CN1008828B - 形成铂电阻温度计的方法 - Google Patents

Abstract

在一工艺中形成铂电阻温度计，该工艺包括在淀积在衬底上的惰性介质上确定供电阻温度计用的通路：将通路中的衬底表面暴露出，使惰性介质形成反图；然后将电阻材料同时淀积在通路中露出的衬底表面和保留在衬底上的惰性材料表面。此后，惰性材料被腐蚀掉，这样淀积在惰性材料上的电阻材料就松动，可清除，于是在形成电阻温度计的所需线路上留下电阻材料条。该电阻条污染少，杂质浓度低，因而可容易地获得所需电阻温度系数的温度计。

Description

本发明是关于形成一种易于成批生产，并具有所需特性的电阻温度计的方法。

金属铂薄膜电阻温度计正被人们所肯定，但尚存在这样的问题，这就是如何获得所需的温度计电阻温度系数，以及如何将铂电阻元件制作成几乎完全连续的条状或带状并列排列的盘旋图形，以便得到所需的标准电阻，比如100欧姆。制造一个具有所需的小型总体尺寸的温度计是困难的。该温度计的物理尺寸必须被精确地确定以便使每一条或带段可以相互紧密地排放，铂条或铂带应是从这一边缘到那一边缘，都具有均匀晶粒，并且还具有抗玷污能力，以便使温度计有最高的电阻率。

生产电阻温度计元件的方法，已在1982年10月20日公布的英国专利申请2，096，645上阐述过，它公开了在选定的气氛条件下，采用磁控管溅射的方法。淀积出的温度计条用激光调整或刻槽的方法来确定电阻条的尺寸，公布的这个专利，强调了控制气氛对于获得满意的温度计性能的重要性。

1978年2月7日颁发给迪尔等人（Diehl    et    al）的美国专利№4.072.593，描述了一种使电阻温度计的电阻元件尺寸减小的方法。使用工业上用的高频溅射装置，在一绝缘固体上溅射一层铂层，并采用激光束使之形成迴折形的线路，以便获得标准100欧姆电阻。该专利描述了将铂溅射到衬底上的方法，但没有提出要使用由隔离刻蚀介质确定的通路来获得电阻温度计。温度计通过激光（或光刻）形成所需的图形后，再进行回火或热处理。

1981年1月颁发给刘（Liu）的美国专利№4，181，755，描述了一种用自掩蔽技术形成薄膜图形的工艺。该工艺内容为：在衬底 表面上淀积一层连续线路薄膜层，然后在线路薄膜表面确定一个与最终期望的薄膜线路一致的光致抗蚀剂图形。那些没有被光致抗蚀剂覆盖的线路薄膜部分随后被去掉，在保留下光致抗蚀剂与薄膜线路的同时，用一层保护膜涂敷在整个衬底表面上。再除去薄膜线路表面的光致抗蚀剂，使覆盖在薄膜线路上的保护膜也因之被剥离掉，从而使薄膜线路显露出来。这时，薄膜线路图形被保护膜所包围，这种器件用来制造肖特基势垒二极管。在本专利的例子中，保护膜要从预先淀积的导体上除去，本发明提出在一种惰性刻蚀介质上确定制作铂电阻通路，将铂材料淀积到通路上，然后将刻蚀介质从温度计上腐蚀掉。

1982年10月12日颁布给赛姆斯基（symersky）的美国专利№4，353，935描述了一种含有一个导体图形的器件生产方法，该方法采用刻蚀技术来确定至少一种导体。该方法需要多层掩膜，而且在最佳实施例中，掩膜层由不同物质组成的三个内层形成，用这种方法在掩膜上产生凹槽，以便提供需要的导电图形。用腐蚀方法使表面部分通过掩膜层暴露出来，然后将导电层淀积到掩膜层和暴露面上。该专利没有说明使用惰性材料作为形成温度计图形的刻蚀介质，并且这种刻蚀材料在铂温度计淀积以后，将被清除掉。

