SE513116C2 - Polykiselresistor och sätt att framställa sådan - Google Patents

Description

513 116 värdenas förändring med tiden.

Vid tillämpningar, där polykiselresistorer används i lcritiska delar av elektroniska kretsar, är den otillräckliga stabiliteten hos resistorema ett känt praktiskt problem. Resis- torerna kan nämligen på ett oförutsägbart sätt ändra sina resistansvärden under använd- s ningen. Sådana avvikelser från det av konstruktören fastställda värdet, likaväl som av- vikelser mellan resistansvärdena hos till varandra matchade resistorer, kan äventyra funk- tionen hos den elektroniska krets, i vilken sådana resistorer ingår. Orsaken till instabilite- ten är att söka i de omättade bindningar, som finns i korngränserna i materialet. De ornättade bindningarna bildas i gränserna mellan de enskilda enkristallina komen i det w polykristallina materialet på grund av att den periodiska ordningen av kiselatomema i form av ett kristallgitter inte firms där. De yttersta kiselatomerna i ett enkristallint korn har därför inte tillräckligt många ldselatomer som närmaste grannar för att kunna bilda de fyra bindningar, vilka är karakteristiska för lciselkristallernas gitter. De resulterande omättade bindningarna fungerar som fällor för laddningsbärare och binder därigenom 1s laddningar till korngränserna, vilket påverkar materialets förmåga att transportera ladd- ningsbärare och därmed materialets resistivitet.

Om antalet bundna laddningar förblev konstant under tillverkningen av resistorerna och under hela den tid, då resistom används, skulle det inte vara några problem med resistoremas stabilitet. Antalet fällor kan emellertid minska, om enskilda atomer kan vandra till komgränserna och fastna vid de omättade bindningarna och därigenom för- hindra, att dessa kan fortsätta att fungera som fällor för laddningsbärarna. Likaså kan antalet fällor öka, om atomerna lämnar sin plats vid komgränserna och därvid var och en efterlämnar en omättad bindning.

Det är känt, att de omättade bindningarna kan blockeras, genom att väteatomer zs tillförs korngränsen. Väte kan förekomma i riklig mängd i skikt deponerade på en krets innehållande en polykiselresistor, exempelvis i passiveringsskikt av kiseldioxid och/eller kiselriitxid, vilket beror på dessas speciella framställning. Väteatomerna regerar med de omättade bindningarna i polykiselresistorn och blockerar dessa, så att de inte kan fortsätta att fungera som fällor. Ett problem med väteatomer, som har bundits till de omättade sobindningama, är emellertid, att bindningsstyrkan mellan väte och kisel är låg jämförd med exempelvis bindningen inbördes mellan kiselatomer. Bindningarna mellan kisel och väte kan därför lätt brytas upp, varigenom de omättade bindningarna återigen exponeras.

Eftersom omättade bindningar fångar in laddningsbärare, kommer detta att leda till att resistivitetens värde förändras. I den mån orsakerna till att bindningarna bryts upp är as kända, kan de hänföras till en allmän förhöjning av temperaturen eller till lokala tem- peraturvariationer orsakade av förhöjd effektutveckling i kritiska punkter i resistorn. Det kan emellertid inte uteslutas, att bindningarna också kan brytas på grund av kinetiska eller kvantmekaniska effekter orsakade av transporten av laddningsbärare genom resis- tom. 515 116 3 Även om väteatomernas förmåga att blockera omättade bindningar är det som främst diskuteras i litteraturen, kan det inte uteslutas, att andra atomer som hamnar i en kom- gräns eller lämnar denna under tillverkning och användning av resistom åstadkommer lik- nande effekter, om de inte har förmåga att tillräckligt starkt bindas till komgränsens skiselatomer. Utan att här ange storleken av inflytandet, kan det nämnas, att det även är möjligt att dopämnesatomer, som under användning av resistom växelverkar med kom- gränsema på ett dynamiskt sätt, kan ha samma inflytande på resistiviteten som väteato- mema. På samma sätt kan det inte uteslutas, att även andra i resistom och/eller i den lcretsplatta, av vilken resistom normalt är en del, ingående atomslag och oavsiktligt till- io förda föroreningar kan ha samma inverkan.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma polykiselresistorer med god långtidsstabilitet, dvs med god konstans hos sin resistans, som på betryggande sätt kan användas särskilt i känsliga elektroniska kretsar såsom kretsar av analog typ, avsedda ex- ts empelvis för mätning eller avsedda att tillhöra givare, i vilka resistansvärden hos resisto- rer exempelvis ingående i förstärkarkretsar direkt påverkar en avgiven signal, som anger ett mätvärde.

Lösningen på det ovan framlagda problemet med i vissa fall bristande eller otill- räcklig stabilitet hos polykiselresistorer är att anbringa ett eller flera stabiliserande skikt :o eller spärrskikt invid själva den del av resistorema, som bestämmer dessas resistans. Det har nämligen helt oväntat visat sig, att en stabilisering erhålls, om man säkerställer dels att polylciselresistom skyddas av spärrskikt eller diffusionsförhindrande skikt, särskilt ett eller flera ur övergångsmetaller framställda oxidbaserade spärrskikt av lämpliga tjockle- kar, vilka förmår att hindra rörliga atomslag, som exempelvis väte, från att nå de omät- zs tade bindningarna i polykislet, dels att det tillförda materialet inte påverkar och förtar effekten av eventuella andra optimerande behandlingar av polykiselmotstånden, exempel- vis sådana behandlingar som i sig själva leder till ökad stabilitet, dels att det tillförda spärrskiktet är kompatibelt med den övriga tillverkningen av den elektroniska kretsen.

