DE19849471A1

DE19849471A1 - Integrated high-resistance polycrystalline silicon resistor and method for its production

Info

Publication number: DE19849471A1
Application number: DE19849471A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Mehr
Original assignee: Institut fuer Halbleiterphysik GmbH
Current assignee: IHP GmbH
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2000-04-27
Also published as: JP2003526896A; EP1129475A1; WO2000024043A1

Abstract

An integrated, high ohmic, polycrystalline resistor comprises a polycrystalline SiC, SiGe or SiGeC resistive layer (3). An integrated, high ohmic, polycrystalline silicon resistor comprises a substrate (1), a dielectric (2), a polycrystalline SiC, SiGe or SiGeC resistive layer (3) and contacts (4). An Independent claim is also included for production of the above resistor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten hochohmigen polykristallinen Siliziumwiderstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an integrated high-resistance polycrystalline Silicon resistor and a process for its manufacture.

In der Mikroelektronik werden integrierte Widerstände sowohl in analogen als auch in digitalen Schaltungen bzw. Schaltkreisen verwendet. Diese Widerstände sollten möglichst geringe Toleranzen und eine hohe Stabilität aufweisen. Widerstände auf der Basis polykristalliner Materialien sind eine besonders kostengünstige Variante, erreichen aber insbesondere bei hochohmigen Widerständen für viele Anwendungszwecke keine ausreichenden Stabilitäts- und Toleranzwerte.In microelectronics, integrated resistors are used in both analog and digital circuits or circuits used. These resistances should, if possible have small tolerances and high stability. Resistors based polycrystalline materials are a particularly cost-effective variant, but can be achieved especially for high-resistance resistors for many applications sufficient stability and tolerance values.

In integrierten Schaltkreisen werden aufgrund der Kompatibilität zu den üblichen technologischen Herstellungsverfahren und der relativ einfachen Variationsmöglichkeit, z. B. durch Dotierung, Halbleiterwiderstände verwendet. Als Grundmaterial werden sowohl amorphe als auch polykristalline Halbleiterschichten, insbesondere Silizium, benutzt.In integrated circuits, due to the compatibility to the usual technological manufacturing process and the relatively simple possibility of variation, e.g. B. used by doping, semiconductor resistors. As a basic material, both amorphous and polycrystalline semiconductor layers, in particular silicon, are used.

Widerstandseigenschaften wie z. B. Widerstandswert, Widerstandstoleranzen und Temperaturstabilität werden im wesentlichen durch die geometrischen Abmessungen der Widerstandsschicht, durch das verwendete Grundmaterial, durch die Dotierelemente, durch das verwendete Dotierungsverfahren, durch die Dotierungskonzentration und durch nachfolgende Prozesse, vor allem durch die dabei auftretenden Temperatur/Zeit-Belastungen, bestimmt.Resistance properties such as B. resistance value, resistance tolerances and Temperature stability are essentially determined by the geometric dimensions of the Resistance layer, through the base material used, through the doping elements, through the doping method used, by the doping concentration and by subsequent processes, above all due to the temperature / time loads that occur, certainly.

