JPS63272064A - Semiconductor device with thin film resistor - Google Patents

Semiconductor device with thin film resistor

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JPS63272064A
JPS63272064A JP10772487A JP10772487A JPS63272064A JP S63272064 A JPS63272064 A JP S63272064A JP 10772487 A JP10772487 A JP 10772487A JP 10772487 A JP10772487 A JP 10772487A JP S63272064 A JPS63272064 A JP S63272064A
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JP
Japan
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tungsten silicide
thin film
film
resistor
film resistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP10772487A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Hosaka
俊 保坂
Jun Osanai
潤 小山内
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a semiconductor device with a highly integrated and highly accurate thin film resistor by employing tungsten silicide as the material of the thin film resistor. CONSTITUTION:A tungsten silicide film is formed as a thin film resistor 3. For instance, chemical vapor phase reaction between WF6 gas and SiH4 gas is performed under a temperature within a range of 0 deg.C-800 deg.C to build up a tungsten silicide film 3 on an insulating film 2 formed on a silicon substrate 1 and, as the tungsten silicide film 3 is used as a thin film resistor, the tungsten silicide film 3 is processed so as to have a required pattern to obtain a required resistance value by photolithography and dry etching. Then a wiring metal 4 is built up and processed into a required pattern. With this constitution, as a tungsten silicide film has a small variation of a resistance and a small average resistance-temperature coefficient and, further, can be patterned highly accurately by dry etching, a highly accurate and reliable resistor can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はD/A変換回路、A/D変換回路等の抵抗素子
を有する高集積、高密度な半導体装置の電気抵抗体に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electrical resistor for highly integrated, high-density semiconductor devices having resistance elements such as D/A conversion circuits and A/D conversion circuits.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

高精度かつ温度特性良好な薄膜抵抗体として、タングス
テン(W)とシリコン(Si)との合金であるタングス
テンシリサイド膜を用いる。
A tungsten silicide film, which is an alloy of tungsten (W) and silicon (Si), is used as a thin film resistor with high precision and good temperature characteristics.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図及び第4図に従来の薄膜抵抗体を有する半導体装
置を示す。通常薄膜抵抗体として第3図に示すNi−C
r合金または第4図に示すCr−5iO合金が用いられ
、薄膜抵抗体のパターニングにはウェットエツチングが
用いられる0例えばNi −Cr合金の場合には硝酸、
塩酸、水の混合液または塩酸。
FIGS. 3 and 4 show semiconductor devices having conventional thin film resistors. Ni-C shown in Figure 3 as a normal thin film resistor
For example, in the case of Ni-Cr alloy, nitric acid,
Hydrochloric acid, water mixture or hydrochloric acid.

水の混合液が用いられ、Cr−5tO合金の場合には塩
酸、水の混合液または硫酸、水の混合液が用いられる。
A mixture of water is used, and in the case of a Cr-5tO alloy, a mixture of hydrochloric acid and water or a mixture of sulfuric acid and water is used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし従来の方法では薄膜抵抗体のパターニングに化学
反応によるウェットエツチングを用いており、エツチン
グが等友釣に進むためいわゆるアンダーカットが生じ寸
法制御が困難であった。従って抵抗値に誤差が生じやす
く高精度品への通用には極めて難しい状況にある。また
エツチング後の溶液はCr等の人体に有害な物質を含ん
でおり、その扱いや処理方法及び処理に要する費用等の
問題を有している。
However, in the conventional method, wet etching using a chemical reaction is used for patterning the thin film resistor, and because the etching progresses uniformly, so-called undercuts occur, making it difficult to control the dimensions. Therefore, errors are likely to occur in the resistance value, making it extremely difficult to use as a high-precision product. Further, the solution after etching contains substances harmful to the human body, such as Cr, and there are problems with its handling, processing method, and cost required for processing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記問題点を解決するために本発明は、タングステン(
W)とシリコン(Si)との合金であるタングステンシ
リサイドを′iIJ膜抵抗体として用い、抵抗体の加工
をドライエツチングで行なうようにした。
In order to solve the above problems, the present invention has developed tungsten (
Tungsten silicide, which is an alloy of W) and silicon (Si), was used as the iIJ film resistor, and the resistor was processed by dry etching.

