DE1564163A1 - Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien,insbesondere fuer Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien,insbesondere fuer Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen

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Description

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Neuanmeldung
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Verfahren zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien, insbesondere für Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen*
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren,zum Herstellen von Dielektrika aus Halbleiter- und ferroelektrisehen Materialien, insbesondere für Entkopplungskondensatoren in monolithischen bzw. integrierten Schaltungen«
Die besonders von der elektronischen Datenverarbeitung her bekannten mikroelektronischen oder monolithischen Schaltungen werden auf kiel-
2 nen Moduln hergestellt, die etwa die Größe von 1,2.1,2 cm aufweisen.
Diese Schaltungen besitzen bei hohen Schaltgeschwindigkeiten niedrige Impedanzen, die Jeweils an diejenigen Impedanzen der benachbarten Schaltgebiete anzupassen sind. Zur Versorgung eines solchen Moduls mit einer einwandfreien Vorspannung wird eine gemeinsame Energiequelle über Masse an die Moduln angeschlossen, wobei eine Beeinträchtigung der erforderlichen niedrigen Impedanz zu vermeiden ist. Diese Stromquellen befinden sich aber in der Regel in einiger Entfernungjvon den zu versorgenden Moduln. Aus diesem Grunde kann oft die Forderung nach hoher Impedanz nicht eingehalten werden, weil die Induktivitäten der Leitbahnen von der Stromquelle zujäen einzelnen Moduln nicht mehr zu vernachlässigen ist.
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Aus den genannten Gründen können Schaltungen mit niedrigen Impedanzen, insebsondere Tunneldioden mit sehr schnellen Schaltzeiten Anlaß zu ernsthaften, auf Übergangserscheinungen beruhenden Rauschen geben, die ihre Ursache in der Stromversorgung haben» Diese rauscherzeugenden Übergangserscheinungen führen zu willkürlichen Signalen, welche unerwünschte Schaltbetätigung in verschiedenen Teilen der Schaltung verursachen können.
In bekannter Weise können die genannten Schwierigkeiten durch Einfügung von genügend großen Ladungsspeichern zwischen Masse und Ausgang der Energieversorgungsquelle umgangen werden. Die eingefügten Entkopplungskondensatoren mindern jedoch die Impedanz der Versorgungsquelle. Entkopplungskondensatoren hoher Kapazität sind wünschenswert, andererseits ist jedoch die verfügbare Fläche innerhalb der Moduln sehr begrenzt. Noch schwerer fällt ins Gewicht, daß der Entkopplungskondensator, die Induktivität der Zuführung zwischen Energieversorgung und Modul, eine induktive Schleife bilden, welche dazu neigt, nach einer Schaltpause Schwingungen anzuregen. Diese Schwingungen können auch zu schwerwiegenden Störungen führen. Gewöhnlihc hilft man sich hierbei so, daß man Widerstände in die Leitung einfügt. Liegt hierbei der Widerstand in Serie mit dem Kondensator, so wird die Dämpfung lediglich auf Kosten der Widerstandserhöhung der Kondensatorzuleitung erhöht. Legt man den Widerstand jedoch parallel zum Kondensator, so wird ein übermäßiger Strom und damit Energieverbraucbjim Widerstand eintreten, was einen Temperaturanstieg innerhalb der Moduln zur Folge hat. Es wurde berdts ein unverbessertes Dielektrikum vorgeschlagen, das'Kondensatoren einer Erhöhung der Impedanz z.B. in einer Versorgungsanordnung entgegenwirkt. Dies wird erreicht durch eine höhere Dämpfungscharakteristik bei höheren Schaltfrequenzen, wobei durch einen höheren Gleichstromwiderstand eine weitere Verbesserung zu erreichen ist.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren an, welches es gestattet, Dielektrika herzustellen, welche einen höheren Gleichstromwider sand als die bisherigen aufweisen und gleichzeitig eine höhere Dietektrizitäts-
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konstante besitzen. Diese Voraussetzungen ermöglichen es, Kondensatoren zu entwickeln, die für höhere Betriebsspannungen geeignet sind, als dies bisher der Fall war.
