JPH03283563A - 薄膜集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は微細化及び小型化に好適の薄膜集積回路に関し
、特にタンタルを主成分とするタンタル膜と薄膜導体層
との間の相互拡散を抑制した薄膜集積回路に関する。

［従来の技術］ 従来、微細化又は小型化された薄膜集積回路において、
例えば、薄膜抵抗素子は第３図に示すように構成されて
いる。

下地としてのシリコン基板１の表面上にはシリコン熱酸
化膜（Ｓ　ｉ０２　）２が生成されている。

このシリコン熱酸化膜２上にはタンタル（Ｔａ）からな
る薄膜抵抗層３が形成されている。更に、この薄膜抵抗
層３上にシリコンを含有するアルミニウム膜４及び純ア
ルミニウム膜５を順次被着した後、フォトエツチングに
より純アルミニウム膜５及びアルミニウム膜４を選択的
に除去することにより、所定の抵抗パターン及び導体パ
ターンが形成されている。

このように構成される従来の薄膜集積回路の薄膜抵抗素
子においては、導体層はＡｌ−８ｉからなるアルミニウ
ム膜４と純アルミニウムｗＸ５との２層構造をなしてい
る。このアルミニウム膜５は前記導体層の最上部を構成
し、ボンディング強度を高めるために設けられている。

また、薄膜抵抗層３の経時的安定性を向上させるため、
及び導体層（アルミニウム膜４．５）と薄膜抵抗層３と
の密着強度を高めるため、前述のパターン形成後にシリ
コン基板１を空気中で約２５０乃至４５０℃に加熱して
熱処理している。この熱処理により、アルミニウム膜４
中のＳｉと薄膜抵抗層３中のＴａとを相互に拡散させる
ことによって、薄膜抵抗層３及びアルミニウム膜４，５
を相互に密着させ、ボイド及びホイスカ等のエレクトロ
マイグレーシロンの発生を防止している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の薄膜集積回路においては
、アルミニウム膜４中のＳｉと薄膜抵抗層３中のＴａと
の相互拡散は、アルミニウム膜４゜５からなる導体層の
スパッタリング形成時における基板温度に依存しやすい
ため、このときの基板温度が著しく高くなると、薄膜抵
抗層３へのＳｉ拡散量が多くなる。そうすると、抵抗パ
ターン及び導体パターンを形成する際に、Ｔａからなる
薄膜抵抗層３の表面からＳｉを除去することができない
という問題点がある。

一方、この問題を回避するために、アルミニウム膜４，
５のスパッタリング時における基板温度を低くすると、
アルミニウム膜５のボンディング強度のバラツキが大き
くなるという問題点がある。

また、配線としての導体層を長寿命化するためには、ア
ルミニウム膜４，５の成膜雰囲気の真空度を高くすると
共に、成膜時の基板温度を高くする必要がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
タンタルを主成分とするタンタル膜の上の薄膜導体層を
エツチングによりパターニングした後の品質を向上させ
ることができると共に、成膜時の基板温度を従来に比し
て高くでき、長寿命化を図ることができる薄膜集積回路
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る薄膜集積回路は、シリコン基板上に形成さ
れたシリコン熱酸化膜と、このシリコン熱酸化膜上に被
着されたタンタルを主成分するタンタル膜と、このタン
タル膜上に被着された第１のアルミニウム膜、この第１
のアルミニウム膜上に被着されたシリコンを含有する第
２のアルミニウム膜及びこの第２のアルミニウム膜上に
被着された第３のアルミニウム膜を含む３層構造の薄膜
導体層とを有することを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、タンタルを主成分とするタンタル膜
上に第１のアルミニウム膜、シリコンを含有する第２の
アルミニウム膜及び第３のアルミニウム膜を順次被着し
て３層構造の薄膜導体層が形成されている。そして、こ
の薄膜導体層をパターンユングすることにより、この１
対の薄膜導体層間に前記タンタル膜を薄膜抵抗層として
抵抗素子が構成される。

