CN109872853B

CN109872853B - 一种CrSi2薄膜电阻及其激光修调方法

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Publication number: CN109872853B
Application number: CN201910132465.5A
Authority: CN
Inventors: 杨小爱; 袁忠文; 王勇
Original assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Current assignee: Xian Microelectronics Technology Institute
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109872853A

Abstract

本发明公开了本发明的一种CrSi₂薄膜电阻，通过CrSi₂薄膜电阻结构设计和激光修调方法的优化，开发五级并联可调区和两个连续修调可调区的电阻设计结构，使修调后大部分打断的CrSi₂薄膜电阻均不参与导电，将激光修调对CrSi₂薄膜电阻稳定性的影响降到最小；本发明还公开了一种CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，修调时根据电阻实际值选择打断或修调不同可调区；修调过程中当测试精度超过激光修调机本身的精度时，用外接测量表测试修调后的精度，克服了激光修调机精度分辨率对测量数据的制约，进一步提高精度，修调后CrSi₂薄膜电阻温度系数达到±10ppm/℃，电阻精度达到±0.01％。

Description

一种CrSi2薄膜电阻及其激光修调方法

技术领域

本发明属于薄膜电阻结构修调技术领域，尤其是一种CrSi₂薄膜电阻及其激光修调方法。

背景技术

混合集成电路是一种将各种功能的IC芯片在预先做好导体、电感、电容等组合图案的绝缘基片上进行电气互联的组装电路。基片上的薄膜电阻在电路中起到信号分流等作用，其精度、稳定性等电性能直接影响着电路精度和分辨率。随着混合集成电路向高精度、高稳定性方向发展，对薄膜电阻电性能提出了更高的要求。尤其是精密电流基准源、过流保护器、高共模差分运算放大器等电路，要求薄膜电阻温度系数TCR为±10ppm/℃；电阻精度为±0.01％。

通常情况下CrSi₂薄膜电阻其成膜阻值一致性为30％左右，通过激光修调工艺实现电路要求标称值及精度，由于CrSi₂薄膜结构特性以及激光修调的影响，目前生产线常规CrSi₂薄膜电阻温度系数TCR为±50ppm/℃；且激光修调机的测量精度只有±0.1％、电阻修调精度为±0.1％，无法满足高精密电路设计需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种CrSi₂薄膜电阻及其激光修调方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种CrSi₂薄膜电阻，包括五级并联可调区和两个连续修调可调区，五级并联可调区包括依次并联的第一可调区、第二可调区、第三可调区、第四可调区和第五可调区，两个连续修调可调区包括第六可调区和第七可调区；

其中，第一可调区、第二可调区、第三可调区、第四可调区和第五可调区分别包括待打断部分和导电部分，待打断部分为1方数，导电部分方数之比依次为 16：8：4：2：2。

一种CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，包括以下操作：

当70％≤R<83.33％时，则打断第一可调区；

当83.33％≤R<90.91％时，则打断第二可调区；

当90.91％≤R<95.24％时，则打断第三可调区；

当95.24％≤R<97.56％时，则打断第四可调区或第五可调区；

当97.56％≤R<99.92％时，则连续修调第六可调区；

当99.92％≤R<100.01％时，则连续修调第七可调区；

其中，R为R_s/R_b×100％，R_s为CrSi₂薄膜电阻修调前实际值，R_b为修调后电阻标称值。

进一步的，第一可调区、第二可调区、第三可调区、第四可调区、第五可调区的打断及第六可调区的连续修调由激光修调机完成。

进一步的，激光修调机为ESI4410型。

进一步的，第七可调区的连续修调由激光修调机和数字万用表完成，具体过程包括：

1)激光修调机发射一个激光脉冲修调CrSi₂薄膜电阻，数字万用表测量修调后CrSi₂薄膜电阻精度；

2)数字万用表将测量数据发送给激光修调机，激光修调机判断是否达到预设电阻精度；

3)重复步骤1)-2)直至达到预设电阻精度后停止修调。

进一步的，预设电阻精度为±0.01％。

进一步的，数字万用表为Agilent3458A型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种CrSi₂薄膜电阻，通过CrSi₂薄膜电阻结构设计和激光修调方法的优化，开发了五级并联可调区和两个连续修调可调区的电阻设计结构，使修调后大部分打断的CrSi₂薄膜电阻均不参与导电，将激光修调对CrSi₂薄膜电阻稳定性的影响降到最小。

本发明的一种CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，修调时根据电阻实际值选择打断或修调不同可调区；修调过程中当测试精度超过激光修调机本身的精度时，用外接测量表测试修调后的精度，克服了激光修调机精度分辨率对测量数据的制约，进一步提高精度，修调后CrSi₂薄膜电阻温度系数达到±10ppm/℃，电阻精度达到±0.01％，不但满足了精密电流基准源、过流保护器、高共模差分运算放大器等电路要求，还为研制其他传感器、恒流源等高精密电路搭建了良好的工艺平台，提高了混合集成电路的电性能，具有重要的社会效益和经济价值。

附图说明

图1为CrSi₂薄膜电阻微观结构SEM图；

图2为修调对CrSi₂电阻阻值的影响数据比较图；

图3为本发明的CrSi₂电阻结构示意图；

图4为成膜后精密电阻图；

图5为修调后精密电阻图；

图6为成膜后常规电阻图；

图7为修调后常规电阻图。

其中：1-第一可调区；2-第二可调区；3-第三可调区；4-第四可调区；5-第五可调区；6-第六可调区；7-第七可调区；01-第一切痕；02-第二切痕；03-第三切痕；04-第四切痕；05-第五切痕；06-第六切痕；07-第七切痕；表2中CrSi₂薄膜电阻标称值R_b为100KΩ。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为CrSi₂薄膜电阻微观结构SEM图；CrSi₂薄膜电阻中含有绝缘相、半导体相和导电相，导电微粒分散于膜中，被绝缘相包围，成岛状结构。由于溅射成膜过程中存在能量分布不均的状况，使薄膜中存在大量空位、填隙、应变、位错、晶界等晶体缺陷，还有杂质；缺陷和杂质能够改变传导电子密度、引起载流子的散射，导致薄膜微观结构呈亚稳态。采用激光修调技术，电阻薄膜吸收激光能量，由于激光束能量呈高斯分布特点，激光切痕中央部分吸收能量最高、快速气化，使得切痕边缘的薄膜晶粒大小及晶粒间距不均，从而影响薄膜电阻阻值的稳定性。

参见图2，图2为激光修调对CrSi₂薄膜电阻阻值的影响数据比较图；分别将不修调、修调大约15％、修调大约30％的各10个CrSi₂薄膜电阻样品在300℃厌氧箱中热存48h，对比修调对薄膜电阻稳定性的影响。从图2可见，热存后不修调的电阻阻值最大漂移0.005％，修调大约15％的电阻阻值最大漂移0.017％，修调大约30％的电阻阻值最大漂移0.028％，说明激光修调对电阻稳定性有一定影响，且修调越多，对电阻的稳定性影响越大，实验数据与理论分析一致。

参见图3，图3为本发明的CrSi₂薄膜电阻结构示意图；按照2ⁿ原则，将CrSi₂薄膜电阻设计成16：8：4：2：2(即2⁴：2³：2²：2¹：2¹)的五级打断并联可调区与两个连续修调可调区相结合的电阻，五级并联可调区包括第一可调区1、第二可调区2、第三可调区3、第四可调区4和第五可调区5，两个连续修调可调区包括第六可调区6和第七可调区7。设计时可按第一至第七可调区的顺序依次从左到右或从上到下排版，也可根据电阻设计版图情况任意分布7个可调区的位置；第一至第五并联可调区包括被打断部分和参与导电部分，为降低电阻面积，被打断部分可以设计为1方数，参与导电部分必须按照2ⁿ的原则设计其方数；为了节省电阻面积，将第六可调区6和第七可调区7可以合并为一个可调区，修调时用该可调区的两侧分别作为第六可调区6和第七可调区7。

通过打断上述第一至第五个可调区能够将电阻修调到标称值的97.56％～100.01％之间，用连续修调第六可调区6和第七可调区7能够将电阻修调到预设精度±0.01％，这样电阻稳定性将受激光修调的影响很小，几乎为零。

CrSi₂薄膜电阻修调前电阻实际值为R_s，修调电阻标称值为R_b，修调前电阻实际值R_s相对标称值R_b的百分比为R，修调时先判断R在哪个可调区范围内，再选择打断或修调相应的可调区：

当70％≤R<83.33％时，则打断第一可调区1；

当83.33％≤R<90.91％时，则打断第二可调区2；

当90.91％≤R<95.24％时，则打断第三可调区3；

当95.24％≤R<97.56％时，则打断第四可调区4或第五可调区5；

当97.56％≤R<99.92％时，则连续修调第六可调区6，使电阻阻值达到标称值的99.92％～100.01％；

当99.92％≤R<100.01％时，则连续修调第七可调区7，使电阻阻值达到电阻标称值的99.99％～100.01％，即达到修调精度±0.01％；

以R_b为100KΩ、5KΩ/□、CrSi₂薄膜电阻为例，修调前电阻实际值与修调可调区的对应关系如表1。

表1.CrSi₂薄膜电阻的R_s与修调可调区的关系

在测量过程中发现前5个可调区的程序运行比较顺利，但每次修调到电阻标称值的99.92％左右时停止修调。分析原因：激光修调机测量精度只有±0.1％，当修调第六可调区6精度达到-0.08％左右时，激光修调机认为电阻阻值达到了自己测量能力范围内，不再修调。

