DD223001A1

DD223001A1 - METHOD FOR PRODUCING DENSITY COAT RESISTIVES OF HIGH PRECISION

Info

Publication number: DD223001A1
Application number: DD83257927A
Authority: DD
Inventors: Karl-Heinz Baether; Jens-Ingolf Moench; Lienhard Pagel; Roswitha Biermann; Dieter Rhede; Wilfried Hinueber; Rudi Stahlberg; Wolfgang Gruner
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1985-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Mikroelektronik und ist bei der Herstellung von Duennschichtwiderstaenden anwendbar. Ziel der Erfindung ist es, die Qualitaet der Bauelemente und die Ausbeute aus dem technologischen Prozess zu erhoehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Duennschichtwiderstaenden, die aus mehreren metallischen Komponenten bestehen oder die aus einem oder mehreren metallischen Komponenten und halbleitenden und/oder isolierenden Komponenten bestehen und die mittels Maskierung und chemischem Aetzabtrag strukturiert werden, so zu gestalten, dass die Gleichlaufeigenschaften der Widerstandselemente verbessert werden. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch geloest, dass beim Strukturieren der Widerstaende die nicht maskierten Gebiete der Widerstandsschicht zunaechst mit einem Aetzmittel A vollstaendig abgetragen werden, welches diejenige Komponente der Widerstandsschicht, die mit der hoechsten Konzentration vorliegt, mit der groessten Aetzgeschwindigkeit im Vergleich zu allen anderen Komponenten in der Schicht aetzt, und dass danach mit einem Aetzmittel B nachgeaetzt wird, welches die restlichen Komponenten der urspruenglichen Widerstandsschicht mit groesserer Aetzgeschwindigkeit aetzt, als die Komponente mit der hoechsten Konzentration.The invention relates to the field of microelectronics and is applicable in the manufacture of Duennschichtwiderstaenden. The aim of the invention is to increase the quality of the components and the yield from the technological process. The invention has for its object to make the production of Duennschichtwiderstaenden consisting of several metallic components or which consist of one or more metallic components and semiconducting and / or insulating components and which are structured by means of masking and chemical etching removal, so that the Tracking characteristics of the resistive elements can be improved. This object is achieved according to the invention in that when structuring the resistors, the unmasked areas of the resistive layer are completely removed first with a caustics A, which is that component of the resistive layer, which is at the highest concentration, with the largest etching rate in comparison to all other components in the layer are used, and then it is subsequently replenished with an etching agent B, which sets the remaining components of the original resistance layer with greater etching rate, than the component with the highest concentration.

Description

Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtwiderständen hoher PräzisionProcess for the production of thin-film resistors of high precision

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft, das Gebiet der Mikroelektronik» Objekte, bei denen die Erfindung anwendbar ist, sind Verfahren zur Herstellung strukturierter Widerstandsnetzwerke, insbesondere in monolithischen und Hybridschaltkreisen, ζ·Β· R-2R-Netzwerke für hochgenaue Analog-Digital-Wandler oder ähnliche Präzisionsschaltkreise.The invention relates to the field of microelectronics. "Objects to which the invention is applicable are methods of fabricating patterned resistor networks, particularly in monolithic and hybrid circuits, ζζΒR-2R networks for high accuracy analog-to-digital converters or similar precision circuits ,

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Als Dünnschicht-Widerstandsmaterialien werden insbesondere Legierungen mit ausschließlich metallischen Komponenten, ζ.B. Cr-Ni, aber auch mit nichtmetallischen Komponenten, z.B. Cr-Si, Cr-SiO (Cermets), Ta-N, verwendet. Gewünschte Eigenschaftsverbesserungen werden durch Zusätze weiterer metallischer oder nichtmetallischer Komponenten erzielt.As thin-film resistor materials in particular alloys with exclusively metallic components, ζ.B. Cr-Ni, but also with non-metallic components, e.g. Cr-Si, Cr-SiO (cermets), Ta-N. Desired property improvements are achieved by additions of other metallic or non-metallic components.

