JP2000353602A - 薄膜抵抗体の製造方法及び薄膜抵抗体の抵抗値温度特性検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜抵抗体を構成するための金属薄膜若しく
は半導体薄膜を形成したあと、短期に薄膜抵抗体の抵抗
値温度特性を検出できるようにする。 【解決手段】 ウェハ１０上に形成された金属薄膜１３
の屈折率又は吸収係数を検出し、該屈折率又は吸収係数
に基づいて金属薄膜１３で構成される薄膜抵抗体１３ａ
の抵抗値温度特性を検出する。このように、金属薄膜１
３に光を照射し、この光の屈折率又は吸収係数を検出す
ることによって抵抗値温度特性を求めるようにすれば、
薄膜抵抗体１３ａに電流を流さなくても、薄膜抵抗体１
３ａの抵抗値温度特性を検出することができる。このた
め、薄膜抵抗体１３ａにコンタクトをとるための電極１
５などを形成する前に、薄膜抵抗体１３ａの抵抗値温度
特性を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜抵抗体の製造
方法及び金属薄膜若しくは半導体薄膜の抵抗値温度特性
検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属薄膜若しくは半導体薄膜で構
成される薄膜抵抗体の抵抗値温度特性の検出は、薄膜抵
抗体が適用される製品若しくはそのサンプルを所定プロ
セスまで製造した上で行われている。この薄膜抵抗体の
抵抗値温度特性の検出方法について、サンプルの製造プ
ロセスと共に説明する。

【０００３】図３に、薄膜抵抗体が適用される製品の製
造プロセスを示す。

【０００４】まず、図３（ａ）に示すようにシリコン基
板５１上にシリコン酸化膜５２が形成されたウェハ５０
を用意し、図３（ｂ）に示すようにシリコン酸化膜５２
上にスパッタリングによって金属薄膜（若しくは半導体
薄膜）５３を形成する。

【０００５】次に、フォトエッチングによって、図３
（ｃ）に示すように金属薄膜５３をパターニングして、
薄膜抵抗体５３ａを形成する。

【０００６】そして、図３（ｄ）に示す工程を行う。具
体的には、まず、薄膜抵抗体５３ａを含むウェハ５０の
上面にＴｉＷなどのバリアメタル５４をデポジションし
た後、バリアメタル５４をパターニングして薄膜抵抗体
５３ａを覆うようにバリアメタル５４を残す。その後、
ウェハ５０の上面にＡｌ膜を配置したのちパターニング
してＡｌ電極５６を形成し、さらに薄膜抵抗体５３ａの
上のバリアメタル５４をエッチングして薄膜抵抗体５３
ａの両端にのみバリアメタル５４を残す。そして、電極
シンタリング（Ａｌシンター）を行う。

【０００７】続いて、図３（ｅ）に示すように、ウェハ
５０の上面に保護膜５６を配置した後、コンタクトホー
ル５７を形成し、保護膜アニールを施し製品のうちの薄
膜抵抗体部分が完成する。

【０００８】上記した薄膜抵抗体５３ａの抵抗値温度特
性は、製造プロセスのうち電極シンタリング（図３
（ｄ）の工程）まで進め、Ａｌ電極５５を介して薄膜抵
抗体５３ａに電流を流すことによって行われる。

【０００９】具体的には、薄膜抵抗体５３ａの温度を変
化させると共に、各温度においての薄膜抵抗体５３ａの
抵抗値を検出し、温度変化量ΔＴに対する抵抗値変化量
ΔＲＣｒＳｉを求め、薄膜抵抗体５３ａの抵抗値温度特
性（ＴＣＲ＝ΔＲＣｒＳｉ／ΔＴ）［ｐｐｍ／℃］を求
めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
抵抗値温度特性の検出方法では、薄膜抵抗体５３ａを構
成するための薄膜を形成してから抵抗値温度特性検出ま
での時間が長い、つまり薄膜形成後電極シンタリングが
施されるまで抵抗値温度特性検出が行えないという問題
がある。

【００１１】なお、サンプルによって抵抗値温度測定を
行う場合においても、サンプルに対して抵抗値温度測定
が行える工程まで施さなければならないため、コスト高
になる。

