Brevet FR2440618A1 — publié le 19800530

La présente invention concerne un circuit résistance capacité intégré à couches minces présentant une stabilité en tem- pérature élevée. Il est bien connu que l'une des limites à l'utili sation massive des circuits à couches minces résulte de la variation des caractéristiques physiques (permittivité, résistivité, etc...) des couches en fonction de la température.La présente invention a pour objet un circuit réalisé de façon que la variation de la fréquence en fonction de la température de résonance du circuit résistance - capacité soit inférieure à 0,5 P dans la gamme de température - 400 C à + 1250 C et à 0,1 % dans la. gasme de O à 70#O. tout en assurant une précision supérieure à 10~4 sur les valeurs des constituants du circuit et une reproductibilité élevée. La présente invention est essentiellement caractérisée par un choix optimal des parambtres définissant les propriétés électriques de couches minces respectivement d'oxyde et d'oxyni- trure de tantale en vue d'obtenir une compensation aussi précise que possible des coefficients de température desdites propriétés électriques. Les circuits à couche mince comportant des éléments r4- sistifs constitués en oxyde de tantale et des oendensateurs dont le diélectrique est constitué en oxynitrure de tantale, ainsi que leur procédé de fabrication, ont été abondamment décrits dans la littérature technique et ont fait l'objet de nombreux brevets no tamment le brevet français n0 1 462 496 et ses additions qui résumont l'art antérieur et le brevet français n0 2 112 667 déposé par la Demanderesse le 5 Novembre 1970 pour : "Procédé d'établiesement de contacts ohmiques sur des circuits en couche mince"0 L'invention sera bien comprise en se reportant à la des scription suivante et aux figures qui l'accompagnent données à titre d'illustration non limitative et dans lesquelles - la figure i est un schéma du circuit, - la figure 2 est une vue en coupe d'une réalisation du circuit, - - la figure 3 est une mesure de la variation des paramètres électriques définissant la fréquence de résonance du circuit en fonction de la température. La figure 1 représente d'une façon schématique un cir- cuit compos d'une capacité C en série avec une résistance R. Il porte des repères numériques qui seront précisés lors de la description de la figure 2 représentant la réalisation du circuit en couches minces. Il est bien connu que l'impédance du circuit est donnée en première approximation par l'expression Z = R + (on sait en effet que les éléments présentent des impédances parasites notamment une résistance série en ce qui concerne le condensateur). La fréquence de résonance est celle correspondant à une impédance nulle Z = Rij( wOp+l 1 0 Le module du numérateur s'annule i telle que Il en résulte que Pour obtenir une annulation de la variation de la ir4- quence, il faut que la variation de la résistance (i.e. la résis- tivité de la couche)soit égale et de signe contraire à la variation de la capacité (i.e. la permittivité de la couche diélectri que). On a représenté sur la figure 2, sans respecter le échelle suivant la direction verticale, la variante préférée des circuits selon l'invention constituée d'un substrat 1 en alumine à 99,5 * de pureté. Ce substrat porte un dépôt localisé 2 d'émail déposé par strigraphie et destin à protéger le substrat sur la surface où sera formé le condensateur. Ce dépôt isolant peut recouvrir un conducteur préalablement déposé sur le substrat et constituer l'isolement d'un point de croisement ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet 2 350 035 déposée le 29 Avril 1976 pour t "Composants perfectionnés pour circuits hybrides" par la Demande resse.Ainsi qu'il est d'usage, la totalité du substrat est ensuite o recouverte d'une couche mince 3 d'oxyde de tantale de 500 Â destinée à protéger le substrat 1 au cours des photogravures ultérieures. La première électrode du condensateur est constituée par une couche 4 de tantale p relativement épaisse (5000 A) dont la partie supérieure 5 est oxydée de façon à constituer le diélectrique du condensateur. L'épaisseur de 11 oxyde obtenu par oxydation anodique est inférieure à 4000 t. La résistance est constituée de la couche 6 de