ESI4410型激光修调机的测量系统在修调时无法实现±0.01％精度，外接Agilent3458A型的8位半数字万用表，在第七可调区7程序中编写激光修调机给数字万用表的指令和地址，该数字万用表的测量精度优于激光修调机测量系统，用来代替测量系统，具体过程如下：激光修调机完成一个脉冲修调，数字万用表测量精度并将数据反馈给激光修调机，激光修调机接收到数据后比较判断是否达到预设精度值，当达到后停止修调；当未达到精度则继续修调，通过逐渐逼近电阻标称值及精度的方法确保电阻最终精度±0.01％；由于激光的脉冲输出以及外接数字万用表的高精度，通过以上方法有效地控制修调电阻的精度，达到±0.01％。

参见图4和图6，图4为成膜后的5KΩ/□、CrSi₂薄膜精密电阻图，该电阻采用五级打断并联可调区与两个连续修调可调区相结合的方法设计；图6为成膜后的5KΩ/□、CrSi₂薄膜常规电阻图，两者标称值均为100KΩ。

参见图5和图7，图5和图7分别为用本发明修调后的薄膜精密电阻图和薄膜常规电阻图，两者修调之前的实际值均为73.5KΩ，标称值均为100KΩ。

对比两图，同样是标称值为100KΩ、实际值为73.5KΩ的电阻，图5中为薄膜精密电阻，由于修调前实际值为标称值的73.5％，73.5％在70％≤R<83.33％范围内，修调时首先打断可调区1，打断后电阻实际值增加20％，为标称值的93.5％； 93.5％在90.91％≤R<95.24％范围内，其次打断可调区3，打断后电阻实际值增加 5％，为标称值的98.5％；98.5％在97.56％≤R<99.92％范围内，然后连续修调可调区6，电阻实际值达到标称值的99.92％以上；最后连续修调可调区7，使电阻实际值达到标称值的99.99％～100.01％，即达到修调精度±0.01％，这个电阻修调完毕。由于第一切痕01和第三切痕03不参与电阻导电、不影响电阻稳定性，只有第六切痕06和第七切痕07在电阻的有效膜层上、参与电阻导电，但只占电阻有效膜层的约2％，对电阻稳定性影响很小；而图7薄膜常规电阻修调后约26.5％的有效电阻膜层上有切痕，对电阻稳定性影响远远大于薄膜精密电阻。

经测量，薄膜精密电阻温度系数TCR和精度如表2，电阻温度系数TCR为±10ppm/℃；电阻精度为±0.01％。

表2.CrSi₂薄膜电阻利用本发明的激光修调方法修调后的TCR和精度数据

样品数	1	2	3	4	5
						TCR(ppm/℃)	-7.826	-5.291	6.413	-6.467	-8.347
精度(％)	-0.006	-0.004	-0.007	0.005	-0.003

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种CrSi₂薄膜电阻，其特征在于，包括五级并联可调区和两个连续修调可调区，五级并联可调区包括依次并联的第一可调区(1)、第二可调区(2)、第三可调区(3)、第四可调区(4)和第五可调区(5)，两个连续修调可调区包括第六可调区(6)和第七可调区(7)；

其中，第一可调区(1)、第二可调区(2)、第三可调区(3)、第四可调区(4)和第五可调区(5)分别包括待打断部分和导电部分，待打断部分为1方数，导电部分方数之比依次为16：8：4：2：2。

2.一种根据权利要求1所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，包括以下操作：

当70％≤R<83.33％时，则打断第一可调区(1)；

当83.33％≤R<90.91％时，则打断第二可调区(2)；

当90.91％≤R<95.24％时，则打断第三可调区(3)；

当95.24％≤R<97.56％时，则打断第四可调区(4)或第五可调区(5)；

当97.56％≤R<99.92％时，则连续修调第六可调区(6)；

当99.92％≤R<100.01％时，则连续修调第七可调区(7)；

3.根据权利要求2所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，第一可调区(1)、第二可调区(2)、第三可调区(3)、第四可调区(4)、第五可调区(5)的打断及第六可调区(6)的连续修调由激光修调机完成。

4.根据权利要求3所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，激光修调机为ESI4410型。

5.根据权利要求2、3或4所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，第七可调区(7)的连续修调由激光修调机和数字万用表完成，具体过程包括：

3)重复1)-2)直至达到预设电阻精度后停止修调。

6.根据权利要求5所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，预设电阻精度为±0.01％。

7.根据权利要求5所述的CrSi₂薄膜电阻的激光修调方法，其特征在于，数字万用表为Agilent3458A型。