專利名稱：高阻率薄膜組合物及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及薄膜，具體地說，涉及薄膜組合物及制作方法，由該方法 產(chǎn)生的薄膜具有高電阻率和低電阻溫度系數(shù)。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)電阻器典型地用薄膜(TF)材料形成，將薄膜材料沉積在基板上 形成具有合乎需要的尺寸及形狀的部件(features)以提供個別的電阻。薄膜在具體應(yīng)用方面具有影響它們的適應(yīng)性的幾個特征。薄膜的表面電阻(R》和電阻率(p)決定具體的TF部件能提供多大的電阻，其電阻溫度系數(shù)(TCR) 記述該部件的電阻如何隨溫度變化。理想的TF應(yīng)具有高表面電阻和電阻率特性 以及低TCR,由此使他們需要的芯片面積最小化并提供在過溫情況下穩(wěn)定的電 阻。傳統(tǒng)的TF電阻器用包含硅和鉻(SiCr)的組合物制成。雖然一般來說是足夠 的，但這些電阻器具有局限性，這種局限性可能會使得它們在某些應(yīng)用上不適 合。例如，電池供電的裝置要求耗電盡可能低。由于通過電阻器的電流與其值成 反比，這類應(yīng)用經(jīng)常需要高阻抗電阻器。但是，傳統(tǒng)的TF電阻器其表面電阻典 型地為2kQ/口或更低，因此，它需要一種大到不能接受的芯片面積來提供想要的 電阻值。另外，傳統(tǒng)型薄膜的厚度典型地大約為100 '。這會導(dǎo)致TF部件中的傳導(dǎo) 電流集中在材料表面附近而降低部件的可靠性。一方面，授權(quán)給Jankowski等人的美國專利號6,217,722公開了在傳統(tǒng)型上改述的薄膜包含鈦、鉻、鋁及氧(Ti-Cr-Al-O)，據(jù)說能夠提供 的電阻率值為104至101Q ohm-cm。但是，所描述的方法需要使用兩種組分氣體 (氬和氧)，而沒有對這樣獲得的電阻器的TCR作出論斷。另一方面涉及授權(quán)給Wu等人的美國專利號6，129，742中所描述的薄膜電阻 器的制作。其中，獲得的電阻器可以具有相當(dāng)?shù)偷腡CR，但是，只適用于表面電 阻相當(dāng)?shù)偷谋∧ぃ惠^高的表面電阻會導(dǎo)致TCR值可能高到不能接受。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種薄膜組合物及制作方法，其可克服上述的問題、提供相當(dāng)高 的電阻率和表面電阻特性、同時提供低的TCR。本發(fā)明的薄膜由硅、絕緣體(諸如氧化鋁或二氧化硅(Si02))、以及至少一種 添加材料(諸如鉻、鎳、硼和/或碳)制成；本申請描述了幾種可能的組合物。這些 材料組合后形成薄膜，該薄膜的電阻率至少為0.02 Q-cm (典型的為0.02-1.0 Q-cm),且TCR小于il000ppm/。C(典型的小于±300ppm/°C)。還可獲得至少20 kQ/口的表面電阻。這樣獲得的薄膜的厚度較佳地至少為200 '，從而減少表面散 射傳導(dǎo)電流。本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點將參照下面的敘述和權(quán)利要求而 變得更明白。
具體實施方式