〔作用〕[Effect]

タングステンシリサイド膜は、抵抗のバラツキも小さく
、かつ平均抵抗温度係数は(TCR)も小さく、かつド
ライエツチングによる高精度なバターニングもできるの
で、非常に高精度で信頼性の高い抵抗体を作成できる。
Tungsten silicide films have small variations in resistance, a small temperature coefficient of average resistance (TCR), and can be patterned with high precision by dry etching, making it possible to create resistors with extremely high precision and reliability. .

〔実施例〕〔Example〕

本発明の基本構成は、タングステン(W)とシリコン(
Si)との合金であるタングステンシリサイド(化学式
WSix、xは組成比)を薄膜抵抗体とする事にある。
The basic structure of the present invention is tungsten (W) and silicon (
The purpose is to use tungsten silicide (chemical formula WSix, x is the composition ratio), which is an alloy with Si), as a thin film resistor.

第1図に示す様に絶縁膜2の上にタングステンシリサイ
ド膜3を積層する。このタングステンシリサイド膜3を
薄膜抵抗体として使用するため所望の抵抗が得られる様
に所望の形状に加工する。この加工法にはフォトリング
ラフィとエツチング法を用いる。タングステンシリサイ
ドのエツチングにはドライエツチング法を用いる事がで
き、フォトレジストからのパターン変換差の少ないエツ
チングができる。従ってタングステンシリサイドの寸法
を精密に制御ができるため抵抗のバラツキを小さくする
事ができる。次に配線金属4を積層し所望の形状に配線
金属4を加工する。この時、もちろん薄膜抵抗体となる
タングステンシリサイド膜3とのコンタクトもとる。配
線金属4として、一般にはアルミニウム(AI)やアル
ミニウムを主成分としたアルミニウム系金属(A II
 −Si、  A j! −St −Cu、  A j
! −Ti−Wなど)を用いるが、他の金属でも問題な
い、タングステンシリサイド膜3は種々の方法で積層で
きる0例えば、化学気相成長法を用いてタングステンシ
リサイド膜を成長できる。その1例として六フッ化タン
グステン(WF6)ガスとシラン(SiH4)ガスとを
0℃〜800℃の範囲の温度で化学気相反応させタング
ステンシリサイド膜を積層する。この反応系では、WF
、ガスの流量が少ないほど、SiH4ガスの流量が多い
ほど、また成長温度が高いほどシリコン過剰となり、(
WSixのXの値が大きくなる)抵抗値を上げる事がで
きる。また別の例として、WF、ガスとジクロルシラン
(SiHxClg)ガスとを200℃〜900℃の範囲
の温度で化学気相反応させタングステンシリサイド膜を
積層できる。化学気相成長(CV D)法の利点は、ガ
ス流量や成長温度を変化させる事により容易にタングス
テンシリサイド膜の組成を変えることができる事と条件
を固定すれば膜厚及び膜質均一性の優れたタングステン
シリサイド膜を形成する事ができる事にある。タングス
テンシリサイドの形成法としては上記のCVD法の他に
スパッタ法等のPVD法も挙げられる。
As shown in FIG. 1, a tungsten silicide film 3 is laminated on an insulating film 2. Since this tungsten silicide film 3 is used as a thin film resistor, it is processed into a desired shape so as to obtain a desired resistance. This processing method uses photolithography and etching. A dry etching method can be used for etching tungsten silicide, and etching can be performed with little difference in pattern conversion from photoresist. Therefore, the dimensions of the tungsten silicide can be precisely controlled, making it possible to reduce variations in resistance. Next, the wiring metal 4 is laminated and processed into a desired shape. At this time, of course, contact is also made with the tungsten silicide film 3 that will become the thin film resistor. The wiring metal 4 is generally made of aluminum (AI) or an aluminum-based metal containing aluminum as its main component (A II).
-Si, A j! -St -Cu, A j
! The tungsten silicide film 3 can be deposited by various methods.For example, the tungsten silicide film 3 can be grown using chemical vapor deposition. As an example, a tungsten silicide film is laminated by causing a chemical vapor phase reaction between tungsten hexafluoride (WF6) gas and silane (SiH4) gas at a temperature in the range of 0°C to 800°C. In this reaction system, WF
, the lower the gas flow rate, the higher the SiH4 gas flow rate, and the higher the growth temperature, the excess silicon becomes;
(The value of X of WSix increases) The resistance value can be increased. As another example, a tungsten silicide film can be laminated by causing a chemical vapor phase reaction between WF gas and dichlorosilane (SiHxClg) gas at a temperature in the range of 200°C to 900°C. The advantage of the chemical vapor deposition (CVD) method is that the composition of the tungsten silicide film can be easily changed by changing the gas flow rate and growth temperature, and if the conditions are fixed, the film thickness and film quality can be excellently uniform. The main advantage is that it is possible to form a tungsten silicide film. As a method for forming tungsten silicide, in addition to the above-mentioned CVD method, a PVD method such as a sputtering method may also be used.

