DD283755A7

DD283755A7 - Praezisions-widerstands-duennschicht

Info

Publication number: DD283755A7
Application number: DD32203888A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Sobe; Hartmut Schreiber; Guenter Weise; Armin Heinrich; Hartmut Vinzelberg; Winfried Brueckner; Lutz Bierbrauer; Albrecht Mueller; Ullrich Heisig; Christian Neelmeiger; Volker Riede
Original assignee: Akademie Der Wissenschaften Der Ddr,Dd
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1990-10-24
Also published as: EP0370478A3; DK582989D0; FI895533A0; EP0370478A2; DK582989A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik/Mikroelektronik und betrifft Praezisions-Widerstands-Duennschichten, wie sie z. B. in Hybridschaltkreisen, Sensoren oder integrierten Schaltungen Anwendung finden. Die Aufgabe der Erfindung, die Zusammensetzung der Schichten und ihre Struktur bezueglich der Heterogenitaet zu veraendern, wird durch Praezisions-Widerstands-Duennschichten auf der Basis von CrSiO mit 10 bis 50 Stoffmengenanteilen Sauerstoff und einem Atomverhaeltnis Si:Cr zwischen 1 und 10 sowie mit einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen (X) von 0 bis 10 Stoffmengenanteilen und 0 bis 50 Stoffmengenanteilen A1 bezogen auf das Gesamtsystem CrSiXAl erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz die Schicht zwischen 2 und 20 Stoffmengenanteilen Wasserstoff, bezogen auf das Gesamtsystem CrSiCAlOH, enthaelt, dasz ein Teil des Wasserstoffs in Form von OH-Gruppen abgebunden ist und dasz die Schicht eine Entmischung in O-reiche und O-arme Cluster aufeist, die mit einer Saeulenstruktur gekoppelt ist. Durch die Erfindung ist es moeglich, Widerstands-Duennschichten mit Praezisionseigenschaften anzugeben.{Elektronik; Mikroelektronik; Duennschichten; Widerstand; Widerstands-Duennschichten; Praezisions-Widerstands-Duennschichten; Saeulenstruktur; Heterogenitaet; CrSiO-Widerstaende; hochschmelzende Metalle; Wasserstoff; Wasser; OH-Gruppe; Cluster; Entmischung}

Description

Vorteilhafterweise hat die Schicht die Zusammensetzung (Si₁Cr₆W₀), -_x<O,-_yH_y)x,

wobei die Koeffizienten a zwischen 0,5 und 0,85, b zwischen 0,15 und 0,5 und c zwischen 0 und 0,05 liegen, sowie χ Werte zwischen 0,3 und 0,55 und y zwischen 0,1 und 0,15 annimmt

Ebenfalls vorteilhaft ist die Zusammensetzung der Schicht durch

gegeben, wobei die Koeffizienten a zwischen 0,5 und 0,8, b zwischen 0,15 und 0,5 und czwischen 0 und 0,2 liegen, sowie χ Wertezwischen 0,3 und 0,55 und y zwischen 0,1 und 0,15 annimmt.

Zweckmäßig ist ns weiterhin, daß möglichst viel des in der Schicht vorhandenen Wasserstoffs, d. h. mindestens 50%, in Form

von OH-Gruppen abgebunden ist.

Widerstandsschichten der angegebenen Zusammensetzung und Struktur haben entsprechend der Zielsetzung die Eigenschaft,

daß TK und ΔΤΚ in einem weiten und höheren Bereich des spezifischen Widerstandes gleichzeitig nahe Null sind.

Die Schichten lassen sich beispielsweise mit einem Plasmatron herstellen. Das Sputtern erfolgt in einer HjO-haltigen Atmosphäre mit einem Gesamtdruck zwischen 1 und 100Pa. Die Zusammensetzung und die Struktur der Schichten läßt sich beispielsweise folgendermaßen prüfen: Die Konzentration der Elemente Si, Cr, W und O läßt sich durch die Rutherfordrückstreuspektroskopie bestimmen, die H- Konzentration durch eine kernphysikalicche Analysenmethode entsprechend der Reaktion

¹H(¹⁶N,

etwa 1 Woche nach Schichtherstellung. Geringe leichtflüchtige Wasserstoffanteile, die hier vernachlässigt werden und die sichaußerdem schwer verfolgen lasson, sind zu diesem Zeitpunkt nicht mehr in den Schichten vorhanden.

