Brevet FR2018251A1 — publié le 19700529

La présente invention est relative n un procédé pour la fabrication de résistances électriques stables constituées par des films métalliques, en particulier de résistances cons- tituées par des couches minces de tantale. On sait que les métaux utilisés pour la fabrication des redresseurs peuvent entre oxydés par un procédé anodique. L'épaisseur de la couche d'oxyde dépend dans ce cas de la tension d'anodisation et de la dorée pendant laquelle cette tension est appliquée. On a utilisé cette propriété notamment pour la réalisation de circuits et de résistances électriques à couches minces dans Lesquelles une couche de métal du type utilisé pour les redresseurs est déposée suivant une configuratinn appropriée sur un substrat noa conducteur. Pour l'ajustement de la valeter de la résistances par exemple des résistances en tantale, la couche de tantale est connectée au pôle positif d'une source de tenson continue et immergée dans un liquide électrolytique approprié dans lequel est également plongé le ptle négatif de la source de tension.Ce processus est poursuivi en alternant l'anodisstion et la mesure suffisamment longtemps pour obtenir la valeur désirée de la résistance, c' est-à-dire que la couche de tantale soit transformée sur une profondeur suffisante en pentoxyde de tantale. Il s'est avéré cependant que les caractéristiques électriques des résistances ainsi obtenues par un procédé anodique peuvent entre sujettes à variations pendant leur stockage et surtout pendant leur utilisation, ce qui est particulièrement indésirable pour des résistances de précision. On a utilisé pour cette raison à la suite du processus d'anodisation, un traitement thermique qui provoque un vieillissement artificiel, par exemple sous une température de 250"C pendant une durée de deux heures et demi'. Ces résistances artificiellement vieillies présentent en effet une stabilité suffisante dans le temps, mais leur procédé de fabrication exige beaucoup plus de temps. Le processus anodique n'exige qu'une durée comprise entre quelques secondes et quelques minute8 au maximum, tandis que le traitement ultérieur dure plusieurs heures. L'invention a en conséquence pour objet un procédé de fabrication de résistances électriques stables constituées par des films métalliques, par exemple faisant partie de circuits en couches minces, ce procédé e:igeant moins de temps que ceu connus jusqu'd présent. En outre l'emploi d'électrolytes l-.quides éventuellement corrosifs doit être limité ou complètement éliminé. Ce problème est résolu conformément à l'invention gracie au fait que la surface de la couche métallique est transformée en une combinaison électriquement non conductrice par un traitement thermique en atmosphère réactive à des températures comprises entre 3500 et 800 C. Grace à ce procédé on obtient cet avantage que les résistances présentent la stabilité désirée dans le temps sans vieillissement artificiel, que les électrolytes liquides éventuellement corrosifs ne sont pas du tout utilisés et que l'on nta pas besoin d'employer des caches protecteurs pour protéger par exemple les couches de contact en CrNi et/ou en or contre l'accès des électrolytes. Suivant la valeur initiale et la température on forme la combinaison métallique nécessaire électriquement non conductrice en un temps bref allant de cinq secondes à cinq minutes. Pour la formation de couches d'oxyde on effertue le traitement thermique dans une atmosphère contenant de l'oxygène, par exemple dans 1' air. Pour la formation de nitrures métalliques le traitement thermique est au contraire entrepris dans une at oosphère dénuée.d'oxygène et contenant de l'azote. Si l'on désire associer les avantages de la couche d'oxyde avec ceux d'une couche de nitrure, on combine d'une façon appropriée l'atmosphère contenant de l'oxygène avec celle contenant de l'azote. La combinaison l-a plus favorable peut être établie dans ce cas par des essais simples. Si la précision recherchée n'est pas obtenue d'une façon suffisante à la fin d'un traitement thermique en une seule opération, on effectue à la suite de celle-ci un ajustement fin. L'anodisation classique convient dans ce but. On connait des procédés et des dispositifs qui permettent de travailler sans caches de protection des surfaces et qui donnent des résultats satisfaisants dans le cas où il s'agit d'un ajustement fin d'un ordre de grandeur au maximum de 1 à 2% Cependant on utilisera de préférence meme pour ltopé- ration d'ajustement fin le traitement thermique conforme à 1' in- vention. Afin d'éviter toutefois que la valeur de la résistance ne dépasse pas la valeur voulue -dans le cas de l'échauffement de l'ensemble du circuit du fait de I1 inertie. thermique du substrat, l'opération d'ajustement fin est effectuée avantageusement par un échauffement local de la couche métallique.Pour éviter des tensions excessives dans le substrat on peut au préalable réchauf fer légèrement le support-de la couche. L'opération d'-ajustement fin est particulièrement simple et comnode lorsqu'on utilise comme source de--chaleur un rayonnement électromagnétique focalisé.. On peut envisager comme source de chaleur un laser, mais les lampes à incandescence ou à '-déch'arge'dans les gaz avec un spectre-approprié sont-utilisables de même que le chauffage connu-en haute fréquence avec des ondes très courtes. L'énergie lumineuse concentrée au-foyer doit être réglée dans ce*~cas--de telle façon que les