NO172667B - Fremgangsmaate for fremstilling av et tynnfilm-motstandstermometer - Google Patents

Abstract

Platina motstandstermometer (10). fremstilles ved en prosess som innbefatter definering av en vei for motstandstermometeret i et inert materiale (28) avsatt i et lag på substratet. (24). Substratoverflaten (26) eksponeres i veien og det inerte materiale (28). danner et negativt mønster for veien.Motstandsmaterialet for termometeret avsettes deretter både på substratoverflaten (26) eksponert i veien og på overflatene (32,34) av det inerte materialet. som finnes igjen på substratet. Etter. dette etses det inerte materialet (28). bort, og motstandsmaterialet (40) avsatt over det inerte materiale (28) løsner derved og kan fjernes slik at det etterlates et bånd (12) av motstandsmateriale i den ønskede veien for fremstilling av motstandstermometeret (10) . Båndet (12). har lavt innhold av forurensninger, slik at den ønskede temperaturkoeffisienten for motstand av båndet (12) som danner termometeret (10) lettere nås.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av et tynnfilm-motstandstermometer som lett kan fremstilles i en satsvis prosess og som gir termometre med ønskede egenskaper.

Tynnfilm-platina-motstandstermometre blir stadig vanligere, men et problem er å oppnå den ønskede temperaturkoeffisienten for motstanden (TCR) av termometeret. For å oppnå den ønskede nominelle motstanden, f.eks. 100 ohm, dannes et platina-motstandselement som et bånd eller en strimmel av idet vesentlige kontinuerlige lengder i et serpentinmønster med bånddeler anbragt side ved side. Fremstilling av et termometer som har en ønsket liten størrelse er vanskelig. De fysikalske dimensjonene av termometeret må defineres presist, slik at individuelle bånd eller strimmeldeler kan plasseres nær hverandre, og platinabåndet eller -strimmelen bør ha en uniform kornstruktur fra kant til kant, og ikke inneholde forurensninger for å gjøre motstanden av termometeret størst mulig.

En fremgangsmåte for fremstilling av et motstandstermometer-element er beskrevet i GB patent 2.096.645. Magnetron-katodeforstøvning under utvalgte atmosfærer er beskrevet. Det avsatte termometerbåndet laserjevnes eller risses for å definere størrelsen av motstandsbåndet. Kontrollering av atmosfæren understrekes i denne publikasjon for å oppnå et tilfredsstillende termometer.

US-patent nr. 4.072.593 beskriver en fremgangsmåte for reduksjon av størrelsen av et motstandselement til motstandstermometret. Et platinalag katodeforstøves på et isolerende faststoff ved å anvende en kommersiell RF-katodeforstøvnings-apparatur og innbefatter dannelse av "meandrer" ved hjelp av en laserstråle slik at motstanden standardiseres til 100 ohm. Dette patentet beskriver fremgangsmåter for katodeforstøvning av platina på et substrat, men foreslår ikke anvendelsen av en "vei" definert i et separat avløftingsmateriale slik at man oppnår et ønsket motstandstermometer. Termometeret utglødes eller varmebehandles etter at det er dannet med det ønskede mønster ved hjelp av en laserstråle (eller ved fotoetsing).

US-patent nr. 4.181.755 beskriver en fremgangsmåte for generering av et tynnfilmmønster ved å anvende en selvløft-ende teknikk. Fremgangsmåten innbefatter deponering av et kontinuerlig lag av kretsfilm på overflaten av substratet, og deretter defineres et fotoresistent mønster som samsvarer med det endelige ønskede kretsfilmmønsteret på overflaten av kretsfilmen. Delen av kretsfilmen som ikke er dekket med fotoresistent middel fjernes deretter. Samtidig som det fotoresistente middel og den gjenværende kretsfilmen bevares, dekkes hele overflaten av substratet med en barrierefilm. Det fotoresistente midlet separeres deretter fra overflaten av kretsfilmen, hvilket forårsaker at barrierefilmen som dekker kretsen løftes av, derved eksponeres kretsfilmen. Kretsfilm-mønsteret omgis deretter med et barrierefilmmønster. Innretningen benyttes til å fremstille et Schottky-barriere-diode. I dette tilfellet løftes barrierefilmen av fra en tidligere avsatt leder, og patentet inneholder ingen beskrivelse eller forslag om definering av en platina-motstandsvei i et inert avløftingsmedium, avsetning av platinametall i veien og deretter bortetsing av avløftings-mediet slik at termometeret etterlates.

US-patent nr. 4.353.935 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en innretning som har en ledervei hvori det benyttes en avløftingsteknikk for å definere idet minst en leder. En flerlags maske er påkrevet, og i den foretrukne utførelsen består maskeringslaget av tre underlag av forskjellige materialer, det er tilveiebragt fordypninger i maskeringslaget, slik at den ledende veien som skal tilveiebringes dannes. Etsing benyttes for å eksponere deler av overflaten gjennom maskeringslagene, og det ledende laget avsettes på både maskeringslaget og den eksponerte overflaten. Patentet beskriver Ikke anvendelsen av et lnert materiale som et avløftingsmedium, hvori et termometermønster dannes og hvor avløftingsmaterialet fjernes etter at platinatermometret er avsatt.