本發(fā)明的薄膜組合物及制作方法提供一種具有相對高電阻率及低TCR的薄 膜，使得該薄膜非常適于用作為集成電路電阻器。該薄膜還具有熱穩(wěn)定性，兼容 標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制作技術(shù)，且可以作修整。根據(jù)本發(fā)明的一種薄膜包括硅、絕緣體以及至少一種添加材料，當(dāng)這些材 料組合形成的薄膜的電阻率(p)至少為0.02 Q-cm (典型為0.02-1.0 Q-cm)，且TCR小于±1000ppm/。C時，可獲得的TCR值可達(dá)到小于土300 ppm/。C。另夕卜，該 薄膜可提供至少5 kQ/n的表面電阻，該表面電阻可達(dá)到至少20 kQ/口。本發(fā)明薄膜的要點在于其含有絕緣體(較佳為氧化鋁(Al203)和/或二氧化硅 (Si02))及硅。用Al203取代Si02生產(chǎn)電阻器較容易通過激光束切割方式作出修整。所需要的"添加材料"可以是鎳(Ni),鉻(Cr),硼(B)和域碳(C)的各種組合。當(dāng)然, 用包括其它絕緣體、金屬和/或半導(dǎo)體的組合物也有可能達(dá)到好的結(jié)果。本發(fā)明的薄膜的厚度較佳至少為200'。這可確保薄膜中的傳導(dǎo)電流不會集 中在薄膜的表面，從而減少在傳統(tǒng)型薄膜中發(fā)現(xiàn)的表面散射傳導(dǎo)問題。較佳是以濺射方式形成薄膜。靶材包括薄膜的成分絕緣體、適合的Ab03、 Si以及至少一種添加材料諸如Ni，Cr,B和/或C。該靶形成電極，用能量離子轟 擊該電極，使得靶的表面原子全方位地激發(fā)到氣相中。激發(fā)的離子/原子在基板 (諸如置于濺射室內(nèi)的硅晶圓)上沉積形成薄膜。本發(fā)明硅的要點在于要求用硅形成足夠數(shù)量所需的半導(dǎo)體或金屬硅化物, 以達(dá)到上述的電阻率和TCR值。傳統(tǒng)的由鎳和鉻制成的薄膜的表面電阻往往較低。然而，在此所述的組合物 中加入絕緣體，起到增加薄膜表面電阻的作用。為達(dá)到電阻率和TCR特性的最佳組合，本發(fā)明的薄膜應(yīng)在經(jīng)過沉積工序后 作退火處理。退火的時間取決于溫度，但對于實際的時間，應(yīng)使用的溫度為 400-550°C。本發(fā)明的薄膜已被證明其熱穩(wěn)定性至少為550°C。根據(jù)本發(fā)明制作的薄膜是在非加載互鎖射頻濺射系統(tǒng)中沉積,靶材由絕緣體 加金屬混合物及半導(dǎo)體組成。通常，將所述系統(tǒng)抽真空至小于lxl(^torr的基本 真空度。使用的基板為氧化的硅晶圓。在氬中預(yù)濺射靶。氬一般用作濺射氣體，雖 然可以在濺射氣體中加入少量氧來增加薄膜的最終電阻，而不會對TCR產(chǎn)生有 害的影響。將薄膜以15至80納米之間的厚度沉積到未加熱的氧化的硅基板上, 當(dāng)表面濺射效應(yīng)開始支配電阻和TCR特性時確定此較小厚度。較佳地是隨后在400-550。C溫度范圍內(nèi)在惰性氣體中將薄膜退火1至4小時， 以制作具適當(dāng)電學(xué)特性的熱穩(wěn)定薄膜。取決于惰性氣體的純度，薄膜在退火之前
應(yīng)可以用Si02層或類似的屏蔽層密封以防氧化。
應(yīng)注意到，不同于非加載互鎖射頻類型的濺射系統(tǒng)也可用于沉積具有類似于 上述性能的薄膜。還應(yīng)注意到，沉積率、濺射功率、濺射氣壓及靶至基板距離等 參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，沉積期間的基板溫度及退火的溫度和時間也是相關(guān)的。該方 法還可連同其它絕緣的或非常高電阻的基板使用。
下面描述由此獲得的薄膜的組合物及電阻和TCR的幾個實施例
實施例1
靶組合物-原子百分比
硅17.9; 氧18.2; 鉻19.7; 碳7.8; 硼36.4
源至基板距離6 cm
基本真空度2.5x10-6 torr 預(yù)濺射--
爬升時間lOmins.