1978年4月18日颁布给伯特伦等（Bertram    et    al）的美国专利№4，085，398，描述了一种使用铜作掩膜的薄膜电阻温度计，铜这种掩膜材料在本专利中是不能使用的，本专利要求用惰性刻蚀材料。其它有关的先有技术包括1978年1月25日颁布给迪尔等人（Biehl    et    al）的美国专利№4，103，275，公开了一种为获得电阻温度计的电阻元件所采用的离子刻蚀法，还有1978年12月12日颁布给弗兰克等（Frank    et    al）的美国专利№4，129，848，公开了一种在淀积有一层石英膜的绝缘衬底上 制作铂膜电阻元件的方法，它是用溅射的方法来刻蚀石英膜，以便在衬底表面产生出确定铂温度计图形所需的通路。用化学腐蚀使铂暴露出来，以便用溅射刻蚀的方法将多余的铂膜去掉。

1977年9月20日颁布给赖克特（Reichelt）的美国专利№4，050，052，也提出了一种测量温度用的电阻装置，它包括一个具有铂条的温度计，铂条按预先确定的图形淀积在衬底上。并且在衬底温度为500-900℃范围时，淀积铂条。该专利也提出了用热处理的方法，但它没有提出可获得象本发明所述的那么尖细的通路的任何方法。

所有先有技术的方法都势必带来杂质并且使铂的边缘处失去轮廓，这样会影响温度计的电阻温度系数。例如，用激光加工势必会引起带状物的边缘熔化;光刻会产生杂质;离子和溅射刻蚀硅或二氧化硅时，则使得这些物质作为杂质附着在铂上，并使在其边缘处的铂结构受到影响或损坏，以致失去清晰度。在当前技术中，采用掩膜方法腐蚀掉铂膜中不需要的部分，还存在着一个问题，因为图形不能按所期望的精度和均匀度合理地确定，以获得一个尺寸小间隔密的带段。这样的掩膜层在工艺过程完成前势必会受损坏，而且杂质也势必掺入铂。

在一合适的衬底上形成一薄膜电阻温度计，该衬底与电阻温度计材料基本不发生反应。电阻材料最好为铂，铂淀积在蓝宝石一类的衬底上，并选用公知的方法提供高纯度的铂，应使淀积出的铂在整个温度计带或通路的各处都具有柱状晶粒图形。用刻蚀工艺将电阻温度计材料形成具有迴折图形的带状物，以便用尽量小的表面部分得到所需的电阻值。

要生产温度计，需提供一个具有一般平滑表面的电绝缘衬底。清洗衬底表面，将容易腐蚀掉的材料淀积在衬底表面上形成增长层。这种材料被称之为刻蚀介质，它必须对铂是基本上不起化学反应并基本不掺入 铂内。在刻蚀介质里，以凹陷的通路的形式形成所需的图形。衬底表面在所形成的凹道中暴露出来。该凹道准备供淀积铂温度计带用。

然后将铂淀积在腐蚀出的通路中暴露出的衬底上，被淀积的铂同时也覆盖在保留的刻蚀介质外表面上，并达到一个预定的层度。淀积铂时最好采用已知的溅射技术，并在一种能使获得的铂成为具有基本均匀而纯净的柱形晶粒，能适当粘接在衬底上的连续带状物的必要条件下进行。

刻蚀材料层上制作的铂温度计用的通路边缘，应具有陡峭的缘面。通路的缘面应基本与表面垂直，这就可在温度计带状物的边缘形成任何形式的柱形晶粒图形。

淀积出的铂层中，刻蚀材料通路上边缘附近的厚度必然薄一些。这就使温度计带状图形上方与刻蚀介质上表面之间铂层成了薄带，与淀积在通路上的作温度计用的铂层相比，薄带处的铂层是疏松的，能够让腐蚀液从部分铂层渗透进去，对刻蚀材料进行腐蚀，这样刻蚀材料就被腐蚀掉了。淀积在刻蚀材料上的和残留在所期望的温度计图形以外的铂失去支持，容易除掉。最后就只保留下所期望的迴折图形。温度计是一个连续的带状或条状物，从它的这一边缘到那一边缘都具有基本均匀的晶粒结构，在刻蚀材料上形成的通路边缘表面基本上与衬底是垂直的，这样，温度计带的截面就基本上是矩形而且界线分明的，不存在尖的或无用的横向突出物或凸凹不平处。