tantale oxynitruré de 300 A d'épaisseur dont la partie supérieure 8 est constituée par une couche de protection d'oxyde de tantale d'épaisseur légèrement supérieure:400 A.L'oxydation et la nitruration de la couche 6 sont réalisées au cours d'un dépôt par pulvérisation cathodique en atmosphère réactive ainsi qu'il est bien connu. Les connexions 7 constituant les bornes de la résistance et les bornes du circuit complet sont constituées par un mince film d'un alliage de platine et d'or surmonté d'un dépôt d'or relativement épais réalisé par recharge électrolytique ainsi qu'il est décrit dans le brevet français n0 2 290 762 pour : "Procédé de réalisation de contacts ohmiques pour circuits en couche mince" déposé par la Demanderesse le 6 Novembre 1974. Les couches déposées jusqu'à présent, à l'exclusion de l'émail 2, recouvrent la totalité de la surface du substrat 1. On procbie ensuite à la gravure des connexions 7 et de la résistance 8. La forme de la résistance 8 est choisie de façon à permettre l'ajustage de celle-ci ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet déposée le 19 Juillet 1977 par la Demanderesse, pour "Xåus- tement de résistances pour circuits hybrides" Le condensateur est ensuite terminé par la contre-électrode 9 - 10 constituée de deux couches respectivement de nickel et d'or déposées dans cet ordre et ultérieurement gravées de façon à assurer la connexion en série du condensateur avec la résistance. Celle-ci est ensuite ajustée ainsi qu'il est expliqué dans la demande de brevet citée ci-dessus. Il est bien entendu que la stabilité en fréquence qui caractérise les circuits selon l'invention réside essentiellement des variations en fonction de la température de la permittivité de la couche 5 et de la résistivité de la couche 6. Les autres lé- ments du circuit peuvent être réalisés suivant d'autres procédés connus et la nature de ces constituants, notamment le substrat et les contacts peuvent différer de ceux qui viennent d'être décrits. Conformément à la caractéristique essentielle de l'invention, les conditions de réalisation des couches sont telle. que le coefficient de température de la couche 5, mesuré dans la struc- ture constituée par l'ensemble 4 - 5 - 9 - 10, est compris entre 150 et 250 ppm par OC. Les conditions d'oxydation et de nitruration de la couche 6 sont réglées de façon que le coefficient de température de la résistance soit voisin de la valeur mesurée par prélèvement sur la couche diélectrique des condensateurs préalablement formée. L'ajustement de la valeur du coefficient de tem pérature de la couche résistive est assuré en faisant varier la pression partielle d'azote au cours de la pulvérisation cathodique réactive triode ainsi qu'il est connu. Le circuit ainsi constitué est protégé contre les actions extérieures ainsi qu'il est connu, par exemple par enrobage avec une résine époxy. La figure 3 représente des courbes du coefficient de température de couches respectives d'oxynitrure de tantale et d'oxyde de de tantale en fonction de la température dans la gamme - 400 C à + 1250 C respectivement en tR et ae et la variation du produitRC, A(RC), résultante, dans la même gamme de température. On voit que dans toute la gamme de température couverte, la variation. (RC) reste inférieure à 0,5 %. REVENDiCÂTiONS Circuit intégré résistance - capacité en couches minces dont les composants sont constitués de composés du tantale associés à des métaux conducteurs dans lequel : - la résistance est une couche d'oxynitrure de tantale de 300 A dont le coefficient de température est compris entre 150 et 250 ppm/ C, est fixé par la pression partielle d'azote au cours de sa formation, passivée par une couche mince d'oxyde de tantale de 400 , - la capacité comporte un diélectrique en oxyde de tan o tale t d'une épaisseur voisine de 4000 A dont le coefficient de température est compris entre - 150 et - 250 p#/0C, une première électrode en tantale d'une épaisseur voisine de 1000 A et une deuxième électrode comportant des couches de Ni et d'Au superpo sées de 4000 chacune. 2. Circuit intégré résistance- capacité en couches minces selon revendication 1 dans lequel le substrat est en alumine portant un dépôt localisé d'émail au droit du condensateur.