DE1665426A1

DE1665426A1 - Ohmscher Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1665426A1
Application number: DE19661665426
Authority: DE
Inventors: Triggs William Michael
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1965-03-11
Filing date: 1966-03-10
Publication date: 1972-04-06
Also published as: US3360688A; SE326229B; GB1130156A; NL6603104A; FR1473391A

Description

US-Ser.No. 458,952
Filed: March 11, 1965

Radio Corporation of America., New- York, N.Y., USA

Ohmscher Widerstand und Verfahren zu seiner Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf ohmsche Widerstände sowie auf Verfahren zu ihrer Herstellung und insbesondere auf verbesserte Dünnschichtwiderstände, wie sie in integrierten Schaltungen verwendet werden können.

Es besteht ein Bedürfnis, integrierte Schaltungen so klein als möglich herzustellen und dabei doch für zeitlich und temperaturmäßig stabile Schaltelemente zu sorgen. Ohmsche Widerstände stellen wichtige Teile solcher integrierten Schaltungen dar. Da kleine Flächen und große Genauigkeiten für die ganze integrierte Schaltung erforderlich sind,,ist es wünschenswert, ohmsche Widerstände mit einem hohen Widerstandswert auf möglichst geringer Fläche herzustellen.

•Der Stand der Technik enthält zwei Verfahren zur Herstellung von ohmschen Schaltelementen für integrierte Schaltungen.

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Man kann-nämlich ohmsche Widerstände durch Diffusion herstellen, was allerdings nur bei monolithischen Halbleiterschaltungen möglich ist. Diese besitzen jedoch eine große Verbindungskapazität und erfordern daher eine Gegenspannung um die Kapazität zu vermindern (amerikanische Patentschrift j5 1^8 ¹Jk^ vom 23. Juni 196-4·):. Man kann ferner dünne Widerstandsschichten durch Verdampfen von Nickel-Chrom-Legierungen auf Glas oder Siliziumdioxyd herstellen, so daß' zwar wegen der Isolierschicht eine geringe Kapazität gegenüber der Unterlage entsteht, jedoch erfordern solche Widerstandselemente eine große Fläche (amerikanische Patentschrift j3 115. k23 vom 2k. Dezember

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein ohmscher Widerstand dadurch hergestellt, daß man eine Schicht aus Chrom-Vanadium auf eine Unterlage, auf der eine integrierte Schaltung gebildet wird, aufdampft. Die Unterlage kann gewünsentenfalls mit einer dünnen Schutzschicht aus beispielsweise Siliziumoxyd bedeckt werden.

Fig. 1 zeigt eine stark vergrößerte Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes ohmsches Schaltelement.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Schaltelement nach Fig. 1 längs der Schnittebene 2-2 gesehen.

Fig. 5 stellt eine Aufsicht auf einen Teil einer integrierten Schaltung mit einem ohmschen Schaltelement nach Fig. 1 und dar.

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Das im folgenden zu beschreibende ohmsehe Schaltelement kann auf jeder Art von Unterlage angebracht werden, welche die nötige Verdampfungstemperatur der verwendeten Chrom-Vanadium-Legierungen zu ertragen vermag. Die Zahl und Form der Anschlüsse und die Form des ohmsehen Schaltelementes können dabei innerhalb weiter Grenzen frei gewählt werden.

Fig. 1 und 2 zeigen eineUnterläge 1, welche mit einer Isolierschicht 2 bedeckt ist. Die Oberfläche der Isolierschicht braucht für die im folgenden zu beschreibenden Fabrikationsschritte nicht in irgendeiner Weise präpariert zu werden. Die Isolierschicht 2 kann unter vielen Isolierstoffen gewählt werden, welche die bei den im folgenden zu beschreibenden Verdampfungsvorgängen entwickelte Wärme ertragen können. Beispielsweise kann Siliziumdioxyd oder Glas als Isolierstoff dienen. Die Isolierstoffschicht 2 wird mit Klemmen J versehen, vorzugsweise mit Klemmen aus Aluminium, die mit Hilfe bekannter photograph! scher Verfahren aufgebracht werden können. Es wird zu diesem Zweck eine Maske auf der Oberfläche der Schicht 2 aufgelegt, welche diese ganze Oberfläche bedeckt mit Ausnahme derjenigen Stellen, an denen die Klemmen -J> angebracht werden sollen. Sodann wird auf die Scheibe Aluminium aufgedampft und es wird dann die Maske entfernt, so daß die Klemmen j5 aus aufgedampftem Aluminium gebildet sind.

