CH511501A - Thin film resistor - Google Patents

Thin film resistor

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CH511501A
CH511501A CH992966A CH992966A CH511501A CH 511501 A CH511501 A CH 511501A CH 992966 A CH992966 A CH 992966A CH 992966 A CH992966 A CH 992966A CH 511501 A CH511501 A CH 511501A
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CH
Switzerland
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resistance
tantalum
beta
film
thin
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Application number
CH992966A
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German (de)
Inventor
Altman Carl
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Western Electric Co
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
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Description

  

  
 



  Dünnschicht-Widerstand
Die Erfindung betrifft einen Dünnschicht-Widerstand mit einer nichtleitenden Unterlage, einem Paar räumlich getrennten Kontakten und einem Dünnschicht-Widerstandselement, das von der Unterlage getragen ist. Somit wird ein Widerstandsweg zwischen den Kontakten geschaffen dessen Eigenart und Besonderheit gegenüber normalem Tantal in der schweizerischen Patentschrift Nr.



  471 902 erläutert sind.



   In der Dünnschicht-Widerstandstechnik sind temperaturstabile Widerstandselemente mit hohem spezifischem Widerstand sehr erwünscht.



   Die Temperaturstabilität bezieht sich auf den Wechsel im Widerstand, den ein Widerstandselement als Folge eines Temperaturwechsels erfährt. Wenn ein Widerstandselement einen geringen Temperaturkoeffizienten des Widerstands hat, so erfährt das Element keine   grosse.   



  Schwankung des Widerstands beim Wechsel der Temperatur.



   Der Widerstandswert eines Widerstandselements ist von seinen physikalischen Dimensionen und seinem spezifischen Widerstand bestimmt. Wenn ein Widerstandselement einen hohen spezifischen Widerstand hat, so sind für einen gegebenen Widerstandswert kleinere physikalische Dimensionen erforderlich. Dies gestattet eine stärkere Miniaturisierung von Dünnschicht-Schaltungen.



   Forschungen haben ergeben, dass   Tantal,    nachstehend Beta-Tantal geschrieben, obwohl von gleicher Bruttozusammensetzung wie normales Tantal, einen unerwartet kleinen Temperaturkoeffizienten des Widerstands und einen hohen spezifischen Widerstand besitzt.



   Zweck der vorliegenden Erfindung ist es daher einen verbesserten - Dünnschicht-Widerstand bereitzustellen, dessen Widerstandselement sehr temperaturstabil ist und einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.



   Der erfindungsgemässe Dünnschicht-Widerstand mit einer nichtleitenden Unterlage, einem Paar räumlich getrennten Kontakten und einem Dünnschicht-Widerstandselement, das von der Unterlage getragen und geformt wird um einen Widerstandsweg von vorbestimmtem Wert zwischen den Kontakten zu schaffen, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement aus Beta-Tantal besteht.



   Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Dünnschicht-Widerstands werden anhand der Zeichnung näher beschrieben.



   Fig.   list    eine perspektivische Ansicht eines Dünnschicht-Widerstandselements.



   Fig. 2 ist ein vergrössertes perspektivisches Schnittbild und aus Fig. 1 längs der Linien 2-2 herausgenommen.



   Beta-Tantal wird von normalem Tantal leicht durch seine Kristallstruktur unterschieden, die beispielsweise durch Röntgenstrahlen-Beugungstechnik beobachtet werden kann.



   Ein Röntgenstrahlen-Beugungsmuster für ein gegebenes Material wird nach üblicher Bezeichnung durch eine Aufstellung der d-Abstände des Materials nach abnehmender Grössenordnung wiedergegeben, die gewöhnlich in   Ängström-Einheiten    ausgedrückt werden.



   Wie wohl bekannt ist, rührt der Ausdruck  d-Abstand  vom Bragg'schen Gesetz   X    = 2d sin   0    her, wobei X die Wellenlänge der von parallelen Netzebenen des Kristalls reflektierten Strahlung ist,   (3    der Einfalls- (oder Reflexions-) Winkel der Strahlung und d die Distanz zwischen parallelen Netz-Ebenen des Kristalls.



   Da jedes kristalline Material ein charakteristisches Röntgenstrahlen-Beugungsmuster besitzt, gestattet der Vergleich des Beugungsmusters eines unbekannten Materials mit dem Beugungsmuster bekannter Materialien, wie sie in veröffentlichten Pulver-Aufnahmen aufgeführt sind, die qualitative Identifizierung des unbekannten Materials.



