Тонкопленочный резистор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК(19) ( А 9 Н 01 С 7 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯдвтмснай сництвзктвмм 5ю и. Т 3 с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬОИЯ(54)(57)ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ РЕЗИСТОР.содержащий диэлектрическую подлож- .ку с последовательно нанесеннымина нее двумя резистивными слоямис температурными коэфФициентамисопротивления ТКС) противоположного знака и контактными. слоями,о т л и ч а ю щ и й с.я тем, что,.с целью расширения диапазона аели- .чины удельного поверхностного сопротивления в сторону увеличенияи улучшения воспроизводимости элект. рических параметров резисторов, в качестве материала первого слоя использованы силициды хромаи никеля, а в качестве материала второго слоя в .силициды хрома и железа, причем величины удельных сопро-, ,тивлений слоев и величины ТКС связаны следующим соотношением: В 1 КС - й, 1 ТКе где Ц, - удельное поверхностноесопротивление первого.:.слоя, - удельное поверхностное сопротивление второго слоя; е ТКС - температурный коэффициент:сопротивления первого слоями С - температурный коэффицй. ент сопротивления второго слоя.Изобретение относится к микро=электронике и может быть использовано для изготовления прецизионных термостабильных тонкопленочных резисторов,Известен тонкопленочный резистор, у которого ТКС основного резистивного слоя скомпенсирован величиной ТКС промежуточного резистивного слоя, расположенного междуосновным слоем и контактной площадкой и частично выступающего законтактную площадку Я .Недостатком данного резистораявляется то, что при изготовлениитаких резистивных элементов возникают трудности с селективным травлением двух резистивных слоев. Влияние травителя промежуточного слояна величину сопротивления основногослоя значительно снижает воспроизводимость технологического процесса.Наиболее близкил к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является тонкопленочный резистор, содержащийдиэлектрическую подложку с последовательно нанесенными на нее двумярезистивными слоями с температурными коэффициентами сопротивления противоположного знака и контактными слоями.Резистор изготавливают следУющим образом. Сначала напыляюттонкув пленку хрома толщиной 100150 А с удельным сопротивлением200 Ом/и, термостабилизируют,затем поверх пленки хрома напыляютболее толстую пленку родня с толщиной 300-350 А и удельным поверх-,ностным сопротивлением 50 Ом/п.Полученное пленочное сопротивлениеимеет низкое значение величиныТКС равное л 410 ф 1 рад ф 2 Д.Недостатком известного резистораявляется то, что удельное поверхностное сопротивление такого элемента меньше 50 Ом/и, в то времякак при изготовлении микроблоковприемно-усилительных. устройств необходижа термостабильиые резистивные элементы .с удельным поверхност-.ным сопротивлением 50 - 1000 Ом/п.Цель изобретения - расширениедиапазона величины удельного поверхностного сопротивления в сторону увеличения и улучшения воспроизводимости электрических параметроврезисторов,Поставленная цель достигаетсятем, что в тонкопленочном резисторе,содержащем диэлектрическую подложку с последовательно нанесеннымина нее двумя резистивными слоями стемпературными коэФФициентами сопротивления противоположного знака и контактными слоями, в качестве материала первого слоя использованы силициды хрома и никеля, а в качестве материала второго слоясилициды хрома и железа, причем величины удельных сопротивлений слоев и величины ТКС связаны следующим соотношейиемй,иткс,-(10.