按功率預(yù)濺射時間50 mins.
預(yù)濺射功率2.9watts/cm2
真空度10mtorr
氣體氬+ 1000ppmO2
預(yù)濺射后真空度(Post presputter pressure): 2.0x1 (T6 torr 濺射--
時間5mins. 功率2.9 watts/cm2 真空度10 mtorr氣體氬+ 1000ppm02
基板溫度未加熱
預(yù)濺射后真空度6xl(T torr 退火--
爬升時間45mins.
按溫度退火時間240mins.
溫度550°C
氣體氬 電學(xué)特性--
電阻相對于40納米厚薄膜
值1,975 Q
TCR: -14ppm/0C
應(yīng)注意到，本實施例中的表面電阻大約為2kQ/口。 實施例2
靶組合物-原子百分比
硅2.4;氧42.3;鉻15.4;碳2,0;硼9.6;鋁28.3
源至基板距離6 cm
基本真空度3.0xl(r7torr 預(yù)濺射--
爬升時間lOmins.
按功率預(yù)濺射時間50mins.
預(yù)濺射功率2.9 watts/cm2
真空度lOmtorr
氣體氬預(yù)濺射后真空度1.0xl0-7torr 濺射--
時間2.5mins.
功率2.9 watts/cm2
真空度10mtorr
氣體氬
基板溫度未加熱
預(yù)濺射后真空度1.0X10—7torr 退火--
爬升時間45mins.
按溫度退火時間240mins.
溫度550°C
氣體氬 電學(xué)特性--
電阻相對于40納米厚薄膜
值12,089 Q
TCR: -177ppm/0C
實施例3
靶組合物-原子百分比
硅3.9;氧47.0;鉻7.9;鎳9.8;鋁31.4 源至基板距離6 cm 基本真空度4.0xl0-7torr
預(yù)濺射--
爬升時間lOmins.按功率預(yù)濺射時間50mins. 預(yù)濺射功率2.9 watts/cm2 真空度lOmtorr 氣體氬
預(yù)濺射后真空度1.0xl0-7torr 濺射--
時間4.0mins.
功率2.9 watts/cm2
真空度lOmtorr
氣體氬
基板溫度未加熱
預(yù)濺射后真空度1.5xl0-7torr 退火--
爬升時間45mins.
按溫度退火時間240mins.
溫度550°C
氣體氬 電學(xué)特性--
電阻相對于40納米厚薄膜
值12,852 Q
TCR: -28 ppm/。C
在此描述的本發(fā)明的實施例可以仿效，而且可以容易地預(yù)想到很多的改進(jìn)、 變型及重排來達(dá)到大致相等的結(jié)果，所述這些都應(yīng)包含在附上的權(quán)利要求所限 定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高電阻率的薄膜，其包含硅；絕緣體；及至少一種添加材料，所述硅、絕緣體和添加材料組合形成電阻率(ρ)至少為0.02Ω-cm且電阻溫度系數(shù)(TCR)小于±1000ppm/℃的薄膜。
2. 如權(quán)利要求l所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的表面電阻為至少5kQ/口。
3. 如權(quán)利要求l所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的表面電阻為至少5kQ/口。
4. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的TCR小于±300 ppm/°C。
5. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述絕緣體為氧化鋁、二氧化硅(Si02)，或兩者。
6. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜可用激光來調(diào)阻。
7. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜厚度至少為200 '。
8. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的至少一種添加材料包含鉻。
9. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的至少一種添加材料包含鎳。
10. 如權(quán)利要求l所述的薄膜，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和鎳。
11. 如權(quán)利要求l所述的薄膜，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和硼。