Der nächste Verfahrensschritt besteht darin, daß man eine Maske auflegt, welche die Oberfläche 2 und die Klemmen "5 mit

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Ausnahme derjenigen Stellen bedeckt, auf denen der aktive Widerstand 4 gebildet werden soll. Die Maske ist so beschaffen, daß nach Aufdampfen·des Widerstandsmaterials die Widerstandsschicht 4 die.Klemmen j5 teilweise bedeckt, also an diese Klemmen leitend angeschlossen is.t. Als Widerstandsmaterial kann ein durch Malen hergestelltes Pulver einer Vanadium-Chrom-Legierung oder"eine Mischung von Vanadiumpulver und Chrompulver dienen. Dieses wird φ dann in einem Vakuum von etwa 10~ · mm Hg aufgedampft. Die Verdampfung geschieht in einem Wolframschiffchen bei einer Temperatur zwischen 2000 und 2;5OO°C, die durch Widerstandsheizung erzeugt werden kann. Die Pulvermischung kann aus 50 bis 90 Gew.-% Chrom und aus 50 bis 10 Gew.-% Vanadium bestehen. Ein bevorzugtes Mischungsverhältnis besteht aus 75 Gew.-% Chrom und 25 Gew.-% Vanadium.

Während der Verdampfung wird die überzogene Oberfläche mit den Klemmen und der aufgelegten Maske vorzugsweise in einem· tk ⁼ Abstand von ungefähr 2^ cm von dem Wolframschiffchen gehalten.

Um die Aufdampfung zu überwachen, wird ein quadratischer Monitorschieber mit einem digitalen Ohmmeter verbunden. Das Widerstandsmaterial wird außer auf die Schicht 2 gleichzeitig und in derselben Menge auf den Monitorschieber aufgedampft. Durch kontinuierliche Messung des Widerstandes der Schicht, welche auf dem Monitorschieber niedergeschlagen ist,läßt sich auch der Widerstandswert der gewünschten Widerstandsschicht ermitteln und die Aufdampfung kann unterbrochen werden, wenn der gewünschte

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Widerstandswert erreicht ist.' Um einen Widerstand von 1000 Ohm Je Flächeneinheit zu erreichen, muß der Aufdampfvorgang etwa eine Minute dauern. Eine derartige Widerstandsschicht hat eine Dicke von unter 300 Angströmeinheiten, nach dem Aufdampfen kann die Maske entfernt werden.

Die dünne metallische Widerständsschicht wird vorzugsweise unmittelbar nach ihrer Aufdampfung mit einer Siliziumoxydschicht abgedeckt. Diese Siliziumoxydschicht dient als ein die Oxydation des aufgedampften Metalls verhindernder Überzug und erhöht daher die Stabilität der Widerstandsschicht.

Fig. 3 zeigt einen dünnen Schichtwiderstand 4, welcher in eine integrierte Schaltung eingebaut ist.

Die Verunreinigungen zur Herstellung der Basis, des Emitters und des Kollektors werden durch Eindiffundieren in eine halbleitende Unterlage I¹ eingebracht, welche ihrerseits mit einer Isolierschicht 2' bedeckt ist. Die Anschlüsse an den Kollektor, die Basiselektrode und den Emitter, die in Fig. 3 nicht mit dargestellt sind, werden durch die Isolierschicht 2¹ hindurch mittels der Klemmen 5, β und 7 hergestellt. Es werden Verbindungs sch! cht en 8, 9 und 10 von verhältnismäßig geringem Widerstand auf die Oberseite der Schicht 2¹ aufgelegt, so daß die Klemmen 5, 6 und 7 mit äußeren Anschlußklemmen 11 und 12 und mit der .Widerstandsklemme 3a verbunden werden. Diese letztere Klemme 3a bildet das Ende der Verbindungsschicht 10. Die Klemmen 3a und 3b des Widerstandes 4'sind durch Verbindungsschichten 13 und 14

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mit den äußeren Anschlußstellen 1J5 und 16 verbunden.

Die erfindungsgemäßen-ohmschen Widerstände besitzen eine Reihe von Vorteilen gegenüber den eingangs genannten bekannten Widerstandsarten. Die Chrom-Vanadium-Legierung hat einen hohen spezifischen Widerstand, welcher es erlaubt, dünne Schichten von 1000 bis 5OOO Ohm je Flächeneinheit herzustellen, während bei auf Glas aufgedampften Nickel-Chrom-Lagierungen nur etwa 200 Ohm je Flächeneinheit erzeugt werden konnten. Um aus diesen letzteren Nickel-Chrom-Legierungen einen ohmschen Widerstand mit einem hohen Widerstandswert herzustellen, mußte der Film aus der Nickel-Chrom-Legierung so dünn gemacht werden, daß er unstabil wurde. Dies führt zu einer kleinen Fläche für den Chrom-Vanadium-Widerstand. Da ein Widerstand nach der Erfindung nur etwa 1/6 der Fläche eines Nickel-Chrom-Widerstandes erfordert. Wird eine erhebliche Platzersparnis erreicht.

