[RU]

1. Прецизионный чип-резистор, содержащий изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, проводящее покрытие, нанесенное на рабочую поверхность, торцы и противоположную от рабочей сторону подложки и покрытое последовательными слоями никеля и олова, отличающийся тем, что между рабочей поверхностью подложки и резистивным слоем выполнен тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), а поверх рабочей области резистивного слоя выполнен тонкопленочный защитный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm, теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), прозрачного для лазерного излучения.

2. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполнен из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.

3. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев выполнен из материала, выбранного из группы, включающей Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.

4. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что верхние контакты выполнены в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой нанесен хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.

5. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что проводящее покрытие на рабочей, торцах подложки и обратной стороне подложки выполнено в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.

6. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что подложка выполнена из оксида алюминия Al ₂ O ₃ 99,6%.

7. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что на свободной от контактов площади резистивного элемента выполнен второй защитный слой в виде толстопленочного слоя органической защиты.

8. Способ изготовления чип-резистора, включающий напыление на подложке тонкопленочного резистивного слоя, формирование в указанном резистивном слое токопроводящих резистивных дорожек методом фотолитографии и ионного травления, формирование верхних электродов, формирование защитного слоя на рабочей области резистивной пленки, лазерную подгонку номинала резистора, разделение изоляционной подложки на полосы и формирование проводящего покрытия на рабочей, торцах и обратной стороне подложки напылением тонкого слоя никеля, соединяющего верхние и нижние поверхности подложки, а также разделение полос подложки на отдельные чипы, отличающийся тем, что до формирования резистивного слоя на поверхность подложки напыляют тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), после чего, не выгружая подложки из камеры напыления, напыляют резистивный слой путем совместного магнетронного напыления компонентов конечной пленки из мишеней чистых материалов, верхние контакты формируют, осаждая последовательно пленки меди и никеля через соответствующую фотолитографическую маску на краях напыленного резистивного слоя, формируют тонкопленочный защитный слой на рабочей области резистивного слоя напылением хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), после чего производят лазерную подгонку номинала резистора.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что до операции формирования барьерного слоя осуществляют многоступенчатую очистку подложки, осуществляя последовательно отмывку, химическую очистку в перекисно-аммиачном растворе в ультразвуковой ванне с нагревом раствора до температуры 50-70°C в течение 5-15 мин, а непосредственно перед нанесением барьерного слоя производят очистку поверхности подложки пучком ионов кислорода.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполняют из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев напыляют материалом, выбранным из группы, включающей Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что верхние контакты выполняют в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой наносят хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что проводящее покрытие на торцах подложки и нижние контакты выполняют в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что на свободную от контактов площадь резистивного элемента наносят толстопленочный слой органической защиты.

(57) Реферат / Формула:

1. Прецизионный чип-резистор, содержащий изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, проводящее покрытие, нанесенное на рабочую поверхность, торцы и противоположную от рабочей сторону подложки и покрытое последовательными слоями никеля и олова, отличающийся тем, что между рабочей поверхностью подложки и резистивным слоем выполнен тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), а поверх рабочей области резистивного слоя выполнен тонкопленочный защитный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm, теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), прозрачного для лазерного излучения.

2. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполнен из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.

3. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев выполнен из материала, выбранного из группы, включающей Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.

4. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что верхние контакты выполнены в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой нанесен хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.

5. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что проводящее покрытие на рабочей, торцах подложки и обратной стороне подложки выполнено в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.

6. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что подложка выполнена из оксида алюминия Al ₂ O ₃ 99,6%.

7. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что на свободной от контактов площади резистивного элемента выполнен второй защитный слой в виде толстопленочного слоя органической защиты.