12. 如權(quán)利要求l所述的薄膜，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和碳。
13. 如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜在被沉積在基板上后作退火處理。
14. 一種高電阻率的薄膜，其包含硅；絕緣體；及至少一種添加材料，所述硅、絕緣體和添加材料組合形成電阻率(p)為0.02~1.0 Q-cm、電阻溫度系數(shù)(TCR)小于士300 ppm/。C以及表面電阻為至少5kQ/o的薄膜。
15. —種高電阻率的薄膜，其包含娃；絕緣體；鉻；及鎳，所述硅、絕緣體、鉻及鎳組合形成電阻率(p)為0.02 1.0Q-cm、電阻溫度系數(shù)(TCR)小于士300 ppm/。C以及表面電阻為至少5 kQ/口的薄膜。
16. —種高電阻率的薄膜，其包含娃;絕緣體；鉻；硼；及碳，所述硅、絕緣體、鉻、硼及碳組合形成電阻率(p)為0.02 1.0Q-cm、電阻溫度系數(shù)(TCR)小于士300ppm/。C以及表面電阻為至少5 kQ/口的薄膜。
17. —種高電阻率的薄膜，其包含硅；絕緣體；鉻；碳，所述硅、絕緣體、鉻、硼及碳組合形成電阻率(p)為0.02 1.0Q-cm、電阻溫度系數(shù)(TCR)小于士300ppm/。C以及表面電阻為至少2 kQ/口的薄膜。
18. —種形成高電阻率薄膜的方法，其包括以下步驟提供絕緣體；提供硅；提供至少一種添加材料；組合所述絕緣體、硅及添加材料以形成薄膜；進(jìn)行所述的提供及組合步驟，使得所述薄膜的電阻率(p)至少為0.02Q-cm且電阻溫度系數(shù)(TCR)小于士IOOO ppm/。C。
19. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟將所述薄膜沉積在基板上；以及使所述薄膜退火。
20. 如權(quán)利要求19所述方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括激光修整經(jīng)沉積和退火的薄膜。
21. 如權(quán)利要求19所述方法，其特征在于，所述沉積和退火的薄膜的厚度至少為200'。
22. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述絕緣體為氧化鋁、二氧化硅(Si02),或兩者。
23. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻。
24. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和鎳。
25. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和硼。
26. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述至少一種添加材料包含鉻和碳。
27. 如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述薄膜通過濺射形成，所述濺射用的耙材包括所述絕緣體、所述硅及所述至少一種添加材料。
28. 如權(quán)利要求27所述方法，其特征在于，所述靶材包括所述絕緣體、硅、鎳及鉻。
29. 如權(quán)利要求27所述方法，其特征在于，所述靶材包括所述絕緣體、硅、鉻、硼及碳。
30. —種形成高電阻率薄膜的方法，其包含以下步驟提供絕緣體；提供硅；提供至少一種添加材料；組合所述絕緣體、硅及添加材料以形成薄膜；沉積所述薄膜；使所述沉積的薄膜退火；進(jìn)行所述提供、組合、沉積及退火步驟，使得所述沉積和退火的薄膜的電阻率(p)至少為0.02 Q-cm且電阻溫度系數(shù)(TCR)小于i1000 ppm/。C。
31. 如權(quán)利要求30所述方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在所述沉積步驟期間將氧引入所述薄膜中。
全文摘要
一種薄膜組合物由硅、絕緣體(諸如氧化鋁或二氧化硅)、以及至少一種添加材料(諸如鉻、鎳、硼和/或碳)制成。組合這些材料以提供電阻率(ρ)至少為0.02Ω-cm(典型為0.02～1.0Ω-cm)，且TCR小于±1000ppm/℃(典型為±300ppm/℃)的薄膜。還可獲得至少20kΩ/□的表面電阻。這樣獲得的薄膜的厚度較佳為至少200′，以減小表面散射傳導(dǎo)電流。
文檔編號H01C7/06GK101647076SQ200780051013
公開日2010年2月10日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者C·威爾遜, D·鮑爾斯, G·塞斯特拉, M·李, P·迪格, S·賴特 申請人:模擬設(shè)備股份有限公司