US-patent nr. 4.085.398 beskriver en tynnfilmsmotstands-temperaturdetektor ved anvendelse av en kobbermaske, som ikke kan anvendes ved foreliggende fremgangsmåte som krever et inert avløftingsmateriale. Andre fremgangsmåter ifølge teknikkens stand innbefatter US-patent nr. 4.103.275 som beskriver ionisk etsing for å oppnå et motstandselement som motstandstermometre, og US-patent nr. 4.129.848 som beskriver en platinafilm-resistorinnretning som har et lag av kvarts avsatt på et isolerende substrat, som katodeforstøvningsetses for å danne etsegroper i overflaten, slik at det defineres en vei for platinatermometret. Det beskrives kjemisk etsing av eksponert platina for å katodeforstøvningsetse overskytende platina.

US-patent nr. 4.050.052 beskriver også en temperaturmålings-resistorstruktur, innbefattende et motstandstermometer som har et bånd av platina påført på en bærer i et på forhånd bestemt mønster, og beskriver avsetning av platinabåndet mens temperaturen av substratet er i området 500-900°C. Dette patentet beskriver også varmebehandling, men beskriver ingen fremgangsmåte for å oppnå en skarpt definert vei som i foreliggende oppfinnelse.

Fremgangsmåtene ifølge tidligere kjent teknikk viser alle en tendens til å innføre forurensninger og forårsake dårlig definisjon ved kantene av platina, derved påvirkes TCR for termometeret. For eksempel gir laserfremstilling en tendens til smelting av kantene av båndet; fotoetsing gir forurensninger; ionisk- og katodeforstøvningsetsing av silisium eller silisiumdioksyd forårsaker avsetning av dette materialet inne i platinastrukturen som forurensninger, og platinastrukturen påvirkes eller ødelegges ved kantene, slik at den definerte formen ødelegges. Anvendelse av maskering i de nevnte teknikkene for å etse bort platlnafilmen i uønskede områder et problem, fordi mønsteret ikke kan defineres godt nok med ønsket presisjon og uniformitet til at det kan oppnås en liten avstand mellom de anbragte bånddeler. De nåværende maskeringslagene viser tendens til å nedbrytes før prosessen er avsluttet og forurensninger vil bli påført i platinastrukturen .

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for fremstilling av et tynnfilm-motstandstermometer av et resistivt materiale innbefattende trinnene: tilveiebringelse av et substrat av elektrisk ikke-ledende materiale;

avsetning av et lag av avløf tningsmedium som er idet vesentlige inert overfor det resistive materialet på den øvre overflaten av substratet slik at det etterlates en eksponert overflate av avløftingsmediet, og fjernelse av deler av avløftingsmediet for å eksponere substratoverflaten i en vei som er definert gjennom avløftingsmediet tilsvarende et på forhånd bestemt ønsket mønster for motstandstermometret.

Fremgangsmåten er kjennetegnet ved avsetning av platina på de eksponerte delene av substratet og på den eksponerte overflaten av avløftingsmediet i en reaktiv atmosfære under forhøyet temperatur ved lav hastighet, for å danne søylefor-mede korn av platina orientert generelt normalt på substratoverf laten i veien, og fjernelse av avløftingsmediet og platina avsatt på avløftingsmediet mens platina festet på den eksponerte substratoverflaten i veien bevares, hvorved de søyleformede kornene av platina i veien, forblir idet vesentlige uforurenset av avløftingsmediet.

Det avsatte laget av platina viser en tendens til å være tynt nær de øvre kanter av omkretsen av veien som dannes i avløftingsmaterialet. Et tynt bånd av platina dannes følgelig over termometerbåndet og strekker seg til den ytre overflaten av avløftingsmediet. Disse tynne båndene av platina er porøse sammenlignet med materialet avsatt i termometerveien. De tynne båndene tillater følgelig flytende etsemateriale å trenge gjennom platinametallet, slik at de kan virke på avløftingsmaterialet, og avløftingsmaterialet etses derved bort. Platina avsatt på avløftingsmaterialet og den gjenværende yttersiden av det ønskede mønster av termometerveien, befinner seg derved uten bærer og kan lett fjernes, - dette etterlater platina i det ønskede meander- eller serpentin-mønsteret. Termometret er et kontinuerlig bånd eller en strimmel av idet vesentlige uniform krystallstruktur fra kant til kant av båndet eller strimmelen som utgjør termometeret. Kantoverflåtene av veien som er dannet i avløftingsmaterialet er idet vesentlige normale på substratet, slik at tverrsnittet av termometerbåndet er idet vesentlige rektangulært og veldefinert uten skarpe eller betydelig laterale utspring eller uregelmessigheter.

Ved å anvende et avløftingsmedium og substrat som er idet vesentlige inerte med hensyn på platina, kan renheten av platinaet ved kantene av båndet som er dannet opprettholdes gjennom lengden.

