Тонкопленочный резистор
ТОИКОПЛБНОЧНЫЙ РЕЗИСТОР, содержа1ди11 диэлектрическую подлож-г; ку с последовательно нанесенными на нее двукш резистивнынот с температурными коэффициентами сопротивления (ТКС) противополож ного знака и контактны слоями/ . о тли ч а ю щи и с. я тем, что, с целью расширения диапазона вели чины удельного поверхностного сопротивления в сторону увеличения и улучшения воспроизводимости элект рических параметроврезисторов, в качестве материала первого слоя использованы силицидов хрома и никеля , а в качестве материала второго слоя -г силициды хрома и железа , причем величины удельных сопро .тивлений слоев и величины ТКС связаны следукхоим соотнесением:. Ra /TKCf-l R7 /TKC2 1 где R, - удельное поверхностное сопротивление пербого слоя; 2 - удельное поверхностное сопротивление второго слоя;ч, TKCj - температурный коэффици (Л ент сопротивления первого слоя/ , - температурный коэффицй: ент сопротивления второго слоя. э з: 4 :о ND N0
09) 03) СОЮЗ ССВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
3(5Р Н 01 С 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblfHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н asropckoNv свидпаЫтвм (21) 3446483/18-21. (22) 28.05.82 (46) 30. 12. 83. Бюл. В 48 (72) 43.А.Шостко,- Ю.П.Жданов, A.A.Aðåøêèí и A.À.éôàíàñsåâ (53) 621.316.8 (088.8) (56) 1. Заявка Японии В 43-12438, кл. Н 01 С 17/00, 1968.
2. Авторское свидетельство СССР
Ю 293271, кл. Н 01 С.7/06, 1971. (54 ) (57) ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ РЕЗИСТОР i содержащий диэлектрическую подлож- . ку с последовательно нанесенными на нее двумя резистивными слоями с температурными коэффициентами сопротивления (ТКС) противополож ного знака и контактными слоями, о т л и ч а ю щ и и с.я тем, что,. с целью расширения диапазона аели- .
° чины удельного поверхностного сопротивления в сторону увеличения и улучшения воспроизводимости электрических параметров- резисторов, в качестве материала первого слоя использованы силициды хрома и никеля, а в качестве материала второго слоя †. силициды хрома и железа, причем величины удельных сопро-,,тивлений слоев и величины ТКС связаны следующим соотношением:
SfVKC - и 4/ТКсз+1 где Ц, — удельное поверхностное сопротивление первого .:.слоя, — удельное поверхностное сопротивление второго слоями
ТКс< — температурный коэффициент:сопротивления первого слоями ГKC - температурный коэффицй2. ент сопротивления второго слоя
1064322
Изобретение относится к микро= электронике и может быть использовано для изготовления прецизионных термостабильных тонкопленочных резисторов.
Известен тонкопленочный резистор, у которого TKC основного резистивного слоя скомпенсирован величиной ТКС промежуточного резистивного слоя, расположенного между основным слоем и контактной плоь,адкой и частично вист.пающего за контактную площадку (1J .
Недостатком данного резистора является то, что при изготовлении таких резистивных элементов возникают трудности с селективным травлением двух резистивных слоев. Влияние травителя промежуточного слоя на величину сопротивления основного слоя значительно снижает воспроизBoQHMocTb технологического процесса.
Наиболее близки»л к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тонкопленочный резистор, содержащий диэлектрическую подложку с последовательно нанесенными на нее двумя резистивными слоями с температурными коэффициентами сопротивления противоположного знака и контактными слоями.
Резистор изготавливают следующим образом. Сначала напыляют тонкую пленку хрома толщиной 100
150 А с удельным сопротивлением
200 Ом/п, термостабилизируют, затем поверх пленки хрома напыляют более толстую пленку родня с толщиной 300-350 А и удельным поверх-, ностныи сопротивлением 50 Ом/п.
Полученное пленочное сопротивление имеет низкое значение величины
ТКС равное Й 4 ° 10 град» (2Д.
Недостатком известного резистора . является то, что удельное поверхностное сопротивление такого элемента меньше 50 Ом/и, в то время как при изготовлении микроблоков приемно-усилительных. устройств необходижа термостабильиые резистивные элементы .с удельным поверхност-. ным сопротивлением 50 — 1000 Ом/п.
Цель изобретения — расширение диапазона величины удельного поверхностного сопротивления в сторону увеличения и улучшения воспроизводимости электрических параметров резисторов.
Поставленная цель достигается тем, что в тонкопленочном резисторе, содержащем диэлектрическую подложку с последовательно нанесенными на нее двумя резистивными слоями с температурными 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 соотношейием
Я, !ТКС.- i
10. (ткс,+л
Ф где Р, — удельное поверхностное сопротивление первого слоя; удельное поверхностное
15 сопротивление второго слоя, Т С» — температурный коэффициент сопротивления первого слоя, VKCz температурный коэффициент сопротивления второго слоя.
ha чертеже изображен предлагаемай тонкопленочный резистор.
Предлагаемая конструкция тонкопленочного резистора представляет собой диэлектрическую подложку 1, на которую напилены двухслойная структ„ра, состоящая из первого слоя 2 на основе силицидов хрома и никеля с отрицательным ТКС и второго слоя 3 на основе силицидов хрома 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.
Рассмотрим частный случай, когда двухслойная система имеет минималь40 ный ТКС в области 20-120 C. При расчете принимаем Й» — удельное поверхностное сопротивление первого слоя с отрицательным ТКС, например PC — 3710, Ом/п; R — удель45 ное поверхностное сопротивление второго слоя с положительным ТКС, например РС вЂ” 5402, Ом/п.
Двухслойную систему можно пред
50 ставить как параллельное соединение двух резисторов. Тогда удельное поверхностное.сопротивление систем бу
1 » 2
55 дет равно
Я»+ йз
Так как первйй и второй слои имеют ТКС с разными знаками, то при изменении температуры на 8Т
60 удельное поверхностное опротивление первого слоя уменьшится на ЭМ„ и станет равным R»- 8R», а удельное поверхностное сопротивление второго слоя увеличится на ЗР и станет равныи Ир » ЗЮ, при этом удельное
1064322 (R,-а Й,)(а,л а Й,.>
R ° - Й,+Й лЪ|
Чтобы двухслойная система имела минимальный ТКС в области температур 20 - 120вС, удельное поверхнос .ное сопротивление двухслЬйной системы при 20 С должно быть равно 10 удельному поверхностному сопротив лению системы-при 120©С, т.е. с изменением температуры íà OT 100еС, удельное поверхностное со. ротивление двухслойной системы не должно 15 изменяться.
Следовательно
Я,Rз (R.,-8кл)(Й +а R>l г-, » ч;тзъ;— (а)
Из (1) можно получить
20 и ,Йл- f Й + — г.-Q аЙ, aR, (2).
Прежде чем провести дальнейвюе преобразование уравнения (2), рассмотрим, что собой представляет
TKC каждогО из слоев. Значение ТКС .обозначим через л., преобразования будем вести с модулями C, что:бы не учитывать знаки ТКС. По оп- ., . ределению TKC первого, слоя -равен (3) где коэффициент
1ы,1-»
К= («-,,1+
Правильность формулы (3) проверяют экспериментальным путем. Получено значение коэффициента К, при котором двухслойная система имеет
40 минимальный ТКС равный 0,100, а не 0,116 (как по расчету). Это можно объяснить тем, что с уменьшением толщины слоев их TKC не сколько изменяется. ..45
Представленный расчет проводился для частного случая, т.е ° для диапазона температур 20-120ОС, так как именно в этом диапазоне в основнгм работает радиоэлектронная аппаратура и проводятся климатические испытания тонкопленочных микросхем. ,:Приведенный выше расчет можно произвести для общего случая и записать .уравнение (3) в общем виде. Прн этОм будем исходить из того же условия: с изменением температурьь на дг удель"ное поверхностное сопротивление первого и второго слоев изменяется сооТВеТсТВеННо на О Й„H О Й удельное поверхностное сопротивление двухслойной системы остается без изменения, т.е.
Ri Ri (Йл-BR )(R t ЬЯ Д (4}
R,л R R„-BR R дй
I из уравнения (2) становится рав; г к, SRi ным
R 60
gR„R«l <,,I, Величина l «(легко рассчитывает"ся по величине ТКС («i) nepsoro слоя, поверхностное сопротивление двухслойной системы станет равным
ЭЙ, Й,ат а ТКС второго;слоя равен
Рассмотрим, что собой представR1 ,ляет слагаемое из уравнеЩ йия (2)
ВЙ, ЗЙ, аaтT= еСД ат " ат=" ЗЧ где Ф, (— величина обратная
TKC («4* Если, обозначим через (М I
Iet,," I .ат
<о р то слагаемое, ю, I "рт который предварительно определяется практически и по значению 37 =100 С.
Аналогичным образом можно предо ставить слагаемое д в уравдЯ2 ненни (2) l — „=,,,1. з
Подставляя преобразованные слагаемые в уравнение (2), получаем
Я,(.-„, - 1 = R,(Ü-,,1+ ), г отсюда !
М,"01-1
"г R< .,;R
16с- л!+л л ъ
Зная значения ТКС первого и второго лоев отдельно и величину ЭТ =
= 1000C рассчитываем коэффициент .К, В данном случае он равен К = C,116.
Формула (3) дает прямую зависимость между удельными поверхностными со- противлениями первого и второго слоев, по которой подбирается пара значений Ri u Rz, обеспечивающая минимальное значение ТКС двухслойной систеьи в области температур .
20 120оС
1064322 где С,, и с — соответственно величины, обратные величинам С, и С
С,-1 и
\1 г
Обозначив к-с „ получаем зависимость
Рг=Р .К..
35 (6) 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 двухслойного ! резистивного элемента с минимальным TKC отйошение сопротивлений слоев (второго к первому) выбирается равным коэффициенту К.
Для вычисления коэффициентов К предварительно измеряется величина
TKC первого и второго слоев для определенного интервала температур.
В данном случае измерена величина
50 уравнение (4) преобразуем в следующее и д
+кге г (5)
5 уравнения (4) и (5) соответственно те же, что (1) и (2) . По определению температурная стабильность реэистивного слоя (С), измеренная для опреде енного интервала температур и выраженная в относительных
ЭК. единицах, равна
В этом случае д » Зкz
=с,;
2.
Причем термостабильности С и Cg должны быть измерены в одном и том же интервале температур, тогда урав- нение (Я запишется в следующем виде йг
R- — С1 Сг 25 или ТКС резистивных слоев на основе РС - 3710 и РС вЂ” 5402 для интервала температур 20-120 С и полу0 чены значения С4= 0,018 и С =О,002. Подставляя значения СЧ и Су в уравнение (6) поз.учаем — -1 0,0 8 SS,S -1 К=. =0,108, 500+< 0,002 Первый резистивный слой (РС-3710) "напыляется .взрывным способом с танталового испарителя при темпера- . туре подложки 300 С. После напыления температура подложки поднимается до 400 С, при которой происходит термостабилизация слоя в течение 1 ч. Затем температура подложки снижается до 300 C и в вакуумную камеру напускается воздух. При этом происходит окисление напыленного слоя Второй компенсирующий слой РС-5402 напыляется также взрывным способом " танталового испарителя при температуре подложки 300 С. При напылении по "свидетелю" контролируется суммарное сопротивление двухслойной системы. После стабилизации двухслойной системы при 300 С в течение 30 мин в вакуумную камеру напускается воздух. В качестве контактных площадок наносится трехслойная пленка хром-, медь-никель. Резистивные элементы формируются методом фотолитографии. На основе двухслойной системы ,РС-3710 - PC — 5402 выполнены элементы с удельными.поверхносгнымисопротивлениями 100-1000 Ом/п и измерены значения температурного коэффициента сопротивления. Предварительно измерены TKC однослойных резистивных элементов и получены значения для PC-3710 g< =-170 ° 1(Г град ; для PC-5402 20-10 град 1, Отсюда коэффициент К 0,116. Однако 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 для пленок системы РС-3710 = РС-5402. 1064322 I Ч 1В 1 о(о» Ф I нг ° ° 1 I 1 3-Và 1O1Ма, 133! I Н 3! I.: I 1 1О1 (н! 1((cf ) I и 1 О("М 1а1НО 1 I и )Щ.! И .т О)ОЕ З 1 йg(!Ig 1 I а!.ВжР!" .,! о(39„31 :) а !.О)" yO(Н1" l Ю Ъ а е н I. 1 1 I !!..в о ч о в 1 :ce и v..t n I . Ф С Ъ (Ч CV 1 (I IO...lA .Ю, Ch O Н,: Н : 1 O Н . 1: Н .Н Н Фь . с ъ ъ ъ О. . О О .О О I 1 I о . в ht СЧ Н1 о.-оо dl Ю lA н н н о o о е о 1 (» Н Н(в (ф н н ! 3 ИI Ф I 1 OI I :! Е) ;I (1, I ) 1 I I! (I .С 6 о о о о О О н н ;1 1 ! о: о о о о O Н O O O Н 1.СЧ .Ю. 1 .О ЖеМ :1:. оъ ;I. 34 Ы. I 3 1 . I I 1 I ! о. ! сч 1.. . "О (о! iö .. cv сч r (Ое )Ф)34ф 1 1. I ) Ф1) Ф (О)ж C(: I .O 4 ! и )Оe4 e о ) "!. 013) IC 3) 5 "н «ъ ИаО 1 .н сч ..m 1 ОЕ):И (I 3ОЦОО) (: 3 ! 14„° 1. (1Е I 1o» ) O;; ю в 3 нТ ° f I ° М .! .Н:, Н, Н1 (ОЕ - (мй 1 I Н)!. I О 1 ! ) 1, 1 61Ъ ! е.3 ..о. в .о. о М) 3 ) о. а н., н н н6 1 и . о: "о- о. Е е ° .; .о, о: .о. МЫ l. О..- О Ф Ц.ВO 4 I Н1 .. МЧ 4 Ъ Qo-eg 503 ! 1 -Ф 1 Pu . 1 Н (Ч . Е Ч В 1 (!f I Ю I ! в 1 о 1 . I 1 1 I. 1. 1 I 1 I ) I ! I f ! ! 1 I. ! I. l ( I 1 I 1 I ! 1064322 Составитель Н.Кондратов Рвдактор ю.ковач техред и.тепер . . корректор А.повх Заказ 10539/52 Тираж.703 . . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Как видно из таблицы, получен. ные резистивные системы имеют сниженное значение ТКС в диапазоне удельных поверхностных сопротивлений .10-1000 Ом/п при указанном соотношении номиналов слоев. Использование термэстабильных тонкопленочных резисторов предлагаемой конструкции, имеющих ТЕС с l10I ° 10 град.- позволит улучшить характеристики микроплат по сравнению с прототийом, в состав которых входят. эти элементы, повысить надежность, срок службы . микроплат в процессе эксплуатации, а также выход гоДных на 11% при их изготовлении.
