DE19848524C1

DE19848524C1 - Verfahren zur Herstellung hochintegrationsfähiger Platin-Dünnschichtwiderstände

Info

Publication number: DE19848524C1
Application number: DE1998148524
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Brode; Armin Heinrich; Joachim Schuman
Original assignee: SIEGERT TFT GmbH; Institut fuer Festkoerper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: LEIBNIZ-INSTITUT fur FESTKOERPER- und WERKSTOFFFORS; Siegert Tft 07629 Hermsdorf De GmbH
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2018-10-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochintegrationsfähiger Platin-Dünnschichtwiderstände mit Normkennlinie. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verfahrensweise zur Herstellung von Platin-Dünnschichtwiderständen mit Normkennlinie für Temperaturmeßzwecke so zu verändern, daß auch für Platinschichtdicken von < 1,5 mum die erforderliche Morphologieausbildung gewährleistet ist und gegenüber den bekannten derartigen Widerständen die Herstellung höherohmiger Widerstände mit einem wesentlichen höheren Integrationsgrad ermöglicht wird. DOLLAR A Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren, bei dem mittels physikalischer Beschichtungsverfahren auf einem Substrat eine Platinschicht abgeschieden und diese anschließend mittels einer Wärmebehandlung in nichtoxidierender Atmosphäre einem Formierungsprozeß zur Erzielung des Normtemperaturkoeffizienten von 3850 +- 50 ppm/K unterworfen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die formierte Platinschicht nachfolgend mit einem physikalischen Ätzverfahren bei Vermeidung einer Veränderung der lateralen Kristallitausbildung bis auf eine Enddicke im Bereich von 200 nm bis 100 nm abgetragen wird. DOLLAR A Die so hergestellten Widerstände ermöglichen einen 5fach bis 10fach höheren Integrationsgrad und sind insbesondere für Temperaturmeßzwecke geeignet.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochintegrationsfähiger Platin-Dünnschichtwiderstände mit Normkennlinie für Temperaturmesszwecke.

Zur Herstellung von Platin-Dünnschichtwiderständen mit Normkennlinie für Temperaturmesszwecke ist es bereits bekannt, in einem Vakuumprozess mittels Elektronenstrahlverdampfung, Flashverdampfung oder Hochratezerstäuben auf Substraten, meist Keramiksubstraten, eine Platinschicht abzuscheiden (H. J. A. klappe, Technisches Messen tm, 4(1987) 130-140; J. L. Zhang et al., Japanese Journal of Appl. Phys. Part 1 36(1997) 834-839). Die verfahrenstechnischen Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf das Abscheiden möglichst fremdstofffreier Schichten, da Störstellen im Gefüge der Platinschicht den Temperaturkoeffizient der Schicht negativ beeinflussen. Um eine ausreichende Haftung des Platins auf den Substraten zu erreichen, werden relativ rauhe Substrate eingesetzt, so dass die Platinschicht ohne haftvermittelnde Hilfsschichten mechanisch am Substrat verankert ist. Dennoch können im Vakuumbeschichtungsprozess keine Schichten mit dem Normtemperaturkoeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K realisiert werden. Erst durch nachfolgende Formierungsprozesse bei Temperaturen um 1000°C und unter Schutzgas werden Schichtmorphologien erreicht, deren elektrische Leitfähigkeit der des Bulkmaterials entspricht und die den geforderten Normtemperaturkoeffizienten ermöglicht (J. L. Zhang et al., Japanese Journal of Appl. Phys. Part 1 36(1997) 834-839; D. S. Lee et al., Thin Films-Structure and Morphology, MRS- Symposium 1997, Vol. 441, 341-346, Ed. Warrendale) Eine entscheidende Voraussetzung für die im Formierungsprozess angestrebte Morphologieausbildung ist dabei jedoch eine Mindestdicke der Platinschicht von ≧ 1,5 µm. Diese Schichtdicke steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der im Beschichtungs- und Formierungsprozess erreichbaren Kristallitgröße. Dünnere Schichten erlauben kein entsprechendes Kristallwachstum und ermöglichen so nicht die Einstellung des Normtemperaturkoeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K.

