способ изготовления пленочных резисторов
Классы МПК: | H01C17/06 предназначенные для нанесения резистивного материала на основание |
Автор(ы): | Скупов В.Д., Смолин В.К. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт измерительных систем |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-08-14 публикация патента:
20.10.1995 |
Использование: в микроэлектронике, в частности при изготовлении радиодеталей с пленочными резистивными элементами. Сущность изобретения: на диэлектрическую подложку наносят резистивную пленку, производят низкотемпературную обработку циклически в течение 25 30 мин путем последовательного охлаждения резисторов в жидком азоте и выдержки на воздухе при комнатной температуре, при этом время проведения каждой операции выбирают равным 30 60 с. После циклической обработки осуществляют отжиг подложки. Указанная последовательность операций позволяет увеличить выход годных резисторов, снизить механические напряжения, а также повысить структурную стабильность и однородность резистивных пленок. 2 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, включающий нанесение на диэлектрическую подложку резистивной пленки, низкотемпературную обработку в жидком азоте и последующую выдержку на воздухе, отличающийся тем, что операции низкотемпературной обработки и выдержки на воздухе осуществляют циклически в течение 25-30 мин, при этом время проведения каждой операции выбирают равным 30-60 с, после чего производят отжиг подложки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении радиодеталей с пленочными резистивными элементами, входящими в состав электронных приемопередающих устройств, систем обработки сигналов и датчиком параметров внешней среды. Известны способы изготовления пленочных резисторов, включающие нанесение металлизированных резистивных пленок на диэлектрические подложки и последующий отжиг при температурах из интервала 400-1000 К на воздухе, в инертной атмосфере или вакууме (Скобленко А.В. Материалы и методы получения высокостабильных тонкопленочных резисторов микросхем. Зарубежная электронная техника, 1982, N 8, с. 27-59). Высокотемпературный отжиг применяют для стабилизации электрических параметров резисторов. Недостатком известных способов является низкий процент выхода годных резисторов и значительный разброс их электрических характеристик, что обусловлено структурной неоднородностью пленок, в частности большой дисперсией размеров кристаллитов и внутренних механических напряжений в них. Известен также способ снятия внутренних напряжений в тонких пленках меди на диэлектрических подложках путем обработки структур в среде жидкого азота в течение 10 мин (Жмудь Е.С. Пепшина Л.К. Снятие растяжения медной пленки на подложках в результате криогенного охлаждения. Электронная техника, Сер. Электроника СВЧ, 1990, N 7 (431), с.59). Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ стабилизации электрических параметров в резистивных слоях, нанесенных на подложку путем напыления, включающий погружение подложки с нанесенным покрытием в жидкий азот на 1-10 мин и последующую выдержку в нормальной атмосфере в течение нескольких минут (Заявка ФРГ N 1300613, кл. H 01 С 17/00), 1969). Недостатком способа-прототипа является незначительное повышение процента выхода годных резисторов по сравнению с традиционными (без охлаждения) технологиями, а также нестабильность параметров (электрическое сопротивление, температурный коэффициент сопротивления (ТКС)) в процессе хранения или эксплуатации, особенно при повышенных температурах. Поэтому крайне низки процент выхода годных и срок службы резистивных структур, используемых в качестве нагревательных элементов в газочувствительных полупроводниковых датчиках. Целью изобретения является увеличение выхода годных за счет уменьшения разброса параметров резисторов, снижения механических напряжений, а также повышения структурной стабильности и однородности пленок. Цель достигается тем, что на диэлектрическую подложку наносят металлизированное покрытие, производят низкотемпературную обработку в жидком азоте в течение 30-60 с, извлечение из жидкого азота на воздух, выдержку при комнатной температуре в течение 30-60 с и последующее повторение данного цикла охлаждение нагрев в течение 25-30 мин. После низкотемпературной циклической обработки структуры подвергают отжигу на воздухе, в вакууме или инертной атмосфере. Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что низкотемпературную обработку осуществляют циклически в течение 25-30 мин путем последовательного охлаждения резисторов в жидком азоте, извлечения и нагрева на воздухе до комнатной температуры с выдержкой на каждом этапе 30-60 с, а затем производят отжиг подложек. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники. Цель достигается благодаря периодическому и резкому изменению упругонапряженного состояния резистивной пленки при погружении в жидкий азот и извлечения из него. Скорость, с которой происходит это изменение, определяется длительностью установления теплового равновесия (при комнатной и азотной температурах). Изменение величины, а для некоторых сочетаний материалов пленка-подложка и знака внутренних механических напряжений в системе, в момент охлаждения и нагрева активизирует процессы перехода субструктурных составляющих (отдельные кристаллографические дефекты, границы раздела, целые блоки и зерна) в равновесное состояние, характеризующееся меньшей величиной свободной энергии по сравнению с исходным состоянием, свойственным структуре пленки после ее нанесения. В частности, резкое циклическое изменение внутренних напряжений обуславливает разрушение окисных диэлектрических прослоек между зернами резистивной пленки, вследствие чего уменьшается и стабилизируется величина ее сопротивления и температурного коэффициента сопротивления, снижается дисперсия этих параметров как на данной структуре, так и в пределах партии однотипных изделий. Структурные и сопровождающие их электрические изменения в пленках дополнительно инициируются и стимулируются упругими волнами, возникающими при каждом акте локальной перестройки дефектов, в результате которой снижается величина микронапряжений в материале. Заявляемый способ реализуют следующим образом. Структуры, полученные после нанесения металлизированного покрытия на диэлектрическую подложку, опускали в сосуд Дьюара с жидким азотом, выдерживали в течение 30-60 с, извлекали из жидкого азота на воздух и выдерживали 30-60 с при комнатной температуре, затем вновь повторяли циклы охлаждение нагрев в течение 25-30 мин. После низкотемпературной циклической обработки структуры подвергали отжигу на воздухе, вакууме или инертной среде при повышенных температурах. Температуру и длительность в каждом конкретном случае задавали в зависимости от свойств изготавливаемых резистивных слоев и диэлектрических подложек. После завершения операций низко- и высокотемпературных обработок на резистивных слоях формировали контакты; осуществляли контроль электрических параметров, при необходимости проводили подгонку параметров под номинал и передавали на этап сборки. Рабочие режимы изготовления резисторов по заявляемому способу определяли экспериментально по результатам исследований структуры и электрических свойств пленок никеля и тантала, нанесенных на подложку из ситалла или поликора. Толщины пленок варьировались от 70 до 200 нм, подложек от 0,5 до 0,6 мм. Процедура изготовления структур включала в себя операции: очистку поверхности подложек, напыление резистивного слоя, термообработку, рентгеновские измерения, формирование контактов, контроль электрического сопротивления и температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Рентгеновские исследования влияния термообработки на субструктуру и механические напряжения в пленках выполнялись на дифрактометре ДРОН-4. Измерения сопротивления резисторов проводились с помощью двухзондового контактирующего устройства, подключенного к цифровому омметру типа Щ 34. ТКС пленок определялся в диапазоне температур 300-425 К по ГОСТ 21342.25-78. Низкотемпературную обработку проводили путем помещения подложек в сосуд Дьюара с жидким азотом, а последующий отжиг осуществляли в вакууме (![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046095/8776.gif)
![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046419/2046419t.gif)
![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046304/9633.gif)
![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046012/177.gif)
![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046304/9633.gif)
![способ изготовления пленочных резисторов, патент № 2046419](/images/patents/426/2046304/9633.gif)
Соответственно выход годных по критерию стабильности под электрической нагрузкой (уход сопротивления не должен превышать 0,5%) составил 12, 44, 100%
Заявляемый способ по сравнению с прототипом, который может быть принят в качестве базового объекта, позволяет получать более совершенные и стабильные при хранении и эксплуатации элементы без дополнительных затрат на оснастку и оборудование.
Класс H01C17/06 предназначенные для нанесения резистивного материала на основание