采用对于铂基本不发生化学反应的刻蚀介质和衬底，能使形成的整个带状长条边缘处的纯度得到保证。

所得到的铂的内部结构，具有界线分明的柱形晶粒，这些晶粒组成一个密集而均匀的图形。在电阻相同的条件下，与不具有柱形晶粒带的铂电阻温度计相比，这样的结构就可使温度计的尺寸最小。由于每一通路的边缘没有尖的凸凹不平或尖的横向突出物，（刻蚀介质使得边缘面 既平滑而又垂直于衬底）所以通路可以挨得紧密。

铂里的杂质和晶粒结构中的疵点对铂的电阻温度系数有不利的影响。我们所公开的铂带的柱形晶粒结构，其带状物截面的每个边缘都是均匀和基本上无杂质，从而使铂图形的电阻温度系数得到了很好的控制。温度系数能达到要求的标准数值一百万分之3850的铂电阻温度计产量大大增加。而且由于结构与杂质受到控制，不同批产品之间的性能差别也大大缩小。

图1是一个放大了的典型铂电阻温度计示意图，它具有一个根据本发明，制作在一衬底上的迴折状铂带图形。

图2A是本发明制作电阻温度计用的典型衬底的局部纵截面放大图。

图2B是与图2A对应的截面图，图中有一层刻蚀介质淀积在衬底上表面，为明显起见，刻蚀介质的厚度被大大夸张了。

图2C是与图2B对应的截面图，表示图2B的下一步工艺情况。这步工艺包括淀积光致抗腐剂，然后使所需通路图形处的光致抗腐剂曝光，显影，留下覆盖在刻蚀介质上表面的条状光致抗蚀剂图形。

图2D是一个与图2C对应的截面图，这时，没有光致抗腐剂保护的区域的刻蚀介质已用化学方法腐蚀掉，以便在衬底上形成淀积铂温度计带状物用的迴折形通路。

图2E是与图2D中的光致抗腐蚀从留下的刻蚀介质上除去后的截面图，这时衬底已准备好，可向确定的通路上淀积铂温度计材料。

图2F是一个与图2E相对应的，已用溅射方法淀积了一层铂物质的截面图。

图2G是一个完成的铂电阻温度计截面图，它显示了在铂迴折线路的截面部分，与图2F相比，这时刻蚀介质已腐蚀掉，淀积在刻蚀介质表面上的铂层也已去掉;

图3是一个根据本发明制作在衬底确定区域内的铂带状物的细节扩大截面图。

一个批量生产的铂薄膜温度计用图1中的代号10来表示。铂电阻条或带状物12以连续的盘旋状或迴折状线路的形式限定在衬底24上，线路的长度应足以提供所需的电阻值。这样就可采用体积小，重要轻的衬底，以便改进温度响应特性。温度计10的要求是具有工业化标准的电阻温度系数（TCR），这个数值为3850PPm（3850×10^-6）。在DIN（德国标准）中这个数值为43760PPm，在BS（英国标准）中为1904PPm。温度计10可以具有一个典型的电阻值100欧姆，在电阻条12两端的一对电接触面16，18之间测得的其它电阻值也仍然是标准的。温度计期望具有的电阻温度系数为3850PPm±3PPm。在带区域中形成的带或条状物12，其中至少有一些区域可以修剪掉以允许在制造后将电阻值调整为给定值和满足允许偏差。几种电阻调节可通过在选择的部位，常常在20A-20D内去掉导电带12获得，用常规的方法在这些部位选择并去掉某部分导电带12来获得所需的100欧姆或其它指定值。

在最佳实施例中，导电线路20A被断开了，这就有选择地消去了可供选择的几对平行导电线路区19中的一部分。不同的导电条区域19具有不同电阻值，可进行粗调和细调，从而获得所需的总电阻值。导电线路19最好与用20A-20D标示的可调整导电线路段自然分开，以便使调整电阻时混入的杂质对所需的电阻温度系数或其它所需的电阻特性没有影响或影响很小。更可取的是，采用激光调整进行切割。

