CH626468A5 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schichtwiderstand, wie er im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
In der Elektrotechnik werden nieder- und hochohmige Schichtwiderstände für viele Zwecke benötigt, beispielsweise für diskrete Widerstände, für RC-Netzwerke, für Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen sowie für Widerstände in integrierten Halbleiterschaltungen. Als Materialien für solche Schichtwiderstände sind Nickel-Chrom, Tantalnitrid (TaîN) und Tan-tal-Oxinitrid bekannt (vgl. «Thin Solid Films», Bd. 36 (1976), Seiten 357-360). Diese Materialien sind relativ niederohmig; so weist beispielsweise eine Nickel-Chromschicht und eine Schicht aus Tantalnitrid einen Flächenwiderstand zwischen 50 und 300 D/D sowie einen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes im Bereich zwischen +50 und -300 ppm/K auf. Weiter ist bekannt, als Material für Schichtwiderstände Übergangsphasen oder Gemische aus Metall und Metalloxid zu verwenden («Radio Mentor Electronic», Bd. 42, 1972, Seiten 342-346). Ferner ist bekannt, Chromdisilizid (CrSiî) als Material für elektrische Widerstände zu verwenden (I. Nishida, «Journ. of Material Science», Bd. 7,1972, sowie «Thin Solid Films», Bd. 36,1976, Seiten 357-360). Der spezifische elektrische Widerstand solcher Chromdisilizid-Schichten liegt im Bereich um 1400 (0.O • cm, und der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes liegt im Bereich zwischen 500 und 800 ppm/K.
Zur Herstellung von niederohmigen und hochohmigen Widerständen werden nach dem Stand der Technik jeweils unterschiedliche Materialien verwendet. Dies ist mit einem hohen Kostenaufwand verbunden, wenn beispielsweise in einer integrierten elektrischen Schaltung sowohl niederohmige wie auch hochohmige Widerstände hergestellt werden sollen, da die jeweiligen als Widerstände vorgesehenen Schichten in verschiedenen Herstellungsprozessen und in verschiedenen Apparaturen gefertigt werden müssen. Um eine solche kostspielige Doppelfertigung für nieder- und hochohmige Dünnschicht-Widerstände zu vermeiden, wird versucht, die für niederohmige Schichten verwendeten Materialien auch auf hochohmige Widerstandswerte hin zu züchten. Dies bedingt jedoch für die mit solchen Materialien hergestellten hochohmigen Widerstände eine hohe Ausfallrate aufgrund der stark verringerten Reproduzierbarkeit.
Aufgabe der Erfindung ist es, für einen elektrischen Schichtwiderstand ein Material anzubieten, mit dem sich sowohl niedrige als auch hohe Werte des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht erreichen lassen.
Diese Aufgabe wird für einen wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen elektrischen Schichtwiderstand erfindungsgemäss nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen erfindungsge-mässen elektrischen Schichtwiderstandes ist im Anspruch 4 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil liegt insbesondere darin, dass mit diesem Material niederohmige Widerstandsschichten erhalten werden können, die eine hohe Stabilität, einen kleinen Temperaturkoeffizienten zwischen -50 bis —150 ppm/K bei einem spezifischen elektrischen Widerstand von 580 ±50 jxQ- cm aufweisen. Wird bei dem Herstellungsvorgang dafür gesorgt, dass ein Anteil des in der Schicht vorhandenen Siliziums als Siliziumoxid (SiO) oder als Siliziumdioxid (SÌO2) vorliegt, so lassen sich Widerstandsschichten mit Flächenwiderständen zwischen 1000 und 8000 fi/m bei einer Schichtdicke von etwa 20 nm erreichen. Dies entspricht einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 2000 und 16 000 cm. Der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes besitzt dabei Werte zwischen 0 und -400 ppm/K.
Der jeweils gewünschte Widerstandsbereich kann auf einfache Weise durch den Sauerstoffgehalt der Umgebungsatmosphäre beim Niederschlagen der Widerstandsschicht gesteuert werden.
Es ist von Vorteil, beim Niederschlagen der Widerstandsschicht auf das Substrat die Substrattemperatur zwischen etwa 350 und 450 °C zu erhalten. Damit wird erreicht, dass die niedergeschlagene Widerstandsschicht sehr stabil ist, und dass die so hergestellten Widerstände keinen Alterungseffekten unterliegen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und näher erläutert.
In der Figur ist schematisch dargestellt, wie ein erfindungs-gemässer elektrischer Schichtwiderstand hergestellt wird.
