JP4498819B2 - 薄膜抵抗装置及び抵抗温度特性調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜抵抗装置及び抵抗温度特性調整方法に関するものである。特に、半導体集積回路に用いる薄膜抵抗装置及び抵抗温度特性調整方法に関するものである。

近年、半導体集積回路用の薄膜抵抗としてナノグラニュラー薄膜を用いるものが知られている。このナノグラニュラー薄膜抵抗は、シート抵抗値Ｒが数ｋΩ／ｓｑ〜数１００ｋΩ／ｓｑでありＣｒＳｉＮ薄膜などのシート抵抗値に比べて比較的大きな値を有するので半導体集積回路用の薄膜抵抗として好適である。

しかしながら、ナノグラニュラー薄膜抵抗は、微小な成分量の変化などによって抵抗温度特性が変化してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性が調整可能な薄膜抵抗装置及びその調整方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の薄膜抵抗装置は、基板に形成されたナノグラニュラー薄膜抵抗と、ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することによって当該ナノグラニュラー薄膜抵抗の一次の抵抗温度係数及び二次の抵抗温度係数を調整するヒータ部材とを備えることを特徴とするものである。

このように、ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱するヒータ部材を設けることによって、ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を調整することがきる。

また、請求項２に記載の薄膜抵抗装置では、基板は半導体集積回路が形成され、ヒータ部材は発熱抵抗体からなり、ヒータ部材及びナノグラニュラー薄膜抵抗は半導体集積回路に集積化されることを特徴とするものである。

このように、ヒータ部材として発熱抵抗体を用い、ナノグラニュラー薄膜抵抗と共に半導体集積回路に集積化することによって、特別なプロセスなどを要することなくヒータ部材を設けることができる。

また、ナノグラニュラー薄膜抵抗は熱処理に対して抵抗温度特性が変化するため、半導体集積回路のプロセス終了後であっても抵抗温度特性を調整することがきる。

また、請求項３に記載の薄膜抵抗装置では、ナノグラニュラー薄膜抵抗は、半導体集積回路の複数箇所に形成されることを特徴とするものである。

このように、ナノグラニュラー薄膜抵抗を半導体集積回路の複数箇所に形成することによって、複数のナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を個々に調整することがきる。

なお、請求項４に記載の薄膜抵抗装置では、ナノグラニュラー薄膜抵抗は、ターゲットをＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとするスパッタリングによって形成されることを特徴とするものである。

このように、ナノグラニュラー薄膜抵抗は、スパッタリングターゲットとしてＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとを用いて形成されたものとすることによって、他のナノグラニュラー薄膜抵抗より比較的大きなシート抵抗値を得ることができる。

また、請求項５に記載の抵抗温度特性調整方法では、ナノグラニュラー薄膜抵抗を形成する形成工程と、ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を計測する計測工程と、ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱する加熱工程とを有し、加熱工程は、計測工程にて計測しながら行ない、形成工程は、半導体集積回路に前記ナノグラニュラー薄膜抵抗と共に発熱抵抗体を形成する工程を含み、加熱工程において発熱抵抗体を発熱させることによってナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することで、ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を調整することを特徴とするものである。このように、ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することによってナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を調整することができる。

このように、ナノグラニュラー薄膜抵抗を発熱抵抗体と共に半導体集積回路に集積化し、この発熱抵抗体にてナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することによって、半導体集積回路のプロセス終了後であっても抵抗温度特性を調整することができる。

また、請求項６に示すように、加熱工程は、ナノグラニュラー薄膜抵抗にレーザ又は赤外線を照射して加熱した後に、発熱抵抗体を発熱させて加熱するようにしてもよい。

また、請求項７に示すように、加熱工程は、ナノグラニュラー薄膜抵抗が形成された基板全体をアニール処理して加熱した後に、発熱抵抗体を発熱させて加熱するようにしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。本発明の薄膜抵抗装置は、半導体集積回路に集積化するのに適したものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における薄膜抵抗装置の概略構成を示す模式図である。図２は、本発明の第１の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。図３（ａ）は本発明の実施の形態におけるナノグラニュラー薄膜抵抗の一次の抵抗温度係数αとＣｏ濃度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は二次の抵抗温度係数βとＣｏ濃度との関係を示すグラフである。図４は、本発明の実施の形態におけるナノグラニュラー薄膜抵抗のシート抵抗値ＲとＣｏ濃度との関係を示すグラフである。

図１に示すように本発明の薄膜抵抗装置は、ナノグラニュラー薄膜抵抗１とヒータ３とからなる。ナノグラニュラー薄膜抵抗１は、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁物マトリックスにＣｏなどのナノメーターサイズのグラニュールが分散したものである。

