DE3334679A1

DE3334679A1 - Anpassung von duennschichtwiderstaenden

Info

Publication number: DE3334679A1
Application number: DE19833334679
Authority: DE
Inventors: Adrian Paul 01803 Burlington Mass. Brokaw
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1983-09-24
Publication date: 1984-03-29
Also published as: GB2129620B; GB2129620A; JPS5978502A; GB8325411D0; FR2533753A1; CA1219966A; NL8303256A; US4565000A

Description

Die Erfindiong betrifft integrierte Schaltkreis-Teile und insbesondere ein Verfahren und einen danach hergestellten Gegenstand zum gegenseitigen Angleichen der Empfindlichkeit bzw. Anfälligkeit von Widerständen gegen gleichförmige Herstellungsfehler.

Viele integrierte Schaltkreisanordnungen benutzen Widerstandspaare, die mit kritischen, vorbestimmten Widerstandsverhältnissen ausgeführt werden müssen. Ein ordnungsgemäßer Betrieb dieser Schaltkreise erfordert, daß diese Verhältnisse in sehr enge Fehlergrenzen fallen. Während die Widerstandsverhältnisse kritisch sind, sind die individuellen Widerstandswerte der Widerstände, die die Paare enthalten, nicht kritisch. Während der Ausbildung dieser Widerstände führen die Herstellungsverfahren jedoch zu gleichmäßigen, systematischen Fehlern beim Schneiden oder Ätzen der Kanten der hergestellten Abschnitte. Dieser systematische Fehler variiert in der Größe von Los zu Los der hergestellten Widerstände, aber ist gleichmäßig innerhalb einer Gruppe. Da der Ätzfehler innerhalb einer Verarbeitungsgruppe immer gleichmäßig ist, können Widerstandspaare mit vorbestimmten Verhältnissen entwickelt werden, die unverändert bleiben, sogar nachdem der Ätzfehler bei der Herstellung auftritt. Die Konstruktionsgrenzwertbedingungen, die sehr genaue vorbestimmte Verhältnisse erfordern, werden dabei erfüllt, obwohl der Schneidfehler bewirkt, daß sich die absoluten Werte der einzelnen Widerstände in dem Paar unverhältnismäßig ändern.

COPY

Eine allgemeinere Art, dieses Problem zu lösen,ist, dafür Sorge zu tragen, daß die verschiedenen Herstellungsschritte die Kanten der Widerstände bei einem gegebenen Chip in einer gleichmäßigen Art beeinflussen. Wenn die Widerstände beispielsweise überätzt werden, wird jeder Widerstand eine geringere als die gewünschte Breite und zwar um nahezu den gleichen zusätzlichen Betrag aufweisen. Da dieser Betrag nur sehr wenig von der Konstruktionsbreite des Widerstands abhängt, beeinflußt dies verschieden große Widerstände in unterschiedlichen relativen Anteilen. Der Widerstandswert von breiten Widerständen wird nur ein wenig beeinflußt, während der von schmalen erheblich durch den gleichen festen Fehler in der Breite beeinflußt wird.

Verschieden große Widerstandsabschnitte erfahren dann verschiedene relative Widerstandswertveränderungen durch diesen Kantenfehler. Bei zwei gegebenen rechteckigen Abschnitten von jeweils fester Länge und Breite W und 2W würde ein Ätzfehler e, der jedes Kantenpaar beeinflußt, den Widerstandswert des Abschnittes mit der Breite W zweimal so viel verändern wie den Widerstandswert, des Abschnittes mit der Breite 2W. Der schmalere der beiden Widerstands abschnitte ist doppelt so empfindlich bezüglich Veränderungen im Widerstandswert durch Veränderungen in der Breite. Zum Beispiel würde bei einem gegebenen Widerstand mit 127 um (5 mils) und einem anderen mit 245 um (10 mils) Breite, bei einem Ätzfehler, der eine Breitenveränderung von 0,74 um (0,03 mils) an jeder Kante bewirkt, eine Veränderung im Gesamtwiderstand von

0.74 (0.03) x 2 ₌ _{Λ 0} χ . „ 0.74 (0.03) x 2 _ _{n ß 0}, = ¹»2 % bzw, ^tf245 (iO) -0,6/0

bewirken.

