DE3442323A1

DE3442323A1 - Thin-film resistor

Info

Publication number: DE3442323A1
Application number: DE19843442323
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Phys. Dr. DDR 8021 Dresden Panzer; Georg DDR 6530 Hermsdorf Pfeil; Siegfried Prof. Dipl.-Phys. Dr. DDR 8051 Dresden Schiller; Ingo Dipl.-Phys. DDR 6530 Hermsdorf Steinhauer
Original assignee: HERMSDORF KERAMIK VEB; Keramische Werke Hermsdorf VEB
Current assignee: HERMSDORF KERAMIK VEB; Keramische Werke Hermsdorf VEB
Priority date: 1983-11-30
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1985-07-04
Also published as: PL250617A1; FR2555800B3; FR2555800A1; HUT38004A; DD221871A1

Abstract

The invention relates to a thin-film resistor or a thin-film resistor network which is used in all areas of electronics. The object of the invention is to prevent undesirable influences on the electron-beam processing. According to the invention, structural elements are applied lithographically to the substrate which is provided with the resistor film. The trimming of the resistors takes place by means of an electron beam or laser beam in such a manner that the structural elements are supplemented to form trimming tracks or trimming elements.

Description

Kombinat YEB Keramische ' 3442323Kombinat YEB Ceramic '3442323

Werke Herrasdorf P 1082/aWorks Herrasdorf P 1082 / a

DünnschichtwiderstandThin film resistor

Die Erfindung betrifft Dünnschichtwiderstandsnetzwerke oder Dünnschichtwiderstände auf elektrisch isolierendem Substrat, die auf lithographischem Wege und/oder durch Elektronen- oder Laserstrahlbearbeitung strukturiert und abgeglichen sind. Diese Dünnschichtwiderstandsnetzwerke werden als einzelne Bauelemente eingesetzt oder zu Hybridschaltkreisen komplettiert und auf allen Gebieten der Elektronik angewandt.The invention relates to thin-film resistor networks or thin-film resistors on electrically insulating Substrate that is structured by lithographic means and / or by electron or laser beam processing and are matched. These thin-film resistor networks are used as individual components or to form hybrid circuits completed and applied in all areas of electronics.

Es sind Dünnschichtwiderstandsnetzwerke und Dünnschichtwiderstände - im folgenden beide als Dünnschichtwiderstände bezeichnet - bekannt, bei denen eine dünne Schicht eines geeigneten Widerstandsmaterials, wie z. B. einer NiCr-Legierung, auf einem elektrisch isolierenden Substrat, wie z. B. Hartglas oder AlpO^-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 Widerstandsschicht und der Abgleich entweder ausschließlich durch programmierte Elektronen— oder Laserstrahlbearbeitung - im folgenden Strahlbearbeitung genannt - ausgeführt ist, oder beide Technologien auf getrennten Teilflächen des Widerstandes angewendet werden.There are thin film resistor networks and thin film resistors - in the following both referred to as thin-film resistors - known in which a thin layer of a suitable Resistance material, such as. B. a NiCr alloy, on an electrically insulating substrate, such as. B. toughened glass or AlpO ^ ceramic, is deposited. This layer is structured in its lateral geometry so that that the desired resistance values are obtained between the connection contacts of the resistors. These Thin-film resistors are characterized by the structuring of the resistance layer and the adjustment either exclusively through programmed electron processing or laser beam processing - hereinafter referred to as beam processing - is carried out, or both technologies are applied to separate partial areas of the resistor.

