DE4109769C2 - Keramisches Elektronikbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Keramisches Elektronikbauteil und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
- Publication number
- DE4109769C2 DE4109769C2 DE19914109769 DE4109769A DE4109769C2 DE 4109769 C2 DE4109769 C2 DE 4109769C2 DE 19914109769 DE19914109769 DE 19914109769 DE 4109769 A DE4109769 A DE 4109769A DE 4109769 C2 DE4109769 C2 DE 4109769C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- thin film
- ceramic
- alloy
- electrodes
- ceramic thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims description 85
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 104
- 229910002061 Ni-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 27
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 claims description 23
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 claims description 7
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 claims description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 7
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 7
- 229910003781 PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000005621 ferroelectricity Effects 0.000 description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000011222 crystalline ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910002106 crystalline ceramic Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002971 CaTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910012463 LiTaO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020215 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical group [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
- H01G4/008—Selection of materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein keramisches Elektronikbauteil, bei dem die Elektro
den so ausgebildet sind, daß sie mit einer funktionellen keramischen Dünn
schicht in Kontakt stehen, ins
besondere 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 funktio
nelle keramische Dünnschicht auf ein Substrat so aufzubringen oder niederzu
schlagen, 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 be
stimmten Atmosphäre der Schichtbildung erhitzt werden.
Andererseits müssen zur Ausbildung ihrer Funktion, beispielsweise der elek
trischen Eigenschaften der funktionellen keramischen Dünnschicht die Elek
troden so ausgebildet sein, daß sie in Kontakt mit der keramischen Dünn
schicht stehen. Daher ist es notwendig, daß Dünnschichtelektroden auf einem
Substrat ausgebildet sind, wonach eine kristalline funktionelle keramische
Dünnschicht als Niederschlagsschicht auf den Dünnschichtelektroden ausge
bildet wird. In einem solchen Fall werden die Dünnschichtelektroden, die selbst
unterhalb der keramischen Dünnschicht ausgebildet sind, während der Aus
bildung der funktionellen keramischen Dünnschicht ebenfalls einer hohen
Temperatur ausgesetzt. Demgemäß muß ein für diese Anwendungsart ver
wendbares Elektrodenmaterial bei hoher Temperatur eine ausgezeichnete Sta
bilität 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. Da
her 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 Elek
trodenmaterial zu verwenden, das nicht nur bei hoher Temperatur eine ausge
zeichnete Stabilität besitzt sowie eine niedrige Reaktivität mit der keramischen
Dünnschicht aufweist, sondern auch bei hoher Temperatur eine ausgezeichne
te 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 Oxi
dationsbeständigkeit 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 Oxidationsbe
ständigkeit bei hoher Temperatur und eine niedrige Reaktivität mit der kerami
schen Dünnschicht, während die Elektrodenkosten sehr hoch sind.
Umgekehrt liegen die Elektrodenkosten für Ta und Ti nicht so hoch, wogegen die Re
aktivität mit der keramischen Dünnschicht hoch ist, so daß diese nicht verwendbar
sind.
Die DE-A-34 14 808 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators.
Hierbei wird auf ein Glassubstrat eine mit Phosphor angereicherte Siliciumdioxid
schicht aufgebracht und auf dieser eine aus Aluminium oder Nickel bestehende
Elektrodenschicht vorgesehen. Weiterhin wird auf der Elektrode eine dielektrische
Siliciumdioxidschicht aufgebracht, auf der wiederum eine weitere Elektroden
schicht aus Aluminium oder Nickel vorgesehen wird.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines keramischen Elektronikbauteils mit einer
funktionellen keramischen Dünnschicht und von aus einem Material mit ausge
zeichneter Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur hergestellten Elektro
den, die eine niedrige Reaktivität mit der keramischen Dünnschicht aufweisen und
kostengünstig herstellbar sind sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Gemäß der Erfindung wird nun ein keramisches Elektronikbauteil vorgesehen, um
fassend eine keramische Dünnschicht und Ni oder Al enthaltende Dünnschicht
elektroden, die so ausgebildet sind, daß sie in Kontakt mit der keramischen Dünn
schicht stehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dünnschichtelektroden
aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellt sind.
