DD221871A1

DD221871A1 - DUENNSCHICHTWIDERSTAND

Info

Publication number: DD221871A1
Application number: DD25728783A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Panzer; Ingo Steinhauer; Siegfried Schiller; Georg Pfeil
Original assignee: Ardenne Manfred
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1983-11-30
Publication date: 1985-05-02
Also published as: PL250617A1; DE3442323A1; FR2555800B3; FR2555800A1; HUT38004A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Duennschichtwiderstand bzw. ein Duennschichtwiderstandsnetzwerk, das als Bauelement auf allen Gebieten der Elektronik eingesetzt wird. Das Ziel ist die Erhoehung der Gebrauchseigenschaften, und die Aufgabe ist es, die unerwuenschten Einfluesse durch die Elektronenstrahlbearbeitung zu vermeiden. Erfindungsgemaess werden auf dem mit der Widerstandsschicht versehenen Substrat lithographisch Strukturelemente aufgebracht. Der Abgleich der Widerstaende erfolgt mittels Elektronen- oder Laserstrahl derart, dass die Strukturelemente zu Trimmbahnen oder Trimmelementen ergaenzt sind.The invention relates to a thin-film resistor or a thin-film resistor network, which is used as a component in all fields of electronics. The goal is to increase the performance characteristics, and the task is to avoid the undesirable effects of electron beam machining. According to the invention, lithographic structural elements are applied to the substrate provided with the resistive layer. The alignment of the resistors is carried out by means of electron or laser beam such that the structural elements are supplemented to Trimmbahnen or trim elements.

Description

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Dünnschichtwiderstand Anwendungsgebiet der Erfindung Thin-film resistor Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft Dünnschichtwiderstandsnetzwerke oder Dünnschichtwideretände auf elektrisch, isolierendem Substrat, die auf lithographischem Wege und/oder durch Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung strukturiert und abgeglichen sind· Diese Dünnschichtwiderstandsnetzwerke «erden als einzelne Bauelemente eingesetzt oder zu Hybridschaltkreisen komplettiert und auf allen Gebieten der Elektronik angewendet·The invention relates to thin film resistor networks or thin film resistors on an electrically insulating substrate which are structured and aligned by lithographic means and / or by electron or laser beam processing. These thin film resistor networks are used as individual components or completed in hybrid circuits and used in all fields of electronics.

Characteristic of the known technical solutions

Es sind Dünnschichtwiderstandsnetzvrerke und Dünnschichtwiderstände - im folgenden beides als Dünnschichtwiderstände genannt -bekannt, bei denen eine dünne Schicht eines geeigneten Wider-Standsmaterials, wie z· B· einer NiCr-Legieruag, auf einem elektrisch isolierenden Substrat, wie z· B· Hartglas oder AIpO-,-Keramik, abgeschieden ist· Diese Schicht ist durch Strukturierung in ihrer Lateralgeometrie so festgelegt, daß zwischen den Anschlußkontakten der Widerstände die gewünschten Widerstandswerte erhalten werden. Diese Dünnschichtwiderstände sind dadurch charakterisiert, daß die Strukturierung der Widerstandeschicht und der Abgleich entweder ausschließlich durch programmierte Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung - im folgenden Strahlbearbeitung genannt - ausgeführt ist, oder beide Technologien auf getrennten Teilflächen des Widerstands angewendet werden. ^l Thin film resistor networks and thin film resistors - hereafter both referred to as thin film resistors - are known in which a thin layer of suitable resistive material, such as a NiCr alloy, is deposited on an electrically insulating substrate such as hard glass or AlpO This layer is determined by structuring in its lateral geometry so that the desired resistance values are obtained between the terminal contacts of the resistors. These thin-film resistors are characterized in that the patterning of the resistive layer and the alignment is carried out either exclusively by programmed electron or laser beam processing - hereinafter referred to as beam processing - or both technologies are applied to separate subareas of the resistor. ^l