Bei hochohmigen Polysiliziumschichten treten aufgrund der Kornstruktur Stabilitätsprobleme auf. Die Ursachen hierfür sind insbesondere die Ausdiffusion der Dotanden aus den einkristallinen Gebieten, die Segregation der Dotierstoffe an den Korngrenzen, die Verhaftung von Ladungsträgern in tiefen Traps der Korngrenzen sowie die damit verbundene Bildung von Potentialbarrieren an den Korngrenzen. Die daraus resultierende Erhöhung der Widerstandstoleranz, insbesondere durch die Temperatur/Zeit-Belastung bei nachfolgenden Prozeßschritten, und des Temperaturkoeffizienten führt zu Einschränkungen der Applikation von hochohmigen polykristallinen Widerständen.With high-resistance polysilicon layers, stability problems arise due to the grain structure on. The reasons for this are in particular the diffusion of the dopants out of the monocrystalline areas, the segregation of dopants at the grain boundaries, the arrest of charge carriers in deep traps of the grain boundaries as well as the associated formation of Potential barriers at the grain boundaries. The resulting increase in Resistance tolerance, especially due to the temperature / time load in subsequent Process steps and the temperature coefficient lead to restrictions in the application of high-resistance polycrystalline resistors.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen integrierten hochohmigen polykristallinen Siliziumwiderstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung vorzuschlagen, bei dem die Toleranzempfindlichkeit während des Herstellungsprozesses und damit der Widerstandstoleranzwert verbessert sowie der Temperaturkoeffizient gegenüber bisherigen derartigen Widerständen verringert wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Stabilität derartiger Widerstände zu erhöhen.The object of the invention is an integrated high-resistance polycrystalline Propose silicon resistor and a method for its production, in which the Tolerance sensitivity during the manufacturing process and thus the Resistance tolerance value improved and the temperature coefficient compared to previous ones such resistances is reduced. Furthermore, it is an object of the invention To increase the stability of such resistors.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Reduzierung der Diffusion bzw. des Diffusionskoeffizienten der Dotierelemente innerhalb der einkristallinen Körner aufgrund des Einbaus von Kohlenstoff und/oder durch die Anwendung von polykristallinem SiGe mit oder ohne Kohlenstoffbeigabe erreicht. According to the invention, this object is achieved by reducing the diffusion or Diffusion coefficients of the doping elements within the single crystal grains due to the Incorporation of carbon and / or by using polycrystalline SiGe with or achieved without adding carbon.

Damit ist es möglich, hochohmige Polysiliziumwiderstände, insbesondere mit Schichtwiderständen R_S ≧ 10³ Ω/ mit verbesserten Toleranz- und Stabilitätswerten herzustellen.This makes it possible to produce high-resistance polysilicon resistors, in particular with sheet resistors R _S ≧ 10 ³ Ω / with improved tolerance and stability values.

Anstelle der bisher üblichen Abscheidung von reinen, meist amorphen oder polykristallinen Si-Schichten und anschließender Implantation und Temperung oder auch in-situ-Dotierung mit Dotierelementen, z. B. Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon, wird eine Abscheidung von S_1-yC_y oder SiGeC angewandt.Instead of the usual deposition of pure, mostly amorphous or polycrystalline Si layers and subsequent implantation and tempering or also in-situ doping with doping elements, e.g. B. boron, phosphorus, arsenic or antimony, a deposition of S _1-y C _y or SiGeC is used.

Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß eine Kohlenstoffbeigabe zu einer Reduzierung der Diffusionskoeffzienten der Dotierelemente, insbesondere Bor, und damit zu einer Reduzierung bzw. Verhinderung der Segrationseffekte an den Korngrenzen bzw. der Ausdiffusion der Dotierelemente aus den einkristallinen Bereichen führt. Dies bewirkt eine Stabilisierung der Potentialbarriere und führt damit zu einer Reduzierung der Temperaturabhängigkeit des Widerstandes.The effect is exploited that a carbon addition leads to a reduction in the Diffusion coefficients of the doping elements, in particular boron, and thus to one Reduction or prevention of the segregation effects at the grain boundaries or Diffusion of the doping elements leads from the single-crystalline regions. This causes one Stabilization of the potential barrier and thus leads to a reduction in Temperature dependence of the resistance.

Die Verwendung von SiGe als Grundmaterial führt ebenfalls zu einer Reduzierung der Temperaturabhängigkeit.The use of SiGe as the base material also leads to a reduction in Temperature dependence.

Die Zugabe von Kohlenstoff und/oder Germanium in das Silizium erfolgt beispielsweise in situ oder durch eine Implantation mit anschließender Temperung.The addition of carbon and / or germanium into the silicon takes place, for example, in situ or by implantation with subsequent tempering.

Durch die Kombination beider Beigaben in Form einer SiGeC-Schicht verstärken sich die obengenannten Effekte.The combination of both additives in the form of a SiGeC layer reinforces them effects mentioned above.

