DD205279B1

DD205279B1 - METHOD FOR IMPROVING THE CONSTANCE OF THE RESISTANCE BEHAVIOR OF PRAESION RESISTANCE NETWORKS

Info

Publication number: DD205279B1
Application number: DD23606881A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Brode; Helmut Dintner; Juergen Henneberger; Gerold Vogler; Karl-Heinz Wagner; Georg Pfeil; Ingo Steinhauer
Original assignee: Wolfgang Brode; Helmut Dintner; Juergen Henneberger; Gerold Vogler; Wagner Karl Heinz; Georg Pfeil; Ingo Steinhauer
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1986-04-23
Also published as: DD205279A1

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Konstanz der Widerstandsverhältnisse von Präzisionswiderstandsnetzwerken aus Schichten gleichen Flächenwiderstandes. Bevorzugt findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung bei der Herstellung von Widerstandsnetzwerken, wie z. B. von Spannungs- und Stromteilern für Digital/ Analog- und Anaiog/Digital-Wandler, die ein präzises Verhältnis der Teilwiderstandswerte unter Betriebsbedingungen über lange Zeit aufweisen müssen.The invention relates to a method for improving the constancy of the resistance ratios of precision resistance networks of layers of equal surface resistance. Preferably, the inventive method is used in the production of resistor networks, such. B. voltage and current dividers for digital / analog and Anaiog / Digital converter, which must have a precise ratio of the partial resistance values under operating conditions for a long time.

Characteristic of the known technical solutions

Ein Hauptvorteii integrierter Widerstandsnetzwerke in Dünnschichttechnik beruht auf den nahezu identischen elektrischen Eigenschaften der einzelnen Widerstände auf einem Chip infolge der gemeinsamen Vorgeschichte bei der Herstellung. Dadurch ist es möglich, Schaltungen mit sehr geringen Differenzwerten der einzelnen Widerstandselemente bezüglich des Flächenwiderstandes, des Temperaturkoeffizienten (TK) und des Alterungsverhaltens (sogenannte relative Parameter/tracking) zu realisieren, wie sie z. B. für Anwendungen in der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik benötigt werden. Erfahrungsgemäß liegen diese relativen Parameter um ca. eine Größenordnung unter den entsprechenden Absolutwerten, d. h. beispielsweise, ändert sich der Wert eines Widerstandes durch Alterungsprozesse um ein Prozent, so unterscheiden sich die Werteänderungen zweier Widerstandselemente innerhalb der Dünnschichtschaitung nur um ca. ein Promille voneinander und es bleibt das für viele Anwendungen entscheidende Verhältnis der Widerstandswerte folglich gleichfalls auf ca. ein Promille konstant. Der Übergang zur Herstellung von Dünnschichtwiderstandsnetzwerken in Vakuumfolge ermöglichte es, unter Verwendung von Schichten gleichen Flächenwiderstandes (bei Realisierung kompliziertester Teiierverhältnisse) auf eine Vielzahl von Kontakten zu verzichten und so den Einfluß von Kontaktwiderständen absolut zu senken. Zur Verminderung dieser Effekte sind eine Reihe von Maßnahmen bekannt, wie z. B. Sputterätzen zur Reinigung der Schichtoberflächen vor dem Aufbringen der nächsten Schicht oder die Einbeziehung von diffusionshemmenden Zwischenschichten. Dadurch wird jedoch der technologische Prozeß der Herstellung von Dünnschichtnetzwerken unter Umständen beträchtlich verkompliziert bzw. kann der Einfluß der Übergangswiderstände nur begrenzt minimiert werden.A major advantage of integrated thin film resistor networks is the almost identical electrical characteristics of the individual resistors on a chip due to the common manufacturing history. This makes it possible to realize circuits with very small difference values of the individual resistance elements with respect to the sheet resistance, the temperature coefficient (TK) and the aging behavior (so-called relative parameters / tracking), as described, for. B. for applications in the measurement and control technology needed. Experience has shown that these relative parameters are approximately one order of magnitude below the corresponding absolute values, ie. H. For example, if the value of a resistor changes by one percent as a result of aging processes, the value changes of two resistance elements within the thin-film shielding differ only by about one thousandth of each other and the ratio of the resistance values, which is decisive for many applications, consequently also remains constant at about one tenth of a percent , The transition to the production of thin film resistor networks in vacuum sequence made it possible to dispense with the use of layers of equal surface resistance (in realizing the most complicated Teiierverhältnisse) on a variety of contacts and thus to reduce the influence of contact resistance absolutely. To reduce these effects, a number of measures are known, such. B. sputter etching for cleaning the layer surfaces before the application of the next layer or the inclusion of diffusion-inhibiting intermediate layers. As a result, however, the technological process of producing thin-film networks may be considerably complicated, or the influence of the contact resistances can only be minimized to a limited extent.

Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionswiderstandsnetzwerken anzugeben, mit dem es gelingt, die Einhaltung der relativen Parameter in einem Widerstandsnetzwerk zu gewährleisten.It is the object of the invention to provide a method for the production of precision resistor networks, with which it is possible to ensure compliance with the relative parameters in a resistor network.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionswiderstandsnetzwerken anzugeben, welches allein durch topologische Maßnahmen die Einhaltung der relativen Parameter in einem Widerstandsnetzwerk gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Quotienten aus der Zahl von Kontaktübergängen und den elektrisch wirksamen lateralen Einbindungsbreiten der Kontaktflächen der Einzelwiderstände durch an sich bekannte Flächenstrukturierung und/oder durch genau entlang der Grenze der Kontaktflächen geführte Abtragungsstriche in der Widerstandsschicht unabhängig von der widsrstandswertbestimmenden Breite des überwiegenden Teils des Einzelwiderstandes wie die Absolutwerte der Einzelwiderstände abgestuft werden. Durch diese erfindungsgemäße bewußte Vergrößerung der Übergangswiderstände in Teilbereichen des Widerstandsnetzwerkes wird in überrascshend einfacher Weise ihr negativer Einfluß auf die Gebrauchswerteigenschaften des Widerstandsnetzwerkes kompensiert. Zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten integrierter Widerstandsschichtanordnungen wird erfindungsgemäß eine Variation der lateralen Einbindungsbreite von Kontaktflächen jm Falle störender Grenzschichten auf ansonsten metallischen Widerstandsschichten an sich bekannter Flächenstrukturierung beim oder nach dem Aufbringen und/oder genau entlang der Grenze der Kontaktflächen geführte Abtragungsstriche in der Widerstandsschicht vorgenommen.The invention is based on the object of specifying a method for the production of precision resistance networks which, by topological measures alone, ensures compliance with the relative parameters in a resistance network. According to the invention, the object is achieved in that the quotients of the number of contact junctions and the electrically effective lateral binding widths of the contact surfaces of the individual resistors by per se known area structuring and / or exactly along the boundary of the contact surfaces guided Abtragungsstriche in the resistive layer regardless of widsrstandswertbestimmenden width the majority of the individual resistance as the absolute values of the individual resistances are graded. As a result of this deliberate increase in the contact resistances according to the invention in subregions of the resistance network, its negative influence on the utility value properties of the resistance network is compensated in a simple manner in a super-fast manner. In order to adjust the temperature coefficient of integrated resistance layer arrangements, a variation of the lateral bonding width of contact surfaces in the case of disruptive boundary layers on otherwise metallic resistive layers of known surface structuring during or after application and / or exactly along the boundary of the contact surfaces guided Abtragungsstriche in the resistive layer.