铂带12是通过如图2A-2G所描述的工艺，将铂按确定线路淀积而形成，其中的图2A-2G是经过放大的。图2A是部分衬底的横截面。衬底24是由绝缘材料，比如为外延纯（高纯）级别的蓝宝石或 氧化铝制成的，它在很宽的温度范围和活性气氛与环境中基本上不与铂起化学反应。衬底24比较薄（垂直高度），但它具有足够的强度来支撑迴折形铂带。而且，每个温度计用的衬底24还须具有很小的质量，以便有快速的温度响应和具有很高的耐久强度。

最佳的材料是具有一个抛光表面26的高纯度蓝宝石，铝陶瓷或其它具有类似质量的材料也可使用。为除去对淀积材料附着力与结构形式有妨碍的潜在杂质，将衬底24的表面26用硫酸/过氧化氢溶液洗净。

洗净衬底24的表面26后，将一层称之为刻蚀介质的材料28淀积在表面26上，刻蚀介质28最好为二氧化硅这样的材料，它与铂基本上不起化学反应。在最佳步骤中，用基本上纯四乙基正硅酸盐（TEOS），或纯氧及硅烷源与化学气相淀积方法，将刻蚀材料28淀积到清洁的衬底表面26上，厚度最好为25000埃。这种化学气相淀积过程产生一层基本纯净的二氧化硅层，它具有很少的在后来的淀积过程中有可能掺入铂内的自由硅原子。氮化硅刻蚀介质或其它惰性刻蚀介质也能起刻蚀介质的作用，只要所选取的材料在铂淀积时不与铂或所使用的气氛发生反应，以及在铂淀积过程中，不会将杂质引入铂中或使铂变形即可。

如图2C所示，接着就将一个光致抗蚀剂层30，例如KTI747R型，涂敷在刻蚀介质层28顶上。然后最好采用负膜版使光致抗蚀剂曝光，以形成构成线路的迴折形通路，铂带状物就淀积在这些通路中，然后将光致抗蚀剂显影，洗净，使刻蚀介质28按所需的铂线路和图形暴露出来。光致抗蚀剂的曝光和显影最好按常规方法先用斯陶大石脑油，然后用丁基乙酸盐树脂清洗。这种方法不会掺入杂质，而这些杂质可能对下一步淀积的铂的电阻温度系数有不良影响。

然后，用一种氧化硅腐蚀剂腐蚀掉光致抗蚀剂所确定通路图形中的刻 蚀介质。腐蚀时间应足够长以便使衬底表面26按所需铂温度计线路形状暴露出来，如图2D的部分所示。

再使用等离子抗腐带或化学剂抗腐带将光致抗蚀剂30从保留下来的刻蚀介质28上清除掉，保留下的刻蚀介质图形是确定温度计线路用的图形的反图，如图2E所示。在这一步工艺中清除所有的光致抗蚀剂是很重要的，因为它们是有可能掺入被淀积的铂中的杂质源。

正如所指出的，以反图形式存在的刻蚀介质28，最好是基本纯净的氧化硅，没有会成为潜在的杂质的自由硅原子。因此，小心地使用已知技术来获得高纯度的刻蚀介质是我们所希望的。

在图2E中，衬底表面26为通路图形暴露出来的部分31A，31B，31C，这时已准备好供淀积电阻温度计材料铂使用。连续的温度计线路的边缘面32和34被隔开来以确定所需的铂带宽度，边缘面32和34一般与衬底表面垂直而且是平滑的，但他们稍微有点中凹，因为氧化物腐蚀剂沿通路的侧面腐蚀刻蚀介质28，然而在通路边缘与刻蚀介质保留部分的上表面29之间线条或边缘32A与34A（图2E），是尖峭的，轮廓分明的。表面32和34基本上是平的，横截面上凹进量仅稍有弧形。刻蚀介质和衬底必须对于铂不起化学反应，而且在溅射时的环境中化学性质与几何尺寸都稳定，以使刻蚀介质28和衬底24都不能渗入铂或与铂发生反应。

