JPS62111401A - 薄膜抵抗及びその製造方法 - Google Patents

薄膜抵抗及びその製造方法

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JPS62111401A
JPS62111401A JP61197016A JP19701686A JPS62111401A JP S62111401 A JPS62111401 A JP S62111401A JP 61197016 A JP61197016 A JP 61197016A JP 19701686 A JP19701686 A JP 19701686A JP S62111401 A JPS62111401 A JP S62111401A
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thin film
resistor
tungsten
nitrogen
sheet resistance
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JP61197016A
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シバン ケイ.テイク
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C17/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors
    • H01C17/06Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base
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    • H01C17/12Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for coating resistive material on a base by thin film techniques by sputtering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
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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】 本発明は電子装置に関し、特に薄膜装置及び集積回路用
のFARE抵抗及びその製造方法に関する。
薄膜装置及び集積回路は回路部品として抵抗を頻繁に必
要としており、またAIJ膜抵抗は、拡散及びイオン打
ち込み抵抗及びポリシリコン抵抗と共に、利用されてい
る典型的な抵抗形式である。薄膜抵抗は、基本的に、エ
ンド・コンタクトを有する絶縁物層上の薄膜の抵抗物質
からなる。一般的には、グレイザー及びシューバク・シ
ャルブ(Glaser and 5ubak−8har
pc )著(アデイソン・ウイレー(Addison−
Wesley)社、1977年発行)、「集積回路工学
(Intearated CircuitEngine
ering) Jの174章を参照されたい。
イオン打ら込み抵抗及び拡散抵抗は、一般に大ぎな抵抗
の温度係数(“’TCP”)を有し、III契抵抗抵抗
うな(例えば、薄膜をより簿(する陽極酸化により、又
は薄膜の一部のレーザ除去によるような)トリミングが
できない。更に、イオン打ち込み抵抗は、シリコン中で
は5.000Ω/口までのシート抵抗までは明らかに再
現性があるが、ガリウム砒素の場合は物質の再現性及び
表面空乏層が、イオン打ち込み抵抗に対する別の制約と
なる。これに対し、抵抗物質としてニクロム(20%の
クローム及び80%のニッケル)を用いる薄膜抵抗は、
TCPが1001)l)Ill/℃のオーダであり、ま
たシート抵抗が10〜400Ω/口の範囲にある。
一定の占有領域による抵抗の抵抗値を増加させるために
、例えばメアンダー(ジグザグ)のような種々の幾何学
的なパターンとして、薄膜抵抗を製作することができ、
また抵抗を増加させるために薄膜の厚さを薄くすること
