Способ изготовления многослойных тонкопленочных резисторов

(1 Ю 1111 17 ОО ЗЮ Н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТОНКОПЛЕНОЧНЬИ РЕЗИСТОРОВ,включающий послойное нанесение надиэлектрическую подложку двух и более резистивных слоев с последую-;щим формированием рисунка на каждомрезистивном слое и омических контактов к многослойной структуре, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью уменьшения величины температурного коэффициента сопротивленияпри одновременном регулировании еговеличины в широком диапазоне положительных и отрицательных значений всехрезистивных слоев, до нанесения последующего резистнвного слоя на предыдущем резистивном слое формируютслой диэлектрика толщиной 1-100 нм.11151 Изобретение относится к тонкопленочной технологии интегральных схем, а именно к способам изготовления высокостабильных резисторов с регулируемым температурным коэффициен 5 том сопротивления, которые могут .быть использованы в технологии производства прецизионных резисторных матриц аналоговых схем,Известны многослойные тонкопленочные конструкций, в которых, применяя обычные промышленные резистив-ные материалы с большим температур.ным коэффициентом сопротивления в 10 пленке (ТКСф/50 10 /К" ), посленанесения одна на другую двух резистивных пленок с противоположным познаку температурным коэффициентомсопротивления (ТКС) в результате параллельного соединения этих пленок ЗО получают путем компенсации резисторыс препельно низкими ТКС (ТКСЬ 50 10 1 К ) Е 11,Однако большие трудности при реализации способов, например, в технологии производства резистивных мат,риц заключаются в получении жесткойсовокупности сверхточных параметров .матрицы, в частности предельно маленьких температурных коэффициентовотношения сопротивлений (ТКОСР 2.10К ), По данному параметру, такие многослойные резисторы в матрице на один - два порядка уступают однослойным, в основном, из-занеуцовлетворительного воспроизводства геометрических размеров многослойного резистора в послойных рисунках, Кроме того, в параллельном сое- .динении неоднозначное действие наконечный результат положительного и 40отрицательного температурного дрейфасопротивлений отдельных пленок при"водит к тому, что вместо констант температурные коэффициенты (ТКС и ТКОС)таких резисторов становятся Функциями 45температуры, что из-за размерных погрешностей в послойных рисунках, неодинакового характера для разных ре"зисторов схемы ухудшает параметры резисторной матрицы в целом, 50Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является спо.соб изготовления многослойных резисторов с предельно низким или точноуправляемым температурным коэффициен том сопротивления путем компенсации,включающий нанесение одна на другуюдвух или более реэистивных пленок 1 З 1одного или разных резистивных материалов, ТКС которых отличаются от нуля и имеют противоположные знаки, формирование послойных рисунков многослойной резистивной пленки с разным перекрытием пленок в плане, получение соответствующим образом контактов, операционный контроль электрических параметров отдельных пленок и резисторов.Регулировку ТКС таких резисторов осуществляют в пределах от +ТКС до -ТКС (ТКС отдельных пленок соответственно) индивидуально путем компенсации, причем индивидуальной подгонкой сопротивлений отдельных пленок в параллельном соединении согласно соответствующему соотношению их ТКСР 3.Однако применение. известного способа в производстве резисторных матриц требует увеличения числа индивидуально подгоняемых параметров матрицы, кроме общепринятой подгонки номиналов сопротивлений и коэффициентов отношений сопротивлений резисторов, необходимо производить также индивидуальную подгонку температурных коэффициентов (ТКС и ТКОС) ре- . зисторов. Это снижает производительность, операций подгонки параметров до такой степени, что себестоимость изделия возрастает в несколько раз, усложняет технику и алгоритм подгонки параметров матрицы в целом.Целью изобретения является уменьшение величины ТКС при одновременном регулировании его величины в широком диапазоне положительных и отрицательных значений всех резистивных слоев.