DE1640503C3

DE1640503C3 - Verfahren zum Widerstandsabgleich eines elektrischen Schichtwiderstandselements mit glasierter Widerstandsschicht

Info

Publication number: DE1640503C3
Application number: DE1640503A
Authority: DE
Inventors: Francis Joseph Poughkeepsie Pakulski; William Leon Lagrangeville Wright
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-01-14
Filing date: 1967-01-12
Publication date: 1974-08-08
Also published as: FR1508595A; DE1640503B2; US3411203A; GB1107788A; DE1640503A1

Description

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von Teilen der Widerstandsschicht erfolgt. Dieses oder erzeuat wird oder von außen einwirkend durch einen

ähnliche Abtragungsverfahren sind jedoch bei den Gasstrom geeigneter Temperatur, der aus einer Düse

neuzeitlichen integrierten Schallungsunordnungen nicht eine bestimmte" Zeil auf die dünne Oberflächenschicht

zweckmäßig- da die einzelnen Bauelemente sehr klein des Widersuindselemcntes cerichtet ist.

und nahe beieinanderhegen müssen. Cs hestcht somit 5 Weiter sind dem Fachmann Abziehverfahren für

die Gefahr der Beschädigung benachbarter Bauele- harte Widerstandsschichten bekannt, bei denen der

nienie und der sehr dünnen Leiterbahnen. Abgleich mittels eines auf die Schichtoberfläche ge-

Durch die deutsche Patentschrift 5SS 369 ist ein richteten Elektronenstrahls erfolgt, wodurch eine Verfahren ..ur Unterteilung von Widerstandssehichten Strukturwandlung in der Oberfläche der Wideistandsbekanntgsworden, die sich auf isolierenden Trägern io schicht stattfindet", d. h. derart, daß eine mit Kohlenbelinden. Bei diesem Verfahren wird der Überzug an stoff überzooene Masseschicht aus Aluminiumoxid der gewünschten Uiuerteilungslinie mittels eines elek- ALO_:i durch den Elektronenstrahl in Kohlenoxid und irischen Lichtbogens durch Verdampfen oder Ver- Aluminium gewandelt wird. Bei diesem Abgleichbrennen entfernt. Bei integrierten Schaltungsanord- \erfahren entstehen sehr heiße Stellen, die unernungen. welche eine große Packungsdichte aufweisen 15 wünschte Materialspannungen und andere unzu- und die Dünnschichtwidersiändc enthalten, die nur lässige Wirkungen verursachen.

wenige Millimeter lang sind, ist dies :s Verfahren Nachdem dfe Schichtwiderstandselemente in Ab-

ziemfich kritisch in der Anwendung, insbesondere bei hä'ngigkeit ihrer Struktur durch ein geeignetes Ab-

glasiertcp Widerstandssehichten. gleicln erfahren in ihrem Widerstandswert auf den

Ein anderes bekanntes Abglcichverfahrcn, bei dem 2η geforderteil Sollwert angepaßt wurden, erfolgt meistens

unter Verwendung eines Laserstrahles eine präzise mich ein weiterer Arbeitsgang zur Stabilisierung dieses

Materialabtragung der WidersUiiidsmasseschieht oder Widerstandswertes, d. h., die Einflüsse der Alterung

die Linbrennung eines Untencilungsmusters in dieselbe werden w. diesem sogenannten Tcmperungsprozeß

möglich ist. um den gewünschten Widerstands-Sollwert vorweggenommen und berücksichtigt, so daß sich

zu erhalten, ist in der Zeitschrift für angewandte 25 Widersiandsschichtelemente ergeben, die eine große

Mathematik und Physik ./'\MP<. Vol. 16. 1965, uuf I annzeitkon.stan/. aufweisen. Bei den abgeglichenen

den Seilen 151 bis !55 beschrieben. Beim Laser besteht, Dünnsehichtwiderständen wurde nämlich festgestellt,

wie auf Seile 152 dieses Aufsat/es erwähnt ist. im Ver- daß der abgeglichene Widerstandswert nicht konstant

gleich mi, einem Elektronenstrahl eine langsamere bleibt, sondern in Abhängigkeit der Betriebsverhält-

Inipulsfolge und eine erschiene Ablenkmöglichkeit 30 nisse und Lmüebungseinfiüsse sich ändern kann, ins-

des Laserstrahles. Außerdem ist eine derartige Laser- besondere dann, wenn ein derartiger Dünnschicht-

Abgleichvornchtiing ziemlich aufwendig. widerstand mit einer relativ großen Betriebstemperatur

Durch die deutsche AuslesesLhrifi I 07-i ~:3 wimle '-.eanspinchl wird. Zur Verhinderung dieser Widerein Abziehverfahren für!■l.in.kohlevWdcrMiindsscliieh- -.tanuswert-Abw-eichungen wird deshalb der vorteil bekannt, bei dem duah Bestreichen der Oberfläche ss stehend erwähnte TemperuntNprozcß durchgeführt, der Widcrstandsschichi nut einem heißen Ga-sirahi bei dem die Scbiciuwnlersiandselementc meistens über unerwünschte I eile der Kohleschicht infolge Biklim« eine Zeitspanne von mehreren Suirdcn einer befiüchtiger Kohlenstoffverbindungen entfernt werden. stimmten Umgebungsatmosphäre und einer über der Ein ähnliches Ahgleichverfahren ist in der deutschen normalen Betriebstemperatur liegenden Alterungs-Auslegeschrift 1 074 722 angegeben, hu dem eine Ab- 40 temperatur ausgesetzt werden. Ein derartiges Vcr-Uagung der Kohlenstoffschicht durch Bildung fluch- fahren /ur Stabilisierung der elektrischen Widerstandstiger Kohlenwasserstoffe mittels heißen Wasserstoffs werte von Metalloxid-Schichtwiderständen ist in der vorgenommen wird. USA.-Patentschrift 3 108 01 S) angegeben.

