DE2402709A1 - Duennfilmeinrichtung mit einem niedrigohmigen kontaktwiderstand - Google Patents

Duennfilmeinrichtung mit einem niedrigohmigen kontaktwiderstand

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Description

DR. MOLLER-BORi DIPL.-ING. GROENll«··« DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL DIPL.-CHEM. DR. GCHÖN DIPL.-PHYS. HERTEL
PATENTANWÄLTE
η m. \m
D/S/Gl - M 2292 Multi-State Devices Ltd., Dorval 740, Quebec, Canada
Dünnfilmeinrichtung mit einem niedrig-ohmigen Kontakt-Widerstand
Die Erfindung betrifft eine Dünnfilmeinrichtung und befasst sich insbesondere mit einer Vanadinoxyd-Dünnfilmeinrichtung mit einem niedrig-ohmigen Eontaktwiderstand.
Es ist bekannt, Eontakte für Dünnfilmeinrichtungen
aus Vanadinoxyden, wie beispielsweise Vanadindioxyd (VOp) oder Vanadinsesquioxyd (V2O,), zu schaffen, und zwar durch Aufdampfen von geeigneten Metallen auf den Vanadinoxyd-Dünnfilm durch eine Maske. Bezüglich der Konfiguration und der Grosse der Kontakte, die durch Aufdampfen durch eine Maske hergestellt werden, die in Kontakt mit dem Vanadinoxyd-Film ist, müssen jedoch Einschränken in Kauf genommen werden. Ferner wird der Vanadinoxyd-Film vfährend des Verfahrens'der Einwirkung eines Vakuums ausgesetzt, wodurch in nachteiliger Weise die Filmeigenschaften beeinflusst werden können. Ferner wird
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oft ein schlechtes Haften des Metalls an dem Vanadin oxy d-Film festgestellt. Oft liegt auch, ein relativ hoch-onmiger Kontäktwiderstand zwischen dem Metall und dem Vanadinoxyd-Film vor.
In der DT-ES (Patentanmeldung P 22 47 882.6 v. 29.9.72)
wird die Erzeugung von Kontakten für Vanadinoxyα-Einrichtungen ■beschrieben, wobei in einem Abstand vorgesehene Eontakte aus Chromnickel auf einem Substrat aufgebracht werden, ein Vanadinoxyd-Film über dem Substrat versprüht wird und dann ein G}eil des Vanadinoxyd-Films zur Freilegung der Chromnickel-Kontakte entfernt wird. Dabei wird eine die Chromnickel-Kontakte überbrückende Brücke aus Vanadinoxyd zurückgelassen. Da jedoch das Vanadinoxyd bei ungefähr 40O0C abgeschieden wird, treten oft chemische Reaktionen zwischen dem Vanadinoxyd und dem Ghromnickel auf. Derartige Reaktionen bedingen einen schlechten Kontakt zwischen dem Vanadinoxyd und dem Chromnickel, so dass ein relativ hoch-ohmiger Kontaktwiderstand zwischen den zwei Filmen die Folge ist, der zwischen 25 und 250 Ohm sehwankt. Erfindungsgemäss ist unter dem Kontaktwiderstand die Zusammenfassung der folgenden drei verteilten Widerstände zu verstehen: Der Reihenwiderstand in dem Vanadinoxyd-Film, der das Kontaktmetall überlappt, der Zwischenschichtwiderstand zwischen dem Vanadinoxyd-Film und dem Kontaktmetall und der Reihenwiderstand in dem Kontaktmetall, das unter dem Vanadinoxyd liegt.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Verminderung des Kontaktwiderstands der Verbindung zu dem Vanadinoxyd-Film auf einen minimalen Wert.
Die erfindungsgemässe Dünnfilmeinrichtung mit einem niedrigohmigen Kontaktwiderstand besteht aus einem plattenähnlichen Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material, in einem Abstand vorgesehenen Platinkontakten, die auf der Oberfläche
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eines derartigen Substrats abgeschieden sind, und einem dünnen Film aus Vanadinoxyd, der auf dem Substrat abgeschieden ist und einen Ieil der in einem Abstand angebrachten Platinkontakte überbrückt. Der Vanadinoxyd-Film besitzt einen niedrig-ohmigen Kontaktwiderstand mit den Platinkontakten und haftet gut an diesen Kontakten an. Der Widerstand liegt in reproduzierbarer Weise unterhalb 10 Ohm.