8. Способ изготовления чип-резистора, включающий напыление на подложке тонкопленочного резистивного слоя, формирование в указанном резистивном слое токопроводящих резистивных дорожек методом фотолитографии и ионного травления, формирование верхних электродов, формирование защитного слоя на рабочей области резистивной пленки, лазерную подгонку номинала резистора, разделение изоляционной подложки на полосы и формирование проводящего покрытия на рабочей, торцах и обратной стороне подложки напылением тонкого слоя никеля, соединяющего верхние и нижние поверхности подложки, а также разделение полос подложки на отдельные чипы, отличающийся тем, что до формирования резистивного слоя на поверхность подложки напыляют тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), после чего, не выгружая подложки из камеры напыления, напыляют резистивный слой путем совместного магнетронного напыления компонентов конечной пленки из мишеней чистых материалов, верхние контакты формируют, осаждая последовательно пленки меди и никеля через соответствующую фотолитографическую маску на краях напыленного резистивного слоя, формируют тонкопленочный защитный слой на рабочей области резистивного слоя напылением хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(м ×К), после чего производят лазерную подгонку номинала резистора.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что до операции формирования барьерного слоя осуществляют многоступенчатую очистку подложки, осуществляя последовательно отмывку, химическую очистку в перекисно-аммиачном растворе в ультразвуковой ванне с нагревом раствора до температуры 50-70°C в течение 5-15 мин, а непосредственно перед нанесением барьерного слоя производят очистку поверхности подложки пучком ионов кислорода.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполняют из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев напыляют материалом, выбранным из группы, включающей Si ₃ N ₄ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что верхние контакты выполняют в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой наносят хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что проводящее покрытие на торцах подложки и нижние контакты выполняют в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что на свободную от контактов площадь резистивного элемента наносят толстопленочный слой органической защиты.