Diese beiden bekannten Abgleiclivcrfahien basieren Bei den vorstehend beschriebenen Abgleichverauf einer Verringerung der Widerstandsschicht durch 15 fahren für Schichtwiderstandselemente wurde bereits Materialabtragung, und sie bewirken dadurch eine erwähnt, daß bei einigen bekannten Verfahren der Erhöhung des Widerstandswcrtes der so bearbeiteten Abgleich mit Hilfe eines heißen Gasstrahles erfolgen Widerstünde. Diese bekannten Abziehverfahren sind kann, der aus einer Düse austritt. In der USA.-Patentnichl für die neuzeitlichen Dininschichtwiderständc schrift 2 945 119 sind Ausführungsbeispiele zur Ergeeignet, die halbleitern^ Oxide aus der Gruppe der 50 zeuguny eines magnetisch stabilisierten ionisierten Gas-Platinmelalle enthalten und die meistens in einem Strahles beschrieben, dessen Spitze auf ein Objekt glasierten oder emailleähnlichen Zustand vorliegen. iierichlet werden kann. Bei den vorgenannten Ab-

Ein anderes bekannt Abziehverfahren, bei dem gleieliverfahrcn für Schichtwiderstandselemente wird

ebenfalls eine Erhöhung des Widerstandsvveiles durch von dem ionisierten Gasstrahl, welcher auch Plasma

eine Verminderung der" Schichtdicke dadurch erCohit, 55 Strahl genannt wird, nur die Wärme dieses Strahles

daß die Widerstandsschiclii aus Tantal durch elektro- m-milzf und nicht dessen lonisieruns'seffcktbzw. das

lytisehe Anodisation in eine Oxidforni gewandeh. wird, von ihm ausgehende elektrische Feld. Zur Erzeugung

ist in der USA.-PaImI -cm-ΙΓι 3 H¹) roh beschrieben, fines heißen gerichteten Gasstrahls sind jedoch auch

Durch die französischi iV.entschrifl !V>6 7'·'. , π_;iachfic Düsenvorrichiungcn geeignet,

wurde ein ihcrmiscln-s \:-> -^^-h- und \Y.r|'.-,ti»unüs- ^r«> Ein :.inileres Abgleichverfahren zur Anpassung, lies

verl.ihrer, für Metalloxide κ!.·;-· ;.ic bekannt bei dem ¹A :<Li slimdsweries einer elektrisch li.ilbleitendcn Wi-

(lurch eiiic iloxieiun;: der ιϋ.ιΐιη·.:!ΐ. auf cncm I räger .!crsiandsschicht, das auf einem anderen Prinzip bc-

iiiedergeschlaiicncn 'hiiitakcliicht eine Von ringerim;.! n;lit als die vorstehend erwähnten Abgleichverfahren,

des Widerstandswertes erfolgt. Diese Mo.Oerun'u is\ in der deutschen Patentschrift 713 635 erwähnt,

erfolgt 111 einer Argon-Atmosphäre unter Einwirkung <V, Gemäß diesem Verfahren wird bei einer elektrisch

von Wärme, wobei diese duckt in der dünnen ab- halbleilendcn M.isse, die aus Beimengungen von

zuglcichenden Widerstandssclucht entweder durch den Graphit, Ruß und eingebetteten Blättcieii oder draht-

so"durchllicl.ienden Strom einer Kondensatorentladung förmigen Mctallteilchen besteht, durch Walzen eine

Ausrichtung der Metallteilchen in eine bevorzugte gleichverfahrcn gestellt wird, besteht darin, daß keine

Richtung bewirkt, und es wird damit eine Anpassung an Substanz von den Schichtwiderstandselementen abge-

einen gewünschten Widerstand bzw. Leitwert erreicht. tragen wird und daß deren Oberfläche während des

Durch die USA.-Patentschriften 2 924 540 und Abgleichvorganges nicht beschädigt wird.
3 052 573 sind keramikarfige Widerstandsmassen be- 5 Eine weitere Forderung der Aufgabe, die an das kanntgeworden, welche besonders für die neuzeit- neue Verfahren gestellt wird, besteht darin, daü die liehen Dickschichtwiderstände in integrierten Schal- Schichtwiderstandselcmente mit diesem innerhalb tungsanordnungen geeignet sind. Diese Widerstands- eines relativ großen, über dem Sollwert liegenden massen, welche ein glasiertes oder ein emailleähnliches Widerstandsbereiches auf ihren Nennwert abgeglichen Aussehen aufweisen, sind durch ihr Bindemittel io werden können, so daß man von bereits vorgebrannten feuchtigkeitsunempfindlich und mechanisch sehr stabil, Schichtwiderstandselementen, die annähernd den glei- und in gebranntem Zustand ist ihre Oberfläche sehr chen Widerstandswert aufweisen, beispielsweise Widerhart und glasig. Die Widerstandsschicht dieser Schicht- Standselemente mit verschieden großen gewünschten Widerstandselemente enthält halbleitende Metalloxide, Nennwiderstandswerten erhält. Diese im Abgleichdic zur Gruppe der Platinmetalle gehören, z. B. 15 verfahren erzielten Nennwiderstandswerte sollen so Palladiumoxid, Rhodiumoxid oder Platinoxid. Außer stabilisiert werden können, daß sie alterungsbeständig dem Bindemittel ist diesen Metalloxiden ein bestimmter sind.

