SU1105946A1

SU1105946A1 - Process for manufacturing thin-film temperature-sensitive resistors

Info

Publication number: SU1105946A1
Application number: SU823432602A
Authority: SU
Inventors: Наталья Ильинична Алексеева; Анатолий Николаевич Дикиджи; Михаил Иосифович Ярославский; Владислав Викторович Бахтинов; Борис Августович Биркен
Original assignee: Предприятие П/Я В-2132
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1984-07-30

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТЕРМОРЕЗИСТОРОВ, включающий нанесение на непровод щую подложку пленки из термочувствительного материала на оксидов металлов высокочастотным магнетронньм распылением и пленочных контактных электродов , отличаю щийс- тем, что, с целью улучшени воспроизводимости электрического сопротивлени и температурного коэффициента сопротивлени и повьппени их временной стабильности, нанесение на непровод щую подложку пленки из термочувствительного материала на основе оксидов металлов высокочастотным магнетронным распылением осзпдествл ют в атмосфере, содержащей 97-99 об.% аргона и 1-3 об.% кислорода, при давлении METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM thermistor comprising applying to the non-conductive film substrate of the thermally sensitive material at a high-frequency sputtering of oxides and metals magnetronnm film contact electrodes, characterized schiys- in that, in order to improve the reproducibility of the electrical resistance and the temperature coefficient of resistance and their temporal stability povppeni plating high-frequency metal oxide film on a non-conductive substrate; Separate magnetron sputtering is carried out in an atmosphere containing 97-99% by volume of argon and 1-3% by volume of oxygen, at a pressure of