Es ist allgemein bekannt, daß ferroelektrische Materialien, z.B. Bariumtitanat, Strontiumtitanat usw. einen verhältnismäßig hohen. spezifischen "Widerstand sowie eine hohe Dielektrizitätskonstante, insbesondere in der Nähe des ferroelektrischen Curiepunktes besitzen. Diese Materialien weisen aber außer dem Hystereseeffekt, von welchen die ferroelektrischen Materialien ihren Namen bezogen haben, einen piezoelektrischen Effekt auf , und was noch wichtiger ist, die Dielektrizitätskonstante derartiger Materialien ist merklich temperaturabhängig. Halbleitermaterialien, z. Zinkoxyd, besitzen dahingegen einen verhältnismäßig geringen spezifischen Widerstand und eine niedrige Dielektrizitätskonstante im Vergleich mit ferroelektrischen Materialien.
Kombinationen aus ferroelektrischen und Halbleitermaterialien zeigen gewöhnlich einen erhöhten spezifischen 'widerstand, ohne gleichzeitige Beeinträchtigung der Dielektrizitätskonstanten, wird ein Material hoher Dielektrizitätskonstante mit einem solchen niedriger Dielektrizitätskonstante kombiniert, so bewegt sich die Dielektrizitätskonstante zu niedrigen Vierten hin. Die Dielektrizitätskonstante der Kombination wird geringer ausfallen, als die höchste ihrer Bestandteile. Gleichfalls wird die Dielektrizitätskonstante temperaturempfindlich sein. Der spezifische Widerstand des Systems Halbleiter-Ferroelektrikum wird jedoch ausreichen, um mit ihm ausgerüstete Kondensatoren mit höheren Spannungen zu betMben. Für die Konstruktion mikroelektronischer Schaltungen wird es von großem Nutzen sein, über geeignete, aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material kombinierten Substanzen zu verfügen, welche eine im wesentlichen geringfügige Temperaturabhängigkeit sowie eine angemessene hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches ein Dielektrikum mit einem gesteuerten spezifischen Widerstand und Dielektrizitätskonstanten herzusteltei gestattet, das insebesondere geeignet ist für in mikrominiaturisierten Schaltungen
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anzuwendende Kondensatoren. Außerdem soll die Temperaturabhängigkeit der genannten Eigenschaften gering sein. Das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a. Abwiegen des ferroelektrischen Materials mit einer Zusatzsubstanz zum Herabsetzen der Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante ; -
b. Anrühren zu einem flüssigen Gemenge und Trocknen;
c. Kalzinieren der unter b. erhaltenen Substanz;
d. Formen der Substanz in kleine Kügelchen;
e. Sintern;
f. Zerkleinern auf eine im wesentlichen einheitliche Partikelgröße durch Mahlen in einer Kugelmühle;
g. Reduzieren der in f. gewonnenen Partikel;
h. Abwiegen und Mischen der Halbleitermaterialien;
i. Mischen von Halbleiter- und ferroelektrischen Materialien sowie Überführung des Gemenges in Pastenform durch Zusatz eines Plussmittels;
j. Aufdrucken der ersten metallischen Kondensatorelektrode auf ein Substrat;
k. Aufbringen des inneren Dielektrikums auf die erste Elektrode; 1. Aufdrucken der zweiten metallischen Kondensatorelektrode; m. Aufbringen einer äußeren, dielektrischen Schutzschicht;
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η* Brennen des Kondensators;
ο. Prüfen der elektrischen Eigenschaften des hergestellten Kondensators.
