JP2583431B2 - 薄膜固体装置 - Google Patents

薄膜固体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜装置に関するものであり、とくに、保護
抵抗層が薄膜導電層の少くとも一部の上に配置され、そ
の抵抗層が導電層と電気接点の間に配置されたセンサに
関するものである。
〔発明の背景〕
ある種の固体薄膜装置は基板の上に直接形成された、
または基板上に積重ねられた複数の薄膜層の１番上の層
として形成された導電性薄膜を有する。その薄膜装置は
導電性薄膜を流れる電流に応じて、またはその電流に依
存して動作する。電流レベルはしばしば非常に低く、た
とえば数ミリアンペアである。電流は、導電性薄膜の上
に形成されている電気接点を通じて導電性薄膜へ供給さ
れる。
導電性薄膜に接触することなしに電気接点をその導電
性薄膜の上を通すことをしばしば要求される。したがっ
て、両者の間に絶縁層が形成される。その絶縁層は通常
マスクおよびエツチングされて装置の諸構造を形成し、
導電性薄膜に対して通路を構成する。処理中に導電性薄
膜を腐食性雰囲気または正常な雰囲気にさらすことによ
り薄い酸化物層または抵抗値の非常に高い他の抵抗層が
薄膜の上面に形成される。その薄い酸化物層により、薄
膜上の電気的接触場所の電気的特性が望ましくない、か
つ予測できないようにして変更させられる。更に、導電
性薄膜の厚さは典型的には1000オングストロームより薄
く、多くの用途では100オングストロームより薄いか
ら、導電層の中に深くエツチングしたり、それを突き抜
けるほどエツチングすることを避けるために十分に高い
精度で絶縁層のエツチングを制御することは困難であ
る。導電性薄膜を深くエツチングするとそれを通る電流
の流れおよび装置の性能に悪影響を及ぼす。
したがつて、薄膜中に拡散せず、しかも薄膜固体装置
の電気的特性に悪影響を及ぼさない物質により処理中に
薄膜が保護されるような導電性薄膜固体装置は非常に望
ましく、かつそのような固体装置はいままで知られてい
なかつた。
〔発明の概要〕
本発明は、導電性薄膜が基板上に直接形成され、また
は１つまたは複数の中間層により基板から隔てられて形
成され、薄膜が抵抗層により覆われるような薄膜固体装
置を提供するものである。その抵抗層は装置の処理中に
導電性薄膜を保護し、しかもそれの抵抗率と寸法は、装
置に流れこむ電流の大きさが希望のレベルより低くなら
ないように、かつその電流の半分より小さい電流が抵抗
層内のみを通つて装置を流れるようにして選択される。
抵抗層のためにとくに有用な物質はTaNxである。処理
中に導電性薄膜中に拡散しない、金属と窒素の混合物質
も非常に有用である。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
第１図は処理中の一般化した導電性薄膜固体装置12
（第３図参照）の中間製品10を示す。その中間製品10は
基板14と、この基板14の上側の主面上に形成された絶縁
層16と、この絶縁層16の上に形成された導電性薄膜20
と、この導電性薄膜20の上に形成された抵抗層22とを示
す。
第２図は絶縁層24が抵抗層22の上に形成された後の中
間製品10を示す。その絶縁層24はパターンを描かれ、エ
ツチングされて、抵抗層22の上の選択された場所（26と
28）を露出させる。
第３図は完成された導電性薄膜固体装置12を示す。場
所26と28に電気接点30,32がそれぞれ形成されている。
この導電性薄膜固体装置の動作時には電流が電気接点
30から装置12を通つて電気接点32へ流れる。抵抗層22が
存在するために接触抵抗値と装置12の線抵抗値が抵抗層
22が無い時より高くなる。
抵抗層22の線抵抗値R1は次式により与えられる。
ここに、ρ＝物質のバルク抵抗率、 ｔ＝層の厚さ、 Ｌ＝場所（vias）の間の層の長さ、 Ｗ＝膜の幅 である。接触抵抗値Rcは電気接点と導電性薄膜20の間の
抵抗層22の存在による抵抗値である。その接触抵抗値は
接点当りで、または場所（via）領域の単位面積当りで
決定できる。Rc/接点は次式で与えられる。
ここに、ρとＬは上と同じ、 Ｌ＝場所（via）の長さ、 Ｗ＝場所（via）の幅、 である。
装置12中の接点抵抗値が高くなると装置を流れる電流
が減少する。抵抗層22の線抵抗値が高くなると電気接点
30と32の間を、抵抗層22ではなくて導電性薄膜20を通つ
て流れる電流が多くなる。多くの固体装置においては、
ほとんど全てではなくとも、大部分の電流が導電性薄膜
20を流れることが重要である。
装置12の上側の層に関連する抵抗値は、抵抗層22の線
抵抗値と導電性薄膜20の線抵抗値の並列組合わせに直列
の抵抗層22の接点抵抗値と見ることができる。
一般に、装置12内の電流レベルは低い。したがつて、
抵抗層22の存在により装置12の接点抵抗値の増大と、そ
の結果としての電流の減少とを慎重に制御せねばならな