---

Евразийское 032068 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2019.04.30
(21) Номер заявки 201600585
(22) Дата подачи заявки
2014.09.30
(51) Int. Cl. H01C 7/00 (2006.01)
H01C17/075 (2006.01)
(54) ПРЕЦИЗИОННЫЙ ЧИП-РЕЗИСТОР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(43) 2016.12.30
(86) PCT/BY2014/000008
(87) WO 2016/049727 2016.04.07
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ИЗОВАК ТЕХНОЛОГИИ" (BY)
(72) Изобретатель:
Ширипов Владимир Яковлевич, Хохлов Евгений Александрович, Артамонов Артем Максимович (BY)
(74) Представитель:
Горячко М.Ш. (BY)
(56) RU-C1-2402088 RU-C2-2263998 SU-A1-1828306 RU-C1-2312418 SU-A1-1490167 RU-C1-2123735 WO-A2-2009007448
(57) Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления резистивных элементов, в частности тонкопленочной технологии. Задачей настоящего изобретения является создание простого, надежного и технологичного чип-резистора и способа его изготовления Поставленная задача в прецизионном чип-резисторе, содержащем изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, нижние контакты, выполненные на поверхности подложки, противоположной рабочей, причем верхние и нижние контакты соединены проводящим покрытием, нанесенным на торцы подложки, и покрыты последовательными слоями никеля и олова, решена тем, что между рабочей поверхностью подложки и резистивным слоем выполнен тонкопленочный барьерный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), а поверх рабочей области резистивного слоя выполнен тонкопленочный защитный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm, теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), прозрачного для лазерного излучения. Заявлен также способ изготовления заявленного чип-резистора.
Настоящее изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления резистивных элементов, в частности тонкопленочной технологии.
В современной технике известно большое количество резистивных элементов, описанных, например, в патентах России № 2123735, публ. 20.12.1998, и № 2312418, публ. 10.12.2007.
В частности, известен аналог как заявленного чип-резистора, так и способа его изготовления, описанный в патенте США № US 6703683. В данном источнике описан чип-резистор, содержащий подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, нижние контакты, выполненные на поверхности подложки, противоположной рабочей, причем верхние и нижние контакты соединены проводящим покрытием. Верхние и нижние электроды сформированы толстопленочными. Верхние электроды выполнены на противоположных концах изолирующей подложки из двух слоев так, чтобы соответствующий конец резистивного слоя был зажат между указанными слоями соответствующего верхнего электрода.
Способ изготовления чип-резистора по указанному патенту включает в себя формирование на подложке толстопленочных верхних и нижних электродов, тонкопленочного резистивного слоя, фотолитографическое формирование на указанном резистивном слое токопроводящих резистивных дорожек для получения требуемого номинала резистора и лазерную подгонку указанного номинала резистора, формирование второго слоя верхних электродов, а также соединяющего верхние и нижние электроды проводящего покрытия на торцах подложки по толстопленочной технологии, формирование толстопленочных защитных слоев на рабочей области резистивной пленки.
Наиболее близкий аналог как заявленного чип-резистора, так и способа его изготовления, описан в патенте России № 2402088, публ. 20.10.2010. В данном источнике описан прецизионный чип-резистор, содержащий изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, нижние контакты, выполненные на поверхности подложки, противоположной рабочей, причем верхние и нижние контакты соединены проводящим покрытием. Верхние и нижние электроды сформированы толстопленочными.
Способ изготовления чип-резистора по указанному патенту включает в себя формирование на подложке толстопленочных верхних и нижних электродов и напыление тонкопленочного резистивного слоя, формирование в указанном резистивном слое токопроводящих резистивных дорожек методом фотолито-графиии и ионного травления и лазерную подгонку номинала указанного резистора, формирование проводящего покрытия на торцах подложки, соединяющего верхние и нижние электроды, формирование хотя бы одного защитного слоя на рабочей области резистивной пленки.
Недостатком указанных устройства и способа является применение в одном процессе как тонкопленочных, так и толстопленочных технологий, что требует разнородного оборудования и усложняет технологический процесс. Кроме того, использование резистивного элемента, изготовленного по тонкопленочной технологии, и электродов, изготовленных по толстопленочной технологии, не обеспечивает гарантированно надежного и стабильного их взаимного контакта.
Задачей настоящего изобретения является создание простого, надежного и технологичного чип-резистора и способа его изготовления.