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Figuren hervor. In diesen bedeuten:
Fig. 1 eine Übersicht über die Verfahrensschritte zur Herstellung des dielektrischen Materials nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Kondensators mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigten Dielektrikum;
Fig. 5 eine Tafel zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der elek- , trischen Eigenschaften des dielektrischen Materials von dessen Zusammensetzling j
Fig. ;5A ein Diagramm, welches den- Zusammenhang zwischen Dielektrizitätskonstante und Zusammensetzung des Dielektrikums zeigt;
Fig. JC eine halblogarithmische Darstellung des Zusammenhangs zwischen spezifischem Widerstand in Ohm · cm von dem Anteil des Halbleiterbestandteils des Dielektrikums;
Fig. 4 eine Tafel von Halbleitermaterial-Ferroelektrikumsystemen, mit verschiedenprozentigen Zusätzen eines Metallstannates zur selektiven Steuerung der Dielektrizitätskonstante und des spezifischen Widerstandes des Systems»
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Ein Halbleitermaterial mit einer gewünschten realtiven Dielektrizitätskonstanten in der Größenordnung von 1000 kann man erhalten durch Sintern einer Mischung von Halbleiteroxyden des N- bzw. P-Leitfähigkeits· typs. Materialien mit den genannten hohen Dielektrizitätskonstanten müssen als zusätzlichen Bestandteil wenigstens eine Kombination von Zinkoxyd (ZnO) und Wismuttrioxyd (Bi2O-,) besitzen. Brauchbar istebenfalls die Kombination aus Zinkoxyd und Bleioxyd. Bei diesen Kombinationen stellt das Zinkoxyd einen N-leitenden und das Bleioxyd bzw. das Wismuttrioxyd einen P-leitenden Halbleiter,dar. Andere benutzbare P-leitende Halbleitermaterialien enthalten Cuprioxyd (CuO) und Cuprooxyd (Cu2O) sowie Nickeloxyd (NiO) V/eitere N-leitende Halbleitermaterialien enthalten Cadmiumoxyd (CdO), Aluminiumoxyd (AlO2) sowie Ziniioxyd (SnO ).
Wie aus Fig. 1 zu ersehen, werden die ausgewählten Halbleiteroxyde., typischerweise Zinkoxyd, im Verfahrensschritt 20 gewogen und im entsprechenden Mengenverhältnis in einen Mörser mit Pistill eingegeben. Ein kleiner Prozentsatz eines einwertigen Dotierungsmittels, entweder Silber, Lithium oder Kupfer werden In sehr geringen Gewichtsanteilen zur Anhebung des spezifischen Widerstandes zu dem Halbleitermaterial hinzugefügt. In einem Ausführungsbeispiel werden 96 Gewichts-^ Zinkoxyd, 5 Gewichts-^ Wismuttrioxyd und 1 MoI-^ Kupfertitanat (CuTiO,) gemischt. Das Halbleitermataial und die puderförmige Dotierungssubstanz sehr gutenQualitätsgrades sind im Handel zu erhalten. Die puderförmigeη Bestandteile werden zwei Stunden lang einer Trockenmischung unterzogen. Einzelheiten über die Zubereitung derartiger Halbleitermaterialien waren bereits Gegenstand früherer Vorschläge.
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Die ferroelektrischen-Materialien werden in einem ersten Verfahrens- "·
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schritt 22 angesetzt, der im Wesentlichen aus Abwiegen und Zusatz sowie Mischen eines ferroelektrischen Materials sowie eines Zusatz- · mittels besteht, welches die ferroelektrischen Eigenschaften verhält-, nismäßig unempfindlich gegenüber Temperaturänderungen macht und . gleichzeitig eine selektive Kontrolle der Dielektrizitätskonstanten gestattet.' Ein Verfahren zur Herbabsetzung der Temperatur abhängigkeit eines Ferroelektrikums wurde bereits vorgeschlagen. Eine weitere Möglichkeit zur Unempfindlichmachung eines Ferroelektrikums bezüglich Temperatüränderung besteht darin, das Stannat eines Metalles als Zusatz zu benutzen. Dieses Metallstannat gestattet, in einem geeigneten Anteil zu dem Ferroelektrikum hinzugefügt, diesem aus später noch zu nennenden Gründen eine temperaturunabhängige Polarisation beizubehalten.
