DD221871A1 - Duennschichtwiderstand - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Duennschichtwiderstand bzw. ein Duennschichtwiderstandsnetzwerk, das als Bauelement auf allen Gebieten der Elektronik eingesetzt wird. Das Ziel ist die Erhoehung der Gebrauchseigenschaften, und die Aufgabe ist es, die unerwuenschten Einfluesse durch die Elektronenstrahlbearbeitung zu vermeiden. Erfindungsgemaess werden auf dem mit der Widerstandsschicht versehenen Substrat lithographisch Strukturelemente aufgebracht. Der Abgleich der Widerstaende erfolgt mittels Elektronen- oder Laserstrahl derart, dass die Strukturelemente zu Trimmbahnen oder Trimmelementen ergaenzt sind.

Description

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Dünnschichtwiderstand Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Dünnschichtwiderstandsnetzwerke oder Dünnschichtwideretände auf elektrisch, isolierendem Substrat, die auf lithographischem Wege und/oder durch Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung strukturiert und abgeglichen sind· Diese Dünnschichtwiderstandsnetzwerke «erden als einzelne Bauelemente eingesetzt oder zu Hybridschaltkreisen komplettiert und auf allen Gebieten der Elektronik angewendet·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Dünnschichtwiderstandsnetzvrerke und Dünnschichtwiderstände - im folgenden beides als Dünnschichtwiderstände genannt -bekannt, bei denen eine dünne Schicht eines geeigneten Wider-Standsmaterials, wie z· B· einer NiCr-Legieruag, auf einem elektrisch isolierenden Substrat, wie z· B· Hartglas oder AIpO-,-Keramik, abgeschieden ist· Diese Schicht ist durch Strukturierung in ihrer Lateralgeometrie so festgelegt, daß zwischen den Anschlußkontakten der Widerstände die gewünschten Widerstandswerte erhalten werden. Diese Dünnschichtwiderstände sind dadurch charakterisiert, daß die Strukturierung der Widerstandeschicht und der Abgleich entweder ausschließlich durch programmierte Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung - im folgenden Strahlbearbeitung genannt - ausgeführt ist, oder beide Technologien auf getrennten Teilflächen des Widerstands angewendet werden. ^l

Die Gebrauchseigenschaften dieser Dünnsehichtwiderstände, ins» besondere die Stabilität ihrer Widerstandswerte and ihr Temperaturkoeffizient, sind dabei durch die Eigenschaften der Wider·* standsschicht und ihre unerwünschte Beeinflussung durch den thermischen Strahlbearbeitungsprozeß bestimmt· Hit zunehmendem Integrationsgrad der Widerstandsstruktur und zunehmendem strahlbearbeiteten Strukturanteil der Widerstände werden ihre o· g· Gebrauchseigenschaften maßgeblich durch die Strahlbearbeitung bestimmt und damit gegenüber den ursprünglichen Schichteigenschaften wesentlich verschlechtert· Bei hohen Strukturierungegrad kann die durch Strahlbearbeitung verursachte Veränderung des Temperaturkoeffizienten z. B· Werte von einigen 1Θ ppm, die Widerstandsstabilität bis zu einer Größenordnung(gegenüber der unbearbeiteten Schicht verschlechtert werden· Allein die lithographische Strukturierung ist praktisch frei von diesen unerwünschten Begleiterscheinungen·

Es wurden deshalb Widerstände entwickelt, de.ren Widerstandsschicht allein lithographisch strukturiert ist und die damit frei von den unerwünschten Begleiterscheinungen der Strahlbearbeitung sind· Der Widerstandsabgleich erfolgt dabei durch geeignetes Auftrennen von Hebenschlüssen der Widerstandsstruktur· Derartige Widerstände erfordern jedoch insbesondere bei hoher Abgleichgenauigkeit und hohen Widerstandswerten eine unverhältnismäßig große Substratflache und schränken die Herstellungstöleranzen des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht auf kritische Werte ein·

Bei allein durch Strahlbearbeitung strukturierten und abgeglichenen Widerständen von Widerstandsnetzwerken konnten zwar durch Anwendung von weitgehend einheitlichem Strukturierungegrad die nachteiligen Folgen der Strahlbearbeitung auf den relativen und absoluten Temperaturkoeffizienten vermieden werden, die Auswirkungen auf die Widerstandsstabilität bleiben jedoch bestehen· . ..» ."