prozentualer Anteil eines Edelmetalls hinzugefügt, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geum einen bestimmten Widerstandswert im ersten löst, daß ein Plasmastrahl, erforderlichenfalls mehr-Brennvorgang zu erhalten. Obwohl diese glasierten 20 mais, so schnell über die Oberfläche der Widerstands-Schichtwiderstandselemente gegenüber anderen be- schicht geführt wird, daß ein Verbrennen der Oberkannten Dünnschichtwiderständen, z. B. den Metall- fläche der Widerstandsschicht verhindert svird und oxidwiderständen aus Tantal, Vorzüge aufweisen, ist dabei der Widerstandswert bis zum Sollwert veres doch unbefriedigend, daß ihre ohmschen Wider- ringen wird.

standswerte nach dem Brennvorgang stark streuen 25 Dabei ist es bei der Fertigung zweckmäßig, in Ab-

und daß die Temperaturkoeffizienlen dieser Wider- hängigkeit von der Widerstandsmasse einen von der

stände ungleiche Werte aufweisen. Deshalb wurde in Größe des Abgleichwertes abhängigen Anteil des

der USA.-Patentschrift 3 052 573 vorgeschlagen, daß Edelmetalls zuzumischen.

diesen speziellen Widerstandsmassen weitere, den Die Schichtwiderstandselemente werden dann mit Widerstandswert stabilisierende Zusätze beigemengt 30 einem über deren Nennwert liegenden Widerstandswerden, z. B. Oxide der Erdalkalimetalle und/oder wert nach einem der bekannten Verfahren hergestellt bestimmte Zusammensetzungen und Mengen des und gebrannt. In einem folgenden Arbeitsgang wird Bindemittels. dann die Oberfläche der Schichtwiderstandselemente

Auch dieses letztgenannte Verfahren zur Stabili- nacheinander, wie vorstehend angegeben wurde, in sierung der Widerslandswerte hat in der Praxis 35 einer Relativbewegung mit dem Plasmastrahl überergeben, daß die Streuung der Widerslandswerte der strichen, und zwar solange, bis der gewünschte Widerdanach gefertigten Schichtwiderstände noch zu groß slandswert erreicht ist. In einem folgenden Arbeitsist, daß sich dadurch ein zu großer Ausschuß ergibt, gang werden die abgeglichenen Schichlwiderstandsdaß die damit integrierten Schaltungsanordnungen elemente dann getempert, um einen stabilisierten dadurch teuer und unwirtschaftlich werden und daß 4° Widerstandswert zu bekommen. Gegenüber den bedicses Verfahren für die Massenfertigung nicht aus- kannten Verfahren ist es ein wesentlicher Vorzug des reichend zufriedenstellend und zweckmäßig ist. Verfahrens, daß bei diesem keine Abtragung der

Da diese neuzeitlichen Schichtwiderslandselemente Widerstandsschicht erfolgt und daß die glasierte

einen emaillcartigen Binder und meistens auch noch Oberfläche bzw. Schutzschicht nicht angegriffen

einen glasierten Schutzüberzug aufweisen, ist es sehr 45 wird.

schwierig, die in ihrem Ist-Widerstandswert ab- Es ist ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verweichenden Widerstandselcmente auf ihren gefor- fahrens, daß zum Abgleich des höheren Widerstandsderten Soüwert abzugleichen bzw. an diesen anzu- Istwertes auf den gewünschten niedrigeren Sollwert passen, um die vorgesehene Schaltungsanordnung die glasierte Oberfläche des Schichtwiderstandselemenrealisieren zu können. Ein Abgleich dieser glasierten 50 tes kurzzeitig der Einwirkung eines ionisierten Gas-Si-hichtwidcrsuindselemente nach einem der vor- Strahles und damit dem von diesem ausgehenden stehend, als bekannt erwähnten Abgleich verfahren ist elektrischen Feld ausgesetzt wird. Zur Erzeugung auf einfache und billige Weise nicht möglich, da bei dieses ionisierten Gasstrahles, auch Plasmastrahl allei'i bekannten Verfahren die getrennte glasierte genannt, strömt ein entweder aus Luft, Stickstoff, Schutzschicht und die sehr harte Widerstandsschicht 55 Sauerstoff oder Formiergas gebildeter Gasstrahl durch beschädigt würde, so daß Luftfeuchte auf die Wider- einen von einer hohen Wechselspannung gebildeten slandsschicht einwirken könnte, was zur Folge hätte, Lichtbogen, wobei er ionisiert wird. Der Gasstrahl daß eine zusätzliche Trocknungsbehandlung und eine wird so eingestellt, daß er mit seiner Spitze die Widerneue Schutzbeschichtung erforderlich wären. standsoberfiäche berührt. Der Abgleich der Wider-