Es können viele Verfahren benutzt werden, um dieses Problem zu umgehen. Zum Beispiel werden im Falle von R-2R-Netzwerken Widerstände nur einer Größe oft verwendet, indem zwei solcher Widerstände in Reihe verbunden werden, um die 2R-Zweige dieses Schaltkreises zu bilden. Gleichmäßige kantenbezogene Fehler können den gesamten Widerstandswert dieses Netzwerkes beeinflussen, jedoch nicht das kritische R-2R-Verhältnis. Andere spezielle Fälle haben eigene Lösungen, so wie die Verwendung von Mehrzahlen identischer Widerstandssegmente, um von 2 verschiedene ganzzahlige Verhältnisse zu bilden. Wenn große oder nicht ganzzahlige Verhältnisse betroffen sind, werden jedoch Felder von miteinander verbundenen identischen Widerständen unpraktisch.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Vereinheitlichen oder Anpassen der Empfindlichkeit oder Anfälligkeit von verschieden großen Widerständen gegen aus Breitenänderungen herrührende relative Veränderungen im Widerstandswert zu schaffen. Dieses Verfahren ist nützlich bei Verfahren zur Herstellung von Widerstandspaaren, die ein vorbestimmtes Widerstandswertverhaltnis innerhalb strenger Fehlergrenzen haben müssen. Dieses Widerstandswertverhältnis muß auf einem vorbestimmten konstanten Wert gehalten werden, ungeachtet des oben beschriebenen Herstellungsfehlers, der Veränderungen in der Breite entlang jeder Kante des Widerstandes bewirkt und ebenso den Widerstandswert des Widerstandes verändert. Veränderungen im Widerstandswert jedes Widerstandes in dem Paar sind akzeptabel, so lange das Verhältnis der zwei Widerstandswerte, nachdem die Herstellung beendet ist, konstant bleibt.

Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen und der Beschreibung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 eine bildliche Darstellung einer Abänderung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.

Das Verfahren und der dadurch hergestellte Gegenstand können gemäß der Erfindung benutzt werden, um die Empfindlichkeiten von verschieden großen Widerständen gegenseitig anzugleichen. Für jeden rechteckigen Abschnitt von Widerstandsmaterial wird der Widerstand durch folgenden Ausdruck bestimmt:

R = -^ (Gleichung 1)

wobei -? = der spezifische Flächenwiderstand L = die Länge des Abschnittes und W = die Breite des Abschnittes ist.

Die Änderung im Widerstandswert bedingt durch eine Änderung in der Breite ist dR/dW die erste Ableitung von R nach W. Für diese Beschreibung und die zugehörigen Ansprüche stellt der mit S bezeichnete Ausdruck "Empfindlichkeit" die Menge dar, die als eine Kennziffer des Grades der Veränderung des gesamten Widerstandswertes in Abhängigkeit von den

^rBAD ORIGINAL

Veränderungen in seiner Breite dient. Die Empfindlichkeit S eines Widerstandes ist definiert als:

dR/dW _β d(gL/W)/dW ₌

4 (Gleichung 2).

Für einen Widerstand mit i rechteckigen Abschnitten, gleicher Länge mit der gesamten Breite

W₁. + W₂ + W₅ + ... + W_± = W,

■wird die Gesamtempfindlichkeit durch die Summe der Empfindlichkeit jedes einzelnen Abschnittes angegeben:

Widerstand mit ~ Summe

i Abschnitten Breiten (Gleichung 3)

gleicher Länge

Für den komplexeren Fall eines Widerstandes mit i rechtekkigen Abschnitten in Reihe mit verschiedenen Längen und Breiten wird die Gesamtempfindlichkeit durch eine andere Form der Gleichung 2 gegeben:

Da für jeden Abschnitt gilt

(Gleichung 1)

Widerstand mit -'5*1^1 ⁺ ?V^W2 ⁺

i Abschnitten,
verschiedenen Längen
und Breiten

gilt deshalb

^SWiderstand mit ' " R

i Abschnitten,
verschiedenen Längen
und Breiten

■was durch Einsetzen zu

/
1 P I

Widerstand mit ~ H^

i Abschnitten (Gleichung 4)

führt.

COPY

Durch die ganze Beschreibung hindurch wird das Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung eines "Widerstandspaares aus.einem Vergleichswiderstand R_r und einem •Anpassungswiderstand R_1n erklärt. Bei einem gegebenen Paar von Widerständen R und R , wobei jeder die Länge L, den spezifischen Widerstand $ und die Breite a bzw. b besitzt,- betragen gemäß der Gleichung 2 die Empfindlichkeiten von R_r und R

S₁, «= -1/a ; S_m = -i/b.

