Brevet FR2555800A1 — publié le 19850531

"Résistance à couche mince structurée par voie lithographique et/ou par usinage par électronslou par laser." L'invention concerne des réseaux de résistances à couche mince ou bien des résistances à couche mince sur un substrat électriquement isolant, qui sont structurés et équilibrés par voie lithographique et/ou par usinage par électrons ou par laser. Ces réseaux de résistances à couche mince sont mises en oeuvre sous forme de composants individuels ou bien complètes pour constituer des circuits hybrides et utiii sées dans tous les domaines de l'électronique. On connait des réseaux de résistances à couches minces et des résistances à couche mince , tous deux désignés ci-après sous le terme "résistances 'a couche mince" dans lesquels ou dans lesquelles une couche mince d'un matériau résistant approprié, tel,par exemple, qu'un alliage NiCr est déposé sur un substrat électriquement isolant, tel, par exemple, que du verre dur ou de la céramique Al203. Cette couche est déterminée par structuration dans sa géomètrie latérale, de sorte qu'entre les contacts de raccordement des résistances on obtienne les valeurs de résistances souhaitées. Ces résistances à couche mince sont caractérisées en coque la structuration de la couche résistante et son équilibrage s'effectuent exclusivement par usinage programmé,par électrons ou par laser, dénommé ci-après "usinage par faisceau", ou en ce que ces deux technologies sont utilisées sur des surfaces partielles distinctes de la résistance. Les propriétés d'utilisation de ces résistaiices à couche mince, notamment la stabilité de leurs valeurs de résistance et leur coefficient de température, sont alors déterminées par les propriétés de la couche résistante et l'influence non souhaitable qu'elle subit du fait du processus d'usinage thermique par faisceau. Avec le degré d'intégration croissant de la structure de la résistance et la fraction croissante de la structure des résistances usinée par faisceau, leurspropriétés dlutilisation précitées sont déterminées de façon prépondérante par l'usinage par faisceau et donc notablement altérées par rapport aux propriétés initiales de la couche.Pour un degré de structuration élevé, la modification du coefficient de température provoquée par l'usinage par faisceau peut atteindre des valeurs de quelques 10 ppm et la stabilité de la résistance être altérée jusqu' à un ordre de grandeur de celle de la couche non UBi- née. Seule la strudturation lithographique est pratiquement exempte de ces phénomènes secondaires indésirables. On a, en conséquence, développé des résistances dont la couche résistante est exclusivement structurée lithographiquement et qui sont ainsi exemptes des phénomènes secondaires indésirables de l'usinage par faisceau. L'équilibrage de la résistance s'effectue alors par la séparation adéquate de dérivations de la structure de la résistance. De telles résistances nécessitent toutefois, notamment pour une précision d'équilibrage élevée et des valeurs de résistance élevées, une surface de substrat d'une importance disproportionnée et limitent les tolérances de réalisation de surface de la couche résistante des valeurs critiques. Danse cas de résistances de réseaux de résistances uniquement structurées et équilibrées par usinage par faisceau, les conséquences désavantageuses de cet usinage par faisceau sur les coefficients de température relatifs et absolus peuvent certes être évitées par la mise en oeuvre d'un degré de structuration dans une large mesure homogène, mais les effets sur la stabilité de la résistance subsistent. Une autre possibilité connue pour limiter les conséquences désavantageuses de l'usinage par faisceau consiste à insérer un processus de recuit entre le prééquilibrage et l'équilibrage final de la résistance, ce qui entrane toutefois des inconvénients technologiques et économiques. L'invention a pour but de créer wle résistance à couche mince, constituée d'un substrat isolant sur lequel sont déposés, une couche résistante et des contacts de raccordement, dont la couche résistante est structurée et équilibrée, l'équilibrage s'effectuant avec un outillage à faisceau, mais en évitant les influences fåeheuses de lusi- nage par faisceau. Conformément à l'invention, ce but est atteint en ce que, d'une façon en soi connue, une couche résistante structurée lithographiquement est déposée sur un substrat en matière isolante, cette couche résistante étant reliée à des pistes conductrices et à des contacts, en ce que la surface nécessaire pour le processus d'équilibrage, ou bien la totalité de la surface de la résistance, est munie d'éléments de structure réalisés lithographiquement et adaptés à l'aménagement des pistes d'équilibrage. L'équilibrage s'est fectue par usinage par faisceau en complétant de façon telle les éléments de structure, pour constituer des pistes d'équilibrage ou des éléments d'équilibrage, que la circulation du courant à travers la couche résistante soit délogée des zones de bordure de la couche résistante limitrophe des pis tes usinées par faisceau. Il est avantageux que les éléments de structure obtenus lithographiquement soient en forme de U et que la piste d'équilibrage, obtenue avec le faisceau et reliant les éléments de structure, commence et se termine à l'intérieur de la hauteur des branches ou en dehors de la surface de la résistance parcourue par le courant. Il est également avantageux de réaliser les éléments de structure sous forme de carrés ouverts dans un angle. Cette réalisation a l'avantage que cette forme géométrique permet de créer une multitude de configurations de résistances. L'invention présente l'avantage de déterminer les pistes d' équilibrage selon la valeur préalable de la résistance avant l'équilibrage et de déterminer les liaisons entre les éléments de structure en tenant compte d'une densité minimale de courant dans la partie usinée par faisceau de la surface de la couche résistante. Il est également possible de positionner la structure réalisée lithographiquement de la couche résistante relativement aux contacts et aux pistes conductrices de la résistance, et de positionner alors automatiquement le champ d'usinage par faisceau, associé à la réalisation des pistes d'équilibrage, d'après les mêmes éléments de structure. Les dessins ci-joints montrent : - figure 1 une résistance à couche mince, dont la valeur de résistance est grande par rapport à la résistance superficielle de la couche résistante, - figure 2, une résistance à couche mince, dont la valeur de résistance est de l'ordre de grandeur de la résistance superficielle de la couche résistante, - figure 3, un extrait du champ d'équilibrage d'une résistance à couche mince avec des éléments de structure carrés réalisés lithographiquement et disposés sous forme de matrice. Sur la figure 1, une couche résistante 2 est déposée sur un substrat 1 électriquement isolant, en verre dur, cette résistance étant connectée par l'intermédiaire d'un contact 3 et le contact 5 muni d'une piste conductrice 4. La résistance électrique placée entre les contacts 3 et 5 est définie par la géométrie latérale de la structure de couche dans les deux champs 7 et 8 séparés par la ligne en tirets 6.En même temps que la structuration lithographique du champ 7 pour constituer une piste résistante en forme de méandre, des éléments de structure 9 en forme de U sont introduits, le long de lignes d'équilibrage prévues pour l'usinage par faisceau, dans le champ 8, défini pour l'équilibrage de la résistance sur une valeur de consigne, Dans le processus d'usinage par faisceau venant ensuite, la piste d'équilibrage 10 est réalisée dans le prolongement de la structure en méandres sur le champ 7, de sorte qutelle coupe à peu prés en leur milieu les bases des éléments de structure 9 en forme de U.Le processus d1 équilibrage est alors commandé de sorte que l'abrasion de la piste d'équilie7 brage 10 se situe toujours à l'intérieur de la hauteur des branches des éléments de structure 9 en forme de U. Lors- qu'unie plus grande précision est exigée pour la valeur de la résistance, il est prévu d'autres pistes d'équilibrage 11 et 12 réservées pour 11 équilibrage fin, qui se présentent également en combinaison, avec des éléments de structure 9 obtenus par lithographie, ou bien, comme la piste d1équili- brage 12, servant à ljéq ibrage final, sans ces éléments Ceci est possible, sans effet néfaste sur les propriétés de la résistance, lorsque la contribution de la piste d'qui librage 12 à la valeur de la résistance est très faible. La résistance à couche mince représentée sur la figure 2, avec une valeur de résistance de l'ordre de grandeur de la résistance superficielle de la couche résistante est disposée entre les contacts 3 et 5 avec les pistes conductrices 4 qui leur sont raccordées. Les éléments de structure 9 réalisés par lithographie, en forme de double U, sont prévus dans la zone principale 13 de la résistance et dans la zone de dérivation 14 en étant séparés par la ligne 6. Au cours du processus d'équilibrage, ils sont reliés par des pistes d'équilibrage 10, jusqu'à l'obtention de la valeur de pré-équilibrage ou d'équilibrage fin, de façon que ces pistes soient toujours en retrait des branches des élé- ments de structure 9 en forme de U, mais en coupant avec certitude les bases des deux U.Lorsque une plus grande précision est exigée pour la valeur de laarésistance, un équilibrage fin est effectué uniquement gråce à des éléments 15 usinés par faisceau, sans que pour autant les propriétés d'uti- libation de la résistance soient influencées défavorablement. Les résistances, dont la valeur est faible vis à vis de la résistance superficielle, ne nécessitent, du fait de 11 équilibrage en largeur, généralement habituel, aucune pré-structuration lithographique. En cas de besoin, celle-ci est toutefois possible en analogie avec la figure 2. En dehors des constructions d'éléments de structure 9 en forme de U obtenus par lithographie, représentées sur les figures 1 et 2, avec les pistes d'équilibrage 10, on peut, bien entendu, utiliser encore d'autres éléments de structure et d'autres éléments d'équilibrage quelconques, dans la mesure où ils satisfont aux conditions du processus d'équilibrage, n'entratnent aucun rétrécissement critique incontrôlé des pistes conductrices et suppriment suffisamment la circulation du courant dans la résistance dans la zone limitrophe de la piste d'usinage sur une largeur d'environ 20 - 50 % de la largeur d'abrasion.Le déplacement du courant, c'est-à-dire la réduction de la densité de courant dans les zones de bordure de la piste d'usinage par rapport à la densité de courant moyenne dans les autres zones de la couche résistante, s'effectuera alors dans une mesure d'autant plus grande que la densité superficielle moyenne des pistes d'érosion usinées par faisceau est plus élevée. Le choix ou la détermination de la piste d'équilibrage s'effectue avantageusement après mesure de la valeur préalable de la résistance avant le début du processus d'équilibrage en tenant compte de la disposition des éléments de structure 9 et en tenant compte d'une densité de courant minimale dans la partie de la surface usinée par faisceau. Pour de telles structures de résistance, des éléments de structure carrés, réalisés par lithographie et disposés sous forme de matrice, avec un champ d'équilibrage de la résistance parcouru par le courant en direction de la flèche selon la figure 3, sont avantageux et peuvent être reliés selon une multitude de configurations de pistes résistantes par des pistes d'équilibrage 10 usinées par faisceau. Lors de la mise en oeuvre de l'usinage par faisceau d'électrons, des structures carrées ouvertes en un angle doivent être utilisées pour éviter des charges perturbatrices pendant l'usinage.Cette variante convient particulièrement pour la réalisation de diverses valeurs de résistance pour une constitution par ailleurs identique de la résistance à couche mince, et permet également d'adapter la réalisation des pistes d'équilibrage à l'accroissement nécessaire de la résistance dans un large domaine. Bien entendu, les résistances à couche mince représentées sur la figure 1 et la figure 2 peuvent être des composantes de réseaux de résistances, lorsqu'elles sont mi ses en oeuvre comme composants électriques passifs ou comme réseau intégré des résistances pour des circuits hybrides. Dans le cas de la réalisation de structures résistantes hautement intégrées avec de petits éléments de structure 9 correspondants, il est avantageux, à cause de la précision élevée de positionnement nécessaire entre les éléments de structure 9 réalisés par lithographie et les pistes d'équilibrage 10 usinées par faisceau, de réaliser aussi bien le masque d'exposition lithographique que le processus d'équilibrage par usinage par faisceau, sur une seule et même installation qui positionne la structuration lithographique sur les pistes conductrices 4 et les contacts 3; 5de la résistance à couche et qui réalise avant le processus d'équilibrage un positionnement automatique du faisceau d'après les mêmes valeurs de positionnement. R E V E N D I C A 2 I O N S 1.-Résistance à couche mince constituée d'un substrat électriquement isolant, d'une couche résistante structurée par lithographie, déposée sur ce substrat, et reliée à des pistes conductrices et à des contacts, et dont la géométrie latérale détermine la valeur de la résistance entre les contacts des résistances, la structure latérale de la couche résistante ainsi obtenue par combinaison de structuration lithographique et d'usinage par faisceau d'électrons ou par faisceau laser, résistance à couche mince caractérisée en ce que, sur la surface, nécessaire pour le processus d'équilibrage, de la couche résistante (2) sont déposés des éléments de structure lithographiques (9), de sorte que ces éléments peuvent être complétés par usinage par faisceau pour constituer des pistes d'équilibrage ou des éléments d' équilibrage, tandis que la circulation du courant à travers la couche résistante (2) est déplacée des zones de bordure de la couche résistante (2) limitrophe des pistes d'équilibrage (10). 2.- Résistance à couche mince selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de structure (9) sont en forme de U et que la piste d'équilibrage (10) reliant ces éléments commence et se termine toujours à l'intérieur de la hauteur des branches des éléments de structure (9) ou à l'extérieur de la surface de la résistance parcourue par le courant. 3.- Résistance à couche mince selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments de structure (9) sont des carrés.