タングステンシリサイド膜3はシリコン酸化膜等の絶縁
膜2との密着性が余り良好でない(特にCVD法では密
着性が良好でない)ため、タングステンシリサイド膜3
を11層する前に充分配慮する必要がある。例えば絶縁
膜2の表面を洗浄するとか軽くウェットエツチングする
等の前処理を行なうと良い、また、タングステンシリサ
イド膜3と絶縁膜2との間に多結晶シリコン(Poly
S+)膜またはアモルファスシリコン(α−5i)膜を
はさんでも良い* Po1yS+膜及びα−5i膜はタ
ングステンシリサイド膜3とも!1!l縁膜2とも密着
性が良好である為、密着性改善には非常に良い方法であ
る。
Since the tungsten silicide film 3 does not have very good adhesion with the insulating film 2 such as a silicon oxide film (particularly the adhesion is not good with the CVD method), the tungsten silicide film 3
It is necessary to give sufficient consideration before adding 11 layers. For example, it is recommended to perform pretreatment such as cleaning the surface of the insulating film 2 or lightly wet etching it.
S+) film or amorphous silicon (α-5i) film may be sandwiched.* Po1yS+ film and α-5i film are also called tungsten silicide film 3! 1! This is a very good method for improving adhesion since it has good adhesion to both the edge film 2.

Po1ySi膜またはα−5i膜をはさむ時は、薄膜抵
抗体のエツチングの際タングステンシリサイド膜だけで
なく Po1ySi膜またはα−3t膜もエツチングす
る必要があるが、どちらもドライエツチングが可能な為
、エツチングの際特に問題はない。
When sandwiching a Po1ySi film or α-5i film, it is necessary to etch not only the tungsten silicide film but also the Po1ySi film or α-3t film when etching the thin film resistor. There are no particular problems in this case.

タングステンシリサイド膜3を形成した後に熱処理を加
え抵抗体の抵抗を調整する事もできる。
It is also possible to adjust the resistance of the resistor by applying heat treatment after forming the tungsten silicide film 3.

