DE2545447A1 - Resistor trimming using voltage higher than operating one - cools resistor down to ambient temp. in repeated steps - Google Patents
Resistor trimming using voltage higher than operating one - cools resistor down to ambient temp. in repeated stepsInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Abgleich eines Widerstandes Procedure for adjusting a resistor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich eines Widerstandes auf einen vorbestimmten Widerstandswert.The invention relates to a method for adjusting a resistor to a predetermined resistance value.
Bedingt durch die fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Geräten werden in immer größerem Umfange Dünn- und Dickfilmwiderstände in integrierten Schaltungen eingesetzt. In Schichttechnik werden auf ein isolierendes Substrat leitende oder halbleitende Schichten zur Herstellung von Leiterbahnen, Widerständen, Kapazitäten und aktiven Elementen aufgebracht. Als Technik verwendet man z.B. Aufdampfung durch Widerstandsheizung, Plasmazerstäubung, Ionenstrahlzerstäubung, Siebdruckverfahren usw. Daneben besteht noch die Möglichkeit, Widerstände in monolithischer Technik herzustellen. Als Ausgangsmaterial dient z.B. durch Ziehverfahren hergestellte Halbleitereinkristalle eines bestimmten Leitungstyps, in die Bereiche entgegengesetzten Leitungstyps eindiffundiert sind. Wenn diese Bereiche dem gleichen Leitungstyp angehören, sind sie voneinander durch einer Trennzone entgegengesetzten Leitungstyps getrennt.Due to the advancing miniaturization of electronic Devices are becoming increasingly integrated with thin and thick film resistors Circuits used. In layer technology, conductive layers are applied to an insulating substrate or semiconducting layers for the production of conductor tracks, resistors, capacitors and active elements applied. The technique used is e.g. vapor deposition Resistance heating, plasma atomization, ion beam atomization, screen printing processes etc. There is also the possibility of using resistors in monolithic technology to manufacture. The starting material used is, for example, semiconductor single crystals produced by a pulling process of a certain type of conduction diffuses into the areas of opposite conduction type are. If these areas are of the same conductivity type, they are apart separated by a separation zone of opposite conduction type.
An beabstandeten Stellen sind an den äußeren Enden des eindiffundierten Bereichs auf der Oberfläche geeignete Metallkontakte vorgesehen, um den Widerstand mit den übrigen Elementen des Schaltkreises zu verbinden.At spaced locations are at the outer ends of the diffused Area on the surface provided suitable metal contacts to the resistance to connect to the rest of the circuit elements.
Widerstände, die nach vorgenannten Verfahren hergestellt werden, finden als gekapselte Widerstandsnetzwerke Anwendung in digitalen Systemen. Aber auch in Digital-Analog-Umsetzern werden Widerstandsnetzwerke mit gewichteten Widerstandswerten eingesetzt. So werden in digitalen Systemen z.B. sogenannte Pull-uptt oder 'tPull-downt'-Widerstände in Reihe geschaltet, wobei ein Spannungsteiler zur Pegelumsetzung gewonnen wird, wie er häufig an der Übergangsstelle zur Lieferung des richtigen Logikpegels zwischen logischen Schaltungen verschiedener Art verwendet wird. Übergänge von ECL auf TTL-Schaltungen oder MOS- auf TTL-Schaltungen sind typische Beispiele. Ferner können Widerstandsnetzwerke als Abschlußwiderstände an den Enden von Leitungen die Aufgabe haben, Leitungen zur Vermeidung von Reflexionen mit ihrem Wellenwiderstand abzuschließen. Außerdem können Widerstände zur Strombegrenzung in Verbindung mit Leuchtdioden verwendet werden oder um die speisende integrierte Schaltung vor Stromüberlastung zu schützen.Find resistors that are manufactured using the aforementioned methods as encapsulated resistor networks application in digital systems. But also in Digital-to-analog converters are resistor networks with weighted resistance values used. For example, so-called pull-uptt or 'tPull-downt' resistors are used in digital systems connected in series, whereby a voltage divider is obtained for level conversion, as he often does at the transition point to deliver the correct logic level between logic circuits of various kinds is used. Transitions from ECL to TTL circuits or MOS to TTL circuits are typical examples. Resistor networks can also be used as terminating resistors at the ends of lines have the task of lines to avoid reflections with their wave impedance. aside from that Resistors can be used to limit the current in connection with light emitting diodes or to protect the feeding integrated circuit from current overload.