Description

елate

со 4from 4

сг Изобретение относитс к электрон ной технике и может быть использовано , например, в микроэлектронике в технологии изготовлени тонкогшеночных терморезисторов, используемы в качестве элементов микросхем. Известен способ изготовлени тон пленочных терморезисторов, включающий нанесение на непровод щую подло ку пленки из термочувствительного материала на основе смеси оксидов марганца, кобальта и меди и пленочн контактных электродов 13Недостаток известного способа состоит в низкой временной стабильности электрического сопротивлени (дрейф сопротивлени со временем составл ет 30-ДО%) и температурного коэффициента сопротивлени (ТКС измен етс в 2,5-3 раза с повьппением температуры от +20 до ) . Невоспроизводимость этих параметров тонкопленочных терморезисторов обус ловливает низкий (около 5%) процент выходагодных изделий. Наиболее близким к изобретению вл етс способ изготовлени тонкопленочных терморезисторов, включающий нанесение на непровод щую подложку пленки из термочувствительного материала на основе оксидов ме таллов высокочастотным магнетронным распылением и пленочных контактных электродов 112. Недостатки данного способа заклю чаютс в невоспроизводимости электрического сопротивлени и температурного коэффициента сопротивлени и низкой их временной стабильности (изменение параметров составл ет около 140% через 2000 ч). Цель изобретени - улучшение вос производимости электрического сопро тивлени и температурного коэффициента сопротивлени и повьшение их временной стабильности. Цель достигаетс тем, что согла но способу изготовлени тонкопленочных терморезисторов, включающему нанесение на непровод щую подложку пленки из термочувствительного мате риала на основе оксидов металлов высокочастотным магнетронным распылением и пленочных контактных электродов, нанесение на непровод щую подложку пленки из термочувствительного материала на основе оксидов металлов высокочастотным м нетронным распылением осуществл ют в атмосфере, содержащий 97-99 об.% аргона и 1-3 об.% кислорода, при давлении (7-8) Па, причем в качестве термочувствительного материала на основе оксидов металлов используют твердый раствор полупроводниковых оксидов переходных металлов . Технологи изготовлени тонкопленочных терморезисторов включает изготовление порошковой мишени из твердых растворов полупроводниковых оксидов переходных металлов согласно техпроцессу ЦЛ.25065.00001, дл чего последние измельчают с помощью пестика до порошкообразного состо ни . Полученньй порошок помещают на диск из плавленного кварца, постепенно выливают на порошок спирт, растирают порошок со спиртом до получени однородной суспензии, которую равномерно распредел ют по поверхности диска. Помещают кварцевый диск с нанесенной на него суспензией в термостат (любого типа) при 100+5С на врем не менее 2 ч. Через 2 ч порошкова мишень готова к работе. Нанесение термочувствительной пленки тонкопленочного терморезистора осуществл ют на установке типа УВН-62П-3 с применением в качестве высокочастотного распылительного устройства планарного магнетрона ЦП1080-4305 с воДоохлаждаемым катодом дискового типа. Диск из плавленного кварца с размещенной нанем порошковой мишенью помещают на катод магнетрона. Непровод щие подложки, прошедшие предварительно химическую очистку, закладывают в кассету, последнюю помещают в кассетодержатель магнетрона . Установку готовит к работе согласно инструкции на ее эксплуатацию ДЕМЗ.273.026 ТО. После подготовки установки к работе создают под колпаком разрежение не хуже 6,5-Ю Па. В смеситель- ный бачок установки напускают-аргон и кислород до давлени 3,4 атм. Количество каждого газа контролируют по давлению, регистрируемому манометром. Расчет процентного содержани кислорода в аргоне производ т следующим образом.cg The invention relates to electronic engineering and can be used, for example, in microelectronics in the technology of manufacturing thin-adhering thermistors used as elements of microcircuits. A known method of making a film of thermistor resistors involves applying a film of temperature-sensitive material based on a mixture of manganese, cobalt and copper oxides and contact film electrodes onto a non-conducting substrate. The disadvantage of this method is the low time stability of the electrical resistance (the resistance drift with time is 30- TO%) and temperature coefficient of resistance (TCR varies 2.5-3 times with a temperature from +20 to). The non-reproducibility of these parameters of thin-film thermistors causes a low (about 5%) percentage of output products. The closest to the invention is a method of manufacturing thin-film thermistors, comprising applying to the non-conductive substrate a film of temperature-sensitive material based on metal oxides with high-frequency magnetron sputtering and film contact electrodes 112. The disadvantages of this method are in the irreproducibility of electrical resistance and temperature coefficient of resistance and low their temporal stability (changing the parameters is about 140% after 2000 hours). The purpose of the invention is to improve the reproducibility of electrical resistance and temperature coefficient of resistance and increase their temporal stability. The goal is achieved in that according to the method of manufacturing thin-film thermistors, including the deposition of a film of thermosensitive material based on metal oxides with high-frequency magnetron sputtering and film contact electrodes on a non-conductive substrate, the deposition of a film of thermo-sensitive material based on metal oxides with high-frequency m on a non-conductive substrate. non-atomized spraying is carried out in an atmosphere containing 97-99% by volume of argon and 1-3% by volume of oxygen, at a pressure of (7-8) Pa, and as Thermosensitive material based on metal oxides use a solid solution of semiconductor transition metal oxides. The technology of manufacturing thin-film thermistors involves the manufacture of a powder target from solid solutions of semiconductor transition metal oxides according to the technical process TsL 2505.00001, for which the latter are pulverized with a pestle to a powder. The resulting powder is placed on a disk of fused quartz, the alcohol is gradually poured onto the powder, the powder is rubbed with alcohol to obtain a homogeneous suspension, which is evenly distributed over the surface of the disk. Place the quartz disk with the suspension applied to it in a thermostat (of any type) at 100 + 5 ° C for at least 2 hours. After 2 hours, the powder target is ready for operation. The heat-sensitive film of a thin-film thermistor is applied on a UVN-62P-3 unit using a planar magnetron TsP1080-4305 with a water-cooled disk-type cathode as a high-frequency sputtering device. A disk of fused silica with a powder target placed by a nan is placed on the cathode of a magnetron. Non-conducting substrates that have undergone pre-chemical cleaning are placed in the cassette, the latter is placed in the cassette holder of the magnetron. Installation prepares for work according to the instruction for its operation DEMZ.273.026 THAT. After preparing the unit for operation, a vacuum is created under the hood no worse than 6.5-Yu Pa. Argon and oxygen up to a pressure of 3.4 atm are fed into the mixing tank of the unit. The amount of each gas is controlled by the pressure recorded by the pressure gauge. The calculation of the percentage of oxygen in argon is made as follows.