Spärrskikten kan ligga mellan resistorn och andra skikt i den kompletta resistorstrukturen, :w såsom mellan resistorkroppen och passiveringsskikt av typiskt oxid eller nitrid eller mel- lan resistorkroppen och andra skikt irmehållande oxider eller nitrider, särskilt mellan resistorkroppen och sådana skikt, som på grund av sitt framställningsätt innehåller väte- atomer. Spärrskikten kan ligga på endera sidan av den vanligen plattfomiiga resistom eller på båda sidor om denna och omge denna. Resistom kan ha en resistansbestämmande as del, resistordelen, och anslutningsoniråden, vilka tillsammans med resistordelen bildar resistorkroppen. Övergångsmetallema innefattar företrädesvis titan och volfram. Att diffusionen av väte genom ett TiOz-skikt är begränsad behandlas i Su-Il Pyun och Young-Ci-Yoon, "Hydrogen permeation through PECVD-TiO/sub 2/ ñlm/Pd bilayer by AC-impedance 513 116 4 and modulation method", Advances in Inorganic Films and Coatings, Proceedings of Topical Symposium 1 on Advances in Inorganic Films and Coatings of the 8th CIMTEC-World Ceramics Congress and Forum on New Materials. TECHNA, Faenza, Italien, 1995, pp. 485 - 96. Att skikt, som innehåller titan och volfraxn, såsom en s Ti3OW70-film, se nedan, kan ges förbättrade diffusionsspärrande egenskaper på grund av bl a oxidskikt vid sin yta visas i R. S. Nowicki et al., "Studies of the Ti-W/Au Metalliza- tion on Aluminium", Thin Solid Films, 53 (1978) pp. 195 - 205, och S. Berger et al., "On the rnicrostructure, composition and electrical properties of Al/TiW/poly-Si system", Applied Surface Science 48/49 (1991), pp. 281 - 287. IU.S. patent 5,674,759, "Method :o for manufacturing semiconductor device for enhancing hydrogenation effect", för Byung- Hoo Jung visas ett tillverkningssätt för TFl' och MOSFET. Utdiffusion av väte från ett plasmanitridskikt förhindras, om man ovanpå nitridskiktet lägger ett skikt av "a material having a low hydrogen diffusion coefficient, or a refractory metal". En översikt över övergângsmetallernas oxider och deras växelverkan med väteatomer finns för övrigt i C. 1s G. Granqvist, "Handbook of Inorganic Electrochromic Materials", Elsevier 1995. Även om det med teknikens nuvarande ståndpunkt inte går att visa genom analys, finns det anledning att förmoda, att de oxidbaserade spärrskikten får sina stabiliserande egenskaper på grund av att de har en oordnad struktur med defekter i strukturen, vilka har en förmåga att binda väteatomer och/eller hämma deras rörelse genom sldktet.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i anslutning till ej begränsande utförings- exempel i samband med de bifogade ritningama, i vilka: f Fig. la är en schematisk bild av ett tvärsnitt genom en förut känd resistor tillverkad av polykristallint kisel, där vissa möjliga ytterligare övre skikt innefattande exempelvis :s andra integrerade komponenter och ytterligare passiveringsskikt är utelämnade, Fig. lb är en schematisk bild liknande fig. la av ett tvärsnitt genom en resistor till- verkad av polykristallint kisel och med tillagda stabiliserande spärrskikt, Fig. 2 är en vy av en resistor sedd uppifrån med en del av ett fluordopat område starkt förstorat, so Fig. 3 visar i form av en graf resultatet av belastningsprov av resistorer, som till- verkats av polylcristallint kisel och som saknar respektive har stabiliserande skikt, Fig. 4 och 5 visar i form av grafer resultatet av SIMS-analys (SIMS = "Secondary lon Mass Spectroseopy") av ett oxidbaserat spärrskikt hos stabiliserade resistorer, och Fig. 6 och 7 visar i form av grafer resultatet av TXRF-analys (TXRF = "Total X- as Ray F1uorescence") av ett oxidbaserat spärrskikt hos stabiliserade resistorer.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I fig. la visas ett exempel på ett tvärsnitt genom en konventionell polykiselresistor.

Denna har bildats på en bärstruktur 1, som kan innehålla integrerade komponenter och överst har ett isolerande skikt 3 av kiseloxid, som exempelvis är termisk oxid men som 513 116 givetvis också kan vara deponerad. I det visade utförandet finns underst i bärstruktllren 1 ett kiselsubstrat 5, exempelvis en monokristallin lciselskiva, ovanpå detta en kiselsubstrat- zon 7 med olika områden av indiffunderade ämnen, därpå en skiktstruktur 9 innefattande i det typiska fallet dielektrika och polykisel och överst oxidslciktet 3. På oxidslciktet 3 sligger själva den plattform eller "mesa" 11, som utgör resistorkroppen och som uppifrån sett har exempelvis rektangulär form, se även vyn uppifrån av själva resistorkroppen i fig. 2. Resistorkroppen 11 innefattar en inre del eller mellandel 13, som är den del, resistordelen, vilken ger eller bestämmer resistorns resistans, och yttre områden 15 för kontaktering, som kan vara kraftigt högdopade och därigenom har tämligen ringa resis- lans.

