DE1204046B

DE1204046B - Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen duenner Schichten aus Ventilmetall

Info

Publication number: DE1204046B
Application number: DEST19974A
Authority: DE
Inventors: Helga Kalzmeier; Erwin Ross
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1962-11-17
Filing date: 1962-11-17
Publication date: 1965-10-28
Also published as: BE639823A; CH433899A; GB1062026A; NL300558A

Description

Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen dünner Schichten aus Ventilmetall Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur anodischen Oxydation von dünnen Schichten aus Ventilmetall, insbesondere von Teilen solcher dünnen Schichten.
Es ist bereits bekannt, elektrische Bauelemente aus dünnen Ventilmetallschichten aufzubauen, die auf einem isolierenden Träger angeordnet sind. Auf diese Weise können z. B. Widerstände oder Kondensatoren aus dünnen Tantalschichten hergestellt werden. Man kann dabei die aus der Tantalschicht aufgebauten Bauelemente mittels entsprechender Verbindungsleitungen, die z. B. ebenfalls aus Tantal bestehen können, zu einer ganzen Schaltungsanordnung vereinigen, die in Form eines dünnen Filmes aus Tantal auf dem isolierenden Träger angeordnet ist. Solche in letzter Zeit bekanntgewordenen Schaltungsanordnungen werden als Dünnfilmschaltungen bezeichnet.
Bei der Herstellung von Bauelementen oder Dünnfilmschaltungen aus dünnen Schichten aus Ventilmetall ist es nun erforderlich, die Oberfläche des Ventilmetalls anodisch zu oxydieren, sei es, die dielektrische Schicht eines Kondensatorelementes auf diese Weise herzustellen, sei es einen aus Ventilmetall bestehenden Widerstand auf einen bestimmten Wert einzustellen. Solche Widerstände werden nämlich aus einer auf den Träger, beispielsweise Glas oder Keramik, aufgebrachten dünnen Schicht aus Ventilmetall, z. B. aus Tantal, nach einem Fotoätzverfahren hergestellt, so daß der Widerstand nach dem Ätzen ein mäanderförmig verlaufendes Band aus Ventilmetall bildet. Der Widerstand ist einerseits durch die Dicke und Struktur der Tantalschicht und andererseits durch die geometrische Form, nämlich die Breite und Länge des Widerstandsbandes bestimmt. Um nun den Widerstand nachträglich auf einen genauen Wert einstellen zu können, wird die Form und Dicke der den Widerstand bildenden Schicht zunächst so bemessen, daß der Widerstand geringer ist, und anschließend durch eine anodische Oxydation ein Teil an der Oberfläche des Ventilmetallbandes in nicht leitendes Oxyd umgewandelt, so daß bei der anodischen Oxydation die Dicke der Tantalschicht verringert und damit der Widerstand erhöht wird.
Bei der Herstellung von elektrischen Kondensatoren aus dünnen Schichten aus Ventilmetall werden z. B. zwei Streifen aus Ventilmetall nebeneinander angeordnet, ohne daß sich diese Streifen berühren, anschließend wird die Oberfläche der beiden Streifen anodisch oxydiert, um eine dichte Oxydschicht zu erzeugen, und schließlich quer über die zwei Ventilmetallstreifen in Höhe der oxydierten Stellen eine dünne Schicht eines elektrischen Leiters aufgebracht, z. B. ein schmaler Goldstreifen aufgedampft, wodurch sich ein elektrischer Kondensator aus zwei gegeneinandergeschalteten Teilkondensatoren ergibt.
In allen diesen Fällen müssen also begrenzte Bereiche einer dünnen Ventilmetallschicht auf einem isolierenden Träger anodisch oxydiert werden. Bei sogenannten Dünnfilmschaltungen sind meist zahlreiche Kondensatoren und Widerstände auf einer Fläche von nur wenigen cm2 angeordnet, die gegebenenfalls getrennt einer anodischen Oxydation unterworfen werden müssen, um die entsprechenden dielektrischen Schichten der Kondensatoren zu erzeugen und die Widerstände auf ihre richtigen Werte einzustellen.
Zum Zwecke der anodischen Oxydation von solchen kleinen Teilflächen einer Schicht aus Ventilmetall kann man die ganze Fläche mit einer in dem Elektrolyten unlöslichen Schicht abdecken, so daß nur die zu oxydierenden Teile der Ventilmetallschicht frei bleiben. Dieses Abdecken kann beispielsweise mit einem geeigneten Lack vorgenommen werden. Danach wird das ganze Plättchen in einen Elektrolyten eingetaucht und die anodische Oxydschicht erzeugt.
Dieses Verfahren ist nun sehr mühsam und umständlich, insbesondere wenn verschiedene Flächenelemente verschieden stark oxydiert werden müssen, so daß also eine gemeinsame anodische Oxydation nicht möglich ist. Es muß dann mehrmals hintereinander eine Lackschicht mit entsprechenden Aussparungen aufgebracht und wieder entfernt werden, wobei jeweils nach Aufbringen einer Lackschicht eine anodische Oxydation vorgenommen wird. Hierbei besteht außerdem noch die Gefahr, daß der Elektrolyt zwischen Abdeckung und Ventilmetallschicht eindringt und Gebiete oxydiert werden, die an sich vor einer Oxydation geschützt werden sollen. Außerdem ist es umständlich, die abdeckende Lackschicht mit der erforderlichen Genauigkeit aufzubringen, wenn man bedenkt, daß die zu anodisierenden Flächen oft nur eine Ausdehnung von wenigen mm2 haben. Für eine Serienfertigung ist ein solches Verfahren überhaupt nicht geeignet.
Man hat auch versucht, geeignete poröse Stempel zu konstruieren, die mit dem Elektrolyten getränkt werden und auf die zu anodisierende Stelle aufgesetzt werden. Dabei ist jedoch eine komplizierte Mechanik für die Halterung der Stempel erforderlich, und außerdem werden für die verschieden großen Flächen Stempel mit verschiedenem Querschnitt benötigt. Schließlich ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, mehrere Stempel in geringem Abstand nebeneinander anzuordnen, um mehrere Flächenelemente gleichzeitig zu formieren.