Pur die Zwekce der vorliegenden Erfindung bewährten sich besonders Perroelektrika, welche Bariumtitanat und Strontiumtitanat enthielten. Weiterhin erwiesen sich ebenfalls Bleistannat, Kalziumstannat, sowie Wismutsannat als nützlich. In einer speziellen Ausführungsform wurden 87 Gewichts-^ Bariumtitanat und 13 Gewichts-'^ Bleistannat gemislit und zwei Stunden getrocknet entsprechend einem Verfahrensschritt 22, Bei den Titanaten und Stannaten handelt es sich umMaterial außerordentlißh guter Qualität wie es im Handel erhältlichjist. Die Mischung wird entsprechend dem Verfahrensschritt 24 in einen flüssigen Brei überführt, und getrocknet. Als Flußmittel wurde zu dem pulverförmigen Material Wasser hinzugefügt. Das nach dem Trocknen zurückgebliebene pulverförmige Material wurde in einen geeigneten Behälter gefüllt und mittels des Verfahrensschrittes 26 kalziniert. Dieser Prozess geschieht bei 1000 C über eine Zeitdauer von zwei Stunden auf einer Platte von Zirkonoxyd. Das kalzinierte Material wird im Verfahrensschritt 28 zerkleinert. Die zurückbleibende Substanz wird dann in kleine Formen unter einem Druck von 1 400 kg/cm gepreßt. Die Zerkleinerung geschieht mit einem diamantbesetzten Pistill. Die kleinen Formen oder Aggregate werden dann in einem Verfahransschritt JK) bei 1 425° C auf einer Zirkonoxydplatte zwei Stunden lang gesintert. Die gesinterten Aggregate werden
' BAD ORfGtNAL
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in einem weiteren Verfahrensschritt 52 zerkleinert und mit Trichlor- oder Tetrachlorlösung vermengt. Die Partikelgröße dieses flüssigen Breis wird durch Mahlen einer Kugelmühle auf weniger als 2,0 · 10~ ram reduziert. Die gemahlene Masse wird vor dem nachfolgenden Reduktionsverfahrensschritt y\ getrocknet. Erfahrungen im Laboratorium ergaben, daß dieser reduzierende Verfahrensschritt 54 eine leichte Anhebung der Dielektrizitätskonstanten des Ausgangsmaterials aufgrund der Partikelgröße und der Partikelzusammensetzung nach sich zieht. Die Reduktion wird bei 900° C über eine Zeltdauer von einer Stunde in einem Formierungsgas oder in Atmosphäre durchgeführt.
Nunmehr wird das vollständige Dielektrikum durch Kombination mit dem puderförmigen Halbleitermaterial hergestellt wie es im Verfahrensschritt 20 geschildert wurde, wobei dieses Halbleitermaterial seinerseits aus den Verfahrensschritten 52 und 52J- hervorgeht. An einem Ausführungsbeispiel wurden 80 Gewichts-^ des puderförmigen Halbleitermaterials und 20 Gewichts-)? des modifizierten Ferroelektrikums innerhalb eines Verfahrensschrittes s>6 kombiniert. Die Bestandteile wurden im trockenen Zustand innig miteinander vermisoht und gleichförmig mit einen geeigneten Flußmittel versetzt bis sich eine Paste ergab. Das Fluß« mittel wurde in soelchen Quantitäten hinzugefügt, daß der Nutzgehalt der Paste etwa bei 70 % lag. Als Flußmittel wurde eine Kombination von β -Terpineol und Äthylzellulose -benutzt, wobei das erstere etwa des Gesamtflußmittels ausmachte.
iiin dünnschichtiger Entkopplungskondensator wurde hergestellt auf einem dielektrischen Substrat, welches typischerweise aus Aluminiumoxyd oder einer ähnlichen Substanz bestand, wobei eine Reihe von Siebdruckverfahren benutzt wurden. Als erster Verfahrensschritt 58 wurde eine Metallelektrode auf das Substrat aufgebracht. In einem Ausführungsbeispiel wurde eine pastenförmige Zusammensetzung aus Gold, Platin sowie einem Flußmittel benutzt, deren quantitative Zusammensetzung bereits früher vorgeschlagen wurde, wobei ebenfalls ein Siebdruckverfahren zum Aufbringen angewendet wurde. Das aufgedruckte Metall wurde bei ,.einer erhöhten Temperatur getempert. Die jeweilige