Den övre ytan hos aggregatet av bärstnlktur 1 och resistorkropp ll är täckt med ett kiseloxidskikt 17. Det är dock möjligt att ovanpå aggregatet anordna ytterligare skikt med passiva eller aktiva elektriska och elektroniska anordningar. Ett passiveringsskikt 27 bestående av endera kiselrlitlid respektive lcíseldioxid, eller båda tillsammans, kan finnas ls överst i strukturen. Hål 21 finns upptagna genom oxidskiktet 17 ned till den övre ytan av kontakteringsorrlrådena 15. Vid ytan av kontakteringsområdena 15 inuti hålen 21 finns områden 23 för att ytterligare förbättra kontakten med ledarbanor 25 av aluminium fór resistorns elektriska anslutning, vilka ligger mellan oxidskiktet 17 och passiveringsskiktet 27. Onlrådena 23 kan innefatta ledande diffusionsbalriärslcikt av exempelvis titan eller zo någon titanfórening.

Framställning av polykiselresistorer på konventionellt sätt skall nu beskrivas i sam- band med detaljerade utföringsexempel. Resistorerrlas resistans defiltieras genom dopning med bor.

[Jtfgjringsexempel 1 Polykristallina lciselfilmer med en tjocklek av 5500 Å deponerades enligt känd CVD-metod (CVD = "Chemical Vapor Deposition") på termisk lciseldioxid med tjocklek 9000 Å, vilken tidigare anbragts på ett lämpligt substrat. Ovanpå polykiselfilmen depone- rades omkring 5500 Å tjock kiseldioxid med hjälp av CVD. Därefter utfördes en värme- behandling vid 1050°C under 30 min för att bl a definiera polykislets kornstorlek. Poly- eokiselytan etsades ren från oxid, varefter bor inplanterades till en koncentration i ñlmen av 9,4xlO18 cm'3 vid energin 80 keV. Därefter lades en litografiskt definierad mask på polykislet och resistorerna etsades fram. Efter detta deponerades kiseldioxid till en tjock- lek ev 6500 Å vid 4oo°c medelst cvD, följt av värmebehaddllng vid 1o0o°c under cirka 30 min. Detta följdes av ett vid tillverkning av integrerade elektroniska kretsar as normalt processflöde omfattande kontakthålsetsning, aluminiummetallisering, litografisk definition av ledarbanor, legering i vätgas vid 420°C under 20 min, samt passivering med 9000 Å tjock lciselnitrid. Den sistnämnda framställdes med hjälp av plasmaaktiverad CVD. Resistorerna hade en längd av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallirla filmen i de färdiga resistorema hade en resistivitet av 605 Q/ruta. 513 116 6 Resistorema monterades i herrnetiska keramikkapslar och utsattes därefter fór prov vid 100°C och 150°C under en period av 2000 timmar, såväl utan som med en pälagd belastningsspänning av 30 V, varvid resistansen hos de framställda resistorer-na mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, 500 och 1000, 1500 och 2000 tirmnar. Resultatet visas som sen heldragen kurva märkt "Singly" i fig. 3. Såsom framgår av figuren, kan resistansen hos dessa resistorer öka med bortåt 2% jämfört med resistansvärdet vid provets början.

Detta är fór mycket fór analoga resistorer i kritiska tillämpningar. Exemplet illustrerar därigenom det beskrivna problemet med att polykristzillint kisel som dopats enbart med bor inte ger tillräckligt stabila resistorer. w [Jttöringsexempgl 2 Resistorer framställdes enligt det förfarande, som beskrivs i den ovan anförda in- ternationella patentansökningen WO 97/49103.

I polylcristallina kiselñlmer, framställda enligt utföringsexempel 1, implanterades bor till en koncentration i filmen av 9,4xl018 cm'3 vid 80 keV. Ovanpå polykiselfilmerrra 1s deponerades lciseldioxid med en tjocklek av omkring 5500 Å med hjälp av CVD. Filmer- na värmebehandlades sedan vid 1000°C under 30 min. Polykiselytan etsades ren från oxid, varefter fluor inplanterades till en koncentration i filmen av 5,7xl019 cm'3 vid energin 120 keV. Därefter lades en litografiskt definierad mask på polylcislet och resisto- rerna etsades fram. Efter detta deponerades lciseldioxid med tjocklek 6500 Å vid 400°C zo medelst CVD, följt av värmebehandling vid 750°C under 30 min. Detta följdes av ett vid framställning av integrerade elektroniska kretsar normalt processflöde omfattande kontakt- hålsetsning, aluminiummetallisering, litografisk definition av ledarbanorna, legering i vätgas vid 420°C under 20 min samt passivering med 9000 Å tjock lciselrtitrid. Den sistnämnda framställdes med hjälp av plasmaaktiverad CVD. Resistorerna hade en längd zs av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallirta filmen i de färdiga resistorerna hade en resistivitet av 650 - 700 Q/ruta.

Resistorerna monterades i keramikkapslar och utsattes därefter för åldringsprov och belastningsprov vid 100 och 150°C under en tidsperiod av 2000 tirmnar, varvid resistan- serna hos de framställda resistorema mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, 500 och ao 1000, 1500 och 2000 timmar. Resultatet visas som en heldragen kurva märkt "Fluorine" i fig. 3. Såsom framgår av figuren, ökade resistansen hos dessa resistorer med cirka 1 %.