Weiterhin hat ein Chrom-Vanadium-Widerstand einen niedrigen negativen Temperaturkoeffizienten-von nur 50 ppm/°C und die Erfindung schafft die Möglichkeit der Beeinflussung des negativen Temperaturkoeffizienten durch Veränderung der Aufdampfdauer der Chrom-Vanadium-Anteile. Eine Aufdampfdauer von einer Minute "führt zu einem Temperaturkoeffizienten von 50 ppm/°C. Eine längere Aufdampfdauer führt zu einem höheren negativen Temperaturkoeffizienten, da die beiden metallischen Bestandteile sich trennen können und während dieser Dauer verschieden stark aufgedampft werden. Dies ist dann von Bedeutung, wenn die Große

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des Temperaturkoeffizienten keine Rolle spielt. Ein kleinerer Chromanteil führt ferner zu einer Zunahme des negativen Temperaturkoeffizienten. Eine Verminderung des Chromanteils von 75 auf 50 Gew.-$ erhöht den Koeffizienten um etwa 20 % und eine weitere Verminderung von 50 auf 25 Gew.-fo erhöht den Koeffizienten um etwa 400 %.

Da die Chrom-Vanadium-Widerstände während der Aufdampfung gemessen werden können, kann ihre Größe besser überwacht werden, ^ als diejenige der eindiffundierten Widerstände, nämlich um etwa + 5 Ja im Gegensatz zu j- 20 %-, so daß eine höhere Fabrikationsgenauigkeit erreichbar ist. Die Chrom-Vanadlum-Widerstände zeigen eine hohe Betriebsstabilität j ein Widerstand von 1000 0hm je Flächeneinheit ändert nämlich seinen Wert um weniger als 1 % bei einer Betriebsdauer von ,1000 Stunden bei 125°C und bei einer Belastung von 200 Watt je 6,5 q.cm.

Das beschriebene Fabrikationsverfahren führt zu einer geringen Kapazität gegenüber der Unterlage infolge der Silizium- - w dioxydschicht, so daß also nicht mehr eine Gegenspannung wie bei eindiffundierten Widerständen wegen einer hohen Kapazität gegenüber der Unterlage erforderlich ist. Dieser Vorteil führt zu besseren Zeitkonstantenwerten* . .. " '

Es sei noch bemerkt, daß durch die Erfindung auch die Fabrikationskosten nicht erhöht werden, da dieselben Aufdampf-" gerate wie für Nickel-Chrom-Widerstände benutzt werden.

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Claims

,1 -\.':Pvä.fc"S χι -t a η s ρ r u eJi β . .. - - ■"'-..

1.) Ohm'sche r Widerstand auf einer isolierenden Unterlage, d a d αϊ r c h" - ge k e η η ζ e 1 c h η e t ,. daß er aus Chrom und Vanadium besteht. =

2.) Widerstand ^:nach Anspruch 1, da du r c h gekennzeichnet > daß er eine Dicke von weniger als J>QO Angströmeinheiten besitzt und aus einer-Legierung von Chrom und Vanadium besteht.

3·) Widerstand nach Anspruch 1, d a d u rc h gekennz e i c h.n e t , daß er mit einem dünnen Überzug aus Siliziumoxyd versehen ist, ."■;■-■ . " - - .-

4.) Verfahren zur Herstellung von Widerstanden nach Anspruch 1, da d u ν c h g e k e η η ζ e i c h η e t > daiS Klemmen (5) an vorgegebenen Stellen einer Unterlage hergestellt werden _y welche aus einem Isolierüberzug (2) einer Unterlage (1) besteht, daß diese Klemmen durch Aufdampfen von Widerstandsmaterial (4) in bestimmter^Picke" und.^^in bestimmter Form miteinander verbunden werden und daß das Widerstandsmaterial eine aus Chrom und'Vanadium bestehende Legierung, ist.

5.)_ Verfahren zur Herstellung'von Widerständen nach Anspruch 4,, d a d u r e h .; g e k en η ζ ei c h η e t , daß der Widerstand aus; 50. bis 70 Öew.-^ Chrom, Rest Vanadium besteht.

6.) Verfahren zur Herstellung von Widerständen nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet , - daS die Widerstandsschicht mit einem dünnen Überzug aus Siliziumoxyd versehen wird.

7.) Verfahren zur Herstellung von Widerständen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial im Vakuum von etwa 10" mm Hg und bei einer Temperatur zwischen 2000° und 2300⁰C in einer Dicke von weniger als 300 Angströmeinheiten aufgedampft wird.

8.) Verfahren zur Herstellung von Widerständen nach Anspruch f, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial im Vakuum für die Dauer von etwa einer Minute aufgedampft wird.

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ι ^Λ ·.

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