Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления



Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления
Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления
Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления
Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления
Способ изготовления резистивных плёнок методом магнетронного распыления
H01C7/00 - Нерегулируемые резисторы, имеющие один или несколько слоев или покрытий; нерегулируемые резисторы из порошкообразного токопроводящего или порошкообразного полупроводникового материала с диэлектриком или без него (состоящие из свободного, т.е.незакрепленного, порошкообразного или зернистого материала H01C 8/00; резисторы с потенциальным или поверхностным барьером, например резисторы с полевым эффектом H01L 29/00; полупроводниковые приборы, чувствительные к электромагнитному или корпускулярному излучению, например фоторезисторы H01L 31/00; приборы, в которых используется сверхпроводимость H01L 39/00; приборы, в которых используется гальваномагнитный или подобные магнитные эффекты, например резисторы, управляемые магнитным полем H01L 43/00; приборы на твердом теле для выпрямления, усиления, генерирования или переключения без потенциального или

Владельцы патента RU 2658310:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов. Способ формирования резистивной пленки - реактивное магнетронное распыление. В качестве основы резистивной пленки предлагается использовать оксид элементов нержавеющей стали. Техническим результатом изобретения является: использование оксида элементов нержавеющей стали в качестве материала для резистивной пленки, обеспечивающей большую по сравнению с аналогами воспроизводимость; а также прогнозирование удельного поверхностного сопротивления при помощи математической модели процесса формирования резистивной пленки методом реактивного магнетронного распыления. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов. Способ формирования резистивной пленки - реактивное магнетронное распыление. В качестве основы резистивной пленки предлагается использовать оксид элементов нержавеющей стали.

Известны способы формирования резистивных пленок методом термического напыления на диэлектрическую подложку различных материалов. Наиболее часто в качестве испаряемого материала применяются сплавы серии PC. Также разрабатываются сплавы на основании кремния, железа, хрома, вольфрам и т.д. (например, [1, 2]).

Технические условия для резистивных сплавов PC предназначены для формирования тонкопленочных резисторов методом термического испарения. Однако методы термического испарения повсеместно заменяются методами магнетронного распыления, как более технологичными и экономически выгодными [3]. При использовании сплавов серии PC также возникают некоторые сложности. Применение сплавов PC в методе магнетронного распыления приводит к трудоемкому процессу обеспечения стехиометрического состава формируемой пленки. Установлено, что большую роль в пленочных резисторах на основе PC сплавов и тугоплавких силицидов играет кислород, который интенсивно поглощается кремнием из остаточной атмосферы вакуумной камеры при насыщении. Захваченный пленкой кислород в виде Si выделяется по границам зерен, образуя тонкую диэлектрическую прослойку, что в сильной мере сказывается на удельном сопротивлении и ТКС пленки [4]. Вторая сложность использования PC-сплавов - неоднородность материала мишени по площади и объему и различные загрязняющие добавки.

Прототипом предлагаемого способа формирования резистивных пленок является метод, описанный в [5], заключающийся в управлении поверхностным сопротивлением пленки CrO посредством варьирования концентрацией кислорода при формировании пленки реактивным магнетронным распылением. Недостатком предложенного способа формирования резистивных пленок можно считать, во-первых, невозможность прогнозирования получаемого удельного поверхностного сопротивления, а во-вторых, применимость полученных на основе пленок CrO резисторов при температурах ниже 100 К.

Резистивные тонкие пленки предлагается формировать методом магнетронного реактивного распыления мишени из нержавеющей стали 12Х18Н10Т1. Нержавеющая сталь выбрана в качестве материала мишени по двум причинам:

1) Химический состав нержавеющей стали схож с материалами, традиционно используемыми при термическом напылении резистивных пленок.

2) Отсутствие связывающих элементов в составе. Технический результат - формирование резистивной пленки с необходимым значением удельного сопротивления;

- использование оксида элементов нержавеющей стали в качестве материала для резистивной пленки, обеспечивающей большую по сравнению с аналогами воспроизводимость;

- прогнозировать удельное поверхностное сопротивление при помощи математической модели процесса формирования резистивной пленки методом реактивного магнетронного распыления.