Detta visar, hur en stabiliserande effekt kan erhållas, då det redan kända förfarandet innefattande stabilisering med hög koncentration av fluor används. En ytterligare för- bättring av stabiliteten är dock ofta önskvärd. as [Itftåringsexemæl 3 Resistorer framställdes enligt det förfarande, som beskrivs i den ovan anförda in- ternatíonella patentansökningen WO 97/ 10606.

På polylcristallina kiselfilmer, framställda enligt utfóringsexempel l, implanterades bor till en koncentration av 7,5xl019 cm'3 vid 80 keV, följt av en implantering av fosfor 513 116 7 till en dos av 13,6x1019 cm'3 vid 120 keV. Ur den erhållna polykiselfilmen framställdes sedan resistorer enligt utföringsexempel 1. Resistorerna hade en längd av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallina filmen i de färdiga resistorerna var av p-typ och hade en resistivitet av 1020 Q/ruta. s Resistorerna monterades i keramikkapslar och utsattes därefter för belastningsprov vid 100 och 150°C upp till 2000 timmar, varvid resistansema hos de framställda resisto- rema mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, 500 och 1000, 1500 och 2000 timmar.

Resultatet visas som en heldragen kurva märkt "Compensation" i fig. 3. Såsom framgår av figuren, ökade resistansen hos dessa resistorer med cirka 1 %. Detta illustrerar, hur w en stabiliserande effekt kan erhållas med det förut kända förfarandet innefattande en kompensationsdopning. En ytterligare förbättring av stabiliteten är dock ofta önskvärd.

Den inte alltid tillräckliga stabiliteten hos polykiselresistorer enligt ovan, dvs den variation av sådana resistorers resistans under lång tid och/eller vid belastning med elekt- risk ström, visar sig emellertid kunna uppnås med hjälp av minst ett lämpligt valt stabili- serande skikt eller spärrskikt, som förmodas minska diffusion av främst väteatomer. För Stabilisering av en polylciselresistor skall denna närmare bestämt skyddas av ett eller flera ur övergångsmetaller framställda oxidbaserade spärrskikt av lämpliga tjocklekar anbragta invid resistom. Dessa skikt är valda för att hindra rörliga atomslag, som exempelvis väte, från att nå de omättade bindningarna i resistorns polykisel. Det tillfórda materialet får :o inte påverka eller undertrycka effekten av eventuella andra optimerande behandlingar av polylciselresistorerna, exempelvis sådana behandlingar som i sig själva leder till ökad stabilitet såsom lämpligt hög fluordopning och kompensationsdopning enligt ovan. Det tillfórda spärrskiktet måste givetvis vara kompatibelt med den övriga tillverkningen av den elektroniska kretsen. zs I fig. lb visas ett tvärsnitt genom en på detta sätt stabiliserad polykiselresistor.

Denna har en uppbyggnad liknande den konventionella resistom enligt fig. la men har stabiliseringsslcikt, för vilka två möjliga lägen visas. I fig. lb är inte medtagna alla de ytterligare för en integrerad krets typiska skikt, som kan ligga över eller under själva resistorstrukturen. lnte heller har kretselement medtagits, som kan finnas i ldselsubsüatet, ao jämför dock fig. la. Den stabiliserade polykiselresistorn är sålunda uppbyggd på en bärstruktur 1, som kan innehålla integrerade komponenter och överst har ett isolerande skikt 3 av kiseloxid. Under kiseloxidskiktet 3 ligger kiselsubstratet 5. Direkt ovanpå oxidskiktet 3 kan ett första stabiliseringsskikt 28 ligga och ovanpå detta ett oxidskikt 29 följt av det upphöjda parti ll, som utgör resistorkroppen. Resistorkroppen ll innefattar as liksom ovan en inre del 13, resistordelen, som bestämmer resistoms resistans, och yttre områden 15 för kontaktering.

Den övre ytan hos aggregatet av bärstruktur 1 och resistorkropp ll är täckt med ett kiseloxidskikt 17. Detta kiseloxidskikt 17 är är täckt av ett metallskíkt 31 baserat på övergångsmetallema Ti och W, vilket inom ornråden, där det inte är täckt av aluminium- 513 116 8 skiktet 25 är omvandlat till ett andra, övre stabiliseringssldkt 33. Det övre stabiliserings- skiktet 33 ligger åtminstone ovanför själva resistordelen 13 men kan täcka större delen av resistorkroppen 11, förutom viss yta vid kanterna täckt av aluminiumskiktet 25. Hål 21 finns upptagna genom övergângsmetallsldktet 31 och oxidslciktet 17 ned till den övre ytan s på kontakteringsområdena 15 och är fyllda med material från aluminiumslciktet 25. Vid ytan av kontakteringsorrirådena 15 inuti hålen 21 finns liksom ovan områden 23 ñr att ytterligare förbättra kontakten med elektriska ledarbanor ingående i aluminiumslcilctet 25 för resistoms elektriska anslutning. Ett passiveringsskikt 27 av exempelvis lciselnitrid eller kiseldioxid eller av båda dessa ämnen tillsammans täcker hela strukturen. w I fig. 2 visas i en starkt förstorad delvy en mycket schematisk bild av ett litet om- råde av en polykiselresistor. Därav framgår hur acceptoratomer A och/eller donatorato- mer D, laddningsbärariällor T och eventuella väteatomer H fördelar sig inuti kom 41 respektive i korngränser 43. Eventuellt kan också fluoratomer F finnas eller altemativt endast fluoratomer. Eventuella fluoratomer och väteatomer finns företrädesvis i komgrän- 1s serna, när de påverkar polykiselñlmens resistivitet.