Die Dünnschichten werden üblicherweise durch physikalische oder chemische Schichtabscheideverfahren, z.B. Elektronenstrahlverdampfen, Sputteringverfahren oder chemische Gasphasenabscheidung, auf einem isolierenden Träger meist ganzflächig abgeschieden,The thin films are usually prepared by physical or chemical layer deposition methods, e.g. Electron beam evaporation, sputtering or chemical vapor deposition, usually deposited over an entire area on an insulating support,

Pur die Herstellung der Widerstände in integrierten Schaltkreisen (monolithische und Hybridschaltkreise) ist es auch üblich, die Dünnschichten durch fotolithografische Prozeßschritte und anschließendes chemisches Ätzen zu struktu-Purely in the manufacture of the resistors in integrated circuits (monolithic and hybrid circuits), it is also customary to structure the thin layers by photolithographic process steps and subsequent chemical etching.

rieren. Dazu wird eine ätzresistive Maske aufgebracht. Die Maske bedeckt die Gebiete der Dunns chi eh. t, wo der spätere Widerstand ausgebildet sein soll. Die Entfernung der Dünnschicht von allen Gebieten, die die Maske nicht bedeckt, erfolgt in einem einstufigen A'tzprozeß mit einem ltzraittel₉ das üblicherweise aus einer wässrigen Lösung von Säuren oder Basen, eventuell mit weiteren Zusätzen, besteht. Für Dünnschichten auf Cr-Si-Basis ist z.B. ein Ätzmittel bekannt, das aus einem Gemisch von HCl und HP besteht.Center. For this purpose, an etching-resistant mask is applied. The mask covers the areas of the dunns chi eh t, where the later resistance should be formed. The removal of the thin film from all areas not covered by the mask is carried out in a one-step etching process with an average of ₉ usually consisting of an aqueous solution of acids or bases, possibly with other additives. For example, for Cr-Si based thin films, an etchant consisting of a mixture of HCl and HP is known.

Als Mangel der bisher bekannten Verfahren erweist sich, daß für viele Anwendungsfalle die erreichbare Präzision der V/iderstandsnetzwerke noch nicht ausreicht bzw. mangelhaft ist. Eine mangelhafte Präzision zieht zumindest eine geringe Ausbeute aus dem technologischen Prozeß nach sLch_e Weiterhin ist die Lebensdauer der Widerstandsnetzwerke meist durch allmähliche Überschreitung der Toleranzgrenzen bedingt, noch au niedrig. Ein zusätzlicher Mangel besteht darin, daß der mögliche Arbeitstemperaturbereich der Widerstandsnetzwerke eingeengt werden muß oder aufwendige schaltungstechnische Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden müssen, da sonst durch die temperaturabhängigen Widerstandsänderungen zulässige Toleranzgrenzen überschritten werden. Die erreichbare Präzision, Stabilität und der mögliche Arbeitstemperaturbereich werden für viele Anwendungsfälle, z.B. R-2R-Netzwerke in hochauflösenden Analog-Digital-Wandlern, nicht nur durch die absoluten Eigenschaften der Widerstandselemente selbst, sondern durch die Differenzen der Eigenschaften benachbarter Widerstandselemente des Widerstandsnetzwerkes entscheidend bestimmt.A shortcoming of the previously known methods proves that the achievable precision of the network V / iderstandsnetzwerke is not sufficient or is inadequate for many applications. A poor precision at least draws a low yield of the technological process according to SLCH _e Furthermore, the lifetime of the resistor networks usually by gradual loss of tolerance due, nor au low. An additional defect is that the potential operating temperature range of the resistor networks must be narrowed or complex circuit compensation measures must be taken, otherwise permissible tolerance limits are exceeded by the temperature-dependent changes in resistance. The achievable precision, stability and the possible operating temperature range are for many applications, eg R-2R networks in high-resolution analog-digital converters, not only determined by the absolute properties of the resistive elements themselves, but by the differences in the properties of adjacent resistor elements of the resistor network ,

Die eigentliche Ursache für derartige Differenzen sind Unterschiede in den spezifischen Sdhichteigenschaften, z_oB· in unterschiedlichen spezifischen Widerständen der Schichten, sowie Unterschiede in den relativen Schichteigenschaften, z.B. in unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten und Alterungsraten der Widerstände; d.h., die Widerstände besitzen mangelnde Gleichlaufeigenschaften. Derartige DifferenzenThe underlying cause for such differences are differences in the specific Sdhichteigenschaften, z _o · B in different resistivities of the layers, as well as differences in the relative layer properties, such as in different temperature coefficients and aging rates of the resistors; ie, the resistors have a lack of synchronization properties. Such differences