Die Gebrauchseigenschaften dieser Dünnsehichtwiderstände, ins» besondere die Stabilität ihrer Widerstandswerte and ihr Temperaturkoeffizient, sind dabei durch die Eigenschaften der Wider·* standsschicht und ihre unerwünschte Beeinflussung durch den thermischen Strahlbearbeitungsprozeß bestimmt· Hit zunehmendem Integrationsgrad der Widerstandsstruktur und zunehmendem strahlbearbeiteten Strukturanteil der Widerstände werden ihre o· g· Gebrauchseigenschaften maßgeblich durch die Strahlbearbeitung bestimmt und damit gegenüber den ursprünglichen Schichteigenschaften wesentlich verschlechtert· Bei hohen Strukturierungegrad kann die durch Strahlbearbeitung verursachte Veränderung des Temperaturkoeffizienten z. B· Werte von einigen 1Θ ppm, die Widerstandsstabilität bis zu einer Größenordnung(gegenüber der unbearbeiteten Schicht verschlechtert werden· Allein die lithographische Strukturierung ist praktisch frei von diesen unerwünschten Begleiterscheinungen·The performance characteristics of these thin-film resistors, in particular the stability of their resistance values and their temperature coefficients, are determined by the properties of the resistive layer and its undesired influence by the thermal beam machining process. Higher degree of integration of the resistive structure and increasing beam-processed structural component of the resistors become their o · G · performance characteristics significantly determined by the beam processing and thus significantly deteriorated compared to the original layer properties · With high degree of structuring caused by beam machining change in the temperature coefficient z. B · values of some 1Θ ppm, the resistance stability up to an order of magnitude (compared to the unprocessed layer deteriorated · Alone the lithographic structuring is practically free of these unwanted side effects ·

Es wurden deshalb Widerstände entwickelt, de.ren Widerstandsschicht allein lithographisch strukturiert ist und die damit frei von den unerwünschten Begleiterscheinungen der Strahlbearbeitung sind· Der Widerstandsabgleich erfolgt dabei durch geeignetes Auftrennen von Hebenschlüssen der Widerstandsstruktur· Derartige Widerstände erfordern jedoch insbesondere bei hoher Abgleichgenauigkeit und hohen Widerstandswerten eine unverhältnismäßig große Substratflache und schränken die Herstellungstöleranzen des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht auf kritische Werte ein·Therefore, resistors were developed whose resistive layer is lithographically structured alone and thus are free of the unwanted side effects of the beam processing. Resistance compensation is effected by suitable separation of lifting connections of the resistive structure. Such resistors, however, require a high matching accuracy and high resistance values disproportionately large substrate surface and restrict the production oil lances of the sheet resistance of the resistance layer to critical values

Bei allein durch Strahlbearbeitung strukturierten und abgeglichenen Widerständen von Widerstandsnetzwerken konnten zwar durch Anwendung von weitgehend einheitlichem Strukturierungegrad die nachteiligen Folgen der Strahlbearbeitung auf den relativen und absoluten Temperaturkoeffizienten vermieden werden, die Auswirkungen auf die Widerstandsstabilität bleiben jedoch bestehen· . ..» ." Although resistors of resistive networks were structured and balanced solely by beam processing, by using a largely uniform degree of structuring, it was possible to avoid the detrimental effects of jet machining on the relative and absolute temperature coefficients, but the effects on the resistance stability remain. .. »."

Another known possibility for limiting the disadvantage

ligen Folgen der Strahlbearbeitung besteht im Einschieben eines Temperprozesses zwischen dem Vor- und dem endgültigen Widerstandsabgleich, was jedoch technologische und wirtschaftliche Nachteile bringt·The consequences of jet processing are the inclusion of an annealing process between the pre- and the final resistance compensation, which however brings about technological and economic disadvantages.