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und 60 stände ist wählbar durch eine entsprechende Steuerung

wirtschaftliches Verfahren zum Abgleich von gla- der elektrischen Energie, welche an den elejctrischer

sicrten elektrischen Schichtwiderstandselementen mit Lichtbogen geliefert wird, und durch die Änderung

wählbaren ohmschen Widerstandswerten anzugeben, des Gasstromes.

deren Widerstandsschicht ein halbleitendes Oxid aus Während bei den bekannten Verfahren zum Ab·

der Gruppe der Platinmetalle enthält, z. B. Palladium- 65 gleich von Widerständen, bei denen ebenfalls eir

oxid Platinoxid oder Rhodiumoxid, und wenigstens heißer Gasstrahl veiwendet wird, durch den Gasstrah

ein Additiv aus einem Edelmetall sowie ein Bindemittel. eine Abtragung des Widerstandsmaterials erfolgt odei

Eine wesentliche Forderung, die an das neue Ab- eine Stoffumwandlung in der Struktur der Wider

slandsmassc stattfindet, ζ. Β. derart, daß Tantal in einer Argonatniosphärc eloxiert wird, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Einwirkung des ionisierten Gasstrahls der Leitungsmechanismus in der Widerstandsmasse geändert, so daß sich eine erhöhte Beweglichkeit der Ladungsträger ergibt. Durch die Einwirkung des ionisierten Gasstrahls ergibt sich eine Umorienticrung des leitenden Materials in der Widerstandsschicht. Durch diese Umorienticrung wird bewirkt, daß die elektrische Leitfähigkeit des Widerstandsmaterial sich erhöht. Es können somit elektrische Widerstände hergestellt werden, insbesondere für die Mikroelektronik, die nur geringe Abmessungen und dennoch einen großen ohmschen Widerstandswert aufweisen, denn durch die Einwirkung des ionisierten Gasstrahles, welche eine Erhöhung der Leitfähigkeit in der Widerstandsmasse bewirkt, können sie von dem über dem Sollwert liegenden relativ hohen Istwert auf den gewünschten Sollwert auf einfache Weise abgeglichen werden. Das auf das Schichlwiderstandselement einwirkende elektrische Feld eines ionisierten Gasstrahls braucht keine spezielle Frequenz aufzuweisen, denn es wurde festgestellt, daß das von einem ionisierten Gasstrahl ausgehende Spannungsfcld ein Frequenzspektrum aufweist, das ausreichend ist, um die erforderliche Änderung der Leitfähigkeit in der Widerslandsschicht zu erzielen und die gewünschte Reduzierung des Widerstandswertes zu erhalten. Dieses Verfahren hat den beachtlichen Vorzug, JaB der Widerstandsabgleich auch möglich ist, wenn die Widerstandsschicht mit einem glasierten, einem emaillierten oder einem anderen wärmebeständigen Überzug versehen ist, da das vom ionisierten Gasstrahl ausgehende elektrische IcId auch durch den Überzug auf die Widerstandsschicht des Widerslandsclementes wirkt. Bei einer kurzzeitigen Einwirkungsdauer der Spitze des ionisierten Gasstrahles auf die Oberfläche des Überzugs wird dieser nicht beschädigt oder angegriffen. Wird bei einem einmaligen Überstreichen des Überzugs mit dem ionisierten Gasstrahl der gewünschte Widerslandswcrt nicht erreicht, dann kann durch ein wiederholtes Überstreichen der gewünschlc Widerstandswert erzielt werden.

Das Abgleich- oder Trimmverfahren kann in Verbindung mit einer Meß- und Steuereinrichtung so ausgestaltet werden, daß in Abhängigkeit vom gemessenen Widerstandswert jeweils die Energie für den Lichtbogen und/oder die Gasströmung sowie die Relativbewegung zwischen dem Masseschichlwiderstand und dem ionisierten Gasstrahl geregelt wird.

Es ist ein weiterer Vorzug des Verfahrens, daß der Bereich, in dem eine Änderung des Widerstandswertes durch Abgleich möglich ist, durch die Zumischung des Edelmcialls in einem bestimmten Anteil zum halbleitenden Metalloxid fiei wählbar ist und daß innerhalb dieses möglichen Abgleichherciches ein beliebig wählbarer Widerslandswcrt abgleichbar ist, wobei dieser Widerstandswert auch durch die Einwirkungsdauer und durch die Intensität des ionisierten Gasstrahles bestimmt wird.

Eine Weiterbildung besteht darin, daß der ursprüngliche oder der abgeglichene Widerstandswert eines Schichtwiderstandseiemcnles durch einen Temperungsprozeß fixiert, d. h. stabilisiert wird, so daß er einen langzcitbcständigen konstanten Widerstandswert aufweist und Umweltseinflüsse ihn nicht mehr verändern.

Nachstehend werden Ausführungsbeispicle an Hand von Zeichnungen ausführlicher erläutert. Von den Zeichnungen stellt dar

F i g. 1 eine Prinzipanordnung zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2a und 2 b Diagramme, die den mit dem Abglcichverfahrcn erzielten Verlauf der Widerslandswerte aufzeigen, und

F i g. 3 den zeillichen Verlauf der durch den Plasmastrahl verursachten Schwingungen des von ihm ausgehenden elektrischen Feldes.

