DE3445420A1

DE3445420A1 - Method for producing high-precision thin-film resistors

Info

Publication number: DE3445420A1
Application number: DE19843445420
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.sc.nat. Brückner; Karl-Heinz Dr.rer.nat. DDR 8020 Dresden Bäther; Wilfried Dr.-Ing. DDR 8049 Dresden Hinüber; Felix Prof. Dr.rer.nat.habil. DDR 8019 Dresden Lange; Jens-Ingolf Dipl.-Ing. DDR 8027 Dresden Mönch
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1985-06-27
Also published as: DD221297A1

Abstract

The invention relates to the field of microelectronics. The aim of the invention is to improve the quality of thin-film circuits. The invention is based on the object of designing a thin-film circuit, which contains thin-film resistors and a configuration of metallisation elements for circuit implementation (which elements have been produced on an insulating substrate by deposition over the entire area and substractive structuring), a technologically-determined minimum separation A being maintained between the resistor tracks and the metallisation elements, such that the synchronisation behaviour of the resistors is improved. According to the invention, in the case of such thin-film resistors (for which synchronisation behaviour with respect to one or more parameters is required and whose contact separation is 40 mu m), the metallisation elements which are used for circuit implementation and/or additional metallisation elements are arranged in the immediate vicinity of the contours of the resistor tracks, the separation of the metallisation elements from the contours of the resistor tracks being identical for all thin-film resistors and having a magnitude in the range from a minimum of A to a maximum of 100 mu m. <IMAGE>

Description

DünnschichtschaltkreisThin film circuit

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroelektronik. Objekte, bei denen die Erfindung anwendbar ist, sind monolithische oder Hybridschaltkreise mit Dünnschichtwiderständen oder Dünnschicht-Chipwiderstandsnetzwerke, z. B, R-2R-Netzwerke für hochgenaue Analog-Digital-Wandler oder ähnliche Präzisionsschaltkreise, In monolithischen und Hybridschaltkreisen werden neben anderen Bauelementen auch Dünnschichtwiderstände realisiert, Dazu werden dünne Schichten aus Widerstandamaterlal auf isolierenden Substraten abgeschieden. Die Schichtdeponierung erfolgt durch physikalische oder chemische Schichtabschl- ideverfahren. Bewährt haben sich technologische Gesamtprozesse, bei denen die Schichtdeponierung zunächst ganzflächig erfolgt und die einzelnen Widerstände erst nachfolgend mix. eis subtraktiver Strukturierung herausgearbeitet werden.The invention relates to the field of microelectronics. Objects, at to which the invention is applicable are monolithic or hybrid circuits with Thin film resistors or thin film chip resistor networks, e.g. B, R-2R networks for high-precision analog-to-digital converters or similar precision circuits, in monolithic and hybrid circuits become thin-film resistors in addition to other components realized, for this thin layers of resistance material on insulating Substrates deposited. The layer deposition is carried out by physical or chemical coating process. Overall technological processes have proven themselves, in which the layer deposition is initially carried out over the entire area and the individual Resistances only mix afterwards. elaborated with subtractive structuring will.

Die einzelnen der Schaltungskonzeption entsprechenden Widerstände sind durch konkrete geometrische Formen und Gröeinen fixiert. Es sind vielfältige geometrische Formen bekannt. Neben einfacher rechteckiger Gestalt der Widerstände sind z. B. auch mäandrierte Bahnwiderstände, Widerstände mit speziellen Gebieten für den Abgleich oder I;ider- standsbahnen mit Verbreiterungen im Kontaktbereich bekannt.The individual resistors corresponding to the circuit design are fixed by concrete geometric shapes and sizes. There are many known geometric shapes. In addition to the simple rectangular shape of the resistors are z. B. also meandering track resistors, resistors with special areas for the adjustment or I; ider- standing tracks with widenings in the Contact area known.