【００１２】本発明は上記点に鑑みてなされ、薄膜抵抗
体を構成するための薄膜形成から短時間で抵抗値温度特
性を検出できるようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した従来の薄膜抵抗
体５３ａの抵抗値温度特性は、薄膜抵抗体５３ａに電流
を流すために、薄膜抵抗体５３ａの両側にＡｌ電極５５
を形成することによって薄膜抵抗体５３ａとのコンタク
トを取る必要がある。このため、上述したようにＡｌ電
極５５の形成迄の工程を施す必要があり、上記問題が発
生しているのである。

【００１４】そのため、本発明者らは、薄膜抵抗体に電
流を流さなくても薄膜抵抗体の抵抗値温度特性の検出が
行えないかを検討した。

【００１５】その結果、本発明者らは、薄膜抵抗体の抵
抗値温度特性が薄膜抵抗体の屈折率若しくは吸収係数と
所定の関係を有していることに着目し、これら屈折率若
しくは吸収係数に基づいて抵抗値温度特性を検出するこ
とを見出した。なお、屈折率とは、ある物質に光を照射
したときにおける光の屈折割合を示し、吸収係数は、あ
る物質に光を照射したときに吸収された減衰定数を示し
ている。

【００１６】これら屈折率や吸収係数は、光学機器（例
えば、エリプソメーター等）を用いて薄膜に光を照射す
ることによって検出できる（参考文献；電気学会通信教
育会著 「電気学会大学講座 電子材料工学」ｐ．２２
８〜ｐ．２３１、金原 榮・藤原 英夫著 「応用物理
学選書 ３．薄膜」ｐ．２００〜ｐ．２０３）。

【００１７】屈折率や吸収係数は、薄膜抵抗体を構成す
るための金属薄膜若しくは半導体薄膜を形成した際に、
これら金属薄膜に等に直接光を照射することによって検
出されるため、薄膜抵抗体のパターニングやＡｌ電極形
成等の工程を行う前に検出が行える。

【００１８】これら屈折率や吸収係数は、金属薄膜等の
膜質によって変化するが、この膜質は約５００℃以上の
高温熱処理を施さなければ熱処理による影響を受けな
い。上記した製造方法でいえば、スパッタリングによっ
て金属薄膜等を形成した後、電極シンタリングや保護膜
アニール等の熱処理工程を施すが、これら各工程の熱処
理は４５０℃程度で行うため、金属薄膜等の膜質に影響
を与えない。従って、金属薄膜等を形成した直後に屈折
率や吸収係数に基づいて抵抗値温度特性を検出すること
ができる。

【００１９】一方、膜質は、スパッタリングの条件によ
って決まる。例えば、ＣｒＳｉＮを薄膜抵抗体として用
いる場合、スパッタ装置に装着するＣｒＳｉターゲット
の組成比、及びスパッタリング時に取り込まれる窒素量
によって決定する。このため、検出される屈折率若しく
は吸収係数に応じてスパッタリング条件を変更し、所望
の抵抗値温度特性に対応する屈折率若しくは吸収係数が
得られるようにすればよい。

【００２０】ここで、屈折率若しくは吸収係数に基づい
て検出した抵抗値温度特性と、上記従来の方法を用いて
実際に薄膜抵抗体に電流を流して検出した抵抗値温度特
性との関係について調べた結果を図４及び図５に示す。
なお、図４は、屈折率と抵抗値温度特性との関係を示し
ており、図５は、吸収係数と抵抗値温度特性との関係を
示している。これらの図において、実線部分が実験結果
から想定される屈折率若しくは吸収係数と抵抗値温度特
性との関係を示し、点線部分がバラツキを示している。

【００２１】これらの図からも判るように、屈折率や吸
収係数と抵抗値温度係数とは所定の関係を有している
が、屈折率や吸収係数から求められる抵抗値温度特性と
実際の抵抗値温度特性とはバラツキがある。例えば、屈
折率によって抵抗値温度特性を求めた場合には、０±３
１［ｐｐｍ／℃］程度のバラツキが発生する。

【００２２】しかしながら、抵抗値温度特性規格とし
て、例えば０±６０［ｐｐｍ／℃］を見込むことができ
れば十分であるため、屈折率や吸収係数による抵抗値温
度特性検出が有効であるといえる。