Die zur Herstellung verwendete Apparatur besteht aus einem evakuierbaren Rezipienten 1, in dem sich ein Tiegel 2 befindet, der das für die Widerstandsschicht vorgesehene Material 3 enthält. Weiterhin befindet sich in dem Rezipienten ein Substrathalter 4, der mittels einer Stromquelle 7 beheizt werden kann. An dem Substrathalter 4 ist ein Substrat 5, das beispielsweise aus Corning-Glas oder Aluminiumoxid (AI2O3) besteht, befestigt. Das Niederschlagen der Widerstandsschicht 6 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Einmal kann das Material 3 durch Erhitzen verdampft werden. Dazu dient eine Stromquelle 8, mit der der Tiegel beheizt werden kann. Das
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Niederschlagen der Schicht kann aber auch durch einen Sput-tervorgang vorgenommen werden. Dazu wird über einen Gaseinlass 9 das Innere des Rezipienten mit Argon bei einem Druck von 2 • 10-2 Torr gefüllt. Mit Hilfe einer Hochfrequenz-Antenne 10 und einer daran angeschlossenen Hochfrequenz- s Stromquelle 11 wird im Innern des Rezipienten eine den Sput-tervorgang auslösende Entladung hervorgerufen. Die Spannung der Hochfrequenz-Stromquelle 11 beträgt beispielsweise 1000 Volt, die Schwingfrequenz 13,6 MHz, die HF-Leistung zum Beispiel 700 Watt. Das Ausgangsmaterial 3 besteht aus io einer Mischung von Chrom und Silizium, wobei der Siliziumanteil dieser Mischung so gewählt werden muss, dass die Siliziumkonzentration in der Schicht zwischen 50 und 66 Atom-%
liegt. Wird dieses Material verdampft bzw. zersputtert und als Schicht 6 auf dem Substrat niedergeschlagen, so erhält man für )5 die Schicht 6 eine CrSi-Schicht mit einem Si-Überschuss, die aufgrund des Si-Überschusses stark gestört ist und daher feinst-kristallin ist. Beträgt der Siliziumanteil beispielsweise 57 Atom-%, so erhält man, wenn die Umgebungsatmosphäre im wesentlichen frei von Sauerstoff ist (das heisst Sauerstoffpar- 2o tialdruck kleiner als 10~4 N/m2 (I0~6 Torr), Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 580 ± 50 p.Q- cm. Zur Herstellung
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von hochohmigen Widerstandsschichten 6 wird über das Ventil 9 Sauerstoff in den Rezipienten eingelassen, so dass ein Partial-druck des Sauerstoffes von etwa 10-5 bis 10-4 Torr erreicht wird. Wird bei einer solchen Umgebungsatmosphäre das Material 3 verdampt oder durch Aufsputtern auf dem Substrat niedergeschlagen, so erhält man für die Schicht 6 eine homogene amorphe Mischung aus CrSi, SiO und SiCh. Durch die Beimengung von Sauerstoff in der niedergeschlagenen Schicht 6 können sich in der Schicht 6 keine kristallinen Bereiche bilden, so dass der spezifische Widerstand steigt. Wird während des Niederschlagens der Schicht 6 der Substrathalter 4 und damit das Substrat 5 bei einer Temperatur zwischen etwa 350 und 450 °C gehalten, so wird gewährleistet, dass das überschüssige Silizium vollständig in Oxide umgewandelt ist, so dass später Alterungseffekte, deren Ursache eine solche Oxidation ist,
nicht mehr auftreten können.
Besonders günstige Ergebnisse für die Stabilität der niedergeschlagenen Schichten 6 und den Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes dieser Schichten ergeben sich, wenn für das Ausgangsmaterial 3 ein Material verwendet wird, dessen Siliziumanteil zwischen 54 und 62 Atom-% beträgt.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Elektrischer Schichtwiderstand mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Material, das Chrom- und Silizium-Atome enthält, auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schicht (6) eine homogene Mischung aus einer oder mehreren Chrom-Silizium-Verbindung und einem oder mehreren Oxiden des Chroms und/oder des Siliziums ist.
2. Elektrischer Schichtwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Material der Schicht das Verhältnis aus der Zahl der Chrom-Atome zur Zahl der Silizium-Atome zwischen 1 und 0,5, insbesondere zwischen 4%4 und 3%2 beträgt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Elektrischer Schichtwiderstand nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht zwischen 8 und 50 nm beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schichtwiderstandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus einer Quelle (2), welche eine oder mehrere Chrom-Silizium-Verbindungen (3) enthält, durch Aufsputtern oder Aufdampfen als Schicht auf ein Substrat (5) niedergeschlagen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufsputtern oder Aufdampfen in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebungsatmosphäre erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Substrates (5) beim Niederschlagen der Schicht (6) zwischen 350 und 450 °C gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffpartialdruck der Umgebungsatmosphäre gesteuert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffpartialdruck zwischen 10_I und 10_3N/m2 gehalten wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederschlagungsgeschwindigkeit für die Schicht (6) zwischen 0,2 und 0,5 nm/s gehalten wird.
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