Das Substrat der erfindungsgemässen. Dünnfilmeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Saphirmaterial, es kann jedoch ebenso aus einem polykristallinen Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Quarz oder Glas hergestellt sein. Wird ein Substrat aus Saphir, Glas oder Quarz Verwendet,, dann werden zuerst Titankontakte auf dem Substrat abgeschieden, worauf die Platinkontakte auf die Titankontakte aufgebracht werden, da Platin allein ein schlechtes Haftvermögen an Saphir, Glas oder Quarz besitzt. Hatürlich kann man auch andere reaktive Metalle dazu verwenden, das Haftvermögen des Platinfilms zu erhöhen.
Zur Verbesserung der Verbindungen zu den Platinkontakten wird vorzugsweise eine Goldschicht auf den Platinkontakten aufgebracht, um das Verbinden der Abgabeleitungen mit der Goldschicht zu erleichtern. Andere weiche Metalle, beispielsweise Aluminium, können ebenfalls verwendet werden.
Das Verfahren zur Herstellung der vorstehend geschilderten Dünnfilm-Einrichtung besteht darin, einen Film aus Platin auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Materials aufzubringen, den nicht gewünschten Teil des Platinfilms unter Zurücklassung von in einem Abstand angebrachten Platinkontakten zu entfernen, einen dünnen Film aus Vanadinoxyd über dem Substrat und den Platinkontakten reaktiv zu versprühen und den Vanadinoxyd-lilm über einem Teil der Platinkontakte zu ent-
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fernen, um diese freizulegen, wobei jedoch, soviel Yanadinoxyd zurückbleibt, um die Ränder der Platinkontakte zu überbrücken.
Besteht das Substrat aus Saphir, Quarz oder Glas,'dann wird zuerst ein Film aus Titan oder einem anderen reaktiven Metall auf dem Substrat aufgebracht, worauf der Platinfilm auf dem reaktiven Metallfilm aufgebracht wird, um das Haften des Platins an dem Substrat zu verbessern. Die nicht gewünschten Teils beider Filme werden zusammen unter Zurücklassung von in einem Abstand vorgesehenen Kontakten entfernt.
Soll eine Gold- oder Aluminiumschicht auf dem Platinfilm aufgebracht werden, dann wird eine derartige Schicht auf dem Platinfilm abgeschieden, wobei das Gold oder das Aluminium zuerst von demjenigen Teil des Platinfilms abgeätzt wird, der mit dem Yanadinoxyd-Film kontaktiert werden soll, so dass die Ränder der Platinkontakte freibleiben, damit das Vanadinoxyd darauf abgeschieden werden kann. Die nicht gewünschten Teile des Platinfilms und des Titanfilms werden, falls derartige Filme vorliegen, anschliessend entfernt.
Abschliessend kann eine Schicht aus Siliciumdioxyd über dem Yanadinoxyd-Filiii sowie über der Gold- oder Aluminiumschicht aufgebracht werden, um die Dünnfilmeinrichtung gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen und die Stabilität des Films zu verbessern, natürlich wird ein Teil des Siliciumdioxydfilms entfernt, um die Gold- oder Aluminiumkontakte freizulegen.
Die Erfindung wird durch die begefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemässen Dünnfilmeinrichtung mit einem niedrig-ohmigen Widerstandskontakt,
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Pig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung von Fig. 1 vor der Aufbringung eines Siliciumdioxydfilms.
Die 3?ig. 1 und 2 zeigen schematisch einen Dünnfilm-Temperatursensor aus einem Substrat 10 aus einem elektrisch isolierenden Material, das beispielsweise eine Breite von 0,37 mm (0,015 inch), eine Länge von 0,75 mm (0,030 inch) und eine Dicke von 0,25 mm (0,010 inch) besitzt. Ein derartiges Substrat besteht aus einem Saphirmaterial, es kann jedoch auch aus polykristallinem Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Quarz oder Glas bestehen. Zwei in einem Abstand angebrachte Kontakte 12 sind an jedem Ende eines derartigen Substrats vorgesehen, wobei jeder Kontakt aus einem ütanfilm 14, der auf dem Substrat 10 aufgebracht ist, einem Platinfilm 16, der auf dem Titanfilm 14 aufgebracht ist, und einer G-oldschicht 18, die auf dem Platinfilm 16 aufgebracht ist, besteht. Der Titanfilm kann eine Dicke zwischen 100 und 500 2. besitzen, während die Dicke des Gold- und Platinfilms zwischen 1000 und 5000 i schwanken kann. Ein Vanadinoxyd-Film 20, beispielsweise ein Film aus Vanadindioxyd (VO2) oder Vanadinsesquioxyd (VpO,), wird auf dem Saphirsubstrat 10 und auf den Rändern der Platinkontakte 16 aufgebracht, um die zwei Platinkontakte zu über-? brücken. Die Dicke des Vanadinoxyd-Pilms liegt zwischen 1000 und 5000 $.. Abschliessend wird ein Überzug 22 aus Siliciumdioxyd mit einer geeigneten Dicke auf der Vanadinoxyd-Schicht 20 aufgebracht, um die ganze Einrichtung gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen.