如图2F所示，接着就将铂层以所需的方式溅射淀积到衬底24在通路暴露出的表面26上，同时也越过轮廓线32A和34A溅射到保留下的刻蚀介质28的表面29上。溅射方式可以是如ROSEMOUNT工程有限公司，1984年10月31日公开的英国专利№    2096645B中所描述的，或如同1978年2月7日颁布给迪尔（Diehl）的美国专利№4，072，593中所描述的。由于淀积时小心尤为重要，所以须参考有关文献，以熟悉所要求的那些技术。 这些技术在下列文献中都概略介绍过：美国真空学会（地址：335    East    45th    Strcet，New    York）1981年的科目手册以及该学会资助出版的题为Sputter    Deposition    and    Ion    Beam    Processes（溅射淀积与离子束工艺）的简明教程;特别值得考虑的是上述科目手册中由John    A.Thornton编写的第Ⅵ章“Coating    Deposition    by    Sputtering”（涂层的溅射淀积）和W.D.Westwood编写的书“Glow    Discharge    Sources    for    Sputtering（溅射用辉光放电源）中的第四章，第33-36页。淀积铂时，最好在高温条件下的活性环境中进行，以便获得所需的晶粒取向与纯度。

在一个最佳实施例中，在图2E所示的衬底24的表面和以反图形式存在的刻蚀介质28清洗干净后，将衬底24置于Material Research CorPoration生产的“Sputtersphere”牌镀膜设备中，预热到500℃保温10分钟，阳极对阴极的间距定为2英吋，将机器功能调为二极管射频溅射方式。溅射前的初始真空度为10^-7毫米水银柱高。溅射腐蚀在功率为500W下进行10分钟，从而清除保留在表面上的杂质，气氛为基本上纯的氧（99，97%氧气）绝对压力为3.75×10^-3毫米水银柱高。然后，淀积99，99%铂，淀积时，目标电压为1000V，同时衬底温度控制在420℃左右。

溅射持续360分钟，以产生一层17000埃厚的铂层，气氛为处于3，75×10^-3毫米水银柱高绝对压力下的活性气体，它基本上为纯氧（99，99%氧气）。衬底在溅射过程中，持续长时间的高温，在此期间衬底被置于活性环境中，要能使衬底24和刻蚀介质28即对铂基本不起化学反应，又能保持几何尺寸稳定，以便达到所需的边缘形状与线宽，这是非常重要的。

先有技术中的刻蚀介质，例如光致抗蚀剂易于分解和丧失结构强度， 所以在这样的环境中，通路边缘表面将发生变形。分解使大量杂质掺入铂线路图形中，而且由于边缘表面的顶部将变圆滑，使得通路形状不能保持一定，在某些不规则的处所或许还可能出现侵蚀现象，这样，铂线条的形状就不能很好地维持恒定。光致抗蚀剂和先有技术中的刻蚀介质也易于渗入铂内。由于较好的含有二氧化硅的刻蚀介质不会在铂的溅射环境中发生反应或大量渗入，表面32和34将能保持其形状，边缘32A和34A也将能保持其尖峭的边线，所以铂线路能保持为由二氧化硅构成的反图所确定的形状。

上述参数和设定值的最佳值和允许范围列于下表：

表1

最佳值    允许范围

衬底预热温度    500℃    200-500℃

阳极到阴极间距    2″    1-3″

内部初始真空度 1×10^-7毫米水银柱高 ≤1×10^-6

毫米水银柱高

溅射腐蚀功率    500瓦    100-1000瓦

时间    10分钟    1-100分钟

氧气压力 3，75×10^-31×10^-3-10×10^-3

毫米水银柱高    毫米水银柱高

溅射淀积靶电压    1000伏    750-1500伏

衬底温度    420℃    350-500℃

时间    360分钟    300-600分钟

目标铂层厚度    17000埃    14000-

30000埃

氧气压力 3，75×10^-31×10^-3-10×10^-3

毫米水银柱高    毫米水银柱高

有一、二个参数变化±10%是允许的，只要其它参数保持不变，或者虽有变化，但并不会使温度计总质量降低即可。

铂溅射最好在低速度下进行，这样，溅射时间就足够长，以致于它不是一个决定因素而不需精确计时。换句话说，这样一来溅射时间就能有足够高的控制精度，以保证一批一批产品的性能有很好的重复性。因此，铂的厚度可以精确控制。精确的厚度对于获得所需的电阻温度系数并非关键。除此以外，还可以看到，铂的淀积步骤是容易控制在所需的铂层厚度所要求的限制之内，因此，即使不过分精确 地控制时间，生产过程的重复性也是很容易获得的。淀积出的铂，正如下面将描述的那样，在带的长、宽、厚上都是柱形晶粒形式，因此，成批量生产时也可得到所需的电阻温度系数。

