung von Pt und Au beträgt.
Bei den Strukturen gemäß vorliegender Ausführungsform ist der Spannungswiderstand
10fach gegenüber dem in den Strukturen bei Verwendung
von Pt oder Au verbessert. Der Grund ist darin zu sehen, daß bei aus Pt und Au
hergestellten Elektroden das Verhältnis für die Leitung höher wird mit zunehmender
Spannung, wenn das Pinloch oder der Spalt oder Riß in der keramischen
Dünnschicht vorhanden ist, so daß der Spannungswiderstand niedrig
wird.
Der Grund, warum keine Leitung durch die keramische Dünnschicht aufgrund
des Pinlochs und ähnlichen, in der keramischen Dünnschicht ausgebildeten
Rissen oder Spalten bei vorliegender Ausführungsform auftritt, liegt darin, daß
der hauptsächlich aus Al₂O₃ zusammmengesetzte Oxidfilm auf den Oberflächen
der Dünnschichtelektroden 2 und 3 ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform
werden die durch Bedampfen oder Aufsprühen der Legierung des
Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems gebildeten Dünnschichtelektroden 2 oder 3 auf
eine Temperatur von 600°C in der Oxidationsatmosphäre erhitzt, die 10 Vol.-%
Sauerstoff enthält, bevor die keramische Dünnschicht 4 gebildet wird. Dieses
Erhitzen in der Oxidationsatmosphäre bewirkt die Bildung einer im wesentlichen
aus Al₂O₃ zusammengesetzten Oxidschicht auf den Oberflächen der
Dünnschichtelektroden 2 und 3 und die in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 7 versehen
ist.
Daher wird selbst dann, wenn ein Pinloch 4a gemäß Fig. 4 in der keramischen
Dünnschicht 4, ausgebildet auf der Oxidschicht 7 der Elektrodenoberfläche,
vorhanden ist und ein Elektrodenmaterial das Pinloch 4a bei einemVerfahren
der Bildung der oberen Elektrode 6 besetzt, die Leitung zwischen den oberen
und unteren Elektroden 2 und 6 aufgrund der Isolierungseigenschaften der
Oxidschicht verhindert. Daher werden bei den vorstehend beschriebenen
Strukturen gemäß der Ausführungsform die aus der Dünnschicht der Legierung
des Ni-Al-Systems oder Ni-Cr-Al-Systems gebildeten Elektroden 2 und 3
auf dem Substrat ausgebildet, und anschließend werden die Dünnschichtelektroden
2 und 3 in der Oxidationsatmosphäre erhitzt. Die im wesentlichen aus
isolierendem Al₂O₃ gebildete Oxidschicht 7 wird auf den Oberflächen der
Dünnschichtelektroden 2 und 3 ausgebildet. Selbst im Falle der Ausbildung
von Pinlöchern in der keramischen Dünnschicht, die auf der Oxidschicht 7
liegt, kann ein Isolierungsdefekt zwischen der oberen und unteren Elektrode 2
und 6 wirksam verhindert werden.
Eine im wesentlichen aus Al₂O₃ zusammengesetzte Dünnschicht, die präzise
ausgebildet ist, reagiert kaum mit der keramischen Dünnschicht 4. Daher wird
selbst bei Ausbildung der aus Al₂O₃ hergestellten Oxidschicht 7 auf den Oberflächen
der Dünnschichtelektroden 2 und 3 die Oxidschicht 7 kaum die Ferroelektrizität
der keramischen Dünnschicht 4 beeinflußt, da die Oxidschicht mit 5
nm (50 Å) sehr dünn ist.
Fig. 4 zeigt einen permanenten RAM 10 mit einer Kondensatorstruktur, weobei
eine ferroelektrische keramische Dünnschicht als Niederschlagsschicht auf
Dünnschichtelektroden ausgebildet ist, die, wie vorstehend, aus der Legierung
des Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems hergestellt sind.