またタングステンシリサイド膜3と配線4の間に絶縁膜
をはさんで薄膜抵抗体3と配線4との接触を部分的に行
っても良い、特にこれが必要な場合は、配線層4とタン
グステンシリサイド膜3とのエツチング選択比が取れず
、配線4をエツチングする時にタングステンシリサイド
B4がエツチングされてしまう時である。配線層4のエ
ツチング速度がタングステンシリサイド膜3のエツチン
グ速度より充分速ければ、タングステンシリサイドnり
3の上に直接配線N4を積層できる。絶縁膜をはさむ時
は、タングステンシリサイド膜3と配線4とのコンタク
トを取るための工程を追加しなければならない。上記の
絶縁膜はシリサイドの酸化膜でもよい事はもちろんであ
る。
Alternatively, an insulating film may be sandwiched between the tungsten silicide film 3 and the wiring 4 to partially contact the thin film resistor 3 and the wiring 4. If this is particularly necessary, the wiring layer 4 and the tungsten silicide film may be brought into contact with each other partially. This is the case when the etching selectivity with respect to the etching pattern B4 cannot be obtained, and the tungsten silicide B4 is etched away when the wiring line 4 is etched. If the etching rate of the wiring layer 4 is sufficiently faster than the etching rate of the tungsten silicide film 3, the wiring N4 can be directly stacked on the tungsten silicide film 3. When sandwiching the insulating film, it is necessary to add a process for making contact between the tungsten silicide film 3 and the wiring 4. Of course, the above insulating film may be a silicide oxide film.

タングステンシリサイド膜3と配線4とのコンタクト抵
抗は、配線4がアルミニウム系であれば非常に小さくバ
ラツキも小さくできる。特に配線4を形成した後に適度
な熱処理(例えば400℃20分のアニール)を行えば
効果的である。
The contact resistance between the tungsten silicide film 3 and the wiring 4 can be very small and the variation can be reduced if the wiring 4 is made of aluminum. In particular, it is effective to perform appropriate heat treatment (for example, annealing at 400° C. for 20 minutes) after forming the wiring 4.

薄膜抵抗体として必要な特性は、抵抗のバラツキが小さ
い事、平均抵抗温度係数(単位温度あたりの抵抗変化率
)が小さい事等である。
The characteristics necessary for a thin film resistor include small variations in resistance and a small average temperature coefficient of resistance (rate of change in resistance per unit temperature).

第2図に75原子%のシリコンを含むタングステンシリ
サイドを水素雰囲気中で420℃の熱処理をした場合の
シート抵抗値の温度特性を示す、平均抵抗A度係数(T
CD)は+400ppm/”cであり、Ni−Cr合金
のTCD±1100pp/℃以内に比べると若干劣るが
、Cr−3iO合金のT CD +200〜−400p
pm/’Cに対して何ら遜色がなく、充分に抵抗体とし
て適用し得る。
Figure 2 shows the average resistance A degree coefficient (T
CD) is +400ppm/"c, which is slightly inferior to the TCD of Ni-Cr alloy, which is within ±1100pp/℃, but the TCD of Cr-3iO alloy is +200 to -400p.
It has no inferiority to pm/'C and can be fully applied as a resistor.

またタングステンシリサイドはドライエツチングが可能
な合金であり、特に反応性イオンエツチング(RI E
)を使うとより微細なパターンが高精度に加工され、第
1図の場合タングステンシリサイド膜厚が1200人で
シート抵抗値が約128Ω/口であるが、より高いシー
ト抵抗値を持つNi −Cr合金やCr−3iO合金を
使った場合と同程度の抵抗値精度を持つ抵抗体を作成す
るのに同程度または以下の面積で済む。
Additionally, tungsten silicide is an alloy that can be dry etched, especially reactive ion etching (RIE).
), finer patterns can be processed with high precision.In the case of Figure 1, the tungsten silicide film thickness is 1200mm and the sheet resistance value is about 128Ω/hole, but Ni-Cr which has a higher sheet resistance value. In order to create a resistor having the same degree of resistance accuracy as when using alloys or Cr-3iO alloys, the area required is about the same or less.

さらに薄膜抵抗体となるタングステンシリサイド膜はド
ライエツチングが可能なために、ウェットエツチングの
場合のような廃液の心配もなくなり、安全面、コストの
点で利点がある。
Furthermore, since the tungsten silicide film that becomes the thin film resistor can be dry etched, there is no need to worry about waste liquid as in the case of wet etching, which is advantageous in terms of safety and cost.