Nedan ges detaljerade utföringsexempel avseende polykiselresistor med stabiliseran- de spärrskikt.

Lltfóringsexçmpel 4 Polykiselresistorer framställdes enligt utföringsexempel 1 men med den skillnaden, zo att före påläggningen av aluminiumfilmen deponerades medelst sputtñng en 1500 Å tjock film av en vid framställning av integrerade elektroniska kretsar vanlig legering av titan och volfram med sammansättningsformeln Ti30W70, där siffrorna 30 och 70 betecknar den atomära sammansättningen, dvs legeringen irmehäller 30 atomprocent titan och 70 atomprocent volfram. Därefter lades aluminiummetalliseringen på. Aluminiumledarna de- zs ñnierades litografiskt, varefter de utetsade aluminiumledarna användes som mask vid omvandling av det metalliska Ti30W70-sldldet till ett oxidbaserat spärrslcikt varhelst detta framträdde under aluminiumledarna. För denna omvandling användes en 30 vikts%-vat- tenlösning av väteperoxid vid rumstemperatur, i vilken kretsskivorna fick ligga under 30 min. Därefter sköljdes skivorna i avjoniserat vatten under 15 min. Efter detta fortsattes sodet normala processflödet enligt utfóringsexempel 1. Polyldselresistorerna hade alltså en struktur motsvarande den i fig. lb visade strukturen men utan det första, undre stabilise- ringsskiktet 28 och det direkt ovanpå detta belägna oxidsldktet 29. Resistorema hade en längd av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallina filmen i de färdiga resisto- rerna hade en resistivitet som med hänsyn tagen till mätfel och spridning motsvarade as resistiviteten hos resistorer utförda enligt utfóringsexempel 1.

Omvandlingen av titan och volfram till oxider vid behandling med väteperoxid H2O2 beskrivs i .T .E.A.M. van-den-Meerakker, M. Scholten och I .I . van-Oekel "The Etching of Ti-W in Concentrated HzOz Solutions", Thin Solid Films, vol. 208, pp. 237 - 42 (1992), och I.E.A.M. van-den-Meerakker, M. Scholten och T.L.G.M. Thijssen, 513 116 9 “An Electrochernical and X-Ray Photoelectron Spectroscopic Study into the Mechanism of Ti + W Alloy Etching in H202 Solutions", Journal of Electroanalytical Chemistry, vol. 333, pp. 205 - 216 (1992). Derma omvandling kan betraktas som en etsning, efter- som detta mesta av metallerna försvinner vid behandling med en väteperoxidlösning. sEfter etsningen kvarstår ett oxidbaserat skikt, som kan vara tunt och har en tjocklek av troligen högst några hundra Å.

Det kan i detta sammanhang nämnas, att den i ovanstående utföringsexempel an- vända metallegeringen av titan och volfram ofta används som mellanslcikt vid framställ- ningen av integrerade kretsar för att åstadkomma en resistiv kontakt mellan aluminium w och kisel av n-typ, till skillnad från den likriktande kontakt, som erhålls, då aluminium får ligga i direkt beröring med kisel av n-typ.

På samma sätt som i utföringsexempel 1 monterades resistorerna i keramikkapslar och utsattes därefter för belastningsprov vid 100 och l50°C upp till 2000 timmar, varvid resistansema hos de framställda resistorerna mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, 500 is och 1000, 1500 och 2000 timmar. Resultatet visas som en streckad kurva märkt "Singly" i fig. 3. Såsom framgår av figuren, ökade resistansen hos resistorerna med ungefär hälf- ten av resistansändringen hos polykiselfilmer, vilka inte skyddas av ett TiW-oxidbaserat spärrskiktet och för vilka resistansen visas med den heldragna kurvan märkt "Singly" i fig. 3. Detta illustrerar den stabiliserande effekt, som erhålls, då resistorerna tillverkas :o enligt detta uttöringsexempel.

På några resistorer gjordes en analys av skikten med den högkänsliga ytanalysmeto- den SIMS ("Secondary Ion Mass Spectroscopy"). Såsom framgår av fig. 4, erhölls en tydlig titansignal i gränsytan mellan nitrid och BPSG (en bor- och fosfordopad kiseldiox- id), det vill säga på platsen för det oxidbaserade spärrskilctet. Den för analysen nödvändi- zs ga jonbestrålriingen medförde, att provytan laddades upp, vilket påverkade signalernas utseende.

Qtfóringsexempel 5 Polykiselresistorer framställdes enligt utfóringsexempel 2 men med den skillnaden, att före påläggningen av aluminiumñlmen deponerades medelst sputtring en 1500 Å tjock aometallfilm med sammansättningsformeln Ti30W70, där siffrorna betecknar den atomâra sammansättningen. Därefter lades aluminiummetalliseringen på. Aluminiumledarna deñni- erades litografiskt, varefter de utetsade aluminiumledarna användes som mask vid om- vandlingen av det metalliska Ti30W70-skiktet till ett oxidbaserat spärrslcikt på samma sätt som i utfóringsexempel 4 varhelst detta framträdde under aluminiumledarna. Efter detta as fortsattes det normala processflödet enligt utfóringsexempel 2. Polykiselresistorerna hade liksom i exempel 4 en struktur motsvarande den i fig. lb visade strukturen men utan det första, undre stabiliseringsskiktet 28 och det direkt ovanpå detta belägna oxidslcilttet 29.

