DE102019117711A1

DE102019117711A1 - Widerstandselement und herstellungsverfahren eines widerstandselements

Info

Publication number: DE102019117711A1
Application number: DE102019117711.1A
Authority: DE
Inventors: Masaru Saito; Masaharu Yamaji; Osamu Sasaki; Hitoshi Sumida
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-07-01
Publication date: 2020-02-06
Also published as: CN110797326A; JP2020021909A; US11189685B2; US20200044011A1; JP7127413B2

Abstract

Ein Widerstandselement wird bereitgestellt, welches umfasst: ein Halbleitersubstrat; einen ersten Isolierfilm, der auf dem Halbleitersubstrat gestapelt ist; eine Widerstandsschicht, die selektiv auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist; einen ersten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht getrennt ist; einen zweiten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht in einer Richtung getrennt ist, die von der des ersten Hilfsfilms verschieden ist; einen zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist, um die Widerstandsschicht, den ersten Hilfsfilm und den zweiten Hilfsfilm zu bedecken; eine erste Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist und auf dem zweiten Isolierfilm gestapelt ist, angeordnet auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms; und eine zweite Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist, indem sie von der ersten Elektrode getrennt ist, und die auf dem zweiten Isolierfilm auf der Oberseite des zweiten Hilfsfilms gestapelt ist.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Widerstandselement und ein Herstellungsverfahren des Widerstandselements.
HINTERGRUND
Ein Widerstandselement, bei dem eine erste Isolierschicht auf einem Siliziumsubstrat gestapelt ist, eine dünne Widerstandsschicht auf der ersten Isolierschicht gestapelt ist und ein zweiter Isolierfilm auf der Widerstandsschicht gestapelt ist, sodass laterale Seiten der Widerstandsschicht, welche sich gegenüberliegen, freiliegen, ist als ein Widerstandelement für eine Halbleitervorrichtung, wie zum Beispiel eine integrierte Halbleiterschaltung (IC), bekannt (siehe zum Beispiel die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 8-306861 (PTL 1)). In dem in PTL 1 beschriebenen Widerstandselement sind zwei Elektroden auf dem zweiten Isolierfilm gestapelt, um sich zu erstrecken, und ein Bonddraht ist mit zwei Elektroden verbunden.
Jedoch gibt es bei dem in PTL 1 beschriebenen Widerstandselement in einem Fall, wenn zu der Zeit einer Durchführung einer Drahtbondung ein Bruch in dem zweiten Isolierfilm erzeugt wird, eine Möglichkeit, dass ein Kurzschluss zwischen der Elektrode und dem Widerstandselement auftritt.
ZUSAMMENFASSUNG
In Anbetracht des oben beschriebenen Problems ist es ein Ziel der Erfindung, ein Widerstandselement, welches in der Lage ist, einen Kurzschluss zwischen einer Elektrode und einer Widerstandsschicht zu verhindern, und ein Herstellungsverfahren des Widerstandselements bereitzustellen.
Ein Aspekt der Erfindung ist ein Widerstandselement, welches umfasst: (a) ein Halbleitersubstrat; (b) einen ersten Isolierfilm, der auf dem Halbleitersubstrat gestapelt ist; (c) eine Widerstandsschicht, die selektiv auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist; (d) einen ersten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht getrennt ist; (e) einen zweiten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht in einer Richtung getrennt ist, die von einer Richtung des ersten Hilfsfilms verschieden ist; (f) einen zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist, um die Widerstandsschicht, den ersten Hilfsfilm und den zweiten Hilfsfilm zu bedecken; (g) eine erste Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist und auf dem zweiten Isolierfilm gestapelt ist, angeordnet auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms; und (h) eine zweite Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist, indem sie von der ersten Elektrode getrennt ist, und die auf dem zweiten Isolierfilm auf der Oberseite des zweiten Hilfsfilms gestapelt ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren eines Widerstandselement, welches umfasst: (a) ein Bilden eines ersten Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat; (b) ein selektives Bilden einer Widerstandsschicht, eines ersten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht getrennt ist, und eines zweiten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht in einer Richtung getrennt ist, die von einer Richtung des ersten Hilfsfilms verschieden ist, jeweils auf dem ersten Isolierfilm; (c) ein Abscheiden eines zweiten Isolierfilms auf dem ersten Isolierfilm, um die Widerstandsschicht, den ersten Hilfsfilm und den zweiten Hilfsfilm zu bedecken; (d) ein Bohren eines ersten Kontaktlochs, das einen Teil der Widerstandsschicht auf der Seite des ersten Hilfsfilms freilegt, und eines zweiten Kontaktlochs, das einen Teil der Widerstandsschicht auf der Seite des zweiten Hilfsfilms freilegt, jeweils in den zweiten Isolierfilm; und (e) ein jeweiliges Bilden einer ersten Elektrode, die mit der Widerstandsschicht über das erste Kontaktloch verbunden ist, auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms, und einer zweiten Elektrode, die mit der Widerstandsschicht über das zweite Kontaktloch verbunden ist, auf einer Oberseite des zweiten Hilfsfilms.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, welche ein Beispiel für ein Widerstandselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 ist eine Draufsicht, welche ein Beispiel für das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 ist eine Graph, welche eine Beziehung zwischen einem Temperaturkoeffizienten und einer Dosismenge von dotiertem Polysilizium darstellt;