" - Z- P 1082/a"- Z- P 1082 / a

Die Gebrauchseigenschaften dieser Dünnschichtwiderstände, insbesondere die Stabilität ihrer Widerstandswerte und ihr Temperaturkoeffizient, sind dabei durch die Eigenschaften der Widerstandsschicht und ihre unerwünschte Beeinflussung durch den thermischen Strahlbearbeitungsprozeß bestimmt. Mit 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 hohem Strukturierungsgrad kann die durch die Strahlbearbeitung verursachte Veränderung des Temperaturkoeffizienten z. B. Werte von einigen 10 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 properties of use of these thin film resistors, in particular the stability of their resistance values and their Temperature coefficient, are given by the properties the resistance layer and its undesired influence by the thermal beam machining process. With an increasing degree of integration of the resistor structure and an increasing amount of beam-machined structure of the resistors will your o. g. Usage properties largely determined by the beam processing and thus opposite the original layer properties deteriorated significantly. In the case of a high degree of structuring, this can be achieved by beam processing caused change in temperature coefficient z. B. Values of a few 10 ppm, the resistance stability up to an order of magnitude compared to the unprocessed Layer will be deteriorated. The lithographic structuring alone is practically free of these undesirable effects Side effects.

Es wurden deshalb Widerstände entwickelt, deren Widerstandsschicht allein lithographisch strukturiert ist und die damit frei von den unerwünschten Begleiterscheinungen der Strahlbearbeitung sind. Der Widerstandsabgleich erfolgt dabei durch geeignetes Auftrennen von Nebenschlüssen der Widerst ands struktur . Derartige Widerstände erfordern jedoch insbesondere bei hoher Abgleichgenauigkeit und hohen Widerstandswerten eine unverhältnismäßig große Substratfläche und schränken die Herstellungstoleranzen des Flächenwiderstandes der Widerstandsschicht auf kristische Werte ein.Resistors were therefore developed, their resistance layer is structured solely lithographically and is thus free from the undesirable side effects of the Are beam processing. The resistance adjustment takes place by suitable separation of shunts in the resistance structure. However, such resistors require in particular with high calibration accuracy and high resistance values, a disproportionately large substrate area and limit the manufacturing tolerances 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 Strukturierungsgrad die nachteiligen Folgen der Strahlbearbeitung auf den relativen und absoluten Temperaturkoeffizienten vermieden werden, die Auswirkungen auf die Widerstandsstabilität bleiben jedoch bestehen.In the case of structured and balanced by beam processing alone Resistances of resistor networks were able to use a largely uniform degree of structuring the adverse effects of beam processing on the relative and absolute temperature coefficients can be avoided, but the effects on resistance stability remain.

— 3 —- 3 -

-B - ' P 1082/a -B - 'P 1082 / a

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Einschränkung der nachteiligen Folgen der Strahlbearbeitung besteht im Einschieben eines Temperprozesses zwischen dem Vor- und dem endgültigen Widerstandsabgleich, was jedoch technologische und wirtschaftliche Nachteile bringt.Another known way of limiting the disadvantageous consequences of beam processing is insertion a tempering process between the preliminary and the final resistance adjustment, which is, however, technological and brings economic disadvantages.

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 is based on the object of providing a thin-film resistor, consisting of an insulating substrate with a resistive layer deposited on it and connection contacts to create the resistance layer of which is structured and balanced, the adjustment with a blasting tool takes place, but the undesirable influences of the 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 on a substrate made of insulating material lithographically structured resistance layer is applied, which is connected to interconnects and contacts, that the area required for the trimming process or the entire area of the resistive layer with lithographically produced structural elements is provided which are adapted to the trim path guide. Trimming is done by Beam processing by adding the structural elements to trimming paths or trimming elements in such a way that the current flows through the resistance layer from the edge zones of the resistance layer adjoining the beam-machined tracks is displaced.

-"/K- P 10*82/a- "/ K- P 10 * 82 / a

Es ist vorteilhaft, wenn die lithographisch erzeugten Strukturelemente U-förmig sind und die mit dem Strahl erzeugte, die Strukturelemente verbindende Trimmbahn innerhalb der Schenkelhöhe oder außerhalb der stromdurchflossenen Widerstandsfläche beginnt und endet.It is advantageous if the lithographically generated structural elements are U-shaped and the the trim track connecting the structural elements within the leg height or outside the current-carrying Resistance surface begins and ends.

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 design the structural elements as squares that are open at one corner. This execution has the advantage that this geometric shape allows a variety of resistor configurations to accomplish.