  Da Beta-Tantal ein eigenes Röntgenstrahlen-Beugungsmuster besitzt, gestattet die Anwendung dieser Technik die positive Identifizierung des Beta-Tantals. (Das Werk) Röntgenstrahlen Metallographie von A. Taylor, erschienen 1961 bei John Wiley and Sons, Inc., Seite 154 bis 158 und 160 bis 161 bespricht Röntgenstrahlen-Beugungsmuster und ihren Wert als einzigartigen Hinweis zur Material-Identifizierung.



   Tabelle I führt alle d-Abstände auf, die für   Tantal    beobachtet worden sind.  



   Tabelle I dA dA dA
5,38 2,15 1,37
4,75 2,06 1,332
2,80 1,96 1,29
2,67 1,77 1,240
2,62 1,59 1,210
2,49 1,56 1,172
2,36 1,53 1,10
2,32 1,46 1,03
2,25 1,442 1,01
2,21 1,405
Die d-Abstände in Tabelle I sind eine Zusammenstellung der nach verschiedenen Techniken beobachteten d-Abstände. Alle aufgeführten d-Abstände sind durch direkte Messungen an Filmen beobachtbar, die einer Röntgenstrahlung exponiert wurden, die an einem Muster Beta Tantal gestreut wurde. Es können verschiedene Techniken bei der Exposition der Filme benutzt werden, an denen die direkten Messungen gemacht werden. Beispielsweise kann das Muster stationär bleiben, während der Film exponiert wird oder das Muster kann schwingen. Eine grosse Anzahl der aufgeführten d-Abstände können durch die Diffraktometer-Technik erhalten werden.

  Untersuchungen an Beta-Tantal durch Elektronen-Beugung bestätigen gleichfalls viele der in Tabelle I aufgeführten d-Abstände.



   In Tabelle II sind d-Abstände aufgeführt, die als besonders genau angesehen werden. Diese besonderen d-Abstände werden von zwei oder mehreren Techniken bestätigt.



   Tabelle II dA dA   dÄ   
5,38 2,15 1,240
4,75 2,06 1,210
2,67 1,77 1,172
2,49 1,442
2,36 1,405
2,32 1,332
In der schweizerischen Patentschrift Nr. 471 902 wird die Zusammensetzung von Beta-Tantal mit der von normalem Tantal verglichen. Die Ergebnisse dieses Vergleichs zeigen an, dass kein grosser zusammensetzungsmässiger Unterschied zwischen Beta-Tantal und normalem Tantal besteht. Die Forschung hat jedoch gezeigt, dass Beta-Tantal bestimmte sehr brauchbare Eigenschaften hat, die normalem Tantal nicht zukommen.



   Beispielsweise ist der spezifische Widerstand von Beta Tantal, wie entdeckt wurde, beinahe eine Grössenordnung höher, als der spezifische Widerstand von normalem Tantal. Normales Tantal in Stückform hat einen spezifischen Widerstand von annähernd 12 Mikro-Ohm/cm. In Dünnschicht-Filmen von normalem Tantal ist der beobachtete spezifische Widerstand etwa grösser als der von Tantal in Stückform und variiert zwischen 24 bis 50 Mikro-Ohm/cm.



  Dünnschicht-Filme aus Beta-Tantal haben jedoch einen spezifischen Widerstand von wenigstens 160 Mikro   ohmlcm.    Wenn die in der weiter oben erwähnten Patentschrift Nr. 471 902 dargelegten Zerstäubungsbedingungen benutzt werden, um einen Beta-Tantalfilm in einer Reihen Vakuummaschine niederzuschlagen, liegt der Widerstand des abgeschiedenen Beta-Tantals im Bereich von 160 bis 280 Mikro-ohm/cm. Es sind jedoch unter abweichenden Zerstäubungsbedingungen viel höhere Werte beobachtet worden.



