8.3. Технология пленочных резисторов

Для формирования пленок с высокими значениями сопротивления служат резистивные сплавы. К ним относятся широко применяемые в отечественной промышленности сплавы переменного состава (30% Cr; 0.7-1.8% Fe или Ni, остальное Si), а также силициды тугоплавких металлов. Сплавы таких металлов позволяют получать поверхностные сопротивления в диапазоне 50-2000 Ом/.

Пленки с высоким поверхностным сопротивлением имеют слишком малую толщину (~0,01 мкм) и поэтому могут разрушаться при эксплуатации или присоединении выводов. Использование керметов дает возможность значительно повысить поверхностное сопротивление пленок без уменьшения их толщины.

При создании пленочных резисторов используется два способа получения заданной геометрии рисунка резисторов: осаждение резистивной пленки через трафарет (маску) и создание рисунка фотолитографией.

Рассмотрим изготовление резисторов из чистого металла (хром, вольфрам), сплава (нихром) и кермета (монооксид кремния – хром).

8.4. Чистый металл и сплавы

Исходный материал помещают в источник, который либо нагревают до заданной температуры электрическим током или электронным лучом, либо он бомбардируется ионами заданной энергии. Температура подложки обычно поддерживается ~100-400°С. При удельном сопротивлении резистора от 100 до 1000 Ом/□ толщина пленки составляет около 0,02 мкм. Для обеспечения стабильной характеристики пленку подвергают термообработке по определенному режиму.

Резисторы из чистых металлов имеют неоспоримые преимущества – постоянство состава и однородность структуры, что в свою очередь определяет высокую стабильность их электрических параметров.

Технология нихромовых резисторов распространена в производстве тонкопленочных ИС. Нихромовые промышленные сплавы обычно имеют

составы: Ni (80%) + Cr (20%) или Ni (75%) + Cr (20%) + Al (2,5%) + Cu (2,5%).

Очевидно, что при испарении пленка будет иметь другой состав, изменяющийся в соответствии с закономерностями испарения и конденсации. Поэтому с целью сохранения постоянства состава осаждаемой пленки испарение целесообразно вести из достаточно обширного (не точечного) источника. Отжиг в течение часа при температуре 300-350°С способствует снятию напряжений в пленке и предотвращению последующей рекристаллизации в ней. Такая обработка обеспечивает стабилизацию структурных и, следовательно, электрофизических параметров пленки: например, нихромовый пленочный резистор изменяет сопротивление под нагрузкой при комнатной температуре за 1000 часов всего на 1%. Кратковременная перегрузка (~5 мин) такого резистора изменяет его сопротивление не более чем на 0,25 %.

8.5. Керметы (микрокомпозиционные пленки)

Впервые керметные пленки были получены Бочкаревыми в 1955 году, и с тех пор интенсивно используются в промышленности. Многие керметы обладают высокими значениями поверхностного сопротивления даже по сравнению с высокоомными сплавами.

Важным преимуществом применения керметных пленок для производства тонкопленочных резисторов является возможность варьирования их удельного сопротивления в весьма широких пределах, что наглядно демонстрирует график на рис.8.5.

Рис. 8.5. Зависимость удельного сопротивления ρ пленки

от концентрации металла (сплава)

Керметные пленки напыляются методами мгновенного (взрывного) испарения. Перед испарением материалы, составляющие кермет, тщательно перемешиваются в вибробункере, из которого с заданной скоростью кермет высыпается в испаритель. С целью обеспечения однородного состава пленки испарение всех составляющих кермета должно происходить мгновенно, для чего температура испарителя поддерживается на высоком уровне: ~ 2500 К и выше.

В последние годы все чаще для напыления керметных пленок используются методы ионно-плазменного распыления. В пленках, нанесенных этим методом, структурные изменения проявляются меньше, чем в пленках, полученных, например, испарением электронным пучком или пиролизом элементоорганических соединений. При этом из всех факторов, влияющих на структуру керметных пленок, наиболее существенным является температура подложки.

Следует отметить, что, несмотря на большие возможности, которые обещает внедрение керметов в технологию тонкопленочных резисторов, они меньше применяются в промышленной практике из-за малой изученности тонкопленочных керметов и процессов получения из них стабильных резистивных пленок.

Для обеспечения заданных номиналов тонкопленочных резисторов при минимуме производственных затрат важным является влияние технологических факторов на свойства тонкопленочных резисторов: скорость испарения, состав и толщина пленки, температура подложки и характер ее обработки, условия термообработки, давление остаточных газов в вакуумной камере, расстояние между подложкой и испарителем.