い。
導電性薄膜20を流れる電流が前記希望レベルより高い
レベルを保つように、抵抗層22の寸法と抵抗率を選択す
べきである。ある用途においては、電流の大きさを50％
だけ減少すべきであるが、一般的には電流の減少は１％
台が好ましい。
抵抗層22は、下側の導電性薄膜20の線抵抗値より線抵
抗値を一般に高くする材料で形成される。また、処理中
は抵抗層22が導電性薄膜20中に拡散しないことが重要で
ある。抵抗層22が導電性薄膜20中に拡散したとすると、
導電性薄膜20の電気的特性が大きく悪影響を受けること
がある。
導電性薄膜20中に拡散せず、安定であつて、希望の抵
抗値を与える周期率表からの遷移金属（またはそれの合
金）が適当な物質である。また、金属と、酸素または窒
素のうち導電性薄膜20中に拡散しない方との化合物また
は混合物は、抵抗率を適正な範囲に調整できるから、導
電性薄膜20として良い選択である。
窒素をドープされたタンタル、TaNxは抵抗層22として
とくに有用な物質である。特定の用途に合わせて抵抗率
を調整するためにｘの値を調整できる。たとえば、TaNx
の原子濃度で15〜35％が窒素であるようにｘを選択する
ことが好ましい。
電気接点30,32は（AlCuのような）電気良導体と、Al
の拡散を避けるための（TiWのような）障壁金属とで通
常構成される。
第４図は本発明がとくに有用である別の固体装置34を
示す。固体装置12と34において対応する構造ほ同じ参照
番号をつけて示す。固体装置34は、抵抗層22と基板の間
の多くの層がはつきり示されている点だけが固体装置12
と異なる。付加層36には典型的には別の導電性薄膜であ
るが、抵抗層22に類似する抵抗層とすることもできる。
もちろん、層36と絶縁層16の間に層36のような別の付加
層を設けることもできる。
絶縁層16の上に付加絶縁層（図示せず）を設けること
もできる。それら種々の層の厚さも、典型的には100〜
数千オングストロームである。
第２図に示すように、絶縁層24がパターンを描かれて
かれエツチングされ、抵抗層22の上に接点場所26と28を
形成する。接点場所26と28における抵抗層22の厚さはエ
ツチング処理により薄くなつている。抵抗層22が薄くな
つているが、導電性薄膜20は露出されたり、薄くされた
りすることはない。したがつて、抵抗層22は処理中に導
電性薄膜20を保護する機能を果し、抵抗層22が存在して
も固体装置12の電気的特設に悪影響を及ぼさない。
導電性薄膜20として用いられる典型的な金属はパーマ
ロイ（たとえばNiが65％、Feが15％、Coが120％であ
り、TaNxはパーマロイに良く付着する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を用いる固体装置の中間製品のエツチン
グするばかりになつている状態を示す断面図、第２図は
エツチング後の第１図に示されている中間製品の断面
図、第３図は第２図に示されている中間製品に電気接点
を取付けて完成された固体装置を示す断面図、第４図は
抵抗層が下側の多くの層を保護する本発明の別の導電性
薄膜固体装置の断面図である。 12,34……導電性薄膜固体装置、14……基板、16,24……
絶縁層、20……導電性薄膜、22……抵抗層、30,32……
電気接点。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】薄膜固体装置であって、それの第１の場所
    の第１の電気接点から第２の場所の第２の電気接点へ
    と、それ自身を通って電流が流れることができ、 主面を持つ半導体基板と、 前記主面上の絶縁体と、 この絶縁体の上に被覆され、少なくとも前記第１の場所
    から前記第２の場所まで延在する導電性薄膜物質と、 この導電性薄膜物質の少なくとも一部の上に、その導電
    性薄膜物質に接触して配置された抵抗物質層にして、少
    なくとも前記第１の場所から前記第２の場所まで延在し
    ており、導電性薄膜物質中には拡散しない抵抗物質層
    と、 前記導電性薄膜物質とは反対側において前記第１の場所
    に位置している、前記抵抗物質層の第１の表面部分に設
    けられた第１の電気接点と、 前記導電性薄膜物質とは反対側において前記第２の場所
    に位置している、前記抵抗物質層の第２の表面部分に設
    けられた第２の電気接点と を備え、 前記第１の場所および前記第２の場所の間の前記抵抗物
    質層には薄膜固体装置を流れる全電流の半分未満しか流
    れず、かつ、薄膜固体装置を流れる全電流が所望値以上
    であるよう、前記第１の場所および前記第２の場所の間
    における前記抵抗物質層の抵抗率および寸法と、前記第
    １の表面部分および第２の表面部分の面積とが選択され
    ている、薄膜固体装置。
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