而して、本発明においては、タンタル膜と第２のアルミ
ニウム膜との間に第１のアルミニウム膜を設けているの
で、前記第２のアルミニウム膜中のシリコン及び前記タ
ンタル膜中のタンタルが相互に拡散することを前記第１
のアルミニウム膜により抑制することができる。このた
め、第１乃至第３のアルミニウム膜をスパッタリング等
により被着する際の基板温度を従来より高温にしても、
前記タンタル膜中へのシリコン拡散量を抑制できるので
、前記薄膜導体層をエツチングによりパターニングした
後に前記タンタル膜の表面にシリコン残渣が残留するこ
とがなく、薄膜集積回路の品質を向上させることができ
る。従って、第１乃至第３のアルミニウム膜の成膜時の
基板温度を従来に比して高くすることできるので、前記
薄膜導体層のボンディング強度のバラツキを小さくする
ことができ、前記薄膜導体層を長寿命化することができ
る。

また、本発明においては、例えば、前記タンタル膜の一
部を陽極酸化処理することにより、前記タンタル膜と前
記第１のアルミニウム膜との間にタンタル酸化膜を形成
した場合は、前記タンタル膜及び薄膜導体層を電極とし
て、前記タンタル酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
素子を構成することができる。この場合にも、前記タン
タル膜の表面にシリコン残渣が残留することがないので
、絶縁抵抗特性（ＩＲ）等の劣化を防止することができ
、コンデンサ特性を向上させることができる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明に係る薄膜集積回路を薄膜抵抗素子に適
用した実施例を示す断面図である。

第１図に示すように、シリコン基板１の表面上にはシリ
コン熱酸化膜２が生成されている。このシリコン熱酸化
膜２上には窒素ドープタンタル（Ｔａ２Ｎ）からなる薄
膜抵抗層３が形成されている。更に、薄膜抵抗層３上に
は純アルミニウム膜５ａｓシリコンを含有するアルミニ
ウム膜４及び純アルミニウム膜５ｂが順次被着されてい
て、フォトエツチングによりアルミニウム膜４．５ａ＋
５ｂを選択的に除去して、所定の抵抗パターン及び導体
パターンが形成されている。なお、アルミニウム膜４　
＋　　５　ａ　、５　ｂが除去された部分の薄膜抵抗層
３が抵抗体部６となり、残留するアルミニウム膜４．５
　ａ＋　　５　ｂが引出端子部７となる。

次に、このように構成される薄膜抵抗素子の製造方法に
ついて説明する。

先ず、シリコン基板１上に膜厚が例えば約１μｍのシリ
コン熱酸化膜２を生成する。次いで、マグネトロンスパ
ッタリング法によりシリコン熱酸化膜２上に窒素ドープ
タンタルを被着して薄膜抵抗層３を形成する。次に、マ
グネトロンスパッタリング法により、薄膜抵抗層３上に
膜厚が例えば約１０００人の純アルミニウム膜５ａを被
着し、この純アルミニウム膜５ａ上に膜厚が例えば約０
．８μｍであって約１重量％のシリコンを含有するアル
ミニウム膜４を被着し、更にこのアルミニウム膜４上に
膜厚が例えば約１μｍの純アルミニウム膜５ｂを被着す
る。なお、アルミニウム膜４＋５ａ＋５ｂのスパッタリ
ング時の基板温度は例えば約１００乃至２００℃である
。

次に、アルミニウム膜４．５ａ、５ｂからなる薄膜導体
層の幅が例えば４０μｍ以上、薄膜抵抗層３の幅が例え
ば１０μｍ以上になるようにして、フォトリングラフィ
技術により前記薄膜導体層及び薄膜抵抗層３を順次選択
的に除去する。その後、薄膜抵抗層３の経時的安定性を
向上させるため、及び前記薄膜導体層と薄膜抵抗層３と
の密着強度を高めるため、この薄膜抵抗素子を空気中で
例えば２５０乃至４５０℃にて熱処理する。

本実施例によれば、薄膜抵抗層３とシリコン含有アルミ
ニウム膜４との間に純アルミニウム膜５ａを設けている
ので、アルミニウム膜４中のＳｉ及び薄膜抵抗層３中の
Ｔａが相互に拡散することをアルミニウムＭ５ａにより
抑制することができる。このため、アルミニウム膜４．
５ａ、５ｂのスパッタリング時の基板温度を従来よりも
高温にしても、薄膜抵抗層３中のＳｉ拡散量を抑制でき
るので、抵抗パターンの形成時に薄膜抵抗層３の表面に
Ｓｔ残渣が残留することがない。従って、従来のように
スパッタリング時の基板温度を約９０℃以下という低温
にする場合と異なり、この基板温度をより一層高くする
ことできるので、薄膜導体層（アルミニウム膜４．５ａ
、５ｂ）のボンディング強度のバラツキを小さくするこ
とができ、薄膜抵抗素子を長寿命化することができる。