Der permanente RAM unter Verwendung eines ferroelektrischen Kondensators
hat Beachtung gefunden als Alternative zu einem DRAM (dynamischer Zufallszugriffspeicher)
oder SRAM (statischer Zufallszugriffsspeicher), bei dem die
Speicherung beim Ausschalten der Energie verlorengeht. Der ferroelektrische
Kondensator hat eine Struktur, bei der die ferroelektrische keramische Dünnschicht
mit einer Dicke von mehreren µm oder weniger zwischen einem Paar Metallelektroden
sandwichartig angeordnet ist. Diese ferroelektrische keramische
Dünnschicht besitzt dieselbe Kristallstruktur wie eine gewöhnliche Perovskit-
Verbindung, wenn sie aus beispielsweise PbTiO₃ oder Pb(Zr,Ti)O₃ hergestellt
ist. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes wird die ferroelektrische keramische
Dünnschicht polarisiert. Das Polarisationsphänomen wird aufrechterhalten,
selbst wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird. Die Richtung der
Polarisation wird umgekehrt durch Anwenden eines elektrischen Feldes umgekehrter
Richtung. Falls ein ferroelektrischer Kondensator als Kondensator für
eine Speicherzelle verwendet wird, ist es möglich, die Speicherung durch Ausnutzung
des Polarisationsphänomens aufrechtzuerhalten.
Gemäß Fig. 5 wird eine Wand vom P-Typ oder N-Typ 12 auf einem N-Typ- oder P-
Typ-Siliconsubstrat 11 ausgebildet. Die Bezugszeichen 13 oder 14 bezeichnen
eine Quelle oder einen Drainanschluß. Ein CMOS (komplementärer Metalloxidhalbleiter)
mit den vorstehend beschriebenen Bauelementen wird unterhalb einer
Laminatstruktur ausgebildet, umfassend eine ferroelektrische keramische
Dünnschicht und Elektroden, wie in Fig. 5 gezeigt.
Ein aus MgO hergestelltes Substrat wird über den CMOS aufgeschichtet und eine
Dünnschichtelektrode 16 aus der Legierung des Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems
gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird auf dem
Substrat 15 ausgebildet. Eine ferroelektrische keramische Dünnschicht 17 aus
Pb(Zr,Ti)O₃ wird auf die Dünnschichtelektrode 16 aufgeschichtet. Die keramische
Dünnschicht 17 wird als Niederschlagsschicht auf der Dünnschichtelektrode
16 ausgebildet. Zusätzlich ist die andere Elektrode 18 auf der keramischen
Dünnschicht 17 ausgebildet. Die Elektrode 18 kann aus demselben Material
wie die Dünnschichtelektrode 16 oder den anderen Materialien hergestellt
sein. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Metallschicht, die einen leitenden
Verbindungsteil bildet.
Obwohl die in Fig. 5 dargestellte Struktur einen permanenten Speicher als ein
Beispiel eines keramischen Elektronikbauteils illustriert, auf die die vorliegende
Erfindung anwendbar ist, ist die Erfindung im allgemeinen auf ein keramisches
Elektronikbauteil anwendbar, bei der die Dünnschichtelektroden aus
einer Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems so ausgebildet sind, daß ein
Kontakt mit einer keramischen Dünnschicht hergestellt wird.
Als keramische Materialien für eine keramische Dünnschicht, die so ausgebildet
ist, daß ein Kontakt mit den Dünnschichtelektroden gemäß der Erfindung
bewirkt wird, ist es möglich, zusätzlich zu keramischen Materialien vom
Pb(Zr,Ti)O₃-System und keramischen Materialien vom PbTiO₃-System, keramische
Materialien eines LiNbO₃- und LiTaO₃-Systems, keramische Materialien
von größeren Wismuthstrukturen, wie eines Bi₄Ti₃O₁₂-Systems, keramische
Materalien einer Wolfram-Bronze-Struktur, wie Bleimetaniobat
PbNb₂O₆ oder Bleimetatantalit PbTa₂O₆, keramische Materialien eines Bleikomplexperovskits,
wie Pb(Mg1/3Nb2/3)O₃-PbTiO₃ oder Pb(Ni1/3Nb2/3)O₃-
PbTiO₃, das als Kondensatormaterial für das Sintern bei niedrigen Temperaturen
nützlich ist, keramische Materialien eines SiO₂-Systems, keramische Materialien
eines TiO₂-Systems, keramische Materialien eines BaTiO₃-Systems,
keramische Materialien eines SrTiO₃-Systems oder keramische Materialien eines
CaTiO₃-Systems und keramische Materialien aus deren festen Lösungssystem
zu verwenden.