Das Verfahren besteht darin, ein Schichtwiderstandselement dadurch abzugleichen, daß es einem Plasmastrahl ausgesetzt und danach getempert wird. Dieses Verfahren nutzt die Empfindlichkeit aus, die Silber und ähnliche Edelmetalle in einer glasierten Widerslandsschicht gegenüber dem elektrischen Feid eines Plasmastrahls aufweisen. Die Herabsetzung des Widerstandswertes wird dadurch erreicht, daß die Spitze des Plasmastrahls mit der Oberfläche eines Schichtwiderstandsclemcnts in Kontakt gebracht wird. Der Widerstandswert wird dadurch auf einen gewünschten Wert reduziert, daß die Oberfläche des Widerstandes mit dem Plasmastrahl überstrichen wird. Während dieses Vorganges werden keine wahrnehmbaren Materialmengen vom Widerstand entfernt.

Der Plasmastrahl (ein Strahl ionisierten Gases) wird erzeugt, indem ein Wechselstromlichtbogen hoher Spannung als Energiequelle von einem Gasstrahl, beispielsweise Luft, durchströmt wird. An Stelle von Luft können aber auch andere ionisierbare Gase benutzt werden. Mit dem Plasmastrahl 14 ist die Erzeugung eines breiten Spektrums elektrischer Störsignalc verbunden, von denen, wie die F i g. 3 zeigt, eine Hauptkomponente eine Frequenz von etwa 15 kHz hat.

Es hat sich herausgestellt, daß durch eine auf den Widerstandsabgleich folgende Temperung der auf den Sollwert abgeglichenen Schichtwiderstandselemente deren Stabilität verbessert wird. Ein solcher Temperungszyklus kann aus einer Lagerung der abge-

glichenen Schichlwidcrstandselemente in heißer Luft, die eine Temperatur von 200 C aufweist, für die Dauer von etwa 15 bis 20 Stunden bestehen. Es können aber auch andere Zyklen angewendet werden.

Materialien für die Widerstandsschichten, für welche das erfindungsgemäße Abgleichverfahren geeignet ist, wurden bereits in der Beschreibungscinleitung unter Bezugnahme auf die USA.-Patentschriften 3 052 573 und 2 924 540 erwähnt. Ein Beispiel ist eine Metallolasurzusammensetzung mit einem

leitenden Element, für das ein p-leitendes Halbleilcroxidmatcrial gewählt wird, das mit [.lementen einer bestimmten Wertigkeit dotiert ist, um dadurch seinen spezifischen Widerstandswert zu erhalten. Für gedruckte Schichtwidcrstandselemente wird ein solches Material aus den oben angegebenen Gründen mit einem isolierenden Glasmaterial fixiert und abgeschirmt. Ein Oxid der beschriebenen Art ist Palladiumoxid mit einem geringen Silberanteil, es können aber auch andere Oxide und Edelmetalle verwendet werden.

F i g. 1 veranschaulicht ein Anwendungsbeispiel der Erfindung. Eine ein elektrisches Schichtwiderstandsclcmcnt darstellende dünne Schicht 18 der oben beschriebenen Art wird einem Strahl 14 ionisierten

Gases ausgesetzt, um den ohmschen Widerstandswert zu reduzieren. Anschließend wird ein Temperungszyklus ausgeführt. Wie der ionisierte Gas- oder Plasmastrahl 14 erzeugt wird und welche Eigenschaften er

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hat, wird nachstehend noch im einzelnen erläutert. Im besonderen zeigt F i g. I schemalisch die Zusammensetzung der den Widerstand darstellenden dünnen Schicht 18, die auf ein Trägerplättchcn 19 aus Aluminiumoxid durch Siebdruck aufgebracht und etwa 30 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 750 C in einer Oxydationsatmosphäre gebrannt worden ist. Eine Untersuchung dieses Glasurwiderstandes weist auf das Bestehen von zwei Phasen hin, nämlich Palladiumoxid und eine Silber-Palladium-Legierung sowie die Glasphase, die als Bindemittel und Schulzschicht dient. Während des Brennens der ursprünglichen Paste, aus der die Widerslandsmasse gebildet wird, findet unterhalb 33O°C keine Oxydierung statt. Zwischen 330⁰C und 52O°C oxydiert Palladium zu PdO, und bei etwa 520°C beginnen Silber und Palladium eine Legierung einzugehen. Bei Erhöhung der Temperatur über 52O°C wird das Gleichgewicht der Reaktion

PdO + Ag = V₂ O₂ i Pd — Ag

allmählich nach rechts verschoben.