Die Widerstände werden üblicherweise mit Toleranzen von + 2% bis + 10% geliefert, wobei es bereits schwierig ist, bei durch Diffusion hergestellten Widerständen + 10% zu halten. Günstiger sehen die Toleranzverhältnisse aus, wenn die Widerstände paarweise in Spannungsteilern verwendet werden, so daß nicht die Widerstandsabsolutwerte, sondern nur das Verhältnis der Widerstandswerte wesentlich ist.The resistors are usually with tolerances of + 2% to + 10% delivered, although it is already difficult when manufactured by diffusion Hold resistances + 10%. The tolerance relationships look more favorable if the resistors are used in pairs in voltage dividers, so that not the Resistance absolute values, but only the ratio of the resistance values is essential is.
Widerstandsverhältnisse lassen sich zwischen ähnlichen Widerständen gewöhnlich innerhalb + 2% halten. Dies gilt jedoch nicht für benachbarte Widerstände, die verschiedene Formen haben, da diese Widerstände selbst bei gleichem Herstellungsverfahren unterschiedlich beeinflußt werden.Resistance ratios can be found between similar resistances usually kept within + 2%. However, this does not apply to neighboring resistors, which have different shapes, since these resistors use the same manufacturing process are influenced differently.
Falls für die Widerstände noch engere Toleranzen gefordert werden, so werden meist zusätzliche Schritte unternommen.If even closer tolerances are required for the resistors, so additional steps are usually taken.
So ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Präzisionswiderständen aus Netallfilmen bekannt, bei dem die Widerstände aus Gruppen von parallelen, widerstandsbehafteten Leitungen bestehen, deren Enden alternierend miteinander verbunden sind, so daß diese Leitungen einen durchgehenden Leitungsweg darstellen. Zusätzlich werden Kurzschlußbrücken verwendet, welche Leitungen direkt verbinden. Der Abgleich erfolgt durch Auftragen einer geeigneten Anzahl von Kurzschlußbrücken. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es sehr umständlich zu handhaben ist.Such is already a method for manufacturing precision resistors known from Netallfilme, in which the resistors consist of groups of parallel, resistive Lines exist, the ends of which are alternately connected so that these lines represent a continuous line path. In addition, there are short-circuit bridges used which lines connect directly. The comparison is carried out by applying a suitable number of shorting bridges. This method has the disadvantage on that it is very awkward to use.
Es sind ferner mittels Zerstäubung hergestellte Dünnfilmwiderstände bekannt, bei denen der gewünschte Widerstandswert durch selektive Abdeckung eines Teiles des Metallfilmes mit einem gegen Ätzung widerstandsfähigen Material erzeugt wird, so daß die nicht abgedeckten Teile des Films durch Ätzung entfernt werden. Werden die Widerstände in Tantaltechnik hergestellt, so kann durch anodische Oxidation die Toleranz auf 0,1% verbessert werden. Es ist außerdem bekannt, Dickschichtwiderstände durch Laser abzugleichen, wobei in die Widerstandsgeometrie Längs- und Querrillen gezogen werden. Dieses Verfahren erfordert aber bereits großflächige Widerstände.They are also thin-film resistors produced by means of sputtering known, in which the desired resistance value by selective covering of a Part of the metal film produced with an etch-resistant material so that the uncovered parts of the film are removed by etching. If the resistors are manufactured using tantalum technology, anodic oxidation can be used the tolerance can be improved to 0.1%. It is also known to use thick film resistors to be adjusted by laser, with longitudinal and transverse grooves in the resistor geometry to be pulled. However, this method already requires large-area resistances.
Die bislang bekannten Verfahren zum Abgleich eines Widerstandes auf einen gewünschten Widerstandswert werden alle vom Hersteller angewendet. Je geringer die geforderte Toleranz ist umso teurer wird die Widerstandseinheit.The previously known method for adjusting a resistor a desired resistance value are all applied by the manufacturer. The lower the required tolerance is the more expensive the resistance unit becomes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abgleich von Widerständen anzugeben, bei dem der Anwender von Widerstandseinheiten einen nachträglichen, nicht vom Hersteller vorgenommenen Abgleich vornehmen kann.The invention is based on the object of a method for adjustment of resistors, in which the user of resistance units has a can carry out subsequent adjustment not carried out by the manufacturer.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst durch Anlegen einer Spannung, die größer als die Betriebsspannung aber kleiner als die den Widerstand zerstörende Grenzspannung ist, für eine bestimmte Zeit der Widerstand eigenerwärmt wird und daß sich anschließend der Widerstand durch Abschalten der Spannung auf annähernd Umgebungstemperatur abkühlt und daß beide Verfahrensschritte iterativ so oft angewendet werden, bis die gewünschte Widerstandsgenauigkeit erreicht ist. Dieses Verfahren kann sowohl bei in Dünnschicht oder Dickschicht hergestellten Widerständen, als auch bei monolithischen Widerständen angewendet werden.The object is achieved in that initially by Applying a voltage that is greater than the operating voltage but less than that The limit voltage that destroys the resistance is, for a certain time, the resistance is self-heated and that then the resistance by switching off the Voltage cools to approximately ambient temperature and that both process steps applied iteratively until the desired resistance accuracy is achieved is. This process can be used in both thin-film and thick-film production Resistors, as well as monolithic resistors.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Figuren an einem Beispiel näher erläutert wird.Further advantages and details of the invention can be found in the following Description can be taken in which the method according to the invention is based on of the figures is explained in more detail using an example.
