Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Тонкопленочные резисторы могут быть изготовлены из металлов, сплавов (в том числе сплавов многокомпонентного состава), полупроводников и керметов (смесей металлов с керамикой). Широкое применение находит хроюоникелсвый сплав (20% хрома и 30о/о никеля). Поверхностное сопротивление пленки толщиной ! 00 Л, изготовленной из этого сплава, достигает 300 ом/квадрат, а температурный коэффициент сопротивления мал. Температура испарения у этого сплава велика (! 600'С), причем для получения высококачественного пленочного сопротивления подложка должна быть нагрета до 300 — 350'С н в процессе напыления температура должна быть постоянной.
46 Из сплава железа с хромом (79% железа и 21о/о хрома) и железохромоникелевого сплава (железа 7~1,5%, хрома 21% и никеля 7,5'/о) получают пленки, обладающие поверхностным сопротивлением 150 ом/квадрат с температурным коэффициентом сопротивления менее 100 ° 10 — в град — ', Значительно большим удельным сопротивлением (до 400 аж на квадрат) обладает многокомпонентный сплав, состоящий из?4% никеля, 20% хрома, Зо/о железа и Зо/о алюминия. В последнее время все шире применяют ренневые тонкопленочные резисторы. Основным преимуществом рения перед другими материалами, используемыми для изготовления тонкопленочных резисторов, являются: устойчивость при высоких температурах, что позволяет изготовлять резисторы с высокой мощностью рассеяния при высокой температуре; высокая стабильность пленок; невысокий температурный коэффициент сопротивления; незначительное изменение сопротивления от толщины, что облегчает изготовление высокоомных резисторов с малым разбросом сопротивления.
В там случае, когда необходимо получить высокостабильные пленки с большим поверхностным сопротивлением (порядка нескольких тысяч ом на квадрат) и низким температурным коэффициентом сопротивления, применяют тантал, вольфрам и рений. Выбор тантала в качестве материала для изготовления тонкопленочных резисторов, помимо большого удельного сопротивления, объясняется следующиьии причинами: поверхность тантала легко покрывается пленкой окиси и становится малаактивной, хотя тантал и относится к активным металлам; тонкни прозрачный поверхностный слой окиси хорошо связан с танталом, обладает высоким сопротивлением износу и коррозии в различных атмосферных условиях и не поддается воздействию многих кислот; реакция окисления тантала легко управляется н может быть использована для регулирования толщины пленкн и ее сопротивления; пятиокись тантала является хорошим диэлектриком, что позволяет использовать тантал для изготовления не только пленочных сопротивлений, но н пленочных конденсаторов.
Большим поверхностным сопротивлением (до 10000 оьв/квадрат) обладают пленки нз сплава 24% хрома с 76оьо кремния. Напыление пленок в этом случае производится по методу «вспышки», прн котором поро- 4 — 2о1 49 шок или небольшие кусочки сплава падаю~ па разогретый до высокой температуры вольфрамовый испаритель. Образующееся прн этом облако пара конденсируется на подложке, разогретой до 200 — 500'С. Полученные таким путем пленки отличаются малым температчрным коэффициентом сопротивления (50 1О-«град-') и высокой стабильностью (после 2000 ч изменение сопротивления не превышает 0,2»/ю а после 5000 ч работы сопротивление изменяется не более чем на 3»~~). Еще большим поверхностным сопротивлением (до 50000 ом/квадрат) обладают пленки из «керметов»ь представляющих собой смеси металлов с изолирукнцими материалами (тугоплавкие окиси, стекло).
Типичпьгип керметами являются пленки палладиево-серебряной глазури или танталово-хромового стекла. Резисторы на основе этих пленок используются в схемах, где допустимо высокое значение температурного коэффициента сопротивления. Керметы на основе снсгемы моноокись кремния— хром обладают хорошими адгезнонными свойствами, однородностью, стабильностью, высокой темпсратуроустойчивостью и хорошими механическими свойствами. Сопротивление пленки в широких пределах может варьироваться в зависимости от состава смеси. Наилучшие данные получены при 70/» хрома и 30'/» моноокнси кремния.
Для предотвращения агломерации к смеси обычно добавляют 0,5'/, коллоидного раствора окиси кремния. Испарение смеси производится с вольфрамовой спирали прн температуре 1300 — 1600'С на подложку, нагретую до 200 — 250'С. После напыления пленки ее нагревают в контролируемой среде при температуре 400 — 450'С для стабилизации параметров. Из окисно-металлических пленок при изготовлении резисторов чаще всего используются пленки окиси олова.
Применяются два метода получения таких пленок. В первом используется набрызгпвание спиртовых растворов четыреххлористого олова на стеклянную илп керамическую подложку, нагретую до температуры 500 — 800'С. В результате гпдролиза ЯпС!з получаются пленки ЯпО, представляющие собой полупроводник п-типа. Добавка акцепторных примесей, таких, например, как железо, бор, кадмий, индий или алюминий, увеличивает сопротивление пленки.
Добавка допорных примесей (сурьмы, мышьяка, тсллура, вольфрама, фосфора, Ж фтора и др) уменьшает сопротивление плеяки и даст положительный температурный коэффициент сопротивления. Второй метод получения пленок заключается в распылении олова, индий-олова или сурьмы-олова в окислительной атмосфере, в результате чего получаются аморфные изолирующие пленки, преобразующиеся затем в резистивные путем рекристаллизации при температуре 700 — 900' С. Наиболее простым методом регулирования осаждения резистивных пленок является помещение в рабочий объем вакуумной установки вблизи напыляемых подложек контрольной подложки с серебряными контактами (свидетеля).