Технический результат достигается тем, что способ изготовления тонких резистивных пленок методом реактивного магнетронного распыления согласно изобретению в качестве распыляемой мишени используется нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т1, а подбор значения удельного поверхностного сопротивления получаемой пленки осуществляется по формуле

где ρ - удельное поверхностное сопротивление, Ом/;

η - концентрация кислорода в смеси газов, в диапазоне от 2 до 7%,

t - время напыления, в диапазоне от 10 до 600 сек.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана зависимость удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки от концентрации кислорода в газовой смеси (точками обозначены экспериментально полученные результаты, сплошной линия рассчитана по математической модели);

на фиг. 2 - зависимость удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки от времени напыления (точками обозначены экспериментально полученные результаты, сплошная линия рассчитана по математической модели).

Технический результат достигается за счет подбора материала, по химическому составу схожего с традиционными материалами, применяемыми для формирования резистивных пленок термическим испарением, но не содержащего в своем составе связующих элементов, уменьшающих воспроизводимость технологии, а также за счет того, что была рассчитана адекватная математическая модель в соответствии с рототабельным центральным композиционным планом (РКЦП) (табл. 1). Резистивные пленки были получены при температуре подложки 200°С, время напыления 45 секунд, ток магнетрона 0,9 А, после напыления пленки подвергались отжигу при температуре 400°С при атмосферном давлении. Согласно математической модели давление смеси газов в камере в диапазоне от 0,5 до 1,1 Па не влияет на удельное поверхностное сопротивление формируемой пленки.

Сравнение заявленного технического решения с другими техническими решениями в данной области техники показало, что данный способ изготовления резистивных пленок методом магнетронного распыления не известен. Кроме того, совокупность существенных признаков вместе с ограничительными позволяет обнаружить у заявляемого решения иные, в отличие от известных свойства, к числу которых можно отнести следующие:

1. предложен новый материал для изготовления резистивных пленок;

2. предложена математическая модель, описывающая процесс формирования резистивной пленки на основе оксида элементов нержавеющей стали методом магнетронного реактивного распыления.

Таким образом, иные в отличие от известных свойства, присущие предложенному техническому решению, доказывают наличие существенных отличий, направленных на достижение технического результата.

Промышленная применимость предложенного технического решения продемонстрирована изложенным ниже примером.

На фиг. 1 приведены экспериментальные значения удельного поверхностного сопротивления, полученные при формировании резистивных пленок по описанному способу при разных значениях концентрации кислорода в смеси рабочего газа. Остальные технологические параметры были зафиксированы на следующих значениях: температура подложки 200°С, время напыления 45 секунд, ток магнетрона 0,9 А, после напыления пленки подвергались отжигу при температуре 400°С при атмосферном давлении.

На фиг. 2 приведены экспериментальные значения удельного поверхностного сопротивления, полученные при формировании резистивных пленок по описанному способу при разных значениях времени напыления.

Остальные технологические параметры были зафиксированы на следующих значениях: концентрация кислорода в смеси 5%, температура подложки 200°С, ток магнетрона 0,9 А, после напыления пленки подвергались отжигу при температуре 400°С при атмосферном давлении.

Отличие измеренного и расчетного по модели удельного поверхностного сопротивления не превышает 5%. ТКС пленок изменяется от положительного до отрицательного в зависимости от соотношения кислорода и азота в рабочей газовой смеси при напылении и составляет значения порядка 10-4 Ом/К.

Таким образом, анализ полученных результатов показал, что использование указанного способа позволяет формировать тонкопленочные резисторы с достаточной точностью методом магнетронного распыления за счет варьирования двух параметров.

Источники информации

1. Патент №2369934 от 02.09.2008.

2. Патент №1281058 от 06.08.1984.

3. Берлин Е.В. Вакуумная технология и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. / Е.В. Берлин, С.А. Двинин, Л.А. Сейдман. - М.: Техносфера, 2007. - 176 с.

