一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利摘要】一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，涉及器件和信號測量領(lǐng)域，使用多晶硅薄膜電阻技術(shù)和表面微加工技術(shù)制作，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(wǎng)絡(luò)，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，采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(zhì)元素濃度，從而獲得不同的方塊電阻，有效調(diào)節(jié)了大幅度調(diào)整信號時電阻網(wǎng)絡(luò)的長寬尺寸，同時，可以采用上述原理使相同尺寸的電阻網(wǎng)絡(luò)具有不同的調(diào)整功能，與現(xiàn)有電阻網(wǎng)絡(luò)相比，本實用新型能夠節(jié)約結(jié)構(gòu)面積，減小引入的寄生效應(yīng)。
【專利說明】—種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于器件和信號測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)。【背景技術(shù)】
[0002]電阻網(wǎng)絡(luò)可以對信號電平幅度調(diào)整，吸收輸入功率，是測試儀器的前端模塊中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。輸入信號的動態(tài)幅度變化范圍可達數(shù)個數(shù)量級，電阻網(wǎng)絡(luò)不但可以擴大測試儀器的動態(tài)范圍，同時具有防止阻塞失效、保護設(shè)備、減小信號耦合等重要作用。
[0003]電阻網(wǎng)絡(luò)相比于其他信號調(diào)整結(jié)構(gòu)，具有尺寸小、質(zhì)量輕、可靠性高、性能穩(wěn)定、易使用等特點，并可根據(jù)應(yīng)用需求靈活設(shè)計。最常采用的電阻網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有T型和π型，參見圖1a和圖lb。根據(jù)所需調(diào)整量等要求，可以根據(jù)理論公式計算獲得Rl和R2的電阻值。對于這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，Rl和R2的電阻值差值均會隨著所需調(diào)整量的增加而變大，甚至達到50倍甚至數(shù)百倍。
[0004]基于現(xiàn)代薄膜電阻加工工藝制作的電阻，其阻值取決于方塊電阻R □和電阻圖形的長寬比，即R=RO XL/W。在傳統(tǒng)的電阻網(wǎng)絡(luò)中，所述Rl和R2的方塊電阻R□相同，當(dāng)所需調(diào)整幅度過大時，Rl和R2的長寬比L/W就會相差數(shù)十倍甚至數(shù)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(yīng)等也更大，惡化電阻網(wǎng)絡(luò)的功能參數(shù)和性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，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(wǎng)絡(luò)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(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，包括:
[0008]襯底；
[0009]設(shè)置于襯底上的緩沖隔離層；
[0010]設(shè)置于緩沖隔離層上的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻；
[0011]以及設(shè)置于緩沖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(zhì)元素，且包含的雜質(zhì)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]所述緩沖隔離層厚度為100_500nm，以阻擋制作中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻過程中的雜質(zhì)元素擴散，防止漏電。
[0014]所述地線有兩條，分別設(shè)置在信號傳輸線兩側(cè)，和信號傳輸線共同組成共面波導(dǎo)傳輸線。[0015]所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻為多晶硅薄膜電阻。
[0016]所述方塊電阻大于10 Ω / □,小于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于2倍。
[0018]所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質(zhì)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(shè)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(shè)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(gòu)成T型電阻網(wǎng)絡(luò)。
[0020]所述信號傳輸線有兩段，呈直線排列設(shè)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(shè)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(shè)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，并與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構(gòu)成η型電阻網(wǎng)絡(luò)。
[0021]由于本實用新型基于可變方阻的薄膜電阻，當(dāng)改變薄膜電阻中雜質(zhì)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(wǎng)絡(luò)的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻具有不同的方塊電阻，調(diào)整它們的尺寸。
[0022]通過控制多晶硅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(zhì)元素濃度，可以使信號通過所述T型/π型電阻網(wǎng)絡(luò)后，獲得大的調(diào)整幅度。同樣，通過控制多晶硅離子注入的工藝條件，可以改變中心薄膜電阻和旁路多晶硅中包含的雜質(zhì)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(wǎng)絡(luò)時，獲得不同的調(diào)整幅度。
[0023]本實用新型使用多晶硅薄膜電阻工藝和表面微加工工藝制作，可以利用已有半導(dǎo)體工藝、MEMS工藝制作設(shè)備和技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1a為T型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電阻網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖1b為型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電阻網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0025]圖2a和圖2b均為本實用新型的T型電阻網(wǎng)絡(luò)俯視圖，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質(zhì)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(wǎng)絡(luò)俯視圖，中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻中包含的雜質(zhì)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(jié)合附圖和實施例詳細(xì)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(wǎng)絡(luò)，包括一襯底100，襯底上設(shè)置有緩沖隔離層110，緩沖隔離層110上設(shè)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(wǎng)絡(luò)。信號傳輸線140和地線150共同組成共面波導(dǎo)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(zhì)元素。
[0031 ] 參見圖2，T型電阻網(wǎng)絡(luò)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(shè)置在兩條地線150之間，兩個中心薄膜電阻120分別設(shè)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(gòu)成T型電阻網(wǎng)絡(luò)。其中中心薄膜電阻120相當(dāng)于圖1a中的R1，旁路薄膜電阻130相當(dāng)于圖1a中的R2。
[0032]參見圖3、4、5，型電阻網(wǎng)絡(luò)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(shè)置在兩條地線150之間，中心薄膜電阻120設(shè)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(shè)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，并與所連接的信號傳輸線140和地線150形成歐姆接觸，由此構(gòu)成π型電阻網(wǎng)絡(luò)。其中中心薄膜電阻120相當(dāng)于圖1b中的R2，旁路薄膜電阻130相當(dāng)于圖1b中的R1。
[0033]本實用新型實現(xiàn)信號調(diào)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(wǎng)絡(luò)后，部分信號能量會被電阻網(wǎng)絡(luò)吸收和/或損耗，從而信號幅度得到調(diào)整。
[0035]本實用新型減小電阻尺寸躍變的原理是:
[0036]大幅度調(diào)整信號的電阻網(wǎng)絡(luò)中，中心薄膜電阻120和旁路薄膜電阻130的阻值相差數(shù)十倍乃至數(shù)百倍。當(dāng)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(zhì)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(jù)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(zhì)元素的濃度，使信號通過相同圖形尺寸的T型/π型電阻網(wǎng)絡(luò)后，獲得不同的調(diào)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硅方阻。以某工藝線里的參數(shù)舉例，多晶硅薄膜厚度為290nm時，對于硼注入劑量不同的樣品，退火950oC,30分鐘的方阻如表I所示，對于硼注入劑量均為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(quán)利要求】
1.一種變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，包括: 襯底； 設(shè)置于襯底上的緩沖隔離層； 設(shè)置于緩沖隔離層上的中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻； 以及設(shè)置于緩沖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(jù)權(quán)利要求1所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述緩沖隔離層厚度為100-500nm,以阻擋制作中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻過程中的雜質(zhì)元素擴散，防止漏電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述地線有兩條，分別設(shè)置在信號傳輸線兩側(cè)，和信號傳輸線共同組成共面波導(dǎo)傳輸線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述中心薄膜電阻和旁路薄膜電阻為多晶硅薄膜電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述方塊電阻大于10 Ω / □，小于 5000 Ω / □。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，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于2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述信號傳輸線有三段，呈直線排列設(shè)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(shè)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(gòu)成T型電阻網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的變方阻薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述信號傳輸線有兩段，呈直線排列設(shè)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(shè)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(shè)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，并與所連接的信號傳輸線和地線形成歐姆接觸，由此構(gòu)成η型電阻網(wǎng)絡(luò)。
【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(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】劉澤文, 郭昕 申請人:清華大學(xué)