本方法的一个重要特性是它对工艺过程的变化不敏感。当将刻蚀介质腐蚀掉形成铂线路图形时，表面32和34的过分凹蚀是一个令人关心的问题，但凹蚀用已知的一般腐蚀工艺是容易检测和控制的。剥除用于在刻蚀介质中形成铂条图形的光致抗蚀剂时，残留的剥除材料对刻蚀介质或衬底并无有害影响，所以即使剥除的持续时间很长，也未发现不良后果。如果在工艺过程中，腐蚀最后的刻蚀介质时的条件发生意外变化，这种变化也不容易使衬底报废，因为腐蚀对溶液浓度或计时的要求并不严格。腐蚀步骤的持续时间必须足够长，以便去掉有可能造成缺陷的那些材料。

与铂贴近的材料，在高温下的活性环境或气氛中不与铂发生反应，这一点很重要，这样，有害杂质就不会引入铂内。

淀积的铂层厚度约为17000埃，它不象刻蚀介质28的厚度（垂直高度）那样厚（约25000埃），因此，如图2F所示，在淀积完铂之后，带状或条状电阻温度计12的厚度或高度不等于确定温度计线路形状的边缘表面32和34的整个高度。由于边缘32A和34A在淀积进行时，没有被磨圆，所以铂层的薄弱环节，即上下铂层的互连部分36和38是沿着边缘表面32和34形成;这部分薄的疏松铂层的宽度，为刻蚀介质层28的厚度与17000埃之差，17000埃在这里是淀积出的铂条的高度和厚度。薄弱环节36和38形成薄而多孔的铂带，其宽约为8000埃，沿整个线路与边缘32A和34A相邻接。

如果需要，淀积在每一通路上的铂温度计带的厚度可保持为 14000埃-30000埃范围内，前提是刻蚀介质28的厚度也相应变化，使它的厚度总是厚于所需铂带的厚度。刻蚀介质28的厚度最好至少为所需铂的厚度（表面26上的高）的1，3-1，5倍。

薄的铂带段36和38通常是足够疏松的，这样液态腐蚀剂就能渗透到薄带层区域中去。然后用一种对铂和衬底几乎没有影响的腐蚀剂，例如氢氟酸，来腐蚀掉刻蚀介质的保留部分。由于腐蚀剂对铂和衬底几乎无影响，所以腐蚀最后刻蚀介质时的腐蚀时间和温度要求不严格，而且对于从一块衬底生产出的合格温度计的产量也无影响，即最终腐蚀剂在时间和温度上的正常变化将不会造成废品率增加。在所有刻蚀介质腐蚀掉以后，用编号40表示的，位于刻蚀介质顶部的那部分铂层，将会在薄弱带段36和38处与铂温度计带或条12的上缘机械地分离。这项任务可以通过除去40部分来完成或用适当的研磨料研磨铂层，以破除40部分的铂带。温度计条或带12紧密地粘接在衬底表面，所以它不会脱落。薄的铂带36和38也被磨掉使得铂带12上不存在任何薄的或不规则的边缘部分。而这样在实际中势必会破坏和改变温度计10的总电阻，图2G就是器件制作到这一步时的情况。

如果需要，一种附加的步骤可用来帮助腐蚀掉刻蚀介质。在刻蚀介质28被腐蚀掉之前，用一种浓度低的铂腐蚀剂来腐蚀薄带36和38，时间约为5-15分钟，比如该腐蚀剂可为含有10H₂O∶9Hcl∶1HNO₃的溶液。这种低浓度腐蚀剂对于在衬底表面26上的铂带厚度无明显影响，但在这一腐蚀过程中，薄带36和38可被基本清除，因为，该带很薄而且与牢固地附着在衬底表面26的铂带相比是很疏松的。当通过这一附加铂腐蚀剂将薄带36和38基本上清除掉时，以反图形状存在的刻蚀介质也象上所述那样被清除掉，同时铂层部分40也容易被清除，因为它们是浮动的，可用某种气流穿过衬底表面26将它们吹走。