【００２３】なお、抵抗値温度特性規格として、例えば
０±６０［ｐｐｍ／℃］にする場合には、屈折率を２．
９７〜３．３５、若しくは吸収係数を１．４２〜１．５
２にすればよい。

【００２４】このような検討に基づき、請求項１に記載
の発明においては、基板（１０、２０）上に形成された
金属薄膜若しくは半導体薄膜（１３、２３）に光を照射
し、該光の変化を検出し、この検出結果に基づいて金属
薄膜若しくは半導体薄膜の抵抗値温度特性を検すること
を特徴としている。

【００２５】このように、金属薄膜若しくは半導体薄膜
に光を照射し、この光の変化によって抵抗値温度特性を
検出するようにすれば、薄膜抵抗体に電流を流さなくて
も、薄膜抵抗体の抵抗値温度特性を検出することができ
る。これにより、薄膜抵抗体を構成するための金属薄膜
若しくは半導体薄膜を形成したあと、例えば直後という
ように短期に薄膜抵抗体の抵抗値温度特性を検出するこ
とができる。

【００２６】例えば、請求項２又は３に示すように、基
板（１０）上に形成された金属薄膜若しくは半導体薄膜
の屈折率又は吸収係数を検出し、該屈折率又は吸収係数
に基づいて金属薄膜若しくは半導体薄膜で構成される薄
膜抵抗体の抵抗値温度特性を検出することができる。

【００２７】請求項４に記載の発明においては、製品を
形成するための第１の基板（１０）と、サンプル用の第
２の基板（２０）とを用意し、第１、第２の基板の上面
それぞれに第１の薄膜（１３）と第２の薄膜（２３）と
を成膜し、第２の基板上に形成された第２の薄膜の屈折
率又は吸収係数に基づいて第１、第２の薄膜の抵抗値温
度特性を検出して、第１の薄膜の抵抗値温度特性が所定
範囲となるように第１の薄膜の成膜条件を補正すること
を特徴としている。

【００２８】このように、サンプル用の第２の基板に第
２の薄膜を形成し、この第２の薄膜の抵抗値温度特性を
検出することによって、製品を形成するための第１の基
板に形成された第１の薄膜の抵抗値温度特性を検出する
ことができる。つまり、第１の薄膜を形成したあと短期
に第１の薄膜の抵抗値温度特性を検出することができ
る。このため、サンプル用の第２の薄膜の抵抗温度特性
を検出したのち、第１の薄膜の成膜条件を変更し、第１
の薄膜の抵抗値温度特性が所定範囲となるようにすれ
ば、抵抗値温度特性に優れた薄膜抵抗体を得ることがで
きる。

【００２９】具体的には、第１の薄膜をスパッタリング
で形成する場合には、スパッタリングの条件を変更する
ことにより第１の抵抗値温度特性が所定範囲となるよう
にできる。例えば、薄膜抵抗体をＣｒＳｉＮで構成する
場合には、スパッタリング時の流入されるＮ₂の流入量
を変更すればよい。

【００３０】なお、上記括弧内の符号は、後述する実施
形態で説明する図中の符号との対応関係を示している。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の一実施形態にお
ける薄膜抵抗体の製造工程を示す。本実施形態において
は、製品と共に、抵抗値温度特性検出用のサンプルを薄
膜形成用の装置に入れてサンプルにも薄膜を形成し、サ
ンプルに形成された薄膜の抵抗値温度特性を検出するこ
とで製品の薄膜抵抗体の温度特性が所望のものとなるよ
うに補正する場合を例に挙げて説明する。なお、図１中
の紙面左側に示す製造フローは製品の製造プロセスを示
し、紙面右側に示す製造フローはサンプルの製造プロセ
スを示している。

【００３２】〔図１（ａ）に示す工程〕まず、製品製造
用として用いるウェハ１０と、サンプルとして用いるウ
ェハ２０を用意する。これら製品製造用及びサンプル用
のウェハ１０、２０としては、シリコン基板１１、２１
上にシリコン酸化膜１２、２２が形成されているものを
用いる。以下、製品として用いるウェハ１０を製品ウェ
ハと言い、サンプルとして用いるウェハ２０をサンプル
ウェハと言う。

【００３３】〔図１（ｂ）に示す工程〕次に、製品ウェ
ハ１０とサンプルウェハ２０とを共にスパッタリング装
置（バッチ）内に収納したのち、それぞれのシリコン酸
化膜１２、２２上にスパッタリングにより薄膜抵抗体を
構成する金属薄膜（若しくは半導体薄膜）１３、２３を
成膜する。