Die Erfindung hat den Vorteil, die Trimmspuren nach Maßgabe des Widerstandsvorwertes vor dem Abgleich und den Verbindungen zwischen den Strukturelementen im Hinblick auf eine minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten Flächen— bereich der Widerstandsschicht festzulegen.The invention has the advantage that the trimming traces in accordance with the resistor value prior to the adjustment and the connections between the structural elements with regard to a minimal current density in the beam-machined surfaces— the 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 ds der Ausführung der Trimmbahnen zugeordnete Strahlbearbeitungsfeld nach den gleichen Strukturelementen automatisch zu positionieren.It is also possible, the lithographically produced structure of the resistive layer relative to the contacts and To position interconnects of the resistor and thereby ds the execution of the trimming paths assigned to the beam processing field automatically position according to the same structural elements.

Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The accompanying drawings show:

Fig. 1: einen Dünnschichtwiderstand, dessen Widerstandswert groß gegenüber dem Flächenwiderstand der Widerstandsschicht ist,Fig. 1: a thin film resistor, its resistance value is large compared to the sheet resistance of the resistance layer,

Fig. 2: einen Dünnschichtwiderstand, dessen Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der · Widerstandsschicht ist,2: a thin-film resistor, the resistance value of which is in the order of magnitude of the sheet resistance of the resistance layer is,

■"*-"> - P 1082/a■ "* -"> - P 1082 / a

Fig. 3: einen Ausschnitt aus dem Trimmfeld eines Dünnschichtwiderstandes mit matrizenartig angeordneten quadratischen lithographisch hergestellten Strukturelementen.3: a section from the trimming field of a thin-film resistor with square lithographically produced structural 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 mit der lithographischen Strukturierung des Feldes 7 zu einer mäanderförmigen Widerstandsbahn werden in 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-förmigen Strukturelemente 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. Letzeres 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 resistance layer 2 is applied to an electrically insulating hard glass substrate 1, which over a contact 3 and the contact 5 provided with an interconnect 4 is contacted. The one between the contacts 3 and 5 lying electrical resistance is determined by the lateral geometry of the layer structure in the two by the dashed line 6 separate fields 7 and 8 determined. Simultaneously with the lithographic structuring of the Field 7 become a meandering resistance track U-shaped structural elements 9 along the for beam processing in field 8 intended for resistance adjustment to setpoint value provided trim distance introduced. The subsequent beam processing process is in continuation the meandering structure in the field 7, the trim track 10 is guided so that it is approximately in the center of the base of the U-shaped structural elements 9 runs cutting. The trimming process is controlled in such a way that the trimming path 10 is always aborted lies within the leg heights of the U-shaped structural elements 9. For higher accuracy demands on the resistance value further trim tracks 11 and 12 reserved for fine adjustment are provided, which are also in combination with lithographically produced structural elements 9 or like the trimming track 12 used for the final adjustment without these elements get lost. The latter is possible without any adverse effect on the properties of the resistance if the Contribution of the trim track 12 to the final resistance value is very small.

Der in Fig. 2 dargestellte Dünnschichtwiderstand mit einem Widerstandswert in der Größenordnung des Flächenwiderstandes der Widerstandssehicht ist zwischen den Kontakten 3 und 5 mit den angeschlossenen Leitbahnen 4 angeordnet. Die lithographisch hergestellten doppel-U-förmigen StrukturelementeThe thin-film resistor shown in FIG. 2 with a resistance value in the order of magnitude of the sheet resistance the resistance layer is arranged between the contacts 3 and 5 with the interconnects 4 connected. The lithographic manufactured double-U-shaped structural elements

- Je- - ""* "P iO82/a- Je- - "" * "P iO82 / a

sind im Hauptwiderstandsbereich 13 und im Nebenschlußbe— reich 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 den Widerstandswert ist ein Feinabgleich allein durch strahlbearbeitete Elemente 15 ausgeführt, ohne daß dadurch die Gebrauchseigenschaften des Widerstandes nachteilig beeinflußt sind.are in the main resistance area 13 and in the shunt connection Rich 14 is carried out separated by line 6. You are in the trimming process until the pre-adjustment or fine adjustment value has been reached connected by trimming tracks 10 in such a way that they are always set back from the legs of the U-shaped structural elements 9, however, surely cross the base of both U's. A fine adjustment is necessary for high accuracy demands on the resistance value carried out solely by beam-machined elements 15, without thereby affecting the properties of the resistor are adversely affected.