Die Werte der Widerstände ergeben sich aus den durch ihre geometrische Form fixierten effektiven Lsnge/Breite-Verhältnissen multipliziert mit dem Plächenwiderstand der Widerstandsschicht, der durch das Widerstandsmaterial (spezifischer Widerstand) und seiner Schichtdicke bestimmt ist, Neben den Dünnschichtwiderständen befindet sich auf dem Substrat zur Realisierung der Schaltung eine Konfiguration von Metallisierungselementen, wie beispielsweise Leitbahnen, inneren Kontakten und Kontakt- oder Bondinseln. Die Metallisierungselemente werden aus einer sehr leitfähigen schicht (Leitbahnmaterial) erzeugt, Bekannt ist auch die Verwendung weiterer Zwischenschichten zur Verbesserung spezieller Parameter oder Schichteigenschaften, So kann z. B.The values of the resistances result from their geometric Form fixed effective length / width ratios multiplied by the surface resistance the resistance layer, which is created by the resistance material (specific resistance) and its layer thickness is determined, located next to the thin-film resistors A configuration of metallization elements is located on the substrate to implement the circuit, such as interconnects, internal contacts and contact or bonding islands. the Metallization elements are made from a very conductive layer (interconnect material) The use of further intermediate layers for improvement is also known special parameters or layer properties. B.

mit bestimmten Zwischenschichten die Haftfestigkeit verbessert oder die Interdiffusion gebremst werden.with certain intermediate layers, the adhesive strength is improved or the interdiffusion can be slowed down.

I)ie aus der Widerstandsschicht und den Metallisierungselementen erzeugten integrierten Widerstandsnetzwerke haben vor allem den Mangel, daß sie speziellen Forderungen an eine hohe Präzision, insbesondere ein extrem gutes Gleichlaufverhalten der einzelnen Widerstände, d. h. minimalste Differenzen in den Eigenschaften benachbarter Widerstände, nicht ausreichend genügen, Ziel der Erfindung ist es, die Qualität von Dünnschichtschaltkreisen mit Dünnschichtwiderstnüen zu erhöhen.I) ie produced from the resistance layer and the metallization elements Integrated resistor networks have the main disadvantage that they are special Requirements for high precision, in particular extremely good synchronization behavior of the individual resistances, d. H. minimal differences in the properties of neighboring ones Resistances, not sufficient, the aim of the invention is to improve the quality of thin-film circuits with thin-film resistors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dü'nnschichtschaltkreis, der Dünnschichtwiderstände als Widerstandsbahnen sowie eine Konfiguration von Metallisierungselementen zur Schaltungsrealisierung enthält, die auf einem isolierenden substrat durch ganzflächige Abscheidung und subtraktive Strukturierung erzeugt worden sind, wobei zwischen den Widerstandsbahnen und den Metallisierungselementen ein technologisch bedingter Mindestabstand A eingehalten ist, so zu gestalten, daß das Gleichlaufverhalten der Widerstände ver- bessert wird.The invention is based on the object of providing a thin-film circuit the thin-film resistors as resistance tracks and a configuration of metallization elements for circuit realization contains, on an insulating substrate by full area Deposition and subtractive structuring have been created, with between the Resistance tracks and the metallization elements a technologically determined minimum distance A is complied with, so that the resistors run smoothly ver is improved.

Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei solchen Dünnschichtwiderständen, für die Gleichlaufverhalten bezüglich eines oder mehrerer Parameter gefordert ist und deren Kontaktabstand 40 /um ist, die zur Schaltungsrealisierung dienenden Metallisierungselemente und/ oder zusätzliche Metallisierungselemente in unmittelbarer Nähe der Konturen der Widerstandsbahnen angeordnet sind, wobei der Abstand der Metallisierungselemente von den Konturen der Widerstandsbahnen für alle Dünnschichtwiderstände gleich und eine Größe im Bereich von minimal t bis maximal 100 /um hat.This object is achieved according to the invention in that in such Thin-film resistors for the synchronization behavior with regard to one or more Parameter is required and whose contact spacing is 40 / um, which is necessary for the implementation of the circuit serving metallization elements and / or additional metallization elements are arranged in the immediate vicinity of the contours of the resistance tracks, wherein the distance between the metallization elements and the contours of the resistance tracks for all thin-film resistors are the same and have a size in the range from minimum t to maximum 100 / um has.