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Temperatur hängt Im allgemeinen von dem Schmelzpunkt der Masse ab, liegt aber im allgemeinen in der Größenordnung von 750° C. Das dielektrische Material, welches aus dem Verfahrensschritt j56 hervorgeht, wurde auf die erste Elektrode aufgebracht, was vorzugsweise in zweifacher Beschichtung durchgeführt wurde. Das aufgedruckte Dielektrikum wurde bei 1500C überfeine Zeit von 20 Minuten getrocknet, wobei ein Einbrennen bei 1000° C über"eine Zeitdauer von TO Minuten erfolgte« Nach Abschreckung wurde eine zweite Schicht aufgebracht auf die erste Schicht bei 150° C 20 Minuten lang getrocknet. Eine zweite Metallelektrode von der gleichen Beschaffenheit, wie es bei der ersten der Fall war, wurde auf die zusammengesetzte dielektrische Schicht in einem Verfahrensschritt 42 aufgebracht. Die Herstellung des Elektrodenmaterials entspricht derjenigen des in Verbindung mit dem Verfahrensschritt 38 beschriebenen Verfahrens. Das Dielektrikum des Verfahrensschrittes 36 wurde ebenfalls mittels des Verfahrensschrittes 4j5 auf die obere Metallelektrode aufgedruckt, wobeijdle äußere dielektrische Schicht zum Schütze der zweiten Elektrode dient. Während des Verfahrensschrittes 44 wird die Kondensatorherstellung durch eten Einbrennprozess vervollständigt. Dieser Brennvorgang wurde in einem geeigneten Ofen bei 1000° C etwa 20 Minutenlang durchgeführt. Im Falle eines reduzierten Ferroelektrikums dauert das Einbrennen etwa 20 Minuten, wohingegen 40 Minuten erforderlich sind, wenn ein ünreduziertes FerroeIektrikum erstellt werden soll. Der fertiggestelle Kondensator wurde innerhalb eines strömenden Kühlgases abgeschreckt. Kapazitätsmessungen, Widerstandsmessungen sowie Frequenzgänge, Dämpfung und Leckstrom wurden mit bekannten Meßverfahren gemessen.
Fig. 2 zeigt einen Schichtkondensator 50, wie er bei dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren resultiert. Hierbei wurde als Unterlage ein Substrat 52, typischerweise aus Aluminiumoxyd oder dergleichen, gewählt. Eine erste Elektrode 54 einer Gold-Platin-Zusammensetzung liegt auf dem Substrat auf· Das erfindungsgemäß hergestellte dielektrische Material ist auf die Metallelektrode 54 aufgebracht. Eine zweite Elektrode 58 ruht auf dem Dielektrikum, erstreckt sich jedoch bis auf die Substratebene. Ein abschließendes Dielektrikum 60 ist übeifclie zweite
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- ίο -
Elektrode gebreitet. Es versteht sich, daß auch eine Mehrzahl von Schichtelektroden bzw. dielektrischen Schichten zu einer sandwichartigen Struktur zusammengefaßt werden können. Die abmessungen der entsprechenden Elektroden bzw. dielektrischen Bereiche, wie sie in mikroelektronischen Moduln gebraucht werden, besitzen in der Regel eine Seitenausdehnung von 12,5 · 10"^ mm bei einer Dicke des Dielektrikums von etwa
Die folgenden Beispiele dienen zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung. Abänderungen der Materialien bzw. der quantitativen Zusammensetzung können vom Fachmann ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken vorgenommen werden.
Beispiele 1 bis 8
Bei den Kondensatoren der in Fig. J5 aufgeführten Tabelle wurden die aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material zusammengesetzte dielektrische Substanz in der Weise hergestellt, wie es in Verbindung mit den in Fig. 1 gezeigten Verfahrensschritten erläutert wurde. 9o Gewichts-;^ Zinkoxyd, y$ V/ismuttrioxyd und eine Dotierungssubstanz aus Kupfertitanat von 1 Gewichts-^ wurden abgewogen und zwei Stunden lang gemischt. In gleicher Weise wurde 67 Gewichts-^ Bariumtitanat, 13 Gewichts-;*! Wismutstannat für das ferroelektrische Material abgewogen, gemischt, kalziniert und bei 1425° C zwei Stunden lang gesintert. Das gesinterte Ferroelektrikum wurde geschlemmt und in einer Kugelmühle gemahlen , bis die Partikelgröße kleiner als 2,0 «10 mm war. Nach Trocknen wurde das puderförmige Ferroelektrikum in verschiedenen Zusammenset zungs ante ilen mit dem pulverformigen Halbleitermaterial gemischt, wie es aus Fig. 3 hervorgeht. Mittels eines Bindemittels von 30 Gewichts-^ wurde eine Paste gebildet, wobei das Bindemittel aus 94;$ β -Terpineol und 6% Äthylzellulose bestand. EineReihe von 9<o-%l%ßn Aluminiumoxydsubstrat-Material wurde gründlich gereinigt und getrocknet. Die Grundelektroden einer Gold-Platinpaste wurden auf das Substrat in Form des gewünschten Elektrodenmusters aufgedruckt. Die aufgedruckten Elektroden wurden getrocknet und bei 76Ο0 C 20 Minuten lang ein-