Поставленная задача в прецизионном чип-резисторе, содержащем изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, проводящее покрытие, нанесенное на рабочую, торцы и противоположную сторону подложки, и покрытое последовательными слоями никеля и олова, решена тем, что между рабочей поверхностью подложки и резистивным слоем выполнен тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), а поверх рабочей области резистивного слоя выполнен тонкопленочный защитный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm, теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), прозрачного для лазерного излучения.
Тонкопленочный резистивный слой выполнен из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм, а каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев выполнен из материала, выбранного из группы, включающей Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.
Верхние контакты выполнены в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой нанесен хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм, а проводящее покрытие на рабочей, торцах и обратной стороне подложки выполнено в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.
На свободной от контактов площади резистивного элемента выполнен второй защитный слой в виде толстопленочного слоя органической защиты.
Поставленная задача в способе изготовления чип-резистора, включающем напыление на подложке тонкопленочного резистивного слоя, формирование в указанном резистивном слое токопроводящих ре-зистивных дорожек методом фотолитографиии и ионного травления, формирование верхних электродов, формирование защитного слоя на рабочей области резистивной пленки, лазерную подгонку номинала резистора, разделение изоляционной подложки на полосы и формирование проводящего покрытия на
рабочей, торцах и обратной стороне подложки напылением тонкого слоя никеля, соединяющего верхнюю и нижнюю стороны подложки, а также разделение полос подложки на отдельные чипы, решена тем, что до формирования резистивного слоя на поверхность подложки напыляют тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), после чего, не выгружая подложки из камеры напыления, напыляют резистивный слой путем магнетронного co-sputtering компонентов конечной пленки из мишеней чистых материалов, верхние контакты формируют, осаждая последовательно пленки меди и никеля через соответствующую фотолитографическую маску на краях напыленного резистивного слоя, формируют тонкопленочный защитный слой на рабочей области резистивного слоя напылением хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), после чего производят лазерную подгонку номинала резистора.
До операции формирования барьерного слоя осуществляют многоступенчатую очистку подложки, осуществляя последовательно отмывку, химическую очистку в перекисно-аммиачном растворе в ультразвуковой ванне с нагревом раствора до температуры 50-70°C в течение 5-15 мин, а непосредственно перед нанесением барьерного слоя производят очистку поверхности подложки пучком ионов кислорода.
Тонкопленочный резистивный слой выполняют из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм, а каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев напыляют материалом, выбранным из группы, включающей Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.
Верхние контакты выполняют в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой наносят хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм, а проводящее покрытие на рабочей, торцах и обратной стороне подложки выполняют в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм
На свободную от контактов площадь резистивного элемента наносят толстопленочный слой органической защиты.
На чертежах представлены неограничивающие примеры реализации заявленного изобретения. На фиг. 1 представлено схематическое изображение заявленного чип-резистора в продольном разрезе.
На фиг. 2 представлен алгоритм заявленного способа изготовления заявленного чип-резистора.
Прецизионный тонкопленочный чип-резистор, показанный на фиг. 1, изготовлен на керамической подложке 1, выполненной из оксида алюминия, на которую напылен барьерный слой 2 толщиной 50-250 нм, на барьерном слое 2 методом магнетронного co-sputtering выполнен резистивный слой в виде сплавной ре-зистивной пленки 3 толщиной в пределах 5-65 нм, рабочая область которой закрыта защитным слоем 4 толщиной 50-250 нм. На краях резистивной пленки 3 последовательно осаждены пленки меди 5 и никеля 6 толщиной 100-300 нм каждая, формируя верхние контакты 7. На свободной от контактов 7 рабочей области резистивной пленки 3 размещен толстопленочный слой 8 органической защиты, предназначенный для нанесения на него маркировки (на чертеже не показана). На края обратной стороны и торцы подложки 1 напылен тонкий слой 9 никеля толщиной 100-200 нм, после чего с использованием гальванического осаждения нанесены слои никеля 10 и олова 11 толщиной 3-20 мкм.
Заявленный способ осуществляют следующими последовательными этапами.
Подготовка подложек.
Пленки функциональных слоев тонкопленочного резистора должны иметь прочную связь (адгезию) с подложкой 1. Эта связь не должна ухудшаться со временем или под внешним воздействием. Даже мельчайшие посторонние частицы по своим размерам соизмеримы с толщиной пленки и поэтому оказывают существенное влияние на качество пленки. Загрязнения могут химически взаимодействовать с материалом пленки. Кроме того, известно, что на чистой и загрязненной подложках получаются пленки различной структуры. Поэтому при изготовлении тонкопленочных резисторов одним из важнейших условий обеспечения качества является чистота подложки.