Den resulterende strukturen av platina er veldefinerte søyleformede korn som tilveiebringer et tett, uniformt mønster, derved minimaliseres størrelsen av platina-motstandstermometret for oppnåelse av den samme motstanden sammenlignet med et bånd med ikke-søyleformede korn. Siden det ikke finnes noen skarpe uregelmessigheter eller skarpe laterale fremspring fra siden av hver vei, (avløftingsmediet definerer glatte sidekanter loddrett på substratet), kan veien plasseres nær hverandre.

Forurensninger i platinametallet og defekter i kornstrukturen av platina kan ha negative virkninger på temperaturkoeffisienten for motstanden (TCR) for platina. Den omtalte søyleformede kornstrukturen for platinabåndet, som er uniformt og idet vesentlige ren fra kant til kant tvers gjennom båndet, resulterer i langt bedre kontroll av TCR-verdien for platinamønsteret. Derved økes utbyttet av platinamotstandstermometret som oppnår den påkrevede standard TCR på 3850 deler pr. million betydelig. Variasjoner fra porsjon til porsjon reduseres i stor grad på grunn av kontrollen med strukturen og forurensningene.

Figur 1 er en forstørret skjematisk skisse av et typisk platina motstandstermometer som har et serpentinformet mønster av platinabånd fremstilt ifølge foreliggende oppfinnelse på et substrat;

figur 2A er et sterkt forstørret vertikalt tverrsnitt gjennom en del av et typisk substrat som anvendes for fremstilling av et motstandstermometer ifølge foreliggende oppfinnelse;

figur 2B er et tverrsnitt svarende til figur 2A med et lag av avløftingsmedium vist avsatt på en øvre overflate av substratet, hvor tykkelsen av avløftingsmaterialet er sterkt overdrevet for å gjøre illustrasjonen tydelig;

figur 2C er et tverrsnitt svarende til figur 2B som viser et ytterligere bearbeidelsestrinn, innbefattet avsetning av et fotoresistent materiale etter at et ønsket mønster er eksponert på det fotoresistente materialet og utviklet slik at det etterlates et båndmønster i det fotoresistente materialet over den ytre overflaten av avløftingsmediet;

figur 2D er et tverrsnitt svarende til figur 2C etter at det underliggende avløftingsmediet også er kjemisk etset i områdene som ikke er beskyttet av det fotoresistente materialet, slik at det defineres en serpentinvei på substratet for avsetning av et platinatermometerbånd i en slik vei;

figur 2E er et tverrsnitt svarende til figur 2D etter at det fotoresistente laget er fjernet fra det gjenværende avløf-tingsmediet, og viser substratet klart for avsetning av platinatermometermaterialet i den definerte veien;

figur 2F er et tverrsnitt svarende til figur 2E etter avsetning av et lag av platinamateriale ved en katodeforstøv-ningsprosess;

figur 2G er et tverrsnitt av det endelige platinamotstandstermometret som viser platina-meander-veiene i snitt, og svarende til figur 2F etter at avløftingsmediet er etset bort og platinamaterialet avsatt på den øvre overflaten av avløftingsmaterialet er fjernet; og

figur 3 er et detaljert forstørret tverrsnitt som viser et platinabånd definert på substratet ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Et porsjonsvis fremstilt platina-tynnfilmsmotstandstermometer er angitt generelt ved 10 i figur 1. Et platina-motstandsbånd eller en -strimmel 12 er definert på et substrat 24 i en kontinuerlig, serpentinformet eller meanderformet vei som er av en slik lengde at det tilveiebringes en ønsket motstand ved å anvende et lite substrat med lav masse for å forbedre temperaturresponsegenskapene. Et krav til et termometer 10 er at det har en temperaturkoeffisient for motstand (tCR) svarende til en industriell standard på ca. 3850 deler pr. million (ppm) som oppført i DIN (tysk standard) 43760 eller BS (britisk standard) 1904. Termometeret 10 kan typisk ha en motstand på 100 ohm, selv om andre motstandsverdier også er standard, målt mellom et par elektriske kontakter 16 og 18, som befinner seg ved de respektive motstående endene av båndet 12. Termometeret har fortrinnsvis en TCR på 3850 ppm ± 3 ppm. Båndet eller strimmelen 12 er formet i båndseksjoner, hvorav minst noen seksjoner kan skjæres ut av motstandsbåndet slik at justering av motstandsverdien til en gitt motstand og toleranse kan foretas etter fremstilling.

Flere muligheter for regulering av motstand er tilveiebragt ved at ledningsbåndet 12 er overskåret ved valgte posisjoner angitt generelt som 20A-20D. Seleksjon og overskjæring av ledningsbåndmønstre ved slike posisjoner utføres på en konvensjonell måte slik at den ønskede motstandsverdien på 100 ohm eller en annen spesifikk verdi oppnås.