【００３４】そして、サンプルウェハ２０をスパッタリ
ング装置から取り出し、光学機器（例えば、エリプソメ
ーター）を用いて金属薄膜２３の屈折率若しくは吸収係
数を検出する。そして、抵抗値温度特性規格が例えば０
±６０［ｐｐｍ／℃］である場合には、屈折率が２．９
７〜３．３５、若しくは吸収係数が１．４２〜１．５２
となるようにスパッタリング条件を変更して製品ウェハ
２０の金属薄膜２３の管理を行う（図４、図５参照）。

【００３５】具体的には、スパッタリング時に流入する
Ａｒ及びＮ₂の流入量を変化させることによって、金属
薄膜２３の管理を行う。これは、Ｓｉ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎの
結合量とＣｒＳｉ₂結晶の量によって抵抗値温度特性が
変化するからであり、実験結果からも明らかにされてい
る。この実験結果を図２に示す。図２は、金属薄膜１
３、２３としてＣｒＳｉＮを用いてＡｒ及びＮ₂の流入
量を変化させた場合のＣｒＳｉ屈折率の変化を示してい
る。

【００３６】この図に示されるように、Ａｒ及びＮ₂の
流入量を変化させると、ＣｒＳｉ屈折率が変化している
ことが判る。これは、Ａｒ及びＮ₂の分圧によってＣｒ
Ｓｉ膜中に取り込まれるＮ₂の量が決定され、ＣｒＳｉ
屈折率に影響を与えているからである。なお、吸収係数
についても同様のことがいえる。

【００３７】このように、スパッタリング時に流入する
Ａｒ及びＮ₂の流入量を変化させることにより、製品ウ
ェハ１０の金属薄膜１３の屈折率若しくは吸収係数が所
望の範囲内となるようにすることができ、抵抗値温度特
性が所望の範囲内となるようにできる。

【００３８】なお、実験により、金属薄膜の厚さを８０
〜４００Åに変化させて抵抗値温度特性の変化を調べた
が、特に変化がなかった。このため、抵抗値温度特性は
金属薄膜の膜厚によっては影響を受けないといえる。従
って、抵抗値温度特性は膜質によって決定され、屈折率
若しくは吸収係数に基づいて様々な膜厚の金属薄膜につ
いての抵抗値温度係数を管理することができる。

【００３９】このようにして、所望の抵抗値温度特性を
得るようにした後、サンプルウェハ２０を排除し、製品
ウェハ１０のみをこの後のプロセスに移す。

【００４０】〔図１（ｃ）に示す工程〕次に、フォトエ
ッチングによって、金属薄膜１３をパターニングして、
薄膜抵抗体１３ａを形成する。

【００４１】〔図１（ｄ）に示す工程〕まず、薄膜抵抗
体１３ａを含む製品ウェハ１０の上面にＴｉＷなどのバ
リアメタル１４をデポジションした後、バリアメタル１
４をパターニングして薄膜抵抗体１３ａを覆うようにバ
リアメタル１４を残す。その後、製品ウェハ１０の上面
にＡｌ膜を配置したのちパターニングしてＡｌ電極１５
を形成し、さらに薄膜抵抗体１３ａ上のバリアメタル１
４をエッチングして薄膜抵抗体１３ａの両端にのみバリ
アメタル１４を残す。そして、電極シンタリング（Ａｌ
シンター）を行う。

【００４２】〔図１（ｅ）に示す工程〕続いて、製品ウ
ェハ１０の上面に保護膜１６を配置した後、コンタクト
ホール１７を形成し、保護膜アニールを施し製品のうち
の薄膜抵抗体１３ａ部分が完成する。

【００４３】このように、サンプルウェハ２０に金属薄
膜２３を成膜したのち、金属薄膜２３の屈折率若しくは
吸入係数を検出し、この検出結果に基づいて抵抗値温度
特性を求めるようにすれば、金属薄膜成膜後短時間で抵
抗値温度特性を検出することができる。

