Тонкопленочный платиновый резистор

Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции тонкопленочных платиновых резисторов для изготовления температурных датчиков и нагревателей, в частности калориметрических и термоанемометрических датчиков расхода. Целью данной полезной модели является исключение отслаивания платиновых уширенных шин от поверхностей из оксидов или нитридов. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом тонкопленочном платиновом резисторе, состоящем из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов или нитридов, в местах уширенных шин с большой шириной пленки платины вытравливаются отверстия, размером не менее 2-х толщин пленки и не более 7 мкм, причем, отверстия расположены рядами в шахматном порядке, а расстояние между отверстием и краем шин и между рядами отверстий составляет не более 40 мкм, а расстояние между отверстиями внутри ряда - не более 50 мкм.

Полезная модель относится к области электронной техники, а более конкретно - к конструкции тонкопленочных платиновых резисторов для изготовления температурных датчиков и нагревателей, в частности калориметрических и термоанемометрических датчиков расхода.

Известен тонкопленочный платиновый резистор, состоящий из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин контактных площадок, сформированных на изолирующей подложке. (Патент США 4469717, класс B05D 5/12)

Номиналы тонкопленочных резисторов, используемых в датчиках расхода - 0,5-40 кОм. Обычно используются резисторы с номиналом 1-2.5кОм. Ширина пленочных резисторовнаходится в интервале 2,5÷10 мкм. Ширина нагревательного элемента составляет 20-50 мкм. Толщина пленочных платиновых элементов составляет 0,1÷0,3 мкм. Шины контактных площадок делаются широкими для снижения вклада в общее сопротивление и удобства подключения гибких выводов. Их ширина составляет не менее 100-200 мкм. В настоящее время, в качестве материала изолирующей подложки используются: керамика; комбинированные слои SiO₂ и Si₃M₄, на подложке из Si и Al₂ O₃.

Существенным недостатком тонкопленочной платиновой технологии является слабая адгезия платины к материалу положки.

Этот недостаток частично устранен в тонкопленочном платиновом резисторе, состоящем из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов. В качестве оксида используется полученный методом анодирования тонкий слой Al₂O ₃, который имеет столбчатую структуру с порами между столбцами (А.А. Васильев, С.Ю. Гогиш-Клушин и др. «Измерительные элементы газовых датчиков на основе тонких мембран из нанокристаллического оксида алюминия», журнал «Sensors&Systems» 10, 2006 г., с. 4; Патент WO 2006121367 (A1), класс G01N 27/12).Однако при этом необходимо учитывать, что шероховатость поверхности пленки требует нанесения достаточно толстых слоев платины. Также из-за развитой поверхности пленки коэффициент термического сопротивления (КТС) пленки платины может существенно отличаться от КТС объемной платины.

Известно техническое решение, в котором в тонкопленочном платиновом резисторе, состоящем из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов или нитридов, дополнительно введен адгезионный слой между слоем платины и подложкой (I. Lundstrom, C. Svensson. Gas-Sensitive Metal Gate Semiconductor Devices. Solid State Chemikat Sensors. Academic Press INC. New York, 1985; Патент РФ 2110112, класс H01L 21/033).

Адгезионные слои толщиной 10-20 нм выполняются из титана, тантала, хрома и тому подобных металлов. Однако, такое решение не дает положительного эффекта. Действительно, адгезионные свойства комбинации титан-платина выше, чем у чистой платины, но существенным недостатком данного способа является то, что дальнейшие технологические операции, связанные с применением травителей, не реагирующих с платиной, приводит к «взрыву» платины вследствие подтравливания титана. Также, для формирования чувствительного слоя чип должен быть нагрет до 700-800°C в течение 15-60 мин, а его рабочая температура может достигать 500°C. При этой температуре металл адгезионного слоя окисляется, что приводит к отслаиванию платины.

Наиболее близким к предлагаемому способу является тонкопленочный платиновый резистор, состоящий из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов или нитридов, описанный в патенте США 4103275, класс H01C 3/04.

Но и в этом случае наблюдается отслаивание платиновых пленок на уширенных шинах.

Целью данной полезной модели является исключение отслаивания платиновых уширенных шин от поверхностей из оксидов или нитридов.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом тонкопленочном платиновом резисторе, состоящем из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов или нитридов, в местах уширенных шин с большой шириной пленки платины вытравливаются отверстия, размером не менее 2-х толщин пленки и не более 7 мкм, причем, отверстия расположены рядами в шахматном порядке, а расстояние между отверстием и краем шин и между рядами отверстий составляет не более 40 мкм, а расстояние между отверстиями внутри ряда - не более 50 мкм.

Как показали наблюдения, при наличии отверстий, расположенных рядами вдоль длинной стороны шины, вытравленных по всей площади шин, не происходит отслаивания платиновых уширенных шин в радиусе 50 мкм.

Размер отверстий составляет не менее 2-х толщин пленки и не более 7 мкм. Увеличение указанных размеров отверстий может привести к ухудшению нагрузочной способности шины по току, а уменьшение размеров затрудняет протравливание отверстий.

Отверстия в уширенных шинах расположены в шахматном порядке с расстоянием между рядами не более 40 мкм, что позволяет исключить отслоение в местах между рядами отверстий.

Предложение поясняется графически.

На фиг. 1 - поперечное сечение резистора.

На фиг. 2 - вид сверху тонкопленочного платинового элемента.

На фиг. 3 - вид сверху шины резистора.

Позициями на фиг. 1-3 обозначены:

1 - кремниевая пластина;

2 - слой диоксида или нитрида кремния;

3 - адгезионный слой;

4 - слой платины;

5 - отверстия, сформированные в пленке платины и адгезионном слое;

6 - тело резистора;

7 - нагреватель;

8 - шины.

Платиновый резистор, изображенный на фиг. 1, состоит из нанесенных на подложку кремния 1, покрытую слоем диоксида или оксида кремния 2, адгезионного слоя Ti 3, слоя платины 4.

На фиг. 2 показан вид сверху тонкопленочного платинового элемента, состоящего из тела резистора 6, нагревателя 7 и уширенных шин 8, со сформированными в них отверстиями 5.

На фиг. 3 показан вид сверху шины резистора 8 со сформированными в ней отверстиями 5, где A - расстояние между отверстиями внутри ряда которое составляет не более 50 мкм, B - расстояние между отверстием и краем шин и между рядами отверстий - не более 40 мкм.

Резистор изготавливается следующим образом: на подложку из Si с изолирующим покрытием Si₃ N₄ наносится тонкий адгезионный слой Ti, толщиной 0,005÷0,02 мкм, затем, слой платины, толщиной 0,2 мкм. Платина осаждается методоммагнетронно-лучевого напыления. На слой платины методом фотолитографии наносят слой фоторезиста, который повторяет конфигурацию резисторов и уширенных шин. В шинах формируются отверстия. Формирование конфигурации элементов осуществляется с физическим распылением платины ионами Ar.

Тонкопленочный платиновый резистор, состоящий из тела одного или нескольких резисторов и уширенных шин для подключения гибких выводов на поверхности подложки из оксидов или нитридов, отличающийся тем, что в платиновой пленке шин сформированы отверстия с размером не менее 2-х толщин пленки и не более 7 мкм, причем отверстия расположены рядами в шахматном порядке, а расстояние между отверстием и краем шин и между рядами отверстий составляет не более 40 мкм, а расстояние между отверстиями внутри ряда - не более 50 мкм.