Der so entstandene PdO — PdAg-Glasurwiderstand ist p-leitend. PdO, das den Hauptteil der Widerstandsmasse bildet, ist ein Oxidhalbleiter mit einer Metallfehlstelle. Da die halbleitenden Eigenschaften von PdO dem Abweichen von der echten chemischen Stöchiometrie zuzuschreiben sind, ist zu erwarten, daß Änderungen der Stöchiometrie von PdO eine allgemeine Änderung im spezifischen Widerstand des Glasurwiderstandes zum Ergebnis hat. Für eine Erhöhung des spezifischen Widerstandes wurden diese Änderungen der Stöchiometrie in der Beseitigung von Kationenfehlstellen entweder durch die Diffusion von Pd oder einem anderen Metal! in das PdO-Kristallgitter oder durch die Beseitigung von Sauerstoff aus dem PdO-Gitter bestehen. In jedem Fall wäre für PdO ein besseres stöchiometrisches Verhalten und ein höherer spezifischer Widerstand zu erwarten. Andererseits wären Verringerungen des spezifischen Widers¹ andes als Ergebnis der Erzeugung von Kationenfehlstellen durch die Beseitigung von Palladium oder Silber zu erwarten, die in einem bestimmten Grad in dem PdO-Gitter vorhanden sind. Die Größe der Widerstandssenkung durch die Behandlung des Schichtwiderstandselcmentes mit einem ionisierten Gasstrahl 14 gemäß der Erfindung steht in direkter Beziehung zu dem Anteil von Silber in der ursprünglichen Paste, wie es F i g. 2a zeigt, worin die maximal erreichbare Widerstandssenkung (max. Abgleich in %), in Abhängigkeit vom Silberanteil (Gewichtsprozent Silber) dargestellt ist. Gemäß Fig. 2a ist, wenn in der ursprünglichen Paste nur 6"„Silber enthalten sind, die maximal erreichbare Widerstandssenkung nicht größer als 30ⁿ„. Beim Vorliegen von 12%, Silber in der Widerstandspaste kann eine 50 "„ige Widerstandssenkung (Abgleich) erreicht werden, und wenn 15% Silber in der Widerstandspasle enthalten sind, läßt sich der Widerstandswert um 60 bis 70%, senken.

Gemäß Fig. 2 b nimmt die prozentuale Vcrschiebungder Widerstandswerte während der nachfolgenden Temperungsbehandlung mit einem wachsenden Silberanteil in der ursprünglichen Widerstandspaste ab. Sie wächst dagegen mit einer zunehmenden Reduzierung während des vorausgegangenen Widerstandssenkungsprozesses. Die Abszisse in F i g. 2b (Abgleich in %) stellt den erreichbaren Prozentsatz der maximalen Widerstandsreduzierung dar. Bei Vorliegen von 6% Silber in der ursprünglichen Paste tritt eine Verschiebung der reduzierten Widerstandswerte um 5% ein, nach einer vorangegangenen Reduzierung bis zu maximal 50% ein; die maximale Reduzierung für 6%, Silber in der ursprünglichen Paste beträgt etwa 30% des ursprünglichen Widerstandswertes, wie aus F i g. 2 a hervorgeht. Für 12% Silber in der ursprünglichen Paste

ίο variiert die Verschiebung während der Temperung der reduzierten Widerstandswerte um 3% für die maximal erreichbare Widerstandsreduzierung. Für 15% Silber in der ursprünglichen Widerstandspaste variiert die Verschiebung während der Temperung des reduzierten Widerstandswertes zwischen —0,5% und - 0,25% bis zu einer vorangegangenen Reduzierung von max. 30% und geht dann in eine Variation von -1% für die maximale Widerstandsreduzierung über.

Nachstehend wird an Hand von F i g. 1 die An-Ordnung zur Bildung des Plasmastrahles 14 beschrieben. Eine Düse 10 besteht aus einem Block aus Isoliermaterial, bei dem es sich um ein beliebiges bekanntes elektrisches Isoliermaterial handeln kann. Durch die entlang der Achse des Blocks verlaufende Leitung 11 wird von einem Behälter ionisierbares Gas 17 durch die Öffnung 12 geschickt. Zwei Elektroden 13 sind durch die Seitenwände des Isolierblocks hindurchgestreckt, so daß ihre Enden sich an der Öffnung 12 befinden, damit sie einen Lichtbogen über

die Öffnung 12 hinweg erzeugen. Bei Verwendung eines geeigneten ionisierbaren Gases wird ein Plasmastrahl 14 gebildet, der eine Spitze an seinen Enden aufweist. Die Größe des Plasmastrahls 14 kann durch Verstellen des Gasstromes geändert werden.

Die F i g. 3 stellt die Wellenform einer Spannung in Abhängigkeit von der Zeit dar, die man erhält, wenn man eine Sonde in Form eines einzelnen Kupferdrahtes nahe an die Spitze des Plasmastrahles 14 heranbringt. Diese Wellenform veranschaulicht die durch den Plasmaslrahl 14 erzeugten elektrischen Störsignale, wenn das verwendete Gas Luft ist. Der elektrische Generator 15, welcher die Energie für den Lichtbogen liefert, ist so eingestellt, daß er eine Ausgangsspannung von 3000 Volt mit einer Frequenz von

60 Hz an den mit dem Schutzwiderstand 16 in Reihe geschalteten Elektroden 13 erzeugt. Der Schutzwiderstand 16 hatte im Ausführungsbeispiel einen Widerstandswert von 83 Ohm. Die Wellenform in F i g. 3 stellt die Spannung dar, die an der Sonde während einer 60-Hz-Periode gemessen wurde. Wie man sieht, enthalten die elektrischen Störsignale, die durch den Plasmastrahl 14 während jeder Hälfte des 60-Hz-Signals erzeugt werden, ein breites Spektrum von Frequenzen bis zum MHz-Bereich mit einer vorherrschenden Frequenz von 15 kHz. Versuche, Stickstoff und Formgas (10% H₂, 90% N₂) als Gas für den Plasmastrahl 14 zu verwenden, ergaben einen kleinen oder keinen Plasmastrahl und nur geringe oder keine elektrischen Störsignale.

