Тонкопленочный резистор и способ его изготовления

 

Изобретение относится к области микроэлектроники. Тонкопленочный резистор, (ТПР) содержит прямоугольный резистивный элемент и два электрода из многослойной проводящей структуры, которые имеют гребенчатую форму и n-резистивных элементов, расположенных параллельно ширине электродов, и n-1 прямоугольных окон, незанятых пленочными элементами и расположенных при окончании резистивных элементов перпендикулярно им, а коэффициент формы К_ф1 каждого резистивного элемента должен находиться в пределах 0,07≤К_ф1 ≤ 0,13, при этом длина электродов должна быть не менее длины резистивных элементов. Способ изготовления тонкопленочного резистора заключается в напылении на подложку резистивного слоя и многослойной проводящей структуры и осуществления двойной фотолитографии, при этом после первой фотолитографии травлением многослойной проводящей структуры формируют встречно-гребенчатые электроды, второй фотолитографии формируют резистивные элементы, при второй фотолитографии фоторезист наносят на весь резистор за исключением окон, ширина окон равна минимальной ширине зазора между электродами, который достижим технологически, после чего в окнах производят травление резистивного слоя. Техническим результатом является расширение диапазона сопротивлений ТПР, изготавливаемых на одной плате. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к области микроэлектроники и могут применяться при изготовлении тонкопленочных микросборок, а более конкретно для конструирования и изготовления тонкопленочных резисторов на диэлектрических подложках.

Известен тонкопленочный резистор (ТПР) [1], содержащий в качестве одного электрода центральную контактную площадку. Недостатком этого ТПР является большая занимаемая площадь при его коэффициенте формы К_ф<0,1, вследствие увеличения площади, занимаемой электродами.

Известен ТПР прямоугольной формы [2]. Недостатком данной конструкции ТПР является то, что при К_ф<0,1 начинается значительный рост сопротивления R_эn его электродов. В типовом случае контактные площадки для измерения сопротивления ТПР подключают к электродам таким образом, что ток протекает последовательно через первый электрод, затем через резистивный элемент, затем через второй электрод. Обозначив длину резистивного элемента и его электродов через l, а их ширину через b получим:

где ρ_n - удельное поверхностное сопротивление проводящей пленки (электродов); К_ф=l/b. При малых значениях К_ф сопротивление R_эn увеличивает общее сопротивление ТПР и ухудшает его температурную стабильность из-за высокой чувствительности сопротивления проводящей пленки к воздействию температуры. Таким образом, ограничение К_ф ≥ 0,1 [3] является серьезным препятствием при проектировании тонкопленочных микросборок, т.к. существенно снижает диапазон сопротивлений ТПР, изготавливаемых на одной плате.

Задачей, на которую направлены изобретения, является расширение диапазона сопротивлений ТПР, изготавливаемых на одной плате.

Поставленная задача достигается за счет того, что тонкопленочный резистор, содержащий прямоугольный резистивный элемент и два электрода из многослойной проводящей структуры, имеет электроды гребенчатой формы, причем гребни электродов равны по длине и расположены навстречу друг другу, между гребнями находятся n прямоугольных резистивных элементов, с одинаковым коэффициентом формы, ширина которых равна длине гребня за вычетом минимального расстояния (зазора b₀), между концом гребня одного электрода и основанием другого электрода, при этом ширина гребня должна быть не менее длины резистивного элемента, а коэффициент формы K_ф1 каждого резистивного элемента должен находиться в пределах 0,07≤К_ф1 ≤ 0,13.

Отличительными признаками заявленного решения являются:

1. Применение электродов гребенчатой формы и их расположение относительно друг друга.

2. Расположение резистивных элементов относительно электродов.

3. Коэффициент формы К_ф1 одного резистивного элемента ТПР должен находиться в пределах 0,07≤К_ф1 ≤ 0,13.

4. Соотношение ширины гребня и длины резистивного элемента (ширина гребня должна быть не менее длины резистивного элемента).

Применение электродов гребенчатой формы позволяет существенно уменьшить их общее сопротивление R_эг, которое в первом приближении рассчитывается по формуле:

где k=l_э/l;l_э - ширина гребня; n - количество резистивных элементов; Кλ - коэффициент формы ТПР; К_ф1 - коэффициент формы n-ого резистивного элемента; К_ф1=ⁿ¹/_b.

При сопоставлении формул (1) и (2) видно, что сопротивление электродов предлагаемого ТПР может быть существенно меньше, чем у прототипа. ТПР с гребенчатой формой электродов можно рассматривать как n параллельно включенных прямоугольных резисторов, за счет чего общее сопротивление электродов существенно уменьшается.

Из формулы (2) следует, что сопротивление R_эг обратно пропорционально k, поэтому при k<1 R_эг начинает резко возрастать. Следовательно, ширина гребней электродов должна быть на менее длины резистивных элементов. Если К_ф1>0,13, то при увеличении n начинает значительно возрастать площадь ТПР и увеличивается погрешность из-за несовмещения фотошаблона с электродами ТПР при второй фотолитографии. Кроме того, при К_ф1>0,13 возрастает влияние на R_эг участков электродов, не соприкасающихся с резистивным элементом, поэтому эффект применения электродов гребенчатой формы снижается. При К_ф1<0,07 как следует из формулы (2) значительно возрастает влияние на R_эг первого члена суммы, что приводит к возрастанию сопротивления электродов.

Дополнительный эффект состоит в том, что уменьшение зазора между концом гребня одного электрода и основанием другого электрода уменьшает сопротивление гребня, а следовательно, и общее сопротивление электродов. Предельные размеры зазора _o определяются минимальным расстоянием между пленочными элементами, расположенными в разных слоях, которое определяется технологическими ограничениями способа изготовления [6].

Известен способ изготовления ТПР [4], заключающийся в напылении на подложку резистивного слоя, адгезионного слоя, например хрома, и проводящего слоя из золота, после чего проводят первую фотолитографию, выполняя после этого травление золота, а затем хрома, в результате чего формируют проводники и контактные площадки. При второй фотолитографии фоторезистом закрывают только резистивные элементы с перекрытием их по длине на 100 мкм, после чего выполняют травление резистивного слоя. Недостатком этого способа является то, что он требует применения в качестве проводящего слоя драгоценного металла - золота, что значительно повышает себестоимость изготовления микросборок.

Известен способ изготовления ТПР [5], заключающийся в напылении на подложку резистивного слоя и многослойной проводящей структуры, после чего проводят первую фотолитографию, выполняя после нее сквозное травление всех напыленных слоев до подложки. При второй фотолитографии фоторезистом покрывается вся подложка за исключением прямоугольных окон над резистивным элементом, после чего выполняется травление многослойной проводящей структуры. Недостатком этого способа, принятого за прототип, является высокая себестоимость изготовления ТПР, связанная с необходимостью повторного травления проводящего слоя.

Следующей задачей, на которую направлены изобретения, является снижение себестоимости изготовления ТПР.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе изготовления тонкопленочного резистора, заключающемся в последовательном напылении на подложку резистивного слоя и многослойной проводящей структуры и осуществлении двойной фотолитографии, при этом после первой фотолитографии травлением многослойной проводящей структуры формируют электроды гребенчатой формы, а после второй фотолитографии формируют резистивные элементы, причем после второй фотолитографии фоторезистом покрывают весь резистор за исключением окон, ширину которых образует зазор b_o, при этом всего формируют n-1 окон, после чего в окнах производят травление резистивного слоя и удаляют фоторезист.

Отличительными признаками заявленного способа по сравнению с прототипом являются:

1. Изменение рисунков фоторезистов, формируемых при первой и второй фотолитографии.

2. Изменение последовательности травления проводящих и резистивных слоев.

3. Уменьшение количества пленочных слоев, которые подвергаются травлению как после первой, так и после второй фотолитографии.

В заявленном способе после первой фотолитографии производят формирование электродов путем травления проводящего слоя. При этом по сравнению с прототипом исключается травление резистивного слоя, которое в изобретении производят после второй фотолитографии. Таким образом, по сравнению с прототипом суммарный эффект предлагаемого способа состоит в исключении повторного травления проводящего слоя, что и обеспечивает снижение себестоимости.

Благодаря наличию данных существенных признаков стало возможным изготавливать ТПР с 0,01≤К_ф ≤ 0,1, что на порядок увеличивает диапазон сопротивлений, изготавливаемых на одной плате.

Сущность изобретений поясняется чертежами фиг.1-3. На фиг.1 показана конструкция предлагаемого резистора. На фиг.2 показана стадия формирования резистора после выполнения операций первой фотолитографии, травления и удаления фоторезиста. На фиг.3 показана стадия формирования резистора после выполнения операции второй фотолитографии.

Предпочтительный вариант реализации предлагаемого ТПР (фиг.1) содержит два электрода 1 гребенчатой формы, причем гребни 2 электродов 1 равны по длине и расположены навстречу друг другу. Между гребнями 2 находятся прямоугольные резистивные элементы 3 с одинаковым коэффициентом формы К_ф1, ширина которых равна длине гребня 2 за вычетом минимального расстояния (зазора b_o), которое определяется технологическими ограничениями способа изготовления, между концом гребня 2 одного электрода 1 и основанием 4 другого электрода 1. В общем случае предлагаемый ТПР может содержать от 2 до n прямоугольных резистивных элементов 3. Ширина гребня 2 должна быть не менее длины резистивного элемента 3. Коэффициенты формы и сопротивление предлагаемого ТПР можно рассчитать по формулам:

где ρ - удельное поверхностное сопротивление резистивного элемента 3. Предлагаемый способ реализуют в следующей последовательности. На подложку 5 наносят резистивный слой 3, а затем многослойную проводящую структуру 1. Затем проводят первую фотолитографию, после чего травлением незащищенной фоторезистом многослойной проводящей структуры формируют электроды 1 гребенчатой формы (фиг.2). После второй фотолитографии фоторезист 6 покрывает весь резистор, за исключением окон 7 (фиг.3). Ширину окон 7 образует зазор _o, причем всего формируют n-1 окон 7. После чего в окнах 7 производят травление резистивного слоя и удаляют фоторезист 6 (фиг.1).

При конкретной реализации изобретений в качестве подложки 5 можно использовать, например, ситалл или поликор, в качестве резистивного слоя 3 - резистивный сплав PC-3710 или керметы, а в качестве многослойной проводящей структуры V-Cu-Ni или V-A1 и тому подобные структуры. Пусть l=b_o=l_э=50 мкм; b=5000 мкм; ρ_n=0,02 Ом/; ρ=1000 Ом/; n=5; k=1. На основании этих параметров по формулам (1-5) можно получить: К_ф1=0,1; К_ф=0,02; R_эп=2 Ом; R_эг=0,39 Ом; R_п=22 Ом; R_г=20,39 Ом, где R_n, R_г сопротивления резисторов прямоугольной и гребенчатой формы электродов. При этом погрешность, вносимая электродами прямоугольного резистора, составит 10%, а резистора с гребенчатой формой электродов 2%.

Источники информации

1. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. - Минск: Высшая школа, 1982, с.42-48, рис.3.2.

2. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. - Минск: Высшая школа, 1982, с.42-48, рис.3.1 (прототип).

3. Ефимов И.Е., Козырев И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. - М.: Высшая школа, 1987, с.169.

4. Бондаренко О.Е., Федотов Л.М. Конструктивно-технологические основы проектирования микросборок. - М.: Радио и связь, 1988, с.49-51, рис.2.5 а.

5. Бондаренко О.Е., Федотов Л.М. Конструктивно-технологические основы проектирования микросборок. - М.: Радио и связь, 1988, с.49-51, рис.2.5 б (прототип).

6. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. - Минск: Высшая школа, 1982, с.87.

Формула изобретения

1. Тонкопленочный резистор, содержащий прямоугольный резистивный элемент и два электрода из многослойной проводящей структуры, отличающийся тем, что электроды имеют гребенчатую форму, причем гребни электродов расположены навстречу друг другу, резистор имеет n прямоугольных резистивных элементов при n≥2, расположенных параллельно ширине электродов, и n-1 прямоугольных окон, не занятых пленочными элементами и расположенных при окончании резистивных элементов перпендикулярно им, а коэффициент формы К_ф1 каждого резистивного элемента должен находиться в пределах 0,07≤K_ф1 ≤ 0,13, при этом длина электродов должна быть не менее длины резистивных элементов.

2. Способ изготовления тонкопленочного резистора, заключающийся в напылении на подложку резистивного слоя и многослойной проводящей структуры и осуществлении двойной фотолитографии, при этом после первой фотолитографии травлением многослойной проводящей структуры формируют электроды гребенчатой формы, а после второй фотолитографии формируют резистивные элементы, отличающийся тем, что при второй фотолитографии фоторезистом покрывают весь резистор, за исключением окон, ширина которых равна минимальной величине зазора между электродами, при этом всего формируют n-1 окон при n≥2, после чего в окнах производят травление резистивного слоя и удаляют фоторезист.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3