Als Verfahren zur Herstellung der funktionellen keramischen Dünnschicht, die
durch die ferroelektrische Schicht charakterisiert wird, ist nicht nur das bei der
Ausführungsform beschriebene Sputterverfahren, sondern auch andere Verfahren,
wie Niederschlagsverfahren im Vakuum, Laserabschmelzung, Sol-Gel-
Verfahren, chemische Dampfbeschichtung oder ähnliche Verfahren für die
Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Elektronikbauteils einsetzbar.
Claims (9)
1. Keramisches Elektronikbauteil, gekennzeichnet durch eine keramische
Dünnschicht (4) und aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellte
Dünnschichtelektroden (2, 3), die so ausgebildet sind, daß sie in Kontakt mit
der keramischen Dünnschicht (4) stehen.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni-Al-Legierung
2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium enthält und der Rest aus Nickel und einem
Spurenelement besteht.
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni-Cr-Al-Legierung
8 bis 25 Gew.-% Chrom und 2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium enthält und
der Rest aus Nickel und einem Spurenelement besteht.
4. Permanenter RAM, umfassend einen ferroelektrischen Kondensator mit
an beiden Hauptflächen der ferroelektrischen keramischen Dünnschicht (4,
17) ausgebildeten Elektroden (2, 6, 16, 18), dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektroden (2, 6, 16, 18) aus einer Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems
hergestellt sind.
5. Permanenter RAM nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ni-Al-Legierung 2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium enthält und der Rest aus Nickel
und einem Spurenelement besteht.
6. Permanenter RAM nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ni-Cr-Al-Legierung 8 bis 25 Gew.-% Chrom und 2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium
enthält und der Rest aus Nickel und einem Spurenelement besteht.
7. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elektronikbauteils, umfassend
die Schritte:
Ausbilden einer aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellten Dünnschicht auf einem Substrat;
Erhitzen der aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellten Dünnschicht in einer Oxidationsatmosphäre; und
Ausbilden einer keramischen Dünnschicht auf der aus der Ni-Al- oder Ni-Cr-Al- Legierung hergestellten Dünnschicht nach dem Erhitzen.
Ausbilden einer aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellten Dünnschicht auf einem Substrat;
Erhitzen der aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellten Dünnschicht in einer Oxidationsatmosphäre; und
Ausbilden einer keramischen Dünnschicht auf der aus der Ni-Al- oder Ni-Cr-Al- Legierung hergestellten Dünnschicht nach dem Erhitzen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni-Al-Legierung
2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium enthält und der Rest aus Nickel und einem
Spurenelement besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni-Cr-Al-
Legierung 8 bis 25 Gew.-% Chrom und 2,5 bis 8 Gew.-% Aluminium enthält und
der Rest aus Nickel und einem Spurenelement besteht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4143405A DE4143405C2 (de) | 1990-03-26 | 1991-03-25 | Permanenter ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7719990A JP2847680B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-03-26 | セラミック電子部品及びその製造方法 |
| DE4143405A DE4143405C2 (de) | 1990-03-26 | 1991-03-25 | Permanenter ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4109769A1 true DE4109769A1 (de) | 1991-10-02 |
| DE4109769C2 DE4109769C2 (de) | 1996-05-02 |
Family
ID=25910622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4109769A Expired - Lifetime DE4109769C2 (de) | 1990-03-26 | 1991-03-25 | Keramisches Elektronikbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4109769C2 (de) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2264094B2 (de) * | 1971-12-29 | 1975-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd., Kadoma, Osaka (Japan) | Dünnschicht-Kondensator und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US4439248A (en) * | 1982-02-02 | 1984-03-27 | Cabot Corporation | Method of heat treating NICRALY alloys for use as ceramic kiln and furnace hardware |
| DE3414808A1 (de) * | 1983-06-17 | 1984-12-20 | AVX Corp.,(n.d.Ges.d.Staates Delaware), Great Neck, N.Y. | Verfahren zur herstellung eines preiswerten duennfilmkondensators und danach hergestellter kondensator |
-
1991
- 1991-03-25 DE DE4109769A patent/DE4109769C2/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4109769C2 (de) | 1996-05-02 |
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