Nachstehend sind Meßwerte von Schichtwiderstandselementen aufgeführt, die aus dem bereits im vorstehenden beschriebenem Widerstandsmaterial hergestellt wurden und die gemäß der Erfindung abgeglichen wurden. Die Widerstandsschicht 18 hatte im Ausführungsbeispiel eine Breite von etwa 1,8 mm und eine Länge von 2,5 mm. Der ohmsche Widerstandswert wurde mit Meßelektroden gemessen, zwischen denen die Schicht 18 liegt.

Silber Gc-	Ä,	R,	_	Ab	Ände
wichts-			1136	gleich	rung nach
pro- zcnl			151,2	"-■'■	Tempe
	6900	6695		rung
6	1858	1083	22,4	_
12	293,6	152,3	41,7	4,9
15			48,2	-0,72

Dabei bedeutet Ri den gemessenen Widerstandswert in Ohm vor dem Abgleichen, Rt den gemessenen Widerstandswert in Ohm nach dem Abgleichen und R_a den gemessenen Widerstandswert in Ohm nach dem Tempern.

Die in der Tabelle und in den F i g. 2 a und 2b angegebenen Prozentsätze des Edelmetalls sind Gewichtsprozente, es sei denn, es ist ausdrücklich anders angegeben.

Es wurde bereits erläutert, daß eine übermäßige Reduzierung des Widerstandswertes beim Abgleich durch eine zu lange Einwirkung des Plasmastrahls 14 auf ein Schichtwiderstandselement zu einem Verbrennen oder einer Beschädigung der Widerstandsschicht 18 führen kann. Daher darf das Schichtwiderstandselement nicht statisch dem Plasmastrahl 14 ausgesetzt werden, der deshalb stetig über die Oberfläche des abzugleichenden Schichtwiderstandselementes geführt werden sollte. Um eine optimale Ionisierung des verwendeten Gases zu erreichen, hat es sich gezeigt, daß die Elektroden 13 in F i g. I um nicht mehr als 0,5 mm voneinander getrennt sein dürfen. Für einen Plasmastrahl 14 von etwa 0,5 mm Breite hat sich als zweckmäßig ergeben, daß der Plasmastrahl 14 über die Oberfläche der Widerstandsschicht 18 eines Schichtwiderstandes mit einer solchen Geschwindigkeit bewegt werden konnte, daß er eine Strecke von 2,5 mm Länge in einer Zeit von etwa 6 Sekunden zurücklegte,

ίο ohne dabei die Widerstandsschicht übermäßig zu beschädigen. Um eine maximale Reduzierung des Widerstandswertes beim Abgleich zu erreichen, können mehrere Uberstreichungen ausgeführt werden, bis der gewünschte Widerstandswert des Schichtwider-Standselementes erreicht ist. Natürlich können auch höhere Geschwindigkeiten verwendet werden, wobei dann mehrere Behandlungen für den gewünschten Abgleich nötig sind, um die maximale Reduzierung des Widerstandswertes zu erreichen.

Außer der bevorzugten Kombination von Palladiumoxid und Silber können auch andere Oxide wie z. B. Platinoxid (PtO) und Rhodiumoxid (RhO) benutzt werden, wobei dann der leitende Metallzusat; Gold oder Platin sowie Silber ist. Mit diesen Oxider sowie bei Palladiumoxid ergibt sich, daß die größen Menge des leitenden Edelmetalls in der Ursprung liehen Paste eine größere Widerstandsreduzierbarkei sowie eine größere Stabilität des getemperten Produkt; zur Folge hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 der Ladungsträger nachträglich geändert. Dadurch PatentansDPJche- wird eine genauere Herstellung von Schichtwiderstands elementen hinsichtlich ihier ohmschen Widerstandswerte ermöglicht, und es wird erreicht, daß auch weit