Mit dem angegebenen Verfahren lassen sich somit hochohmige polykristalline Siliziumwiderstände mit reduziertem Temperaturkoeffizienten, erhöhter Stabilität und verbesserten Toleranzwerten herstellen. With the specified method, high-resistance polycrystalline can thus be obtained Silicon resistors with reduced temperature coefficient, increased stability and produce improved tolerance values.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird.The features of the invention go beyond the claims also from the description and the drawings, the individual features each individually or to represent several protective designs in the form of sub-combinations, for the here Protection is claimed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in the following explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines integrierten polykristallinen Widerstandes. Der erfindungsgemäße Widerstand besteht aus einem Substrat 1, einem Dielektrikum 2, einer dotierten polykristallinen Schicht 3 und metallischen Kontakten 4. Die polykristalline Schicht 3 besteht aus SiGeC, aber auch Si_1-y,Cy oder SiGe liegen im Bereich der Erfindung. Die geometrischen Abmessungen und die Dotierung der polykristallinen Schicht 3 richten sich nach dem zu erzielenden Widerstandswert. Fig. 1 shows a schematic construction of an integrated polycrystalline resistor. The resistor according to the invention consists of a substrate 1 , a dielectric 2 , a doped polycrystalline layer 3 and metallic contacts 4 . The polycrystalline layer 3 consists of SiGeC, but Si _1-y , Cy or SiGe are also within the scope of the invention. The geometric dimensions and the doping of the polycrystalline layer 3 depend on the resistance value to be achieved.

Zur Herstellung wird auf ein Substrat 1 ein Dielektrikum 2 abgeschieden. Anschließend erfolgt eine Abscheidung und Strukturierung der polykristallinen bzw. noch amorphen Schicht 3. Neben der Bor-Dotierung erfolgt die Zugabe von Kohlenstoff und/oder Germanium in das Silizium in situ oder durch eine Implantation mit anschließender Temperung. Die Konzentrationen von Bor, Kohlenstoff und Germanium richten sich ebenfalls nach dem zu erzielenden Widerstandswert. Anschließend erfolgt die weitere Abscheidung des Dielektrikums 2 und die Herstellung der metallischen Kontakte 4. A dielectric 2 is deposited on a substrate 1 for the production. The polycrystalline or still amorphous layer 3 is then deposited and structured. In addition to the boron doping, carbon and / or germanium are added to the silicon in situ or by implantation with subsequent annealing. The concentrations of boron, carbon and germanium also depend on the resistance value to be achieved. The dielectric 2 is then further deposited and the metallic contacts 4 are produced .

In der vorliegenden Erfindung wurde anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels ein integrierter hochohmiger polykristalliner Siliziumwiderstand und ein Verfahren zu seiner Herstellung erläutert. Es sei aber vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Beschreibung im Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist, da im Rahmen der Patentansprüche Änderungen und Abwandlungen beansprucht werden.In the present invention, a concrete exemplary embodiment was used Integrated high-resistance polycrystalline silicon resistor and a method for its Manufacturing explained. However, it should be noted that the present invention is not limited to Details of the description in the exemplary embodiment is restricted, since within the scope of Changes and modifications are claimed.

Claims

1. Integrated high-resistance polycrystalline silicon resistor, which includes a substrate ( 1 ), a dielectric ( 2 ), a resistance layer and contacts ( 4 ), characterized in that the resistance layer consists of a polycrystalline layer ( 3 ) made of SiC, SiGe or SiGeC.

2. Integrated high-resistance silicon resistor according to claim 1, characterized in that the polycrystalline layer ( 3 ) is doped with doping elements, in particular boron.

3. Integrated high-resistance silicon resistor according to claim 1 or 2, characterized in that the substrate ( 1 ) contains carbon and / or germanium.

4. Process for producing an integrated high-resistance polycrystalline silicon resistor, characterized by the process steps:

1. deposition of a dielectric ( 2 ) on a substrate ( 1 ), in particular a Si wafer,
2. deposition and doping of an amorphous or polycrystalline layer ( 3 ) made of SiC, SiGe or SiGeC,
3. further deposition of the dielectric ( 2 ) and production of the metallic contacts ( 4 ).

5. The method according to claim 4, characterized in that in addition to a boron doping the addition of carbon and / or germanium into the silicon takes place in situ.

6. The method according to claim 4, characterized in that in addition to the boron doping the addition of carbon and / or germanium in the silicon by a Implantation followed by tempering.