SU1115113A1 - Способ изготовлени многослойных тонкопленочных резисторов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, включающий по.слойное нанесение на диэлектрическую подложку двух и более резистивных слоев с последую-: щим формированием рисунка на казкдом резистивном слое и омических контактов к многослойной структуре, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  величины температурного коэффициента сопротивлени  при одновременном регулировании его величины в широком диапазоне положительных и отрицательньпс значений всех резистивных слоев, до нанесени  последующего резистивного сло  на предыдущем резистивном слое формируют слой диэлектрика толщиной 1-100 нм.

Description

у Х х Хх

v N х х х X N X .4 V

;

/2

ЧЧ у у Оч ч1 Изобретение относитс  к тонкопленочной технологии интегральных схем, а именно к способам изготовлени  высокостабильных резисторов с ре гулируемым температурным коэффициентом сопротивлени , которые могут . быть использованы в технологии произ водства прецизионных резисторных матриц аналоговых схем. Известны многослойные тонкопленочные конструкций, в которых, примен  обычные промьпштенные резистнвные материалы с большим температур-ным коэффициентом сопротивлени  в пленке (ТКС /±50-10 /К -), после нанесени  одна на другую двух резистивных пленок с противоположньп по знаку температурным коэффициентом сопротивлени  (ТКС) в результате параллельного соединени  этих плепок получают путем компенсации резисторы с предельно низкими ТКС (ТКС liso-io Гк )-Ln. Однако большие трудности при реализации способов, например, в технологин производства резистивных мат .риц заключаютс  в получении жесткой совокупности сверхточных параметров матрицы, в частности предельно маленьких температурных коэффициентов отно лени  сопротивлений (ТКОС 1 КМ . По данному параметру . такие многослойные резисторы в матрице на один - два пор дка уступают однослойным, в основном, из-за неудовлетворительного воспроизводства геометрических размеров много слортного резистора в послойных рисун ках. Кроме.того, в параллельном соединении неоднозначное действие на . конечный результат положительного и отрицателвного температурного дрейфа сопротивлений отдельных пленок приводит к тому, что вместо констант те пературные коэффициенты (ТКС и ТКОС) таких резисторов стано.в тс  функци ми температуры, что из-за размерных погрешностей в послойных рисунках, неодинакового характера дл  разных резисторов схемы ухудшает параметры ре зисторной матрицы в целом. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  сп соб изготовлени  многослойных резисторов с предельно низким или точно управл емым температурным коэффициен том сопротивлени  путем компенсации, включаюищй нанесение одна на другую двух или более резистивных пленок 132 одного или разных резистивных материалов , ТКС которых отличаютс  от нул  и имеют противоположные знаки, формирование послойных рисунков многослойной резистивной пленки с разным перекрытием пленок в плане, получение соответствующим образом контактов , операционньй контроль электрических параметров отдельных пленок и резисторов. Регулировку ТКС таких резисторов осуществл ют в пределах от +ТКС до -TKCj (ТКС отдельных пленок соответственно ) индивидуально путем компенсации , причем индивидуальной подгом- . кой сопротивлений отдельных пленок в параллельном соединении согласно соответствующему соотношению их TKCt2. Однако применение.известного способа в производстве резисторных матриц требует увеличени  числа индивидуально подгон емых параметров матрицы , кроме общеприн той подгонки номиналов сопротивлений и коэффициентов отношений сопротивлений резисторов , необходимо производить также индивидуальную подгонку температур- ных коэффициентов (ТКС и ТКОС) резисторов . Это снижает производительность , операций подгонки параметров до такой степени, что себестоимость издели  возрастает в несколько раз, усложн ет технику и алгоритм подгонки параметров матрицы в целом. Целью изобретени   вл етс  уменьшение величины ТКС при одновременном регулировании его величины в широком диапазоне положительньрс и отрицательных значений всех резистивных слоев. Поставленна  цель достигаетс  тем, что при способе изготовлени  многослойных тонкопленочных резисторов , включающем послойное нанесение на диэлектрическую подложку двух и болеетрезистивных слоев с последую;ЩИМ формированием рисунка на каждом резистивном слое и омических кон тактов к многослойной структуре, до нанесени  последующего резистивного сло  на предьщущем резистивном слое формируют слой диэлектрика толщиной 1-100 нм. Регулировку ТКС формируемых резисторов осуществл ют путем смещени  температурного коэффициента сопротивлени  резистивного сло  в сторону отрицательных или более отрицательных значений на разную величину смещени  (.ТКС) в пре целах от О до 3. . -dlO - 1,) K- варьиру  тол щиной тонкого диэлектрического сло  в пределах 1-100 им. При этом темпер турнце коэффициенты отдельных слоев могут быть одинаково положительные или разные, в том числе и отрицатель ные, их толщины - в пределах 2-35 нм и удельные поверхностные сопротивлени  - в пределах 0,05-20 кОм/кв. Регулировку ТКС таких резисторов завершают выбором условий отжига мно гослойного резистора в диапазоне температур 400-800°К, Кроме того, ре зисторы с разным ТКС получают, приме н   один резистивный материал, один способ нанесени  пленок, варьиру  числом формируемых диэлектрических слоев в его пленке. На фиг. 1 изображена подложка (термически окисленна  кремниева  пластина), поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, после нанесени  первой резистивной пленки (сло ); на фиг. 3 - пленочна  структура после формировани  тонкого диэлектрического сло ; на фиг. 4 - то же после на несени  второй резистивной пленки (сло ); на фиг. 5 - структура мно гослойного резистора с двум  резистивными сло ми; на фиг. 6 - структура многослойного резистора с трем  резистивными сло ми; на фиг. 7 - кинетика изменени  температурных коэффициентов сопротивлений однономиналь ных ( Ом/кв) однослойных и многослойных пленок во врем  отжига на фиг. 8 - кинетика изменени  удел ных поверхностных сопротивлений одно номинальных ( Ом/кв) однослойHt K и многослойных пленок во врем  отжига. Способы нанесени  резистивных пл нок (слоев) и формирование диэлектри ческих слоев могут быть разными, в том числе термическое напьшение или ионно-плазменное распьшение резисти ных и диэлектрических материалов в вакууме, в инертных или реактивных средах. Способ включает формировани тонких диэлектрических слоев путем обработки резистивных пленок в реак тивных средах, в кислороде, азоте, например, термическим окислением, окислением под давлением или анодированием , например, в высокочастотном разр де. В массовом производстве способ предполагает возможность косвенного контрол  толщины тонких резистивных и диэлектрических слоев, например контролируют длительность процессов нанесени  и формировани  резистивных и диэлектрических слоев в конкретном исполнении или суд т по характеру изменени  электрических параметров резистивных пленок во врем  соответствующего процесса. В завершающей стадии производства такие резисторы могут быть защищены пассивирующей пленкой, осуществлена индивидуальна  подгонка номиналов сопротивлений , например, лазерным способом. .Пример 1. На подложку 1 (фиг. 1), например термически окисленную кремниевую пластину, с толщиной окисла 2 800 нм нанос т первую резистивную пленку (слой) 3 (фиг. 2) при ионно-плазменном распылении резистивной мишени сплава Si-Cr-Ni (40:54:6) в разр де аргона с начальными параметрами ТКС + 15-1и К удельным поверхностным сопротивлением Ом/кв и толщиной dpg« 9 нм. На поверхности первой резистивной пленки формируют первый тонкий диэлектрический слой 4 .(фиг. 3) толщиной нм термическим окислением поверхности первой резистивной пленки в режиме отжига: 011(1 623 К, t0, 2 ч, среда - воздух . Сопротивление изол ции диэлектрического сло  не менее 2-10 Ом/см Во врем  процесса роста диэлектрического сло  параметры первого резистивного сло  возрастают до значений ТКС +40-10 К и Ом/кв. Поверх полученного первого диэлектрического сло  нанос т вторую резистивную пленку (слой 5) (фиг. 4) того же материала и аналогичным способом с начальными параметрами: ТКС Ом/кв и dp( 8 нм. +15-10 Далее формируют рисунок многослойной резистивной пленки литографией с одним шаблоном, нанос т контактный материал 6 (фиг. 5) термическим напылением алюмини  в вакууме толщиной dдJ Я: 1 мкм, формируют рисунок контактов резистора литографией одновременно с разводкой, вжигание контактов провод т во врем  процесса завершающего отжига резистора. Регулировку ТКС многослойного резистора (фиг. 5) к нулевому значению завершают одновременно с вжиганием контактов и стабилизацией параметров резистора отжигом в режиме: Тд 623К, tomft, 10 ч, среда - воздух 5 ( фиг. 7,и 8, кривые А). Таким образом получают многослойный тонкопленочный резистор с двум  резистивными сло ми, с тонкой диэлектрической прослойкой и пассивирующим окислом 7 (фиг. 5) с параметрами ТКС.-10 К Ом/кв и dj-arig нк. Пример 2. Отличаетс  от пр мера 1 тем, что с целью получени  р зистора с параметрами ТКС -25«10 К и Ом/кв первую резистивную . пленку нанос т с удельным поверхнос ным сопротивлением Ом/кв, пе вый тонкий диэлектрический слой фор мируют толщиной нм термически окислением в режиме: T5 623K, tcfl-H 5 ч, среда - воздух. Во врем  завершающего отжига параметры много слойного резистора измен ютс  и ста билизируютс  на заданном уровне (фиг..7 и 8, кривые Б), При. мер 3. Отличаетс  от пр мера 1 тем, что с целью получени  резистора с параметрами ТКС -6010 К и Ом/кв первую резистивную пленку нанос т с удельным поверхнос ным сопротивлением Ом/кв и толщиной нм. Во врем  формировани  первого тонкого диэлектрического сло , например, толщиной . н в аналогичном режиме параметры первого резистивного сло  во.зрастают до значений ТКС 30 10 К и Rg 810 Ом/кв, вторую резистивную пленку нанос т с параметрами 100. Ом/кв и dpg 6 нм, поверх второго резистивного сло  формируют второй тонкий диэлектрический слой 8 (фиг. 6) толщиной d 2 нм так же, как и первый тонкий диэлектрический слой, поверх второго диэлектрического сло  нанос т третью резистивную пленку (слой) 9 так же, как и вторую резистивную пленку с аналогичными параметрами. После завершающего отжига (фиг. 7 и 8, кривые в) получают многослойный резистор с трем  резистивными сло ми, , двум  тонкими дизлектрическими прослойками и пассивирующим окислом с параметрами ТКС 60-10 К , Ом/кв и нм. 36 Сравнительные данные испытани  многослойных резисторов и однослойных резисторов (фиг. 7 и 8, кривые Г) с удельным поверхностным сопротивлением резистивной пленки е 350 Ом/кв приведены в таблице. Предлагаемый способ изготовлени  многослойных резисторов по сравнению с известным обладает следующими технико-экономическими преимуществами. Регулировку ТКС осуществл ют, управл   размерными параметрами многослойной резистивной пленки не в плане , а по толщине, групповыми процессами . Упрощаетс  технологический процесс и снижаетс  трудоемкость регулировани  ТКС резисторов путем исключени  таких трудоемких прецизионных операций , как послойное формирование рисунков многослойной резистивной пленки и индивидуальна  подгонка температурных коэффициентов (ТКС и ТКОС) резисторов в интегральных схемах. Введение операции формировани  тонкого диэлектрического сло  не св зано с большими экономическими.затратами, так как операци  предполагает групповуй обработку партий пластин на стандартном оборудовании многоцелевого производства. Осуществл етс  важный дл  практики и применени  резисторов аспект: возможность получени  ТКОС в резистивной матрице на один - два пор дка меньше ТКС резисторов. Предлагаемый способ расшир ет возможности применени  хорошо освоенных в производстве резистивных материалов , особенно с положительным температурным коэффициентом сопротивлени , распростран   их применение наобласть создани  резисторов с предельно низким, нулевым и отрицательным ТКС.. . Кроме того, предлагаемые много- слойные резисторы, полученные из одного резистивного материала, более стабильны и надежны по сравнению с однослойными того же материала

