JP2004079759A

JP2004079759A - 金属抵抗およびその製造方法

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Publication number: JP2004079759A
Application number: JP2002237729A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kotani; 小谷　謙司; Hiroshi Yano; 矢野　浩
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】薄膜金属抵抗における、金属抵抗と配線金属との電気的接触不良を回避できる金属抵抗の新たな構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】金属抵抗１は、抵抗金属薄膜２０と一対の電極金属１２とで構成されている。抵抗金属薄膜２０は、電極金属１２の一部とのみ接触して、この電極金属間に有意抵抗値を提供する。配線金属１６は、電極金属１２とのみ接触し、抵抗金属薄膜２０とは接触していない。従って、抵抗金属薄膜２０の表面が、金属抵抗１の形成過程でプラズマ等に晒されることがなくなり、抵抗金属薄膜２０と配線金属１６との電気的接触が確実となる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、集積回路に用いられる薄膜金属抵抗の新たな構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路等に用いられる薄膜金属抵抗は、比較的比抵抗の高いＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＳｉ等の金属の非常に薄い膜を形成して、所望の抵抗値を得るものである。例えばイオン注入により作製された注入抵抗などの半導体を主材料とする抵抗素子に比較し、その抵抗値の温度係数の符号が逆であり、また、抵抗値の値を比較的高精度で制御制御できるため、高性能抵抗として広く利用されている。図３に従来の金属抵抗の製造方法をその断面図で示した。
【０００３】
図３によれば、まずＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＳｉ等の抵抗金属を、厚さ数十ｎｍ程度の薄い膜で所望の縦横比を有する金属抵抗パターン２０に加工する（図３（Ａ））。この加工には、フォトレジストを用いたリフトオフ法や、アルゴンイオンなどのミリング法、あるいはシリサイド化合物に対しては、フッ素を含むガスによる反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いることが可能である。次いで、電気的な絶縁を果たすための金属膜上全体に無機絶縁膜１４を形成する。絶縁膜としては、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２などが一般的である（図３（Ｂ））。最後に抵抗金属に対して電気的接続を行うために、抵抗金属パターンの両側の所定個所の絶縁膜に、エッチングにより開口部を設け、その後この開口部に配線金属１６を埋め込む（図３（Ｃ））。以上の工程で薄膜金属抵抗を、集積回路中に形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しがしながら、従来の製造方法では次の様な問題があった。すなわち、（Ｃ）の工程前の絶縁膜に開口部を設ける工程において、絶縁膜をエッチングする際に用いるＲＩＥにより、薄膜金属抵抗の表面をプラズマ状態になったエッチングガスに晒すことになってしまう。絶縁膜がＳｉＮあるいはＳｉＯ_２の場合には、エッチングガスとしてはフッ素系のガスが用いられることが多い。例えばＣＨ_４、Ｓ_２Ｆ_６等である。しかしながら、これらのガスは抵抗金属がシリサイドの場合には、抵抗金属中のＳｉとも反応しその解離を促進してしまう。その結果、配線金属１６と抵抗金属２０との接触抵抗の増大あるいは接触不良による絶縁という状況を招いてしまう。
【０００５】
また、抵抗金属２０を形成する工程（Ａ）において、レジストにより配線金属パターンを形成する際に、酸素プラズマ処理を行う場合がある。例えば、ミリング法による抵抗金属形成の場合には、ミリング終了後、レジストパターンを除去するときに、抵抗金属全体をレジスト除去用の酸素プラズマに晒すこととなる。このため金属酸化物を表面に形成してしまう。この場合にも、配線金属１６と抵抗金属２０の接触不良を招く。そのため、従来の金属抵抗においては、抵抗金属の厚さを２０ｎｍより薄くすると、これらプラズマ加工の影響を顕著に受けてしまうため、たとえシート抵抗値として大きい値が必要な場合であっても、この抵抗金属の厚さを薄くすることができなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、集積回路用の金属抵抗において、互いに孤立した一対の電極金属と、この一対の電極金属間に比抵抗の大きい抵抗金属薄膜が形成される。そして、この薄膜抵抗金属に接触しない様に、一対の電極金属のそれぞれに対して接続する様に配線金属が形成されることを特徴とする。