Поставленная цель достигается тем, что при способе изготовления многослойных тонкопленочных резисторов, включающем послойное нанесение на диэлектрическую подложку двух и ;болеерезистивных слоев с последующим формированием рисунка на каждом резистивном слое и омических контактов к многослойной структуре, до нанесения последующего резистивного слоя на предыдущем резистивном слое Формируют слой диэлектрика толщиной 1-100 нм.Регулировку ТКС формируемых резисторов осуществляют путем смещения температурного коэффициента сопротивления резистивного слоя в сторону отрицательных или более отрицательных значений на разную величину смещения (ИТКС) в пределах от 0 до-(110- 1,210 ф ) К ", варьируя толщиной тонкого диэлектрического слояв пределах 1-100 нм. При этом температурнь 1 е коэффициенты отдельных слоевмогут быть одинаково положительныеили разные, в том числе и отрицательные, их тблщины - в пределах 2-35 нми удельные поверхностные сопротивле-.ния - в пределах О,05-20 кОм/кв.Регулировку ТКС таких резисторовзавершают выбором условий отжига многослойного резистора в диапазонетемператур 400-800 К, Кроме того, резисторы с разным ТКС получают, применяя один резистивный материал, одинспособ нанесения пленок, варьируячИслом формируемых диэлектрическихслоев в его пленке,На Фиг. 1 изображена подложка(термически окисленная кремниеваяпласчина), поперечное сечение; нафиг. 2 - то же, после нанесения первой резистивной пленки (слоя); нафиг. 3 - пленочная структура послеформирования тонкого диэлектрического слоя: на Фиг. 4 - то же после нанесения второй резистивной пленки (слоя); на фиг. 5 - структура многослойного резистора с двумя резистивными слоями; на фиг. 6 - структура многослойного резистора с тремярезистивными слоями; на Фиг, 7 - кикетика изменения температурных коэфФициентов сопротивлений однономинальных В=350 Ом/кв) однослойных имногослойных пленок во время отжига;на фиг. 8 - кинетика изменения удельных поверхностных сопротивлений однономинальных (Нз=350 Ом/кв) однослойных и многослойных пленок во времяотжига.40Способы нанесения резистивных пленок (слоев) и формирование диэлектрических слоев могут быть разными, втом числе термическое напыление илиионно-плазменное распыление резистив 45ных и диэлектрических материалов ввакууме, в инертных или реактивныхсредах. Способ включает формированиетонких диэлектрических слоев путемобработки резистивных пленок в реактивных средах, в кислороде, азоте,например, термическим окислением,окислением под давлением или анодированием, например, в высокочастотном разряде. В массовом производстве способ предполагает возможностькосвенного контроля толщины тонких резистивных и диэлектрических 113 4слоев, например контролируют длительность процессов нанесения и формирования резистивных и диэлектрических слоев в конкретном исполнении или судят по характеру изменения электрических параметров резистивных пленок во время соответствующего процесса. В завершающей стадии производства такие резисторы могут быть защищены пассивирующей пленкой, осуществлена индивидуаль" ная подгонка номиналов сопротивлений, например, лазерным способом..П р и м е р 1. На подложку 1 (Фиг. 1), например термически окисленную кремниевую пластину, с толщиной окисла 2 йз,о =800 нм наносят первую резистивную пленку (слой) 3 (фиг, 2) при ионно-плазменном распылении резистивной мишени сплава Я-Сг-И 1 (40;54:6) в разряде аргона с начальными параметрами ТКС = +15 10 К ", удельным поверхностным сопротивлением К=620 Ом/кв и толщиной с 1 "- 9 нм. На поверхности первой резистивной пленки формируют первый тонкий диэлектрический слой 4 (фиг. 3) толщиной йф 2 нм термическим окислением поверхности первой резистивной пленки в режиме отжига: Т =623 К,щ =2 ч, среда - воздух. Сопротивление изоляции диэлектрического слоя не менее 2 -10 Ом/см 2 Во время процесса роста диэлектрического слоя параметры первого резистивного слоя возрастают до значений ТКС=+40 10 К и Нз=700 Ом/кв. Поверх полученного первого диэлектрического слоя наносят вторую резистивную пленку (слой 5)(фиг. 4) того же материала и аналогичным способом с начальными параметрами: ТКС = +15 10К , Н =700 Ом/кв и й,ф 8 нм. Далее формируют рисунок многослойной резистивной пленки литографией с одним шаблоном, наносят контактный материал 6 (фиг5) термическим