909884/0884 ßAD ORIGINAL
-11-1 .'■■-■■
g ei-ch- äie gebrannte Gold -Pia tine le kt rode ergab*'
Die dielektrische Schicht wurde durch sukzessives Aufbringen von " zwei Teilsehiehten erstellte Die Paste aus dielektrischem Material wurde auf die gebrannte Elektrode aufgeteacht und bei I5O0 C I5 Minuten lang--getrocknet,,. bei 1Ö00° C 10 Minuten lang gebrannt und dadurch-abgeschreckt/daß. man die Anordnung: auf einen Aluminiumbloek „ legte...' Eine zweite Teilschieht desselben dielektrischen Materials wurde auf die erste Scheint aufgedruckt und bei i$0o C I5 Minuten lang-getrocknet «Eine zweite'Elektrode aus derselben G'old-Platin-Zusammerisetzung-,-aus der bereits die erste ülei-&röde hergestellt wurdes wird durch Siebdruck auf die zusammengesetzte dielektrische Scheint aufgebracht und bei 1500 C I5Minuten lang tetrocknet„ Sine äußere dielektrische Schicht wurde auf die zweite Elektrode aufgedruckt
Die Fig. 3A und ;)3 zeigen die Änderung des Dämpfungsfaktors cc und die Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Massezusammensetzung bezüglich des Halbleiteranteils dar« Aus der Pig, ^A geht hervor/daß bei Reduzierung des'Zinfcoxydbestandteils und 70.Gewichts-$' der Dämpfungsfaktor eine starke Abhängigkeit von der Zusammensetzung aufweist. In gleicher Weise ist aus -Fig.. 3B ersichtlich, daß bei anwachsendem Anteil des Halbleitermaterials in der Gegend von 90$ die Dielektrizitätskonstante' auf einen Wert von etwa 20$ abfällt» Außerdem wird der spezifische Widerstand der Zusammensetzung-wesentlich herabgesetzt, wie aus der Pig; -J'G hervorgeht 0 Ein Entkopplungskondensator mit entsprechend herabgesetztem spezifischem Widerstand fordert aber einen Betrieb bei niedrigerer Spannung«. Insgesamt besagen die Pig« J3 5A und 3Bf daß eine Zusammensetzung aus Halbleiter» und ferröelektrischem Material in der Größenordnung von 90 bis 70 % Halbleiterund 10 bis 30 %ferroelektrisehem Material gewünschte dielektrische und Widerstandseigenschaften ergeben* wie sie geeignet sind für Sntkopplungskondensatoren in mikroelektronischen Schaltkreisen. Die vorzugsweise benutzen optimalen Anteile von Halbleiter- und ferroelektrisehem Material liegen bei 8ö$ und 20$.
Beispiele 9 bis 16
Die Verfahrenssehritte zur Herstellung von dielektrischen Zusammensetzungen und die Herstellung von Kondensatoren dieser Beispielgruppe
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BAD ORIGINAL
(9 - 16) war identisch mit denjenigen der Beispielgruppe 1-8 der Beschreibung. Es wurde jedoch der zur Unterdrückung der Temperatur-' abhängigkeit des. Ferroelektrikums wirkende Zusatz geändert. Das dadurch, sichergebende modifizierte ferroelektrische Material wurde mit dem Halbleitermaterial in reduzierter Form gemischt, wie es aus der Fig. 4 hervorgeht. Standardmessungen dieser Serie von Kondensatoren zeigten Resultate wie sie in Fig. 4 dargestellt sind. Die Zusatzsubstanz modifiziert den ferroelektrischen Curie-Punkt in der Weise, daß die Dielektrizitätskonstante, aufgetragen gegen die Temperatur eine Steilheit aufweist, dieim wesentlichen verschwindet. Eine physikalische Begründung für diesen Sachverhalt ist in einem Artikel mit dem Titel "Dielektrische Körper in binären Systemen auf Metallstannat-Bariumtitanat" von William W. Coffeen beschrieben, und zwar im Journal of American Ceramic Society, Vol. 37, No. 10, Oktober 1964, Seite bis 489.