В технологии используют известные керамические подложки из Al2O3 99,6% с предварительно нанесенными надсечками лазером или дисковой пилой, которые в дальнейшем упрощают процесс разделения на отдельные чипы.
Для данного типа подложек применяют многоступенчатую систему очистки, которая включает в себя удаление с поверхности твердых частиц и органики.
Первоначальную отмывку производят методом центрифугирования с подачей изопропилового спирта.
Химическую очистку осуществляют в перекисно-аммиачном растворе (H2O: H2O22:NH4OH в соотношении 15:4:1) в ультразвуковой ванне с нагревом раствора до температуры 50-70°C в теченин 5-15 мин. После этого производят отмывку в деионизованной воде. Напыление барьерного слоя 2 и резистивного слоя 3.
Предварительно подготовленные подложки 1 размещают на оснастке, которую загружают в вакуумную напылительную камеру.
Перед процессом напыления осуществляют очистку подложек пучком ионов кислорода для удале
ния молекулярных частиц, адсорбированных газов, полимерных фрагментов, паров воды, а также для атомарной активации поверхностных связей подложки 1 непосредственно перед нанесением тонкопленочного покрытия с целью улучшения адгезии наносимого слоя к поверхности подложки 1.
После проведения процесса ионной очистки производят процесс напыления барьерного слоя 2, материалами могут выступать Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN или другие материалы, имеющие временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК).
Затем, не выгружая из подложек 1 из напылительной камеры, производят процесс напыления рези-стивного слоя 3 путем магнетронного co-sputtering компонентов конечной пленки из мишеней чистых материалов (Ni, Cr, Al, Si, Cu, Ta, Ti).
При использовании процесса co-sputtering достигается высокая воспроизводимость состава пленки на подложке, что, в свою очередь, влияет на воспроизводимость сопротивления и температурного коэффициента сопротивления.
После напыления резистивного слоя 2 подложки 1 извлекают из напылительной камеры.
Фотолитография "Резистивный слой".
Как метод для формирования токопроводящих резистивных дорожек и получения требуемого номинала резистора применяется стандартный процесс фотолитографии, который включает в себя такие шаги как нанесение фоторезиста, сушку, экспонирование, проявление, дубление. Все эти шаги являются стандартными для процессов микроэлектроники и известны, например, из упомянутого патента России № 2402088. Цель фотолитографии по резистивному слою 3 - получить топологию в виде меандра, тем самым увеличить сопротивление резистора, не изменяя при этом занимаемую площадь. Использование фотолитографии позволяет сократить воздействие лазера на резистивную пленку 3, что повышает надежность и стабильность тонкопленочного резистора.
Травление ионным пучком.
Для формирования рисунка на резистивном слое 3 после проведения процесса фотолитографии применяют травление резистивного слоя 3. Известны химические способы травления, когда химические реагенты подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную скорость травления и селективность к материалам обрабатываемых слоев и подложек. В случае химического травления существует подтрав шириной порядка 2-3 мкм, а при ионном травлении данный эффект отсутствует. [см. Уткин В.Н., Исаков М.А., Хапугин О.Е. Сравнение методов химического и ионного травления при формировании топологии резистивного слоя чип-резисторов.//Современные наукоемкие технологии, № 11 за 2007 год, (http://www.rae.ru/snt/?section=content &op=show_article &article_id=2689)].
Ионное травление, таким образом, дает лучшее качество границы резистивного слоя 3, при этом практически отсутствую боковые подтравы и уход рисунка топологии. Для проведения процесса ионного травления подложки 1 с нанесенной фотолитографической маской загружают в вакуумную камеру установки ионного травления, где проводят процесс травления ионами аргона с энергией порядка 1200-1800 эВ. После проведения процесса травления подложки 1 извлекают из вакуумной камеры и снимают фоторезист в растворителе.
Фотолитография "Защитный слой".
Формирование маски защитного слоя 4 производят с применением стандартного процесса фотолитографии.
Напыление защитного слоя 4.
Подложки 1 с нанесенной фотолитографической маской защитного слоя 4 размещают на оснастке, которую загружают в вакуумную напылительную камеру.
Перед процессом напыления защитного слоя 4 осуществляют очистку подложек пучком ионов кислорода для удаления молекулярных частиц, адсорбированных газов, полимерных фрагментов, паров воды, а также для атомарной активации поверхностных связей резистивного слоя 3 непосредственно перед нанесением тонкопленочного покрытия с целью улучшения адгезии наносимого слоя к поверхности подложки 1.