   Darüber hinaus wurde entdeckt, dass Beta-Tantal einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands hat, der weit kleiner ist, als der des normalen Tantals. Normales Tantal in Stückform hat einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten von +0,0037 bis +0,0038 je Grad Celsius Temperaturwechsel, oder, in anderer Bezeichnungsweise, der Temperaturkoeffizient ändert sich von +3700 bis +3800 Teile je Million je Grad Celsius   (ppml"C).    Benutzt man die letztere Bezeichnungsweise, so haben Dünnschichten aus normalem Tantal einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten der von +500 bis +1000   ppml"C    schwankt. Es sind jedoch Dünnschichten aus Beta-Tantal beobachtet worden, deren Widerstands-Temperaturkoeffizient von +100   ppm/ C    bis -100   ppm/ C    schwankt.



   In Fig. 1 und 2 ist ein Widerstandselement, allgemein mit Ziffer 11 bezeichnet, dargestellt. Das Widerstandselement 11 umfasst eine nichtleitende Unterlage 13, welche die geformten Widerstandswege 13 bis 15 trägt. Die nichtleitende Unterlage 12 kann aus Glas, aus keramischem Material oder jedem anderen geeigneten Material bestehen. Die Widerstandswege 13 bis 15 können jede geeignete Form haben. Beispielsweise stellt der Widerstandsweg 13 eine gerade Linie dar, während die Widerstandswege 14 und 15 gewundene Formen besitzen.



   Wie bekannt, ist der Widerstandswert eines gegebenen Elements eine Funktion seiner physikalischen Abmessungen und des spezifischen Widerstands seines Widerstandsweges. Diese Beziehung kann durch die Formel R = p   llwt    ausgedrückt werden, in der R den Widerstandswert, p den spezifischen Widerstand, 1 die Länge, t die Dicke und w die Breite des Widerstandswegs darstellt.



   Beispielsweise ist der Widerstandswert R eines Widerstandselements aus normalem Tantal mit einem spezifischen Widerstand p von 50 Mikro-Ohm/cm, einer Länge 1 von 9 cm, einer Dicke t von 2000 AE (2,0 x   105    cm) und einer Breite W von 0,015 cm gleich 1500 Ohm. Im Gegensatz hierzu ist der Widerstandswert eines Widerstandselements aus Beta-Tantal mit den gleichen Abmessungen 6000 Ohm, wenn der spezifische Widerstand p 200 Mikro Ohm/cm ist. Demgemäss ist ein Beta-Tantal-Dünnschicht Widerstands element mit dem gleichen Widerstandswert wie ein Dünnschicht-Widerstandselement aus normalem Tantal in seinem physikalischen Umfang bedeutend kleiner.



   Darüber hinaus haben Widerstandselemente aus Beta Tantal eine geringere Änderung des Widerstandswertes bei Schwankungen der Temperatur. Der Wechsel im Widerstandswert AR wird durch die Formel AR = aRAT ausgedrückt, in der a der Temperatur-Koeffizient des Widerstandes, R der Widerstand bei einer willkürlichen Basis-Temperatur und AT die Temperaturänderung dieser Basis-Temperatur ist. Wo die Basis-Temperatur zu   0      "C    gewählt wird, ist AT einfach die Temperatur des Widerstandselements.

 

   Beispielsweise ist der Wechsel des Widerstandswertes AR eines Widerstandselements von 5000 Ohm aus normalem Tantal mit einem Temperatur-Koeffizienten des Widerstandes a von +500   ppm/ C    gleich 250 Ohm für eine Temperaturänderung AT von 100   "C.    Im Gegensatz hierzu ist die Änderung des Widerstandswertes AR eines Widerstandselements von 5000 Ohm aus Beta-Tantal mit einem Widerstands-Temperatur-Koeffizienten a von +100   ppm/ C    nur 50 Ohm für einen Temperaturwechsel AT von   100 0C.    Dementsprechend sind Dünnschicht-Widerstandselemente aus Beta-Tantal wesentlich temperaturstabiler, als die aus normalem Tantal.  



   Da der Widerstandswert von Widerstandselementen eine Funktion ihrer physikalischen Abmessung ist, ist es notwendig, dem Widerstandsweg eine geeignete Form zu geben, um einen gewünschten Widerstandswert zu erreichen. Eine sehr gut geeignete Technik zur Formung eines Widerstandsweges aus Beta-Tantal besteht in der Abscheidung eines kontinuierlichen Films aus Beta-Tantal auf einer nichtleitenden Unterlage. Die Zerstäubungsbedingungen sind in der oben erwähnten Patentschrift Nr.