I den foretrukne utførelsen som viser overskjæring av en ledende vei 20A elimineres en del av en ledende vei av de valgte flere parene av parallelle ledende veideler 19 selektivt. Forskjellige deler 19 av ledende bånd har forskjellige motstandsverdier for å tilveiebringe grov og fin regulering slik at den ønskede samlede motstanden oppnås. Fortrinnsvis er delene 19 av den ledende veien fysisk separert fra de trimbare ledende veidelene angitt ved 20A-20D, slik at forurensningene som innføres under utskjæring av disse har liten eller ingen virkning på den ønskede TCR-verdien eller på andre ønskede motstandsegenskaper.

Fortrinnsvis utføres overskjæringen ved hjelp av laser-beskjæring.

Dannelsen av platinabåndet 12 utføres ved å definere en vei, hvori platina avsettes som beskrevet med referanse til figur 2A til og med 2G, som alle er tegnet i sterkt forstørret målestokk. I figur 2A er et snitt gjennom substratet vist i tverrsnitt. Substratet 24 er et ikke-ledende materiale som er idet vesentlige inert med hensyn på platina over et bredt temperaturområde og i reaktive atmosfærer eller omgivelser, som f.eks. safir eller aluminiumoksyd av epitaksial renhet (høy renhet). Substratet 24 er relativt tynt (vertikal høyde), men har tilstrekkelig styrke til å bære det serpen-tinformede platinabåndet. Imidlertid har substratet 24 i et hvert termometer en lav masse for rask temperaturkontroll og høy styrke for at det skal være solid.

Et foretrukket materiale er safir av høy renhet som har en polert overflate 26. Et keramisk substrat av aluminiumoksyd eller andre materialer som har tilsvarende egenskaper kan også benyttes. For å fjerne eventuelle forurensninger som kan påvirke vedhenget og strukturdannelse, renses overflaten 26 av substratet 24 i en svovelsyre/hydrogenperoksyd-oppløsning.

Etter rensing av overflaten 26 av substratet 24 avsettes et lag av materialet 28 på overflaten 26. Dette materialet kalles et avløftingsmedium. Avløftingsmediet 28 er fortrinnsvis et materiale som f.eks. silisiumdioksyd, som er idet vesentlige inert med hensyn på platina. I et foretrukket trinn er avløftingsmaterialet 28 kjemisk dampavsatt i en foretrukket dybde på ca. 25000 Ångstrøm på den rene substratoverf laten 26 ved å anvende et idet vesentlige rent tetraetylortosilikat (TEOS) eller idet vesentlige rene oksygen- og silankilder. Denne kjemiske dampavsetningsproses-sen tilveiebringer et lag av idet vesentlige rent silisiumdioksyd, med svært få atomer fritt silisium som senere kan forurense platina under avsetningen. Et avløftingsmedium av silisiumnitrid eller et annet inert avløftingsmedium vil også fungere som avløftingsmedium så lenge som det valgte materialet ikke reagerer med platina eller med den atmosfæren som anvendes når platina avsettes, eller viser tendens til å innføre forurensninger i platina eller mister form under platinaavsetningen.

Som vist i figur 2C påføres deretter et lag av fotoresistent materiale 30, som f.eks. av type "KTI 747R", på toppen av laget av avløftingsmediet 28. Det fotoresistente materialet eksponeres deretter ved å anvende en konvensjonelt fremstilt negativ maske, derved dannes det ønskede serpentin- eller meandermønsteret for veien, hvori platinabåndet avsettes. Det fotoresistente materialet fremkalles deretter og renses for å eksponere overflaten av avløftingsmediet 28 i det mønster eller den veien som er den ønskede platinaveien eller-mønsteret. Det fotoresistente materialet eksponeres og fremkalles fortrinnsvis ved å benytte "Stoddard"-oppløsnings-middel etterfulgt av en n-butylacetat-rensing på kjent måte, slik at det ikke innføres forurensninger som kunne ha en negativ virkning på TCR-verdien for det senere avsatte platinametallet.

En silisiumoksyd-etsing utføres deretter for å etse bort avløftingsmediet i veimønsteret som er etablert i det fotoresistente materialet. Etsingen fortsettes tilstrekkelig lenge til at substratoverflaten 26 eksponeres i den ønskede platinatermometerveien, som vist i snitt i figur 2D.

En plasmaresistent strimmel eller kjemisk strimmel benyttes så for å fjerne det fotoresistente laget 30 fra det gjenværende avløftingsmediet 28 som er det negative mønsteret som benyttes til å definere termometermønsteret som vist i figur 2E. Det er viktig at alt fotoresistent materiale fjernes ved dette trinnet i prosessen, fordi det er en kilde for forurensninger som kan forurense platinametallet som avsettes.

Som angitt er avløftingsmediet 28 fortrinnsvis idet vesentlige rent silisiumdioksyd i det negative mønsteret uten fritt silisium som er en potensiell forurensning. Det er derfor ønskelig å være meget omhyggelig ved anvendelsen av de kjente teknikkene, slik at den høyest mulige renhet for avløftings-mediet oppnås.