【００４４】（他の実施形態）上記実施形態では、薄膜
抵抗体１３ａを金属薄膜１３としてのＣｒＳｉＮで構成
する場合について説明したが、他の種類の金属薄膜で構
成するようにしてもよく、また、金属薄膜１３に変えて
半導体薄膜によって構成するようにしてもよい。例え
ば、薄膜形成条件によって組成比又は原子の結合が変化
する薄膜であるＣｒＳｉ、ＴａＮ、ＮｉＣｒ、ＮｉＣ
ｏ、ＮｉＦｅ等に適用することができる。

【００４５】また、上記実施形態では、金属薄膜２３の
屈折率若しくは吸収係数を求めることによって薄膜抵抗
体１３ａの抵抗値温度特性を検出するようにしている
が、金属薄膜２３に光を照射し、この光の変化に応じて
抵抗値温度特性を求めるようにすれば、他の方法であっ
ても上記実施形態と同様に短期に薄膜抵抗体１３ａの抵
抗値温度特性を検出することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を適用した製品ウェハとサ
ンプルウェハの製造工程を示す図である。

【図２】Ｎ₂流通量とＣｒＳｉ屈折率との関係を示す図
である。

【図３】従来の製品の製造工程を示す図である。

【図４】ＣｒＳｉ屈折率とＣｒＳｉ抵抗値温度特性（Ｔ
ＣＲ）との関係を示す図である。

【図５】ＣｒＳｉ吸収係数とＣｒＳｉ抵抗値温度特性
（ＴＣＲ）との関係を示す図である。

【符号の説明】

１０…製品ウェハ、２０…サンプルウェハ、１２、２２
…シリコン酸化膜、１３、２３…金属薄膜、１３ａ…薄
膜抵抗体、１４…バリアメタル、１５…Ａｌ電極、１６
…保護膜、１７…コンタクトホール。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（１０）上に形成された金属薄膜若
   しくは半導体薄膜で構成される薄膜抵抗体（１３ａ）の
   抵抗値温度特性の検出方法であって、 前記基板上に形成された前記金属薄膜若しくは半導体薄
   膜に光を照射し、該光の変化を検出し、この検出結果に
   基づいて前記金属薄膜若しくは半導体薄膜の抵抗値温度
   特性を検することを特徴とする薄膜抵抗体の抵抗値温度
   特性検出方法。
2. 【請求項２】 基板（１０）上に形成された金属薄膜若
   しくは半導体薄膜の屈折率又は吸収係数を検出し、該屈
   折率又は吸収係数に基づいて前記金属薄膜若しくは半導
   体薄膜で構成される薄膜抵抗体の抵抗値温度特性を検出
   する薄膜抵抗体の抵抗値温度特性検出方法。
3. 【請求項３】 半導体基板（１０、２０）上に前記金属
   薄膜若しくは前記半導体薄膜（１３、２３）を形成する
   工程と、 該前記金属薄膜若しくは前記半導体薄膜の屈折率又は吸
   収係数を検出する工程と、 検出された前記屈折率又は吸収係数に基づいて前記金属
   薄膜若しくは前記半導体薄膜で構成する薄膜抵抗体（１
   ３ａ）の抵抗値温度特性を検出する工程と、を備えてい
   ることを特徴とする薄膜抵抗体の抵抗値温度特性検出方
   法。
4. 【請求項４】 製品を形成するための第１の基板（１
   ０）と、サンプル用の第２の基板（２０）とを用意する
   工程と、 前記第１、第２の基板の上面に、それぞれ金属薄膜若し
   くは半導体薄膜からなる第１の薄膜（１３）と第２の薄
   膜（２３）とを成膜する工程と、 前記第２の基板上に形成された第２の薄膜の屈折率又は
   吸収係数を検出し、該屈折率又は吸収係数に基づいて前
   記第２の薄膜の抵抗値温度特性を検出すると共に、前記
   第１の薄膜の抵抗値温度特性を検出する工程と、 検出された前記第１、第２の薄膜の抵抗値温度特性に基
   づいて、前記第１の薄膜の成膜条件を補正し、該第１の
   薄膜の抵抗値温度特性が所定範囲となるようにする工程
   と、 前記第１の薄膜をパターニングして薄膜抵抗体（１３
   ａ）を構成する工程と前記薄膜抵抗体上に電極（１５）
   を形成する工程と、を備えていることを特徴とする薄膜
   抵抗体の製造方法。