3. 113. 11

Давление смеси газов в объеме равно сумме парциальных давлений составл ющих смесь газов (закон Дальтона ) , т.е.The pressure of the mixture of gases in a volume is equal to the sum of the partial pressures of the components of the mixture of gases (Dalton's law), i.e.

Р Т -4- РP T -4- P

сллеси Н shine H

Объем, занимаемьш газом в смеси газов, пропорционален его парциальному давлению, т.е. V Р , Vj Р, и т. д.The volume occupied by the gas in the gas mixture is proportional to its partial pressure, i.e. V P, Vj P, etc.

Следовательно, отношение объемов газов в смесиTherefore, the ratio of the volume of gases in the mixture

Исход из этого, определим процентное содержание кислорода в смес с аргоном при давлении смеси газов 3,4 атм и известном парциальном давлении одного из газов, например кислородаBased on this, we determine the percentage of oxygen in a mixture with argon at a pressure of a mixture of gases of 3.4 atm and a known partial pressure of one of the gases, for example oxygen

Р О,Т атм.P Oh, T atm.

Значение Р определ ют при последовательном напуске в смесительный бачок вначале кислорода до давлени О,1 атм, а затем аргона до суммарного давлени смеси 3,4 атм,The value of P is determined by successively introducing oxygen into the mixing tank at the beginning of oxygen to a pressure of 0 atm, and then argon to a total pressure of the mixture at 3.4 atm.

Из закона Дальтона определ ем парциальное давление аргона:From the law of Dalton we determine the partial pressure of argon:

2 Рсмеси PI) 3,4 - 0,1 2 Rsmesi PI) 3,4 - 0,1

3,3 атм. 3.3 ATM

Отсюда соотношение кислорода в смеси, с аргономHence the ratio of oxygen in the mixture, with argon

т.е. около 3 об.%.those. about 3 vol.%.

Если требуетс получить 2%-ное содержание кислорода в смеси с аргоном , то необходимо уменьшить , давление кислорода в смесительном бачке до -0,07 атм.If it is required to obtain a 2% oxygen content in a mixture with argon, then it is necessary to reduce the oxygen pressure in the mixing tank to -0.07 atm.

Смесь аргона с кислородом напускают под колпак до давлени 8-10 Па устанавливают стационарную течь под колпак рабочего газа (смеси аргона и кислорода), обеспечивающуюA mixture of argon and oxygen is injected under the hood up to a pressure of 8-10 Pa. A steady flow is established under the working gas cap (a mixture of argon and oxygen), providing

59465946

рабочее давление B-IO-tla, затем нагревают подложки до 200t10°C и подают на катод магнетрона высокочастотное напр жение при следующих 5 параметрах:The working pressure is B-IO-tla, then the substrates are heated to 200t10 ° C and high-frequency voltage is applied to the cathode of the magnetron with the following 5 parameters:

Частота ВЧ генератора , МГц11,56 Напр женность маг- 0 нитного пол у поверхности мишени , А/м 1,5-10 Рассто ние мишеньподложка , мм . 60 5 Давление рабочегоFrequency of the RF generator, MHz11.56 Magnetic field strength at the target surface, A / m 1.5-10 Distance to the target substrate, mm. 60 5 Work pressure

газа в камере. Па 8 -10 Ток анода ВЧ генератора , А0,7-0,8 Напр жение ВЧgas in the chamber. Pa 8 -10 Current of the anode of the RF generator, A0.7-0.8 RF voltage

0 генератора, кВ2,70 generator, kV2.7

ТемператураTemperature

подложки,°С200substrates, ° С200

Скорость нанесени пленки, нм/с3Film deposition rate, nm / s3

5 При этом происходит процесс распылени порошковой мишени твердых растворов полупроводниковых оксидов переходных металлов и нанесение пленки из термочувствительного мате0 риала на подложки.5 In this case, the process of spraying a powder target of solid solutions of semiconductor transition metal oxides and applying a film from a thermosensitive material to substrates takes place.