ができる。しかし、超大規模集積回路において、装置密
度が増加し、かつ設計ルールが狭くなるに従って実際上
、パターンが実現困難なものとなり、ニクロムのような
物質の場合に要求される薄膜の厚さがあまりに小さなも
のとなってしまう。従って、薄膜抵抗に用いるために、
低いTCRを有する高抵抗率の物質が要望される。
低いTCPと高い抵抗率を有する種々の物質が入手可能
であり、これにはケイ化クロム(クロム24%)、クロ
ム・チタン(クロム35%)、酸化クロム・シリコン(
クロム70%)及び酸化第2スズを含む、K、チヨツク
及び1.カウア(K。
Chopra and 1.にaur )著ri#mの
装置応用」(ブレナム(PIenua+)出版、198
3年発行)を参照されたい。これらの物質の場合は、ク
ロム及び酸化ケイ素のサーメットが高抵抗値の抵抗に最
も有用である。しかし、このサーメットは再現性が問題
となるフラッシュ蒸発により蒸着するので、イオン・ミ
リングによりエツチングしなければならない。このよう
なサーメットをスパッタリングにより蒸着することも可
能であるが、ターゲット物質のバラツキはフラッシュ蒸
発よりも更に大きな再現性の問題を生じさゼる。従って
、再現可能なプロセスで堆積可能であり、かつ容易にエ
ツチングとトリミングが可能な、低いTCWを有する高
抵抗率の物質が要望される。
[発明の要約] 本発明は、窒素を含む雰囲気中でケイ化金屈をスパッタ
リングする製造方法、と共に抵抗膜物質として金属窒化
ケイ化物を用いる薄膜抵抗を提供する。抵抗膜のシート
抵抗値を調整するために、スパッタリング雰囲気中の窒
素成分を変更できる。
IVA族、VA族、及びVIA族の金属が適当と思われ
る。好ましい実施態様ではMSixNyで、Mは例えば
タングステン、チタン、タンタルのような金属又はこれ
らの合金を表わし、X1yは大きさが1のオーダ内の数
を表わす。好ましい実施例の方法では、アルゴン窒素雰
囲気中においてケイ化金属ターゲットのスパッタリング
を行う。ここでアルゴンに対する窒素の比により、厚さ
が2゜000人の膜に対して100〜10.0000/
口の好適範囲とできるシート抵抗値を決定する。
これらの物質は、妥当な膜厚、プラズマ・エツチングに
よる処理の容易さ、抵抗値の再現性、レーザによるトリ
ミングの可能性、単純なターゲット物質、シート抵抗値
の調整のitIさ、かつ小さな抵抗値温度係数をもつ高
いシート抵抗を提供し、既知のFIJ膜抵抗物質の問題
を解決するものである。
[好ましい実施態様] 第1図の拡大側断面図に、第1の実施態様の薄膜抵抗を
m要約に30により示す。これには、タングステン窒化
ケイ化物膜32、二酸化ケイ素絶縁層34、エンド・コ
ンタクト36、及び二酸化ケイ素絶縁体38を有し、全
てガリウム砒素基板40上に配置されている。タングス
テン窒化ケイ化物膜32は、厚さが2,0OOAであり
、組成がWSi  N  %x−0,8、V=1である
。こy のような厚さ及び組成により、約600Ω/口のシート
抵抗値、及び小さな抵抗温度係数(約200〜3001
1pm/’C)が得られる。二酸化ケイ素絶縁層34は
厚さが約3.000人であり、タングステン窒化ケイ化
物膜32は二酸化ケイ素絶縁層34に対して良く接着す
る。各エンド・コンタクト36はアルミニュウム又はT
r−W/AUから作られている。抵抗30のその他の特
性は、好ましい第1の実施例の製造方法を考慮すること
より、良く説明することができる。これには次のステッ
プが含まれている。
(2) ガリウム砒素基板40上にLPGVD (低圧
CV[))により二酸化ケイ素を3,000人の厚さで
蒸着する。これが最終的に二酸化ケイ素絶縁層34を形
成することになる。
(へ) W5Si3からなる複合焼結ターゲット44を
備えたマグネトロン・スパッタリング装置42に、ガリ
ウム砒素基板40を配置する:概略的にマグネトロン・
スパッタリング装置42を拡大して断面図により示す第
2図を参照されたい(マグネトロン・スパッタリング装
置42は@43の回りに軸対称であることに注意)。8
0%アルゴンと20%窒素との混合ガスを流量10 s
ecm、全圧力10mTorrでマグネトロン・スパッ
タリング装置42に流す。この混合ガスは励起されてプ