このナノグラニュラー薄膜抵抗１には、図示しないコンタクトを介して抵抗電極２が接続されており、周辺の素子と電気的に接続される。なお、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の材料に関しては、Ａｌ_２Ｏ_３とＣｏ以外にもＡｌ_２Ｏ_３とＮｉ、ＳｉＯ_２とＣｏ、ＳｉＯ_２とＮｉなどであってもよい。

ヒータ３は、ポリシリコン抵抗からなりヒータ電極４にて通電されることによって発熱する。なお、ヒータ３の材料に関しては、ポリシリコン抵抗以外にも拡散抵抗などであってもよい。 ヒータ３は、図２に示すようにナノグラニュラー薄膜抵抗１の下側に形成され発熱することによってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する。

本発明の薄膜抵抗装置の形成について説明する。まず図示しないシリコン基板を酸化雰囲気中で、例えば、９５０℃、８０分にて熱酸化処理を行うことにより、シリコン基板上にＳｉＯ_２５などからなる熱酸化膜を形成する。

このＳｉＯ_２５上にポリシリコン膜を積層し、そこにボロン等の不純物を注入する。そして、その上にレジストを塗布し、パターニングを行い、所望のポリシリコン抵抗からなるヒータ３を形成する。更に、ヒータ３上にＣＶＤ（chemical vapor deposition）にて層間膜であるＢＰＳＧ（Boron-doped Phospho-Silicate Glass）７を形成する。

ここで、ヒータ３とヒータ電極４とを電気的に接続するために、ＢＰＳＧ７のヒータ３と接続する部分にエッチングによってコンタクト孔を穿つ。このコンタクト孔にプラグを埋め込み、ＢＰＳＧ７上にアルミニウムなどからなるヒータ電極４を形成することによって、ヒータ３とヒータ電極４とが電気的に接続される。そして、ヒータ電極４を形成したＢＰＳＧ７上にＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）ガス系を用いたＣＶＤ法により層間膜であるＴＥＯＳ８を形成する。

このＴＥＯＳ８上に、スパッタリングによってＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとからなるナノグラニュラー薄膜抵抗１を形成する。スパッタリングは、ターゲットとしてＡｌ_２Ｏ_３ターゲットとＣｏターゲットを用い、スパッタリングガスとしてＡｒガスを用いてＲＦスパッタリング装置にて行なう。

ナノグラニュラー薄膜抵抗１の成膜条件としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３ターゲットのＲＦパワーを１００Ｗ、ＣｏターゲットのＲＦパワーを２００〜５００Ｗ、Ａｒガス圧を５４ＳＣＣＭ、膜厚を１０〜１００ｎｍ程度である。このＲＦパワーなどを適宜調整することによってＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとの組成比を調整し、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の初期の抵抗温度特性を調整する。

ナノグラニュラー薄膜抵抗１上にＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）ガス系を用いたＣＶＤ法により層間膜であるＴＥＯＳ９を形成する。そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２とを電気的に接続するために、ＴＥＯＳ９のナノグラニュラー薄膜抵抗１と接続する部分にエッチングによってコンタクト孔を穿つ。

このコンタクト孔にプラグを埋め込み、ＴＥＯＳ９上にアルミニウムなどからなる抵抗電極２を形成することによって、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２とが電気的に接続される。

更に、抵抗電極２を形成したＴＥＯＳ９上にＳｉＮなどからなるパッシベーション１０を形成する。そして、抵抗電極２と周辺素子とを電気的に接続するために、パッシベーション１０の抵抗電極２と接続する部分にエッチングによってコンタクト孔を穿つ。

そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２との間のオーミックコンタクト特性を得るためにアニール装置にて４５０℃、３０分間程度のアニールを行う。なお、ナノグラニュラー薄膜抵抗は、熱に対して抵抗温度特性が変わるという性質を有しているものの、このアニール時の温度（４５０℃）程度では、問題となるほど抵抗温度特性は変化しない。

ここで、本発明のナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性（抵抗値、抵抗温度係数）の調整に関して説明する。ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性の調整は、ナノグラニュラー薄膜抵抗１が熱に対して抵抗温度特性が変わるという性質を利用して行なう。

アニール後にナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測する。そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測しながら、ヒータ３に通電することによってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する。このヒータ３による過熱温度は、アニール温度以上であることが条件であり、例えば４５０℃〜５００℃程度である。

ナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによって図３（ａ）、（ｂ）に示すようにナノグラニュラー薄膜抵抗１の一次の抵抗温度係数α、二次の抵抗温度係数βが共に変化する。更に、ナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによって図４に示すようにナノグラニュラー薄膜抵抗１のシート抵抗値Ｒも変化する。そして、抵抗値及び抵抗温度係数が所望の値になった時点でヒータ３への通電を停止する。このようにして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１をヒータ３にて加熱することによって抵抗温度特性を適宜調整することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面に基づいて説明する。図５は、本発明の第２の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。なお、上述の実施形態との共通部分についての詳しい説明は省略する。

第１の実施の形態と第２の実施の形態との相違点は、抵抗温度特性を調整する際にナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する方法にある。具体的には、第１の実施の形態においては、ヒータ３にてナノグラニュラー薄膜抵抗１の加熱を行っていたのに対して、第２の実施の形態においては、アニール装置によってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する。

図５に示すように、第２の実施の形態においては、まず図示しないシリコン基板上にＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）ガス系を用いたＣＶＤ法により層間膜であるＴＥＯＳ８を形成する。

そして、第１の実施の形態と同様に、ＴＥＯＳ８上に、スパッタリングによってＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとからなるナノグラニュラー薄膜抵抗１を形成する。スパッタリングは、ターゲットとしてＡｌ_２Ｏ_３ターゲットとＣｏターゲットを用い、スパッタリングガスとしてＡｒガスを用いてＲＦスパッタリング装置にて行なう。

その後、ナノグラニュラー薄膜抵抗１上にＴＥＯＳ（tetra ethyl ortho silicate）ガス系を用いたＣＶＤ法により層間膜であるＴＥＯＳ９を形成する。そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２とを電気的に接続するために、ＴＥＯＳ９のナノグラニュラー薄膜抵抗１と接続する部分にエッチングによってコンタクト孔を穿つ。

このコンタクト孔にプラグを埋め込み、ＴＥＯＳ９上にアルミニウムなどからなる抵抗電極２を形成することによって、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２とが電気的に接続される。

更に、抵抗電極２を形成したＴＥＯＳ９上にＳｉＮなどからなるパッシベーション１０を形成する。そして、抵抗電極２と周辺素子とを電気的に接続するために、パッシベーション１０の抵抗電極２と接続する部分にエッチングによってコンタクト孔を穿つ。

ここで、第２の実施の形態においては、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性（抵抗値、抵抗温度係数）の調整するために、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測する。

そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２との間のオーミックコンタクト特性を得るためにアニール装置にて４５０℃、３０分間程度のアニールを行う。更に、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測しながら、アニール装置の温度を調節し、抵抗値及び抵抗温度係数が所望の値になった時点でアニール装置を停止する。

この抵抗温度特性の調整するためのアニール温度は、オーミックコンタクト特性を得るためのアニール温度以上であることが条件であり、例えば４５０℃〜５００℃程度である。

このように、アニール装置によってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによっても、図３（ａ）、（ｂ）に示すように一次の抵抗温度係数α、二次の抵抗温度係数βが変化すると共に、図４に示すようにシート抵抗値Ｒも変化する。

従って、アニール装置にてナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによって、第１の実施の形態のようにヒータ３などの部材を設けることなくナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性を調整することがきる。

なお、第２の実施の形態においても、薄膜抵抗装置にヒータ３などを設けるようにしてもよい。この場合、アニール装置にて抵抗温度特性をある程度調整しておき、その後にヒータ３にて抵抗温度特性を微調整することができる。

なお、第２の実施の形態においては、ナノグラニュラー薄膜抵抗１と抵抗電極２との間のオーミックコンタクト特性を得るためのアニールの温度・時間を変更することによって、抵抗温度特性を調整するようにしてもよい。この場合、オーミックコンタクト特性を得るためのアニールによって抵抗温度特性をも調整することができるため、工程数を減らすことができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図面に基づいて説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。なお、上述の実施形態との共通部分についての詳しい説明は省略する。

上述の実施の形態との相違点は、抵抗温度特性を調整する際にナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する方法にある。具体的には、第１の実施の形態においてはヒータ３、第２の実施の形態においてはアニール装置にてナノグラニュラー薄膜抵抗１の加熱を行っていたのに対して、第３の実施の形態においては、レーザ１１によってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する。

図６に示すように、第３の実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、図示しないシリコン基板上に順にＴＥＯＳ８、ナノグラニュラー薄膜抵抗１、ＴＥＯＳ９、パッシベーション１０などを形成し、アニール装置にて４５０℃、３０分間程度のアニールを行う。

第３の実施の形態においては、ニール後にナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性（抵抗値、抵抗温度係数）の調整するために、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測する。