  471 902 zur Abscheidung eines solchen kontinuierlichen Films aus Beta-Tantal auf einer Unterlage in einer Reihen Vakuumvorrichtung dargelegt. Der abgeschiedene Beta Tantal-Film ist ein anhaftender, gleichmässiger Film, der für die Herstellung von Widerstandselementen geeignet ist.



   Die Dicke des kontinuierlichen Films kann durch die Zeitspanne kontrolliert werden, während der die Unterlage einer Zerstäubung ausgesetzt wird. Um einen Widerstandsweg aus einem kontinuierlichen Film mit der gewünschten Dicke zu bilden, ist es lediglich notwendig, den Widerstandsweg zur gewünschten Länge und Breite aus dem kontinuierlichen Film zu bilden. Dies kann leicht mit der üblichen Fotoätz-Technik durchgeführt werden.



   Bei der Erzeugung von Schaltschemen oder in diesem Zusammenhang bei der Formung von Widerstandswegen durch Fotoätzung wird eine lichtempfindliche Emulsion oder Widerstandsschicht auf den kontinuierlichen Film aufgetragen. Die Widerstandsschicht wird dann im Ofen getrocknet, um die Widerstandsschicht in geeigneter Weise zu härten. Die Widerstandsschicht wird anschliessend einer Quelle für ultraviolettes Licht durch eine Maske hindurch ausgesetzt, die ein Negativ des gewünschten Schaltschemas ist. Die exponierten Flächen der Widerstandsschicht werden durch das ultraviolette Licht polymerisiert, um sie gegen den Angriff durch Lösungsmittel und Säuren widerstandsfähig zu machen. Die Widerstandsschicht wird dann in einem Lösungsmittel gespült, welches die nichtexponierte Widerstandsschicht entfernt.

  Die Widerstandsschicht wird wieder im Ofen getrocknet, um jegliches Lösungsmittel zu entfernen und die Widerstandsschicht zu härten. Durch Auftragen einer geeigneten Säure auf den kontinuierlichen Film werden diejenigen Gebiete des Films, die von der polymerisierten Widerstandsschicht geschützt sind, auf der Unterlage belassen, während die ungeschützten Schichten von der Säure entfernt werden. Auf diese Art werden Schaltschemen oder wie in diesem Fall geformte Widerstandswege aus einem kontinuierlichen Film gebildet.



   Es kann jedes geeignete Schutzmittel verwendet werden, wie etwa  KMER  (Kodakt Metal Etch Resist) und  KPR  (Kodak Photo   Resist).    Eine Mischung von Silan und Toluol ist als Lösungsmittel in Verbindung mit  KMER  und  KPR  geeignet. Beta-Tantal wird leicht von einer Mischung aus Salpetersäure und Flusssäure in der gleichen Weise geätzt, in der normales Tantal geätzt wird.



   Die wirksamen Abmessungen eines Widerstandselements können anschliessend an die Formgebung eines gewünschten Widerstandsweges noch verringert werden, indem man einen Teil des Widerstandsweges in Oxyd verwandelt. Ein geeignetes Anodisierungs-Verfahren zur Durchführung ist im US-Patent 3 148 129 beschrieben.



  Dies Verfahren ist zur Anodisierung von Widerstandselementen aus Beta-Tantal geeignet und gestattet die Herstellung von Widerstandselementen hoher Präzision.



   Anschliessend an die Formung der gewünschten Widerstandswege aus dem kontinuierlichen Film werden Metalle auf der Unterlage niedergeschlagen, um die Schaltung fertigzustellen und um Kontaktflächen zum Anheften von Zuleitungen vorzusehen. Die Metalle sollten eine Kombination guter Haftung, hoher Leitfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen atmosphärische Oxydation zeigen. Typischerweise wird eine Chromnickel-Legierung direkt auf der Unterlage zwecks guter Haftung niedergeschlagen, gefolgt von einer Kupferschicht für hohe Leitfähigkeit und Lötbarkeit. Schliesslich wird eine Goldschicht aufgetragen, um Widerstand gegen Oxydation vorzusehen.



  Diese Metalle können nacheinander durch Aufdampfen durch eine geeignet vorbereitete mechanische Maske hindurch abgeschieden werden.