然后将温度计10按要求清理干净，并在1000℃的氧气中对它进行热处理6小时左右。这种热处理不会清除掉柱形晶颗结构，只是将薄膜变得更紧凑。因此，在热处理期间，在衬底表面上的铂条或带12的厚度减少到原淀积厚度的一半左右（7000-15000埃），同时铂带或条12的导电率也增加了。热处理温度可在800-1000℃之间变化，温度计的加热时间5-7小时之间。

已经发现，热处理后，厚度至少为7000埃的铂带可提供所需的电阻温度系数。在最初的热处理期间，电阻温度系数和铂电阻率变化迅速，然后在热处理快结束时就变化相对慢，以致，在合适的时间控制下，每批产品的电阻温度系数和铂电阻率没有多大变化。

图3的标号与前图一致，它显示了铂带和条12结构的放大截面图，当采用上述方法淀积时，铂层由紧紧排列在一起的柱状晶粒44构成。晶粒44在带的厚度或高度方向的长度最好基本上连续。晶粒最好有垂直于衬底表面26的纵轴。如果溅射如所述的那样仔细，晶粒的绝大部分应是连续的。铂带的结构包括顶面48，底面50，第一侧面52与第二侧面54;底面50粘合或固定或连接在衬底表面26上，第一侧面52和第二侧面54是平滑的，但它们稍微向外弯曲（它们是凸状的），这与刻蚀介质的边缘面32和34是稍微向里弯曲或稍微凹状相一致。

由于在溅射铂的过程中，刻蚀介质的结构稳定，所以柱状晶粒44基本上均匀分布在带或条12的整个区域直到第一侧面52和第二侧面54。因此，整个带基本上都由柱形晶粒构成。在淀积铂的过程中，由刻蚀介质确定的形成铂带或条12用的通路始终是尖峭的。

由于在溅射环境中，刻蚀介质28不与铂起化学反应而且尺寸稳定，所以几乎没有杂质或疵点在第一侧面和第二侧面52和54上出现。因此，第一侧面和第二侧面是界线分明的，平滑的，基本上与衬底表面26 垂直。同时，这还产生另一个好处，就是淀积铂用的通路可较紧凑地形成或排列在一起，这样铂条也就可紧凑地排列在一起。如果刻蚀介质中的通路边缘显示明显的横向凸起，结构不完整，或者在淀积铂时，有向衬底表面上延伸的趋向，这就使通路中形成的部分条或带之间产生短路的可能性增加。采用如图3所示的铂结构，可以获得所需的电阻温度系数和更小尺寸的温度计，因为这种结构的条或带部分边缘界线分明。采用上述掩膜刻蚀技术，宽度为20微米，带段间距为20微米的铂带可以容易地成批生产。

掩膜刻蚀技术允许生产尺寸更小的温度计，无论淀积的铂是否具有柱形结构。由于采用一种非活性的结构稳定材料为确定线路形状的刻蚀介质，所以每一线路的侧表面都是界线分明的，而且基本上不含杂质。如果侧表面含有杂质或界线不分明，淀积铂的电阻温度系数就会降低。当然，所用的铂块的尺寸或体积对于所获得的电阻温度系数也是很重要的。

采用低杂质含量的铂，铂带厚度的增加可导致电阻温度系数的增加。加大带12的厚度时，面电阻率降低，带必须做得很窄，或做得更长，这样才能获得作温度计所需要的工作电阻。以前确定图形的方法会沿边缘往铂中掺入大量杂质，这样，用过去的方法将图形做得越窄，掺入的杂质就越多，而且会使电阻的温度系数进一步降低。因此，以往的温度计需要用更长，更宽的条或带图形，来获得所需要的电阻和电阻温度系数。采用高杂质含量的铂时，温度计不可能达到所需的电阻温度系数。

柱形铂晶粒结构的附加好处是能更好地控制电阻温度系数，而且重复性极好。在选定厚度范围内，具有柱形晶粒结构的铂层厚度的精确度对于铂带或铂条的电阻温度系数是不重要的。因此，淀积铂时也不要求精确计时，从而在工业生产条件下，成批生产的成功率就大大增加。