【０００７】
ここで薄膜抵抗金属の材料としては、純金属の薄膜を用いることも可能であるし、これより比抵抗の大きいＮｉＣｒを用いることもできる。あるいはＮｉＣｒよりさらに大きい比抵抗を必要とする場合には、ＮｉＣｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ等の金属シリサイド化合物から選択することも可能である。さらに、上記一対の電極金属および配線金属として、Ａｕを主要な材料として含む金属を用いることが好ましい。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、薄膜抵抗金属と配線金属とが電極金属介して接続されるので、抵抗金属の表面が配線金属形成工程中にプラズマに晒されることがない。したがって、配線金属と良好な接触を維持することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しつつ、本発明に基づく薄膜金属抵抗の作製方法について説明する。
【００１０】
図１（Ａ）は、本発明による金属抵抗１の断面を示したものであり、図１（Ｂ）はそのパターンの平面透視図を示している。
【００１１】
ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のウェハ１０上にＳｉＯＮ等の無機絶縁膜１１が厚さ３５０ｎｍ形成されている。当該膜上に一対の電極金属１２が形成されている。電極金属としては、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の金属を連続的に形成したものである。この電極は、金属抵抗に接触する両端の電極に相当し、この電極間で所望の抵抗値を得ることができる。なお図１（Ａ）では示されていないが、ウェハ１０上には、この金属抵抗の他に、ＦＥＴ、Ｔｒ等の他の電子デバイスも同時に形成されている。
【００１２】
抵抗金属薄２０は、この一対の電極金属間に形成されている。ここでは、抵抗金属としてＮｉＣｒＳｉを厚さ２５ｎｍで用いた。金属抵抗はこの材料に拘束されることはなく、ＮｉＣｒ、あるいはＷ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ等のシリサイド化合物も用いることができる。また、下層にＮｉＣｒを上層にＮｉＣｒＳｉという様に、抵抗金属を多層膜としても用いることが可能である。抵抗金属２０は、電極金属１２に対しその一側面及び、電極金属１２の頂面の中程までを覆う様に形成されている。電極金属１２の他の側面と頂面のほとんどは、第２の絶縁膜１３に覆われている。この第２の絶縁膜１３には電極引出し用の開口部が形成されており、この開口部を介して配線金属１６が電極金属１２に接することで、抵抗金属薄膜２０に対して電気的な接続が可能となる。
【００１３】
この金属抵抗１の抵抗値は、その抵抗金属薄膜２０の厚さと縦横比（アスペクト比）の関係で決定される。厚さが２５ｎｍのＮｉＣｒＳｉの場合にはシート抵抗値として約１２０Ω／□が得られるので、例えば、縦横比２：１の場合には２４０Ωの金属抵抗１が実現できる。厚さを薄くすればシート抵抗値は当然に増加するが、１０ｎｍ以下では、厚さのバラツキが顕著になり、電流密度の不均一による信頼性の低下、等の問題が生ずる。また、厚さ１００ｎｍ以上ではシート抵抗値が小さくなるために、大きな値の抵抗値を得ようとする場合には、アスペクト比を大きくしなければならない。従来の金属抵抗の場合にあっては、この抵抗金属の厚さ薄くすればするほど、プラスマ加工の影響を顕著に受けることとなり、その厚さを２０ｎｍ以下にすることは困難であった。また、抵抗金属の材料としては、このＮｉＣｒＳｉのほかに、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗなどの純抵抗薄膜や、あるいはこれらのシリサイド化合物を用いることが可能である。
【００１４】
次に、本発明による薄膜金属抵抗の製造方法について説明する。
図２は、本発明による薄膜金属抵抗の製造工程を、その断面図を（Ａ）〜（Ｄ）に、平面図を（Ｅ）〜（Ｈ）に示す。ＦＥＴ、トランジスタ等の能動素子を形成したウェハ１０上に、まずＳｉＯＮ等の無機絶縁膜１１を全面に形成した後、電極となる金属１２をアイランド上に形成する。金属としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを厚さそれぞれ５０ｎｍ／５０ｎｍ／４００ｎｍ積層し、ついでこれを所定形状に加工する（図２（Ａ）、（Ｅ））。金属多層膜の形成は周知の蒸着法やスパッタリング法を用いることができ、またその加工にはミリング法、あるいはレジストを用いたリフトオフ法を用いることができる。