Object of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, Dünnschichtwiderstände zu schaffen, die bei Anwendung der üblichen Technologien die gleichen Gebrauchseigenschaften - Stabilität und Temperaturkoeffizient des Widerstandes -wie die Widerstandsschicht aufweisen.The invention aims to provide thin film resistors which have the same performance characteristics - resistance and temperature coefficient of resistance - as the resistive layer, using conventional technologies.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dünnschichtwiderstand, bestehend aus einem isolierenden Substrat, mit darauf abgeschiedener Widerstandsschicht und Anschlußkontakten, zu schaffen, dessen Widerstandsschicht strukturiert und abgeglichen ist, der Abgleich mit einem Strahlwerkzeug erfolgt, aber dabei die unerwünschten Einflüsse der Strahlbearbeitung vermieden werden*. ' . .... '·.' . .. .'. ':' '. 'The invention has for its object to provide a thin film resistor consisting of an insulating substrate, deposited thereon with resistance layer and terminal contacts, the resistance layer is structured and balanced, the adjustment is done with a jet tool, but the undesirable effects of beam processing are avoided * , '. .... '·.' , ... '. ':''. '

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in bekannter Weise auf ein Substrat aus Isolierstoff eine lithographisch strukturierte Widerstandsschicht aufgebracht ist, die mit Leitbahnen und Kontakten verbunden ist, daß die für den Trimmprozeß erforderliche Fläche oder die gesamte Fläche der Widerstandsschicht mit lithographisch hergestellten Strukturelementen versehen ist, die an die Trimmbahnführung angepaßt sind· Das Trimmen erfolgt durch Strahlbearbeitung, indem die Strukturelemente zu Trimmbahnen oder Trimmelementen so ergänzt werden, daß der Stromfluß durch die Widerstandsschicht aus den Randzonen der an die strahlbearbeiteten Spuren angrenzenden Widerstandsschicht verdrängt ist.According to the invention the object is achieved in that in a known manner to a substrate of insulating a lithographically structured resistive layer is applied, which is connected to interconnects and contacts, that the required for the trimming process surface or the entire surface of the resistive layer is provided with lithographically produced structural elements Trimming is accomplished by beam processing by supplementing the structural elements into trimming tracks or trimming elements so that current flow through the resistive layer is displaced from the edge zones of the resistive layer adjacent to the beam-processed tracks.

It is advantageous if the lithographically generated structure

elemente U-förmig sind and die mit dem Strahl erzeugte, die Strukturelemente verbindende Trimmbahn innerhalb der Schenkelhöhe oder außerhalb der stromdurchflossenen Widerstandsfläche beginnt and endet·elements are U-shaped and the trimming path, which is generated by the beam and connects the structural elements, begins and ends within the leg height or outside of the resistance surface through which current flows.

Es ist auch vorteilhaft, die Strukturelemente als Quadrate auszubilden, die an einer Ecke geöffnet sind· Diese Ausführung hat den Vorteil, daß diese geometrische Form es gestattet, eine Vielzahl von Widerstandskonfigurationen zu schaffen·It is also advantageous to form the structural elements as squares which are opened at a corner. This embodiment has the advantage that this geometrical shape makes it possible to create a multiplicity of resistance configurations.

Die Erfindung hat den Vorteil, die Triaunspuren nach Maßgabe des Widerstandsvorwertes vor dem Abgleich und den Verbindungen zwischen den Strukturelementen im Hinblick auf eine minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten-Flächenbereich der Widerstandsschicht festzulegen·The invention has the advantage of determining the triaxes in accordance with the resistance value before the alignment and the connections between the structural elements with regard to a minimum current density in the beam-processed area of the resistance layer.

Es ist auch möglich, die lithographisch hergestellte Struktur der Widerstandsschicht relativ zu den Kontakten und Leitbahnen des Widerstandes zu positionieren und dabei das der Ausführung der Trimmbahnen zugeordnete Strahlbearbeitüngsfeld nach den gleichen Strukturelementen automatisch zu positionieren·It is also possible to position the lithographically fabricated structure of the resistive layer relative to the contacts and interconnects of the resistor, thereby automatically positioning the beam processing field associated with the trimming track design for the same structural elements.

embodiment

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The accompanying drawings show:

Fig. 1: einen Dünnschichtwiderstand, dessen WiderstandswertFig. 1: a thin film resistor whose resistance value

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groß gegenüber dem Flächenwiderstand der Widerstandsschicht ist, ,. ·is large compared to the sheet resistance of the resistive layer,. ·

Fig« 2: einen Dünnschichtwiderstand, dessen Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht ist,2 shows a thin-film resistor whose resistance value is of the order of the surface resistance of the resistance layer,

Fig* 3: einen Ausschnitt aus dem Trimmfeld eines Dünnschichtwiderstandes mit matrizenartig angeordneten quadratischen lithographisch hergestellten Strukturelementen·3 shows a detail of the trim field of a thin-film resistor with square-structured lithographic structure elements arranged like a matrix

In fig· 1 ist auf einem elektrisch isolierenden Hartglassubstrat 1 eine Widerstandsschicht 2 aufgebracht, die über einen Kontakt 3 und den mit einer Leitbahn 4 versehenen Kontakt 5 kontaktiert ist· Der zwischen den Kontakten 3 und 5 liegende elektrische Widerstand wird durch die Lateralgeometrie der Schichtstruktur in den beiden durch die gestrichelte Linie 6 getrennten Feldern 7 und 8 bestimmt· Gleichzeitig Bit der lithographischen Strukturierung des Feldes 7 zu einer mäanderförmigen Widerstandsbahn werden im für den Widerstandsabgleich auf Sollwert bestimmten Feld 8 U-förmige Strukturelemente 9 entlang der zur Strahlbearbeitung vorgesehenen Trimmstrecke eingebracht· Im angeschlossenen Strahlbearbeitungsprozeß ist in Fortsetzung der Mäanderstruktur im Feld 7 die Trimmbahn 10 so geführt, daß sie annähernd mittig die Basis der U-fönnigen Struktur elemente 9 schneidend verläuft· Dabei ist der Trimmprozeß so gesteuert, daß der Abbruch der Trimmbahn 10 stets innerhalb der Schenkelhöhen der U-förmigen Strukturelemente 9 liegt« Für höhere Genauigkeitsansprüche an den Widerstandswert sind weitere dem Feinabgleich vorbehaltene Trimmbahnen 11 und 12 vorgesehen, die ebenfalls in Kombination mit lithographisch erzeugten Strukturelementen 9 oder wie die dem Endabgleich dienende Trimmbahn 12 ohne diese Elemente verlaufen· Letzteres ist ohne nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften des Widerstandes möglich, wenn der Beitrag der Trimmbahn 12 zum Widerstandsendwert sehr klein ist·In FIG. 1, a resistive layer 2 is applied to an electrically insulating hard glass substrate 1, which is contacted via a contact 3 and the contact 5 provided with a conductive track 4. The electrical resistance lying between the contacts 3 and 5 is determined by the lateral geometry of the layered structure the two fields 7 and 8 separated by the dashed line 6 at the same time. At the same time, bits of the lithographic patterning of the field 7 into a meandering resistance path are formed in the field 8 for the resistance compensation at the setpoint U-shaped structural elements 9 along the trimming path provided for beam processing connected beam processing process is in continuation of the meander structure in the field 7, the trimming sheet 10 is guided so that it approximately centered the base of the U-fönnigen structure elements 9 intersecting · The trim process is controlled so that the demolition of the trimming 10 is always within de r leg heights of the U-shaped structural elements 9 is «for higher accuracy requirements for the resistance trim trimmings 11 and 12 are reserved for fine adjustment, which also run in combination with lithographically generated structural elements 9 or as the trimming track 12 serving these final adjustment without these elements · the latter is possible without adversely affecting the properties of the resistor, if the contribution of the trimming track 12 to the resistance end value is very small.