4 ist eine Querschnittsansicht, welche einen Effekt des Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung darstellt;
5 ist eine Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels eines Herstellungsverfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
6 ist eine auf 5 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
7 ist eine auf 6 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
8 ist eine auf 7 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
9 ist eine auf 8 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
10 ist eine auf 9 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
11 ist eine auf 10 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
12 ist eine auf 11 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
13 ist eine auf 12 folgende Prozess-Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels des Verfahrens eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden ein Widerstandselement und ein Herstellungsverfahren des Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden die gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen den gleichen oder ähnlichen Abschnitten zugeordnet und die wiederholte Beschreibung wird weggelassen. Die Zeichnungen sind jedoch schematisch und es gibt einen Fall, wenn eine Beziehung zwischen einer Dicke und einer planaren Abmessung, ein Dickenverhältnis jeder Schicht und dergleichen verschieden von den tatsächlichen sind. Außerdem gibt es bei den Zeichnungen einen Fall, in dem ein Abschnitt einbezogen wird, der eine andere Beziehung zwischen Abmessungen oder ein anderes Verhältnis hat. Außerdem veranschaulicht die folgende Ausführungsform eine Vorrichtung oder eine Verfahren zur Spezifizierung der technischen Idee der Erfindung, und die technische Idee der Erfindung beschränkt nicht das Material, die Form, die Struktur, die Anordnung und dergleichen von Bestandteilen auf die Folgenden. Außerdem ist die Definition einer Richtung, wie oben und unten, in der folgenden Beschreibung lediglich eine Definition zur Einfachheit der Beschreibung und beschränkt nicht die technische Idee der Erfindung. Zum Beispiel ist es offensichtlich, dass in einem Fall, wenn ein Ziel um 90° rotiert wird und betrachtet wird, oben und unten gelesen werden, indem sie in rechts und links umgewandelt werden, und in einem Fall, wenn das Ziel um 180° rotiert und betrachtet wird, oben und unten umgekehrt gelesen werden.
(Struktur des Widerstandselements)
Wie in 1 dargestellt, basiert ein Widerstandselement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf einem ersten Isolierfilm 2, welcher auf einer Fläche 1a eines Halbleitersubstrats 1 gestapelt ist, und einem Muster einer Widerstandsschicht 3a, und einem ersten Hilfsfilm 3b und einem zweiten Hilfsfilm 3c, welche jeweils auf dem ersten Isolierfilm 2 gebildet sind. Wie in 2 dargestellt, ist der erste Hilfsfilm 3b ein planares Muster, welches von der Widerstandsschicht 3a getrennt ist, und der zweite Hilfsfilm 3c ist ein planares Muster, welches von der Widerstandsschicht 3a in einer Richtung getrennt ist, welche von der des ersten Hilfsfilms 3b verschieden ist. Wie in 1 dargestellt, sind ein zweiter Isolierfilm 4 (ein Zwischenschicht-Isolierfilm), eine erste Elektrode 5a (eine Oberflächenelektrode) und eine zweite Elektrode 5b (eine Oberflächenelektrode) und ein Schutzfilm 6 in dieser Reihenfolge auf die Widerstandsschicht 3a, den ersten Hilfsfilm 3b und den zweiten Hilfsfilm 3c laminiert. Eine Querschnittsansicht, gesehen aus einer A-A-Richtung von 2, entspricht 1. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung zum Beispiel ein rechteckiges planares Muster, welches eine Richtung, in der die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b angeordnet sind, als eine Längsrichtung hat. Eine Chip-Größe des Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist zum Beispiel 2,8 mm × 2,5 mm.
Die Dicke des Halbleitersubstrats 1 beträgt zum Beispiel etwa 250 µm bis 450 µm. So kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat, dem eine n-Typ-Verunreinigung in einer hohen Konzentration zugesetzt wird, als das Halbleitersubstrat 1 verwendet werden. Ferner kann das Halbleitersubstrat 1 beispielsweise ein Siliziumsubstrat sein, dem in einer hohen Konzentration eine p-Typ-Verunreinigung zugesetzt wird, ein Siliziumsubstrat, dem die n-Typ-Verunreinigung oder die p-Typ-Verunreinigung nicht in einer hohen Konzentration zugesetzt wird, oder ein anderes Halbleitersubstrat als Silizium.
Die Dicke des ersten Isolierfilms 2 beträgt beispielsweise etwa 600 nm bis 1000 nm. So kann beispielsweise ein Siliziumoxidfilm (ein SiO₂ -Film), ein Siliziumnitridfilm (ein Si₃N₄-Film) oder ein Verbundfilm aus den vorstehend beschriebenen Filmen als der erste Isolierfilm 2 verwendet werden. Ferner kann beispielsweise der erste Isolierfilm 2 ein Isolierfilm (ein TEOS-Film) nach einem CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) unter Verwendung von Tetraethoxysilan (TEOS)-Gas einer organischen Verbindung auf Siliziumbasis sein.
Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Widerstandsschicht 3a ein rechteckiges planares Muster mit einer Querrichtung des Widerstandselements als die Längsrichtung. Ferner beträgt die Dicke der Widerstandsschicht 3a beispielsweise etwa 400 nm bis 600 nm. Weiterhin beträgt ein Schichtwiderstand der Widerstandsschicht 3a beispielsweise etwa 100 Ω/square bis 200 Ω/square. Ein Widerstandswert der Widerstandsschicht 3a kann durch Anpassen der Breite und der Höhe der Widerstandsschicht 3a und dergleichen gesteuert werden. So kann beispielsweise n-Typ-dotiertes Polysilizium als die Widerstandsschicht 3a verwendet werden. Das n-Typ-dotierte Polysilizium kann durch Ionenimplantation einer n-Typ-Verunreinigung wie Phosphor (P) in Bezug auf polykristallines Silizium (Polysilizium) und die Zugabe einer n-Typ-Verunreinigung während des Abscheidens des polykristallinen Siliziums mit einer CVD-Vorrichtung gebildet werden.
Ein Temperaturkoeffizient der Widerstandsschicht 3a ist vorzugsweise 0, oder die Widerstandsschicht 3a hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Dementsprechend ist es möglich, eine Erhöhung des Widerstandswertes zu der Zeit einer Durchführung eines Hochtemperaturbetriebs zu unterdrücken. In einem Fall, in dem beispielsweise das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung auf einen Gate-Widerstand eines IGBT aufgebracht wird, ist es möglich, einen Verlust beim Einschalten des IGBT zu unterdrücken. Ein Temperaturkoeffizient des n-Typ-dotierten Polysiliziums kann durch Anpassen einer Dosismenge zu dem Zeitpunkt der Ionenimplantation der n-Typ-Verunreinigung in Bezug auf das Polysilizium und dergleichen gesteuert werden. 3 veranschaulicht eine Beziehung zwischen einem Temperaturkoeffizienten und einer Dosismenge des n-Typ-dotierten Polysiliziums, das durch Ionenimplantation von Phosphor (P) gebildet wird. In einem Fall, in dem die Dosismenge beispielsweise etwa kleiner oder gleich 7,0 × 10¹⁵ cm^-2 ist, kann ein Temperaturkoeffizient des dotierten Polysiliziums etwa kleiner oder gleich 0 ppm/°C sein. Ferner ist der Temperaturkoeffizient der Widerstandsschicht 3a nicht notwendigerweise auf kleiner oder gleich 0 ppm/°C beschränkt, und die Widerstandsschicht 3a kann einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen.
Ferner kann die Widerstandsschicht 3a beispielsweise p-Typ-dotiertes Polysilizium sein. Das p-Typ-dotierte Polysilizium kann auch durch ein Verfahren wie die Ionenimplantation der p-Typ-Verunreinigung wie Bor (B) in Bezug auf das polykristalline Silizium (das Polysilizium) gebildet werden. Ferner ist die Widerstandsschicht 3a nicht auf das dotierte Polysilizium beschränkt und kann ein Nitridfilm eines Übergangsmetalls wie Tantalnitrid (TaN_x) und ein laminierter Film aus hochschmelzenden Metallfilmen sein, die in der Reihenfolge von Chrom (Cr)-Nickel (Ni)-Mangan (Mn) laminiert sind. Ferner kann ein dünner Film aus Silber-Palladium (AgPd), Rutheniumoxid (RuO₂) und dergleichen als die Widerstandsschicht 3a verwendet werden. Ferner kann die Widerstandsschicht 3a, obwohl sie sich von der in 1 dargestellten Struktur unterscheidet, auch durch eine p-Typ-Diffusionsschicht oder eine n-Typ-Diffusionsschicht realisiert werden, wobei die Widerstandsschicht 3a auf der Fläche des Halbleitersubstrats 1 ausgebildet ist.
Wie in 2 dargestellt, beinhalten der erste Hilfsfilm 3b und der zweite Hilfsfilm 3c ein rechteckiges planares Muster mit der Querrichtung des Widerstandselements als die Längsrichtung. 2 veranschaulicht exemplarisch einen Fall, in dem das planare Muster des ersten Hilfsfilms 3b und des zweiten Hilfsfilms 3c eine symmetrische Struktur mit einer ähnlichen Form ist. Der erste Hilfsfilm 3b und der zweite Hilfsfilm 3c sind in einer eindimensionalen Richtung angeordnet, indem die Widerstandsschicht 3a zwischen dem ersten Hilfsfilm 3b und dem zweiten Hilfsfilm 3c eingefügt wird, und indem sie von der Widerstandsschicht 3a getrennt sind. Das heißt, der erste Hilfsfilm 3b und die Widerstandsschicht 3a, und die Widerstandsschicht 3a und der zweite Hilfsfilm 3c sind in einem vorbestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet. Zum Beispiel kann ein Material, das mit dem der Widerstandsschicht 3a identisch ist, als der erste Hilfsfilm 3b und der zweite Hilfsfilm 3c verwendet werden. Zum Beispiel ist die Dicke des ersten Hilfsfilms 3b und des zweiten Hilfsfilms 3c etwa identisch mit der der Widerstandsschicht 3a.