Der Nachwels der OH-Gruppen kann mit Hilfe der Infrarotspektroskopie erfolgen; die Proben zeigen dann im Bereich von

3000-3600Cm"¹ Absorptionsbanden.

Die Entmischung und die Säulenstruktur lassen sich durch transmissions-elektronenmikroskopische Untersuchungen

einschließlich der zugehörigen Beugungen nachweisen; die Säulenstruktur wird insbesondere bei Schrägstellung der Probenzum Elektronenstrahl deutlich.

Ausfflhruiigsbelsplele Beispiele 1 und 2

Auf einem Substrat aus oxidiertem Silizium ist eine Widrrstandsschicht von 80 nm Dicke vorhanden mit einer Zusammensetzung, die durch

gegeben ist.

Das Beispiel 1 entspricht dem Stand der Technik. Beispiel

A: y «< 0 und χ » 0,3 B: y«0undx«O,4 C: y»0undx«0,5

Nach Herstellung und anschließender Einsteiltemperung, die wie üblich dem Werkstoff angepaßt wird, ergeben sich folgende Eigenschaften:

(p₀ = spezifischer Widerstand des ungetemperten Materials in μΩαη

ρ = spezifischer Widerstand in uDcrn, nach Einsteiltemperung bei der Temperatur T_E in°C. Dauer der Einstellung 2h.

TK¹²⁶ = Temperkoeffizient des Widerstandes zwischen 25⁰C und 125⁰C TK"⁶⁶ = Temperkoeffizient des Widerstandes zwischen -55⁰C und 25'C ΔΤΚ = TK¹²⁶ - TK"⁶⁶)

A: Po= 570	T₆ = 300	ρ ο 360
TK¹²⁵=-3	TK"⁶⁵ ~-7	ΔΤΚ = 4
B: P₀= 1170	T_E = 350	ρ = 770
TK¹²⁵=-7	TK"⁶⁶=-17	ΔΤΚ= 10
C: P₀= 12000	T_E = 400	ρ = 2700
TK¹²⁶=-21	TK"⁶⁶ =-46	ΔΤΚ = 25

Beispiel 2

A: y = 0,14 und χ = 0,3 * B: y a 0,12 und χ ^ 0,4 C: y π 0,08 und x = 0,5

Dabei werden bei IR-spektroskopischen Untersuchungen breite Abeorptlonsbanden Im Bereich von 3000-3600cm"' mit

integralen Absorptionskoeffizienten zwischen 1 und 2 · 1O'cm~² festgestellt.

Mit Hilfe der Transmisslonselektronenmikroskople wird ein Sluienaufbau der Schichten mit einer Säulenbreite von 5 bis 10nm

nachgewiesen. Die Auswertung von Beugungsuntersuchungen belegt die Entmischung der Schicht in O-reiche und O-arme

Cluster. Dabei sind die O-rolchen Schichten auch Si-reicher und die Ol ärmeren auch Si-ärmer. Die Schichten lassen sich folgendermaßen herstellen: Es wird eine ultrahochvakuumdichte Anlage von 1001 Reziplentenvolumen benutzt, in die ein Plasmatron mit einem Target der Zusammensetzung 60Si 38Cr 2 W eingebaut ist. Die Saugleistung der Pumpen wird auf 20 l/s gedrosselt. Die Substratbewegung

erfolgt nach dem bekannten Planetenprinzip. Der Abstand zwischen Target und SubstratpalettG ist 80 mm, der Arbeitsgasdruck(Argon) 4Pa; die Kondensationsrate wird zu 10nm/min festgelegt. Als Reaktivgas wird Wasserdampf verwendet, der über eine

Dusche eingelassen wird. Nach Einstelltemperung, die wiederum dem Werkstoff angepaßt wird, ergeben sich folgende Eigenschaften (Legende siehe Beispiel 1):