   Die Kontaktkissen 17 bis 19 zeigen, wo diese Metallflächen benutzt werden können. Das Kontaktkissen 17 beendet beispielsweise den Widerstandsweg 13 und schafft eine Fläche, an die die Zuführung 21 angelötet wird. Die Kontaktkissen 18 und 19 beenden die Widerstandswege, um geeignete Flächen für die Anheftung von Zuführungen 21 zu schaffen und die Widerstandswege untereinander zu verbinden. Wie dem Fachmann klar sein wird, kann jede gewünschte Gruppierung von Widerstandswegen vorgesehen werden.

 

   Es kann ferner jede geeignete Technik zur Erzeugung geformter Widerstandswege aus normalem Tantal bei der Formung von Widerstandswegen aus Beta-Tantal benutzt werden. Zum Beispiel kann Beta-Tantal auf einer Unterlage durch eine Maske hindurch abgeschieden werden, die das gewünschte Muster enthält. Dies beseitigt die Notwendigkeit, unerwünschte Teile eines kontinuierlichen Films durch Fotoätz-Technik zu entfernen. Darüber hinaus können Kontakt-Kissen und innere Schaltverbindungen in einem kontinuierlichen Film abgeschieden werden, dem die Entfernung unerwünschter Teile durch die Foto ätztechnik folgt. 



  
 



  Thin film resistor
The invention relates to a thin-film resistor with a non-conductive base, a pair of spatially separated contacts and a thin-film resistor element which is carried by the base. This creates a resistance path between the contacts whose peculiarity and peculiarity compared to normal tantalum in Swiss Patent No.



  471 902 are explained.



   Temperature-stable resistance elements with a high specific resistance are very desirable in thin-film resistance technology.



   Temperature stability relates to the change in resistance that a resistance element experiences as a result of a temperature change. If a resistance element has a low temperature coefficient of resistance, the element does not experience a large one.



  Fluctuation in resistance when the temperature changes.



   The resistance value of a resistance element is determined by its physical dimensions and its specific resistance. When a resistive element has a high resistivity, smaller physical dimensions are required for a given resistance value. This allows more miniaturization of thin-film circuits.



   Research has shown that tantalum, hereinafter referred to as beta tantalum, although of the same gross composition as normal tantalum, has an unexpectedly low temperature coefficient of resistance and a high specific resistance.



   The purpose of the present invention is therefore to provide an improved thin-film resistor, the resistance element of which is very temperature-stable and has a high specific resistance.



   The inventive thin-film resistor with a non-conductive base, a pair of spatially separated contacts and a thin-film resistance element which is carried by the base and shaped to create a resistance path of a predetermined value between the contacts, is characterized in that the resistance element made of beta -Tantalum is made.



   Exemplary embodiments of the thin film resistor according to the invention are described in more detail with reference to the drawing.



   1 is a perspective view of a thin-film resistor element.



   FIG. 2 is an enlarged perspective sectional view taken from FIG. 1 along lines 2-2.



   Beta-tantalum is easily distinguished from normal tantalum by its crystal structure, which can be observed, for example, by the X-ray diffraction technique.



   An X-ray diffraction pattern for a given material is usually represented by listing the d-spacings of the material in decreasing order of magnitude, usually expressed in angstrom units.



   As is well known, the expression d-spacing comes from Bragg's law X = 2d sin 0, where X is the wavelength of the radiation reflected from parallel lattice planes of the crystal, (3 the angle of incidence (or reflection) of the radiation and d is the distance between parallel network planes of the crystal.



   Since each crystalline material has a distinctive X-ray diffraction pattern, comparison of the diffraction pattern of an unknown material with the diffraction pattern of known materials, as shown in published powder photographs, allows the unknown material to be qualitatively identified.



  Since beta tantalum has its own x-ray diffraction pattern, the use of this technique allows the beta tantalum to be positively identified. (The Work) X-ray Metallography by A. Taylor, published 1961 by John Wiley and Sons, Inc., pages 154-158 and 160-161, discusses X-ray diffraction patterns and their value as a unique guide to material identification.



   Table I lists all d-spacings that have been observed for tantalum.



   Table I dA dA dA
5.38 2.15 1.37
4.75 2.06 1.332
2.80 1.96 1.29
2.67 1.77 1.240
2.62 1.59 1.210
2.49 1.56 1.172
2.36 1.53 1.10
2.32 1.46 1.03
2.25 1.442 1.01
2.21 1.405
The d-spacings in Table I are a compilation of the d-spacings observed by various techniques. All of the d-spacings listed can be observed by direct measurements on films that have been exposed to X-rays that have been scattered on a beta tantalum sample. Various techniques can be used in the exposure of the films on which the direct measurements are made. For example, the pattern can remain stationary while the film is exposed, or the pattern can vibrate. A large number of the listed d-spacings can be obtained using the diffractometer technique.