Im Falle des Vorhandenseins von Dünnschichtwiderständen ungleicher Geometrie sind die Metallisierungselemente über die gesamte Konturenlänge der Widerstandsbahnen sich erstreckend ausgebildet beziehungsweise angeordnet und ist ihr Abstand an allen Stellen gleich. Im Falle des Vorhandenseins von Dünnschichtwiderständen gleicher Geometrie weisen die in unmittelbarer Nähe der Konturen der Widerstandsbahnen angeordneten Metallisierungselemente eine gleiche Konfiguration auf. Zweckmäßigerweise können die zusätzlichen Metallisierungselemente als Streifen oder Streifenzüge ausgeführt sein.In the case of the presence of thin film resistors unequal Geometry are the metallization elements over the entire length of the contour of the resistor tracks designed or arranged to extend and their spacing is at all Make the same. In the case of the presence of thin film resistors the same Geometry have those arranged in the immediate vicinity of the contours of the resistance tracks Metallization elements have the same configuration. Appropriately can the additional metallization elements are designed as strips or stripes be.

Die Erfindung führt überraschenderweise zu einer Homogenisierung der Dünnschichtwiderstände, d. h., es wird ein nahezu idealer Gleichlauf der Eigenschaften der Widerstandselemente erreicht. Dieser Effekt, für den eine umfassende wissenschaftliche Deutung noch aussteht, könnte eventuell seine Ursacne in bestimmten Wechselwirkungen zwischen den Dünnschi.chtwiderständen und den Metallisierungsmaterialien haben.The invention surprisingly leads to a homogenization of the Thin film resistors, d. That is, there is an almost ideal synchronization of the properties reached the resistance elements. This effect for which a comprehensive scientific Interpretation is still pending, its cause could possibly be in certain interactions between the thin film resistors and the metallization materials.

Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen naher erläutert, In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Pig, 1: einen Ausschnitt aus einem Dünnschichtschaltkreis mit Dünnschichtwiderständen gleicher Geometrie, Fig, 2: einen Ausschnitt aus einem Dünnschichtschaltkreis mit Dünnschichtwiderständen ungleicher Geometrie.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments, In the accompanying drawing show: Pig, 1: a section a thin-film circuit with thin-film resistors of the same geometry, Fig, 2: a section from a thin-film circuit with thin-film resistors unequal geometry.

Beispiel 1 Gemäß Fig. 1 sind auf einem thermisch oxydierten Si-Substrat 1 mehrere gleiche DUnnschichtwiderstände mit rechteckiger Widerstandsbahn 2 und Kontakten 3 angeordnet. Die Widerstandsbahnen 2 bestehen aus einer 60 nm dicken Cr (28 at %) Si (72 at %)-Schicht. Zur Schaltungsrealisierung sind Leitbahnen 4 aus Al auf dem Substrat vorhanden, Außer den stromführenden Beitbahnen 4 sind zusätzliche Metallisierungselemente 5 in Streifenform aus Al vorhanden, die für eine identische Metallisierungskonfiguration bezüglich der Konturen aller Widerstandsbahncn 2 sorgen.Example 1 According to Fig. 1 are on a thermally oxidized Si substrate 1 several identical thin film resistors with a rectangular resistance track 2 and Contacts 3 arranged. The resistance tracks 2 consist of a 60 nm thick Cr (28 at%) Si (72 at%) layer. Interconnects 4 are used to implement the circuit made of Al on the substrate, except for the current-carrying Beitbahnen 4 are additional Metallization elements 5 in the form of strips made of Al available for an identical Provide metallization configuration with respect to the contours of all resistor tracks 2.