Der in Fig. 2 dargestellte Dünnschichtwiderstand mit einem Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht ist zwischen den Kontakten 3 und 5 mit den angeschlossenen Leitbahnen 4 angeordnet. Die lithographisch hergestellten doppel-U-förmigen Strukturelemente 9 sind im Haupt· widerstandsberei.cn 13 und im Nebenschlußbereich 14 getrennt durch Linie 6 ausgeführt· Sie sind im Trimmprozeß bis zum Erreichen des Vor- bzw· Feinabgleichwertes durch Trimmbahnen 10 derart verbunden, daß diese stets gegenüber den Schenkeln der U-förmigen Strukturelemente 9 zurückstehen, die Basis beider U jedoch sicher kreuzen· Für hohe Genauigkeitsansprüche an denThe thin-film resistor shown in Fig. 2 with a resistance in the order of the sheet resistance of the resistive layer is disposed between the contacts 3 and 5 with the connected interconnects 4. The lithographically produced double U-shaped structural elements 9 are implemented in the main resistance area 13 and in the shunt area 14 separately by line 6. They are connected in the trim process until the pre-or fine-tuning value is reached by trimming trajectories 10 in such a way that they always do stand back against the legs of the U-shaped structural elements 9, however, the base of both U cross safely · For high accuracy demands on the

Widerstandswert ist ein Feinstabgleich allein durch strahlbearbeitete Elemente 15 ausgeführt, ohne daß dadurch die Gebrauchseigenschaften des Widerstandes nachteilig beeinflußt sind.Resistance value is a Feinstabgleich executed solely by jet-processed elements 15, without affecting the performance characteristics of the resistor are adversely affected.

Widerstände, deren Widerstandswert klein gegenüber dem FlSchenwiderstand ist, erfordern auf Grund des im allgemeinen üblichen Breitenabgleichs keine lithographische Vorstrukturierung· Im Bedarfsfall ist dies jedoch in Analogie zu Pig· 2 möglich·Resistors whose resistance value is small compared to the surface resistance do not require any lithographic pre-structuring due to the generally customary width adjustment. If necessary, however, this is possible in analogy to Pig * 2.

Außer den in Pig. 1 und 2 dargestellten Kombinationen von U-förmigen lithographisch hergestellten Strukturelementen 9 mit den Trimmbahnen 10 sind natürlich auch beliebige andere Strukturelemente und Trimmelemente nutzbar, sofern sie den Bedingungen des Abgleichprozesses genügen, zu keinen unkontrollierten kritischen Strombahneinengungen führen und den Stromfluß im Widerstand aus den an die Bearbeitungsspur angrenzenden Widerstandsschichtbereich in einer Breite von etwa 20 ··· 50 % der Abtragbreite genügend verdrängen· Die Stromverdrängung, d. h. die Reduzierung der Stromdichte im Randzonenbereich der Bearbeitungsspur gegenüber der mittleren Stromdichte in den übrigen Bereichen der Widerstandsschicht muß dabei in um so höherem Maße erfolgen, je höher die mittlere Flächendichte der strahlbearbeiteten Abtragspuren ist·Except those in Pig. 1 and 2 shown combinations of U-shaped lithographically produced structural elements 9 with the trimming tracks 10 of course, any other structural elements and trimming elements can be used, provided that they meet the conditions of the adjustment process, do not lead to uncontrolled critical current path constrictions and the flow of current in the resistor from the to the Machining track adjacent resistance layer region in a width of about 20 ··· 50% of the ablation width sufficiently displace · The current displacement, d. H. The reduction of the current density in the edge zone region of the processing track compared to the average current density in the remaining regions of the resistance layer must be effected in the higher the average surface density of the beam-processed removal tracks.