そして、ナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗値及び抵抗温度係数を計測しながら、レーザ１１にてレーザ光線を照射することによってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する。その後、抵抗値及び抵抗温度係数が所望の値になった時点でレーザ１１によるレーザ光線の照射を停止する。

このレーザ１１による過熱温度は、アニール温度以上であることが条件であり、例えば４５０℃〜５００℃程度である。

このように、レーザ１１によってナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによっても、図３（ａ）、（ｂ）に示すように一次の抵抗温度係数α、二次の抵抗温度係数βが変化すると共に、図４に示すようにシート抵抗値Ｒも変化する。

従って、レーザ１１にてナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱することによっても、第１の実施の形態のようにヒータ３などの部材を設けることなくナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性を調整することがきる。

なお、第３の実施の形態においても、薄膜抵抗装置にヒータ３などを設けるようにしてもよい。この場合、レーザ１１にて抵抗温度特性をある程度調整しておき、その後にヒータ３にて抵抗温度特性を微調整することができる。

なお、レーザ１１の代わりに赤外線照射装置を用いて、ナノグラニュラー薄膜抵抗１に赤外線を照射することによって、ナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱するようにしてもよい。

なお、本発明においては、ヒータ３、アニール装置、レーザ１１や赤外線を用いてナノグラニュラー薄膜抵抗１を加熱する例を用いて説明したが、本発明においては、これらの複数の方法を併用して加熱するようにしてもよい。

また、本発明においてはナノグラニュラー薄膜抵抗１及びヒータ３を半導体集積回路の複数箇所に設けるようにしてもよい。ナノグラニュラー薄膜抵抗１及びヒータ３を半導体集積回路の複数箇所に設けることによって、複数のナノグラニュラー薄膜抵抗１の抵抗温度特性を個々に調整することがきる。

本発明の第１の実施の形態における薄膜抵抗装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態におけるナノグラニュラー薄膜抵抗の一次の抵抗温度係数αとＣｏ濃度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は二次の抵抗温度係数βとＣｏ濃度との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態におけるナノグラニュラー薄膜抵抗のシート抵抗値ＲとＣｏ濃度との関係を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。 本発明の第３の実施の形態における薄膜抵抗装置の断面構造を示す模式図である。

符号の説明

１ ナノグラニュラー薄膜抵抗、２ 抵抗電極、３ ヒータ、４ ヒータ電極、５ ＳｉＯ_２、６ コンタクト、７ ＢＰＳＧ、８ ＴＥＯＳ、９ ＴＥＯＳ、１０ パッシベーション、１１ レーザ

Claims (7)

1. 基板に形成されたナノグラニュラー薄膜抵抗と、
   前記ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することによって当該ナノグラニュラー薄膜抵抗の一次の抵抗温度係数及び二次の抵抗温度係数を調整するヒータ部材と、
   を備えることを特徴とする薄膜抵抗装置。
2. 前記基板は半導体集積回路が形成され、前記ヒータ部材は発熱抵抗体からなり、当該ヒータ部材及び前記ナノグラニュラー薄膜抵抗は、当該半導体集積回路に集積化されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜抵抗装置。
3. 前記ナノグラニュラー薄膜抵抗は、前記半導体集積回路の複数箇所に形成されることを特徴とする請求項２に記載の薄膜抵抗装置。
4. 前記ナノグラニュラー薄膜抵抗は、ターゲットをＡｌ_２Ｏ_３とＣｏとするスパッタリングによって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜抵抗装置。
5. ナノグラニュラー薄膜抵抗を形成する形成工程と、
   前記ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を計測する計測工程と、
   前記ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱する加熱工程と、を有し、
   前記加熱工程は、前記計測工程にて計測しながら行ない、
   前記形成工程は、半導体集積回路に前記ナノグラニュラー薄膜抵抗と共に発熱抵抗体を形成する工程を含み、
   前記加熱工程において前記発熱抵抗体を発熱させることによって前記ナノグラニュラー薄膜抵抗を加熱することで、当該ナノグラニュラー薄膜抵抗の抵抗温度特性を調整することを特徴とする抵抗温度特性調整方法。
6. 前記加熱工程は、前記ナノグラニュラー薄膜抵抗にレーザ又は赤外線を照射して加熱した後に、前記発熱抵抗体を発熱させて加熱することを特徴とする請求項５に記載の抵抗温度特性調整方法。
7. 前記加熱工程は、前記ナノグラニュラー薄膜抵抗が形成された基板全体をアニール処理して加熱した後に、前記発熱抵抗体を発熱させて加熱することを特徴とする請求項５に記載の抵抗温度特性調整方法。

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