  Investigations on beta-tantalum by electron diffraction also confirm many of the d-spacings listed in Table I.



   Table II lists d-spacings that are believed to be particularly accurate. These particular d-spacings are confirmed by two or more techniques.



   Table II dA dA dÄ
5.38 2.15 1.240
4.75 2.06 1.210
2.67 1.77 1.172
2.49 1.442
2.36 1.405
2.32 1.332
In the Swiss patent specification No. 471 902 the composition of beta-tantalum is compared with that of normal tantalum. The results of this comparison indicate that there is no great difference in composition between beta tantalum and normal tantalum. However, research has shown that beta tantalum has certain very useful properties that normal tantalum does not.



   For example, the resistivity of beta tantalum has been discovered to be nearly an order of magnitude higher than the resistivity of normal tantalum. Regular tantalum in lump form has a specific resistance of approximately 12 micro-ohms / cm. In thin-film films of normal tantalum, the specific resistance observed is roughly greater than that of tantalum in lump form and varies between 24 to 50 micro-ohms / cm.



  However, thin-film films made from beta-tantalum have a specific resistance of at least 160 micro ohm / cm. When the sputtering conditions set forth in Patent Specification No. 471,902 noted above are used to deposit a beta-tantalum film in a series of vacuum machines, the resistance of the deposited beta-tantalum is in the range of 160 to 280 micro-ohms / cm. However, much higher values have been observed under different atomization conditions.



   In addition, it was discovered that beta-tantalum has a temperature coefficient of resistance that is far smaller than that of normal tantalum. Normal tantalum in lump form has a resistance temperature coefficient of +0.0037 to +0.0038 per degree Celsius temperature change, or, in another notation, the temperature coefficient changes from +3700 to +3800 parts per million per degree Celsius (ppml "C If the latter is used, thin layers made of normal tantalum have a temperature coefficient of resistance that varies from +500 to +1000 ppml "C. However, thin layers of beta-tantalum have been observed whose temperature coefficient of resistance varies from +100 ppm / C to -100 ppm / C.



   In Figs. 1 and 2, a resistance element, generally designated by numeral 11, is shown. The resistance element 11 comprises a non-conductive base 13 which supports the shaped resistance paths 13-15. The non-conductive pad 12 can be made of glass, ceramic material, or any other suitable material. Resistance paths 13-15 can have any suitable shape. For example, the resistance path 13 is a straight line, while the resistance paths 14 and 15 have meandering shapes.



   As is known, the resistance of a given element is a function of its physical dimensions and the resistivity of its resistance path. This relationship can be expressed by the formula R = p llwt, where R is the resistance, p is the resistivity, 1 is the length, t is the thickness, and w is the width of the resistance path.



   For example, the resistance value R of a resistance element made of normal tantalum with a specific resistance p of 50 micro-ohms / cm, a length 1 of 9 cm, a thickness t of 2000 AU (2.0 x 105 cm) and a width W of 0.015 cm equals 1500 ohms. In contrast to this, the resistance value of a resistance element made of beta-tantalum with the same dimensions is 6000 ohms when the specific resistance p is 200 micro ohms / cm. Accordingly, a beta-tantalum thin-film resistance element with the same resistance value as a thin-film resistance element made of normal tantalum is significantly smaller in its physical size.



   In addition, resistance elements made from beta tantalum have a smaller change in resistance value with fluctuations in temperature. The change in resistance value AR is expressed by the formula AR = aRAT, in which a is the temperature coefficient of the resistance, R is the resistance at an arbitrary base temperature, and AT is the temperature change at this base temperature. Where the base temperature is chosen to be 0 "C, AT is simply the temperature of the resistive element.

 

   For example, the change in the resistance value AR of a resistance element of 5000 ohms made of normal tantalum with a temperature coefficient of resistance a of +500 ppm / C is equal to 250 ohms for a temperature change AT of 100 "C. In contrast, the change in resistance value AR a resistance element of 5000 ohms made of beta-tantalum with a resistance-temperature coefficient a of +100 ppm / C only 50 ohms for a temperature change AT of 100 ° C. Accordingly, thin-film resistance elements made of beta-tantalum are significantly more temperature-stable than those made of normal Tantalum.