Bei dem erfindungsgemäßen keramischen Elektronikbauteil liegen folgende
Gründe vor, daß die aus der Ni-Al-Legierung oder der Ni-Cr-Al-Legierung herge
stellten 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 gegenü
ber der keramischen Dünnschicht besitzt, die als Niederschlagsschicht in der
Oxidationsatmosphäre bei hoher Temperatur ausgebildet ist, so daß sie kristal
lin vorliegt.
Als 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 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-Sy
stem mit einer derartigen Zusammensetzung ist aus der US-PS 4 439 248 als
Legierung mit ausgezeichneter Hitzebeständigkeit bekannt.
Erfindungsgemäß ist die vorstehend beschriebene Legierung eines Ni-Al-Sy
stems oder Ni-Cr-Al-Systems so angeordnet, daß sie mit der kristallinen kera
mischen Dünnschicht in Kontakt steht. Demgemäß ist selbst dann, wenn die
Elektroden aus einer Dünnschicht einer Legierung eines Ni-Al-Systems oder ei
ner Dünnschicht einer Legierung eines Ni-Cr-Al-Systems zuvor als Unter
schicht 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 mög
lich, ein keramisches Elektronikbauteil mit den gewünschten Eigenschaften zu
erhalten.
Weiterhin ist die Legierung vom Ni-Al-System oder Ni-Cr-Al-System kostengün
stiger 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), das so gebaut ist, daß
die Dünnschichtelektroden mit einer funktionellen keramischen Dünnschicht
in Kontakt stehen, kann ein permanenter RAM (Direktzugriffsspeicher) aufgeli
stet werden, der beispielsweise einen ferroelektrischen Kondensator umfaßt.
Der nicht-selbstlöschende oder permanente RAM umfaßt einen ferroelektri
schen Kondensator, bei dem die Elektroden so ausgebildet sind, daß beide
Hauptflächen der ferroelektrischen keramischen Dünnschicht als Speicher
dienen.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elek
tronikbauteils, umfassend die Schritte: Ausbilden einer Dünnschicht einer Le
gierung eines Ni-Al-Systems oder eines Ni-Cr-Al-System auf einem Substrat, Erhitzen der Dünn
schicht einer Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems in einer oxidieren
den Atmosphäre und Ausbilden einer keramischen Dünnschicht auf der Dünn
schicht der Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems nach dem Erhitzen.
Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird die Dünnschicht ei
ner Legierung eines Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Systems vorher ausgebildet, und an
schließend wird die keramische Dünnschicht darauf ausgebildet, wobei diesel
be 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 ausge
bildeten keramischen Dünnschicht vorhanden sind, kann die elektrische Lei
tung zwischen den Elektroden auf und unter der keramischen Dünnschicht mit
dem Pinloch wirksam verhindert werden aufgrund einer Al₂O₃-Schicht als
elektrische Isolierung.
Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Ansprüchen 5 und 6 zu ent
nehmen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, in
der zeigen
Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung
mit den hauptsächlichen Bestandteilen eines keramischen Elektronik
bauteils, an demjenigen Teil, der der Querschnittslinie I-I gemäß Fig. 2
entspricht;
Fig. 2 einen vergrößerten Teilausschnitt einer Ausführungsform der Erfin
dung mit Teilen des keramischen Elektronikbauteils;
Fig. 3 ein Diagramm mit D-E-Hystereseschleife; und
Fig. 4 einen Querschnitt zur Erläuterung der Funktion eines hauptsächlich
aus Al₂O₃ zusammengesetzten Oxidfilms im Falle der Ausbildung ei
nes Pinlochs im keramischen Dünnfilm.
Im folgenden wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform beschrieben. Die
se 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 Kondensa
torstruktur ausgebildet, bei der Dünnschichtelektroden 2 und 3, eine ferro
elektrische keramische Dünnschicht 4 und Elektroden 5 und 6 auf einem Sub
strat 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 Spu
renelements, 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 be
deckt wird zur Ausbildung der Dünnschichtelektroden 2 und 3 mit einer Dicke
von nicht mehr als 1 µm unter folgenden Bedingungen:
Sputterbedingungen | |
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 |
Aufdampfzeit | einige Minuten |
Anschließend wird unter folgenden Bedingungen aufgedampft oder aufge
sprüht 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.