ラズマとなり、約20分間のスパッタ堆積により2゜o
OOへのWSi   Nを堆積させる。このよう0.8 なスパッタリングは次のようにして起る。高周波(RF
)電圧を7ノード46と接地シールド48との間に印加
してグロー放電を形成する、交差する電場及び(磁石コ
イル50により発生した)la場によりプラズマ電子を
長いヘリカル軌道に開じ込め、これによってプラズマ電
子が混合ガスをイオン化する。カンードターゲットであ
る複合焼結ターゲット44は、負電圧にバイアスされて
いる。
複合焼結ターゲット44にアルゴン・イオンが衝突する
ことにより、タングステン及びシリコンが放出される、
複合焼結ターゲット44におけるシリコン対タングステ
ンの比が3対5であっても、シリコンはより効梁的に放
出されるのでタングステン窒化ケイ化物膜32における
シリコン対タングステンの比は約0.8対1になること
に注意されたい。放出されたタングステン、シリコン及
び混合ガスから供給される窒素はガリウム砒素基板40
上に堆積して、WSi   NIFJを形成する。
0.8 (ロ) マグネトロン・スパッタリング装置42から積
層したガリウム砒素基板40を取り去り、WSi   
N層をパターン付けし、CF4+020.8 によりプラズマ・エツチングして抵抗膜32を作る。こ
のプラズマ・エツチングは窒化ケイ素をエツチングする
標準的エツチングであり、ニないし三百人/分の速度で
WSi   Nmをエツチング0.8 することに注意された。次に、酸化層を堆積し、パター
ン付けし、CHF3+02により中途までプラズマ・エ
ツチングをして、二酸化ケイ素絶縁層38を形成する。
このプラズマ・エツチングはタングステン窒化ケイ化物
膜32は約60人/分の速度でしかエツチングしないが
酸化物は300〜400人/分の速度でエツチングする
ので、実際的には、タングステン窒化ケイ化物膜32で
エツチングが停止することに注意されたい。
(ロ)最後に、エンド・コンタクト36をスパッタ堆積
して形成する。タングステン窒化ケイ化物膜32はコン
タクトの合金化及びボンディング条件において安定であ
り、レーザ除去によりトリミングできる。これにより抵
抗3oが完成する。
抵抗30のタングステン窒化ケイ化物膜32に対する堆
積条件を変更して膜の組成、従ってシート抵抗値を調整
することができる。特に、複合焼結ターゲラ1〜44の
組成及び混合ガスの混合の両方を容易に変えても、再現
性よく膜シート抵抗を作ることができる。更に、混合ガ
スによりシート抵抗値の調整が可能であることにより、
入手可能なターゲットの組成に再現性が欠如することを
補但することができる。換言ずれば、製造処理中に第1
ターゲツトを他のターゲットに置換した場合は新しいタ
ーゲットにより作成された第1の抵抗を測定して古いタ
ーゲットにより作成された抵抗からのズレがあればそれ
を混合ガスの調整により補償することができる。特に、
第3図は7.5mTorrのアルゴンと1.5m丁or
rの窒素との混合ガス中で堆積された厚さ2.200人
の膜のシート抵抗値のターゲット組成に依存性を示す。
この厚さのWNが約15Ω/口のシート抵抗値を有し、
シリコン含有量が増加するに従い、WSiN×   y のシート抵抗値はXは約2.5、yは約2の場合的1.
800Ω/口にまで増加する。タングステンシリコン窒
化物のアモルファス性により、シート抵抗値は木質的に
連続的に変化する。
第4図は、膜の厚さが2,200八でありターゲットが
Ws S + 3である場合の、シート抵抗値が混合ガ
ス中の窒素含有量に依存する依存性を示す。シート抵抗
値は対数目盛により示され、最小の窒素の場合の100
0/口以下(即ち、ニケイ化タングステンのシート抵抗
値は、この厚さで約5Ω/口である)から、100%窒
素に近い場合の10,000Ω/口以上まで変化するこ
とに注意してほしい。勿論、プラズマ中のアルゴン・イ
オンによりタングステン及びシリコンのスパッタ放出の
多くがなされるので、窒素の百分率が高くなると、スパ
ッタリング速度は低下する。窒素の含有量に対するシー
ト抵抗値の感度は、低窒素濃度のときにより轟いが、こ
れらのレベルはニクロムが使用可能な範囲のシート抵抗
値に対応していることに注意されたい。