1. Verfahren zum Widerstandsabgleich eines 5 oberhalb des Toleranzbereichs liegende Widerstandselektrischen Schichtwiderstandselements, dessen werte auf verschiedene, gewünschte Sollwerte abgeglasierte Widerstandsschicht durch Brennen einer glichen werden können, ohne daß eine Abtragung der Masse hergestellt, ist, die ein halbleitendes Oxid aus Widerstandsschicht oder eine chemische Behandlung der Gruppe der Platinmetalle, ein Additiv wenig- der Schichtwiderstandsclemente erforderlich ist. stens eines Edelmetalls und ein Bindemittel enthält, io Das neue Verfahren ist zum Abgleich von Schichtdadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß ein Pias- widerständen, die eine glasierte Widerstandsschicht mastrahl (14), erforderlichenfalls mehrmals, so und/oder einen glasierten Schutzüberzug aufweisen, schnell über die Oberfläche de^r Widerstandsschicht geeignet, deren Widerstandsschicht halbleitende Ma-(18) geführt wird, daß ein Verbrennen der Ober- terialien aus der Gruppe der Platinmetalle, z. B. Palfläche der Widerstandsschicht (18) verhindert wird, 15 ladiumoxyd, Platinoxyd oder Rhodiumoxyd enthält, und dabei der Widerstandswert bis zum Sollwert und Additive, welche aus Silber, Gold oder Platin verringert wird. bestehen können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schichtwiderstandselemente werden beispielsweise zeichnet, daß als Gas (17) für den Plasmastrahl (14) für Dickschicht- oder Dünnschichtwiderstände in sehr Luft verwendet wird. ao großer Stückzahl in integrierten Schaltungsanord-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch nungen verwendet und auch als einzelne Bauelemente gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Plasma- in anderen Schaltkreisanordnungen. In der Massenstrahles (14) ein Lichtbogen erzeugt wird, der sich fertigung, insbesondere bei integrierten Schaltungszwischen zwei an einer hohen Wechselspannung anordnungen, werden die Schichtwiderstände nach liegenden Elektroden (13) bildet, daß ein Gasstrahl 25 bekannten Verfahren (z. B. durch Siebdruck) erzeugt, den Lichtbogen durchströmt, daß die Form und Dabei werden zunächst die Schichtwiderstandselemente Größe der Spitze des dadurch erzeugten Plasma- allgemein zum Ausgleich der die Tolcranzgrenzen Strahls (14) durch die Regelung des Gasstromes überschreitenden Exemplarstreuungen und zur /vneingestellt wird und daß das vom Piasinastrahl (14) passung an verschiedene So'II-Widerstandswerte entausgehende elektrische Feld durch die den Licht- 30 weder mit einem höheren oder einem niedrigeren bogen speisende elektrische Energie gesteuert wird. ohmschen Widerstandswert als dem gewünschten SoII-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wert hergestellt und in einem nachfolgenden Arbeitsdadurch gekennzeichnet, daß das Schichtwider- gang durch eines der dem Fachmann bekannten Verstandselement (18, 19) nach dem Widerstands- fahren auf den gewünschten Sollwert innerhalb einer abgleich getempert wird. 35 zulässigen Toleranzgrenze abgeglichen. Je nach der

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Struktur der abzugleichenden Schichtwiderstandszeichnet, daß nie Temperung des Schichtwider- elemente erfolgt dies durch ein mechanisches Verfahstandselements (18, 19) über eine Zeit von 15 bis ren, bei dem entweder die Widerstandsschicht teilweise 20 Stunden in Luft bei einer Umgebungstempe- abgetragen oder ein bestimmtes Muster in diese einratur von 200⁰C erfolgt. 40 gearbeitet wird, wodurch sich der Widerstandswert

6. Einrichtung zur Durchführung des Abgleich- erhöht. Es sind jedoch auch andere Abgleich- oder Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Anpassungsverfahren bekannt, bei denen die abzudadurch gekennzeichnet, daß eine aus hitze- gleichenden Schichtwiderstandselemente der Einwirbeständigem Isoliermaterial bestehende Düse (10) kung von Wärme und/oder einer bestimmten Umvorgesehen ist, deren Austrittsöffnung (12) mit 45 gebungsatmosphäre ausgesetzt werden, wodurch sich einer das Gas (17) zuführenden Leitung (11) ver- die Struktur der Widerstandsschicht ändert und sich bunden ist, und daß in diese Austrittsöffnung die dadurch auch der Widerstandswert erhöht oder ver-Enden von zwei mit geringem Abstand einander mindert.

gegenüberliegenden Elektroden (13) ragen, welche Bei der Herstellung elektronischer Schaltkreise nach

mit einer Wechselspannungsquelle (15) hoher Span- 50 Art der integrierten Bauweise werden die Schichtnung verbunden sind. Widerstandselemente im allgemeinen im Siebdruck-

verfahren auf eine tragende Isolierschicht, z. B. ein Keramikplättchen, aufgetragen. Durch Ungenauigkeiten, die sowohl durch die Art des Siebdrucks als

55 auch durch die Stärke der aufgetragenen Masseschicht

bestimmt sind, ergeben sich Ungenauigkeiten in dem zu realisierenden Widerstandswert. Um diese Ungenauigkeiten und Abweichungen vom Sollwert zu eliminieren, werden bisher in bekannter Weise die

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wider- 60 Schichtstärken der Widerstände oder ihre Flächer standsabgleich eines elektrischen Schichtwiderstands- größer als benötigt hergestellt, und nach dem Brennelements, dessen glasierte Widerstandsschicht durch Vorgang wird meistens in einem durch ein Meß· Brennen einer Masse hergestellt ist, die ein halb- verfahren gesteuerten Abgleichvorgang so lange leitendes Oxid aus der Gruppe der Platinmetalle, ein Widerstandsmaterial von der Masseschicht abgetrager Additiv wenigstens eines Edelmetalls und ein Binde- 65 bzw. umgewandelt, bis der gewünschte ohmschc mittel enthält. Widerstands-Sollwert erreicht ist.

Durch dieses neue Abgleichverfahren wird in der So ist beispielsweise ein Abgleichverfahren bekannt

Widerstandsschicht die Anzahl und die Beweglichkeit bei dem durch einen feinen Sandstrahl eine Abtragunj