尽管通过参照最佳实施例，对本发明已进行了描述，但是精通本专业的技术人员将会发现，本发明的形式与细节可在不脱离本发明的内容和范围的情况下予以改变。

Claims (16)

1、一种按照预定图形的制造铂薄膜电阻温度计的方法，包括下列步骤：

提供一个与铂基本不起作用的，带有平，清洁上表面的衬底；

淀积一层刻蚀介质，该刻蚀介质基本上与衬底表面的铂不起作用，去掉刻蚀介质以凹进通路的形式暴露于衬底表面，通路是由与预定图形相反的刻蚀介质图形确定的；

在衬底的暴露部分和刻蚀介质上淀积铂，已形成紧密排列的铂柱形晶粒的条，该铂从衬底向外凸出，圆柱形晶粒在铂带外缘相邻处和带的其它部分铂晶粒基本无变化，并且

去除刻蚀介质和刻蚀介质上的电阻材料，同时留下在通路上粘连到暴露的衬底表面上的电阻材料。

2、根据权利要求1所述的方法，包括首先将刻蚀介质淀积到衬底的整个表面，并且去除步骤中包括腐蚀掉刻蚀介质以确定通路，该通路带有高出衬底表面刻蚀介质所确定的腐蚀侧表面。

3、根据权利要求1所述的方法，包括在淀积电阻材料之后腐蚀掉刻蚀介质，并去除不在所确定通路上的电阻材料。

4、根据权利要求2所述的方法，其中淀积在通路中的电阻材料厚度小于刻蚀介质的厚度，这样，通路侧表面的高度将超过通路中电阻材料的厚度，从而，使沉积的电阻材料在靠近侧表面的最外部分形成疏松带。

5、根据权利要求1所述的方法，其中，电阻材料是铂并且铂在高温下，活性气氛下以一个慢速率喷射淀积以在时间控制没有极限的方式下产生圆柱铂晶粒。

6、根据权利要求1所述的方法，其中，刻蚀介质被选择以在温度为500℃的淀积环境下沿着通路和整个暴露于电阻材料的基本上垂直侧面，产生精确确定陡峭顶缘。

7、根据权利要求1所述方法，其中刻蚀介质是从SiO₂衍生出的四乙基正硅酸盐（TEOS）。

8、根据权利要求1所述的方法，其中衬底材料为外延级别的蓝宝石。

9、根据权利要求1所述的方法，其中刻蚀介质是化学汽相淀积氧化硅。

10、一种成批生产的铂薄膜电阻温度计，其中包括：

用于支撑铂的衬底物;

在衬底物上形成的弯曲带状图形的电阻带，电阻带具有一定的带长，预定的厚度和确定带状图形宽度的边缘;该电阻带的特征在于从整个长度，厚度与宽度方向看，它都具有由紧密排列的柱状铂晶粒组成的基本均匀的结构，而且上述结构的周围边缘基本上没有疵点。

11、根据权利要求10的电阻温度计，其中铂晶粒具有基本上垂直于衬底的纵轴。

12、根据权利要求11的电阻温度计，其中铂的大部分晶粒在带的整个厚度方向是连续的。

13、一个铂薄膜电阻温度计，它具有在一绝缘衬底上的一个预定图形上形成的电阻材料，该电阻材料具有可控的电阻温度系数，其中温度计的形成步骤包括：

形成一层刻蚀介质层，它基本上与衬底上的电阻材料不发生化学反应;

在刻蚀介质上形成一个与预定图形相反的反图;

在衬底上淀积电阻材料;

清除刻蚀介质和附着在刻蚀介质上的电阻材料，同时留下位于预定图形处的固定于衬底上的电阻材料，它具有一个可控的电阻温度系数。

14、根据权利要求13的温度计，其中电阻温度系数可被控制，而与一批一批之间薄膜厚度变化基本无关。

15、根据权利要求13的温度计，其中电阻材料包括铂。

16、根据权利要求13的温度计，其中刻蚀介质包括高纯度的二氧化硅。

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