Resistorerna hade en längd av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallina filmen i de färdiga resistorema hade en resistivitet, som med hänsyn tagen till mätfel och sprid- 513116 ning motsvarade resistiviteten hos resistorer utförda enligt uttöringsexempel 2.

På samma sätt som i uttöringsexempel 2 monterades resistorema i keramikkapslar och utsattes därefter fór belastningsprov vid 100 och 150°C upp till 2000 timmar, varvid resistanserna mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, 500 och 1000, 1500 och 2000 s timmar. Resultatet visas som en streckad kurva märkt 'Fluorine” i fig. 3. Såsom framgår av figuren, ökade resistansen hos resistorema med mindre än hälften av resistansänd- ringen hos polykiselfilmer, vilka inte skyddas av ett TiW-oxidbaserat spärrskiktet och för vilka resistansen visas med den heldragna kurvan märkt "Fluorine" i fig. 3. Detta illustre- rar den stabiliserande effekt, som erhålls, då resistorema tillverkas med stabiliserings- skikt.

Qttöringsexemrgl § Polykiselresistorer framställdes enligt utfóringsexempel 3 med den skillnaden, att före påläggningen av aluminiumfilmen deponerades medelst sputtring en 1500 Å tjock metallfilm med sammansättningsforrneln Ti30W70, där siffrorna betecknar den atomära 1s sammansättningen. Därefter lades aluminiummetalliseringen på. Aluminiumledarna defini- erades litografiskt, varefter de utetsade aluminiumledarna användes som mask vid om- vandlingen av det metalliska Ti30W70-skiktet till ett oxidbaserat spärrskikt på samma sätt som i uttöringsexempel 4 varhelst detta framträdde under aluminiumledarna. Efter detta fortsattes det normala processflödet enligt utfóringsexempel 3. Polykiselresistorerna hade zo liksom i exempel 4 en struktur motsvarande den i fig. lb visade strukturen men utan det första, undre stabiliseringsskiktet 28 och det direkt ovanpå detta belägna oxidskiktet 29.

Resistorerna hade en längd av 200 pm och en bredd av 20 pm. Den polykristallina filmen i de färdiga resistorerna hade en resistivitet, som med hänsyn tagen till mätfel och sprid- ning motsvarade resistiviteten hos resistorer utförda enligt uttöringsexempel 3. zs På samma sätt som i utföringsexempel 3 monterades resistorerna i keramikkapslar och utsattes därefter för belastningsprov vid 100 och 150°C upp till 2000 timmar, varvid resistanserna mättes vid rumstemperatur efter 0, 168, S00 och 1000, 1500 och 2000 timmar. Resultatet visas som en streckad kurva märkt "Compensation" i fig. 3. Såsom framgår av figuren, ökade resistansen hos resistorerna med mindre än hälften av resis- so tansändringen hos polykiselñlmer, vilka inte skyddas av det TiW-oxidbaserade spärrskik- tet och för vilka resistansen visas med den heldragna kurva märkt "Compensation" i fig. 3. Detta illustrerar den stabiliserande effekt, som erhålls då resistorerna tillverkas med stabiliseringsskikt.

Utfóringsexempel 7 ss Polykiselresistorer framställdes enligt uttöringsexempel 4, men med den skillnaden att efter det att kiselsubstratet försetts med ett 9000 Å tjockt skikt av termisk kiseldioxid, deponerades en 1500 Ä tjock film av Ti30W70. Den sistnämnda filmen omvandlades till ett oxidbaserat spärrskikt på samma sätt som motsvarande skikt i utföringsexempel 4. På spärrskiktet deponerades omkring 5500 Å kiseldioxid med hjälp av CVD. Sedan fortsattes 513 116 ll slciktframställningen och resistortillverkningen helt i enlighet med utfóringsexempel 4.

De framställda resistorema skiljer sig alltså från dem enligt ufiringsexempel 4 genom att de även har ett oxidbaserat spärrskikt och ett CVD-oxidskikt under polykisel- filmen, dvs har alla de i fig. lb visade skikten. Polykiselfilmen, som bildar resistorkrop- spen, är alltså innesluten mellan två kiseldioxidslcikt, dvs mellan två oxidsldkt baserade på grundmaterialet i resistorkroppen, vilka angränsar direkt mot resistorlcroppen, och utanför dessa oxidskikt två oxidbaserade spärrskikt.

Resistorerna monterades, utsattes fór belastningsprov och resistansökningen mättes i enlighet med utföringsexempel 4. Inom den experimentella noggrannheten kunde ingen roresistansölming observeras.