   Since the resistance of resistive elements is a function of their physical dimension, it is necessary to give the resistance path an appropriate shape in order to achieve a desired resistance. A very suitable technique for forming a resistance path from beta tantalum is to deposit a continuous film of beta tantalum on a non-conductive substrate. The atomization conditions are described in the above-mentioned Patent Publication No.



  471 902 for the deposition of such a continuous film of beta-tantalum on a base in a series of vacuum devices. The deposited beta tantalum film is an adhesive, uniform film that is suitable for the production of resistance elements.



   The thickness of the continuous film can be controlled by the length of time that the substrate is exposed to atomization. In order to form a resistance path from a continuous film of the desired thickness, it is only necessary to form the resistance path to the desired length and width from the continuous film. This can easily be done with the usual photo-etching technique.



   In the creation of circuit diagrams, or in this context in the formation of resistive paths by photoetching, a photosensitive emulsion or resistive layer is applied to the continuous film. The resistive layer is then dried in the oven in order to cure the resistive layer in a suitable manner. The resistive layer is then exposed to a source of ultraviolet light through a mask that is a negative of the desired circuitry. The exposed areas of the resistive layer are polymerized by the ultraviolet light to make them resistant to attack by solvents and acids. The resistive layer is then rinsed in a solvent which removes the unexposed resistive layer.

  The resistive layer is again oven dried to remove any solvent and harden the resistive layer. By applying a suitable acid to the continuous film, those areas of the film that are protected by the polymerized resistive layer are left on the substrate while the unprotected layers are removed by the acid. In this way, circuit patterns or, as in this case, shaped resistance paths are formed from a continuous film.



   Any suitable protective agent can be used, such as KMER (Kodakt Metal Etch Resist) and KPR (Kodak Photo Resist). A mixture of silane and toluene is suitable as a solvent in connection with KMER and KPR. Beta tantalum is easily etched by a mixture of nitric acid and hydrofluoric acid in the same way that normal tantalum is etched.



   The effective dimensions of a resistance element can be reduced after the shaping of a desired resistance path by converting part of the resistance path into oxide. A suitable anodizing method for carrying out this is described in U.S. Patent 3,148,129.



  This method is suitable for anodizing resistance elements made of beta-tantalum and allows the manufacture of resistance elements with high precision.



   Subsequent to the formation of the desired resistance paths from the continuous film, metals are deposited on the substrate to complete the circuit and to provide contact surfaces for attaching leads. The metals should exhibit a combination of good adhesion, high conductivity and resistance to atmospheric oxidation. Typically, a chromium-nickel alloy is deposited directly onto the substrate for good adhesion, followed by a copper layer for high conductivity and solderability. Finally, a layer of gold is applied to provide resistance to oxidation.



  These metals can be deposited one after the other by vapor deposition through a suitably prepared mechanical mask.



   The contact pads 17 to 19 show where these metal surfaces can be used. The contact pad 17 terminates, for example, the resistance path 13 and creates a surface to which the lead 21 is soldered. The contact pads 18 and 19 terminate the resistance paths in order to create suitable surfaces for the attachment of leads 21 and to interconnect the resistance paths. As will be apparent to those skilled in the art, any desired grouping of resistance paths can be provided.

 

   Any suitable technique for creating shaped resistance paths from normal tantalum can also be used in the formation of resistance paths from beta tantalum. For example, beta tantalum can be deposited on a substrate through a mask containing the desired pattern. This eliminates the need to remove unwanted portions of a continuous film by photo-etching techniques. In addition, contact pads and internal interconnects can be deposited in a continuous film, which is followed by the removal of unwanted parts by the photo-etching technique.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM Dünnschicht-Widerstand mit einer nichtleitenden Unterlage, einem Paar räumlich getrennten Kontakten und einem Dünnschicht-Widerstandselement, das von der Unterlage getragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandselement aus Beta-Tantal besteht. Thin-film resistor with a non-conductive base, a pair of spatially separated contacts and a thin-film resistance element carried by the base, characterized in that the resistance element consists of beta-tantalum.
CH992966A 1965-07-12 1966-07-08 Thin film resistor CH511501A (en)

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