Wie in 1 dargestellt, ist der zweite Isolierfilm 4 auf dem ersten Isolierfilm 2 gestapelt, um die Widerstandsschicht 3a zu bedecken. Der zweite Isolierfilm 4 bedeckt auch den ersten Isolierfilm 2, der an einem Abschnitt freiliegend ist, in dem die Widerstandsschicht 3a nicht bereitgestellt ist. Die Dicke des zweiten Isolierfilms 4 beträgt beispielsweise etwa 1000 nm bis 2000 nm in einem Abschnitt, in dem die Widerstandsschicht 3a nicht bereitgestellt ist. Zum Beispiel kann ein Siliziumoxidfilm (ein SiO₂-Film), der als ein sogenannter „NSG-Film“ bezeichnet wird, in dem Phosphor (P) oder Bor (B) nicht enthalten ist, ein Siliziumoxidfilm (ein PSG-Film), dem Phosphor zugesetzt ist, ein Siliziumoxidfilm (ein BSG-Film), dem Bor zugesetzt ist, ein Siliziumoxidfilm (ein BPSG-Film), dem Phosphor und Bor zugesetzt sind, ein Siliziumnitridfilm (ein Si₃N₄-Film) oder ein Verbundfilm der vorstehend beschriebenen Filme als der zweite Isolierfilm 4 verwendet werden. Ferner kann beispielsweise der zweite Isolierfilm 4 ein Verbundfilm sein, in dem der NSG-Film von etwa 500 nm bis 800 nm und der PSG-Film von etwa 400 nm bis 800 nm laminiert sind. Der NSG-Film hat eine Funktion, eine Widerstandsänderung zu unterdrücken. Ferner hat der PSG-Film eine Funktion, die Festigkeit der Drahtbondung zu gewährleisten.
Ferner sind in dem zweiten Isolierfilm 4 erste Kontaktlöcher 4a und 4b, die sich in einer Dickenrichtung des Widerstandselements erstrecken, in einen Abschnitt gebohrt, der sich auf einem Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a auf der Seite des ersten Hilfsfilms 3b befindet. Weiterhin sind in dem zweiten Isolierfilm 4 zweite Kontaktlöcher 4c und 4d, die sich in der Dickenrichtung des Widerstandselements erstrecken, in einen Abschnitt gebohrt, der sich auf einem Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a auf der Seite des zweiten Hilfsfilms 3c befindet.
Die erste Elektrode 5a ist an einer Position auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms 3b angeordnet, so dass eine untere Fläche eines Endabschnitts der ersten Elektrode 5a auf der Seite der zweiten Elektrode 5b dem Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a auf der Seite des ersten Hilfsfilms 3b zugewandt ist. Die untere Fläche des Endabschnitts der ersten Elektrode 5a auf der Seite der zweiten Elektrode 5b beinhaltet erste Kontaktbereiche 5c und 5d, die sich durch die ersten Kontaktlöcher 4a und 4b zu einer oberen Fläche der Widerstandsschicht 3a als ein Vorsprung erstrecken. Ferner ist die zweite Elektrode 5b an einer Position auf der Oberseite des zweiten Hilfsfilms 3c angeordnet, indem sie von der ersten Elektrode 5a getrennt ist, so dass eine untere Fläche eines Endabschnitts der zweiten Elektrode 5b auf der Seite der ersten Elektroden 5a dem Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a auf der Seite des zweiten Hilfsfilms 3c zugewandt ist. Die untere Fläche des Endabschnitts der zweiten Elektrode 5b auf der Seite der ersten Elektrode 5a beinhaltet zweite Kontaktbereiche 5e und 5f, die sich zu der oberen Fläche der Widerstandsschicht 3a durch die zweiten Kontaktlöcher 4c und 4d als ein Vorsprung erstrecken. Elektrisch sind die erste Elektrode 5a, die Widerstandsschicht 3a und die zweite Elektrode 5b in Reihe geschaltet und realisieren ein Widerstandselement mit einer stufenweisen sterischen Struktur.
Wie in 2 dargestellt, beinhalten die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b ein rechteckiges planares Muster mit der Querrichtung des Widerstandselements als der Längsrichtung. Die Dicke der ersten Elektrode 5a und der zweiten Elektrode 5b beträgt beispielsweise etwa 3 µm. Zum Beispiel kann ein laminierter Film aus Titan/Titan-Nitrid (Ti/TiN) von etwa 100 nm bis 130 nm, als ein Barrieremetall, Aluminium-Silizium (Al-Si) von etwa 3 µm, TiN/Ti von etwa 35 nm bis 55 nm, als ein Antireflexionsfilm, als die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b verwendet werden. Ferner können beispielsweise die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b eine Al-Legierung wie Al, Al-Cu-Si und Al-Cu anstelle von Al-Si sein. Die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b bilden ein Elektroden-Pad. Dann werden Bonddrähte 7a und 7b, die aus einem Metall wie Al bestehen und einen Durchmesser von etwa 200 µm bis 400 µm aufweisen, wie in 4 dargestellt, mit der ersten Elektrode 5a und der zweiten Elektrode 5b verbunden.