Ausführungsbeispiei

Zur näheren Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens soll das nachfolgende Ausführungsbeispiei dienen. Beiliegende Figur zeigt einen Ausschnitt aus einem Widerstandsnetzwerk, bestehend aus zwei Widerständen R₁ und R₂. Der kleinere Widerstand R₁ soll z. B. R₁ = 1 kil betragen, was bei einem Flächenwiderstand von R_F = 250Ω/G einer Quadratzahl von N₁ = 4C entspricht. Der größere Widerstand R₂SoII dagegen einen Wert von R₂ = 57,5 kü besitzen, woraus sich eine Quadratzahl von N₂ = 230G ergibt. Die zum Abgleich der Einzelwiderstände R₁ und R₂ notwendigen Trimmflächen sind, da sie das Wesen der Erfindung nicht berühren, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Um die für die Funktionsweise von Widerstandsnetzwerken i.a. entscheidende Konstanz des Teüerverhältnisses der Widerstände η = R₂Z¹R₁ = 57,5 unter Betriebsbedingungen zu sichern und durch topologische Maßnahmen den Einfluß der Kontaktübergänge auf den TK und die Langzeitstabilität dieses Teilerverhältnisses unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden begrenzten Fiächenanteilefür die einzelnen Widerstandselemente sowie der technologischen und physikalischen Möglichkeiten der Strukturerzeugung zu eleminieren, wird der kleinere Widerstand R₁ mit einer möglichst großen Einbindungsbreite Ь^ = 150цт und der minimalen Anzahl von Kontaktübergängen ki = 2 an seine Außenkcntakte 1 und 2 angeschlossen. Dadurch wird erreicht, daß die TK- und Langzeitstabilitätswerte für den Einzelwiderstand R. möglichst wenig durch die Kontaktübergänge beeinflußt werden. Mit diesen topologischen Festlegungen für den kleineren Widerstand R₁ ergeben sich gemäß der Erfindung die Bedingungen für denFor a more detailed illustration of the method according to the invention, the following Ausführungsbeispiei serve. Enclosed figure shows a section of a resistor network, consisting of two resistors R ₁ and R ₂ . The smaller resistance R ₁ should z. Be as R ₁ = 1 kil, which corresponds to a sheet resistance of 250Ω = R _F / G of a square number of N ₁ = 4C. The larger resistance R ₂ SoII, on the other hand, has a value of R ₂ = 57.5 ku, resulting in a square number of N ₂ = 230G. The trim surfaces necessary for balancing the individual resistances R ₁ and R ₂ are not shown, since they do not affect the essence of the invention, for the sake of clarity. In order to assure the constancy of the ratio of the resistances η = R ₂ Z ¹ R ₁ = 57.5 which is crucial for the functioning of resistance networks, and by topological measures, the influence of the contact transitions on the TK and the long-term stability of this division ratio, taking into account the The limited resistance R ₁ with the greatest possible integration width Ь ^ = 150 t and the minimum number of contact transitions ki = 2 are connected to its outer cams 1 and 2, for the individual resistance elements available as well as the technological and physical possibilities of structure production. This ensures that the TK and long-term stability values for the individual resistance R. are influenced as little as possible by the contact transitions. With these topological determinations for the smaller resistance R ₁ , the conditions for the invention result according to the invention

-2- 360 68-2- 360 68

größeren Widerstand R₂, indem die Zahl der Kontaktubergange k₂ vergrößert wird und die elektrisch wirksamen Kontakteinbindungsbreiten verrirgert werden Im in der Figur dargestellten Beispie¹ sollen die Kontaktflachen im jeweiligen Bereich die Widerstandsschicht vollständig überdecken ,m vorliegenden Beispiel betragt k₂ = 10, wenn man die Kontaktubergange an den Außenkontakten 2 und 3 sowie den zusätzlichen nach außen nicht angeschlossenen Kontaktflachen 4 summiert Die jeweiligen Einbindungsbreiten der Widerstandsstrukt jr sind wahlweise der Breite der Widerstandsrr aanderbahnen gleich (vergleiche 5) bzw gegenüber der Breite der Widerstandsbahnen vergrößert (vergleiche 6), um gegebenenfalls durch das Anbringen von Abtragungsstrichen (vergleiche 7 und S^ ent'ang der Grenze der Kontaktflächen d,e fur das vorgegebene Teilerverhältnis η = R₂/R sicn ergebende Beziehunggreater resistance R ₂ , by the number of Kontaktubergange k _{2 is} increased and the electrically effective Kontaktinbindungsbreiten be reduced In Beispie ¹ shown in the figure, the contact surfaces in the respective area to completely cover the resistive layer, in the present example, k ₂ = 10, if one the Kontaktubergange to the outer contacts 2 and 3 and the additional outwardly unconnected contact surfaces summed 4 The respective Eineinungsbreiten the Widerstandsstrukt jr are either the width of the Widerstandsrr aanderbahnen equal (see Fig. 5) and compared to the width of the resistance paths increased (see 6), if necessary by the provision of erosion lines (compare 7 and S ^ ent'ang the boundary of the contact surfaces d, e for the given divisor ratio η = R ₂ / R sicn resulting relationship