本発明のタングステンシリサイド膜の薄膜抵抗体は種々
の半導体装置に使用できる0例えば、シリコン半導体や
GaAs等の化合物半導体にも応用できる。
The tungsten silicide thin film resistor of the present invention can be used in various semiconductor devices, and can also be applied to silicon semiconductors and compound semiconductors such as GaAs.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は以上説明した様に、温度特性が良好でかつ抵抗
のバラツキも小さく、さらにパターン精度の良いドライ
エツチング法を用い加工できる、タングステンシリサイ
ド膜を使用しているので、高集積、高精度な抵抗体を有
する半導体装置を作成できる。
As explained above, the present invention uses a tungsten silicide film that has good temperature characteristics, small resistance variations, and can be processed using a dry etching method with high pattern accuracy. A semiconductor device having a resistor can be created.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明による薄膜抵抗体を示す断面図、第2
図は、本発明によって作成したタングステンシリサイド
膜のシート抵抗値の温度特性を示す図、第3図は、従来
のNi −Cr合金を薄膜抵抗体として用いた半導体装
置の断面図、第4図は、従来の0r−3iO合金をFJ
 膜抵抗体として用いた半導体装置の断面図である。 1.11・・・ (シリコン)基板 2.12・・・絶縁膜 3・・・・・タングステンシリサイド膜4.16・・・
配線 13・・・・・不純物領域 14・・・・・CVDシリコン酸化膜 15・・・・・ゲート金属 17・・・・・Ni−Cr膜 18・・・・・Cr−3iO膜 以上 出願人 セイコー電子工業株式会社 代理人 弁理士 最 上  務(他1名)第3V!J
FIG. 1 is a sectional view showing a thin film resistor according to the present invention, and FIG.
The figure shows the temperature characteristics of the sheet resistance value of the tungsten silicide film produced according to the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device using a conventional Ni-Cr alloy as a thin film resistor, and FIG. , the conventional 0r-3iO alloy is FJ
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device used as a film resistor. 1.11... (silicon) substrate 2.12... Insulating film 3... Tungsten silicide film 4.16...
Wiring 13...Impurity region 14...CVD silicon oxide film 15...Gate metal 17...Ni-Cr film 18...Cr-3iO film and above Applicant Seiko Electronic Industries Co., Ltd. Agent Patent Attorney Tsutomu Mogami (and 1 other person) 3rd V! J

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)タングステンとシリコンとの合金であるタングス
テンシリサイドを薄膜抵抗体として組み込んだ薄膜抵抗
体を有する半導体装置。
(1) A semiconductor device having a thin film resistor incorporating tungsten silicide, which is an alloy of tungsten and silicon, as a thin film resistor.
(2)タングステンシリサイドは化学気相成長法を用い
て作成する事を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
薄膜抵抗体を有する半導体装置。
(2) A semiconductor device having a thin film resistor according to claim 1, wherein the tungsten silicide is produced using a chemical vapor deposition method.
(3)薄膜抵抗体であるタングステンシリサイドの下地
に多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコンを用い
た特許請求の範囲第1項記載の薄膜抵抗体を有する半導
体装置。
(3) A semiconductor device having a thin film resistor according to claim 1, in which polycrystalline silicon or amorphous silicon is used as a base of tungsten silicide, which is the thin film resistor.
JP10772487A 1987-04-30 1987-04-30 Semiconductor device with thin film resistor Pending JPS63272064A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10772487A JPS63272064A (en) 1987-04-30 1987-04-30 Semiconductor device with thin film resistor
FR8805521A FR2614726A1 (en) 1987-04-30 1988-04-26 THIN-FILM RESISTOR AND METHOD OF MANUFACTURE
DE19883814432 DE3814432A1 (en) 1987-04-30 1988-04-28 Thin-film resistor and method for fabricating it

Applications Claiming Priority (1)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6441447B1 (en) * 1998-02-12 2002-08-27 Intersil Corporation Co-patterning thin-film resistors of different compositions with a conductive hard mask and method for same
JP2013122946A (en) * 2011-12-09 2013-06-20 Seiko Instruments Inc Semiconductor device

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