Когда сопротивление между контактами контрольной подложки достигнет требуемой величины, испарение сразу же может быть прекращено поворотом заслонки, прерывающей поток пара от испарителя к подложкам. Однако, как показали многочисленные эксперименты, сопротивление изменяется (обычно уменьшается) после того, как подложка извлекается из вакуумной системы или же когда она подвергается дальнейшей обработке, (например, прогреву).
Объясняется это тем, что атомы газа или другие примесные атомы сорбируются пленкой в процессе ее напыления, а затем при нагреве химически реагируют с ней. Другая причина заключается в возникновении в материале пленки напряжений, которые могут изменяться в процессе отжита. Тонкопленочные конденсаторы. В отличие от резисторов и контактных площадок, при изготовлении которых достаточно произвести одно или в крайнем случае два напыления (подслоя и слоя), изготовление тонкопленочных конденсаторов требует по меньшей мере три напыления: нижней обкладки, дпэлектрическоп пленки и верхней обкладки.
В тонкопленочных конденсаторах обычно используют две обкладки, поскольку применение большого числа обкладок затрудняет процесс изготовления конденсаторов и удорожает их стоимость. Материал, используемыи для изготовления диэлектрических пленок, должен удовлетворять следующим требованиям: прочно сцепляться с материалом подложки и металлами, быть плотным и не подвергаться механическому разрушению при воздействии температурных циклов, обладать высоким пробивным напряжением н малыми диэлектрическими потерями, иметь высокую 4* Я диэлектрическую проницаемость, не разлагаться в процессе испарения и осаждения и обладать минимальной гигроскопичностью.
Кроме того, желательно, чтобы температура испарения материала лежала в диапазоне ! 000 — 1800'С, поскольку более низкая температура свидетельствует о недопустимо высокой подвижности атомов, а при более высокой температуре испарения возникают большие трудности при создании испарителей. Перечисленным требованиям удовлетворяют очень немногие диэлектрики. Т а б л и ц а 1-5 Температупнылт коэффициент емкости!а л, град' аа л с в с -ив ь Улевьяая еллкость, Материал Лиэ ~гаврика тангенс лн- ! Прояивнл е эаеятрняескнт напряже. потерь ппе, клл(мк ни и' л с лл ' 5!О Хп5 Т!О, Та О„. Мярв АавБл — 5е АалБ,— Бе — Ое 10 — 100 !20 30 — 40 !50 — 200 70 60 100 , 0,0! — 0,02 4 — 6 8 40 — 60 25 6,5 7,8 9,5 0,003 †,01 0,03 0,1 0,03 — 0,12 0,006 0 ° 008 100 †4 0 Оо +300 ! 0,02 — 0,05 250 )0,()05 — О, 009 — о,о! 0,007 — О,ОО4 Электрические параметры тонкопленочных конденсаторов с различными диэлектрическими слоями приведены в табл.
~1-5. В качестве диэлектриков для пленочных конденсаторов чаще всего используется мопоокись кремния. Пленки 510 имеют высокое пробивное напряжение (до 1О' в/сл(), что превышает пробивное напряжение для слк(ды. На свойства пленок моноокиси кремния сильно влияют условия осаждения. Так, например, плотность пленок, полученных при сравнительно высоких скоростях осаждения (25 — 30 Л(сек), превышает плотность чистой моноокиси кремния, а электронографический анализ таких пленок показывает наличие в нпх твердого раствора кремния.
Медленно осаждаемые пленки обиаруживают максимум инфракрасного поглощения, близкий к 1=8 —:9 мк (типичен для кварца), тогда как быстро осажденные пленки имеют максимум поглощения при 1=10 мк. Про- 52 пускание ультрафиолетовых лучей также зависит от скорости испарения. Пленка толщиной около 900 А, получснная прн скорости испарения 5 А(гек, пропускает 87о7а ультрафиолетовых лучей, в то время как пленка той же самой толщины, полученная при скорости испарения 50 А/сек, пропускает только 42$, ультрафиолетовых лучей. Это говорит о том, что в результате воздействия остаточных газов пленка 8!О окисляется и превращается в пленку 5!Оа (пропусканне чистой 5!Оа составляет 93о/о).
Фтористый магний имеет несколько большее значение диэлектрической проницаемости и пробивного напряжения по сравнению с моноокисью кремния и, кроме того, очень малую утечку по постоянному току (меньше 1 яка при !0-' в/сек). На его основе можно получить плотные и долговечные пленки с хорошими диэлектрическими свойствами. Однако требования, предъявляемые к контролю процесса осаждения, величине давления и составу остаточной атмосферы при осаждении фтористого магния, значительно выше, чем для моноокиси кремния.
Помимо материалов, указанных в табл. 1-5, для изготовления диэлектрических пленок может применяться титанат бария ВаТ!Оа, а также смесь титаната бария с титаиатом стронция ВаТЮа — ЬгТЮа. Пленки этих соединений при нанесении на холодную подложку имеют аморфную структуру, а при осаждении па горячую— кристаллическую. Диэлектрическая проницаемость пленок этих материалов лежит в пределах 13 — 20, а тангенс угла диэлектрических потерь 0,02 — 0,15. При использовании обычных испарителсй для напыления моноокиси кремния и др. иногда наблюдается выброс с поверхности испарителя микроскопических частиц. Снижение скорости испарения уменьшает вероятность выброса этих частиц, однако все же значительное число невидимых глазом микроскопических частиц достигает поверхности подложки, имея достаточную энергию для того, чтобы пробить насквозь пленку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
