Brevet FR2714997A1 — publié le 19950713

La présente invention concerne un film de résistance contenant du nickel, du chrome et de l'aluminium. Les résistances en film métallique ou en couche sont largement répandues dans l'électronique à l'heure actuelle. Les films de résistance se composent fréquemment d'un alliage de nickel-chrome (Ni-Cr) qui est appliqué sous vide sur un substrat approprié, par exemple par dépôt par vaporisation ou, dans une mesure croissante depuis quelque temps, par pulvérisation cathodique, et qui est muni en même temps d'une barrière de diffusion appropriée et d'une couche de connexion. Les films de résistance en alliages de Ni-Cr se caractérisent par un bas coefficient de température (CT) et une bonne stabilité à long terme. Le coefficient de température est donné ordinairement en ppm/'C = 1/R*AR/AT *106. Par stabilité à long terme, on entend la modification de resistance relative (AR/R * 100%) que subit une resistance après son stockage pendant 1000 ou 000 h à des temperatures élevées de 125 ou 150'C. Les valeurs typiques du coefficient de température d'un film de résistance en Ni-Cr sont inférieures à 50 ppm/'C et les valeurs de stabilisé se situent entre 0,1 et 0,25%. Mais en raison de leur large utilisation, il existe un besoin croissant de films de résistance ayant des propriétés encore meilleures. Il est par exemple connu que la stabilité à long terme est déterminée avant tout par la stabilité à l'oxydation des films de résistance. Afin d'ameliorer la stabilité, les films de resistance sont typiquement soumis a un pre-vieillissement de 2 à i2 h à 200-300 C. La couche d'oxyde qui se forme alors a la surface protège largement le film en service contre une oxydation plus poussee et améliore ainsi la stabilité des resistances à film métallique ainsi fabriquées. Afin d'ameliorer encore la stabilite a iong terme, R. Kaneoya a propose d'ajouter, à l'alliage de Ni-Cr, un autre métal, tel oue Al, Si, Be, qui forme notoirement un oxyde stable (Electrom. and Communications in Japan, vol. 52-C, n 11, 1969, pages 162 à 170). Kaneoya a prepare des alliages ternaires de NiCr avec Be, Si ou Sn et des alliages quaternaires de NiCr avec BeAi ou SiAl. a.: trouve -ue 'alliage le plus avantageux était NiCrSi, avec un CT des films est mauvaise. -i a aussi ete deja decrit des films de resistance en NiCr ayant une forte teneur en Al (par exemple dans DE- OS-22 04 420 et E. Schippel, Kristall und Technik il -1973] 1983). Ii est vrai que jusqu'à maintenant, ces f ilms n'ont pas:rouve leur place sur le marche, sans doute en raison de probiemes de fabrication. Le but de la presente invention etait donc de mettre a disDosition un film ce resistance amélioré, pouvant être fabriqué à bon marche, qui présente un bas coefficient de temperature et une grande stabilité à long terme. D'après l'invention, il a ete decouvert un film de resistance contenant les elements nickel (Ni), chrome conslderablement abalsses. De préférence, le raLport Ni: Cr: AlSiCu se situe dans une region cui es ne:efinie par le quadrilatère DEFG (G = Ni:Cr:AlSiCu = 38:60:2). Les films de resistance avant ces comnosition- Deuvent être fabriques au moyen de cibies de oreailiage, deja disponibles dans le commerce. La fabrication aes films de resistance selon l'invention peut être effectuée par les procédés d'enductiori connus. En mrincipe, il est concevable de vaporiser simultanement ies éléments pour la formation de l'alliage quinaire dans une installation appropriée. Mais cela nécessiterait un contrôle compliqué et coûteux pour parvenir à une reproductibilité suffisante. Une telle installation n'est pas disponible sur le marché à l'heure actuelle. C'est pourquoi deux éléments au moins sont avantageusement réunis en un préalliage. Le procédé de fabrication s'en trouve simplifié. Il s'est révélé extrêmement avantageux que Ni et Cr d'une part et A1, Si et Cu d'autre part soient préalliés. De tels préalliages sont déjà disponibles sur le marché dans des compositions déterminées. Par l'utlllsation de préalliages, les films de résistance selon l'invention peuvent être fabriqués dans des installations classiques, comme par exemple la LLS 900 de Balzers Aktiengesellschaft, 9496 Balzers, Furstentum Liechtenstein. La LLS 900 en question est une installation de pulvérisation cathodique et elle peut être équipée de 5 magnétrons planar au total, 2 cathodes de magnétron planar pouvant fonctionner en même temps. Les magnétrons planar sont disposés perpendiculairement dans la paroi de la chambre de traitement. Les cibles qui se trouvent dans les magnétrons planar sont ici faites de la matière qui sert à la fabrication du film. Pour leur enduction, les substrats sont insérés perpendiculairement dans un tambour de la LLS 900 qui se déplace devant les magnétrons planar pendant le processus d'enduction. La vitesse de rotation s'élève ordinairement à environ 50 tr/mn. La technique de la pulvérisation cathodique est décrite en détail, par exemple dans "Dunnschichttechnologle" (Dusseldorf 1987, 4.7) de H. Frey et G. Kienel. Mais la fabrication des films de résistance peut aussi être effectuée par vaporisation éclair sous vide poussé, en utilisant les éléments ou des préalliages appropriés de ces éléments (L.I. Maissel, R. Glang, "Handbook of Thin Film Technology", N.Y. 1970, 