températures ci-dessus mentionnées s'établissent dans la couche métallique. Le métal ne doit pas s'évaporer mais Etre transformé en une combinaison thermiquement stable et électriquement non conductrice. Il est particulièrement avantageux de mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention tout en procédant à une mesure continue. Les différents paramètres du procédé, tels que la température, la durée, la concentration et la nature de l'atmosphère réactive, peuvent alors etre modifiés et réglés de la façon laplus favorable. Dans un mode d'exécution de l'invention cité à titre d'exemple une résistance en forme de méandres déposée sur un support en verre et ayant une valeur initiale de 150 kilo-ohms a été obtenue avec une approximation- d'environ 2%. Dans ltopéra- tion ultérieure d'ajustement fin, la lumière d'une lampe à vapeurs halogénées a été focalisée sur la couche résistante et déplacée sur cette couche tout en mesurant d'une facon continue l'augmen tation de la résistance jusqu'à ce que la-valeur finale ait été obtenue. Pendant cette opération, le substrat a été chauffé à environ 400 C. La résistance ainsi obtenue n' a varié pendant une durée d'observation d'environ mille heures que de deux pour mille. A l'aide du procédé conforme à l'invention on peut fabriquer 'et ajuster-non seulement des résistances stables, mais on peut également obtenir de la même façon le. diélectrique des condensateurs couches minces. Dans ce cas étalement l'amélioration de la stabilité dans le temps s'avère avantageuse. ---~Comme le procédé suivant l'invention permet de tra vailler sans masque de protection, la couche résistante recouverte d'oxyde peut s'étendre jusqu a proximité immédiate des surfaces de contact. Au contraire dans le procédé anodique les surfaces de contact doivent être protegees, et, pour des considérations de sécurité, le masque de protection doit être plus grand que la surface de contact proprement dite de sorte qu'entre la surface de contact et la surface non conductrice de la couche résistante il se produit une bande visible de matériau résistant n'ayant subi qu'une oxydation faible ou nulle au contact de l'air. Dans le cas des couches en tantale, les surfaces de contact sont réalisées par exemple en or et au-dessous de ce les ci se trouve à titre de couche d'adhésion-une couche de chromenickel. La couche de tantale n'est ni oxydée ni nitrurée sous la surface de contact de sorte que le contact électrique n'est pas détérioré. Il peut se produire lors du traitement thermique que des atomes séparés de nickel diffusent dans la couche d'or et s'oxydent par exemple à la surface, en particulier lorsque le traitement suivant l'invention est effectué près de la limite supérieure de la température. Cette couche mince d'oxyde est ensuite éliminée par une soudure soudure appropriée.Les atômes de nickel restent bien dans la couche d'or mais ils ne nuisent pas à la soudabilité de celle-ci et constituent une autre caractéristique distinctive des composants réalisés conformément à l'invention. Le dessin représente une résistance réalisée à l'aide du procédé conforme à l'invention. Une couche de tantale 2 est déposée par pulvérisation sur un substrat en verre 1. AUX extrémités de la couche se trouvent les surfaces de contact 3 et 4 qui sont constituées par une couche intermédiaire adhérente 3 en erlrome-nicLtel et par une couche d'or 4 déposée sur celle-ci. La surface libre de la couche résistante en tantale est recouverte par une couche d'oWyrle 5 formée par oxydation thermique à l'ait G-rAce à la formation de cec-.e e couche d'oxyde la section trans- versale conductrice de la résistance est diminuée jusqu'à la valeur desireer R E V E N n i C A T I O N S l. Procédé de fabrication de résistances électriques stables constituées par des films métalliques du type dans lequel une couche fine d'un métal est déposée sur un support isolant sous une forme et avec une longueur et une épaisseur telles que la résistance électrique, en particulier en tantale, présente initialement une valeur inférieure à la valeur voulue, et dans lequel la valeur finale est obtenue par diminution de la section conductrice de courant de la couche métallique d'abord d'une manière approchée puis ajustée d'une manière précise, au besoin dans une deuxième opération, caractérisé par le fait que la surface de la couche métallique est transformée en une combinaison électriquement non conductrice par traitement thermique dans une atmosphère réactive à des températures comprises entre 350"C et 800"C. 2. Procédé suivant-la revendication l, caractérisé par le fait que l'on utilise comme atmosphère réactive une atmosphère contenant de l'oxygène. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise comme atmosphère réactive une atmosphère contenant de l'azote. 4. Procédé suivant les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'on utilise une atmosphère contenant de l'oxygène et de l'azote. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que l'opération d'ajustement fin est effectuée par une oxydation anodique classique. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que l'opération d'ajustement fin de la valeur de la résistance est effectuée par échauffement local de la couche métallique. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on utilise une énergie électromagnétique focalisée. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que l'opération est effectuée avec mesure continue et sous contrtle.