При создании защитного слоя 4 напыляют такие же материалы, как и для барьерного слоя 2, а именно Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN или другие материалы, имеющие хорошую тепловую и химическую стабильность (временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК)). Назначение защитного слоя 4 - предотвратить воздействие окружающей среды на резистивную пленку 3. Во время проведения отжига на атмосфере на структуру воздействует кислород, тем самым окисляя рези-стивную пленку 3, что, в свою очередь, ведет к изменению сопротивления и температурного коэффициента сопротивления. Нанесение диэлектрического защитного слоя 4 позволяет предотвратить негативное влияние атмосферы, особенно на температурных операциях. Еще одно предъявляемое к защитному слою 4 условие - это прозрачность для излучения лазера, который воздействует на резистивный слой во время лазерной подгонки.
После создания защитного слоя 4 подложки 1 извлекают из вакуумной камеры и снимают фоторезист в растворителе.
Фотолитография "верхние контакты".
Формирование маски верхних контактов 7 производят с применением стандартного процесса фотолитографии.
Формирование верхних контактов 7.
Верхние контакты 7 формируют, напыляя последовательно пленки меди 5 и никеля 6 через соответствующую фотолитографическую маску на краях напыленного резистивного слоя 3, в виде хотя бы одной тонкой пленки меди 5 толщиной 100-300 нм, поверх которой позднее наносят хотя бы один тонкий слой никеля 6 толщиной 100-200 нм
Термический отжиг.
Отжиг вызывает рекристаллизацию структуры резистивной пленки 3. Дефекты кристаллической решетки обусловливают квазиравновесное состояние пленки, поэтому термообработка вызывает протекание трех процессов: отжиг дефектов, рекристаллизацию структуры материала, проявляющуюся в увеличении размеров зерен и окисление компонентов пленки, также пленки становятся более однородными по толщине.
Лазерная подгонка (первый этап).
Лазерная подгонка является одним из механизмов получения заданного номинала и точности электрического сопротивления резисторов. Величина сопротивления резистора зависит от его геометрических размеров (длина, ширина, толщина) и материала резистивной пленки 3. Лазерный рез увеличивает длину резистивной пленки 3, через которую протекает электрический ток, тем самым увеличивая величину электрического сопротивления. Для лазерной подгонки, как правило, используется Nd:YAG лазер, генерирующий излучение с длиной волны X=1064 нм или кратной X =532 нм. Излучение лазера, проходящее через верхний защитный слой 4, поглощается материалом резистивной пленки 3. Поглощенная энергия лазерного излучения переходит в тепловую энергию, при этом резистивная пленка 3 испаряется, взрывая защитный слой. При этом защитный слой 4 предохраняет поверхность резистивного слоя 3 от попадания на него испаренного материала.
Лазерную подгонку осуществляют, как правило, в несколько этапов с контролем полученного значения сопротивления резистивного слоя, последовательно приближая указанное значение сопротивления к заданному.
Старение.
Старение необходимо для предотвращения или сокращения изменений в резистивной пленке во время работы. Во время проведения старения пленка релаксирует, что приводит изменению сопротивления.
Старение производится в среде атмосферы при температуре 200-250°C, типичная длительность составляет порядка 24 ч.
Лазерная подгонка (второй этап).
Для лазерной подгонки, как и на первом этапе, используется Nd:YAG лазер, генерирующий излучение с длиной волны X=1064 нм или кратной X=532 нм.
Первая подгонка производится до старения, и отклонение от номинала составляет порядка -1%, второй этап производится после старения, и отклонение от номинала достигает заданной величины.
Органическая защита и маркировка.
На свободную от контактов 7 площадь резистивной пленки 3 посредством известного метода трафаретной печати наносят толстопленочный слой органической защиты 8, после чего может быть нанесена маркировка на указанный слой органической защиты.
Разделение изоляционной подложки 1 на полосы.
Каждую подложку 1 разделяют (разламывают) по предварительно нанесенным лазером или дисковой пилой надсечкам.
Формирование проводящего покрытия на торцах подложки 1.
Полосы подложки с нанесенной защитой 8 укладывают друг на друга, загружают в кассеты и в камеру вакуумного напыления. Посредством магнетронного распыления формируют хотя бы один тонкий слой никеля 9 толщиной 100-200 нм на торцах подложки 1. При этом такой же слой никеля образуется и на верхней поверхности подложки 1 на слое никеля 6 верхних контактов 7 и на нижней поверхности подложки 1.
После чего с использованием гальванического осаждения наносят слои никеля 10 и олова 11 толщиной 3-20 мкм, формируя окончательно указанное проводящее покрытие. Разделение и упаковка.
Далее осуществляют разделение полос подложки 1 на отдельные чипы по предварительно нанесенным лазером или дисковой пилой надсечкам и упаковку полученных чип-резисторов.
Таким образом, заявленный удобный и технологичный способ позволяет получить заявленный простой, надежный и технологичный чип резистор