Substratoverflaten 26 i de eksponerte veidelene vist ved 31A, 31B og 31C i figur 2E er nå klare for avsetning av platina som er motstandstermometermaterialet. Sidekantene 32 og 34 av den kontinuerlige termometerveien befinner seg i en avstand fra hverandre for å definere den påkrevede bredden av platinabåndet. Sidekantene 32 og 34 vil generelt stå normalt på substratoverf laten og de er glatte, men de er svakt konkave på grunn av oksydetslngen som virker på mediet 28 langs sidene av veien. Imidlertid er linjene eller kantene 32A og 34A (figur 2E) mellom sidekantene av veien og den øvre overflaten 29 av de gjenværende delene av avløftingsmediet skarpe og veldefinerte. Kantene 32 og 34 er idet vesentlige plane og underskjæringene utgjør bare en svak bøyning i tverrsnittet. Både avløftingsmediet og substratet må være inerte med hensyn på platina og er også kjemisk og dimensjonsmessig stabile i platina-katodeforstøvningsomgivelsene, slik at hverken avløftingsmediet 28 eller substratet 24 vil diffundere inn i eller reagere med platinametallet.

Som vist I figur 2F ble deretter et lag av platina avsatt ved katodef orstøvning på en ønsket måte som kan være som beskrevet i GB patent nr. 2096645B eller som beskrevet i US-patent nr. 4.072.593 på den eksponerte overflaten 26 av substratet 24 I veien og også på tvers av linjen 32A og 34A på overflaten 29 av det gjenværende avløftingsmediet 28. Fordi omhyggelighet ved platinaavsetning er viktig, skal det her refereres til ønskede teknikker som er angitt i en kurshåndbok for "the American Vacuum Society", 1981, kort kurs vedrørende katodeforstøvningsavsetning og ionestrålepro-sesser holdt av the American Vacuum Society, 335 East 45th Street, New York, og nærmere bestemt kapittel VI i kurs-håndboken med tittelen "Coating Deposition by Sputtering" av John A. Thornton; også kapittel IV i boken "Glow Discharge Sources For Sputtering" av W.D. Westwood, sidene 33-36.

I et foretrukket eksempel ble substratet 24, etter rensing av overflaten av substratet 24 og det negativt mønstrede avløftingsmediet 28 i figur 2E, plassert i en "Sputtersphere"-avsetningsmaskin fra Materials Research Corporation og foroppvarmet til 500°C i et tidsrom på 10 minutter. Anode til katode avstanden ble satt til 5,08 cm og maskinen ble innstilt på katodeforstøvning med diode-radiofrekvens. Innledende nedpumping til 10-7 torr ble oppnådd før bearbeidelse. Katodeforstøvningsetsing ble utført ved en energiinnstilling på 500 watt i 10 minutter for å fjerne gjenværende overflateforurensning, ved å anvende en atmosfære av idet vesentlige rent oksygen (99,97$ 0£) ved et absolutt trykk på 3,75 mikrometer. Katodeforstøvningsavset-ning av 99,99$ rent platina ble deretter utført ved en molspenning på 1000 volt med en kontrollert substrattempera-tur på ca. 420"C.

Katodeforstøvningen ble utført i 360 minutter, slik at det ble dannet et platinalag som var 17000 Ångstrøm tykt. Atmosfæren var en reaktiv atmosfære av idet vesentlige rent oksygen (99,99$ 02) ved et absolutt trykk på 3,75 mikrometer. Den høye substrattemperaturen som opprettholdes 1 det lange tidsrommet for den foretrukne prosessen, i dette tidsrommet holdes substratet i en reaktiv atmosfære, gjør det viktig at substratet 24 og avløftingsmediet 28 begge er Idet vesentlige inerte med hensyn på platina og dimensjonsmessig stabile slik at den påkrevede kant- og linjebredde-defini-sjonen opprettholdes.

Materialer for avløftlngsmedier ifølge teknikkens stand, så som fotoresistente materialer, viser tendens til å dekom-ponere og miste den strukturelle styrken, slik at sidekantene av veien mister sin form i slike omgivelser. Dekomponeringen vil innføre betydelige forurensninger i platinaveien eller-mønsteret, og videre vil velene miste sin definerte form fordi sidekantene vil avrundes ved toppen og eventuelt vil erodere ved uregelmessige posisjoner, slik at platinaet ikke anbringes sikkert eller definert. Fotoresistente materialer og materialer for avløftlngsmedier Ifølge teknikkens stand viser også tendens til å diffundere inn i platina. Siden foretrukne avløftingsmediet - innbefattende silisiumdioksyd-ikke reagerer eller diffunderer i betydelig grad i omgivelsene, hvori platina katodeforstøves, vil kantene 32 og 34 beholde sin form, og kantene 33A og 34A vil forbli skarplin-jede kanter, slik at platinaveien beholder den formen som er definert av det negative mønsteret i form av silisiumdioksyd-materialet.

En tabell over foretrukne områder og akseptable områder for de ovenfor omtalte parametrene og innstillingene er angitt nedenfor.

Variasjoner av en eller to parametere med så mye som ± 10$ kan tolereres så lenge som de andre parametrene opprettholdes eller reguleres, slik at den totale kvaliteten av termometeret ikke påvirkes i negativ retning.