Das vorstehend beschriebene Substrat kann in einem Standardkopfstück (T05) befestigt werden, das mit wenigstens zwei Kontaktstiften sowie Verbindungen zwischen den Stiften und den Goldkontak 18 über eine Drahtverbindung versehen ist.
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Zur Herstellung der durch die Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Einrichtung wird das Substrat 10 zuerst über seiner- ganzen Oberfläche mit einem Titanfilm nach einer bekannten Methode, beispielsweise durch Zerstäuben, überzogen. Bei der Durchführung einer zweiten Zerstäubung wird ein Film aus Platin auf dem Titanfilm aufgebracht. Abschliessend wird eine dritte Schicht aus Gold ebenfalls nach- bekannten Methoden über dem Platinfilm zerstäubt oder auf diesen aufgedampft. Unter Anwendung eines an sich bekannten Photoresist-Verfahrens sowie unter Einsatz einer photographischen Maske zur Ausbildung des G-oldmusters wird der Goldfilm von dem zentralen Teil des Substrats 10 weggeätzt, wodurch die Goldkontakte 18 freigelegt werden, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht. Dann werden nach einem weiteren. Photoresist-Verfahren die Platin- und Titanfilme von dem zentralen Abschnitt des Substrats v/eggeätzt, jedoch in einem etwas geringeren Ausmaß, so dass die Schultern zurückbleiben, auf denen, wie aus Fig. 1 hervorgeht, der Vanadinoxydfilm aufgebracht wird. Der Vanadinoxydfilm 20 wird unter Anwendung eines reaktiven Zerstäubungsverfahrens bei einer Temperatur von ungefähr 4000C in einer Argon/Sauerstoff-Atmosphäre aufgebracht. Die Sauerstoffdrucke liegen zwischen 0,7 und 2,5 mTorr, während der Gesamtdruck mit Argon auf 7,5 mTorr gebracht wird. Die Hochfrequenzleistung bei der Durchführung des Zerstäubungsverfahrens beträgt ungefähr 350 W. Dabei wird eine Abseheidungsgeschwindigkeit erzielt, die mit zunehmenden! Sauerstoffdruck zwischen 50 und 35 Ä/Minute schwankt. Ein derartiges Verfahren wird näher in einem Artikel beschrieben, der die Überschrift "Transport and Structural Properties of VOp Films" trägt und von Clarence CY. Kwan et al in "Applied Physics letters", Band 20, Nr. 2, 15. Januar 1972, veröffentlicht ist. Natürlich kann man auch andere Methoden anwenden, um den Vanadin oxy df ilm 20 auf dem Substrat aufzubringen. Der Vanadinoxydfilm liegt in polykristallinem Zustand vor und bedeckt den mittleren Teil des Substrats 10 sowie die Ränder der Platinschicht 10 und kann
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in Reihe mit den Kontakten 18 verbunden werden. Das Vanadin oxy dmuster wird anschliessend nach einem Pho tores is t-Verfahren . ausgebildet, wobei der Vanadinoxydfilm von den Goldkontakten abgeätzt wird. Absehllessend wird der Vanadinoxydfilm mit einem Überzug aus Silieiumdioxyd bedeckt, um die «Einrichtung gegenüber der Umgebung zu schützen und die Stabilität des Films zu verbessern. Natürlich, muss der Siliciumdioxydfilm soweit abgeätzt werden, dass die Goldkontakte freigelegt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ätzungen werden vorzugsweise chemisch durchgeführt, wenn Gold, Titan, Siliciumdioxyd und Vanadinoxyd entfernt werden sollen, während Platin vorzugsweise unter Anwendung einer Sprühätzmethode entfernt wird.
