[5]ЧЧ у у Оч ч1
Изобретение относится к тонкопленочной технологии интегральных схем, а именно к способам изготовления
высокостабильных резисторов с ре гулируемым температурным коэффициентом сопротивления, которые могут .
быть использованы в технологии произ водства прецизионных резисторных матриц аналоговых схем.
Известны многослойные тонкопленочные конструкций, в которых, применяяобычные промьпштенные резистнвные
материалы с большим температур-ным коэффициентом сопротивления в пленке (ТКС /±50-10 /К -), после
нанесения одна на другую двух резистивных пленок с противоположньп по знаку температурным коэффициентом
сопротивления (ТКС) в результате параллельного соединения 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 заключаются в получении жесткой совокупности сверхточных параметров
матрицы, в частности предельно маленьких температурных коэффициентов отно ления сопротивлений (ТКОС
1 КМ . По данному параметру . такие многослойные резисторы в матрице на один - два порядка 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.вятся функциями
температуры, что из-за размерных погрешностей в послойных рисунках, неодинакового
характера для разных резисторов схемы ухудшает параметры ре зисторной матрицы в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сп
соб изготовления многослойных резисторов с предельно низким или точно
управляемым температурным коэффициен том сопротивления путем компенсации,
включаюищй нанесение одна на другую двух или более резистивных пленок 132 одного 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
, операционньй контроль электрических параметров отдельных пленок и резисторов.
Регулировку ТКС таких резисторов осуществляют 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 увеличения числа индивидуально
подгоняемых параметров матрицы , кроме общепринятой 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
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 положительньрс 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 болеетрезистивных слоев с последую;ЩИМ
формированием рисунка на каждом резистивном слое и омических кон тактов к многослойной структуре,
до нанесения последующего резистивного слоя на предьщущем 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 (.ТКС) в пре целах от О до
3. . -dlO - 1,) K- варьируя тол
щиной тонкого диэлектрического слоя 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 сопротивления - 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
няя один резистивный материал, один способ нанесения пленок, варьируя числом формируемых диэлектрических
слоев в его пленке. На фиг. 1 изображена подложка (термически окисленная кремниевая
пластина), поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, после нанесения первой резистивной пленки (слоя); на
фиг. 3 - пленочная структура после формирования тонкого диэлектрического
слоя; на фиг. 4 - то же после на несения второй резистивной пленки (слоя); на фиг. 5 - структура мно
гослойного резистора с двумя резистивными слоями; на фиг. 6 - структура многослойного резистора с тремя
резистивными слоями; на фиг. 7 - кинетика изменения температурных коэффициентов
сопротивлений однономиналь ных ( Ом/кв) однослойных и многослойных пленок во время отжига
на фиг. 8 - кинетика изменения удел ных поверхностных сопротивлений одно
номинальных ( Ом/кв) однослойHt K и многослойных пленок во время отжига.
Способы нанесения 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
разряде. В массовом производстве способ предполагает возможность косвенного контроля толщины тонких
резистивных и диэлектрических слоев, 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 индивидуальная подгонка номиналов сопротивлений , например, лазерным способом.
.Пример 1. На подложку 1 (фиг. 1), например термически окисленную кремниевую пластину, с толщиной
окисла 2 800 нм наносят первую резистивную пленку (слой) 3 (фиг. 2) при ионно-плазменном распылении
резистивной мишени сплава Si-Cr-Ni (40:54:6) в разряде 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 изоляции диэлектрического
слоя не менее 2-10 Ом/см Во время процесса роста диэлектрического слоя параметры первого резистивного
слоя возрастают до значений ТКС +40-10 К и 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 Ом/кв и dp( 8 нм. +15-10
Далее формируют рисунок многослойной резистивной пленки литографией
с одним шаблоном, наносят контактный материал 6 (фиг. 5) термическим
напылением алюминия в вакууме толщиной dдJ Я: 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 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 двумя резистивными слоями, с тонкой диэлектрической прослойкой и пассивирующим окислом
7 (фиг. 5) с параметрами ТКС.-10 К Ом/кв и dj-arig нк. Пример 2. Отличается от пр
мера 1 тем, что с целью получения р зистора с параметрами ТКС -25«10 К и Ом/кв первую резистивную .
пленку наносят 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 время
завершающего отжига параметры много слойного резистора изменяются и ста билизируются на заданном уровне
(фиг..7 и 8, кривые Б), При. мер 3. Отличается от пр мера 1 тем, что с целью получения
резистора с параметрами ТКС -6010 К и Ом/кв первую резистивную пленку наносят с удельным поверхнос
ным сопротивлением Ом/кв и толщиной нм. Во время формирования первого тонкого диэлектрического
слоя, например, толщиной . н в аналогичном режиме параметры первого резистивного слоя во.зрастают
до значений ТКС 30 10 К и Rg 810 Ом/кв, вторую резистивную пленку наносят с параметрами
100. Ом/кв и dpg 6 нм, поверх второго резистивного слоя формируют второй тонкий диэлектрический
слой 8 (фиг. 6) толщиной d 2 нм так же, как и первый тонкий диэлектрический
слой, поверх второго диэлектрического слоя наносят 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 тремя резистивными слоями,
, двумя тонкими дизлектрическими прослойками и пассивирующим окислом с параметрами ТКС 60-10 К ,
Ом/кв и нм. 36 Сравнительные данные испытания
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 изготовления многослойных резисторов по сравнению
с известным обладает следующими технико-экономическими преимуществами.
Регулировку ТКС осуществляют, управляя размерными параметрами многослойной резистивной пленки не в плане
, а по толщине, групповыми процессами . Упрощается технологический процесс
и снижается трудоемкость регулирования ТКС резисторов путем исключения
таких трудоемких прецизионных операций , как послойное формирование рисунков многослойной резистивной
пленки и индивидуальная подгонка температурных коэффициентов (ТКС и ТКОС)
резисторов в интегральных схемах. Введение операции формирования тонкого
диэлектрического слоя не связано с большими экономическими.затратами,
так как операция предполагает групповуй обработку партий пластин на
стандартном оборудовании многоцелевого производства. Осуществляется важный для практики
и применения резисторов аспект: возможность получения ТКОС в резистивной
матрице на один - два порядка меньше ТКС резисторов. Предлагаемый способ расширяет
возможности применения хорошо освоенных в производстве резистивных 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 материала
