Brevet FR2533753A1 — publié le 19840330

i La présente invention concerne les dispositifs à circuits intégrés et elle porte plus particulièrement sur un procédé et un produit formé au moyen de celui-ci, pour égaliser les sensibilités de résistances vis-àvis d'erreurs de fabrication uniformes. De nombreux dispositifs à circuits intégrés uti- lisent des paires de résistances qui doivent être établies avec des rapports de résistance prédéterminés et critiques. Le bon fonctionnement de ces circuits exige que ces rap- ports soient compris dans des limites d'erreur très étroi- tes Bien que les rapports de résistance soient critiques, les valeurs individuelles des résistances qui forment les paires ne sont pas critiques Cependant, pendant la for- mation de ces résistances, les processus de fabrication conduisent à une erreur systématique uniforme dans le dé- coupage ou la gravure des bords des sections produites ' La valeur de cette erreur systématique varie d'un lot de résistances fabriquées à un autre, mais elle est unifor- me dans n'importe quel groupe donné Du fait que l'erreur de gravure est toujours uniforme dans n'importe quel groupe de traitement donné, on peut établir des paires de résistances avec des rapports prédéterminés qui demeurent constants, même après que le traitement a introduit l'er- reur de gravure La contrainte de conception qui exige l'obtention de rapports prédéterminés et d'une grande pré- cision est ainsi satisfaite, bien que l'erreur de décou- page fasse varier de façon non proportionnelle les va- leurs absolues des résistances individuelles dans la pai- re. Une façon plus générale de considérer le pro- blème consiste à observer que diverses étapes de fabrica- tion affectent d'une manière uniforme les bords de résis- tances sur n'importe quelle puce donnée Si par exemple les résistances sont surgravées, chaque résistance aura une largeur inférieure à la largeur désirée, avec presque le même écart Du fait que cet écart dépend très peu de la largeur nominale de la résistance, il affecte dans des proportions différentes des résistances de différentes tailles La valeur de résistances larges ne sera que peu affectée, tandis que celle de résistances étroites sera considérablement affectée par la même erreur fixe sur la largeur. Des sections de résistance de taille différente subissent donc des variations relatives de résistance dif- férentes à cause de cette erreur sur les bords Si on con- sidère deux sections rectangulaires ayant des longueurs fixes égales et des largeurs W et 2 W, une erreur de gra- vure e qui affecte chaque paire de bords changerait deux fois plus la résistance de la section de largeur W que la résistance de la section de largeur 2 W La plus petite de ces deux sections de résistance est deux fois plus sèn- sible aux variations de résistance dues aux variations de largeur Par exemple, si on considère une résistance de Im de largeur-et une autre de 250 pim de largeur, une erreur d'attaque produisant une variation de largeur de 0,75 pim sur chaque bord entraînerait des variations res- pectives de résistance totale de 0,'75 x 2 = 1,2 % et 0,75 x 2 O 6 % 2 250 06 % On peut utiliser divers procédés pour faire face à ce problème Par exemple, dans le cas de réseaux R-2 R, on emploie souvent des résistances d'une seule taille, en réunissant en série deux de ces résistances pour former les branches 2 R de ce circuit Des erreurs uniformes liées aux bords peuvent affecter la résistance totale de ce ré- seau, mais n'affectent pas le rapport critique R/2 R D'au- tres cas spéciaux ont des solutions particulières telles que l'utilisation d'un certain nombre de segments de résis- tance identiques pour former des rapports entiers autres que deux Cependant, lorsqu'interviennent des rapports éle- vés ou non entiers, des réseaux de résistances identiques interconnectées deviennent inutilisables en pratique. Un but de l'invention est de procurer un procé- dé pour égaliser les sensibilités de résistances de tail- lesdifférentesvis-à-vis de variations relatives de résis- tance résultant de variations de largeur Ce procédé est utile dans le processus de fabrication de paires de résis- tances qui doivent avoir des rapports de résistance pré- déterminés, dans des limites d'erreur strictes Ce rapport de résistance doit être maintenu à une valeur constante prédéterminée malgré l'erreur de fabrication décrite ci- dessus qui introduit des variations de largeur le long de chaque bord des résistances, et fait également varier la valeur des résistances Des variations de la valeur de chaque résistance de la paire sont acceptables à condi- tion que le rapport des deux valeurs de résistance demeure constant une fois que la fabrication est terminée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une représentation montrant un mode de réalisation de l'invention; et La figure 2 est une représentation montrant une forme modifiée de l'invention. On peut utiliser le procédé et le produit formé par ce procédé, qui sont décrits ici, pour égaliser les sensibilités de résistances ayant des tailles différentes. Pour n'importe quelle section rectangulaire de matière ré- sistive, la résistance est donnée par l'expression', R = Equation 1 dans laquelle: ç resistivité de la couche, L = longueur de la section, et W = largeur de la section. La variation de résistance due à une variation de largeur est d R/d W, c'est-à-dire la dérivée première de R par rapport à W Dans cette description et les revendications annexées, le terme "sensibilité", désigné par S, est la quantité qui est utilisée pour indiquer le degré de va- riation de la résistance totale d'une résistance sous l'effet de variations de sa largeur La sensibilité d'une résistance, S, est définie de la façon suivante: d R/d W d(p L/W)/d W R R R -e L/W 2 _-L/W 2 -1 -LWR _p L/W = *Equation 2 R p L/W = - Pour une résistance comportant i sectionsrectan- gulaires, ayant chacune la même longueur, qui a une lar- geur combinée: W 1 + W 2 + W 3 + + Wi = W, la sensibilité totale est donnée par la somme des sensi- bilités de chaque section: S -i S Equation 3 Résistance ayant Somme des Equation 3 i sections, avec largeurs toutes les lon- gueurs égales Pour le cas plus complexe d'une résistance avec i sections rectangulaires en série, ayant chacune une lon- gueur différente et une largeur différente, la sensibilité totale est donnée par une autre forme de l'équation 2: Du fait que pour toute section: R QL (Equation 1) W R =?L 1/Wi+?L 2/W 2 + +Li/ i; Résistance avec i sections, avec des longueurs et des largeurs dif- férentes Par conséquent: e L 1 -L 2 -p Li 2 2 2 W 1 + 2 + 2 W'i 2 SRésistance avec R i sections, avec des longueurs et des largeurs dif- férentes Ce qui, par substitution, donne: c R 1R 2) S =R Equation 4 Résistance avec i sections Dans toute cette description, on expliquera le procédé de l'invention en utilisant une paire de résis- tances qu'on appellera résistance de référence, Rret ré- sistance d'égalisation, Rm Soit une paire de résistances Rr et Rm ayant chacune une longueur L, une résistivité de couche p et des largeurs respectives a et b Les sensi- bilités de Rr et Rm seraient d'après l'équation 2: Sr = -1/a, Sm = -1/b Pour égaliser les sensibilités, on doit rendre le rapport de Sr à S égal à un On accomplit ceci en divisant la r m plus grande des deux résistances R ou R en N sections r m parallèles, avec: n = entier approximativement égal au rapport (Sr/Sm) lorsque Sr > Sm; ou N = entier approximativement égal au rapport (Sm/Sr) lorsque Sm > Sr Equation 5 Equation 5 Si une résistance large ayant une faible sen- sibilité aux effets de bords doit être égalisée avec une résistance plus étroite ayant une sensibilité supérieure, on peut diviser la résistance large pour augmenter sa sen- sibilité Par exemple, pour deux résistances R et R x y ayant des longueurs égales L et des largeurs respectives de 100 um et 12,5 pm, l'équation 2 donne: -1 1 m- Sx 100 m -0,01 pm S -i 0,08 IÀ-1 y = 12,5 pm= -008 Pour égaliser ces deux résistances, on diviserait la ré- sistance la plus large R en huit sections parallèles, X comme il est indiqué en 10 sur la figure 1 Ceci résulte du calcul suivant: D'après l'équation 5, S -1 n = y = 0,Q 8 m-1 = 8. -1 x 0,01 pm Ces 8 sections peuvent avoir une largeur égale, c'est-à- dire 12,5 yum, ou peuvent avoir des largeurs différentes, en fonction des exigences d'implantation Cependant, le processus d'égalisation nécessite que dans ce cas la di- vision donne 8 sections La résistance qui résulte de la division aura ainsi-8 fois plus de bords La résistance Rx, qui avait 2 bords, aura 16 bords après la division. Un problème plus complexe se présente dans le cas d'une paire de résistances consistant en une premiè- re résistance ayant deux sections en série de longueurs et de largeurs différentes, et en une seconde résistance ayant une seule section Si la première résistance, Rc, consiste en sections de 445 pm de-longueur sur 12,5 um de largeur et de 225 pm de longueur sur 35 pm de largeur, les résistances auront des valeurs distinctes respective- ment égales à 35,60 k -R et 6,49 k I_, pour une résisti- vité commune donnée Du fait d'une résistance de discon- tinuité ajoutée de 0,42 k C attribuable à la jonction des deux résistances,-la résistance série combinée des deux sections est 35,062 kf h + 6,43 kf + 0,42 k XL= 42,5 k Q. D'après l'équation 4 ,60 k-f L 6,43 k \ 12,5 3 jmm 42,45 ki L SC = 0,0716 pm 1 Si la résistance R doit être égalisée avec une résistan- ce de 250 f L, Rd, qui mesure 100 pim de longueur, la résis- tance de 250Q doit être divisée La résistance mesure 400 pm de largeur, ce qui fait que la sensibilité est 1/400 = 0,025 La sensibilité de cette résistance est 0,0716/0,0025 = 28,64 fois inférieure à celle de la ré- sistance de 42 k La résistance de 250-L doit donc être divisée en 28 ou 29 sections. Bien qu'une certaine erreur soit introduite dans l'exemple ci-dessus par le fait qu'on peut choisir 28 ou 29 divisions, l'erreur est relativement faible Ce- pendant, si le nombre de divisions, n, est un nombre re- lativement faible, tel que 3,64, l'erreur introduite en choisissant N = 2 ou N = 3 pourrait être élevée à un point inacceptable Pour éviter ce résultat, on pourrait former l'une des sections de résistance en parallèle par deux sous-sections de largeurs différentes disposées en série Par exemple, comme le montre la figure 2, la sec- tion 12 pourrait être constituée par des rectangles adja- cents 14 et 16 ayant des bords parallèles mais des lar- -geurs différentes -Une telle configuration permettrait au concepteur de fabriquer une section de largeur non uni- forme qui pourrait contribuer à l'obtention d'une sensibi- lité fractionnaire, à savoir une valeur de sensibilité due à l'extrémité étroite de la résistance et une autre valeur de sensibilité, différente de la-première, due à son extrémité large On pourrait utiliser cette configura- tion pour obtenir la partie non entière du rapport de sen- sibilité, n, lorsque ce rapport est relativement faible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé et au dispositif décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. g REVENDICATIONS 1 Procédé pour définir le rapport de résistan- ce entre une première résistance et une seconde résistan- ce en égalisant la sensibilité de la première résistance à des variations de résistance dues à des variations de largeur, par rapport à la sensibilité similaire de la se- conde résistance, caractérisé en ce qu'on divise la pre- mière résistance en un ensemble de sections de telle fa- çon que la sensibilité combinée des sections de résistan- ce soit augmentée et rendue pratiquement égale à la sen- sibilité de la seconde résistance. 2 Procédé selon la revendication 1, caractéri- sé en ce qu'on divise la première résistance, Rm, en un ensemble de N sections parallèles, de façon que le rap- port entre la sensibilité, Smde la première résistance Rm et la sensibilité, S, de la seconde résistance, Rr, m r soit pratiquement égal à l'unité, la sensibilité d'une résistance quelconque ayant i sections rectangulaires étant donnée par la relation (R 1 R 2 Ri. W 1 W 2 1 _ y 7 'l_ 7 + '"+ S = RTOTALE dans laquelle: RTOTALE = e(L 1/W 1 + L 2/W 2 + + Li/Wi); et pour n'importe quelle résistance: = résistivité de couche, L = longueur de la section de résistance, i W = largeur de la section de résistance, et R résistance de la section de résistance; et, avant qu'une telle division soit effectuée: n = entier approximativement égal au rapport-Sr/Sm lorsque Sr > Sm; ou n = entier qui est approximativement égal au rap- port Sm/Sr lorsque Sm > Sr. 3 Dispositif à circuit intégré comprenant des résistances de différentes tailles dont l'une au moins consiste en une série de sections parallèles, caractérisé en ce que ces résistances sont établies avec des rapports prédéterminés conformément au procédé de la revendication 2. 4 Dispositif à circuit intégré comprenant une paire de résistances de tailles différentes établies se- lon un rapport de résistance prédéterminé, l'une au moins des résistances consistant en une série de sections paral- lèles, caractérisé en ce qu'il comprend: une première résistance, Rm, ayant une sensibilité Sm,qui a été divi- M m sée en N sections dans le but d'égaliser cette première résistance Rm par rapport à une seconde résistance, Rr, ayant une sensibilité Sr, avec t R 1R 2 Ri S = 2 et RTOTALE RTOTALE= (Ll/Wî + L 2/W 2 + +Li/Wi) et, pour toute résistance: e = résistivité de couche, Li = longueur de la section de résistance, W = largeur de la section de résistance, et i R = résistance de la section de résistance; et, avant qu'une telle division ne soit effectuée: n = entier au moins approximativement égal au rapport Sr/Sm lorsque Sr r Sm; ou n = entier au moins approximativement égal au rapport Sm/S lorsque Sm > Sr. m r m r 5 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on donne à l'une au moins des sections ( 12) une configuration géométrique ayant une largeur non uniforme, de façon que cette section puisse apporter une valeur de sensibilité fractionnaire dans la valeur de sensibilité totale de l'ensemble de sections parallèles; grâce à quoi on peut tenir compte d'une partie non entière du rapport N lorsque ce rapport N est relativement faible. 6 Procédé selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que ladite configuration géométrique comprend deux rectangles adjacents ( 14, 16) ayant des bords paral- lèles mais des largeurs différentes.