- 3 - ' . ' .^:: Vl-^y-: - 3 - '. '. ^:: Vl- ^ y-:

sind nicht durch geometrische Toleranzen bedingt, die z.B. infolge Schablonen-, Positionierungs-, Masken- oder Ätzfehler entstehen.are not due to geometrical tolerances, e.g. due to stencil, positioning, mask or etching errors.

Ziel der Erfindung Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Dünnschichtwiderständen die Qualität der Bauelemente und die Ausbeute aus dem technologischen Prozeß zu erhöhen.The aim of the invention is to increase the quality of the components and the yield from the technological process in the production of thin-film resistors.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Dünnschichtwiderständen, die aus mehreren, metallischen Komponenten bestehen oder die aus einer öder mehreren metallischen Komponenten und halbleitenden und/oder isolierenden Komponenten bestehen und die mittels Maskierung und chemischem Ätzabtrag strukturiert werden, so zu gestalten, daß die Gleichlaufeigenschaften der Widerstandselemente, insbesondere bezüglich der Präzision, der Stabilität und des Temperaturverhaltens verbessert werden. Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß beim Strukturieren der Widerstände die nicht maskierten Gebiete der Widerstandsschicht zunächst mit einem Ätzmittel A vollständig abgetragen werden, welches diejenige K_omponente der Widerstandsschicht, die mit der höchsten Konzentration vorliegt, mit der größten Ätzgeschwindigkeit im Vergleich zu allen anderen Komponenten in der Schicht ätzt, und daß danach unter Beibehaltung der Maskierung mit einem Ätzmittel B nachgeätzt wird, welches die restlichen Komponenten der ursprünglichen Widerstandsschicht mit größerer Ätzgeschwindigkeit ätzt, als die Komponente mit der höchsten Konzentration.The invention has for its object to make a method for the production of thin-film resistors, which consist of several metallic components or which consist of one or more metallic components and semiconducting and / or insulating components and which are structured by means of masking and chemical Ätzabtrag to make it in that the synchronous characteristics of the resistance elements, in particular with regard to precision, stability and temperature behavior, are improved. This object is achieved according to the invention in that when structuring the resistors, the unmasked areas of the resistive layer are first completely removed with an etchant A, which is that K _o mponente the resistive layer, which is present with the highest concentration, with the largest etching speed in comparison etched to all other components in the layer, and thereafter etched while maintaining the masking with an etchant B, which etches the remaining components of the original resistive layer at a higher etching rate than the highest concentration component.

Während mit dem Ätzmittel A in üblicher Weise die geometrische Struktur der Widerstände erzeugt wird, werden die Widerstände im Ätzmittel B nachbehandelt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß die Differenzen in den Relativeigenschaften der Widerstände, wie s.B. des Temperaturkoeffizienten oder der Alterungsrate der Widerstände, erheblich reduziert werden. Damit wird das Gleichlaufverhalten integrierter Widerstände Verbessert,While the geometric structure of the resistors is generated in the usual way with the etchant A, the resistors in the etchant B are aftertreated. The proposed method is characterized in particular by the fact that the differences in the relative properties of the resistors, such as s. the temperature coefficient or the aging rate of the resistors, can be significantly reduced. This improves the tracking behavior of integrated resistors,

Die Vorteile des Verfahrens werden besonders dann wirksam, 'wenn sich die zu vergleichenden Widerstände in ihren geo- rnefcriüchen Strukturgrößen, insbesondere in der Bahnbreite unterscheiden. Das vorgeschlagene Verfahren ist in gleicher Weise auch für die Strukturierung diskreter Präzisionswiderstände geeignet. Dabei können insbesondere die Toleranzbreiten verringert und demzufolge die Ausbeute aus dem technologischen Prozeß erhöht werden,,The advantages of the method are particularly effective when the resistors to be compared differ in their geometric structure sizes, in particular in the web width. The proposed method is equally suitable for structuring discrete precision resistors. In particular, the tolerance widths can be reduced and, consequently, the yield from the technological process can be increased,