Um die Empfindlichkeiten anzupassen, muß das Verhältnis von S zu S gleich eins gemacht werden. Dies ist erfüllt, wenn der größere der beiden Widerstände R_r oder R_1n in η parallele Abschnitte geteilt wird, wobei

η = ganzzahlig und näherungsweise gleich dem Verhältnis ^S _r/^Sm» ^{wenn S}r ^ ^Sm» ^oder

η = ganzzahlig und näherungsweise gleich dem Verhältnis S_m/S_r, wenn S_m ^S_r,

(Gleichung 5)

Wenn ein breiter Widerstand, der eine niedrige Empfindlichkeit bezüglich Kanteneffekten hat, an einen schmaleren Widerstand mit höherer Empfindlichkeit angepaßt werden soll, kann der breite Widerstand geteilt werden, um seine Empfindlichkeit zu erhöhen. Beispielsweise führt Gleichung 2 bei

COPY

O J O M- Ü / J

zwei gegebenen Widerständen R_x und R mit gleicher Länge und einer Breite von 101,6 pm (4 mils) bzw. 12,7 pm (0,5 mil) zu

^Sx - * -°'⁰¹*¹°^{6 m}"^{1 (0}'^{25 mil}"¹⁾ (4,0 mil)

^Sy ■ ^β -⁰»⁰⁸·^{106 m}"¹ (2.0 mil"¹) (O',5 mil)

Um diese beiden Widerstände anzupassen, wird der breitere Widerstand R_x in acht parallele Abschnitte, wie bei 10 in Figur 1 gezeigt, geteilt. Dies ergibt eich aus der folgenden Berechnung gemäß Gleichung 5:

** m (2.0 mil"¹ 0,01•10^bm (0,25 mil"¹)

0.08-10** m (2.0 mil"¹) _{β 6}

"¹

Jeder dieser 8 Abschnitte könnte die gleiche Breite, d.h. 12,7/am (0,5 mil), oder verschiedene Breiten, abhängig von den Layouterfordernissen, aufweisen. Das Anpassungsverfahren jedoch erfordert, daß die Teilung in diesem Fall 8 Abschnitte ergibt. Das heißt, daß der sich aus der Teilung ergebende Widerstand achtmal so viele Kanten haben wird. Der Widerstand R_x, der 2 Kanten besitzt, wird nach der Teilung 16 Kanten aufweisen.

Ein komplexeres Problem stellt ein Widerstandspaar dar_f das einen ersten Widerstand mit zwei Reihenabschnitten

f 1,

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verschiedener Länge und Breite und einen zweiten mit einem Abschnitt enthält. Wenn der erste Widerstand R. aus Ab-

schnitten mit 452,1 um (I7_f8 mils) Länge bei 12,7 Jim (0,5 mil) Breite und 228,6 Jim (9 mils) Länge bei 35,6 ym (1,4 mils) Breite besteht, haben die Widerstände getrennte Widerstandswerte von 35,60 k Sl bzw. 6,43 k & für eine gegebene gemeinsame Empfindlichkeit. Durch einen zusätzlichen sprunghaften Widerstandswert von 0,42 k Ώ , der der Verbindung der zwei Widerstände zuzuschreiben ist, beträgt der kombinierte Reihenwiderstand der zwei Abschnitte 35,60 kÄ + 6,43 kfl + 0,42 kii » 42,45 k& . Aus Gleichung 4 ergibt sich:

35.60 kfl 6,43 k&

12.7 um CO.5 mil)_ 35.6 um (1.4 mils' 42.45 kiä

„ = 0,07 · 10⁶ m"¹ (1,69 mil"¹)

Wenn der Widerstand R an einen 250 Q₁ -Widerstand R^ anzupassen ist, der 101,6 pn (4 mils) lang ist, muß der 250&Ϊ Widerstand geteilt werden. Der Widerstand ist 406,4 jum (16 mils) breit, so daß die Empfindlichkeit

²⁴⁶° ^m"¹ ^⁰'^{0625 1}^¹"*¹ > ^trägt.

Die Empfindlichkeit dieses Widerstandes ist

±i22 .) _m 28,64 mal geringer als der 42 kß -Wider-

0,0625/

0,00246 \0,0625
stand. Deshalb sollte der 250 kß -Widerstand in 28 oder 29 Abschnitte geteilt werden.

Obwohl einige Ungenauigkeiten in dem obigen Beispiel eingeführt ^werden, indem die Auswahl von entweder 28 oder 29 Teilungen erlaubt wird, ist der Fehler verhältnismäßig gering. Wenn jedoch die Zahl η der Teilungen eine verhältnismäßig niedrige Zahl, wie beispielsweise 2,64 ist, kann der durch die Auswahl von η « 2 oder η = 3 eingeführte Fehler unerlaubt hoch werden. Um dieses Ergebnis zu vermeiden, kann einer der parallelen Widerstandsabsafaniite aus zwei in Reihe angeordneten Unterabschnitten mit unterschiedlicher Breite geformt werden. Beispielsweise könnte, wie in Figur 2 gezeigt, der Abschnitt 12 angrenzende Rechtecke 14 und 16 mit parallelen Kanten* aber veirschj^denen Breiten aufweisen. Ehe derartige Anordnung würde den Konstrukteur befähigen, einen Abschnitt mit ungleichmäßiger Breite herzustellen, der einen Empfindlichkeitsbruchteil beiträgt; ein Empfindlichkeitswert am engen Ende und ein anderer, verschiedener Empfindlichkeitswert am breiten Ende. Diese Anordnung kann für die Berechnung des nicht ganzzahligen Teils des Empfindlichkeltsver^ hältnisses η benutzt werden, wenn dieses Verhältnis verhältnismäßig niedrig ist.

