DE4123249A1 - Verfahren zum abgleichen von metallischen duennschicht-widerstandsstrukturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum exakten Abgleichen des Widerstandswertes von metallischen Dünnschicht-Widerstandsstrukturen.

Dünnschichtwiderstände bestehen gewöhnlich aus einer zwischen zwei Anschlußflächen liegenden mäanderförmigen Strombahn auf einem isolierenden Substrat, die zum Beispiel durch Ätzverfahren aus einer zuvor aufgebrachten Metallschicht herausgeätzt wird. Der Flächenwiderstand der Metallschichten ist infolge fertigungsbedingter Schichtdickentoleranzen entsprechenden Streuungen unterworfen. Zum exakten Abgleich der Dünnschicht-Widerstände auf einen vorgegebenen Nennwert ist die mäanderförmige Strombahn deshalb mit elektrischen Nebenschlüssen versehen, die zum Abgleich des Widerstandswertes aufgetrennt werden können. Die Struktur dieser Dünnschichtwiderstände wird mit Hilfe von Lackmasken durch Atzverfahren in die Metallschichten geätzt.

Dünnschicht-Widerstände haben vielfältige Anwendungen in der Technik gefunden. Ein typisches Beispiel sind elektrische Temperaturmeßelemente auf der Grundlage von Platin-Dünnschicht-Widerständen, deren Widerstand sich in wohldefinierter Weise in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Die Platin-Schichten werden zu diesem Zweck auf isolierende Substrate aus Glas oder Keramik aufgebracht und weisen Schichtdicken zwischen 0,5 und 5 µm auf. Diese Meßwiderstände haben sich wegen ihrer geringen Abmessungen und geringen Fertigungskosten bewährt.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung dünner Widerstandsschichten als Basis für die Fertigung der Meßwiderstände ist die Sputtertechnik. Aus den zunächst homogenen Widerstandsschichten werden die für den Meßwiderstand benötigten mäanderförmigen Stromlaufbahnen und Anschlußflächen entweder durch direktes Ausschneiden mit Hilfe eines Lasers oder durch Ätzverfahren herausgearbeitet.

Bei Anwendung von Ätzverfahren werden die Metallschichten zunächst mit einem Photolack beschichtet. Die erforderliche Widerstandsstruktur wird dann durch eine Maske hindurch aufbelichtet. Die für die Maskierung nicht benötigten Teile des Photolacks werden durch die folgende Entwicklung entfernt. Anschließend werden die Stromlaufbahnen durch geeignete Ätztechniken wie zum Beispiel naßchemische Ätzverfahren, Ionenstrahlätzen oder Sputterätzen in die Metallschichten geätzt. Die Stromlaufbahnen der so erzeugten Widerstände sind so ausgelegt, daß ihr Widerstand kleiner als der gewünschte Nennwiderstand des fertigen Meßwiderstandes ist. Der endgültige Abgleich auf den Nennwiderstand erfolgt dann durch Messen des tatsächlichen Widerstandes und Entfernen von dafür vorgesehenen elektrischen Nebenschlüssen in der Widerstandsstruktur, bis der Nennwiderstand mit der erforderlichen Toleranz erreicht ist.

Die Nebenschlüsse werden gewöhnlich mit Hilfe von Lasern entfernt. Ein großer Nachteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, daß das durch den Laserstrahl aufgeschmolzene Metall nicht vollständig verdampft, sondern sich zum Teil zu Schmelzkugeln von 5 bis 10 µm zusammenzieht. Ihr Durchmesser kann wesentlich größer als die Dicke der Metallschicht sein. Sie ragen somit über die Dünnschichtstruktur hinaus und werden auch durch eine nachfolgend aufgebrachte Korrosions-Schutzschicht aus zum Beispiel Aluminiumoxid nicht vollständig abgedeckt und bilden somit bei Anwendung der Meßwiderstände in aggressiven Medien Ausgangspunkte für Korrosionserscheinungen.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß in der Umgebung der Trennstellen das Widerstandsmaterial aufschmilzt und rekristallisiert. Dadurch verändert sich der spezifische Widerstand in der Nähe der Trennstellen und erschwert einen exakten Abgleich der Widerstandsstruktur.

Die beschriebenen Nachteile können zwar durch Optimierung der Strahlparameter des Lasers minimiert, jedoch nicht vollständig vermieden werden. Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Abgleichverfahren für metallische Dünnschicht-Meßwiderstände zur Verfügung zu stellen, das ohne einen Laserabgleich der Widerstände auskommt und damit die Bildung von Schmelzkugeln und Strukturänderungen durch Umschmelzvorgänge von vornherein unterbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Abgleichen von metallischen Dünnschicht- Widerstandsstrukturen gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst nach dem Aufbringen der Metallschicht auf dem isolierenden Substrat der Flächenwiderstand der Schicht bestimmt, danach die Lackmaske mit der Struktur des Dünnschichtwiderstandes aufgebracht wird und vor dem Ätzschritt zum Abgleichen des Widerstandswertes vorgesehene Lackbrücken der Maske nach Maßgabe des zuvor ermittelten Flächenwiderstandes und des gewünschten Widerstandswertes der fertigen Struktur entfernt und damit im folgenden Ätzschritt die unter den Lackbrücken liegenden Nebenschlüsse zum Widerstandsabgleich aufgetrennt werden. Dieses Verfahren eignet sich natürlich nicht nur zur Korrektur fertigungsbedingter Schichtdickentoleranzen, sondern auch für die Herstellung von Dünnschichtwiderständen mit geänderten Sollwerten.

