DD221298A1

DD221298A1 - Verfahren zur herstellung von cr-si-duennfilmwiderstaenden

Info

Publication number: DD221298A1
Application number: DD83254371A
Authority: DD
Inventors: Lienhard Pagel; Dietmar Krueger; Manfred Kern; Ullrich Heisig; Karl Steinfelder; Christian Korndoerfer
Original assignee: Ardenne Manfred
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1985-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cr-Si-Duennfilmwiderstaenden, vorzugsweise fuer integrierte Wandlerschaltungen. Das Ziel ist die Erhoehung der Qualitaet, und die Aufgabe besteht darin, das Verfahren mit dem technologischen Prozess der Halbleiterherstellung kompatibel zu machen. Erfindungsgemaess wird durch Hochratezerstaeuben eines Cr-Si-Targets und eines Si-Targets die Widerstandsschicht derart aufgebracht, dass nach einer Schichtdicke von jeweils 30 bis 100 A, aber mindestens 3mal, unterbrochen und Si aufgebracht wird; im Mittel 10 A dick. Waehrend des Si-Aufstaeubens wird der Druck des reaktiven Gases auf 2 10 5 mbar gehalten.

Description

-2-254 371 3

Ausführungsbeispiel . _v

Es wird das Aufbringen der Cr-Si-Widerstandsschicht auf 3"-Siliziumscheiben mit integrierten D/A-Wandlerschaltungeri

beschrieben. - , ,-.'.'

Die dazu erforderliche Hochratezerstaubungsanlage ist mit 2 5-kW-Plasmatronquellen ausgerüstet, wobei die eine mit einem Cr-Si-Target der Zusammensetzung CrSi₂ und die andere einem §i-Target bestückt ist. Der Restgasdruck der Anlage beträgt 5 10"^embar. Es wird Sauerstoff bis zu einem Totaldruck von 1,5 · 10~⁵mbar eingelassen und dann durch Ar-Einlaß ein Arbeitsdruck

von 3.10~³mbar eingestellt. ^:

Das Beschichten der Siliziumscheiben geschieht erfindungsgemäß folgendermaßen:

Mit einer Leistung von 600W werden die Si-Scheiben jeweils 30s mit CrSi beschichtet, das entspricht auf dem Drehteller einer jeweiligen Schichtdicke von 6nm. Diese Beschichtung wird lOmal unterbrochen, und in dieser Zeit wird 20s Si bei einer Leistung

von 500W aufgestäubt. Das entspricht einer mittleren Schichtdicke von 10Ä. Insgesamt ergibt das nach Ablauf dieses Prozesses eine Schichtdicke von 70nm. "".

Nach der Strukturierung der Widerstandsschicht in einem lift-off-Prozeß wird die Al-Leitbahnschicht aufgestäubt und strukturiert. Anschließend erfolgt das Aufbringen einer SiCySchicht mittels CVD bei 410T und eine Formiergastemperung bei 45O⁰C. Nach Abschluß des Zyklus I haben die Widerstände einen TK von -50 ± 5ppm/K bei einem Flächenwiderstand von 1,0 ± O,2kOhm/Q). Schichten, die von einem Cr-Si-Target der Zusammensetzung 73,6at% Si im gleichen Arbeitsgas in

herkömmlicher Weise hergestellt werden, zeigen nach der gleichen Behandlung am Ende des Zyklus I einen TK > +2POpPmZK?

Claims

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Erfindungsanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Cr-Si-Dünnfilmwiderständendurch Aufstäuben der Widerstandsschicht durch Hochratezerstäuben eines Cr-Si-Targets mit einem Si-Gehalt von 50 bis 75at% und eines Si-Targets, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit CrSi nach Erreichen einer Schichtdicke von jeweils 30 bis 100Ä, mindestens aber 3mal, unterbrochen wird, daß während jeder Unterbrechung in einer Dicke im Mittel von '< 10Ä über die Beschichtungsfläche Si zur Störung des Schichtaufbaues aufgestäubt wird und daß während dem Aufbringen der Si-Schicht der Partialdruck des reaktiven Gases auf <2-10 ~⁶mbar bei einer Abscheidungsrate von 20Ä/min gehalten wird. :..' '. ' ;

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung hochstabiler Dunnfilmwiderstände aus Cr-Si-Basismaterial, die vorzugsweise ' in integrierten Wandlerschaltun'gen eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen . ' ,

Cr-Si-Dünnfilmwiderstände, die in integrierten Halbleiterschaltungen eingesetzt werden, müssen in der Herstellung und ihren Eigenschaften mit der Herstellungstechnologie des Schaltkreises kompatibel sein, insbesondere muß die zur Einstellung des Temperaturkoeffizienten TKR der Widerstandsschicht notwendige Temperatur so liegen, daß durch nachfolgende Wärmebehandlungen im Zyklus I die Eigenschaften der Widerstandsschicht nicht mehr nachteilig beeinflußt werden. Solche Wärmebehandlungen sind z. B. Formiergastempern oder CVD-Abscheidung einer SiO₂-Schutzschicht. Ein typischer Temperaturwert hierfür ist 450⁰C. ' . .

Cr-Si-Dünnfilmwiderstände, die technisch durch Höchratezerstäuben hergestellt werden, rekristallisieren bei 300.;.400°C und zeigen danach hohe positive TK-Werte, die für die Anwendung ungeeignet sind. Es werden deshalb verschiedene Methoden zur Erhöhung der sogenannten TK-O-Temperatur vorgeschlagen.

Bekannt ist die Verzögerung der Rekristallisation bei sehr dünnen Schichten <150Ä. Solche Schichten sind allerdings außerordentlich empfindlich gegen Kontaminationen und Schichtdickenschwankungen und zeigen dementsprechend keine gute Langzeitstabilität. Die Eigenschaften dieser dünnen Schichten werden im wesentlichen von den Grenzflächen bestirnrnt. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zugabe von Schwermetallen wie W, Mo zum Targetmätefial, die auch als Diffusionsbarrieren Verwendung finden. Der Schwermetallgehalt sollte allerdings 2at% nicht übersteigen, da sich sonst die Langzeitstabilität deutlich verschlechtert. Die TK-Temperaturverschiebung beträgt max. 5OK und ist oft nicht ausreichend. Eine vergleichbare Wirkung hat die partielle Oxydation der Cr-Si-Schicht z. B. durch Zugabe von Sauerstoff zum Arbeitsgas {teilreaktive Abscheidung). Sauerstoff beeinflußt allerdings auch den spezifischen Widerstand ς der Schicht, ς steigt mit wachsendem Sauerstoffgehalt steil an, die Widerstandsschicht „kippt um" in eine Isolatorschicht. Da die einzelnen Methoden für sich nicht ausreichen, arbeitet man meist derart, daß die Zerstäubung vom schwermetaflhaltigen Target im Ar-CVGemisch erfolgt. Bei 2 at% W-Zusatz und gerade noch beherrschbarem max. Sauerstoffpartialdruck kann für Cr-^-Basismaterial ein TK zwischen 0 und 50ppm/K nach 30min Tempern bei 450°C erreicht werden, d.h:,.bei Ausschöpfung des technisch Möglichen und Vernünftigen ist eine weitere Verschiebung nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Es sollen die Mängel am Stand der Technik weitgehend vermieden werden und die Qualität steigen gegenüber den bekannten Verfahren. .

.Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Cr-Si-Dünnfilmwiderständen anzugeben, dös mit ,den technologischen Prozeßschritten der Schaltkreis-Herstellung (Zyklus I) voll kompatibel ist. Es soll eine Widarstandsschicht fcvx einer TK-O-Einstelltemperatur von 450...50O⁰C mit Flächenwiderständen in kOhm-Bereich bei Schichtdicken von >50nm ,durch nicht oder nur schwach reaktives Plasmatronzerstäuben erzeugt werden. Insbesondere soll ermöglicht werden, daß die TK-Einstellung und die CVD-Abscheidung der Passivierungsschicht verbunden werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Aufstäuben der Widerstandsschicht durch Höchratezerstäuben eines Cr-Si-Targets mit einem Si-Gehalt von 50 bis 75at% und eines Si-Targets dadurch gelöst, daß die Beschichtung mit CrSi nach einer Schichtdicke von jeweils 30 bis 100Ä, mindestens aber 3mal, unterbrochen wird, um den lateralen Schichtaufbau jeweils iCiurch Aufstäuben von Si zu stören. Die aufgestäubte Si-Menge über die Beschichtungsfläche soll im Mittel < 10 A Dicke ergeben. Während des Si-Aufstäubens wird der Partialdruck des reaktiven Gases auf S 2 · 10~⁶ mbar bei einer Abscheiderate von 20Ä/min gehalten. Diese erfindungsgemäße, intermittierende Art des Aufbringens der Schicht ermöglicht die Herstellung von relativ dicken (>50nm) Widerstandsschichten bei Flächenwiderständen > 1 kOhm/O- Beim Vergleich von Widerstandsschichten nach diesem Verfahren und solchen, die in bekannter Weise durch Zerstäuben eines Cr-Si-Targets aufgebracht wurden, wobei der Si-Gehalt des Targets dem summarischen Gehalt in den erfindungsgemäß hergestellten Schichten entspricht, ergeben sich signifikante Unterschiede. Trotz gleichen Si-Gehalts ist nach Tempern bei 450°C der TKR bei den erfindungsgemäß hergestellten Schichten um 150...250ppm/K kleiner als bei Schichten, die in bekannter Weise hergestellt wurden. Offenbar behindert die eingebrachte Stprung des lateralen Schichtaufbaus die Rekristallisation der Cr-Si-Schicht und bewirkt damit eine effektive Erhöhung der TK-O-Temperatur. Dieser Prozeß ist sehr gut steuerbar durch die Wahl der Cr-Si-Einzelschichtdicken bzw. die Zahl der Unterbrechungen. Die Lage der TK-O-Temperatur wird damit so fixiert, daß sie der Temperatur entspricht, die bei der nachfolgenden weiteren Wafer-Bearbeitung als Maximaltemperatur auftritt: Damit entfällt ein zusätzlicher Temperschritt. Die Reproduzierbarkeit der Einstellung der kritischen Parameter „Flächenwiderstand", „Schichtdicke" (Stabilität!) und „TKR" verbessert sich erheblich gegenüber der beim reaktiven Zerstäuben im Ar-O₂-Gemisch erreichbaren, da dort eine exponentialartige Abhängigkeit des Flächenwiderstandes und des Tempersprunges Δ R/R_o vom Sauerstoffpartialdruck beobachtet wird. Im Gegensatz dazu ist beim erfindungsgemäßen Verfahren der entsprechende Zusammenhäng zur zusätzlichen Si-Menge im interessierehden Bereich etwa linear.