Als der Schutzfilm 6 kann beispielsweise ein Verbundfilm verwendet werden, in dem ein TEOS-Film, ein Si₃N₄-Film und ein Polyimidfilm laminiert sind. In dem Schutzfilm 6 sind Öffnungsabschnitte 6a und 6b an einer dem Mittelabschnitt der ersten Elektrode 5a und dem Mittelabschnitt der zweiten Elektrode 5b zugewandten Position bereitgestellt. Ein Abschnitt der ersten Elektrode 5a und der zweiten Elektrode 5b, der von den Öffnungsabschnitten 6a und 6b freigelegt ist, ist ein Pad-Bereich, der mit den in 4 dargestellten Bonddrähten 7a und 7b verbunden werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung den ersten Hilfsfilm 3b und den zweiten Hilfsfilm 3c getrennt von der Widerstandsschicht 3a, jeweils auf einer Unterseite der ersten Elektrode 5a und auf einer Unterseite der zweiten Elektrode 5b auf dem ersten Isolierfilm 2. Daher können beispielsweise, wie in 4 dargestellt, in einem Fall, in dem Brüche 8a und 8b in dem zweiten Isolierfilm 4 von der ersten Elektrode 5a oder der zweiten Elektrode 5b erzeugt werden, wenn die Bonddrähte 7a und 7b mit der ersten Elektrode 5a oder der zweiten Elektrode 5b verbunden werden, der erste Hilfsfilm 3b und der zweite Hilfsfilm 3c, das heißt ein von der Widerstandsschicht 3a getrenntes (isolierendes) Element, ein Stopper zum Stoppen des Verlaufs der Brüche 8a und 8b sein. Aus diesem Grund ist es beispielsweise möglich, im Gegensatz zu einem Fall, in dem sich die Widerstandsschicht 3a auf der Unterseite der ersten Elektrode 5a oder der Unterseite der zweiten Elektrode 5b erstreckt und somit als der Stopper der Brüche 8a und 8b dient, ein Widerstandselement bereitzustellen, das einen Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 5a und der Widerstandsschicht 3a oder einen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrode 5b und der Widerstandsschicht 3a verhindern kann.
Ferner ist in dem in PTL 1 beschriebenen Widerstandselement auf einer Unterseite eines Pad-Bereichs ein Widerstandsfilm bereitgestellt. In einem Fall, in dem ein Bruch in einem Isolierfilm zwischen dem Pad-Bereich und dem Widerstandsfilm erzeugt wird, tritt daher ein Kurzschluss zwischen dem Pad-Bereich und dem Widerstandsfilm auf, und somit kann ein charakteristischer Fehler wie eine Änderung eines effektiven Widerstandswertes auftreten.
Ferner beinhaltet das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung den Stopper der Brüche 8a und 8b auf der Unterseite des Pad-Bereichs, und daher ist es nicht notwendig, die Dicke der ersten Elektrode 5a, der zweiten Elektrode 5b, des zweiten Isolierfilms 4 oder des ersten Isolierfilms 2 zu erhöhen, um den Verlauf oder die Erzeugung der Brüche 8a und 8b zu stoppen, und es ist möglich, Herstellungskosten zu reduzieren. Ferner ist es nicht erforderlich, einen Screening-Test durchzuführen, der die Bildung des Bruchs beanstandet.
Übrigens kann beispielsweise in einem vertikalen Widerstandselement, in dem eine Widerstandsschicht und eine erste Elektrode auf einer Fläche eines Halbleitersubstrats in dieser Reihenfolge bereitgestellt sind und eine zweite Elektrode auf der Seite der anderen Fläche bereitgestellt ist, eine parallele ebene Platte, welche aus der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode besteht (der Pad-Bereich), die sich gegenüberliegen, eine Kapazitätskomponente sein. Daher besteht in einer Hochfrequenz-Betriebsumgebung eine Möglichkeit, dass der Pad-Bereich Widerstandsbetriebseigenschaften als eine schädliche Kapazitätskomponente beeinträchtigen kann.
Im Gegensatz dazu sind in dem Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Widerstandsschicht 3a und die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b auf einer Seite einer Fläche 1a des Halbleitersubstrats 1 bereitgestellt, und daher wird parallele flache Plattenstruktur, in der sich die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b (der Pad-Bereich) gegenüberliegen, nicht erhalten und trägt nicht als eine große Kapazitätskomponente bei, und daher ist es möglich, eine schädliche Kapazitätskomponente zu unterdrücken. Aus diesem Grund ist es möglich, einen Widerstandsbetrieb in einem höheren Frequenzbereich durchzuführen, und ein Anwendungsbereich erweitert sich.
Ferner ist es von dem Gesichtspunkt einer Struktur, in der eine Spannung nicht in einer Dickenrichtung der Widerstandsschicht 3a angelegt wird, nicht notwendig, die Dicke des zweiten Isolierfilms 4 oder des ersten Isolierfilms 2 zu erhöhen, und es ist möglich, die Herstellungskosten zu senken. Ferner beeinflussen elektrische Eigenschaften des Halbleitersubstrats 1 den Widerstandswert nicht, und daher ist die Spezifikation des Halbleitersubstrats 1 nicht wichtig, und es ist möglich, Materialkosten zu reduzieren. Daher ist es gemäß dem Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung möglich, einen Dünnfilmwiderstand mit einem ausgezeichneten Hochfrequenzbetrieb und niedrigen Herstellungskosten im Vergleich zu dem vertikalen Widerstandselement zu realisieren.