Sputterbedingungen | |
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 |
Aufdampfzeit | einige Minuten |
Kurz bevor das zweite Aufdampfen oder Aufsprühen beginnt und während die
Substrattemperatur Ts 600°C erreicht, liegen folgende Bedingungen der Gasat
mosphäre 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 anschlie
ßend werden die Elektroden 5 und 6 auf der keramischen Dünnschicht 4 ausge
bildet unter Verwendung des gleichen Materials, das für die Dünnschichtelek
troden 2 und 3 bei Raumtemperatur Verwendung findet.
Die Reaktivität der Dünnschichtelektroden 2 und 3 mit der keramischen Dünn
schicht 4, die Ferroelektrizität der keramischen Dünnschicht 4 und das Ver
hältnis für die Leitung aufgrund des in der keramischen Dünnschicht 4 ausge
bildeten Pinlochs werden geprüft. Das Verhältnis der Leitung aufgrund des Pin
lochs ist ein Wert, bezogen auf eine Fläche von 1 mm² des überlappenden Ge
biets der unteren Elektroden 2 und 3 und der oberen Elektroden 5 und 6. Zu
sätzlich wird die Ferroelektrizität bestätigt durch Messen der D-E-Hysterese
schleife und der Dielektrizitätskonstante.
Die D-E-Hystereseschleife einer PbTiO₃-Schicht mit Elektroden einer Legie
rung 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 kerami
sche Dünnschicht verwendet werden, wobei die Meßergebnisse bei einer Fre
quenz 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 Elektrodenma
terialien 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 Lei
tung 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 spon
tanen Polarisation (Ps) 28 µC/cm² beträgt, also weitgehend gleich mit demjeni
gen von keramischen Materialien ist. Die dielektrischen Eigenschaften der fer
roelektrischen 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 Dünn
schichtelektrode aus Pt, keine Reaktion zwischen der keramischen Dünn
schicht 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 Schichtelektro
den verwenden, eine schwache Reaktion zwischen der keramischen Dünn
schicht 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 Fer
roelektrizität der keramischen Dünnschicht 4 nicht meßbar ist.
In bezug auf das Verhältnis der Leitung aufgrund eines Pinlochs ist zu verste
hen, 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 be
trägt. Bei den Strukturen gemäß vorliegender Ausführungsform ist der Span
nungswiderstand 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 zuneh
mender Spannung, wenn das Pinloch oder der Spalt oder Riß in der kerami
schen 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 zusammengesetzte Oxidfilm auf den Oberflächen
der Dünnschichtelektroden 2 und 3 ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Aus
führungsform 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 wesentli
chen aus Al₂O₃ zusammengesetzten Oxidschicht auf den Oberflächen der
Dünnschichtelektroden 2 und 3 und die in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 7 ver
sehen 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 einem Verfahren
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 Legie
rung des Ni-Al-Systems oder Ni-Cr-Al-Systems gebildeten Elektroden 2 und 3
auf dem Substrat ausgebildet, und anschließend werden die Dünnschichtelek
troden 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 Ober
flächen der Dünnschichtelektroden 2 und 3 die Oxidschicht 7 kaum die Ferroe
lektrizität der keramischen Dünnschicht 4 beeinflußt, da die Oxidschicht mit 5
nm (50 Å) sehr dünn ist.
Die Erfindung ist im allgemeinen auf ein keram
isches 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 ausgebil
det 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, kera
mische Materialien eines LiNbO₃- und LiTaO₃-Systems, keramische Materia
lien von größeren Wismuthstrukturen, wie eines Bi₄Ti₃O₁₂-Systems, kerami
sche Materialien einer Wolfram-Bronze-Struktur, wie Bleimetaniobat
PbNb₂O₆ oder Bleimetatantalit PbTa₂O₆, keramische Materialien eines Blei
komplexperovskits, wie Pb(Mg1/3Nb2/3)O₃-PbTiO₃ oder Pb(Ni1/3Nb2/3)O₃-
PbTiO₃, das als Kondensatormaterial für das Sintern bei niedrigen Temperatu
ren nützlich ist, keramische Materialien eines SiO₂-Systems, keramische Ma
terialien eines TiO₂-Systems, keramische Materialien eines BaTiO₃-Systems,
keramische Materialien eines SrTiO₃-Systems oder keramische Materialien ei
nes CaTiO₃-Systems und keramische Materialien aus deren festen Lösungssy
stem 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 Ver
fahren, wie Niederschlagsverfahren im Vakuum, Laserabschmelzung, Sol-Gel-
Verfahren oder chemische Dampfbeschichtung für die
Herstellung des erfindungsgemäßen keramischen Elektronikbauteils einsetz
bar.