напылением алюминия в вакууме толщиной с 1 А а 1 мкм, Формируют рисунок контактов резистора литографией одновременно с разводкой, вжигание контактов проводят во время процесса завершающего отжига резистора, Регулировку ТКС многослойного резистора (фиг, 5) к нулевому значению завершают одновременно с вжиганием контактов и стабилизацией параметроврезистора отжигом в режиме: Т,=оощю ,623 К, се =10 ч, среда - воздух1 1 1 5 11 3 5фиг. 7 и 8, кривые А). Таким образом получают многослойный тонкопленочный резистор с двумя резистивными слоями, с тонкой диэлектрическойпрослойкой и пассивирующим окислом 57 (фиг. 5) с параметрами ТКСф 2 10 К ,К=350 Ом/кв и 019 нм.П р и м е р 2Отличается от примера 1 тем, что с целью получения резистора с параметрами ТКС=-2510 ф К " 1 Ои КО=350 Ом/кв первую резистивную .пленку наносят с удельным поверхностным сопротивлением К=600 Ом/кв, первый тонкий диэлектрический слой формируют толщиной 03 нм термическим 15окислением в режиме: Т 623 К,Сгц =5 ч, среда - воздух. Во времязавершающего отжига параметры многослойного резистора изменяются и стабилизируются на заданном уровне20(фиг 7 и 8, кривые Б),П р и,м е р 3, Отличается от примера 1 тем, что с целью получениярезистора с параметрами ТКС=-601 О К 1и Кя=350 Ом/кв первйо резистивнуюпленку наносят с удельным поверхностным сопротивлением К =720 Ом/кв итолщиной д 8 нм. Во время формирования первого тонкого диэлектрического слоя, например, толщиной др 2 нм ЗОв аналогичном режиме параметры первого резистивного слоя возрастаютдо значений ТКС=ЗО 10 К 1 иКз810 Ом/кв, вторую резистивнуюпленку наносят с параметрами 35Кз=1100. Ом/кв и д6 нм, поверхвторого резистивного слоя формируют второй тонкий диэлектрическийслой 8 (фиг, 6) толщиной й" 2 нмтак же, как и первый тонкий диэлектрический слой, поверх второго диэлектрического слоя наносят третьюрезистивную пленку (слой) 9 так же,как и вторую резистивную пленку саналогичными параметрами. После 45завершающего отжига (фиг. 7 и 8,кривые В) получают многослойный резистор с тремя резистивными слоями,, двумя тонкими диэлектрическими прослойками и пассивирующим окислом с щпараметрами ТКС 60 10К 1,Кз=350 Ом/кв и й й 24 нм. Сравнительные данные испытания мног ослойных резисторов и однослойных резисторов (фиг . 7 и 8, кривые Г) с удельным поверхностным е опротивлением ре зистивной пленки К = 3 50 Ом/ кв приведены в таблице . Предлагаемый способ изготовлениямногослойных резисторов по сравнениюс известным обладает следующими техник о"экономичес кими преимуществами .Регулировку ТКС осуществляют, управляя размерными параметрами многослойной ре зистив ной пленки не в плане, а по толщине, групповыми процессами.Упрощается технологический процесси снижается трудоемкость регулирования ТКС резисторов путем исключениятаких трудоемких прецизионных операций, как послойное формирование рисунков многослойной резистивнойпленки и ийдивидуальная подгонка температурных коэффициентов (ТКС и ТКОС)резисторов в"интегральных схемах.Введение операции формирования тонкого диэлектрического слоя не связанос большими экономическими затратами,так как операция предполагает групповую обработку партий пластин настандартном оборудовании многоцелевого производства,Осуществляется важный для практики и применения резисторов аспект:воэможность получения ТКОС в резистивной матрице на один - два порядка меньше ТКС резисторов. Предлагаемый способ расширяет возможности применения хорошо освоенных в производстве резистинных материалов, особенно с положительным температурным коэффициентом сопротивления, распространяя их применение наобласть создания 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 материала1115113 Резисторы Трехелойный Двухслойный Однослойный+0,4 ф 0,2 0,2 0,04 0,04 0,095 Типовые параметры Резистивный материал Удельное поверхностноесопротивление многослойной резистивнойпленки К Ом/кв Толщина многослойнойрезистивной пленки, нм Количество резисторов водной монолитной схеме(матрице) Дианазон номиналов сопротивлений, КО кОм ЦС резисторов,К ф 10 6 Временной дрейф сопротивлении резисторов (в реаиме Т 358 К,/38 . Тир аз ВНИИПИ Государственпо делам изобре 13035, Москва, 3-35 82 Подго комитета СССР.ний и открытийаущская наб д. 4/5