A: P₀= 2200 T₆ = 300 ρ = 1800

TK"⁶= 1 TK"⁶⁶= 14 ΔΤΚ--13

B: P₀= 6100 T_E = 300 ρ = 5300

TK"⁶ = -β TK"⁶⁵ = -8 ΔΤΚ - 2

C: P₀= 13000 Τε = 400 ρ = 12000

TK"⁶= -23 TK"⁶⁵--34 ΔΤΚ = 11

Claims

1. Präzisions-Widerstands-Dünnschicht auf der Basis von CrSiO mit 10 bis 50 Stoffmengenanteilen Sauerstoff und einem Atomverhältnis SkCr zwischen 1 und 10 sowie mit einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen (X) von 0 bis 10 Stoff mengenanteilen und 0 bis 50 Stoffmengenanteilen Al, bezogen auf das System CrSiXAI, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zwischen 2 und 20 Stoffmengenanteilen Wasserstoff, bezogen auf das Gesamtsystem CrSiXAIOH, enthält, daß ein Teil des Wasserstoffs in Form von OH-Gruppen abgebunden ist und daß die Schicht eine Entmischung in O-reiche und 0-arme Cluster aufweist, die mit einer Säulenstruktur gekoppelt ist.

2. Präzisionswiderstandsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Schicht durch

gegeben ist, wobei die Koeffizienten a zwischen 0,5 und 0,85, b zwischen 0,15 und 0,5 und c zwischen 0 und 0,05 liegen, sowie χ Werte zwischen 0,3 und 0,55 und y zwischen 0,1 und 0,15 annimmt.

3. Präzisions-Widerstandsschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Schicht durch

gegeben ist, wobei die Koeffizienten a zwischen 0,5 und 0,8, b zwischen 0,15 und 0,5 und czwischen 0 und 0,2 liegen, sov. j χ Werte zwischen 0,3 und 0,55 und y zwischen 0,1 und 0,15 annimmt.

4. Präzisions-Widerstandsschicht nach Anspruch 12 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 50% des in der Schicht vorhandenen Wasserstoffs in Form von OH-Gruppen abgebunden ist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektronik/Mikroelektronik und betrifft Präzisions-Widerstands-Dünnschlchten, wie sie z. B. in Hybridschaltkreisen, Sensoren oder integrierten Schaltungen Anwendung finden.

Charakteristik des bekannten Sundes der Technik

Bekannt sind Präzisions-Widerstands-DQnnschichten auf der Basis von CrSiO mit 0 bis 60 Stoffmengenanteilen Sauerstoff (DE-OS 2724498). Weiterhin ist bekannt, daß solche Dünnschichten W, Ta oder Mo mit 1 bis 10 Stoffmengenanteilen und/oder A! mit 5 bis 70 Stoffmengenanteilen zusätzlich enthalten können (DD 158725, DD 230106).

Alle diese Werkstoffzusammensetzungen haben die Nachteile, daß Temperaturkoeffizienten um Null entweder nur in einem engen Temperaturgebiet oder nur in einem schmalen Bereich des spezifischen Widerstandes erreicht werden und daß dieser Bereich weiterhin im unteren Teil des mit diesen Schichten überstreichbaren Widerstandsgebietes liegt, d. h„ daß der nutzbare Widerstandsbereich um so enger ist, jo weiter der Temperaturbereich ist, für den ein kleiner TK gefordert wird. Dies ist oft von -55°C bis 125°C bzw. 165⁰C der Fall. Es ist dann üblich, zur Charakterisierung des Tomperaturkoeffizienten zwei Parameter zu verwenden, den TKzwischen 25⁰C und 125⁰C (sog. Wärme-TK) und die Parabolizität TK (Unterschied des TK im Wärmebereich zu dem im Kä'.ebereich) d.h. von -55°C bis 25⁰C

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Präzisions-Widerstands-Dünnschicht anzugeben, deren TK und ΔΤΚ gleichzeitig einen Wert nahe Null in einem weiten und möglichst hohen Bereich des spezifischen Widerstandes haben.

Darlegung riei Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung der Schichten und ihre Stru.-.lur bezüglich der Heterogenität zu verändern.

Die Aufgabe wird durch eine Präzisions-Widerstands-Dünnschicht auf der Basis CrSiO mit 10 bis 50 Stoffanteilen Sauerstoff und einem Atomverhältnis Si:Cr zwischen 1 und 10 und mit einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen (X) von 0 bis 10 Stoffmengenanteilen und von 0 bis 50 Stoffmengenanteilon Al, bezogen auf das System CrSiXAI erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht zwischen 2 und 20 Stoffmengenanteile Wasserstoff, bezogen auf das Gesamtsystem CrSiXAIOH, enthält, daß ein Teil des Wasserstoffs in Form von OH-Gruppen abgebunden ist und daß die Schicht eine Entmischung in O-reiche und 0-arme Cluster aufweist, die mit einer Säulenstruktur gekoppelt ist.