Керамический материал

 

(щ881071

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) За я влево 10 01.80 (21) 2870687/29 33 (5l)M. Кл. с присоединением заявки РЙ (23.) П риоритет

С 04 В 35/00

1йсударстваииый комитет

СССР ао делам изабретеиий и еткрытий

Опубликовано 15.11.81. Бюллетень М 42

Дата опубликования описания 15.11.81 (53) УДК 666.651:

:621.319. 4 (088.8) Б. М. Симонов, В. А. Молотков, Г. И. Дз д

Э

В. К. Любимов и Е. А. Коптев

l

1 . 1

1 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Изобретение относится,к микроэлектронике, в частности к специальным материалам микроэлектроники, и может быть использовано для изоляции электродов в тонкопленочных конденсаторах являющихся необходимыми элементами в интегральных. схемах, получающих все более широкое распространение в приборах различного функционального назначения современной техники.

Диэлектрические материалы для конденсаторных структур с целью повышейия температурной стабильности и диэлектрической проницаемости приготавливают, как правило, в виде механических смесей ряда химических соединений. Для получения высоких значений диэлектрической проницаемости после нанесения изолирующих слоев полученные структуры отжигают в течение нескольких часов .при 400 — 800 С.

Одним иэ важнейших параметров тонкопленочных конденсаторов, является также его ток утечки, определяемый непосредственно удельным электрическим сопротивлением материала изолирующего слоя.

Известен высокочастотный конденсаторный керамический материал, полученный спеканием смеси порошков, %: углекислый стронций 54,3, оксид цнркония 27,8, оксид титана 14,9, с добавками перекиси. марганца 1 — 3 и оксида магния — 1,3. Данный материал имеет значение диэлектрической проницаемости Я = 95.—

100 и удельное электрическое сопротивление

У. = 10 Ом.см. Его температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКЕ= (1 — 3)х Ю х 10 град (1).

Однако для целого ряда применений требуются более. высокие значения Р», определяющие токи утечки в тонкопленочных конденсаторах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является керамический материал, включающий оксид бария, оксид тантала и оксид висмут» при следующем соотношении. ингредиентов, вес.%: ВаО 42,5; Та 05 26,8;

В Оз 30,7.

его ТКЕ в интервале 20 — 350 С составляет

15 10 6 град, диэлектрическая проницаемость

Я = 65. Характерное значение удельного электрического сопротивления пленок, полученных

881071

Состав мишени, вес.%

Р„

Ом см

ТКЕ, град

tg 6

Bi О

ВаО Та 0q

Предлагаемые

20,0 40 — 50 /1 — 3/10 0,6 — 0,8 /3 — 6/10

0,5 40 — 50 /2 — 3/10 0,7 — 0,8 4 10

14,3 40 — 50 /2 — 5/10 0,6 — 0,8 /2 —,4/10

30,3

42,0 26,7

34,0 23,0

34,0 23,1

5,0

24,6

0,2

24,6

4,0

Известный

30,7

42,5 26,8 высокочастотным ионно — плазменным распылением мишеней из этого материала составляет

Д = 3 10" Ом.см (2!.

Такие пленки не выдерживают рабочих на пряжений, подаваемых на обкладки конденсатора происходит электрический пробой.диэлект рического слоя.

Целью изобретения является повышение удельного электрического сопротивления ма. териала. 1О

Поставленная цель достигается тем, -гто керамический. материал, включающий оксид бария, оксид тантала и оксид .висмута, дополнительно содержит оксид церия и оксид иттрия при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Оксид бария 34,0 — 42,0

Оксид тантала 23,0 — 26,7

Оксид висмута 24,6 — 30,3

Оксид церия — го

Оксид иттрия 0,2 — 5,0

Введение оксида церия и оксида иттрия позволяет при сохранении высоких значений диэлектрической постояннбй Е, невысокого тангенса угла диэлектрических потерь tg h и высо- 5 кой температурной стабильности увеличить удельное электрическое сопротивление Р по сравнению с известным материалом в 10-20 раз

При содержании оксида церия и оксида иттрия выше или ниже указанных в данном составе пределов У, увеличивается незначительно, и при этом ухудшаются другие злектрофизические параметры: - уменьшается, tg о увеличивается, температурная стабильность Е ухудшается.

Керамический материал получают следующим образом.

Смесь ингредиентов, включающая оксиды бария, тантала, висмута церия и иттрия, взятые в указанных соотношениях, помещают в фарфоровый барабан валковой мельницы. Весовое соотношение смеси оксидов и измельчающих шаров 2:1. Производят смешение и измельчение порошков оксидов в течение 3 ч. Перемешанную измельченную смесь оксидов выгружают из фарфорового барабана и отделяют от измельчающих шаров. 200 r полученной смеси помещают в фарфоровую чашу, добавляют 20 — 30 мл 5 оного раствора поливинилового спирта. Содержимое тщательно перемешивают, помещают в пресс-форму и производят прессование мишени при удельном давлении 800, кг/см1. Полученную заготовку помещают на алундовую плиту, загружают в печь с силитовыми нагревателями и производят спекание мишени при 11001200 С 1 ч.

Полученный керамический диск (мишень) помЕщают на высоковольтный катод ионноплазменной установки и производят напыление диэлектрических пленок в следующем технолог11ческом режиме: давление аргона. (5 — 9) х

ЩО Па; анодный ток 3< = 0,4 — 0,8 А; тем.а пература подложек 50 — 100 С. В качестве подложек используют ситалловые подложки марки

СТ вЂ” 32, с предварительно нанесенными на их поверхность нижними электродами из алюминия. Затем проводят отжиг полученных структур при 250+10 С 1 ч, После этого наносят верхние обкладки конденсаторов напылением алюминия, Для контроля электрофизических параметров полученных конденсаторов используют вольтметр ламповый ВК7 — 3, мост универсальный Е 7 — 4, эллипсометр 3 — 3.

Составы мишеней и сравнительные значения электрофизических параметров предлагаемых и известных пленок сведены в таблицу.

Электрофизические свойс|ря диэлектрических пленок

40 — 45 /2 — 3/10 0,8 — 1,0 3 10

881071

34,0-42,0

23 — 26,7

24,6 — 30,3

0,5 — 20,0

0,2-5,0

Составитель С. Шахиджанова

Техред ОЛегеза

Корректор В. Синицкая

Редактор В. Бобков

Тираж 663

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Заказ 9863/40

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно нз таблицы, диэлектрические слои, данных составов, приготовленные распы. пением мишеней, имеют лучшие. электрофизические параметры, по сравнению.с известными..

Отклонение состава мишеней от предлагаемых приводит к ухудшению электрофиэнческих параметров н отсутствию положительного эффекта.

Таким образом, использование предлагаемого материала позволяет беэ ухудшения. электро- 10 физических параметров увеличить в 10 — 20 раз его удельное электрическое сопротивление по сравнению с известными составами.

Формула изобретения

Керамический материал, включающий оксид бария, оксид тантала и оксид висмута, о т л и6 ч а ю шийся тем, что, с целью повьинения удельного электрического сопротивления, . он дополиительно содержит оксвд.церия и оксид иттрия при следующем соотношении компо: нентов, вес.%: .

Оксид барйя

Оксида тантала

Оксид висмута

Оксид церия

Оксид иттрия

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 259282, кл. Н 01 4/12, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР У 222228, кл. С 04 В 35/40, 1965 (прототип).