Использование процесса co-sputtering обеспечивает высокую воспроизводимость состава пленки на подложке, что, в свою очередь, влияет воспроизводимость сопротивления и температурного коэффициента сопротивления.
Нанесение диэлектрического защитного слоя позволяет предотвратить негативное влияние атмосферы, особенно на температурных операциях, и, при последующей лазерной подгонке, защищает рези-стивный слой от осаждения испаряемого материала, т.е. позволяет сохранить свойства резистора соответствующими расчетным.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Прецизионный чип-резистор, содержащий изоляционную подложку, несущую на рабочей поверхности тонкопленочный резистивный слой с рисунком, верхние контакты, выполненные на рабочей поверхности подложки, проводящее покрытие, нанесенное на рабочую поверхность, торцы и противоположную от рабочей сторону подложки и покрытое последовательными слоями никеля и олова, отличающийся тем, что между рабочей поверхностью подложки и резистивным слоем выполнен тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), а поверх рабочей области резистивного слоя выполнен тонкопленочный защитный слой хотя бы из одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm, теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), прозрачного для лазерного излучения.
2. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполнен из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.
3. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев выполнен из материала, выбранного из группы, включающей Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.
4. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что верхние контакты выполнены в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой нанесен хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.
5. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что проводящее покрытие на рабочей, торцах подложки и обратной стороне подложки выполнено в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.
6. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что подложка выполнена из оксида алюминия Al2O3
99,6%.
7. Чип-резистор по п.1, отличающийся тем, что на свободной от контактов площади резистивного элемента выполнен второй защитный слой в виде толстопленочного слоя органической защиты.
8. Способ изготовления чип-резистора, включающий напыление на подложке тонкопленочного ре-зистивного слоя, формирование в указанном резистивном слое токопроводящих резистивных дорожек методом фотолитографии и ионного травления, формирование верхних электродов, формирование защитного слоя на рабочей области резистивной пленки, лазерную подгонку номинала резистора, разделение изоляционной подложки на полосы и формирование проводящего покрытия на рабочей, торцах и обратной стороне подложки напылением тонкого слоя никеля, соединяющего верхние и нижние поверхности подложки, а также разделение полос подложки на отдельные чипы, отличающийся тем, что до формирования резистивного слоя на поверхность подложки напыляют тонкопленочный барьерный слой из хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), после чего, не выгружая подложки из камеры напыления, напыляют резистивный слой путем совместного магнетронного напыления компонентов конечной пленки из мишеней чистых материалов, верхние контакты формируют, осаждая последовательно пленки меди и никеля через соответствующую фотолитографическую маску на краях напыленного резистивного слоя, формируют тонкопленочный защитный слой на рабочей области резистивного слоя напылением хотя бы одного материала, имеющего временную стабильность в пределах от 10 до 100 ppm и теплопроводность не менее 80 Вт/(мхК), после чего производят лазерную подгонку номинала резистора.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что до операции формирования барьерного слоя осуществляют многоступенчатую очистку подложки, осуществляя последовательно отмывку, химическую очистку в перекисно-аммиачном растворе в ультразвуковой ванне с нагревом раствора до температуры 50-70°C в течение 5-15 мин, а непосредственно перед нанесением барьерного слоя производят очистку поверхности подложки пучком ионов кислорода.
10. Способ по п.8, отличающийся тем, что тонкопленочный резистивный слой выполняют из NiCr сплава с толщиной в пределах 5-65 нм.
11. Способ по п.8, отличающийся тем, что каждый из тонкопленочных барьерного и защитного слоев напыляют материалом, выбранным из группы, включающей Si3N4, SiO2, Al2O3, AlN, толщиной в пределах 50-250 нм.
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что верхние контакты выполняют в виде хотя бы одной тонкой пленки меди толщиной 100-300 нм, поверх которой наносят хотя бы один тонкий слой никеля толщиной 100-200 нм.
13. Способ по п.8, отличающийся тем, что проводящее покрытие на торцах подложки и нижние
контакты выполняют в виде хотя бы одного тонкого слоя никеля толщиной 100-200 нм.
14. Способ по п.8, отличающийся тем, что на свободную от контактов площадь резистивного элемента наносят толстопленочный слой органической защиты.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
032068
- 1 -
(19)
032068
- 1 -
(19)
032068
- 1 -
(19)
032068
- 4 -