После нанесени термочувствительных пленок на подложки, последние помещают в термостат любого типа с температурой статировани 125t5°-C , на 100 ч дл проведени циклов искусственного старени и термостабилизации термочувствительных пленок согласно техпроцессу ЦЛ-25050.00008.After applying thermosensitive films on substrates, the latter are placed in any type of thermostat with a statisation temperature of 125t5 ° C for 100 hours to carry out artificial aging cycles and thermally stabilize thermosensitive films according to CL-25050.00008.

Контактные тонкопленочные электро40 ды на термочувствительный слой нанос т после проведени циклов искусственного старени и термостабилизации термовакуумным способом на установке типа УВН-2М-2 с применением 45 биметаллических масок.Contact thin-film electrodes on a thermosensitive layer are applied after conducting cycles of artificial aging and thermal stabilization using the UVN-2M-2 unit using 45 bimetallic masks.

Контактные тонкопленочные электроды терморезисторов вьшолн ют из двух слоев: адгезионного - из хрома Толщиной 50 нм и провод щего - из серебCQ ратолщиной 200 нм.Contact thin-film electrodes of thermistors are made of two layers: adhesive - from chrome, 50 nm thick, and conductive - from silver, with a thickness of 200 nm.

Электри ческие параметры и особенности режимов изготовлени тонкопленочных терморезисторов приведены в табл. 1-13.The electrical parameters and features of the manufacturing modes of thin-film thermistors are given in Table. 1-13.

0)0)

оabout

0)RS0) RS

УП оUE o

SS S ь:SS S:

р.н аrn a

но с but with

ь:А Ul: A U

ис (UOis (uo

t;о S оt; o S o

СГ)ч, ВС «N Г г-ЧГSG) h, Sun «N G g-Chern

ооoo

см cm

«ч"H

чгchg

I « г г -- 0000I "g g - 0000

0000

00000000

fO - го гготfO - go ggo

со -.- го 1 co-go 1

Г-л г г I - -о Mr. Mr. Mr. I - -o

1Г|001G | 00

0000

«|,"|,

г g

00 00

«-1Л"-1L

U-1U-1

ооoo

ОО ооONOoo ooon

« "

1one

t лГt lg

- -

((

COCO

Г-,.G- ,.

r-r-

r «-rr "-r

«"

T-inT-in

inin

II

OOOO

-it00rO-it00rO

r r

-in in-in in

о00 оo00 o

0000

Г-ft ftG-ft ft

OO«00OO "00

о in Iabout in i

«-in -a .“-In -a.

« о uкии “About ukii

ft H H oe fr«(Ж frsft H H oe fr "(Ж frs

о оoh oh

OOOO

vOvO

in00 in00

0000

1Л1L

r r

«r-"R-

rv.f.rv.f.

r r

OO.Oo

. «00. “00

00 00

ооoo

in -inin-in

1-in1-in

tinTIItinTII

ONON

OOCJOocj

1one

OOCTiOOCTi

00 00

OOOO

r- Г-r- g-

r-«лr- "l

r.r.

.r.r

Г-.G-

in --min --m

inininininin

II I III I I

OOOO

OO OOOo oo

ooCO0000OOooCO0000OO

1 00100

Г- «G- "

«"

Г-,«4fv,rG -, "4fv, r

ft l-ft l-

t t

ftp ftp

in -in -inin -in -in

in in Iin in I

IItIIt

COCO

OOOO

CO-чГ00CO-PG00

OO dЧ1-00OO dЧ1-00

t ftrt ftr

«"

Г-,ftG-, ft

ftrftr

ft00ft00

0000

00ft00ft

ftCOftftCOft

ftOOftOO

tTir-intTir-in

inrin -ininrin -in

I II I

IIII

00 о00 about

00о00 about

О00O00

0000

rr

(V.ft(V.ft

Г ftR ft

. fthr-. fthr-

лOQLOQ

0000

ft 00ft 00

00ft00ft

ftft

1Л -1L -

in in

inin

-in I-in I

ё -2 s о ё -2 s about

ft E-i -ft H ft E-i -ft H

Ot . Ot.