Wie nachstehend beschrieben, können der erste Hilfsfilm 3b und der zweite Hilfsfilm 3c, die das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung bilden, gleichzeitig aus einem Material gebildet werden, das mit dem der Widerstandsschicht 3a identisch ist. Daher ist es möglich, einen Zeit- und Arbeitsaufwand für das Bilden des ersten Hilfsfilms 3b und des zweiten Hilfsfilms 3c zu reduzieren.
(Herstellungsverfahren des Widerstandselements)
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 5 bis 13 beschrieben. Ferner sind das nachstehend beschriebene Herstellungsverfahren eines Widerstandselements, Zahlenwerte oder exemplarisch beschriebene Materialien und dergleichen ein Beispiel, und es ist offensichtlich, dass das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung durch verschiedene andere Herstellungsverfahren als das Herstellungsverfahren eines Widerstandselements realisiert werden kann, sofern es innerhalb des Umfangs des Wesens liegt, der in den Ansprüchen beschrieben wird.
Zuerst wird das Halbleitersubstrat 1, wie zum Beispiel das Siliziumsubstrat, dem die n-Typ-Verunreinigung in einer hohen Konzentration zugesetzt wird, hergestellt. Dann werden ein p-Typ-Halbleiterbereich, ein n-Typ-Halbleiterbereich und dergleichen, die einen aktiven Bereich der Halbleitervorrichtung bilden, auf der Fläche des Halbleitersubstrats 1 oder in dem Halbleitersubstrat 1 gebildet. Anschließend wird, wie in 5 dargestellt, der erste Isolierfilm 2, wie beispielsweise ein TEOS-Film, auf dem Halbleitersubstrat 1 abgeschieden, auf dem der aktive Bereich (nicht dargestellt) gebildet ist. Zum Beispiel kann ein Niederdruck-CVD-Verfahren (ein CVD-Verfahren mit reduziertem Druck) und dergleichen als ein Abscheidungsverfahren für den ersten Isolierfilm 2 verwendet werden. Ferner kann der erste Isolierfilm 2 aus einem Verbundfilm gebildet werden, wobei ein thermisch oxidierter Film durch ein thermisches Oxidationsverfahren gebildet wird, und dann der Isolierfilm durch ein CVD-Verfahren und dergleichen auf dem thermisch oxidierten Film abgeschieden wird und der thermisch oxidierte Film und der abgeschiedene Isolierfilm laminiert werden.
Anschließend wird eine undotierte Polysiliziumschicht auf dem Halbleitersubstrat 1 und dem ersten Isolierfilm 2 gebildet. Zum Beispiel kann ein CVD-Verfahren und dergleichen als ein Verfahren zur Bildung der Polysiliziumschicht verwendet werden, und die Polysiliziumschicht kann durch Abscheiden auf der gesamten Fläche des ersten Isolierfilms 2 gebildet werden. Anschließend wird die n-Typ-Verunreinigung wie zum Beispiel Phosphor (P) in Bezug auf die Polysiliziumschicht ionenimplantiert. Zum Beispiel wird Phosphor (P), das eine Beschleunigungsspannung von etwa 80 keV und eine Dosismenge von etwa 6, 0 × 10¹⁵ cm^-2 oder weniger hat, ionenimplantiert. Danach wird das implantierte Ion gemäß einer thermischen Behandlung aktiviert und, wie in 6 dargestellt, die dotierte Polysiliziumschicht 3 gebildet, der die n-Typ-Verunreinigung in einer hohen Konzentration zugesetzt ist. Die dotierte Polysiliziumschicht 3 kann durch Zugabe eines Verunreinigungselements aus der Gasphase zu der Zeit der Durchführung des Abscheidens gemäß einem CVD-Verfahren gebildet werden, anstatt die Verunreinigung gemäß der Ionenimplantation zuzusetzen. Anschließend wird ein Fotolackfilm auf die dotierte Polysiliziumschicht 3 aufgebracht, und der Fotolackfilm wird unter Verwendung einer Photolithographietechnik gemustert. Der gemusterte Fotolackfilm wird als eine Ätzmaske verwendet, und ein Teil der dotierten Polysiliziumschicht 3 wird selektiv gemäß reaktivem Ionenätzen (RIE, Reactive Ion Etching) und dergleichen entfernt, und somit wird die dotierte Polysiliziumschicht 3 gemustert. Danach wird der Fotolackfilm entfernt. Dadurch werden, wie in 7 dargestellt, der erste Hilfsfilm 3b, die Widerstandsschicht 3a und der zweite Hilfsfilm 3c auf dem ersten Isolierfilm 2 gebildet, um voneinander getrennt zu sein. In der entsprechenden 2 wird veranschaulicht, dass der erste Hilfsfilm 3b ein von der Widerstandsschicht 3a getrenntes planares Muster ist und der zweite Hilfsfilm 3c ein von der Widerstandsschicht 3a in einer Richtung entgegengesetzt zu (einer Richtung verschieden von) der des ersten Hilfsfilms 3b getrenntes planares Muster ist. Ferner weisen der erste Hilfsfilm 3b, die Widerstandsschicht 3a und der zweite Hilfsfilm 3c etwa die gleiche Verunreinigungskonzentration und etwa den gleichen Schichtwiderstand auf.