第5図は膜の組成によるシート抵抗値の変化を示す組成
図である。第5図は次のように説明される。三角形内の
各点は、この三角形の底辺からその点までの距離に比例
した窒素(N>の原子割合を表わし、シリコン(Si)
の原子割合は三角形の左辺からその点までの距離に比例
し、タングステン(W)の原子割合は三角形の右辺から
その点までの距離に比例している。このため、例えば、
純粋のタングステンは三角形の左下端により表わされ、
窒化ケイ素(S13N4)は頂点から右辺を3/7下っ
た点により表わされる。
シート抵抗値が左下端に向かって(タングステン増加)
減少し、また右辺に向かって(タングステン減少)増加
することを述べることにより、膜組成に対するシート抵
抗値の変化を第5図内で全体的に説明できる。第4図に
示した変化は、第5図の線4−4の部分に対応するもの
であり、また第3図に示した変化は線3−3の部分に対
応する。
従って、点線で示す領域が、期待される有用なシート抵
抗値に対応する。金属ケイ化物及び金属窒化物の抵抗率
は、ニス、ムラルカ(S、 Hurarka)著、rV
LS I応用のためのケイ化物(Silicides 
for VLSI Applications ) J
  (アカデミツク出版(八cadcmic Pres
s) 、1983年)に記載されている。
第2の実施例の抵抗130は抵抗30と構造的には同様
である。ただし、抵抗130はTtstxN、の抵抗膜
132を有するこの抵抗[1132の特性は、抵抗値は
より小さいがタングステン窒化ケイ化物膜32同等であ
る。抵抗膜132のシート抵抗値のターゲット組成依存
性と、混合ガス依存性は第3図及び第4図に示すものと
同様である。しかし、チタンベースのチタン窒化ケイ化
物膜132はタングステンベースのタングステン窒化ケ
イ化物l!32よりも、CF4+02のプラズマ中にお
いてより速くエツチングされる。
第3の好ましい実施例の抵抗230も構造的には抵抗3
0と同様である。しかし、この抵抗230は、タングス
テン窒′化ケイ化物膜32同等であるTa5(xN、の
抵抗膜232を有する。抵抗膜232のシート抵抗値の
ターゲット組成と混合ガスとに対する依存性は第3図及
び第4図に示すものと同様である。しかし、タンタルベ
ースのタンタル窒化ケイ化物膜232はタングステンベ
ースのタングステン窒化ケイ化物膜32よりもCF4+
02プラズマ中においてより遅くエツチングされる。
[変更及び効果] 金属窒化ケイ化物の特性、又は窒素を含む雰囲気中にお
ける金属ケイ化物・ターゲットのスパッタリングの特徴
を維持しつつ、好ましい実施例の装置及び方法について
、例えば大きさ及び幾何学的形状について、種々の変更
を実施することかできる。
特に、周期表のIVA族、VA族、VIA族、■A族又
は■族の金属に対する金属窒化ケイ化物は、広く有用な
膜の範囲を示す。
また、種々の不活性ガス、例えばヘリウム、ネオン、ア
ルゴン、クリプトン、及びキセノン又はこれらの混合物
のような不活性ガスを含む窒素雰囲気中におけるスパッ
タリング・ターゲットとして、IV A族、VA族、V
TA族の金属のケイ化物及びこれらの合金を用いること
ができる。また、多重ターゲットを使ったスパッタリン
グによって合金ターゲットをシミュレートすることがで
きる。
スパッタ率を許容できる値に保ちつつ混合ガスの圧力及
び流出を広い範囲で変化させることができる。また■A
族及び■族の金属も有用である。
シート抵抗値が、金属に対するシリコン及び窒素の比に
依存することは、再現性を失うことなく、シート抵抗値
の調整が簡単であるという効果を生じる。また、窒素を
調整してターゲット組成におりるバラツキを調整するこ
とができるので、1ターゲツト処理を用いることができ
る。更に、低いTCPの既知の被膜材料によっては得ら
れない抵抗が得られる。更に、通常のプラズマ・エツチ
ングにおける金属窒化ケイ化物の破エツチング性は容易
な処理を可能にしている。
以上の説明に関連して更に以下の項を開示する。
(1)  簿膜抵抗において、 (a)  周期表のrVA、VA、VIA、VIA又は
■族の金属又は合金Mを有するMSixNyを含むこと
を特徴とする薄膜抵抗。
(2)  第1項記載の薄膜抵抗において、(a)0.