о о о зоoh oh oh

оabout

о 00about 00

SS

оabout

гg

inin

vOvO

г- ,-гt ш«g-, -gt sh "

«1Л ю "1L th

«ОО"OO

ч 00 h 00

Г),f го т-D) f th t-

II

гоgo

г.year

соwith

1Л 1L

1Л1L

ш«sh "

ш. ООsh. OO

0000

ООOO

соwith

го . go

гоч-goch-

I II I

..

; о г- о; oh gh

г-оgo

1П.1P.

Ю « YU "

юYu

ООOO

7 Т 7 T

«ОО"OO

го-, Igo-, i

))

Г 40ГG 40G

ъООО

1Л1L

in«1Лin "1L

ю«Yu"

лГlg

г g

«г"G

tntго ,-ff) .tntgo, -ff).

II

Г-«ООG- "PA

f;-00гf; -00g

0000

«л"L

1Л«U-I1L "U-I

ш«sh "

ГR

. г . g

«г."Y.

го.7- согОО go.7- sooOO

ОО .-OO .-

0000

00гОО00гОО

гg

. р . R

«"

чГcg

т-- t t-- t

0041ОО f 0041OO f

ОО OO

f f

« 00“00

- ОО- OO

, ,

- -- сого CV , «- - of this CV, "

00 со00 with

« « ""

. чО. cho

vO) ОS1- 4Э 4fvO) OS1-4E 4f

т- t-

,-I«-1 -1, -I "-1 -1

1 1ё. 1 1y.

и оand about

О U иAbout u and

о о оLtd

Ь оB o

: ь:; о: s :; about

-g -g

н н н-- н- н « nnnnnn "

О) s а с2 и O) s and c2 and

оabout

(X(X

к оto about

О) SO) S

о. ( кabout. (to

к Sto s

(U X(U x

с: ш л е;c: sh e;

оabout

о о оLtd

оabout

о о юoh oh

о о оLtd

о гмabout um

о 00 about 00

о:about:

гоgo

чГ -hG -

vOvO

25 1.1059462625 1.10594626

Изобретение позвол ет улучшитьстабильность этих параметров (t1%)The invention improves the stability of these parameters (t1%)

воспроизводимость электрическоготонкопленочных терморезисторов,reproducibility of electric-shrink-film thermistors,

сопротивлени (разброс не более 10%Это дает возможность повыситьresistance (range of not more than 10%) This makes it possible to increase

номинального значени внутри партиинадежность тонкопленочных термои от партии к партии) и ТКС (разброс5 резисторов и использующих им микне более 1%) и повысить временнуюросхем.nominal values within the part of the reliability of thin-film thermo from batch to batch) and TKS (spread of 5 resistors and using them Micka more than 1%) and increase the time circuit.

Claims

METHOD FOR MANUFACTURING THIN-FILM THERMO RESISTORS, including applying a film of a thermosensitive material based on metal oxides by high-frequency magnetron sputtering and film contact electrodes onto a non-conductive substrate, with the aim of improving the reproducibility of electrical resistance and temperature coefficient of resistance and increase their temporal stability; deposition of a film of a thermosensitive material based on metal oxides on a non-conductive substrate is highly Magnetic astronomical sputtering is carried out in an atmosphere containing 97-99 vol.% argon and 1-3 vol. X oxygen, at a pressure of (7-8) -10 “ ² Pa, and used as a heat-sensitive material based on metal oxides solid solution of semiconductor transition metal oxides. > L

1 1105946 2