π = (Σ о I ) / 2b:¹ π = (Σ о I) / 2b: ¹

;υ laalisieren Entsprechend der Figur wurden in diesem Beispiel sechs Einbindungsbreiten (5) mit 10pm und vie^r E nb'ndungsbreiten (6) mit 40pm gewählt, von denen wiederum zwei durch die Anbringung von Abtragungsstrichen (vergleiche 7 und 8) auf 10 pm und 15 μιτι verkleinert wurden Auf diese Weise ,st es gelungen, die Einflüsse der Kontaktubergange in beiden Widerstanden gleich zu halten und die relativen Parameter bezüglich TK und Langzeitstabilitat, d h die Konstanz des Teilerverhaltn sses zu gewahrleisten, indem durch topologische Maßnahmen ohne Vergrößerung des Flachenbedarfs die Absolutwerte des größeren Widerstandes R₂ bewußt verschlechtert und denen des kleineren Widerstandes R₁ angepaßt werden DaPei ist offensichtlich daß eine Einzelmaßnahme — Verringerung der Einbindungsbreiten b₂ bei k₂ = k, = 2 oder Vergrößerung der Zahl der Kontaktubergange k₂ bei b₂ = b·, = 150pm — nicht zum Erfolg fuhrt, da im eisten Fall die Beziehung D₂ = b-,/η < 2,5pm ergibt, was sowohl aus technologischer Sicht (Genauigkeit des Struktunerungsprozesses) als aus physikalischen Gründen (Begrenzung der Stromdichte) nicht realistisch ist, bzw sich im zweiten Fall der Flachenbedarf fur den Widerstand R₂ wesentlich erhöht und ein nichtganzzahliges Teilerverhältnis nicht erfassen laßt Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemaße Verfahren bei seiner Anwendung auf niederohmigere Widerstandsnetzwerke Das erfmdungsgemaße Verfahren ist selbstverständlich nicht auf Einzelwiderstande beschrankt, sondern kann in derselben Weise auf ganze Teilbereiche eines Widerstandsnetzwerkes bezogen, realisiert werden; υ laalisieren In the figure, six integration widths (5) with 10pm and vie were ^r E nb'ndungsbreiten (6) with 40pm chosen in this example, of which, in turn, two by the application of ablation lines (cf. 7 and 8) to 10 pm and In this way, it was possible to keep the influences of the contact length in both resistances the same and to ensure the relative parameters with respect to TC and long-term stability, ie the constancy of the divider ratio, by the absolute values by topological measures without increasing the surface requirement It is obvious that a single measure - reducing the integration widths b ₂ at k ₂ = k, = 2 or increasing the number of the contact transitions k ₂ at b ₂ = b - is obviously the result of the greater resistance R _{2 being} adapted to those of the smaller resistance R ₁ . , = 150pm - does not lead to success, since in the first case the relationship D ₂ = b -, / η <2.5pm erg ibt, which is not realistic from a technological point of view (accuracy of the structuring process) as well as physical reasons (limitation of the current density), or in the second case the surface requirement for the resistor R ₂ increases significantly and a non-integer divider ratio can not be detected the inventive method when applied to lower impedance resistor networks The erfmdungsgemaße method is of course not limited to single resistors, but can in the same manner based on entire sub-areas of a resistor network realized

Claims

Claim:

Method for improving the constancy of the resistance ratios of precision resistance networks of layers of equal sheet resistance, characterized in that the quotients of the number of contact junctions and the electrically effective lateral binding widths of the contact surfaces of the individual resistors by per se known surface structuring and / or by exactly along the boundary of the contact surfaces guided Aotragungsstrich in the resistive layer regardless of the resistance value determining width of the majority of the individual resistance as the absolute values of the individual resistors are graded.

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