第２図（ａ）は本発明に係る薄膜集積回路を薄膜コンデ
ンサ素子に適用した実施例を示す断面図、第２図（ｂ）
はその平面図である。第２図（ａ）及び（ｂ）において
第１図と同一物には同一符号を付してその部分の詳細な
説明は省略する。

第２図（ａ）及び（ｂ）に示すように、シリコン基板１
上にシリコン熱酸化膜２を生成した後に、マグネトロン
スパッタリング法によりシリコン熱酸化膜２上にα−タ
ンタル（α−Ｔａ）を被着してタンタル膜３ａを形成す
る。このα−タンタルは窒素ドープタンタルに比して窒
素ドープ量が少ないものである。

次に、タンタル膜３ａを２つの領域に分割するようにし
て選択的にパターニングする。そして、０．０１重量％
のクエン酸溶液中にシリコン基板１を浸漬してタンタル
膜３ａに陽極化成処理を施し、タンタル膜３ａの一方の
領域の表面上に誂電体となるタンタル陽極酸化膜（Ｔａ
２０．Ｓ）８を選択的に形成する。

次に、マグネトロンスパッタリング法により、このシリ
コン基板１の全面に純アルミニウム膜５ａ１シリコン含
有アルミニウム８４及び純アルミニウムｌ１５ｂを順次
被着して薄膜導体層を形成する。次いで、この薄膜導体
層（アルミニウム膜４゜５ａ、５ｂ）を選択的に除去し
て、タンタル膜３ａ上の部分とタンタル陽極酸化膜８及
びタンタル膜３ａの２層上の部分とを分離し、これらの
部分の薄膜導体層により夫々下部電極９及び上部電極１
０を形成する。なお、上部電極１０はタンタル膜３ａの
他方の領域上まで延出されるようになっている。その後
、この薄膜コンデンサ素子を所定の温度にて熱処理する
。

本実施例においても、アルミニウム膜４中のＳｉ及びタ
ンタル膜３ａ上のＴａの相互拡散をアルミニウム膜５ａ
により抑制することができるので、下部電極９及び上部
電極１０をエツチングによりパターン形成する際にタン
タル膜３ａの表面にＳｉ残渣が残留することがない。従
って、このようなＳｉ残渣による薄膜コンデンサ素子の
絶縁抵抗特性等の劣化を防止することができ、コンデン
サ特性を向上させることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、タンタルを主成分
するタンタル膜とシリコンを含有する第２のアルミニウ
ム膜との間に第１のアルミニウム膜を設けたから、前記
第２のアルミニウム膜中のシリコン及び前記タンタル膜
中のタンタルの相互拡散を前記第１のアルミニウム膜に
より抑制することができる。このため、前記タンタル膜
の表面にシリコン残渣が残留することがないので、薄膜
集積回路の品質を向上させることができる。また、第１
乃至第３のアルミニウム膜の成膜時の基板温度を従来に
比して高くすることできるので、前記第１乃至第３のア
ルミニウム膜からなる薄膜導体層のボンディング強度の
バラツキを小さくすることができ、前記薄膜導体層を長
寿命化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る薄膜抵抗素子を示す断面
図、第２図（ａ）は本発明の他の実施例に係る薄膜コン
デンサ素子を示す断面図、第２図（ｂ）はその平面図、
第３図は従来の薄膜抵抗素子を示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上に形成されたシリコン熱酸化膜と
   、このシリコン熱酸化膜上に被着されたタンタルを主成
   分するタンタル膜と、このタンタル膜上に被着された第
   １のアルミニウム膜、この第１のアルミニウム膜上に被
   着されたシリコンを含有する第２のアルミニウム膜及び
   この第２のアルミニウム膜上に被着された第３のアルミ
   ニウム膜を含む３層構造の薄膜導体層とを有することを
   特徴とする薄膜集積回路。
2. （２）前記タンタル膜と前記第１のアルミニウム膜との
   間にタンタル酸化膜を介在させたことを特徴とする請求
   項１に記載の薄膜集積回路。