Bei der Herstellung dieses Dünnschichtschaltkreises wurde das Schichtsystem durch dc Sputtern in Vakuumfolge aufgebracht und nachfolgend durch naßchemisches Ätzen struktufriert Im Unterschied zu bekannten Dünnschichtschaltkreisen sind bei dieser Topologie keine Unterschiede im Temperaturkoeffizienten der Dünnschichtwiderstände (gemessen zwischen 20 und 120 OC) und in der Alterungsrate (Auslagerung über 100 h bei 120 0C (an Luft) feststellbar, Beispiel 2 Gemäß Fig. 2 ist auf einem Substrat 6 ein Widerstandsnetzwerk angeordnet, das aus einer ersten Gruppe von Dünnschichtwiderständen mit gleichgestalteten Widerstandsbahnen 7 und einer zweiten Gruppe von Dünnschichtwiderständen mit gleichgestalteten Widerstandsbahnen 8 besteht. An den Konturen der iderstandsbahnen 7; 8 sind in einem gleichen Abstand zur Kontur zusätzliche Metallisierungselemente 9 bis 13 entlanggefahrt. Die Zusammensetzung des Substrats 6, der Widerstandsbahnen 7; 8, der zusätzlichen Metallisierungselemente 9 bis 13, der stromführenden Leitbahnen 14 und der Kontakte 15; 16 und die Herstellung des Schaltkreises entspricht den Angaben gemäß Beispiel 1.The layer system was used in the manufacture of this thin-film circuit applied by dc sputtering in a vacuum sequence and then by wet chemical Etching structured In contrast to known thin-film circuits, With this topology there are no differences in the temperature coefficient of the thin-film resistors (measured between 20 and 120 OC) and in the aging rate (aging over 100 h at 120 ° C. (in air) detectable, Example 2 According to FIG. 2 is on a substrate 6 a resistor network is arranged, which consists of a first group of thin-film resistors with identical resistance tracks 7 and a second group of thin-film resistors with resistance tracks 8 of the same configuration. On the contours of the resistance tracks 7; 8 additional metallization elements are at the same distance from the contour 9 to 13 drove along. The composition of the substrate 6, the Resistance tracks 7; 8, the additional metallization elements 9 to 13, the current-carrying interconnects 14 and the contacts 15; 16 and the manufacture of the circuit corresponds to Details according to example 1.

Der beschriebene DEnnschichtschaltkreis weist ebenfalls keine Unterschiede im Temperaturkoeffizienten und in der Alterungsrate zwischen den gleichgestalteten als auch zwischen den unterschiedlich gestalteten Diinnschichtwiderständen auf.The thin-film circuit described also shows no differences in the temperature coefficient and in the aging rate between the like-shaped as well as between the differently designed thin-film resistors.

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Claims

Claim 1. Thin-film circuit, the thin-film resistors as resistance tracks and a configuration of iVletallisierungseiementen, such as Contains interconnects, contacts and bonding islands, for circuit implementation, which are based on an insulating substrate through full-area deposition and subtractive structuring have been generated, between the resistance tracks and the Metallislerungselemente a technologically required minimum distance A is maintained, characterized by: that with such thin film resistors, for the synchronization behavior with respect to a or more parameters is required and the contact spacing is 40 / um, which is the Circuit realization serving metallization elements and / or additional metallization elements are arranged in the immediate vicinity of the contours of the resistance tracks, the Distance of the metallization elements from the contours of the resistance tracks for all Thin-film resistors the same and a size in the range from minimum A to maximum 100 / um has.

2. Thin film circuit according to item 1, characterized in that in the case of the presence of thin-film resistors of unequal geometry, the Metallization elements over the entire length of the contour of the resistance tracks designed or arranged to extend and their spacing at all points is equal to.

3. Thin film circuit according to item 1, characterized in that in the case of the presence of thin-film resistors of the same geometry, which metallization elements arranged in the immediate vicinity of the contours of the resistance tracks have the same configuration.

4. Thin-film circuit according to item 1, characterized in that the additional metallization elements are designed as strips or stripes are.