BAD OBSQlNAk

Claims

Pati* .tanw'üto ' " .

t-Vh 7C-0C45

hof^Fa'M» 27
D-8000 Frankfurt nm Main 70
(0611) 61 7079

22. September 1983 FuKk/Ra.

Analog Devices, Incorporated, Norwood, MA 02062 / U.S.A.

Anpassung von Dünnschichtwiderständen

Patentansprüche

( 1./ Verfahren zur Steuerung des Widerstandsverhältnisses zwischen einem ersten und einem zweiten Widerstand, gekennzeichnet durch die Anpassung der Empfindlichkeit des ersten Widerstandes gegen Veränderungen im Widerstandswert aufgrund von Veränderungen in der Breite an die ähnliche Empfindlichkeit des zweiten Widerstandes, indem der erste Widerstand in eine Mehrzahl von Abschnitten unterteilt wird, so daß die Gesamt-Empfindlichkeit der Widerstandsabschnitte erhöht und im wesentlichen gleich der Empfindlichkeit des zweiten Widerstandes gemacht wird
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Widerstand R_1n in eine Mehrzahl η von parallelen Abschnitten unterteilt wird, so daß das Verhältnis der Empfindlichkeit S des ersten Widerstandes R_ und der Empfindlichkeit S des zweiten Widerstandes R im wesentlichen eins (1) ist, wobei die Empfindlichkeit irgendeines Widerstandes ,mit i rechteckigen Abschnitten gegeben ist durch
COPY
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese geometrische Struktur zwei aneinander angrenzende Rechtecke mit parallelen Kanten, aber verschiedenen Breiten aufweist.
5. Teil eines integrierten Schaltkreises, der gemäß dem Verfahren nach Anspruch 2 hergestellt ist» gekennzeichnet durch verschieden große Widerstände, von denen wenigstens einer eine Reihe von parallelen Abschnitten aufweist und die Widerstände vorbestimmte Verhältnisse aufweisen.
6. Teil eines integrierten Schaltkreises, gekennzeichnet durch ein Paar von verschieden großen Widerständen, die mit einem vorbestimmten Widerstandsverhältnis ausgeführt sind, von denen wenigstens ein Widerstand eine Reihe von parallelen Abschnitten aufweist, mit einem ersten Widerstand R^ mit der Empfindlichkeit S , der in η Abschnitte unterteilt wurde, um den ersten Widerstand R_1n an einen zweiten Widerstand R_r mit der Empfindlichkeit S_r anzupassen, wobei die Empfindlichkeit gegeben ist durch

«1

Gesamt

S =

Rßoenm+ " <?(^L-|/^W1 + W^¥J> + ... + L./W.); und mit Gesamt j ι ι <l <l ι jl

S = —. ' mit

^RGesamt

Gesamt

^(L1^/W1 ⁺ V^W2 ⁺ "· ⁺ W'* ^ ^mit

-- spezifischer Flächenwiderstand, L. = Länge des Widerstandsabschnittes, W. a Breite des Widerstandsabschnittes, und R. β Widerstandswert des Widerstandsabschnittes

für irgendeinen Widerstand, und wobei, bevor die Teilung durchgeführt wird, η ganzzahlig ist, wenn es annähernd gleich dem Verhältnis

S
r, wenn S_r ^ S_m, oder η nicht ganzzahlig ist, wenn

es annähernd

w=, wenn S >S ist.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Abschnitte in eine geometrische Struktur mit einer uneinheitlichen Breite geformt wird, so daß dieser eine Abschnitt zu einem gebrochenen Empfindlichkeitswert zu dem Gesamtempfindlichkeitswert dieser Mehrzahl von parallelen Abschnitten beiträgt, v/obei ein nicht ganzzahliger Teil des Verhältnisses η erhalten werden kann, wenn das Verhältnis η verhältnismäßig niedrig ist.

J³ = spezifischer Flächen-Widerstand, L. = Länge des Widerstandsabschnittes,

W. = Breite des Widerstandsabschnittes, und

R. = Widerstandswert des Widerstandsabschnittes

für jeden Widerstand, und -wobei, bevor die Teilung durchgeführt v/ird, η ganzzahlig ist, wenn es annähernd gleich, dem Verhältnis

r, wenn ^s _r^^s _m» ^oder η nicht ganzzahlig ist,

■wenn es annähernd
m, wenn S_m ^. S„ ist.

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