Fortrinnsvis utføres platina-katodeforstøvningsavsetningen med en så lav hastighet at avsetningstiden er lang nok til at katodeforstøvningstiden ikke er en kritisk faktor og presis tidmåling ikke er påkrevet. Uttrykt på en annen måte må avsetningstiden kunne kontrolleres nøyaktig nok til at porsjonsvis bearbeidelse med reproduserbare resultater kan oppnås. Nøyaktig kontroll av tykkelsen av platina kan derfor lett oppnås. I tillegg til det faktum at en presis tykkelse ikke er av vesentlig betydning for å oppnå den ønskede TCR-verdien, fremgår det at platinaavsetningstrinnet lett kan kontrolleres innenfor ønskede grenser, slik at den påkrevde tykkelsen av platina oppnås. Derfor kan reproduserbarhet av fremgangsmåten lett oppnås selv uten meget presis kontroll av tiden. Det avsatte platinametallet har en søyleformet kornstruktur som skal beskrives, gjennom hele lengden, bredden og tykkelsen av båndet, og når den ønskede TCR-verdien ved porsjonsvis bearbeidelse.

Et viktig trekk ved denne fremgangsmåten er dens ufølsomhet overfor prosessvariasjoner. Når bortetsingen av avløftings-mediet for å danne platinaveimønsteret foretas, kan stor grad av underskjæring av overflatene 32 og 34 være et problem, men underskjæring kan lett følges og kontrolleres ved kjente standard etsefremgangsmåter. Ved fjerning av det fotoresistente materiale som benyttes for å definere platinamønsteret i avløftingsmediet påvirker det omtalte fjernelsesmateriale ikke avløftingsmediet eller substratet i negativ retning, slik at dersom fjernelsen fortsettes i et for langt tidsrom, registreres ingen negative virkninger. Dersom de endelige avløftings-etsebetingelsene uventet varierer under prosessen, vil variasjoner sannsynligvis ikke forårsake ødeleggelse av substratet, fordi etsingen ikke krever kritiske oppløsnings-styrker eller tidsrom. Etsetrinnene må utføres lenge nok til å fjerne materialer som kan forårsake defekter.

Det er viktig at materialene nær opp til platina ikke reagerer med platina ved høye temperaturer i en reaktiv omgivelse eller atmosfære, slik at skadelige forurensninger ikke innføres i platinametallet.

Platinalaget avsettes til en tykkelse på ca. 17000 Ångstrøm, som ikke er så tykt som tykkelsen (vertikal høyde) av laget av avløftingsmediet 28 (ca. 25000 Ångstrøm). Som vist i figur 2F vil følgelig motstandstermometerbåndet eller -strimmelen 12 etter avsetning av platinametallet ikke ha en tykkelse eller høyde lik den totale høyden av sidekantene 32 og 34 som definerer veien for termometeret. Fordi kantene 32A og 34A ikke avrundes ettersom avsetningen skrider frem, dannes tynne hånd av porøse, sammenhengende lagdeler 36 og 38 av platina langs sidekantene 32 og 34 i den avstanden som laget 28 av avløftingsmediet strekker seg utover i tykkelse ut over 17000 Ångstrøm som er høyden av det avsatte platinabåndet eller tykkelsen i veien. Båndene 36 og 38 danner tynne porøse bånd av platina som er ca. 8000 Ångstrøm brede nær kantene 32A og 34A langs hele veien.

Platinatykkelsen i platinatermometerbåndet avsatt i hver vei kan variere fra 14000 Ångstrøm til 30000 Ångstrøm om ønsket, forutsatt at tykkelsen av avløftingsmediet 28 endres tilsvarende slik at dette alltid er tykkere enn den ønskede tykkelsen av platinabåndet. Avløftingsmediet 28 har fortrinnsvis en tykkelse som er mint 1,3 til 1,5 ganger tykkelsen (høyden over overflaten 26) av platinametallet som er avsatt.

De tynne bånddelene av platina 36 og 38 er generelt tilstrekkelig porøse til at et flytende etsemiddel vil trenge gjennom de tynne lagdelene av båndet. Et etsemiddel som f.eks. flussyre som har liten virkning på både platina og substratet 24, benyttes deretter for å etse bort de gjenværende delene av avløftingsmediet. Siden etsemidlet har liten virkning på platina og substrat, vil tidsrommet og temperaturen for etsingen av det endelige avløftingsmediet ikke være kritisk og ha liten virkning på utbyttet av akseptable termometre fra et substrat, dvs. at normale variasjoner i tid og temperatur for det endelige etsemidlet ikke vil resultere i en forøket skrapprosent. Etter bortetsing av alt avløftings-medium kan delene av platinalaget angitt med 40, som ble avsatt på toppen av avløftingsmediet, separeres mekanisk fra de øvre kantene av platinatermometerbåndet eller -strimmelen 12 i området ved de tynne båndene 36 og 38. Dette kan oppnås ved å løfte seksjonene 40 eller ved å gni platinametallet med en egnet klut slik at seksjonene 40 brytes av. Termometerbåndet eller -strimmelen 12 er fast bundet til substratoverflaten slik at den ikke vil løsne. De tynne platinabåndene 36 og 38 gnis også for å fjerne eventuelle tynne eller uregelmessige kanter av båndet 12, som ville vise en tendens til å brytes av ved bruk og endre den totale motstanden av termometeret 10. Figur 2G viser innretningen ved dette punktet i prosessen.