Qtfóringsexempçl ß Dopade polykristallina filmer framställdes enligt utföringsexempel l. Polykiselñl- mema täcktes därefter av en kiseldioxid i enlighet med utfóringsexempel l. På samma sätt som i utfóringsexempel 4 pålades därefter medelst sputtring en 1 500 Å tjock me- rstallfilm av titan och volfram med sammansättningsforrneln Ti30W70, där siffrorna be- tecknar den atomära sammansättningen. Det metalliska Ti3OW70-skiktet omvandlades därefter till ett oxidbaserat spärrskikt. För detta användes en 30 %-vattenlösning av väte- peroxid vid rumstemperatur, i vilken kretsskivorna ñck ligga under 30 min. Därefter sköljdes skivorna i avjoniserat vatten under 15 min. :o Prover togs ur skivorna och det yttersta skiktet analyserades med avseende på titan- och volframfórekomst med hjälp av den högkänsliga ytanalysmetoden SIMS. Som järn- fórelse medtogs också prover, vilka genomgått sarnma behandling med det undantaget, att tillverkningen avbrutits alldeles innan Ti30W70-filmen skulle läggas på. Såsom framgår av fig. 5, erhölls en tydlig skillnad i titan- och volfrarnsignalemas intensitet i prover med zs våtetsad Ti30W70 jäntfórt med prover utan Ti30W70. Signalnivåema för de sistnämnda proverna är att hänföras till signalbrus och till det faktum, att SIMS-signalen från en titanatom med masstalet 48 sammanfaller med signalen frän agglomerat med samma masstal, som bildats av tre syreatomer.

Prover togs också ur skivorna, i vilka det yttersta skiktet analyserades med avseende ao på titanfórekomst med hjälp av den högfinsliga ytanalysmetoden TlfllF ("Total X-Ray Fluorescence"). Såsom framgår av titanlinjen i fig. 6, innehåller det oxidbaserade spärrskiktet på provytan titan. Titansignalens intensitet motsvarar en ytkoncentration av 5x1012 cm'2. Eftersom en volfrarnlcatod använts fór att generera den för analysen erfor- derliga röntgensnålningen, kan inte volframlinjerna användas för påvisande av volfram i ss filmen. Prover togs också ut ur skivorna, i vilka det yttersta skiktet analyserades med avseende på såväl titan- som volfrarnfórekomst med hjälp av den högkânsliga skiktanalys- metoden RBS ("Rutherford Backscattering Spectroscopy"). Såsom framgår av tabell 1, se prov l, visar resultaten, att det oxidbaserade spärrskiktet på provytan innehåller såväl titan som volfram. Eftersom det tre analyserna SIMS, TXRF och RBS utförts vid olika 513 116 12 faciliteter, har inte en inbördes kalibrering av utrustningarna och de erhållna mätvärdena kunnat göras.

Dopade polylcristallina filmer täcktes av ett oxidskikt, ett aluminiumskikt och ett s Ti3OW70-oxidbaserat enligt uttöringsexempel 4. Aluminiumslciktet etsades bort på samma sätt som i utfóringsexempel 1. Efter det att aluminiumfilmen avlägsnats, omvandlades Ti3OW70-skiktet till ett oxidbaserat spärrskikt på samma sätt som i utföringsexempel 8.

Prover togs ur skivorna och det yttersta slciktet analyserades med avseende på titan- förekomst med hjälp av TXRF. Såsom framgår av titanlinjen i fig. 7, innehåller det oxid- w baserade spärrskiktet på provytan titan. Titansignalens intensitet motsvarar en ytkoncent- ration av 4x1O12 cm'2. Eftersom en volfrarnkatod använts for att generera den ßr analy- sen erforderliga röntgenstrålningen, kan inte volframlinjerna användas fór påvisande av volfram i filmen. Prover togs också ut ur skivoma, i vilka det yttersta sldktet analysera- des med avseende på såväl titan- som volframfórekomst med hjälp av RBS. Såsom fram- går av tabell 1, visar resultaten, se prov 2, att det oxidbaserade spärrskildet på provytan innehåller såväl titan som volfram. Eftersom det tre analyserna SIMS, TXRF och RBS liksom för exempel 8 har utförts vid olika faciliteter, har inte en inbördes kalibrering av utrustningarna och de erhållna mätvärdena kunnat göras.

Tabell l: Ti- och W-halt efter behandling av TiW med HZOZ zo Prov nr Analysmetod Ti-halt W-halt (atomer/cmz) (atomer/cmz) 1 RBS mo” sxio” 2 RBS zxio” mo” Vid prov nr l etsades en struktur med ett TiW-skikt överst med väteperoxid. Vid prov nr zs 2 behandlades en struktur med överst ett Al-skikt och därunder ett skikt av TiW. Al- slciktet etsades bort med vanligt etsmedel använt vid tillverkning av integrerade kretsar medan TiW-skiktet etsades med väteperoxid.

Vad avser de dopärrmen i polylciselfilmen, som bestämmer resistiviteten hos resis- tom, kan dessa väljas bland alla vanliga dopämnen. Det atomslag, närmare bestämt bor, ao som angetts i exemplen ovan, behöver inte användas.

Vad avser de i de oxidbaserade spärrskikten ingående atomslagen, kan andra metall- atomer användas än de metallatomer, som anges i exemplen ovan. Liknande egenskaper erhålls med oxidbaserade spärrslcikt, som tillverkas av andra atomslag, ensamma eller i kombination med varandra, så länge dessa hämtas bland det periodiska systemets över- as gångsmetaller. Likaså är det inte nödvändigt för uppnående av en stabiliserande effekt, att den av metallatomema bildade oxiden är rent syrebaserad. Inblandning av andra atomer, exempelvis av de vid tillverkning av integrerade resistorer karakteristiska atomslagen 513 116 13 fluor och kväve, tagna enskilda eller i kombination med varandra, ger fortfarande oxid- baserade spärrskikt med de eftersträvade stabiliserande egenskaperna.