Die notwendige Schichtdicke des Platins beschränkt derzeit den Integrationsgrad solcher Platin-Dünnschichtwiderstände auf etwa 50 Ω/mm². Dies begrenzt die Bauelementminiaturisierung und zwingt aufgrund der Niederohmigkeit dieser Widerstände zu hohen Aufwendungen in der Messtechnik, resultierend aus der Notwendigkeit der Anwendung der Vierpolmesstechnik, hohen Messleistungen und Fehlern durch Eigenerwärmung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Verfahrensweise zur Herstellung von Platin- Dünnschichtwiderständen mit Normkennlinie für Temperaturmesszwecke so zu verändern, dass auch für Platinschichtdicken von < 1,5 µm die erforderliche Morphologie ausbildung gewährleistet ist und gegenüber den bekannten derartigen Widerständen die Herstellung höherohmiger Widerstände mit einem wesentlich höheren Integrationsgrad ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren, bei dem mittels physikalischer Beschichtungsverfahren auf einem Substrat eine Platinschicht abgeschieden und diese anschließend mittels einer Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre einem Formierungsprozess zur Erzielung des Normtemperatur koeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K unterworfen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die formierte Platinschicht nachfolgend mit einem physikalischen Ätzverfahren bei Vermeidung einer Veränderung der lateralen Kristallitausbildung auf eine gewünschte Enddicke von 200 nm bis minimal 100 nm abgetragen wird.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die formierte Platinschicht mittels Sputterätzen im Argon- Wasserstoff-Plasma abgetragen.

Als Ätzer kann vorteilhaft ein inverser Hochfrequenz- Sputterätzer verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird die Platinschicht in einem intermittierenden Ätzprozeß mit einem Verhältnis von Abtragphase zu Dunkelphase von 1 : 3 bis 1 : 6 abgetragen.

Zweckmäßig ist es, wenn eine Ätzrate von 2 bis 5 nm/min angewandt wird und wenn die Platinschicht beim Abtragen auf einer Temperatur zwischen 150°C bis 300°C gehalten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik insbesondere dadurch aus, dass die Herstellung hochohmiger Platin-Dünnschichtwiderstände mit einem 5fach bis 10fach höheren Integrationsgrad ermöglicht wird. Mit dem Verfahren lassen sich auf einfache Weise sehr dünne Platinschichtdicken mit einer Dicke von < 1,5 µm herstellen, deren elektrische Leitfähigkeit dem des Bulkmaterials entspricht und die den geforderten Normtemperaturkoeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K besitzen.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Auf ein raues Keramiksubstrat aus Al₂O₃, das eine Rauigkeit R_a ≧ 0,3 µm besitzt, wird im Vakuum bei 1 mPa mittels Elektronenstrahlverdampfung eine 1,5 µm dicke Platinschicht unter Vermeidung haftvermittelnder Hilfsschichten abgeschieden. Diese Platinschicht wird anschließend in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von 1050°C während einer Dauer von 2 h einem Formierungsprozess zur Erzielung des Normtemperaturkoeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K unterworfen. Danach wird die formierte Platinschicht mittels Sputterätzen im Argon-Wasserstoff-Plasma abgedünnt. Das Ätzverfahren wird so ausgeführt, dass keine Veränderung der lateralen Kristallitausbildung in der Platinschicht eintritt. Als Ätzer wird ein inverser Sputterätzer verwendet. Der Ätzprozess wird intermittierend mit einem Verhältnis von Abtragphase zu Dunkelphase von 1 : 6 durchgeführt. In der Abtragphase wird eine Ätzrate von 30 nm/min angewandt. Die Platinschicht wird beim Abtragen auf einer Temperatur von 200°C gehalten. Der Ätzprozess wird beendet, sobald die Platinschicht auf eine Enddicke von 200 nm abgedünnt ist.

Die mit dieser Verfahrensweise hergestellten Platin- Dünnschichtwiderstände weisen einen Flächenwiderstand von 500 mΩ/mm² und einen Temperaturkoeffizienten von 3800 ± 20 ppm/K auf. Diese Widerstände können vorteilhaft mit hoher Integrationsdichte für Temperaturmesszwecke eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung hochintegrationfähiger Platin- Dünnschichtwiderstände mit Normkennlinie für Temperaturmesszwecke, bei dem mittels physikalischer Beschichtungsverfahren auf einem Substrat eine ≧ 1,5 µm dicke Platinschicht abgeschieden und diese anschließend mittels einer Wärmebehandlung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre einem Formierungsprozess zur Erzielung des Normtemperaturkoeffizienten von 3850 ± 50 ppm/K unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend die formierte Platinschicht mit einem physikalischen Ätzverfahren bei Vermeidung einer Veränderung der lateralen Kristallitausbildung auf eine Enddicke im Bereich von 200 nm bis 100 nm abgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formierte Platinschicht mittels Sputterätzen im Argon- Wasserstoff-Plasma abgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ätzer ein inverser Hochfrequenz-Sputterätzer verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinschicht in einem intermittierenden Ätzprozeß mit einem Verhältnis von Abtragphase zu Dunkelphase von 1 : 3 bis 1 : 6 abgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinschicht mit einer Ätzrate von 2 bis 5 nm/min abgetragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platinschicht beim Abtragen auf einer Temperatur zwischen 150°C bis 300°C gehalten wird.