Et valgfritt trinn kan utføres for å fremme bortetsing av avløftingsmediet dersom dette er ønskelig. Før avløftings-mediet 28 etses bort, kan en mild platinaetsing benyttes for å etse de tynne båndene 36 og 38 i 5-15 minutter, med f.eks. en oppløsning bestående av 10 H20:9 HC1:1 HNO3. Tykkelsen av platinabåndet 12 på substratoverflaten 26 påvirkes ikke i betydelig grad av en slik mild etsing, men de tynne båndene 36 og 38 fjernes i betydelig grad ved et slikt etsetrinn, fordi båndene er svært tynne og porøse sammenlignet med termometerbåndet eller -strimmelen 12 som er festet til substratoverf laten 26. Når de tynne båndene 36 og 38 idet vesentlige er fjernet ved den valgfrie platinaetsingen, bortetses deretter avløftingsmediet 28 i det negative mønsteret som beskrevet ovenfor og platinalagdelene 40 kan lett fjernes fordi de vil være løse og kan blåses av ved hjelp av en gasstrøm på tvers av substratoverflaten 26.

Termometeret 10 renses deretter som ønsket og varmebehandles så i ca. 6 timer ved en temperatur på 1000°C i en oksygen-atmosfære. Varmebehandlingen fjerner ikke den søyleformede krystal1strukturen, men kompakterer bare filmen. Under varmebehandlingen vil følgelig tykkelsen av platinabåndet eller -strimmelen 12 over substratoverf laten avta til ca. halvparten av den avsatte tykkelsen (7000 Ångstrøm til 15000 Ångstrøm) og ledningsevnen av platinabåndet eller -strimmelen 12 øker. Varmebehandlingstemperaturen kan variere fra 800°C til 1000°C og termometeret varmebehandles i mellom 5 og 7 timer.

Det er funnet at en tykkelse av platinabåndet (over substratet) etter varmebehandlingen på minst 7000 Ångstrøm tilveiebringer den ønskede TCR-verdien. Under den innledende varmebehandlingen endres TCR-verdien og platinamotstanden raskt, men deretter forandres de relativt langsomt mot slutten av varmebehandlingen, slik at TCR-verdien og platinaresistiviteten ikke varierer betydelig fra porsjon til porsjon ved akseptabel tidskontroll.

I figur 3, hvor nummerer ingen er samsvarende med de foregående figurene, er strukturen av platinabåndet eller-strimmelen 12 vist i forstørret tverrsnitt, og innbefatter, når platinametallet er avsatt som beskrevet ovenfor, tettpakkede søyleformede korn 44 av platina. Kornene 44 er fortrinnsvis av idet vesentlige kontinuerlig lengde i tykkelsen eller i høyderetningen av båndet, og har longi-tudinelle akser normalt på substratoverflaten 26. En betydelig del av kornene er kontinuerlige dersom katodefor-støvningen utføres omhyggelig som beskrevet. Platinabånd-strukturen innbefatter en øvre overflate 48, en nedre overflate 50 som er bundet eller festet til, eller har en felles grenseflate med, substratoverflaten 26, en første sidekant 52 og en andre sidekant 54. Den første sidekanten 52 og den andre sidekanten 54 er glatte, men krummes meget svakt utover (de er konvekse), svarende til den svake innoverret-tede krumningen eller konkaviteten av kantene 32 og 34 i avløftingsmediet.

De søyleformede kornene 44 er uniformt dispergert idet vesentlige over hele delen av båndet eller strimmelen 12 ut til den første sidekanten 52, og den andre sidekanten 54, på grunn av den strukturelle stabiliteten av avløftingsmediet under avsetningen av platinametallet. Følgelig har idet vesentlige hele båndet søyleformede korn. Veien for platinabåndet eller strimmelen 12 forblir skarpt definert i avløftingsmediet under avsetningen av platinametallet.

Siden avløftingsmediet 28 er inert med hensyn på platina og dimensjonsmessig stabilt i katodeforstøvningsomgivelsene, finnes få forurensninger eller strukturelle defekter på den første og den andre sidekanten 52 og 54. Følgelig er første og andre sidekant 52 og 54 veldefinerte, glatte og står idet vesentlige normalt på substratoverflaten 26. Dette tilveiebringer nok en fordel ved at platinaveiene kan dannes eller plasseres nær sammen, slik at platinastripene befinner seg nærmere sammen. Dersom sidene av veiene i avløftingsme-diet viser betydelige laterale fremspring, ikke er strukturelt intakte eller viser tendens til å spre seg ut over overflaten av substratet når platina avsettes, foreligger en forøket sannsynlighet for elektrisk kortslutning mellom seksjonene av båndet eller strimmelen dannet i veiene. Med den strukturen av platina som er vist i figur 3 oppnås den ønskede TCR-verdien og en mindre termometerstørrelse oppnås på grunn av de veldefinerte sidene av bånd- eller strimmel-delene. En platinabåndbredde på 20 mikrometer med en avstand på 20 mikrometer mellom bånddelene kan lett fremstilles porsjonsvis ved å anvende den ovenfor omtalte avløftingstek-nikk.

