DE2509623A1 - Verfahren zum herstellen von elektrischen widerstandsschichten - Google Patents

Verfahren zum herstellen von elektrischen widerstandsschichten

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DE2509623A1
DE2509623A1 DE19752509623 DE2509623A DE2509623A1 DE 2509623 A1 DE2509623 A1 DE 2509623A1 DE 19752509623 DE19752509623 DE 19752509623 DE 2509623 A DE2509623 A DE 2509623A DE 2509623 A1 DE2509623 A1 DE 2509623A1
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discharge plasma
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Application number
DE19752509623
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Inventor
Hans Werner Dipl Poetzlberger
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
    • H01C17/075Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin film techniques
    • H01C17/12Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin film techniques by sputtering

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Apparatuses And Processes For Manufacturing Resistors (AREA)

Description

  • Verfahren zum Herstellen von elektrischen Widerstandsschichten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektrischen Widerstandsschichten aus TaCx mit 0,35 dz(0,8 durch Kathodenzerstäubung.
  • Aus der DT-OS 1 802 900 ist es bekannt, Tantal-Carbid-Schichten der Zusammensetzung TaCx mit 0,35 Cx t0,8 durch Aufkarburieren von Tantalfolien oder von aufgestäubten Tantalschichten in einer Kohlenwasserstoffatmosphä.re bei- Temperaturen zwischen 15000 und 25000 C herzustellen. Aus dieser Literaturstelle ist es auch bekannt, derartige Tantal-Carbid-Schichten durch Zerstäuben einer Tantal-Carbid-Kathode, die zuvor durch Aufkarburieren eines Taiftalbleches erhalten wurde, herzustellen. Diese bekanntsn Carbid-Schichten und -Folien besitzen eine gute QxydationsbestAndigkeit und einen niedrigen Temperaturkoeffizienten, so daß sie für den Einsatz als Widerstandsschichten geeignet sind. Die in dieser Literaturstelle beschriebenen Herstellungsverfahren sind jedoch insbesondere dann völlig ungeeignet, wenn es um die Herstellung von dünnen Widerstandsschichten auf nichtleitenden Substraten geht. Bei den hohen Temperaturen, die für das Aufkarburieren der Tantal-Schichten benötigt werden, kann sehr leicht eine Beschädigung der Substrate eintreten. Auch das Herstellungsverfahren, das mit der Zerstäubung einer Tantal-Carbid-Kathode arbeitet, ist wenig geeignet, da es eine feine Dosierung der Kohlenstoffkonzentration nicht erlaubt.
  • Aus der Zeitschrift "Bell Latoratories Record",Nov. 1964, Seiten 364 bis 369 ist es bekannt, Tantal-Carbid-Schichten mit unterschiedlichen Kohlenstoffkonzentrationen durch reaktive Kathodenzerstäubung mit entweder Methan oder Kohlenmonoxyd als reaktivem Gas herzustellen. über die Eigenschaften der so hergestellten Tantal-Carbid-Schichten und insbesondere über die Parameter bein Aufstäubungsprozeß ist in dieser Literaturstelle jedoch praktisch nichts ausgesagt.
  • Aus der DT-OS 1 901 891 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Schichtwiderständen durch Kathodenzerstäubung von Metallen, Metallverbindungen oder Metallegierungen auf Trägerkörpern in einem fremderregten Plasma, insbesondere in einem HF-Ringentladungsplasma bekannt, bei der die Trägerkörper aus einem Vorratsbehälter kontinuierlich in einen rotierenden, zylindrischen, vorne und hinten offenen Metallisierungskäfig geschüttet werden, in dem sie einen Metallisierungsabschnitt durchlaufen, wobei sie zur gleichmäßigen Beschichtung fortlaufend umgelagert werden und nach dem Beschichtungsvorgang aus dem Metallisierungskäfig in einen zweiten Vorratsbehälter fallen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von elektrischen Widerstandsschichten aus Tantal-Carbid, wie sie in der zuerst genannten Literaturstelle beschrieben sind, anzugeben, das wesentlich einfacher ist.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Widerstandsschichten in einer Kathode merstäubungssnlage mit Ringentladungsplasma mit einer Zerstäubungsatmosphäre aus Argon mit einem Druck von ca. 1.10-1 N/m2 und einem Äthylenpartialdruck von -5,5 bis 9.10-2 N/m2 von einer reinen Tantal-Kathode auf nichtleitende Substrate reaktiv aufgestäubt werden.
  • Damit ergeben sich die Vorteile, daß der Kohlenstoffanteil dosierbar ist, daß die Wärmebelastung der Schichten und der Substrate verringert ist, und daß bereits bekannte und bewährte Kathodenzerstäubungsanlagen benutzt werden.
  • Vorzugsweise wird auf die Widerstandsschichten bei ca. 5500 C fünf Minuten lang eine schützende Glasur aus Borosilikat aufgebracht. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Verringerung der Schichtoxydation bei hohen Temperaturen.