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Einschränkung der nachtei-

ligen Folgen der Strahlbearbeitung besteht im Einschieben eines Temperprozesses zwischen dem Vor- und dem endgültigen Widerstandsabgleich, was jedoch technologische und wirtschaftliche Nachteile bringt·

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, Dünnschichtwiderstände zu schaffen, die bei Anwendung der üblichen Technologien die gleichen Gebrauchseigenschaften - Stabilität und Temperaturkoeffizient des Widerstandes -wie die Widerstandsschicht aufweisen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtwiderstand, bestehend aus einem isolierenden Substrat, mit darauf abgeschiedener Widerstandsschicht und Anschlußkontakten, zu schaffen, dessen Widerstandsschicht strukturiert und abgeglichen ist, der Abgleich mit einem Strahlwerkzeug erfolgt, aber dabei die unerwünschten Einflüsse der Strahlbearbeitung vermieden werden*. ' . .... '·.' . .. .'. ':' '. '

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in bekannter Weise auf ein Substrat aus Isolierstoff eine lithographisch strukturierte Widerstandsschicht aufgebracht ist, die mit Leitbahnen und Kontakten verbunden ist, daß die für den Trimmprozeß erforderliche Fläche oder die gesamte Fläche der Widerstandsschicht mit lithographisch hergestellten Strukturelementen versehen ist, die an die Trimmbahnführung angepaßt sind· Das Trimmen erfolgt durch Strahlbearbeitung, indem die Strukturelemente zu Trimmbahnen oder Trimmelementen so ergänzt werden, daß der Stromfluß durch die Widerstandsschicht aus den Randzonen der an die strahlbearbeiteten Spuren angrenzenden Widerstandsschicht verdrängt ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die lithographisch erzeugten Struktur-

elemente U-förmig sind and die mit dem Strahl erzeugte, die Strukturelemente verbindende Trimmbahn innerhalb der Schenkelhöhe oder außerhalb der stromdurchflossenen Widerstandsfläche beginnt and endet·

Es ist auch vorteilhaft, die Strukturelemente als Quadrate auszubilden, die an einer Ecke geöffnet sind· Diese Ausführung hat den Vorteil, daß diese geometrische Form es gestattet, eine Vielzahl von Widerstandskonfigurationen zu schaffen·

Die Erfindung hat den Vorteil, die Triaunspuren nach Maßgabe des Widerstandsvorwertes vor dem Abgleich und den Verbindungen zwischen den Strukturelementen im Hinblick auf eine minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten-Flächenbereich der Widerstandsschicht festzulegen·

Es ist auch möglich, die lithographisch hergestellte Struktur der Widerstandsschicht relativ zu den Kontakten und Leitbahnen des Widerstandes zu positionieren und dabei das der Ausführung der Trimmbahnen zugeordnete Strahlbearbeitüngsfeld nach den gleichen Strukturelementen automatisch zu positionieren·

Ausführungsbeispiel

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: einen Dünnschichtwiderstand, dessen Widerstandswert

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groß gegenüber dem Flächenwiderstand der Widerstandsschicht ist, ,. ·

Fig« 2: einen Dünnschichtwiderstand, dessen Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht ist,

Fig* 3: einen Ausschnitt aus dem Trimmfeld eines Dünnschichtwiderstandes mit matrizenartig angeordneten quadratischen lithographisch hergestellten Strukturelementen·

In fig· 1 ist auf einem elektrisch isolierenden Hartglassubstrat 1 eine Widerstandsschicht 2 aufgebracht, die über einen Kontakt 3 und den mit einer Leitbahn 4 versehenen Kontakt 5 kontaktiert ist· Der zwischen den Kontakten 3 und 5 liegende elektrische Widerstand wird durch die Lateralgeometrie der Schichtstruktur in den beiden durch die gestrichelte Linie 6 getrennten Feldern 7 und 8 bestimmt· Gleichzeitig Bit der lithographischen Strukturierung des Feldes 7 zu einer mäanderförmigen Widerstandsbahn werden im für den Widerstandsabgleich auf Sollwert bestimmten Feld 8 U-förmige Strukturelemente 9 entlang der zur Strahlbearbeitung vorgesehenen Trimmstrecke eingebracht· Im angeschlossenen Strahlbearbeitungsprozeß ist in Fortsetzung der Mäanderstruktur im Feld 7 die Trimmbahn 10 so geführt, daß sie annähernd mittig die Basis der U-fönnigen Struktur elemente 9 schneidend verläuft· Dabei ist der Trimmprozeß so gesteuert, daß der Abbruch der Trimmbahn 10 stets innerhalb der Schenkelhöhen der U-förmigen Strukturelemente 9 liegt« Für höhere Genauigkeitsansprüche an den Widerstandswert sind weitere dem Feinabgleich vorbehaltene Trimmbahnen 11 und 12 vorgesehen, die ebenfalls in Kombination mit lithographisch erzeugten Strukturelementen 9 oder wie die dem Endabgleich dienende Trimmbahn 12 ohne diese Elemente verlaufen· Letzteres ist ohne nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des Widerstandes möglich, wenn der Beitrag der Trimmbahn 12 zum Widerstandsendwert sehr klein ist·

Der in Fig. 2 dargestellte Dünnschichtwiderstand mit einem Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht ist zwischen den Kontakten 3 und 5 mit den angeschlossenen Leitbahnen 4 angeordnet. Die lithographisch hergestellten doppel-U-förmigen Strukturelemente 9 sind im Haupt· widerstandsberei.cn 13 und im Nebenschlußbereich 14 getrennt durch Linie 6 ausgeführt· Sie sind im Trimmprozeß bis zum Erreichen des Vor- bzw· Feinabgleichwertes durch Trimmbahnen 10 derart verbunden, daß diese stets gegenüber den Schenkeln der U-förmigen Strukturelemente 9 zurückstehen, die Basis beider U jedoch sicher kreuzen· Für hohe Genauigkeitsansprüche an den

Widerstandswert ist ein Feinstabgleich allein durch strahlbearbeitete Elemente 15 ausgeführt, ohne daß dadurch die Gebrauchseigenschaften des Widerstandes nachteilig beeinflußt sind.