AusfUhrungsbeispielexemplary

Auf einer 2-Zoll-Si-Scheibe mit 1,2/Um SiO₂ (thermisch oxydiertes Si) wird mit einem DO-Plasmatron zunächst eine 40 nm dicke Cr-,_QW_oSi/-n-Schicht reaktiv in Sauerstoff enthaltender Atmosphäre abgeschieden und anschließend in Vakuumfolge eine 1 ,5/Um dicke Al-Schicht aufgebracht· In üblicher Weise wird die so entstandene Schichtfolge fotolithografisch strukturiert und naßchemisch geätzt, so daß Kontakt- und Leitbahnen sowie Widerstände -entstehen. Die Ätzung der CrSi-Widerstandsschicht erfolgt dabei in einer wässrigen Lgsung eines HP-HNOo-HpO-Gemisches (Ätzmittel A), welche in erster Linie die Si-Komponente ätzt. Nach einer Zwischenspülung und Trocknung erfolgt eine erneute Ätzung in einer wässrigen Lösung eines (ΜΗ.)₂Ce(N0₃.)g-HCa0₄-H₂0-Geniisohes (Ätzmittel B) ♦ Abschließend erfolgen Spülung/Trocknung/Entfernung Ätzresist/Endspülung/Endtrocknung «On a 2-inch Si wafer with 1.2 / μm SiO ₂ (thermally oxidized Si), a 40 nm thick Cr, _Q W _o Si / -n layer is first reactively reacted in an oxygen-containing atmosphere with a DO plasmatron deposited in vacuum sequence, a 1, 5 / thick Al layer applied · In the usual way, the resulting layer sequence is photolithographically structured and etched wet-chemical, so that contact and interconnects and resistors arise. The etching of the CrSi resistor layer takes place in an aqueous solution of an HP-HNOo-HpO mixture (etchant A), which primarily etches the Si component. After rinsing and drying, a new etching is carried out in an aqueous solution of (ΜΗ.) ₂ Ce (N0. ₃₎ g-HCa0 ₄ -H ₂ 0-Geniisohes (etchant B) ♦ Finally carried rinsing / drying / removing the etching resist / Final Rinse / Final drying «

Der Flächenwiderstand der OrSi-Schicht beträgt 440 Ohm/q« Das entspricht einem spezifischen Widerstand von f- 2200 /The sheet resistance of the OrSi layer is 440 ohms / sq. "This corresponds to a resistivity of f- 2200 /

Pur derartig hergestellte Widerstände werden die Differenzen der Temperaturköeffizienten der Widerstände ΛΎΚ (zwischen 20 °0 und 120 ⁰C) und der Alterungsraten zJa(Lagerung über 1000 h bei 120 ⁰C) zwischen Widerständen mit Bahnbreiten von b = 10 /Um und b = 500 yum bestimmt. Der Vergleich mit den üblichen Verfahren zeigt eine Verringerung der ^dTiC-Werte auf < 20 % (100 '% ö dem besten Standardverfahren) und der z7ur-Werte auf <: 80 % (100 % = dem besten Standardverfahren) .Pur resistors manufactured in this manner, the differences of the Temperaturköeffizienten the resistors ΛΎΚ (between 20 ° 0 and 120 ⁰ C) and the aging rates z a (storage for 1000 h at 120 ⁰ C) between resistors having widths of b = 10 / To and b = 500 yum determined. The comparison with the usual methods shows a reduction of the ^ dTiC values to <20 % (100 % of the best standard method) and the z7ur values to <: 80 % (100% = the best standard method).

Claims

Invention claim.

A process for the production of Dünnschichtwi the conditions of high precision, which consist of several metallic components or which consist of one or more metallic components and semiconducting and / or insulating components and which are structured by means of masking and chemical Ätzabtrag, characterized in that when structuring the resistors the unmasked areas of the resistive layer are first completely eroded with an etchant A which etches that component of the resistive layer of the highest concentration at the greatest rate of ascent relative to all other components in the layer, and thereafter retaining the mask etched with an etchant B, which etches the remaining components of the original resistive layer at a higher etching rate than the component with the highest concentration.