4. Katnani A.D. Effects of oxidation on the electrical resistance of cermet thin films A.D. Katnani, L.J. Matienzo, F. Emmi // Journal of materials science letters - 1989. No. 8 - P. 1177-1178.

5. Nash C.R. Compact chromium oxide thin _lm resistors for use in nanoscale quantum circuits / C.R. Nash, J.C. Fenton, N.G.N. Constantino, P.A. Warburton // Journal of Applied Physics Vol. 116 No. 22 - 2014. [Электронный ресурс] http://dx.doi.org/10.1063/1.4901933.

Способ изготовления тонких резистивных пленок методом реактивного магнетронного распыления, отличающийся тем, что в качестве распыляемой мишени используется нержавеющая сталь марки 12Х18Н10Т1, а подбор значения удельного поверхностного сопротивления получаемой пленки осуществляется по формуле

где ρ - удельное поверхностное сопротивление, Ом/;

η - концентрация кислорода в смеси газов, в диапазоне от 2 до 7%,

t - время напыления, в диапазоне от 10 до 600 сек.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радио- и микроэлектронике и может быть использовано в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются переключения в течение промежутков времени от 20 до 70 минут при 10-150°С.

Изобретение относится к радио- и микроэлектронике и может быть использовано в микроэлектронной аппаратуре с малыми значениями токов и напряжений, где требуются переключения в течение промежутков времени от 25 до 110 минут при 10-150°С.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к композиционному резистивному углеродному материалу, может найти применение для приготовления высокоэлектропроводных, обеспечивающих надежный электрический контакт паст и клеев, а также при изготовлении промышленных и бытовых нагревателей.

Изобретение относится к материалу варистора для разрядника, служащего для защиты от перенапряжения, с целевой напряженностью переключающего поля в диапазоне от 250 до 400 В/мм.

Изобретение относится к области электротехнического, радиотехнического и электроэнергетического назначения. Композиционный резистивный материал содержит корунд, связующее на основе силикатного стекла, углеродсодержащую фазу, отличается тем, что корунд взят с размером частиц не более 50 мкм, а связующее дополнительно содержит каолиновую глину при следующем соотношении компонентов, мас.%: Сухая смесь: Корунд - 69,5-80,0; Каолиновая глина - 15,5-19,8; Углеродсодержащая фаза - 0,2-15; Натриевое стекло - 8-10 в пересчете на сухую смесь.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в технологии получения терморезистивных материалов для приборов, предназначенных для термостатирования объектов при фиксированных значениях температуры, например терморезисторов, нагревательных элементов и регуляторов температуры.

Изобретение относится к радио- и микроэлектронике, а именно к резистивному материалу, содержащему халькогениды серебра, мышьяка и германия. При этом материал дополнительно содержит селенид меди согласно эмпирической формуле: (Ag2Se)x·(Cu2Se)(1-x)·(As2Se3)·(GeSe)2, где 0,6≤х≤0,95.

Изобретение относится к разряднику для защиты от перенапряжений. Разрядник содержит защищенный от прикосновения корпус (10), расположенный в корпусе активный элемент (20), имеющий выполненный в виде батареи (21) варисторов столбик варисторных элементов и расположенный снаружи корпуса и соединенный электрически с батареей (21) варисторов электрический ввод для присоединения защищаемой от перенапряжений, защищенной при прикосновении высоковольтной установки.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных микросборок, а более конкретно для конструирования и изготовления тонкопленочных резисторов на диэлектрических подложках.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для изготовления электропроводящих покрытий, пленочных нагревательных элементов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных резисторов. Способ формирования резистивной пленки - реактивное магнетронное распыление. В качестве основы резистивной пленки предлагается использовать оксид элементов нержавеющей стали. Техническим результатом изобретения является: использование оксида элементов нержавеющей стали в качестве материала для резистивной пленки, обеспечивающей большую по сравнению с аналогами воспроизводимость; а также прогнозирование удельного поверхностного сопротивления при помощи математической модели процесса формирования резистивной пленки методом реактивного магнетронного распыления. 2 ил., 1 табл.

Наверх