1). La vaporisation peut aussi être effectuee par vaporisation par faisceau electronique (H. Frey, G. Kienel, D nnschichttechnologie, 5 3.3). Pour la fabrication d'une resistance en couche mince, comprenant un film de résistance selon l'invention, une barrière de diffusion en TiW et une couche de connexion en Pd et Au, on a utilisé une installation de pulvérisation cathodique du type LLS 900 (voir ci- dessus). Comme matériau de support, on a utilisé un substrat en oxyde d'aluminium de la firme Coors, ADS 996 (pureté 99,6% environ). Toutefois, d'autres matériaux de support connus, comme par exemple une céramique d'Al20, du verre, une pastille de silicium oxydée ou similaires, peuvent aussi être utilisés. Il faut cependant considerer cue les parametres du processus doivent être adaptes convenablement en fonction du materiau de substrat utilise ou de la composition du substrat. Au total, on a utilisé, pour la fabrication de la resistance en couche mince, 5 cibles différentes poouvant être obtenues par exemple chez Balzers Akeiengesellschaft, Liechtenstein): Cibie Composition Purete l. NiCr 30/70 99,9 2. AliSiCu 94/i/5 99, 9 3. ?iW / 0/90 99,99 4. Pd 99.95 5. Au 99,99 Les differentes phases operatoires pour la fabrication de la resistance en couche mince sont les suivantes: Chargement de la chambre de traitement, suivi d'evacuation de celle-ci par pompage jusqu'à ce qu'un vide d'environ 2*10- mbar soit atteint. 2. Réglage d'une pression de traitement d'environ 2*10-3 mbar par admission d'argon d'une pureté de 99,998% dans la chambre de traitement. Mise en marche du mécanisme d'entraînement en rotation pour le porte- substrats. 3. Pulvérisation (= sputtering) simultanée de la cible de NiCr et de ia cible d'A1SiCu. La puissance réglee est aiors comprise en regle générale entre 0,5 et 2 kW environ, de sorte Qu'il en résulte des vitesses de croissance comprises entre environ 0,03 et environ 0,1 nanométre (ou 1 angstrâm)par seconde. La durée de pulvérisation dépend de l'epaisseur de couche désirée et varie ordinairement entre 4 et 10 mn. La température des substrats peut se situer entre 150'C et 250'C. 4. Pulverisation de la cible de TiW pour l'application de la barrière de diffusion. Cette phase opératoire est moins critique, ce qui fait qu'une puissance de puiverisation ou une vitesse de croissance plus éleievee peut être reglée. 5. Pulvérisation de la cible de palladium. e. Pulvérisation de la cible d'or. 7. Interruption de i'apport d'argon, arrêt du mécanisme d'entraînement en rotation, inondation de la chambre de Traitement et extraction des substrats. 8. Creation des structures de façon connue, suivie de recuit des substrats a 350'C environ pendant 2 h environ. L'alliage NiCrAiSiCu convient pour la fabrication de résistances en Touche mince ayant une valeur de resistance comprise environ entre 20 ohms/sq. et 300 ohms/sq. et, de façon particulièrement avantageuse, pour ia fabrication de celles qui ont des valeurs de résistance comprises entre 50 ohms/sq. et 200 ohms/sq. (square = unité de surface). Il est possible d'adapter le coefficient de temperature & la valeur désirée en faisant varier la quantité d'A1SiCu appliquée. Le température de vieillissement (recuit) pour les résistances en couche mince peut être comprise entre 300 et 350'C pour tous les types de substrat. Les données opératoires pour la fabrication d'une résistance en couche mince ayant une résistance par unité de surface de 100 ohms/sq. sont présentées ci- après précédente. REVENDICATIONS 1.- Film de résistance contenant les éléments nickel F 18 Ni 80 Cr 2 AlSiCu. 2.- Film de résistance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport Ni: Cr: AlSiCu se situe dans une région qui est définie par le quadrilatère DEFG 3.- Procédé de fabrication d'un film de résistance électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le film de résistance est appliqué sous vide par vaporisation éclair des éléments. 4.- Procédé de fabrication d'un film de résistance électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ie film de résistance est appliqué sous vide par pulverisation cathodique des elements. O.- Procédé seion la revendication 4, caractérise en ce qu'un magnétron planar est utilise. 6.- Procédé de fabrication d'un film de resistance électrique selon ia revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le film de résistance est appliqué sous vide par vaporisation par faisceau electronique des éléments. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 a 6, caracterise en ce que des prealliages d'au moins deux des éléments à appliquer sont utilisés. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérise en ce qu'un zrealliage de nickel et de chrome d'une part et un Dreailiage d'aluminium, de silicium et de cuivre d'autre part sont utilises. 9.- Procedé selon la revendication 7 ou 8, caracterise en ce que des prealliages de compositions NiCr = 30/70 et AlSiCu = 94/1/5 sont utilisés. 10.- Resistance en couche mince, comprenant un film ce resistance selon la revendication 1 ou 2, une barriere de diffusion et une couche de connexion. i.- Resistance en couche mince selon la revendication 10, caracterisee en ce que la barrière de diffusion contient T iW.Ti ou Mo et la couche de cnnex:icn contient au zons l'un enés elements Pd, Au, Ai, Ni et Cu.