  • Vorzugsweise beträgt der Äthylenpartialdruck 6,7 bis 8,0.10 2, insbesondere 7,5 . 10 2 N/m2. In diesem Bereich besitzt der Temperaturkoefizient des Widerstandes ein Plateau von etwa -25.10 6/K. Der spezifische Widerstand liegt in diesem Bereich zwischen 200 und 300 µ# cm und die Langzeitkonstanz bei Heißlagerung ist sehr gut.
  • Anhand eines Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden. In der eingangs beschriebenen Kathodenzerstäubungsdurchlauanlage erfolgte die Zerstäubung des Tantals in einer Zerstäubungsatmosphäre von Argon mit einem Anteil von Äthylen als reaktivem Gas. Es wurden folgende Zerstäubungsparameter eingestellt: Äthylenpartialdruck = 7,5.10-2 Nim2 Anodenspannung = 500 Volt Anodenstrom = 10 Ampere Bestäubungszeit = 15 Minuten Substrate aus zylindrischer Keramik Die so hergestellten Tantal-Carbid-Schichten besitzen folgende Meßwerte: Struktur hexagonal (Ta2C) Flächenwiderstand ungefähr 35 Ohm Widerstandswert ungefähr 3,5 k spezifischer elektrischer Widerstand ungefähr 250 µ # cm uSLcm Temperaturkoeffizient ungefähr -25.10 6/K Strotnrauschen G 9, 35/uV/Volt Die so hergestel1ten ',iderstandsschichten rvmrden einer Heißlagerung an Luft unterzogen. Dabei wurden folgende Brgebnisse erhalten.
  • a) Temperatur 3000 C, 125 Stunden, ungeschützt, Widerstandsänderung ca. 15 % b) 1650 C, 2800 Stunden, ungeschützt, Widerstandsänderung ungefähr 4 % c) 1650 C, 2800 Stunden, glasiert, Widerstandsänderung ungefähr 0,12 56 Anhand der Zeichnung sollen die Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Tantal-Carbid-Schichten gezeigt werden.
  • Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten TKR vom Äthylenpartialdruck PÄth in dem Bereich von 2 bis etwa 12.10 2 N/m2. Mit wachsendem Äthylenpartialdruck nimmt der TKR zunächst kontinuierlich ab und erreicht zwischen 6 und 8.10-2 N/m² ein Plateau mit etwa 06/K. Im Bereich des Plateaus ergibt sich ein hexagonales Tantal-Carbid mit der chemischen Formel Ta2C. Mit weiter zunehmendem Kohlenstoffanteil nimmt der TKR zunächst zu, um dann wieder abzufallen. In diesem Gebiet besitzt das entstehende Tantal-Carbid ein kubisches Gitter und hat die chemische Formel TaC.
  • Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Flächenwiderstandes RF, gemessen in Ohm, vom Stickstoffpatialdruck PÄth. Der Meßbereich ist derselbe wie der in Fig. 1. Im Bereich des TKR-Plateaus ändert sich der Flächenwiderstand zwischen etwa 40 und 20 Ohm. Entsprechend ändert sich auch der spezifische Widerstand.
  • Fig. 3 zeigt das Ergebnis der obengenannten Dauerversuche.
  • In doppeltlogarithmischer Darstellung ist die Abhängigkeit der prozentualen Widrstandsänderung ,J R:R von der Zeit t in Stunden dargestellt. Die ausgezogenen Kurven a1'b1'c1 stellen das Verhalten der erfindungsgenäß hergestellten Ta2C-Schichten dar, die zur zusitzliche Unterscheidung mit dem Index 1 gekennzeIchnet sind. Die gestrichelt gezeichneten Kurven a2, b2,c2 zigen das Langzeitverhalten von gleichzeitig untersuchten Ta2N-Schichten, die zusätzlich mit dem Index 2 bezeichnet sind. Die Versuchsbedingungen und die Ergebnisse sind oben vor der Figurenbeschreibung aufgeführt.
  • Aus den in Fig. 3 dargestellten Dauerversuchen ersieht man, daß die erfindungsgemäß hergestellten Ta2C-Schichten mindestens ebenso oxidationsbeständig sind wie die bekannten Ta2N-Schichten. Somit stehen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Schichten zur Verfügung, die immer dann einsetzbar sind, wenn die Ta2N-Schichten nicht verwendbar sind.
  • 4 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (4)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von elektrischen Widerstandsschichten aus TaCx, mit 0,35z x 10,8, durch Kathodenzerstäubung, d a d u r c h g e k e n n z e i ch n e t, daß die Widerstandsschichten in einer Kathodenzerstäubungsanlage mit Ringentladungsplasma mit einer Zerstäu-1 bungsatmosphäre aus Argon mit einem Druck von ca. 1.10 N/m2 und einem Äthylenpartialdruck von 5,5 bis 9.10-2N/m2 von einer reinen Tantal-Kathode auf nich-tleitende Substrate reaktiv aufgestäubt werden.
  2. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß auf die Widerstandsschichten bei ca. 550° C fünf Minuten lang eine schützende Glasur aus Boresilikat aufgebracht wird.
  3. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Äthylenpartialdruck 6,7 bis 8,0.10 N/m2 beträgt.
  4. 4.) Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Äthylenpartialdruck 7,5.10'2 N/m2 beträgt.
DE19752509623 1975-03-05 1975-03-05 Verfahren zum herstellen von elektrischen widerstandsschichten Pending DE2509623A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5748069A (en) * 1992-06-16 1998-05-05 U.S. Philips Corporation Resistive film

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US5748069A (en) * 1992-06-16 1998-05-05 U.S. Philips Corporation Resistive film

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