JPS62119901A

JPS62119901A - 薄膜抵抗器およびその製造方法

Info

Publication number: JPS62119901A
Application number: JP61258057A
Authority: JP
Inventors: ジョン・チュー; ブラッドリィ・ベリョーズナク
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 1985-10-30
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1987-06-01
Also published as: EP0220926A2; EP0220926A3; US4682143A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景発明の分野この発明は、薄膜抵抗器の製造に関する。より特定的に
は、この発明はクロム、シリコンおよびカーボンの特別
の公式表示を用いて作られる薄膜抵抗器に関する。

先行技術の説明薄膜抵抗器は、高いシート抵抗が必要とされる集積回路
構造において有用である。ドープされたポリシリコン材
料が、従来ディジタル回路内で用いられるが、アナログ
回路は、低い抵抗温度係数（Ｔ　ＣＲ）および寿命の終
りまで高い安定性を含めて°、抵抗値により高い精度を
必要とする。ニッケルクロムのような合金を含む多くの
材料が、以前使われていた。Ｉ　ＥＥＥの会報、第５９
巻、Ｎｏ、１０　（１９７１年１０月）、１４２５頁か
ら１４２９頁に刊行された「集積回路のためのケイ化物
抵抗器Ｊ　　（５ｌｌｌｃ１ｄｏ　　Ｒｅ５ｉｓｔｏｒ
ｓ　　ｆ’ｏｒＩｎｔＯｇｒｊｌｔＯｄ　　Ｃ１ｒｃｕ
ｉｔｓ）と題されたロバート　Ｋ。

ウェイトによる論文は、モリブデンケイ化物およびクロ
ムケイ化物を含む多くの金属ケイ化物を含む、多くの薄
膜抵抗材料を列挙する。

薄膜抵抗器を製造するためのケイ化物材料の利用が、他
のどの材料よりも好ましいが、ケイ化物材料もまた問題
がないわけではない。同じ著者、ロバートに、ウェイト
は、固体薄膜、第１６巻（１９７３）、２３７頁から２
４７頁に刊行された「ケイ素−クロム薄膜抵抗器の信頼
性」で、パシベイトされない薄膜ケイ化物抵抗器の低温
破損を述べている。薄膜抵抗器の製造に用いられるべき
材料は、理想的に、多くの特性を有することがわかった
。まずその材料は、充分な抵抗性のある材料を提供する
だけでなく、たとえば約１００ないし２００オングスト
ロームの合理的な厚さの抵抗膜をサブストレートへ設け
ることを可能にし、処理によって起こる膜の厚さのわず
かな差異にもかかわらず、膜の抵抗率の均一性または再
生可能性を確実にするように、約８００オーム・パー・
スクエアより多く、約１２００オーム・パー・スクエア
より少ない抵抗率を宵するべきである。膜の抵抗率の均
一性は、膜の様々な部分で、抵抗に約１４％以上の変化
を与えるものであってはならない。

このような材料の抵抗温度係数（Ｔ　ＣＲ）は、低く、
すなわち動作温度範囲、すなわち−２５℃ないし＋１２
５℃にわたり、１℃あたり約２００ｐｐｍより少なくな
ければならない。

材料の抵抗は、膜の焼きなまし、たとえば焼きなまし温
度下の高温に、後にさらした後、集積回路構造の後の処
理の間、実質的には変化するべきではない。処理による
抵抗率の変化を述べるために、ここで用いられる用語「
実質的変化」は、０゜１％以下の抵抗の変化を規定する
ように意図されている。

このような抵抗材料の焼きなまし温度は集積回路構造に
おけるいかなるアルミニウム膜にも問題が起きないよう
にするため、約５００℃を超えるべきではない。それゆ
え、抵抗材料は５００℃かまたはそれより低い温度で、
焼きなまし可能でなければならない。

抵抗材料は、厚さの実質的変化が結果的に抵抗率の変化
となるため、正確な態様で容易にサブストレートへ設け
ることができなければならない。

もし材料が、たとえばスパッタリングによって設けられ
るならば、材料は同一の厚さの膜を与えるために、合理
的なガス圧およびターゲット電圧、すなわち２．０×１
０−７Ｔｏｒｒに等しいかまたはそれより少ない圧力お
よび約１０００ボルトから１４００ボルトまでの、好ま
しくは１２００ボルトの電圧に応答しなければならない
。

抵抗材料は、偏平さだけでなく、同様に機械的安定性も
含むサブストレートにより変化がもたらされ得るので、
抵抗材料は、熱成長されたまたは化学的気相成長された
、ホウ素のドープされた酸化物を含む（ＣＶＤ）シリコ
ン酸化物のそれを整合させる膨張温度係数を有しなけれ
ばならない、なぜならばこれらは抵抗膜の下で、通常の
サブストレート材料となるからである。

結局、膜の抵抗は寿命とともに安定しなければならない
。許容できる絶対的な寿命の安定性は、結果として、構
造の寿命の終りまで、たとえば１５０℃で２０００時間
にわたり抵抗の０．　１％のシフトより少ない絶対的シ
フトとなる。抵抗膜はまた、同様に寿命の終りまでシフ
トの安定性、すなわち抵抗アレイに存在する変化の程度
を、より良く整合するべきである。シフト整合もまた、
１５０℃で２０００時間を超えると０．　１％より少な
くなるべきである。

発明の要約・この発明の目的は、それゆえ、許容できる抵抗率、低い
抵抗温度係数および寿命の終りまで優れた絶対的および
整合の安定性を有する、改良された薄膜抵抗材料を提供
することである。

この発明の他の目的は、改良された薄膜抵抗材料を提供
することであり、それは焼きなましの後、抵抗膜特性の
変化を裂けるため、抵抗材料を含む集積回路構造を構成
するのに利用される、他の後続処理温度を充分に超えた
温度で、しかも集積回路構造にも存在するアルミニウム
材料との聞届を避けるために、５００℃以下で焼きなま
し可能である。

この発明のさらに他の目的は、シリコン酸化物サブスト
レート材料のそれと両立できる膨張温度係数を有する、
改良された薄膜抵抗材料を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、抵抗値の０．１％未満の
シフトの整合および絶対的寿命安定性を有する、改良さ
れた薄膜抵抗材料を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、設けることのモードに対
する、同一の応答を含み、かつ特定の抵抗器を規定する
とき、抵抗膜の不必要な部分をエツチングまたは除去す
る優れた処理特性を存する、改良された薄膜抵抗材料を
提供することである。

この発明のこれらの、および他の目的は、以下の説明お
よび添付の図面から明らかとなるであろう。

この発明に従って、改良された薄膜抵抗材料は約８００
オーム・パー・スクエア以上、約１２００オーム・パー
・スクエア未満の抵抗率、１℃につき２０Ｏｐｐｍ未満
の抵抗温度係数および抵抗率の変化が０．１％未満であ
る、寿命の絶対的および整合安定性を特徴とする、約２
５ｗｔ．％ないし３５ｗｔ．％のクロム、約４０ｗｔ．
％ないし５５ｗｔ．％のシリコンおよび約２０ｗｔ．％
ないし３０ｗｔ．％のカーボンを含む、クロム−シリコ
ン−カーボン材料を含む。抵抗材料は、膨張温度係数が
シリコン二酸化物のそれに整合するべきであり、かつそ
の構造内に既に存在するいかなるアルミニウム材料にも
損傷を与えないように、５００℃以下の温度で焼きなま
し可能でなければならない。最も好ましい実施例では、
抵抗材料は３１ｗｔ．％のクロム、４６ｗｔ９％のシリ
コンおよび２３ｗｔ．％のカーボンを含む。

好ましい実施例の説明、　　この発明の薄膜クロム−シリコン−カーボン抵抗
材料は、約２５ｗｔ．％から３５ｗｔ．％までのクロム
、約４０ｗｔ．％から５５ｗｔ．％までのシリコンおよ
び約２０ｗｔ．％から３Ｑｗｔ。

％までのカーボンを含む。好ましい実施例では、クロム
−シリコン−カーボン抵抗材料の内容物は、約２７ｗｔ
．％から３３ｗｔ．％までのクロム、約４４ｗｔ．％か
ら５０　ｗ　ｔ　、％までのシリコンおよび約２１ｗｔ
．％から２６ｗｔ．％までのカーボンを備える。より好
ましくは、クロム−シリコン−カーボン抵抗材料の内容
物は、約２８ｗｔ。

％から約３１ｗｔ．％までのクロム、約４６ｗｔ。

％から４８ｗｔ．％までのシリコンおよび約２３ｗｔ．
％から２４　ｗ　ｔ　、％までのカーボンを含む。

最も好ましくは、クロム−シリコン−カーボン抵抗材料
の内容物は、約３１ｗｔ．％のクロム、約４６ｗｔ．％
のシリコンおよび約２３ｗｔ．％のカーボンを含む。

この発明の抵抗材料は、抵抗膜または既にサブストレー
ト上にある、もしくは後にそこへ与えら°れる他の材料
のいずれかの性能に支障を来たさないいかなる都合の良
い態様で、サブストレートに設けられてもよい。好まし
くは、抵抗材料は約１００オングストロームから２００
オングストロームの厚さまで、サブストレートターゲッ
トにスパッタされる。第３図は、膜の厚さの関数で、材
料の抵抗率を例示する。ターゲットバイアスは、約１０
００ないし１４００ボルト、好ましくは約１２００ボル
ト（２５０ワツト）であり、サブストレートはＯボルト
かつベース圧力は２．０×１０−７Ｔｏｒｒに等しいか
またはそれ未満であるべきである。スパッタリングは、
たとえば、サブストレートがターゲットから約２０ｃｍ
である、約１４ｐｓｉのアルゴン雰囲気のような不活性
雰囲気の下で行なわれる。

サブストレートは、いかなる絶縁材料を含んでもよいが
、好ましくはＣＶＤシリコン酸化物のようなシリコン酸
化物材料を含み、それはガラスにドープされたリンまた
はこのようなシリコン酸化物材料と、この発明の抵抗材
料の間の膨張温度係数の相対的な整合のために、熱成長
されたシリコン酸化物であってもよい。下に横たわるサ
ブストレートのような材料の利用は、機械的見地から、
より熱的に安定した結果を保証するだろう。

スパッタリングにおいて用いられる抵抗材料の形は、成
形体の形に押し付けられた単一の固体材料または粉末混
合物を含んでもよい。粉末の形で用いられるとき、もし
材料の原子量の比が、サブストレート上に所望の抵抗の
組成を与えるのに充分だとすれば、材料ばクロム−シリ
コンおよびシリコンカーバイドの混合物を含んでもよい
。

抵抗材料が、サブストレートに設けられた後、その材料
はわずかに５００℃以下の、約４２５℃から４７５℃の
温度で、約２０分ないし９０分間焼きなましされる。好
ましくは、焼きなましは約４５０℃ないし４６０℃で、
約４０分ないし６０分間行なわれる。第４Ａ図および第
４Ｂ図で示されるように、焼きなまし時間が約６０分を
超えて長引いても、材料の抵抗率にはいかなる変化も見
られない。より高い焼きなまし温度は、第６図で例示さ
れるように、この特定の材料の抵抗温度係数（Ｔ　ＣＲ
）を改良する。それゆえ、集積回路構造に既に存在して
いる可能性のあるアルミニウムのような他の材料に害を
与えない可能な限りの最高温度で、焼きなますことが好
ましい。

抵抗膜を設けかつ焼きなましだ後、その膜は所望の抵抗
パターンを規定するように、マスクされかつエツチング
されてもよい。抵抗膜は、ドライエツチング技術を用い
てパターン化されてもよい。

ＴｉＷマスクは、６００ないし２４００オングストロー
ムの膜として抵抗膜上に設けられてもよく、それはそれ
からパターン化される。抵抗膜の露呈部分はそれから、
たとえばアルゴンボンバードメントを用いてドライエツ
チングすることにより取り除かれてもよい。

この発明の実施を例示するために、３１ｗｔ。

％のクロム、４６ｗｔ０％のシリコンおよび２３ｗｔ．
％のカーボンを含むクロム−シリコン−カーボン膜が、
ＣＶＤシリコン酸化物サブストレートおよび熱酸化物サ
ブストレートをそれぞれ有する直径４インチのウェハ上
にスパッタされ、その条件としてパーキンーエルマ４４
１０スパッタリング機械を用い、１２００ボルトのター
ゲットバイアスに保ち、かつサブストレートを０ボルト
に保ちかつ約２．０×１０−７Ｔｏｒｒの圧力を用いた
。サブストレートが、ターゲットから約２０ｃｍのとこ
ろに位置され、かつ約１００オングストロームの厚さに
到達するまでスパッタリングが行なわれた。サブストレ
ートはそれから、４５０℃で５０分間焼きなましされた
。

焼きなましされたそれぞれの膜の抵抗率はそれから、標
準４点プローブを用いて測定されかつ熱酸化物表面上で
、平均約８５０オーム・パー・スクエアでありＣＶＤ表
面上で平均約１０５０オーム・パー・スクエアであるこ
とがわかった。各サブストレートのためのウェハの表面
を横切る抵抗率の均一性が、第９Ａ図および第９Ｂ図に
それぞれ示される。

膜はそれから、約１５分間、室温でＨ２０□でウェット
エツチングされるＴｉＷマスクでマスクされた。抵抗膜
の露呈部分はそれから、第２図で示されるような多くの
抵抗パターンを規定するように、アルゴンボンバードメ
ントによりドライエツチングされた。アルミニウム層が
それから、コンタクトのみを覆うように設けられ、かつ
パターン化された。それぞれ７５００オングストローム
および２５００オングストロームのＣＶＤガラスの２つ
の層がそれから、抵抗表面をパシベイトするために設け
られた。抵抗膜はそれから、ＴＣＲ。

アセンブリシフト、均一性、整合および寿命の安定性に
ついて検査された。

抵抗膜は、第４Ａ図および第４Ｂ図で示されるように、
熱酸化物サブストレートに対し約８００オーム・パー・
スクエアおよびＣＶＤサブストレートに対し約９２５オ
ーム・パー・スクエアの（焼きなまし以前の）各抵抗率
を有することがわかった。第５Ａ図および第５Ｂ図のグ
ラフで示されるように、１℃あたりｚｏｏｐｐｍ未満の
ＴＣ′Ｒが測定された。

両型のサブストレート上の、多くの抵抗器は、１、Ｏａ
ｍｐｓ、／ａｍおよび０．ｌａｍｐｓ／ｃｍの電流の下
で、かつ寿命検査をシミュレートするために、１５０℃
の温度で２０００時間以上、ファンデルバラ検査を用い
て検査された。同一の抵抗器間の整合シフトの結果は、
標準偏差値を平均値で除算し、１００％を乗算すること
によりプロットされた。これらは、第７Ａ図および第７
Ｂ図のグラフに示され、またｉｇＡ図および第８Ｂ図は
、抵抗器に対する抵抗率の平均寿命シフトを示す。両方
の例では、その結果は優良である。さらに、最初の抵抗
率測定値と比較すると、寿命検査に先立ち膜を処理する
間、はとんどのアセンブリシフトが生じなかったことを
その結果は示した。

こうして、この発明は低いＴＣＲ特性、優れた寿命安定
性、膨張熱係数をＣＶＤおよび熱酸化物サブストレート
と合理的に整合させる優れた整合シフト特性、膜の厚さ
のわずかな変化にもかかわらず均一性が維持され得る範
囲内の抵抗率および後続のアセンブリ処理に露呈される
ときの特性である低シフトを有する、優れた抵抗膜を提
供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を例示するフローシートである。第２図は、抵抗材料の特性を検査するのに用いられる抵
抗パターンの上面図である。第３図は、膜の厚さに対する抵抗率を表わすグラフであ
る。第４Ａ図および第４Ｂ図は、２つの異なるサブストレー
トのための４５０℃での焼きなまし時間に対する抵抗材
料の抵抗率を表わすグラフである。第５Ａ図および第５Ｂ図は、２つの異なるサブストレー
トのための一５５℃から１４５℃までの抵抗材料のＴＣ
Ｒを表わすグラフである。第６図は、ＴＣＲと比較した焼きなまし時間を表わすグ
ラフである。第７Ａ図および第７Ｂ図は、２つの型のサブストレート
についての時間に対する抵抗器の整合特性を表わすグラ
フである。第８Ａ図および第８Ｂ図は、２つの異なるサブストレー
トについての抵抗器の寿命の安定性を示すグラフである
。第９Ａ図および第９Ｂ図は、２つの型のサブス）Ｌ／−
）材料のためのウェハにかかる抵抗率の均一性を示すグ
ラフである。特許出願人　アドバンスト・マイクロ・デイバイシズ・
インコーボレーテツドンートｅ　（オー４／口）ノー）Ｐ（オー７１．７口）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）約２５ｗｔ．％から３５ｗｔ．％までのクロムと
、約４０ｗｔ．％から５５ｗｔ．％までのシリコンと、
約２０ｗｔ．％から３０ｗｔ．％までのカーボンとを含
む改良された薄膜クロム−シリコン−カーボン抵抗材料
であって、約８００オーム・パー・スクエア以上１２０
０オーム・パー・スクエア未満の抵抗率、１℃あたり２
００ｐｐｍ未満の抵抗温度係数、および抵抗率の変化が
０．１％未満の寿命の絶対的および整合安定性を特徴と
する、改良された薄膜クロム−シリコン−カーボン抵抗
材料。
（２）クロムの含有量が、約２７ｗｔ．％から３３ｗｔ
．％であり、シリコンの含有量が、約４４ｗｔ．％から
５０ｗｔ．％であり、かつカーボンの含有量が、約２１
ｗｔ．％から２６ｗｔ．％である、特許請求の範囲第１
項に記載の薄膜抵抗材料。
（３）クロムの含有量が、約２８ｗｔ．％から３１ｗｔ
．％であり、シリコンの含有量が、約４６ｗｔ．％から
４８ｗｔ．％であり、かつカーボンの含有量が、約２３
ｗｔ．％から２４ｗｔ．％である、特許請求の範囲第２
項に記載の薄膜抵抗材料。
（４）前記材料が、３１ｗｔ．％のクロムと、４６ｗｔ
．％のシリコンと、２３ｗｔ．％のカーボンとを含む、
特許請求の範囲第３項に記載の薄膜抵抗材料。
（５）この材料が、シリコン二酸化物を実質的に整合す
る膨張温度係数をさらに特徴とする、特許請求の範囲第
１項に記載の薄膜抵抗材料。
（６）抵抗材料が設けられる集積回路構造に既に存在す
る可能性のある、いかなるアルミニウムにも損傷を与え
ないようにするために、５００℃以下の温度で焼きなま
しが可能であることを、さらに特徴とする、特許請求の
範囲第１項に記載の薄膜抵抗材料。
（７）焼きなまし温度以下の温度での後の処理の間、実
質的には変化しない抵抗値をさらに特徴とする、特許請
求の範囲第６項に記載の薄膜抵抗材料。
（８）２．０×１０＾−＾７Ｔｏｒｒのガス圧および１
０００ボルトから１４００ボルトまでの電圧範囲でスパ
ッタすることにより、サブストレートに設けられる材料
をさらに特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の薄
膜抵抗材料。
（９）抵抗率の差が約１４％未満であるサブストレート
上の、膜抵抗の均一性をさらに特徴とする、特許請求の
範囲第１項に記載の薄膜抵抗材料。
（１０）改良された集積回路構造であって、シリコン酸
化物材料を含み、１つまたは２つ以上の改良された薄膜
クロム−シリコン−カーボン抵抗器がそこに形成され、
その抵抗器が約２５ｗｔ．％から３５ｗｔ．％までのク
ロムと、約４０ｗｔ．％から５５ｗｔ．％までのシリコ
ンと、約２０ｗｔ．％から３０ｗｔ．％までのカーボン
とを含み、それが、２．０×１０＾−＾７Ｔｏｒｒまた
はそれより少ないガス圧および１０００ボルトないし１
４００ボルトの電圧範囲でスパッタすることにより、前
記構造に設けることができ、かつ焼きなまし温度より低
い温度まで処理する間、後の露呈の間、抵抗値が実質的
には変化しない抵抗膜を与えるように、５００℃未満の
温度で焼きなまし可能であり、前記抵抗膜が約８００オ
ーム・パー・スクエア以上１２００オーム・パー・スク
エア未満の抵抗率と、抵抗率の差が１４％以下である抵
抗膜にかかる均一性と、１℃あたり２００ｐｐｍ未満の
抵抗温度係数と、抵抗率および下に横たわるシリコン酸
化物のそれを実質的に整合する膨張温度係数の変化が０
．１％未満である寿命絶対的および整合安定性をさらに
特徴とする、改良された集積回路構造。
（１１）集積回路構造のための改良された抵抗器を製造
する方法であって、ａ）約２５ｗｔ．％から３５ｗｔ．％までのクロムと、
約４０ｗｔ．％から５５ｗｔ．％までのシリコンと、約
２０ｗｔ．％から３０ｗｔ．％までのカーボンとを含む
、クロム−シリコン−カーボン抵抗材料の薄膜を、前記
構造に設ける段階と、ｂ）前記膜上にマスクを設ける段階と、ｃ）前記マスクをパターン化する段階と、ｄ）約８００オーム・パー・スクエア以上、約１２００
オーム・パー・スクエア未満の抵抗率と、１℃あたり２
００ｐｐｍ未満の抵抗温度係数と、抵抗率の変化が０．
１％未満である寿命絶対的および整合安定性を特徴とす
る抵抗器を１つまたは２つ以上生じるために、前記抵抗
膜の露呈部分をエッチングする段階とを含む、集積回路
構造のための改良された抵抗器を製造する方法。