I första hand används som spärrslcikt oxidbaserade skikt, som är elektriskt isoleran- de och därigenom även kan ligga i tät kontakt med metalledare. Ett pálagt lämpligt me- stallsldkt kan enligt ovan omvandlas till att bli oxidbaserat endast inom önskade områden och kan for övrigt fungera som elektrisk ledare. I uttrycket oxidbaserade skikt inbegripes förutom de i första hand avsedda egentliga oxidsldkten eller rena oxidskikten skikt, som innehåller syreatomer, exempelvis i form av hydroxidradikaler och/eller vattenmolekyler.

Vidare inbegripes sådana metallskikt, som inte är helt omvandlade till oxider, utan fort- w farande är metaller, dvs skikt, som är bara "dopade" med syre.

Likaså. är framställningen av de oxidbaserade spärrskikten inte begränsad till vad som angetts i uttöringsexemplen, utan skikten kan framställas med hjälp av alla de fysika- liska, elektrokemiska och kemiska metoder, som förekommer vid framställning av inte- grerade elektroniska kretsar. Exempelvis kan såväl oxidbaserade spärrsldkt, som fram- ts ställts genom direktdeponering, som sådana, vilka erhållits efter en oxidation av depone- rade metallskikt, som användas i de stabiliserande polykiselresistorerna. Skiktens tjocklek och placering anpassas till önskad grad av förbättring av resistorernas stabilitet.

Resistorerna är enligt beskrivningen ovan framställda av polykristallina filmer men de kan allmänt vara av godtycklig typ och ha godtycklig resistivitet och resistans. zo Resistorerna är enligt beskrivningen ovan framställda av polykristallint kisel men de kan också framställas av polykristallint germanium eller polykristallina kisel-germanium- föreningar.

Claims (12)

513 116 14 PATENTKRAV

1. Resistor innefattande en resistorkropp av polykristallint kisel, polykristallint germanium eller polykristallint kisel-gertnartium och elektriska anslutningar anbragta på och/eller i resistorkroppen, med en resistordel mellan anslutningarna, som ger resistorn s dess resistans, varvid materialet i resistordelen är dopat med dopâmnen för åstadkomman- de av en önskad resistans hos resistorn, k ä n n e t e c k n a d av ett eller flera oxid- baserade skikt, vilka innefattar övergángsmetallatomer och är anbragta invid resistorde- len.

2. Resistor enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att övergángsmetallatomerna w innefattar atomer valda bland titan och volfram.

3. Resistor enligt något av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d av ett kiseloxidskikt mellan resistordelen och det oxidbaserade skiktet.

4. Resistor enligt något av krav l - 3, k ä n n e t e c k n a d av att resistordelen har oxidbaserade skikt innefattande övergångsmetallatomer både vid sin undersida och vid 1s sin översida.

5. Resistor enligt något fav krav l - 4, k ä n n e t e c k n a d av att resistordelen är omgiven av oxidbaserade skikt innefattande övergångsmetallatomer.

6. Resistor enligt något av krav l - 5, k å n n e te c k n a d av ett skikt av oxid av grundmaterialet i resistordelen är beläget mellan resistordelen och det oxidbaserade skik- zo tet innefattande övergångsmetallatomer.

7. Resistor innefattande en resistorkropp av polylcristallint lcisel, polykristallint germanium eller polykristallint ldsel-gennariium och elektriska anslutningar anbragta på och/eller i resistorkroppen, med en resistordel mellan anslutningarna, som ger resistorn dess resistans, varvid materialet i resistordelen är dopat med dopämnen för åstadkomman- zs de av en önskad resistans hos resistorn, k ä n n e t e c k n a d av ett diffusionsfórhind- rande skikt, vilket är anbragt mellan resistordelen och ett passiveringsslcikt.

8. Förfarande for framställning av en resistor innefattande en resistorkropp av po- lykristallint lcisel, polykristallint germanium eller polykristallint kisel-germanium innefat- tande stegen: ao att en kropp, särskilt en film, framställs av polykristallint kisel, av polykristallint germanium eller av polykristallint kisel-gennaiiium, att materialet i kroppen, vid framställningen av denna eller därefter, dopas med minst ett dopärnne for ástadkommande av en önskad resistans hos resistorn, och att elektriska anslutningar till kroppen anordnas, as k ä n n e t e c k n a t av att ett eller flera oxidbaserade skikt, vilka innefattar övergångs- metallatomer, anbringas invid resistorkroppen.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att vid anbringande av det eller de oxidbaserade slcikten bringas detta/dessa att innefatta atomer valda bland titan och volfram. 513 116 15

10. Förfarande enligt något av krav 8 - 9, kännetecknat av att ett oxid av grundmaterialet i resistorkroppen anbringas mellan resistorkroppen och det eller de oxid- baserade skikten.

11. Förfarande enligt något av krav 8 - 10, kännetecknat av att vid an- sbringande av det eller de oxidbaserade skikten anbringas ßrst ett skikt av en eller flera övergángsmetaller och att detta skikt därefter oxideras.

12. Förfarande enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a t av att oxideringen utförs genom behandling med väteperoxid.