Claims (6)
1. Keramisches Elektronikbauteil, umfassend eine keramische Dünn
schicht (4) und Ni oder Al enthaltende Dünnschichtelektroden (2, 3), die so
ausgebildet sind, daß sie in Kontakt mit der keramischen Dünnschicht (4)
stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichtelektroden (2, 3)
aus einer Ni-Al- oder Ni-Cr-Al-Legierung hergestellt sind.
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 ent
hält und der Rest aus Nickel und einem Spurenelement besteht.
4. 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 Dünn schicht 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 Dünn schicht in einer Oxidationsatmosphäre; und
Ausbilden einer keramischen Dünnschicht auf der aus der Ni-Al- oder Ni- Cr-Al-Legierung hergestellten Dünnschicht nach dem Erhitzen.
5. Verfahren 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. Verfahren 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.
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 DE4109769A1 (de) | 1991-10-02 |
DE4109769C2 true DE4109769C2 (de) | 1996-05-02 |
Family
ID=25910622
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914109769 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) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4439248A (en) * | 1982-02-02 | 1984-03-27 | Cabot Corporation | Method of heat treating NICRALY alloys for use as ceramic kiln and furnace hardware |
US4453199A (en) * | 1983-06-17 | 1984-06-05 | Avx Corporation | Low cost thin film capacitor |
-
1991
- 1991-03-25 DE DE19914109769 patent/DE4109769C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4109769A1 (de) | 1991-10-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3535059C2 (de) | ||
DE69732065T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines monolithischen keramischen Kondensators | |
DE3603757C2 (de) | Schichtwiderstand für einen Strömungsfühler sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE4109948C2 (de) | ||
EP0823718B1 (de) | Bauteil mit einem Kondensator | |
DE10032850A1 (de) | Monolithisches keramisches Elektronikbauelement | |
DE2737080A1 (de) | Nicht-reduzierende dielektrische keramikmassen | |
DE2001515B2 (de) | Flächenhafte Leiterzüge auf einer monolithisch integrierten Halbleiterschaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE4017518A1 (de) | Verfahren zur herstellung von monolayer-kondensatoren | |
EP0435999B1 (de) | Temperatursensor und verfahren zu seiner herstellung | |
DE10157443A1 (de) | Glas-Keramikzusammensetzung für ein elektronisches Keramikbauteil, elektronisches Keramikbauteil und Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Vielschicht-Keramikbauteils | |
DE19812197A1 (de) | Dünnfilm-Schichtleiter | |
DE19961537A1 (de) | Glaskeramiktafel | |
DE2946753A1 (de) | Widerstandsmaterial, elektrischer widerstand und verfahren zur herstellung desselben | |
DE1293519B (de) | Verfahren zur Herstellung von dielektrischen oder halbleitenden Oxidschichten | |
DE4317719C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines laminatartigen elektronischen Bauelements | |
DE19953161A1 (de) | NTC-Thermistoren und NTC-Thermistorchips | |
CH678125A5 (de) | Supraleiteranordnung. | |
DE2824870C2 (de) | ||
DE4109769C2 (de) | Keramisches Elektronikbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung | |
EP0529195B1 (de) | Widerstandsmasse zur Herstellung von Dickschicht-Widerständen | |
DE4143405C2 (de) | Permanenter ferroelektrischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff | |
DE3603785C2 (de) | ||
DE2513859C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Kondensator-Widerstands-Netzwerks | |
DE4113372C2 (de) | Widerstandsanordnung mit mindestens einem Dünnfilmwiderstand und Verfahren zum Herstellen der Anordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8172 | Supplementary division/partition in: |
Ref country code: DE Ref document number: 4143405 Format of ref document f/p: P |
|
Q171 | Divided out to: |
Ref country code: DE Ref document number: 4143405 |
|
AH | Division in |
Ref country code: DE Ref document number: 4143405 Format of ref document f/p: P |
|
AH | Division in |
Ref country code: DE Ref document number: 4143405 Format of ref document f/p: P |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |