DD223002A1

DD223002A1 - METHOD FOR PRODUCING DENSITY COAT RESISTIVES OF HIGH PRECISION

Info

Publication number: DD223002A1
Application number: DD25792883A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Baether; Winfried Brueckner; Hartmut Schreiber; Lienhard Pagel; Manfred Kern
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-05-29
Also published as: DE3445380A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroelektronik und ist bei der Herstellung von Duennschichtwiderstaenden anwendbar. Ziel der Erfindung ist es, die Qualitaet der Bauelemente und die Ausbeute aus dem technologischen Prozess zu erhoehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, bei dem eine Widerstandsschicht erzeugt wird, die neben der Basislegierung gasfoermige Elemente gebunden enthaelt, und bei dem die Widerstandsschicht sowie weitere Duennschicht strukturiert werden, so zu gestalten, dass die Gleichlaufeigenschaften der Widerstandselemente verbessert werden. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch geloest, dass nach der Abscheidung der Widerstandsschicht ueber diese eine zusaetzliche Widerstandsschicht aus der gleichen Basislegierung aufgebracht wird, in der jedoch eine geringere Menge oder keines der gasfoermigen Elemente enthalten ist, und dass nach der Strukturierung der Duennschichtwiderstaende sowie der Leitbahn-, Kontakt- und sonstigen Strukturelemente eine Waermebehandlung in einer Atmosphaere durchgefuehrt wird, die mindestens 5 at % der gasfoermigen Elemente enthaelt.The invention relates to the field of microelectronics and is applicable in the manufacture of Duennschichtwiderstaenden. The aim of the invention is to increase the quality of the components and the yield from the technological process. The invention is based on the object, a method in which a resistance layer is generated, which contains bonded gaseous elements in addition to the base alloy, and in which the resistance layer and further Duennschicht are structured to make so that the synchronous characteristics of the resistance elements can be improved. This object is achieved according to the invention characterized in that after the deposition of the resistive layer over this an additional resistive layer of the same base alloy is applied, but in which a smaller amount or none of the gasfoermigen elements is included, and that after the structuring of the Duennschichtwiderstaende and the Leitbahn-, contact and other structural elements heat treatment is carried out in an atmosphere that contains at least 5 at% of gaseous elements.

Description

Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtwiderständen hoher PräzisionProcess for the production of thin-film resistors of high precision

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroelektronik· Objekte, bei denen die Erfindung anwendbar ist, sind Verfahren zur Herstellung von monolithischen oder Hybridschaltkreisen mit Dünnschichtwiderständen oder Dünnschicht* Chipwiderstandsnetzwerke, z.B. R-2R-Netzwerke für hochgenaue Analog-Digital-Wandler oder ähnliche Präzisionsschaltkreise. ·' ' '.!" The invention relates to the field of microelectronics. Objects to which the invention is applicable are methods of making monolithic or hybrid circuits with thin film resistors or thin film chip resistor networks, e.g. R-2R networks for high accuracy analog-to-digital converters or similar precision circuits. · '' '.! "

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Als Dünnschicht-Widerstandsmaterialien werden Legierungen mit ausschließlich metallischen Komponenten, z.B. Cr-Ui₁, aber auch mit nichtmetallischen Komponenten, z.B. Cr-Si, Cr-SiO (Cermets), Ta-N, verwendet. Gewünschte Eigenschaftsverbesserungen werden durch Zusätze weiterer metallischer oder nichtmetallischer Komponenten erzielt. Die Dünnschichten we r den übli ehe rw ei s e durch phy sikali s ch e ö der chemisehe Schichtabscheideverfahren, z.B. Elektronenstrahlverdampfen, Sputterverfahren oder chemische Gasphasenabscheidung, aus isolierendem Träger, meist ganzflächig, abgeschieden.As thin-film resistor materials, alloys with exclusively metallic components, for example Cr-Ui ₁ , but also with non-metallic components, for example Cr-Si, Cr-SiO (cermets), Ta-N, are used. Desired property improvements are achieved by additions of other metallic or non-metallic components. The thin layers are usually deposited by physical chemical deposition, eg electron beam evaporation, sputtering or chemical vapor deposition, of insulating support, usually over the entire surface.

Eine Möglichkeit, die Eigenschaften der Dünnschichten gezielt zu verbessern, z.B. den Flächenwiderstand zu erhöhen, besteht im zusätzlichen Einbau von Sauerstoff, Stickstoff und/oder ähnlichen gasförmigen Elementen Es ist :bekannt₉ One possibility to improve the properties of the thin films in a targeted manner, for example to increase the sheet resistance, consists in the additional incorporation of oxygen, nitrogen and / or similar gaseous elements. It is known ₉

fjl#-fje Elemente während der Stthichtabscheidung durch einen Beschichtungsprozeß in einem mit diesen gasförmigen Elementen angereicherten Reaktionsgas einzubringen. Pur die Herstellung der Widerstände in integrierten monolithischen und H'Ybridschaltkreisen ist es bekannt, die Dünnschichten durch fotolithografische Prozeßschritte und anschließendes Ätzen zu strukturieren·fjl # -fje elements during the Stthichtabscheidung by a coating process in an enriched with these gaseous elements reaction gas to bring. For the production of the resistors in integrated monolithic and hybrid hybrid circuits, it is known to structure the thin films by photolithographic process steps and subsequent etching.

Als Mangel der bisher bekannten Verfahren erweist sich, daß für viele Anwendungsfälle die erreichbare Präzision der ,Widerstandsnetzwerke noch nicht ausreicht bzw. mangelhaft ist. Eine mangelhafte Präzision zieht zumindest eine geringe Ausbeute aus dem technologischen Prozeß nach sich» Weiterhin ist die Lebensdauer der Widerstandsnetzwerke meist durch allmähliche Überschreitung der Toleranzgrenzen bedingt, noch zu niedrig. Ein zusätzlicher Mangel besteht darin, daß der mögliche Arbeitstemperaturbereich der Widerstandsnetzwerke eingeengt werden muß oder aufwendige schaltungstechnische Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden müssen, da sonst durch die temperaturabhängigen Widerstandsänderungen zulässige Toleranzgrenzen überschritten werden· Die erreichbare Präzision, Stabilität und der mögliche Arbeitstemperaturbereich werden für viele Anwendungsfälle, z.B, R-2R-Netzwerke in hochäuflösenden Analog-Digital "-Wandlern, nicht nur durch die absoluten Eigenschaften der Widerstandselemente selbst, sondern durch die Differenzen der Eigenschaften benachbarter Widerstandselemente des Widerstandsnetzwerkes entscheidend bestimmt«As a shortcoming of the previously known methods turns out that for many applications, the achievable precision of, resistance networks is not sufficient or is deficient. A lack of precision results in at least a low yield from the technological process. "Furthermore, the life of the resistor networks is usually due to gradual exceeding of the tolerance limits, nor too low. An additional deficiency is that the possible working temperature range of the resistor networks must be narrowed or complicated circuit compensation measures must be taken, otherwise permissible tolerance limits are exceeded by the temperature-dependent resistance changes · The achievable precision, stability and the possible operating temperature range are for many applications, eg, R-2R networks in high-resolution analog-to-digital converters, not only determined by the absolute properties of the resistive elements themselves, but also by the differences in the properties of adjacent resistor elements in the resistor network.

Die eigentliche Ursache für derartige Differenzen sind Unterschiede in den spezifischen Schichteigenschaften, z.B. in unterschiedlichen spezifischen Widerständen der Schichten, sowie Unterschiede in den relativen Schichteigenschaften, z.B. in unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten und Alterungsraten der Widerstände, d.h., die Widerstände besitzen mangelnde Gleichlaufeigenschaften. Derartige Differenzen sind nicht durch geometrische Toleranzen bedingt, die ζ·Β·The actual cause of such differences are differences in specific layer properties, e.g. in different resistivities of the layers, as well as differences in the relative layer properties, e.g. in different temperature coefficients and aging rates of the resistors, that is, the resistors have lack of tracking characteristics. Such differences are not due to geometrical tolerances, which ζ · Β ·

Infolge Schablonen-, PoSitionierungs-, Masken- oder Ätzfehler entfliehen·Escape as a result of stencil, positioning, masking or etching errors.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Dünnschichtwiderständen die Qualität der Bauelemente und die Ausbeute aus dem technologischen Prozeß zu erhöhen·The aim of the invention is to increase the quality of the components and the yield from the technological process in the production of thin-film resistors.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtwiderständen, bei dem eine Widerst andsβchient erzeugt wird, die neben der Basislegierung Sauerstoff, Stickstoff und/oder ähnliche gasförmige Elemente gebunden enthält, und bei dem die Widerstandsschicht sowie weitere Dünnsehichten, beispielsweise Leitbahn-, Zwischenun'd Kontakt schicht en, strukturiert werden, so zu gestalten, daß die Gleichlaufeigenschaften der Widerstandselemente, inabesondere bezüglich der Präzision, der Stabilität und des Temperaturverhaltens verbessert werden·The invention is based on the object, a method for the production of thin-film resistors, in which a resistance andsβchient is generated, which contains bonded in addition to the base alloy oxygen, nitrogen and / or similar gaseous elements, and in which the resistance layer and other thin layers, such as Leitbahn- Intermediate contact layers are to be patterned so as to improve the tracking characteristics of the resistive elements, in particular with regard to precision, stability and temperature behavior.

Diese Aufgabe iöt nach der Erfindung dadurch gelöst, daß nach der Abscheidung der Widerstandsschicht über diese eine zusätzliche Widerstandsschicht aus der gleichen B_asislegierung aufgebracht wird, in der jedoch eine geringere Menge oder keines der gasförmigen Elemente enthalten ist, und daß nach der Strukturierung der Dünnschichtwiderstände sowie der Leitbahn-, Kontakt- und sonstigen Strukturelemente eine Wärmebehandlung in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die mindestens 5 at % der gasförmigen Elemente enthält· >This object iöt according to the invention achieved in that an additional resistor layer from the same B _a sislegierung is applied after the deposition of the resistive layer on this, but in a lesser amount or none of the gaseous elements contained, and that after the patterning of the thin film resistors and the track, contact and other structural elements, a heat treatment is carried out in an atmosphere containing at least 5 at % of the gaseous elements

Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung wird die zusätzliche Widerstandsschicht mit einer Dicke von <5 nm aufgebracht und die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von >300 °0 mit einer Dauer von^10 min durchgeführt_β According to advantageous embodiments of the invention, the additional resistance layer is applied with a thickness of <5 nm and the heat treatment at a temperature of> 300 ° 0 carried out with a duration of ^ 10 min _β

Sofern zxinrnt Leitbahn-, Kontakt- und eventuell Zwischenschichten abgeschieden, diese strukturiert und erst dann die Widerstandsschicht abgeschieden wird, ist das erfinduhgsgemäße Verfahren ebenfalls umzukehren, d.h,, es ist zuerst die als zusätzliche V/iderstandsschicht bezeichnete Schicht abzuscheiden und darüber ist die eigentliche Widerstandsschicht aufzubringen·If zxinrnt Leitbahn- , contact and possibly intermediate layer deposited, this structured and only then the resistance layer is deposited, the erfinduhgsgemäße method is also to reverse, ie, it is first deposited the layer referred to as additional V / iderstandsschicht and above it is the actual resistance layer · raise

Ausführungsbeispielembodiment

CrSi-Schichten mit einer Schichtdicke von d = 40 nm werden reaktiv mit einem dc-Plasmatron auf thermisch oxydierte Si-Scheiben (1,2 /Um SiOg-Scbichtdicke) gesputtert« Als Reaktivgas wird Sauerstoff mit einem Partialdruck Po₀'« 4,32.10*"° Torr in Argon (P_Ar - 4,0.1O*"-⁵ Torr) verwendet. Das Target enthält Cr und Si in einem Verhältnis von etwa 0,7 und einen W-Z_usatz. Anschließend wird ohne Unterbrechung des Beschichtungszyklus noch eine zusätzliche dünne (d = 5 mn) CrSi-Widerstandsschicht (Po₂ = 3,16.10"^ Torr) aufgebracht. Danach wird mit einem weiteren Plasmatron eine 1,5 /um dicke Al-Schicht ohne Unterbrechung des Vakuums auf die CrSi-Schicht aufgebracht· Nachfolgend werden mit üblichen fotolithografischen Prozeßschritten und naßchemischem Ätzen zuerst Al-Leitbahnen und Kontalctflachen^ und anschließend die CrSi-Widerstandsschichten strukturiert. Dabei werden beide Widerstandsschichten als einheitliche Schicht behandelt. Beim Strukturieren werden quadratische Dünnschichtwiderstände mit unterschiedlicher geometrischer Größe (50x50 /Um bis 1000x1000 /Um ) erzeugt. Abschließend wird eine Wärmebehandlung bei 410 ⁰C über 2 h an Luft durchgeführt.CrSi layers with a layer thickness of d = 40 nm are sputtered reactively with a dc-plasmatron onto thermally oxidized Si wafers (1.2 / μm SiO 2 layer thickness). The reactive gas is oxygen having a partial pressure Po ₀ «4.32.10 * "° Torr in Argon (P _Ar - 4.0.1O *" - ⁵ Torr). The target containing Cr and Si in a ratio of about 0.7 and a WZ _u set. An additional thin (d = 5 nm) CrSi resistor layer (Po ₂ = 3.16.10 "torr) is then applied without interrupting the coating cycle, after which a 1.5 μm thick Al layer is applied without interruption with another plasmatron Subsequently, Al-conductive tracks and contact surfaces and then the CrSi resistor layers are patterned by conventional photolithographic process steps and wet-chemical etching, where both resistive layers are treated as a uniform layer Size (50x50 / Um to 1000x1000 / Um) Finally, a heat treatment at 410 ⁰ C over 2 h in air is performed.

Die so hergestellten Dunnschichtwiderstände weisen geringere Eigenschaftsdifferenzen zwischen den geometrisch kleinsten und größten Widerständen auf, als nach bekannten Verfahren hergestellte, ,The thin-film resistors produced in this way exhibit smaller differences in properties between the geometrically smallest and largest resistances than are produced by known methods.

Die Differenzen im Temperaturkoeffizient der Widerstände (gerneasen zwirächen 20 ⁰C und 120 ⁰C) verringern sich auf ^ 15 % (100 % £ jeweils den besten Werten bekannter Verfahren)« Die Differenzen in der Alterungsrate (aus der Lagerung über 1000 h bei 120 ⁰C an L_uft ermittelt) verringern sich auf < 85 %. The differences in the temperature coefficient of the resistors (gerneasen zwirächen 20 ⁰ C and 120 ⁰ C) reduce to ^ 15% (100% £ each known the best values procedure) "The differences in the aging rate (from the storage for 1000 h at 120 ⁰ C to L _u ft determined) decrease to <85 %.

Claims

Claim of invention. - '

1. A process for the production of thin film resistors of high precision, wherein a resistive layer is produced, which in addition to the base alloy contains oxygen, nitrogen and / or similar gaseous elements connected, and wherein the resistive layer and other thin films, such as interconnect - And contact layers are structured, characterized in that after the deposition of the resistive layer over this an additional resistive layer of the same base alloy is applied, but in which a smaller amount or none of the gaseous elements is contained, and that after the structuring of the thin film resistors and the track, contact and other structural elements

a heat treatment is carried out in an atmosphere containing at least 5 at % of gaseous elements,

2. The method according to item 1, characterized in that the additional resistance layer is applied with a thickness of <5 mn · '

Method according to item 1, characterized in that the heat treatment is carried out at a temperature of> 300 ^° C. and with a duration of> 10 minutes.