Von den Figuren zeigt Figur i einen vergrößerten Querschnitt eines monolithischen Halbleiterwiderstandes, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Of the figures, FIG. I shows an enlarged cross section of a monolithic semiconductor resistor, Figure 2 is a schematic representation of a Device for carrying out the method according to the invention.
Als Ausführungsbeispiel ist ein in monolithischer Technik hergestellter Widerstand gewählt worden. Das gleiche Verfahren kann auch bei Widerständen angewendet werden, die in Dünn- oder Dickschicht hergestellt wurden. Die physikalischen Vorgänge sind zwar verschieden, aber in der Auswirkung bezüglich des Abgleiches stimmen sie überein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demzufolge nicht auf monolithische Widerstände beschränkt.As an exemplary embodiment, one is produced using monolithic technology Resistance has been elected. The same procedure can also be used for resistors that were produced in thin or thick film. The physical processes are different, but they are correct in terms of the effect on the comparison match. The method according to the invention is therefore not based on monolithic resistors limited.
Mit 1 ist in Figur 1 ein Halbleitersubstrat vom p-Typ, wie s.B. p-leitendes Silizium, bezeichnet. In diesem Substrat ist nach bekanntem Verfahren durch Diffusion eine isolierende Schicht 2 vom n-Leitungstyp erzeugt worden, die die parasitären Kapazitäten vermindern und die gegenseitige Beeinflussung der Widerstände beim Abgleich vermindern soll.With 1 in Figure 1 is a semiconductor substrate of the p-type, as s.B. p-type Silicon. In this substrate there is a known method by diffusion an insulating layer 2 of the n-conductivity type has been produced, which the parasitic Reduce capacities and the mutual influence of the resistances during the adjustment should decrease.
In diese Schicht 2 eingebettet ist eine Schicht 3, die p-leitend ist und die eigentliche Widerstandsschicht darstellt. An ihren beiden Enden ist sie mit je einer Kontaktstelle 4 versehen. Die Verbindungen zu den übrigen Elementen sind hierbei nicht dargestellt. Neben der Länge und der Breite ist der Widerstandswert natürlich noch abhängig von der Verteilung der Störstellenkonzentration in die Tiefe des Substrates.A layer 3 which is p-conductive is embedded in this layer 2 and represents the actual resistance layer. She is at both ends each provided with a contact point 4. The connections to the rest of the elements are not shown here. Next to the length and the width is the resistance value of course still dependent on the distribution of the concentration of impurities in the depth of the substrate.
Mehrere nach diesem Verfahren hergestellte Widerstände sind, wie Figur 2 zeigt, in ein Substrat eindiffundiert worden und bilden ein Widerstandsnetzwerk, , bei dem alle Widerstände einseitig auf gemeinsamen Potential liegen. Der nicht mit einem Widerstand versehene linke obere Anschluß liegt im Normalfall an der Versorgungsspannung, die je nach Verwendung einer Widerstandsreihe als ~Pull-up"-Widerstände positiv oder als Pull-down-Widerstände negativ bzw. Masse ist.Several resistors made by this process are as shown in Figure 2 shows, have been diffused into a substrate and form a resistor network, , in which all resistors are on one side at a common potential. Not that The upper left connection with a resistor is normally connected to the supply voltage, which, depending on the use of a series of resistors, are positive as ~ pull-up "resistors or as pull-down resistors is negative or ground.