Es wurde gefunden, dass Platin einen sehr guten Kontakt mit Vanadinoxydfilmen bildet. Platin ist bei 40O0C stabil, d.h. bei der Temperatur, die zum Versprühen von Vanadinoxyd auf die Ränder der Platinkontakte 16 eingehalten wird. Ferner erfolgen keine chemischen Reaktionen zwischen Vanadinoxyd und Platin bei der vorstehend angegebenen Temperatur. Die vorstehend angegebenen Bedingungen ermöglichen einen niedrigohmigen Kontaktwiderstand sowie ein gutes Haften zwischen dem Vanadin oxydfilm und dem Platinfilm.
Platin allein haftet nicht gut an Saphir, Glas oder Quarz. Wird daher ein Substrat aus Saphir, Glas oder Quarz verwendet, dann wird zuerst ein Titanfilm auf dem Substrat aufgebracht, worauf der Platinfilm auf den Titanfilm aufgebracht wird. Andere reaktive Etaterlalien zur Erhöhung des Haftens des Platinfilms können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise Vanadin, Molybdän und Tantal.
Die Abgabeleitungen der Einrichtung können direkt mit dem Platinfilm verbunden werden, wobei jedoch ein Schweissen oder ein anderweitiges Verbinden schwierig durchzuführen Ist. FoIg-
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lieh, wird zuerst eine G-oldschicht 18 auf dem Platinfilm 16 aufgebracht, worauf die Abgabedrähte mit den G-oldkontakten 18 verschweisst werden. In ähnlicher Weise kann man andere weiche Metalle, beispielsweise Aluminium, zur Erleichterung des Befestigens der Leitungen verwenden.
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Claims (11)

  1. Paten tans prüche
    ünnfilmeinrichtung mit einem niedrig-ohmigen Kontaktwiderstand, gekennzeichnet durch
    a) ein plattenähnliches.Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material,
    b) in einem Abstand vorgesehene Platinkontakte, die auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht sind, und
    c) einen dünnen EiIm aus Vanadinoxyd, der auf dem Substrat aufgebracht ist und einen Teil der in einem Abstand vorgesehenen Platinkontakte überbrückt,, wobei das Vanadinoxyd einen niedrig-ohmigen Kontaktwiderstand besitzt und gut an den Platinkontakten anhaftet.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus Saphir, einem polykristallinen Aluminiumoxyd, Berylliumoxyd, Quarz oder Glas besteht.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus Saphir, Quarz oder Glas besteht.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass litankontakte vorgesehen sind, die auf dem Substrat abgeschieden sind, wobei die in einem Abstand vorgesehenen Platinkontakte auf den Titankontakten abgeschieden sind.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Goldschicht auf den Platinkontakten aufgebracht ist.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminiumschicht auf den Platinkontakten aufgebracht ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überzug aus Siliciumdioxyd auf dem Vanadinoxydfilm aufgebracht ist.
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  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Dünnfilmeinrichtung mit einem niedrig-ohmigen Kontaktwiderstand, dadurch gekennzeichnet, dass
    a) ein Film aus Platin auf einem Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material aufgebracht wird,
    b) die nicht gewünschten Teile des Platinfiliiis zur Freisetzung von in einem Abstand angebrachten Platinkontakten entfernt werden,
    c) reaktiv ein dünner Film aus Vanadinoxyd auf das Substrat sowie die Platinkontakte versprüht wird und
    d) das Vanadinoxyd von einem Teil der Platinkontakte unter Zurücklassung von Vanadinoxyd entfernt wird, das die Ränder der Platinkontakte überbrückt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Substrat aus Saphir, Glas oder Quarz besteht, wobei zuerst ein Film aus Titan auf dem Substrat aufgebracht wird, und der Platinfilm auf den Titanfilm zur Verbesserung des Haftens des Platins an dem Substrat aufgebracht wird, wobei beide Filme zusammen entfernt werden.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus Gold oder Aluminium auf dem Platinfilm aufgebracht wird, wobei die Schicht aus Gold oder Aluminium zuerst von dem Teil der Platinschicht abgeätzt wird, die mit dem Vanadinoxyd kontaktiert werden soll, so dass die Eänder der Platinkontakte für die Aufbringung des Vanadinoxyds unbedeckt zurückbleiben.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus 'Siliciumdioxyd auf dem Vanadinoxydfilm sowie auf der Schicht aus Gold oder Aluminium aufgebracht wird, worauf das Siliciumdioxyd uüber den Gold- oder Aluminiumkontakten entfernt wird.
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