Der Flächenwiderstand der Metallschichten kann indirekt durch eine Schichtdickenmessung oder in besonders vorteilhafter Weise durch eine Wägung bestimmt werden.

Die Lackschicht kann mit einem Laser entfernt werden, der jedoch in seiner Leistung so eingestellt ist, daß er zwar die Lackschicht verbrennen aber nicht die darunterliegende Metallschicht aufschmelzen kann.

Nach Entfernung der Lackbrücken wird die Widerstandsstruktur mit den schon erwähnten Verfahren in die Metallschicht geätzt. Nach Abschluß dieses Bearbeitungsschrittes liegt ein fertig abgeglichener Meßwiderstand vor. Ein weiterer Abgleich ist nicht erforderlich.

Die mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbaren Toleranzen für den Nennwiderstand hängen von dem eingesetzten Meßverfahren für den Flächenwiderstand der Metall-Beschichtung ab. Grundsätzlich sind alle direkten und indirekten Meßverfahren anwendbar. So kann der Flächenwiderstand zum Beispiel direkt mit Hilfe eines Vierpunkt-Flächenwiderstandsmeßgerätes bestimmt oder indirekt über die Messung der Schichtdicke ermittelt werden. Geeignete Schichtdickenmeßverfahren sind lokale Verfahren wie Messungen mit einem Betascop oder mit einem Abtaststift oder integrale Verfahren wie zum Beispiel die Wägung der aufgebrachten Schicht.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Beispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 Draufsicht auf eine mit einer Lackmaske versehenen Platin-Schicht

Fig. 2 Lackmaske von Fig. 1 mit entfernten Lackbrücken zum Widerstandsabgleich

Fig. 3 Fertige Widerstandsstruktur nach dem Ätzvorgang und nach Entfernen der Lackmaske.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein isolierendes Substrat (1), das mit einer Metallschicht (2) beschichtet ist. Auf der Metallschicht befindet sich die schon mit der Widerstandsstruktur belichtete und entwickelte Photolackschicht (3). Die Lackschicht zeigt die Struktur des späteren Dünnschichtwiderstandes mit den beiden Anschlußflächen (4, 4′) und der eigentlichen mänderförmigen Widerstandsbahn mit den Lackbrücken (5) bis (15) zum Erzeugen der elektrischen Nebenschlüsse. Diese Nebenschlüsse garantieren, daß der nicht abgeglichene Widerstand unter dem des Nennwiderstandes liegt.

Der Flächenwiderstand der Metallschicht wird schon vor dem Aufbringen der Photolackschicht gemessen. Nach Maßgabe dieser Messung und des gewünschten Widerstandes sind in Fig. 2 die Lackbrücken (8) bis (10) mit einem Laser durchtrennt worden, ohne die darunterliegende Metallschicht selbst aufzuschmelzen.

In Fig. 3 ist die fertige Widerstandsstruktur nach Abschluß des Ätzschrittes und nach Entfernen der Lackmaske gezeigt. Die auf diese Art und Weise gefertigten Dünnschicht- Widerstände sind frei von Schmelzkugeln und Aufschmelzungen der Metallschicht mit den damit verbundenen Struktur- und Widerstandsänderungen. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abgleichen von Dünnschichtwiderständen liefert daher eng tolerierte Widerstände, die wegen des Fehlens von Schmelzkugeln durch entsprechende Schutzschichten hervorragend gegen Korrosion geschützt werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zum Abgleichen von metallischen Dünnschicht-Widerstandsstrukturen auf einem isolierenden Substrat, die aus einer zwischen zwei Anschlußflächen liegenden mäanderförmigen Strombahn mit elektrischen Nebenschlüssen zum exakten Widerstandsabgleich bestehen und mit Hilfe von Lackmasken, welche zur Erzeugung der Nebenschlüsse mit entsprechenden Lackbrücken versehen sind, durch Ätzverfahren in Metallschichten geätzt werden, deren Flächenwiderstand infolge fertigungsbedingter Schichtdickentoleranzen entsprechenden Streuungen unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Flächenwiderstand der Metallschichten bestimmt, danach die Lackmaske mit der Struktur des Dünnschichtwiderstandes aufgebracht wird und vor dem Ätzschritt die Lackbrücken der Maske nach Maßgabe des zuvor ermittelten Flächenwiderstandes und des gewünschten Widerstandswertes der fertigen Struktur entfernt und damit im folgenden Ätzschritt die unter den Lackbrücken liegenden Nebenschlüsse zum Widerstandsabgleich aufgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenwiderstand der Metall-Schicht indirekt durch eine Schichtdickenmessung bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenwiderstand der Metall-Schicht indirekt durch eine Wägung bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackbrücken mit Hilfe eines Lasers entfernt werden.