Типовые параметры

Резисторы

Однослойный

Резистивный материал

Удельное поверхностное сопротивление многослойной резистивной пленки Re Ом/кв

ГО

Толщина многослойной резистивной пленки, нм

Количество резисторов в одной монолитной схеме (матрице)

Диапазон номиналов сопр тинлений, К„0 кОм

G резисторов , j.-.t Q,e

ТЮСКЬ диапазоне температур 1-210-400 К, ,ГЧО-«.

Временной дрейф сопротилени  резисторов (в режиме К, 500 ч) AR/R, %

J 1 У

VШf.SШ.ff.fJШffffff.(ff.

7.У

Ч ЧУЧУЧЧ уччЧч «.Ч ч ч

Фцг.Ъ

Трехслойный

Двухслойный

Пример 3

Пример 2

Пример 1

Sl-Cr-Ni (40:54:6)

350 24

350

19

28

28

0,3-80

0,3-80

-25 -60

tO,4

0,2 0,04

0,04

Ф1/г.2

..

ттттт

ФигМ

-8

ВВБВВРОчп шммп

OHJKj

,..-...-.у-мт . Х

Х X

ч

Фиг 5 г-8 Ю и t,«x(./ 1 г 6

ш

Р«#г.(г 8 Ю Фи(г.8

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГО-, СЛОЙНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ, включающий по.слойное нанесение на диэлектрическую подложку двух и более резистивных слоев с последую-г щим формированием рисунка на каждом резистивном слое и омических контактов к многослойной структуре, отличающийся тем, что, с целью уменьшения величины температурного коэффициента сопротивления при одновременном регулировании его величины в широком диапазоне положительных и отрицательных значений всех резистивных слоев, до нанесения последующего резистивного слоя на предыдущем резистивном слое формируют слой диэлектрика толщиной 1-100 нм.

   Фиг.1

   SU <„>1115113