Die Auswahl bzw· Festlegung der Trimmbahn erfolgt zweckmäßig nach Messung des Widerstandsvorwertes vor Beginn des Trimmprozesses unter Berücksichtigung der Anordnung der Strukturelemente 9 und im Hinblick auf minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten Flächenbereich· Für derartige Widerstandsstrukturen sind gemäß Fig· 3 mit in Richtung des Pfeiles stromdurchflossenem Trimmfeld des Widerstandes matrixartig angeordnete lithographisch hergestellte quadratische Strukturelemente 9 zweckmäßig, die durch strahlbearbeitete Trimmbahnen 10 in einer Vielzahl von Widerstandsbahnkonfigurationen verbunden werden können. Bei Anwendung der Elektronenstrahlbearbeitung sollten an einer Ecke offene Quadratstrukturen verwendet werden, um störende Aufla-The selection or determination of the trimming trajectory is expediently carried out after measurement of the resistance value prior to the start of the trimming process, taking into account the arrangement of the structural elements 9 and with regard to minimum current density in the jet machined surface area. FIG. 3 shows such trimming fields in FIG. 3 with current field in the direction of the arrow Resistive matrix-like arranged lithographically fabricated square structural elements 9, which can be connected by beam-processed trimming trajectories 10 in a variety of resistance path configurations. When using electron beam machining, open square structures should be used at one corner to avoid disturbing loading.

düngen während der Bearbeitung zu vermeiden· Biese Variante ist für die Realisierung von verschiedenen Widerstandswerten bei gleichem sonstigem Aufbau des Dünnschichtwiderstandes besondere geeignet und gestattet auch, die Trimmbahnführung an den notwendigen Widerstandsanstieg in einem weiten Bereich anzupassen·fertilization during processing to avoid · Biese variant is particularly suitable for the realization of different resistance values with the same other structure of the thin-film resistance and also allows to adapt the trimming path guidance to the necessary resistance increase within a wide range.

Natürlich können die in Fig. 1 und Fig· 2 dargestellten Dünnschichtwiderstände auch Bestandteil von Widerstandsnetzwerken sein, wie sie als passive elektrische Bauelemente oder als integriertes Widerstandsnetzwerk für Hybridschaltkreise eingesetzt werden· ,Of course, the thin-film resistors shown in FIG. 1 and FIG. 2 may also be part of resistor networks as used as passive electrical components or as an integrated resistor network for hybrid circuits.

Bei der Herstellung hochintegrierter Widerstandsstrukturen mit entsprechend kleinen Strukturelementen 9 ist es wegen der erforderlichen hohen Fositioniergenauigkeit zwischen den lithographisch hergestellten Strukturelementen 9 und der strahlbearbeiteten Trimmbahn 10 zweckmäßig, sowohl die lithographische Belichtungsmaske als auch den Trimmprozeß durch Strahlbearbeitung auf ein und derselben Anlage durchzuführen, die lithographische Strukturierung zu den Leitbahnen 4 und Kontakten 3; 5 des Schichtwiderstandes positioniert und vor dem Trimmprozeß eine automatische Strahlpositionierung nach denselben Positionierorten auszuführen·In the production of highly integrated resistance structures with correspondingly small structural elements 9, it is expedient to carry out both the lithographic exposure mask and the trimming process by beam processing on one and the same installation because of the required high Fichtiergenauigkeit between the lithographically fabricated structural elements 9 and the trimmed trimming web 10, the lithographic structuring to the interconnects 4 and contacts 3; 5 of the sheet resistance and perform an automatic beam positioning according to the same positioning before the trimming process

Claims

Erfindunßsanspruch

A thin film resistor consisting of an electrically insulating substrate, a lithographically deposited patterned resistive layer connected to interconnects and contacts, the lateral geometry of which determines the resistance between the contacts of the resistors, the lateral structure of the resistive layer being combined in lithographic Structuring and electron or laser beam machining is generated, characterized in that on the required for the trimming process surface of the resistive layer (2) lithographically structural elements (9) are applied so that they can be supplemented by beam processing trimming trays (10) or trim elements and the current flow displaced by the resistance layer (2) from the hand zones of the resistance layer (2) adjacent to the trimming tracks (10)

2 ", thin-film resistor according to item 1, characterized in that the structural elements (9) are U-shaped and the trimming line (10) connecting them always begins and ends within the leg height of the structural elements (9) or outside the resistive surface through which current flows.

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3-thin-film resistor according to item 1, characterized in that the structural elements (9) are squares ·

For this 3 sheets of drawings