йа (7 к С+Фгде Р, - удельное поверхностноесопротивление первого слоя;удельное поверхностное15 сопротивление второго слоя,ТС - температурный коэффициентсопротивления первого слоя;УКС- температурный коэффициентсопротивления второго слоя,На чертеже изображен предлагаемюйтонкопленочный резистор.Предлагаемая конструкция тонкопленочного резистора представляетсобой диэлектрическую подложку 1,на которую напилены двухслойнаяструкт ра, состоящая из первогослоя 2 на основе силицидов хромаи никеля с отрицательным ТКС ивторого слоя 3 на основе силицидовхрома и железа с положительным ТКС,и контактные площадки 4, причем,соотношение толщин первого и вТорого слоев должно быть строго определенным.Двухслойную систему можно рассчитать таким образом, что она будет иметь ТКС близкий к нулю,1Рассмотрим частный случай, когдадвухслойная система имеет минималь иый ТКС в области 20-120 фС. Прирасчете принимаем Й - удельное поверхностное сопротивление первого слоя с отрицательным ТКС, например РС - 3710, Ом/п; Й - удель ное поверхностное сопротивлениевторого слоя с положительным ТКС, например РС - 5402, Ом/п.двухслойную систему можно пред ставить как параллельное соединениедвух резисторов. Тогда удельное поверхностное,сопротивление систем бу,1 ф 1 2дет равной+ йзТак как первйй и второй слоиимеют ТКС с разными знаками, то при изменении температуры наЗТ 60 удельное поверхностное опротивление первого слоя уменьшится на ЭМ и станет равным Я- дй 1, а удельное поверхностное сопротивление второго слоя увеличится на ЗР и станет 65 равныи Ир Ф ЗЮ, при этом удельное(Й,-ад,) С аг+ а К,) К,-ав,+Яг а,5Чтобы двухслойная система имеламинимальный ТКС в области темпера тур 20 - 120 вС, удельное поверхностное сопротивление двухслЬйнойсистемы при 20 оС должно быть равно 10удельному поверхностному сопротивлению системы при 120 С, т.е. с изменением температуры на ЭТ100 фС,удельное поверхностное со.ротивление двухслойной системы не должно 15изменяться.СледовательноЙ,Йз Ж Англ Эг)31 ,С:в вдйЗВИИз О) можно получить20фа й,й,- в+ Я + - 2:0ак,ая,Щ25Прежде чем провести дальнейаеепреобразование уравнения (2), рассмотрим, что собой представляетТКС каждогО из слоев. Значение ТКС.обозначим через Ф ., преобразования. будем вести с модулями я , что"бы ие учитывать знаки ТКС. По оп.ределению ТКС первого, слоя равен(3 где коэффициент1 л 1-лК=лс +Л 35Правильность формулы СЗ) прове-.ряют экспериментальным путем. Получено значение коэффициента Х, прикотором двухслойная система имеет 40 минимальный ТКС равный 0,100, ане 0,116 Скак по расчету). Это можно объяснить тем, что с уменьшением толщины слоев их ТКС не сколько изменяется.45Представленный расчет проводился для частного случая, т.едля диапазона температур 20-120 ос, так какименно в этом диапазоне в основньмработает радиоэлектронная аппаратура и проводятся климатические испытания тонкопленочных микросхем.,:Приведенный выше расчет можно произвести для общего случая и записатьуравнение 3) в общем виде. Прн этомбудем исходить из того же условия:с изменением температурьь на Э 1 удель"ное поверхностное сопротивлениепервого и второго слоев изменяетсясоответственно на Эйл и очаг, аудельное поверхностное сопротивление двухслойной системы остаетсябез изменения, т.е.Сйл- д Рл) С Игл ай ) 4)и й й-дй 8 дй яфЬйлным 1 из уравнения (2) становится рав; 1вф 6039 л 1 ЛОВеличина 1 Млегко рассчитывает"- ся по величине ТКС Скл) первого слоя,поверхностное сопротивление двухслойной системы станет равным ЭйлК,ЭТа ТКС второго;слоя равен Рассмотрим, что собой представК,-лЯТ Ло Ю 1 который предварительно определяется практически и по значению д"11 =100 фС,Аналогичным образом можно предогставить слагаемое "д в уравИгненни С 2)гекг Подставляя преобразованные слагаемые в уравнение С 2), получаем8,(1.,-л 1 = И,Ь,+),отсюдам,",1-41" - .11лГ, ллг Зная значения ТКС первого и второго лоев отдельно и величинуЭТ = = 100 ОС, рассчитываем коэффициент .К, В данном случае он равен К = 0,116. формула 3) дает прямую зависимость между удельными поверхностными со- противлениями первого и второго слоев, по которой подбирается пара значений йл и Й , обеспечивающая минимальное значение ТКС двухслойной система в области температур 20-120 С.=С,; - =Сг,2.Причем термостабильности С и Сдолжны быть измерены в одном и томже интервале температур, тогда ураннение Я запишется в следующемвиде8- - Я+ - =ОС Сг25 или 82 С 2+)=К,(С -,где С и с- соответственно величины, обратные величинам Сб и СагС, --С л получаем зависимость Рг=Р К, 356) 40 Таким образом, коэффициЕнт К равен отношению разности величины, обратной величине ТКС первого слоя, н единицы н сумме величины, обратной величине ТКС второго слоя, и единицы.Для получения двухслойногорезистивного элемента с минимальныи ТКС отйошение сопротивлений слоев второго к первому) выбирается равным коэффициенту К.,Цля вычисления коэффициентов К предварительно измеряется величина ТКС первого и второго слоев для определенного интервала температур. В данном случае измерена величина 50 уравнение 4) преобразуем в следующеей р 2Я22 55уравнения И 1 и 15) соответственно те же, что (1 и 2). По определению температурная стабильность реэистивного слоя (С), измеренная для определенного интервала темпе ратур и выраженная в относительных ТКС резистивных слоев на основеРС - 3710 и РС - 5402 для интервала температур 20-120 С и полуОчены значения С= 0,01 В и С=0,002,Подставляя значения СЧ и Су вуравнение (6) по.учаем0,08 6,5 -1К= ф 0,108600+0,002Первый резистивный слой (РС)"напыляется .взрывным способом с танталового испарителя при темпера- .туре подложки 300 фС. После напыления температура подложки поднимается до 400 аС, при которой происходит термостабилизация слоя. в течение 1 ч. Затем температура подложки снижается до 300 фС и в вакуумную камеру напускается воздух. Приэтом происходит окисление напыленного слоя,Второй компенсирующий слойРСнапыляется также взрывнымспособом с танталового испарителяпри температуре подложки 300 фС.При напылении по "свидетелю" контролируется суммарное сопротивлениедвухслойной системы, После стабилизации двухслойной системы при300 С в течение 30 мин в вакуумную камеру напускается воздух,В качестве контактных площадокнаносится трехслойная пленка хром-,медь-никель. Резистивные элементыформируются методом фотолитографии.На основе двухслойной системы,РС- РС - 5402 выполнены элементы с удельными. поверхностнымисопротивлениями 100-1000 Ом/п иизмерены значения температурногокоэффициента сопротивления. Предварительно измерены ТКС однослойных резистивных элементов иполучены значения для РС р =-1701(Гград ф; для РС 2010 град 1.Отсюда коэффициент К 0,116. Ор 3 нано с увеличением удельного поверхностного сопротивления каждого из слоев коэффициент К умень-шается до 0,100 за счет некоторого изменения их ТКС.В таблице приведены сравнительные данные по толщине и ТКС дляпленок системы РСв . РС.Заказ 10539/52 Тираж.703 . . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП фПатентф, г. ужгорОд, ул. Проектная, 4 Как видно из таблицы, получен. нйе резистивные системы имеютсниженное значение ТКС в диапазоне удельных поверхностных сопротивлений .10-1000 Ом/и при указанном соотношении номиналов слоев, "Использование термэстабильных тонкопленочных резисторов предлагаемой конструкции, имеюшихТКС с 10110 оград-ф позволит улучшить характеристики микроплат посравнению с прототийом, в составкоторых входят. эти элементы, повысить надежность, срок службы .микроплат в процессе эксплуатации,а также выход гоДных на 11 при ихизготовлении.