Bei der Unterdrückung des ferroelektrischen Curie-Punktes gelingt es mit Hilfe der Metailstannate inselektiver Weise die Dielektrizitätskonstante zu steuern und die spezifischen Widerstände der verschiedenen Zusammensetzungen aus Halbleiter- und ferroelektrischem Material, in gewünschter 'Weise abzuändern. Entsprechend der Fig. 4 ändert sich die relative Dielektrizitätskonstante zwischen den Werten 1100 und 18OO. Der im Prozent angegebene Dämpfungsfaktor bleibt jedoch für alle Beispiele konstant. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dielektrizitätskonstante der vorliegenden Zusammensetzung größer ist als diejenige für Halbleiter (900 bis 1100) und diejenige für Ferroelektrika (800 1000). Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die entsprechenden Werte für den spezifischen 'Widerstand im allgemeinen zueinander in dem gleichen Verhältnis stehen, daß sie jedoch bei verschiedenen Vorspannunger verschiedene Werte aufweisen in Übereinstimmung mit dem für Halbleiter bekannten StromspannungsZusammenhanges.
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Claims (1)

  1. Pa te η t a η s ρ r ü c h e
    .'j Verfahr en zum Herstellen von Kondensatoren, insbesondere für -/ Entkopplungszwecke in integrierten Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensatordielektrikum aus einem Gemenge aus Halbleiter- land ferroelektrlschem Material besteht und daß die Substanz für das Dielektrikum entsprechend den folgenden Verfahrensschritten hergestellt wird:
    a. .Abwiegen des ferroelektrischen Materials mit einer Zusatzsubstanz zum Herabsetzen der Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante;
    b. Anrühren zu einem flüssigen Gemenge und Trocknen,*
    c. Kalzinieren der unter b. erhaltenen Substanz;
    d. Formen der Substanz in kleine Kügelchen;
    e. Sintern;
    f. Zerkleinern auf eine im wesentlichen einheitliche Partikelgröße durch Mahlen in einer Kugelmühle;
    g. Reduzieren der in f. gewonnenen Partikel; -
    h. Abwiegen und Mischen der Halbleitermaterialien;
    i. Mischen von Halbleiter- und ferroelektrisehen Materialien sowie Überführung des Gemenges in Pastenform durch Zusatz eines Flußmittels;
    j. Aufdrucken der ersten metallischen Kondensatorelektrode auf ein Substrat;
    k. Aufbringen des inneren Dielektrikums auf die erste Elektrode;
    1. Aufdrucken der zweiten metallischen Kondensatorelektrode;
    m. Aufbringen einer äußeren, dielektrischen Schutzschicht;
    n. Brennen des Kondensators;
    o. Prüfen der elektrischen Eigenschaften des hergestellten Kondensators.
    90988Λ/088Α
    2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anteil des Halbleitermaterials 70 - 90 Gewichts-;}, für denjenigen des ferroelektrischen Materials j50 - 10 Gewichts-^ sowie für den Anteil des Stannates eines Metalls bis 1j5:-i> des ferroelektrischen Materialanteils gewählt werden.
    5. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anteil des Kalbleitermaterials 00 Gewichts-;J, für den ferroelektrischen Materialanteil 20 Gewichts-.s gewählt werden und daß das Halbleitermaterial seinerseits aus etwa 97 Gewichts-;; N-leitendem Halbleitermaterial, sowie j> Gewichts-^ P-leitendem Halbleitermaterial besteht.
    4. Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und '5, dadurch gekennzeichnet, daß für das P-leitende Halbleitermaterial Zinkoxyd, Cadmiumoxyd, Aluminiumoxyd sowie Zinnoxyd, für das N-leitende Halbleitermaterial Wismuthtrioxyd, Bleioxyd, Cuprioxyd, Cuprooxyd oder Nickeloxyd einzeln oder in Kombination, und als ferroelektrisches Material Bariumtitanat oder Strontiumtitanat, sowie ein Stannat der Metalle Calcium, Blei oder Wismuth gewählt wird und daß der Stannat-Anteil etwa I3 Gewichts-,* des ferroelektrischen Materials beträgt.
    5. Kondensator, gekennzeichnet durch ein nach den Ansprüchen 1 bis hergestelltes Dielektrikum.
    BAD 909884/0884
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