Alle diese Schwierigkeiten werden durch das Verfahren gemäß der Erfindung vermieden.
Das Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen einer dünnen Schicht aus Ventilmetall, die auf einem isolierenden Träger angeordnet ist, insbesondere zum Formieren von passiven Bauelementen einer Dünnfilmschaltung aus Tantal, ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ventilmetallschicht eine mindestens auf der aufliegenden Seite isolierende Schablone aufgelegt wird, die an den zu formierenden Stellen Aussparungen hat, und daß die Formierung mit einem in die Aussparungen eingebrachten hochviskosen Elektrolyten durchgeführt wird. Es lassen sich auf diese Weise scharf begrenzte Flächenteile anodisch oxydieren.
Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung eignen sich Schablonen aus beliebigem Material, sowohl aus Isolierstoff wie auch aus Metall. Diese Schablonen können in besonders einfacher Weise aus Metall nach einem Fotoätzverfahren hergestellt werden, so daß die Aussparungen in der Schablone die erforderlichen genauen Abmessungen haben. Bei Schablonen aus Metall ist es allerdings erforderlich, daß mindestens die Seite, mit der die Schablone auf der Ventilmetallschicht aufliegt, mit einer Isolierschicht, beispielsweise aus Lack, überzogen ist. Außerdem wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ein Elektrolyt verwendet, der durch Zusatz geeigneter bekannter Verdickungsmittel eine geleeartige Konsistenz erhalten hat. Als geeignete Zusätze haben sich Gelatine, Agar Agar, Gummiarabikum und ähnliche Verdickungsmittel erwiesen. Besonders günstig sind Zusätze, welche dem Elektrolyten thixotrope Eigenschaften verleihen. Solche Zusätze sind beispielsweise bei Anstrichfarben bekannt und handelsüblich und bestehen aus Kieselsäuren, Metallhydroxyden usw.
Infolge seiner hohen Viskosität kriecht der Elektrolyt nicht in den Zwischenraum zwischen Schablone und Ventilmetallschicht, so daß er nur auf den durch die Aussparungen in der Schablone bestimmten Flächen mit der Ventilmetallschicht in Berührung kommt.
Es wird also einfach die Schablone auf die zu formierende Schicht aufgelegt, so daß der zu formierende Teil der Ventilmetallschicht in der Aussparung der Schablone zu liegen kommt. Dann wird eine geeignete Portion des eingedickten Elektrolyten auf die Schablone in der Aussparung aufgebracht und in geeigneter Weise mit einer elektrischen Zuleitung versehen, beispielsweise, indem ein Drahtnetz in den Elektrolyten eingedrückt wird. Der Kontakt wird zweckmäßig, um Verletzungen der Ventilrnetallschicht zu vermeiden, neben der Aussparung auf der Schablone angeordnet. Bei Verwendung des Elektrolyten mit thixotropen Eigenschaften erstarrt der Elektrolyttropfen nach dem Aufbringen. Danach wird die anodische Oxydation in der üblichen und bekannten Weise durchgeführt. Die Schablone kann auch mit erhöhten Rändern versehen sein, so daß der Elektrolyt in die so gebildete Schale eingegossen werden kann.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch dieses einfache Verfahren eine Oxydation von sehr kleinen und scharf begrenzten Flächen ohne wesentliche Vorkehrungen möglich ist.
Wenn mehrere Widerstände oder Kondensatoren einer Dünnfilmschaltung nacheinander einer solchen anodischen Oxydation unterworfen werden sollen, wird nach der Oxydation der ersten Teilfläche die Schablone einfach abgenommen und der Elektrolyt abgespült, und nach Auflegen einer zweiten Schablone und Aufbringen des Elektrolyten in die entsprechenden Aussparungen wird die weitere anodische Oxydation durchgeführt.
Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Serienfertigung von Dünnfilmschaltungen.
Bei Verwendung eines thixotropen Elektrolyten ist es auch möglich, nach dem Aufbringen des Elektrolyten in die Aussparungen der Schablone die Schablone wieder abzunehmen, so daß einzelne Inseln des Elektrolyten auf der Ventilmetallschicht verbleiben, die einzeln mit elektrischen Kontakten versehen und die darunterliegenden Flächen einer anodischen Oxydation unterworfen werden können.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist jedoch nicht nur auf die Anwendung bei Dünnfilmschaltungen aus Tantal beschränkt. Es können auch bei Schichten von anderen Metallen, wie z. B. Silizium, auf diese Weise scharf begrenzte Flächenteile anodisch oxydiert werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur anodischen Oxydation von Teilen einer dünnen Schicht aus Ventilmetall, die auf einem isolierenden Träger angeordnet ist, insbesondere zum Formieren von passiven Bauelementen einer Dünnfilmschaltung aus Tantal, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Ventilmetallschicht eine mindestens auf der aufliegenden Seite isolierende Schablone aufgelegt wird, die an den zu formierenden Stellen Aussparungen hat, und daß die Formierung mit einem in die Aussparungen eingebrachten hochviskosen Elektrolyten durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach einem Fotoätzve.-fahren hergestellte Metallschablone mit einem Isolierstoffüberzug verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Zusätze von Kolloiden eingedickter Elektrolyt verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein thixotroper Elektrolyt verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone nach dem Aufbringen des Elektrolyten und vor der anodischen Oxydation entfernt wird.