Widerstände, deren Widerstandswert klein gegenüber dem Flächenwiderstand ist, erfordern auf Grund des im allgemeinen üblichen Breitenabgleichs keine lithographische Vorstrukturierung. Im Bedarfsfall ist dies jedoch in Analogie zu Fig. 2 möglich.Resistors, the resistance value of which is small compared to the sheet resistance, generally require due to the customary width alignment no lithographic pre-structuring. If necessary, however, this is possible in analogy to FIG. 2.

Außer den in Fig. 1 und 2 dargestellten Konstruktionen von U—förmigen lithographisch hergestellten Strukturelementen 9 mit den Trimmbahnen 10 sind natürlich noch 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 umso höheren Maße erfolgen, je höher die mittlere Flächendichte der strahlbear— beiteten Abtragspuren ist.Apart from the constructions of U-shaped lithographically produced structural elements 9 shown in FIGS. 1 and 2 with the trim tracks 10, any other structural elements and trim elements can of course also be used, provided that they meet the conditions of the calibration process and do not lead to uncontrolled critical flow path constrictions and the current flow in the resistor from the resistor layer region adjoining the machining track in one Sufficiently displace a width of around 20 ... 50% of the removal width. The current displacement, d. H. the reduction the current density in the edge zone of the machining track Compared to the average current density in the other areas of the resistance layer, this must be all the greater, the higher the mean surface density of the abrasion traces processed by blasting.

Die Auswahl bzw. Festlegung der Trimmbahn erfolgt zweckmäßig nach Messung des Widerstandsvorwertes vor Beginn des Trimm— Prozesses unter Berücksichtigung der Anordnung der Strukturelemente 9 und im Hinblick auf minimale Stromdichte im strahlbearbeiteten Flächenbereich. Für derartige Widerstands-The selection or definition of the trim path is expediently carried out after measuring the resistance value before the start of the trim- Process taking into account the arrangement of the structural elements 9 and with a view to the minimum current density in the beam machined surface area. For such resistance

"- T-- "P 1082/a"- T--" P 1082 / a

strukturen 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 Aufladungen während der Bearbeitung zu vermeiden. Diese Variante ist für die Realisierung von verschiedenen Widerstandswerten bei gleichem sontigem Aufbau des Dünnschichtwiderstandes besonders geeignet und gestattet auch, die Trimmbahnführung an den notwendigen Widerstandsanstieg in einem weiten Bereich anzupassen.structures are shown in FIG. 3 with in the direction of the arrow trimming field of the resistor through which current flows, like a matrix arranged lithographically produced square structural elements 9 expediently, which by beam-processed Trim tracks 10 in a variety of drag track configurations can be connected. When using electron beam processing, one corner should be open Square structures are used to avoid disruptive charging during processing. This variant is for the realization of different resistance values with the same other structure of the thin-film resistor particularly suitable and also allows the trim path guidance to the necessary increase in resistance in a wide Adjust area.

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 FIGS. 1 and 2 can also be part of resistor networks be as they are as passive electrical components or as an integrated resistor network for hybrid circuits can be used.

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

Claims

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1. Thin-film resistor consisting of an electrically insulating Substrate, one applied thereon, lithographically structured resistance layer, which is connected to interconnects and contacts and through their lateral geometry the resistance value between the contacts of the resistors is determined, the lateral Structure of the resistance layer in a combination of lithographic structuring and electron or laser beam processing is generated, characterized in that on the area required for the trimming process the resistance layer (2) lithographically structural elements (9) are applied in such a way that they are through beam, Processing to trim tracks (10) or trim elements can be supplemented and the current flow through the resistance layer (2) is displaced from the edge zones of the resistance layer (2) adjoining the trim tracks (10).

2. Thin-film resistor according to item 1, characterized in that the structural elements (9) are U-shaped and the trim track (10) connecting them is within the leg height of the structural elements (9) or outside the resistance area through which current flows begins and ends.

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

- 3 pages of drawings