Als nächstes wird, wie in 8 dargestellt, der zweite Isolierfilm 4 abgeschieden, um den ersten Isolierfilm 2, die Widerstandsschicht 3a, den ersten Hilfsfilm 3b und den zweiten Hilfsfilm 3c zu bedecken. Zum Beispiel kann der zweite Isolierfilm 4 aus einem Verbundfilm gebildet werden, wobei der NSG-Film und der PSG-Film nacheinander gemäß einem CVD-Verfahren und dergleichen abgeschieden werden und der NSG-Film und der PSG-Film laminiert werden. Anschließend wird ein Fotolackfilm auf den zweiten Isolierfilm 4 aufgebracht und der Fotolackfilm wird unter Verwendung einer Photolithographietechnik gemustert. Der gemusterte Fotolackfilm wird als eine Ätzmaske verwendet, und ein Teil des zweiten Isolierfilms 4 wird selektiv gemäß RIE und dergleichen entfernt, und so wird ein Bohrmuster in einem Teil des zweiten Isolierfilms 4 gebildet. Danach wird der Fotolackfilm entfernt. Dadurch durchdringen, wie in 9 dargestellt, die ersten Kontaktlöcher 4a und 4b und die zweiten Kontaktlöcher 4c und 4d den zweiten Isolierfilm 4.
Als nächstes wird, wie in 10 veranschaulicht, ein Metallfilm 5 auf dem zweiten Isolierfilm 4 gemäß einem Vakuum-Dampfabscheideverfahren, einem Sputter-Verfahren und dergleichen abgeschieden, so dass das Innere jedes der Kontaktlöcher 4a bis 4d vergraben wird. Zum Beispiel kann der Metallfilm 5 aus einem Verbundfilm gebildet werden, wobei Ti/TiN, Al-Si und TiN/Ti nacheinander gemäß einem CVD-Verfahren und dergleichen abgeschieden werden und Ti/TiN, Al-Si und TiN/Ti laminiert werden. Anschließend wird ein Fotolackfilm auf den Metallfilm 5 aufgebracht, und der Fotolackfilm wird unter Verwendung einer Photolithographietechnik gemustert. Der gemusterte Fotolackfilm wird als eine Ätzmaske verwendet, ein Teil des Metallfilms 5 wird selektiv gemäß RIE und dergleichen entfernt und der Metallfilm 5 wird gemustert. Danach wird der Fotolackfilm entfernt. Dadurch werden, wie in 11 dargestellt, die erste Elektrode 5a und die zweite Elektrode 5b auf dem zweiten Isolierfilm 4 gebildet. Zu dieser Zeit werden gleichzeitig die ersten Kontaktbereiche 5c und 5d der ersten Elektrode 5a durch die ersten Kontaktlöcher 4a und 4b gebildet, und die zweiten Kontaktbereiche 5e und 5f der zweiten Elektrode 5b werden durch die zweiten Kontaktlöcher 4c und 4d gebildet. Das heißt, das Muster der ersten Elektrode 5a, die mit einem Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a verbunden ist, wird auf der Oberseite des ersten Hilfsfilms 3b durch die ersten Kontaktlöcher 4a und 4b gebildet. Gleichzeitig wird das Muster der zweiten Elektrode 5b, die mit dem anderen Endabschnitt der Widerstandsschicht 3a verbunden ist, auf der Oberseite des zweiten Hilfsfilms 3c durch die zweiten Kontaktlöcher 4c und 4d gebildet.
Anschließend wird, wie in 12 dargestellt, der Schutzfilm 6 auf der ersten Elektrode 5a, der zweiten Elektrode 5b und dem zweiten Isolierfilm 4 gebildet, so dass ein Spalt zwischen der ersten Elektrode 5a und der zweiten Elektrode 5b und dergleichen vergraben wird. Zum Beispiel kann der Schutzfilm 6 aus einem Verbundfilm gebildet werden, bei dem der TEOS-Film und der Si₃N₄-Film nacheinander gemäß einem Plasma-CVD-Verfahren und dergleichen abgeschieden werden und dann der Polyimidfilm auf den Si₃N₄-Film aufgebracht wird und somit der TEOS-Film, der Si₃N₄-Film und der Polyimidfilm laminiert werden. Anschließend wird ein Fotolackfilm auf den Schutzfilm 6 aufgebracht, und der Fotolackfilm wird unter Verwendung einer Photolithographietechnik gemustert. Der gemusterte Fotolackfilm wird als eine Ätzmaske verwendet, ein Teil des Schutzfilms 6 wird selektiv gemäß RIE und dergleichen entfernt, und in einem Teil des Schutzfilms 6 wird ein Fensterabschnitt gebildet. Danach wird der Fotolackfilm entfernt. Dadurch werden, wie in 13 dargestellt, die Öffnungsabschnitte 6a und 6b in dem Schutzfilm 6 gebildet, und der Pad-Bereich wird durch den Mittelabschnitt der ersten Elektrode 5a und der zweiten Elektrode 5b gebildet, die von den Öffnungsabschnitten 6a und 6b freigelegt sind.