Widerstände, deren Widerstandswert klein gegenüber dem FlSchenwiderstand ist, erfordern auf Grund des im allgemeinen üblichen Breitenabgleichs keine lithographische Vorstrukturierung· Im Bedarfsfall ist dies jedoch in Analogie zu Pig· 2 möglich·

Außer den in Pig. 1 und 2 dargestellten Kombinationen von U-förmigen lithographisch hergestellten Strukturelementen 9 mit den Trimmbahnen 10 sind natürlich auch beliebige andere Strukturelemente und Trimmelemente nutzbar, sofern sie den Bedingungen des Abgleichprozesses genügen, zu keinen unkontrollierten kritischen Strombahneinengungen führen und den Stromfluß im Widerstand aus den an die Bearbeitungsspur angrenzenden Widerstandsschichtbereich in einer Breite von etwa 20 ··· 50 % der Abtragbreite genügend verdrängen· Die Stromverdrängung, d. h. die Reduzierung der Stromdichte im Randzonenbereich der Bearbeitungsspur gegenüber der mittleren Stromdichte in den übrigen Bereichen der Widerstandsschicht muß dabei in um so höherem Maße erfolgen, je höher die mittlere Flächendichte der strahlbearbeiteten Abtragspuren ist·

Die Auswahl bzw· Festlegung der Trimmbahn erfolgt zweckmäßig nach Messung des Widerstandsvorwertes vor Beginn des Trimmprozesses unter Berücksichtigung der Anordnung der Strukturelemente 9 und im Hinblick auf minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten Flächenbereich· Für derartige Widerstandsstrukturen sind gemäß Fig· 3 mit in Richtung des Pfeiles stromdurchflossenem Trimmfeld des Widerstandes matrixartig angeordnete lithographisch hergestellte quadratische Strukturelemente 9 zweckmäßig, die durch strahlbearbeitete Trimmbahnen 10 in einer Vielzahl von Widerstandsbahnkonfigurationen verbunden werden können. Bei Anwendung der Elektronenstrahlbearbeitung sollten an einer Ecke offene Quadratstrukturen verwendet werden, um störende Aufla-

düngen während der Bearbeitung zu vermeiden· Biese Variante ist für die Realisierung von verschiedenen Widerstandswerten bei gleichem sonstigem Aufbau des Dünnschichtwiderstandes besondere geeignet und gestattet auch, die Trimmbahnführung an den notwendigen Widerstandsanstieg in einem weiten Bereich anzupassen·

Natürlich können die in Fig. 1 und Fig· 2 dargestellten Dünnschichtwiderstände auch Bestandteil von Widerstandsnetzwerken sein, wie sie als passive elektrische Bauelemente oder als integriertes Widerstandsnetzwerk für Hybridschaltkreise eingesetzt werden· ,

Bei der Herstellung hochintegrierter Widerstandsstrukturen mit entsprechend kleinen Strukturelementen 9 ist es wegen der erforderlichen hohen Fositioniergenauigkeit zwischen den lithographisch hergestellten Strukturelementen 9 und der strahlbearbeiteten Trimmbahn 10 zweckmäßig, sowohl die lithographische Belichtungsmaske als auch den Trimmprozeß durch Strahlbearbeitung auf ein und derselben Anlage durchzuführen, die lithographische Strukturierung zu den Leitbahnen 4 und Kontakten 3; 5 des Schichtwiderstandes positioniert und vor dem Trimmprozeß eine automatische Strahlpositionierung nach denselben Positionierorten auszuführen·

Claims (3)

Erfindunßsanspruch

1. Düimschichtwiderstand, bestehend aus einem elektrisch isolierenden Substrat, einer darauf lithographisch aufgebrachten, strukturierten Widerstandsschicht, die mit Leitbahnen und Kontakten verbunden ist und durch deren Lateralgeometrie der Widerstandswert zwischen den Kontakten der Widerstände bestimmt ist, wobei die laterale Struktur der Widerstandsschicht in Kombination von lithographischer Strukturierung und Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der für den Trimmprozeß erforderlichen Fläche der Widerstandsschicht (2) lithographisch Strukturelemente (9) so aufgebracht sind, daß diese durch Strahlbearbeitung zu Trimmbahnen (10) oder Trimmelementen ergänzbar sind und der Stromfluß durch die Widerstandsschicht (2) aus den Handzonen der an die Trimmbahnen (10) angrenzenden Widerstandsschicht (2) verdrängt ist·

2«, Dünnschichtwiderstand nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (9) U-förmig ausgebildet sind und die diese verbindende Trimmbahn (10) stets innerhalb der Schenkelhöhe der Strukturelemente (9) oder außerhalb der stromdurchflossenen Widerstandsfläche beginnt und endet·

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3· Dünnschichtwiderstand nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturelemente (9) Quadrate sind·

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen