一種變方阻薄膜電阻網絡的製作方法
2023-09-18 19:12:50 1
一種變方阻薄膜電阻網絡的製作方法
【專利摘要】一種變方阻薄膜電阻網絡，涉及器件和信號測量領域，使用多晶矽薄膜電阻技術和表面微加工技術製作，包括中心薄膜電阻、旁路薄膜電阻、信號傳輸線以及地線共同形成的完整信號通路，如T型/π型網絡，為了獲得較大的衰減量，中心電阻和旁路電阻的差值非常大，採用相同方阻會帶來尺寸躍變問題，本實用新型通過控制離子注入工藝條件，使中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻具有不同的雜質元素濃度，從而獲得不同的方塊電阻，有效調節了大幅度調整信號時電阻網絡的長寬尺寸，同時，可以採用上述原理使相同尺寸的電阻網絡具有不同的調整功能，與現有電阻網絡相比，本實用新型能夠節約結構面積，減小引入的寄生效應。
【專利說明】—種變方阻薄膜電阻網絡
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於器件和信號測量【技術領域】，特別涉及一種變方阻薄膜電阻網絡。【背景技術】
[0002]電阻網絡可以對信號電平幅度調整，吸收輸入功率，是測試儀器的前端模塊中的關鍵結構。輸入信號的動態幅度變化範圍可達數個數量級，電阻網絡不但可以擴大測試儀器的動態範圍，同時具有防止阻塞失效、保護設備、減小信號耦合等重要作用。
[0003]電阻網絡相比於其他信號調整結構，具有尺寸小、質量輕、可靠性高、性能穩定、易使用等特點，並可根據應用需求靈活設計。最常採用的電阻網絡拓撲結構有T型和π型，參見圖1a和圖lb。根據所需調整量等要求，可以根據理論公式計算獲得Rl和R2的電阻值。對於這兩種拓撲結構，Rl和R2的電阻值差值均會隨著所需調整量的增加而變大，甚至達到50倍甚至數百倍。
[0004]基於現代薄膜電阻加工工藝製作的電阻，其阻值取決於方塊電阻R □和電阻圖形的長寬比，即R=RO XL/W。在傳統的電阻網絡中，所述Rl和R2的方塊電阻R□相同，當所需調整幅度過大時，Rl和R2的長寬比L/W就會相差數十倍甚至數百倍，從而造成版圖尺寸躍變問題。同時，隨著電阻圖形面積增大，引起的寄生效應等也更大，惡化電阻網絡的功能參數和性能。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種變方阻薄膜電阻網絡，固定薄膜厚度h，通過控制薄膜電阻的摻雜濃度，改變它的電阻率P，從而使所述網絡中的電阻Rl和R2獲得不同的方塊電阻，縮小兩種電阻的尺寸差異，解決版圖尺寸躍變問題。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型採用的技術方案是:
[0007]一種變方阻薄膜電阻網絡，包括:
[0008]襯底；
[0009]設置於襯底上的緩衝隔離層；
[0010]設置於緩衝隔離層上的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻；
[0011]以及設置於緩衝隔離層上的由信號傳輸線及地線組成的連接中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻的信號通路；
[0012]其中，所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中均包含雜質元素，且包含的雜質元素濃度不同，具有不同的方塊電阻，通過信號傳輸線及地線相連形成完整的信號通路。
[0013]所述緩衝隔離層厚度為100_500nm，以阻擋製作中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻過程中的雜質元素擴散，防止漏電。
[0014]所述地線有兩條，分別設置在信號傳輸線兩側，和信號傳輸線共同組成共面波導傳輸線。[0015]所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻為多晶矽薄膜電阻。
[0016]所述方塊電阻大於10 Ω / □,小於5000 Ω / □。
[0017]所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻的厚度一樣，是10_7m量級，二者的圖形面積大小差別小於2倍。
[0018]所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質元素為硼或磷，通過離子注入方法完成摻雜。
[0019]所述信號傳輸線有三段，呈直線排列設置在兩條地線之間，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻均有兩個，兩個中心薄膜電阻分別設置在相鄰的兩段信號傳輸線之間，與信號傳輸線形成歐姆接觸；一個旁路薄膜電阻連接在中間段信號傳輸線和一條地線之間，另一個旁路薄膜電阻連接在中間段信號傳輸線和另一條地線之間，旁路薄膜電阻與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構成T型電阻網絡。
[0020]所述信號傳輸線有兩段，呈直線排列設置在兩條地線之間，中心薄膜電阻有一個，旁路薄膜電阻有四個，所述中心薄膜電阻設置在兩段信號傳輸線之間，與信號傳輸線形成歐姆接觸；四個旁路薄膜電阻分別設置在一段信號傳輸線與一條地線之間、一段信號傳輸線與另一條地線之間、另一段信號傳輸線與一條地線之間以及另一段信號傳輸線與另一條地線之間，並與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構成η型電阻網絡。
[0021]由於本實用新型基於可變方阻的薄膜電阻，當改變薄膜電阻中雜質元素的摻雜濃度時，它的方阻也會改變，摻雜濃度越高，方阻越小，因此，可以通過控制摻雜濃度使電阻網絡的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻具有不同的方塊電阻，調整它們的尺寸。
[0022]通過控制多晶矽離子注入的工藝條件，使所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含不同的雜質元素濃度，可以使信號通過所述T型/π型電阻網絡後，獲得大的調整幅度。同樣，通過控制多晶矽離子注入的工藝條件，可以改變中心薄膜電阻和旁路多晶矽中包含的雜質元素濃度，從而使信號通過相同尺寸的所述T型/π型電阻網絡時，獲得不同的調整幅度。
[0023]本實用新型使用多晶矽薄膜電阻工藝和表面微加工工藝製作，可以利用已有半導體工藝、MEMS工藝製作設備和技術。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1a為T型拓撲結構的電阻網絡示意圖；圖1b為型拓撲結構的電阻網絡示意圖。
[0025]圖2a和圖2b均為本實用新型的T型電阻網絡俯視圖，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質元素濃度不同。
[0026]圖3a和圖3b均為本實用新型的π型電阻網絡俯視圖，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質元素濃度不同。
[0027]圖4為圖3a的A-A面剖視圖。
[0028]圖5為圖3a的B-B面剖視圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例詳細說明本實用新型的實施方式。[0030]參見圖2、3、4、5，一種變方阻薄膜電阻網絡，包括一襯底100，襯底上設置有緩衝隔離層110，緩衝隔離層110上設置有中心薄膜電阻120、旁路薄膜電阻130、信號傳輸線140和地線150，它們共同組成T型/π型電阻網絡。信號傳輸線140和地線150共同組成共面波導傳輸線。中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻中包含不同濃度的雜質元素。
[0031 ] 參見圖2，T型電阻網絡中，包括兩個中心薄膜電阻120、兩個旁路薄膜電阻130、三段信號傳輸線140及兩條地線150。三段信號傳輸線140呈直線排列設置在兩條地線150之間，兩個中心薄膜電阻120分別設置在相鄰的兩段信號傳輸線140之間，與信號傳輸線140形成歐姆接觸；一個旁路薄膜電阻130連接在中間段信號傳輸線140和一條地線150之間，另一個旁路薄膜電阻130連接在中間段信號傳輸線140和另一條地線150之間，旁路薄膜電阻130與所連接的信號傳輸線140和地線150形成歐姆接觸，由此構成T型電阻網絡。其中中心薄膜電阻120相當於圖1a中的R1，旁路薄膜電阻130相當於圖1a中的R2。
[0032]參見圖3、4、5，型電阻網絡中，包括一個中心薄膜電阻120、四個旁路薄膜電阻130、兩段信號傳輸線140及兩條地線150。兩段信號傳輸線140呈直線排列設置在兩條地線150之間，中心薄膜電阻120設置在兩段信號傳輸線140之間，與信號傳輸線140形成歐姆接觸；四個旁路薄膜電阻130分別設置在一段信號傳輸線140與一條地線150之間、一段信號傳輸線140與另一條地線150之間、另一段信號傳輸線140與一條地線150之間以及另一段信號傳輸線140與另一條地線150之間，並與所連接的信號傳輸線140和地線150形成歐姆接觸，由此構成π型電阻網絡。其中中心薄膜電阻120相當於圖1b中的R2，旁路薄膜電阻130相當於圖1b中的R1。
[0033]本實用新型實現信號調整的原理是:
[0034]信號通過由中心薄膜電阻120、旁路薄膜電阻130、信號傳輸線140以及地線150共同組成T型/ π型電阻網絡後，部分信號能量會被電阻網絡吸收和/或損耗，從而信號幅度得到調整。
[0035]本實用新型減小電阻尺寸躍變的原理是:
[0036]大幅度調整信號的電阻網絡中，中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻130的阻值相差數十倍乃至數百倍。當中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻130具有相同的方塊電阻時，它們的長寬比相差較大，會引起器件版圖的尺寸躍變問題。本實用新型通過控制中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻130中雜質元素的濃度，使它們具有不同的方塊電阻，因此可以獲得相似的長寬尺寸，從而解決電阻尺寸躍變問題。
[0037]同時，根據上述原理，可以通過控制中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻130中雜質元素的濃度，使信號通過相同圖形尺寸的T型/π型電阻網絡後，獲得不同的調整幅度，參見圖2a和圖2b，以及圖3a和圖3b。
[0038]本實用新型可通過控制離子注入的劑量和退火溫度及時長控制多晶矽方阻。以某工藝線裡的參數舉例，多晶矽薄膜厚度為290nm時，對於硼注入劑量不同的樣品，退火950oC,30分鐘的方阻如表I所示，對於硼注入劑量均為5X1015cm_2的樣品，不同退火溫度下的方阻如表2所示。
[0039]表I不同注入劑量的樣品方阻(退火95CTC, 30分鐘)
[0040]
【權利要求】
1.一種變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，包括: 襯底； 設置於襯底上的緩衝隔離層； 設置於緩衝隔離層上的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻； 以及設置於緩衝隔離層上的由信號傳輸線及地線組成的連接中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻的信號通路； 其中，所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻具有不同的方塊電阻，通過信號傳輸線及地線相連形成完整的信號通路。
2.根據權利要求1所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述緩衝隔離層厚度為100-500nm,以阻擋製作中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻過程中的雜質元素擴散，防止漏電。
3.根據權利要求1所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述地線有兩條，分別設置在信號傳輸線兩側，和信號傳輸線共同組成共面波導傳輸線。
4.根據權利要求1所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻為多晶矽薄膜電阻。
5.根據權利要求1所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述方塊電阻大於10 Ω / □，小於 5000 Ω / □。
6.根據權利要求1所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻的厚度一樣，是10_7m量級，二者的圖形面積大小差別小於2倍。
7.根據權利要求1-6任一權利要求所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述信號傳輸線有三段，呈直線排列設置在兩條地線之間，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻均有兩個，兩個中心薄膜電阻分別設置在相鄰的兩段信號傳輸線之間，與信號傳輸線形成歐姆接觸；一個旁路薄膜電阻連接在中間段信號傳輸線和一條地線之間，另一個旁路薄膜電阻連接在中間段信號傳輸線和另一條地線之間，旁路薄膜電阻與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構成T型電阻網絡。
8.根據權利要求1-6任一權利要求所述的變方阻薄膜電阻網絡，其特徵在於，所述信號傳輸線有兩段，呈直線排列設置在兩條地線之間，中心薄膜電阻有一個，旁路薄膜電阻有四個，所述中心薄膜電阻設置在兩段信號傳輸線之間，與信號傳輸線形成歐姆接觸；四個旁路薄膜電阻分別設置在一段信號傳輸線與一條地線之間、一段信號傳輸線與另一條地線之間、另一段信號傳輸線與一條地線之間以及另一段信號傳輸線與另一條地線之間，並與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構成η型電阻網絡。
【文檔編號】H01C1/16GK203733542SQ201320833215
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】劉澤文, 郭昕 申請人:清華大學