Anschließend wird eine untere Fläche des Halbleitersubstrats 1 gemäß chemisch-mechanischem Polieren (CMP) und dergleichen poliert, und die Dicke des Halbleitersubstrats 1 wird auf etwa 350 µm reduziert. Dadurch wird, wie in 1 dargestellt, das Widerstandselement gemäß der Ausführungsform der Erfindung hergestellt. Ferner werden in dem tatsächlichen Herstellungsverfahren eine Mehrzahl von Elementen, die mit dem in 1 dargestellten Widerstandselement identisch sind, auf einem Wafer als ein matrixartiger Chip-Bereich gebildet. Anschließend wird der Chip-Bereich in einen Chip des in 1 dargestellten Widerstandselements isoliert, durch Sägen. Ferner ist es nicht erforderlich, dass der oben beschriebene aktive Bereich der Halbleitervorrichtung auf einer Unterseite des in 1 dargestellten Widerstandselements vorhanden ist, und das Layout des Chip-Bereichs, bei dem der Chip des Widerstandselements und ein Chip des aktiven Bereichs der Halbleitervorrichtung als ein separater Chip ausgeschnitten sind, kann auf das Halbleitersubstrat 1 gesetzt werden kann.
Durch das Herstellungsverfahren eines Widerstandselements gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, auf einfache Weise ein Widerstandselement zu realisieren, das einen Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 5a und der Widerstandsschicht 3a und einen Kurzschluss zwischen der zweiten Elektrode 5b und der Widerstandsschicht 3a verhindern kann.
Wie vorstehend beschrieben, wurde die Ausführungsform der Erfindung beschrieben, aber es wird verstanden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen, die einen Teil dieser Offenbarung bilden, die Erfindung nicht einschränken. Verschiedene alternative Ausführungsformen, Beispiele und Betriebstechniken werden einem Fachmann aus dieser Offenbarung ersichtlich sein.

Claims

Ein Widerstandselement, welches umfasst: ein Halbleitersubstrat; einen ersten Isolierfilm, der auf dem Halbleitersubstrat gestapelt ist; eine Widerstandsschicht, die selektiv auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist; einen ersten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht getrennt ist; einen zweiten Hilfsfilm, der von der Widerstandsschicht in einer Richtung getrennt ist, die von einer Richtung des ersten Hilfsfilms verschieden ist; einen zweiten Isolierfilm, der auf dem ersten Isolierfilm gestapelt ist, um die Widerstandsschicht, den ersten Hilfsfilm und den zweiten Hilfsfilm zu bedecken; eine erste Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist und auf dem zweiten Isolierfilm, der auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms angeordnet ist, gestapelt ist; und eine zweite Elektrode, die mit der Widerstandsschicht verbunden ist, indem sie von der ersten Elektrode getrennt ist, und die auf dem zweiten Isolierfilm auf der Oberseite des zweiten Hilfsfilms gestapelt ist.
Das Widerstandselement nach Anspruch 1, wobei der erste Hilfsfilm und der zweite Hilfsfilm aus einem Material bestehen, das identisch mit einem Material der Widerstandsschicht ist.
Ein Herstellungsverfahren eines Widerstandselements, welches umfasst: ein Bilden eines ersten Isolierfilms auf einem Halbleitersubstrat; ein selektives Bilden einer Widerstandsschicht, eines ersten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht getrennt ist, und eines zweiten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht in einer Richtung getrennt ist, die von einer Richtung des ersten Hilfsfilms verschieden ist, jeweils auf dem ersten Isolierfilm; ein Abscheiden eines zweiten Isolierfilms auf dem ersten Isolierfilm, um die Widerstandsschicht, den ersten Hilfsfilm und den zweiten Hilfsfilm zu bedecken; ein Bohren eines ersten Kontaktlochs, das einen Teil der Widerstandsschicht auf der Seite des ersten Hilfsfilms freilegt, und eines zweiten Kontaktlochs, das einen Teil der Widerstandsschicht auf der Seite des zweiten Hilfsfilms freilegt, jeweils in den zweiten Isolierfilm; und ein jeweiliges Bilden einer ersten Elektrode, die mit der Widerstandsschicht über das erste Kontaktloch verbunden ist, auf einer Oberseite des ersten Hilfsfilms, und einer zweiten Elektrode, die mit der Widerstandsschicht über das zweite Kontaktloch verbunden ist, auf einer Oberseite des zweiten Hilfsfilms.
Das Herstellungsverfahren eines Widerstandselements nach Anspruch 3, wobei der erste Hilfsfilm und der zweite Hilfsfilm aus einem Material bestehen, welches identisch mit einem Material der Widerstandsschicht ist.
Das Herstellungsverfahren eines Widerstandselements nach Anspruch 3 oder 4, wobei das selektive Bilden der Widerstandsschicht, des ersten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht getrennt ist, und des zweiten Hilfsfilms, der von der Widerstandsschicht in der Richtung getrennt ist, die von der Richtung des ersten Hilfsfilms verschieden ist, jeweils auf dem ersten Isolierfilm, beinhaltet: ein Bilden einer Polysiliziumschicht auf dem ersten Isolierfilm, und ein Bilden der Widerstandsschicht, des ersten Hilfsfilms und des zweiten Hilfsfilms durch ein Mustern der Polysiliziumschicht.