1≦X≦10であることを特徴とする薄膜抵抗。
(3)  第2項記載の薄膜抵抗において、■ 0.1
≦y≦10であることを特徴とづる薄膜抵抗。
(4)  第1項記載の7IIJ膜抵抗にJ5いて、(
a)  前記Mはタングステン、タンタル、チタン、及
びそれらの合金から選択されたものであることを特徴と
する薄膜抵抗。
(5)  第1I項の簿膜抵抗にJシいて、(2) 前
記Mはタングステンであり、(ハ) 前記物質は第5図
の点線内のものであることを特徴とする薄膜抵抗。
(6)  金属窒化ケイ化物を堆積する11g膜抵抗の
製造方法において、 (2) 窒素を含む雰囲気中において金属ケイ化物をス
パッタリングするステップを備えていることを特徴とす
る7i9膜抵抗の製造方法。
(7)  第6項記載の金属窒化ケイ化物をlff−積
ケる薄膜抵抗の製造方法において、 @1)a2雰囲気は本質的に窒素及び不活性ガスからな
ることを特徴とザる金riA窒化ケイ化物を准h′1す
る簿膜抵抗の製造方法。
(8)  第7項記載の金属窒化ケイ化物をJ(1積す
る薄膜抵抗の製造方法において、 @ 前記不活性ガスはアルゴンであることを特徴とする
金属窒化ケイ化物を堆積する薄膜抵抗の製造方法。
(9)  第7項記載の金属窒化ケイ化物を堆積する薄
膜抵抗の製造方法において、 (a)  前記不活性ガスに対する窒素の比を調整する
ステップを更に含むことを特徴とする金属窒化ケイ化物
を堆積する薄膜抵抗の製造方法。
(10)一連の基板の各々に予め選択した抵抗値を右す
る薄膜抵抗を製造する方法に45いて、(a)  窒素
を含む雰囲気中で金属ケイ化物ターゲットをスパッタリ
ングしC前記l扱のうちの第1のII根板上金属窒化ケ
イ化物膜をイを積さぜるステップと、 (ハ) 前記金属窒化ケイ化物膜のパターン形成及びエ
ツチングをして前記第1の基板上に前記薄膜抵抗を形成
するステップと、 (弓 前記簿膜抵抗の抵抗値を測定して予め選択した前
記抵抗値と比軸するステップと、 (d)  1iri記雰囲気内の窒素の割合を調′?i
i4ることにJ:リステップ(a)により1(1槓した
金属窒化ケイ化物膜の抵抗値を調整し、ステップ(へ)
により予め選択した館記抵抗舶を作成ブるステップと、
(e)  残りの前記基板に対してステップ〈Q及びス
フツブ(ハ)を繰り返すステップと、 を備えたことを特徴とする薄膜抵抗の’FJ造方法。
(11)第10項記載の′A簿膜抵抗製造方法において
、 <a)  前記金属ケイ化物ターゲットはタングステン
及びシリコンの化合物であることを1!f徴とするii
9摸(氏抗の製j告方法。
(12)第10項記載の1lI(il161抵[への製
造方法に11夕いて、 (a) 前記雰囲気は窒素及びアルゴンの混合物である
ことを特徴とする薄膜抵抗の装造ブj法。
【図面の簡単な説明】
第1図は好ましい第1の実施例の簿膜抵抗の拡大側断面
図、第2図は本発明の¥!造方法の好Jニジい第1の実
施例ににるIff槓処理の概Ii8描成図、第3図及び
第4図はシート抵抗(直の1仔槓パラメータ依存性を示
寸グラフ、第5図はシート低抗舶の絹f戊依rt性を説
11トyるための組成図である。 30.130,230・・・・・・抵抗、32・・・・
・・タングステン窒化ケイ化物膜、4o・・・・・・ガ
リウム砒素基板、 44・・・複合焼結ターゲラ1−1 132.232・・・・・・抵抗膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)薄膜抵抗において、 (a)周期表のIVA族、VA族、VIA族、VIIA族又は
    VIIIA族の金属又は合金Mを含むMSi_xN_yを有
    することを特徴とする薄膜抵抗。
  2. (2)金属窒化ケイ化物を堆積する薄膜抵抗の製造方法
    において、 (a)窒素を含む雰囲気中において金属ケイ化物をスパ
    ッタリングするステップを備えることを特徴とする薄膜
    抵抗の製造方法。
JP61197016A 1985-08-23 1986-08-22 薄膜抵抗及びその製造方法 Pending JPS62111401A (ja)

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