【００１５】
その後ウェハ全面にＳｉＯＮ膜１３を厚さ２００ｎｍ形成し、このＳｉＯＮ膜をレジスト３０のマスクにより、金属抵抗が埋め込まれる領域のみエッチングする。エッチングにはパターン再現性のよいＲＩＥを用いることが好ましい。この際、抵抗金属は未形成である故に、従来の金属抵抗で問題であったＲＩＥの際にプラズマにより抵抗金属表面のダメージを誘起する心配がない。また、このＲＩＥでは、前に形成したＳｉＯＮ膜１３にサイドエッチングが生ずる条件とすることが好ましい。レジスト３０がＳｉＯＮ膜１３に対して、所謂庇形状になることがよい。
【００１６】
次いで、レジスト３０を残したまま、ウェハ全面に抵抗金属薄膜２０を形成する（図２（Ｂ）、（Ｆ））。形成には、スパッタリング法が一般的に用いられるが、蒸着等の他の周知な方法も当然に使用可能である。抵抗金属の厚さは所望の抵抗値に対して、そのパターンの縦横比との関係から決定される。一般的には、数十ｎｍ〜数百ｎｍとなる。また、ＮｉＣｒ、あるいはＮｉＣｒ等にシリサイド化合物の場合には、スパッタリング原料として、ＮｉとＣｒもしくはＳｉを合金化したもの、あるいは焼結品を用いることが一般的である。各々の材料を個別の原料から供給することも可能であり、この場合には、形成された抵抗金属薄膜の比抵抗の値さらに精密に制御することができる。
【００１７】
抵抗金属パターン１４は、リフトオフ法により形成することができる。すなわち、前工程でＳｉＯＮ膜１３のエッチング用のレジスト２０を残したままで抵抗金属を形成した。当該レジスト３０を有機溶剤で除去する過程で、レジスト上に堆積した抵抗金属２０もレジストと同時に除去される。
【００１８】
レジスト除去後再度ＳｉＯＮ膜１４をウェハ全体に形成する。このＳｉＯＮは次の工程で形成される配線金属と金属抵抗との絶縁を図るためのものである。金属抵抗との電気的な接続を図るために、ここで形成したＳｉＯＮ１４に電極引出し用の開口部１５を形成する。まず、ＳｉＯＮ１４上に所定の開口パターンを有するレジスト３１を形成する。ここで開口パターンは、（Ａ）の工程で形成した電極金属上にあり、かつ、（Ｂ）の工程で形成した抵抗金属と重ならないことが重要である。これにより、抵抗金属２０はＳｉＯＮ１４で保護され、このＳｉＯＮ１４を加工する際にプラズマに晒されることが全くなくなる。
【００１９】
このレジストパターン３１に従ってＳｉＯＮ膜１４に電極引出し用の孔を設け、配線金属１６を形成することで、抵抗金属への電気的接続が実現する（図２（Ｄ）、（Ｈ））。
【００２０】
以上、一連の工程で、抵抗金属薄２０はその電極金属１２が形成された後、この電極金属１２と接触するように形成される。抵抗金属２０には直接配線金属が接触しないので、抵抗金属２０が工程中でプラズマに晒されることがなく、安定な電気的接触を配線金属１６との間で保つことが可能となる。なお、上記工程の説明では、電極引出し用の開口部１５には金属を埋め込まない形態を説明したが、この開口部中に、例えばＴｉ／Ａｕ等の金属を埋め込み、その後配線金属１６を形成して全体を平坦化することも可能である。さらに、ＳｉＯＮ１４を抵抗金属薄２０を形成後直ちに堆積する製造方法を説明したが、ＳｉＯＮ１４に代えて、ＳｉＯＮとＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）による絶縁膜平坦化を行った上で、電極引出し用の開口部１５を形成することも可能である。この場合には、配線金属１６の形成に、ミリング法を用いることが可能となる。
【００２１】
【効果】
以上説明した様に、本発明による薄膜金属抵抗は、その製造過程で抵抗金属表面がフッ素系ガス、あるいは酸素系ガスによるプラズマに晒されることがないため、安定な電気的接触を配線金属との間で実現することができる。その結果、均一性が高く、信頼性に優れた金属抵抗を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による金属抵抗の平面透視図と断面図である。
【図２】本発明による金属抵抗の製造工程を表す。
【図３】従来の金属抵抗の平面図、断面図である。
【符号の説明】
１０：半導体基板
１１：第１の絶縁膜
１２：電極金属
１３：第２の絶縁膜
１４：第３の絶縁膜
１５：電極引出し用開口部
１６：配線金属
２０：抵抗金属

Claims

互いに孤立して形成された一対の金属と、
当該一対の金属間を接続し、該一対の金属より比抵抗の大きな材料からなる抵抗金属と、
該金属抵抗に接触しない様に当該一対の金属のそれぞれに接続する、該金属抵抗より比抵抗の小さい配線金属とで構成される集積回路用の金属抵抗。
前記一対の金属若しくは前記配線金属が、Ａｕを主要な材料として含むことを特徴とする請求項１に記載の金属抵抗。
前記抵抗金属の厚さが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の金属抵抗。
前記抵抗金属が金属シリサイド化合物である、請求項１に記載の金属抵抗。