Avløftingsteknikken tillater mindre termometerstørrelse uavhengig av om platina avsettes i en søyleformet struktur eller ikke. På grunn av de ikke-reaktive, strukturelt stabile materialene som benyttes som avløftingsmedium som definerer veiene, er sidekantene av hver vei veldefinerte og idet vesentlige frie for forurensninger. Dersom sidekantene inneholder forurensninger eller ikke er veldefinerte, vil TCR-verdien for det avsatte platinametallet reduseres. Naturligvis er bulken eller volumet av platinametallet en viktig betraktning for å oppnå den ønskede TCR-verdien.

Med lave verdier av forurensninger i platinametallet, må platinabåndtykkelsen økes for å øke TCR-verdien. Med forøket tykkelse av båndet 12 avtar lagresistiviteten og båndene må gjøres smalere eller lengre for å oppnå den ønskede drifts-motstand for termometeret. Tidligere Innretninger for mønsterdefinisjon innførte betydelige forurensninger i platinametallet langs kantene. Dersom følgelig mønsteret ble gjort smalere med tidligere kjente teknikker, ble det derved innført flere forurensninger, hvilket medførte en ytterligere reduksjon av TCR-verdien. Følgelig var et lengre, mer omfattende bånd- eller strimmelmønster påkrevet for å oppnå de ønskede motstandene og TCR-verdiene i innretninger ifølge tidligere kjent teknikk. Med høye nivåer av forurensninger i platinametallet vil termometeret aldri nå den ønskede TCR-verdien .

Den ekstra fordelen ved den søyleformede platinakornstruk-turen er at enda bedre kontroll av TCR-verdien oppnås med utmerket reproduserbarhet. Den nøyaktige tykkelsen av platinalaget som har den søyleformede kornstrukturen er ikke viktig med hensyn på TCR-verdien for båndet eller strimmelen innenfor det utvalgte området av platinatykkelser. Følgelig er nøyaktig tidsmåling for platinaavsetningen ikke påkrevet og vellykket bearbeidelse av hver porsjon fremmes i stor grad under kommersielle betingelser.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et tynnfilm-motstandstermometer av et resistivt materiale innbefattende trinnene: tilveiebringelse av et substrat av elektrisk ikke-ledende materiale; avsetning av et lag av avløf tningsmedium som er idet vesentlige inert overfor det resistive materialet på den øvre overflaten av substratet slik at det etterlates en eksponert overflate av avløftingsmediet, og fjernelse av deler av avløftingsmediet for å eksponere substratoverflaten i en vei som er definert gjennom avløftingsmediet tilsvarende et på forhånd bestemt ønsket mønster for motstandstermometeret,karakterisert ved avsetning av platina på de eksponerte delene av substratet og på den eksponerte overflaten av avløftingsmediet i en reaktiv atmosfære under forhøyet temperatur ved lav hastighet, for å danne søylefor-mede korn av platina orientert generelt normalt på substratoverf laten i veien, og fjernelse av avløftingsmediet og platina avsatt på avløftingsmediet mens platina festet på den eksponerte substratoverflaten i veien bevares, hvorved de søyleformede kornene av platina i veien, forblir idet vesentlige uforurenset av avløftingsmediet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved trinnene at avløftningsmedium først avsettes på hele substratoverflaten og videre at deler av avløftingsmediet bortetses for å definere veien med etsede sidekanter som strekker seg oppover fra substratoverflaten.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at trinnet med fjernelse av avløftnings-medium og platina avsatt derpå innbefatter bortetsing av avløftingsmediet fra substratet etter avsetning av platina, og deretter fjernelse av platina som ikke befinner seg i de definerte veiene.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at platina som er avsatt i veien avsettes til en tykkelse som er mindre enn tykkelsen av avløftingsmediet, slik at sidekantene som definerer veien i avløftingsmediet strekker seg oppover utover tykkelsen av det avsatte platina for derved å bevirke dannelse av porøse bånd av det avsatte platina tilstøtende til de ytterste delene av sidekantene for å gjøre det mulig å anvende væskeestsing for fjerning av avløftingsmediet.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående kravene, karakterisert ved at platina avsettes ved katodeforstøvning på substratet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at avløftingsmediet velges slik at det motstår reaksjonen med, og diffusjon inn i, atmosfæren som benyttes for avsetning av platina for å bevare de skarpe kantene langs veien og for å opprettholde sidekanter av veien i det vesentlige perpendikulært på substratet under hele eks-poneringen overfor omgivelsene som benyttes ved avsetning av det resistive materialet ved temperaturer opp til 500°C.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til 6, karakterisert ved at avløftingsmediet omfatter i det vesentlige rent silisiumdioksyd.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at silisiumdioksydet er kjemisk dampavsatt fra silan og oksygenkilder.