An den vom Hersteller bezogenen chip 5 wird beim Abgleich eine von einer Quelle 6 gelieferte Gleichspannung gelegt, die größer als die Betriebsspannung aber kleiner als die den Widerstand zerstörende Grenzspannung ist. Hierbei tritt eine Stromüberlastung auf, die so hoch ist, daß die Diffusion fortschreitet und damit eine meßbare Widerstandserniedrigung eintritt, wobei der Widerstand zunächst als zu hochohmig gewählt wurde. Bedingt dadurch, daß die Stromdichte und damit die Temperatur in Schichten höherer Störstellenkonzentration ansteigt, und dadurch, daß die Zufuhr von Störstellen abgeschnitten ist, findet neben der Vertiefung der Widerstandsschicht in das Substrat ein Störstellenausgleich innerhalb der Widerstandsschicht statt, der zur Erhöhung der Belastbarkeit und zur größeren Stabilität des Widerstandes beiträgt. Je höher nun der einzelne Widerstand ist, desto höher ist seine Heizleistung und damit auch umso stärker seine Erniedrigung des Widerstandswertes. Durch eine Versuchsreihe sind optimale Bedingungen für die Höhe und die Dauer der angelegten Spannung zu er.On the chip 5 obtained from the manufacturer, a a source 6 supplied DC voltage placed, which is greater than the operating voltage but is smaller than the limit voltage destroying the resistance. This occurs a current overload so high that diffusion proceeds and so that a measurable decrease in resistance occurs, the resistance initially was chosen as too high resistance. Due to the fact that the current density and thus the Temperature in layers with a higher concentration of impurities increases, and in that the supply of impurities is cut off, takes place next to the Depression of the resistive layer in the substrate compensates for impurities within the resistance layer instead, to increase the load capacity and to the larger Contributes to stability of resistance. The higher the individual resistance is, the higher its heating output and therefore the greater its degradation of the resistance value. A series of tests are optimal conditions for the The amount and duration of the applied voltage to it.
mitteln. Daneben sollten noch andere Faktoren, wie z.B.average. In addition, other factors, such as
die Geometrie der Widerstände bzw. Abstände voneinander, der Widerstandswert, die Wärmeableitung zum Gehäuse usw., berücksichtigt werden. Da der Verbraucher den Abgleich aber selbst vornehmen will, sind ihm diese Faktoren meist nicht bekannt. In der Praxis werden diese aber in einer empirisch ermittelten Versuchsreihe automatisch mit erfaßt.the geometry of the resistors or distances from each other, the resistance value, the heat dissipation to the housing, etc., must be taken into account. Since the consumer has the However, if he wants to carry out the adjustment himself, he is usually not aware of these factors. In practice, however, these are automatically determined in an empirically determined series of tests captured with.
Nachdem der abzugleichende Widerstand eine bestimmte Zeit mit der Spannung beaufschlagt war, wird die Spannung abgeschaltet und, nachdem sich der Widerstand auf Umgebungstemperatur abgekühlt hat, wird zur Kontrolle ein Ohmmeter 7 angeschaltet. Ist der gewünschte Widerstandswert noch nicht erreicht, so können beide Verfahrensschritte wiederholt angewendet werden. Die Toleranz läßt sich hierbei unter 0,1% drücken.After the resistance to be adjusted has reached the Voltage was applied, the voltage is switched off and, after the Resistance has cooled down to ambient temperature, an ohmmeter is used as a control 7 switched on. If the desired resistance value has not yet been reached, you can both procedural steps are used repeatedly. The tolerance can be changed here press below 0.1%.
Das Verfahren ist sowohl für Absolutabgleich als auch für Relativabgleich geeignet. Der bei weitem einfachere Fall ist der Relativabgleich, wie er den meisten Anwendungsfällen für Widerstandsnetzwerke genügt. Hierzu sind alle Widerstände des Substrates in Serie zu schalten und durch eine möglichst hohe Gesamt spannung zu belasten.The procedure is both for absolute adjustment and for relative adjustment suitable. By far the simpler case is the relative adjustment, like most of them Use cases for resistor networks is sufficient. For this purpose, all resistances of the To connect substrates in series and to use the highest possible total voltage burden.
An diesem Beispiel wurde gezeigt, wie ein Widerstandswert erniedrigt werden kann. Nimmt man einen sogenannten verdeckten Widerstand, so läßt sich in diesem Falle der Widerstandswert erhöhen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist somit, je nach Technologie, ein Trimmen in eine der beiden Richtungen möglich.This example showed how a resistance value is lowered can be. If you take a so-called hidden resistance, you can get into in this case increase the resistance value. With the method according to the invention is thus, depending on the technology, trimming in one of the two directions is possible.
Claims (4)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2819402A1 (en) * | 1977-05-04 | 1978-11-16 | Nippon Telegraph & Telephone | PROCESS FOR TRIMMING THE RESISTANCE VALUE OF POLYCRYSTALLINE SILICON RESISTORS, IN PARTICULAR FOR USE AS SEMICONDUCTORS IN INTEGRATED CIRCUITS |
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1975
- 1975-10-10 DE DE19752545447 patent/DE2545447A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2819402A1 (en) * | 1977-05-04 | 1978-11-16 | Nippon Telegraph & Telephone | PROCESS FOR TRIMMING THE RESISTANCE VALUE OF POLYCRYSTALLINE SILICON RESISTORS, IN PARTICULAR FOR USE AS SEMICONDUCTORS IN INTEGRATED CIRCUITS |
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Legal Events
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