DE2109510A1

DE2109510A1 - Dunnschichtresistor und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2109510A1
Application number: DE19712109510
Authority: DE
Inventors: John Ruel Niskayuna N Y Rairden III (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-03-02
Filing date: 1971-03-01
Publication date: 1971-09-16
Also published as: US3655544A; DE7107490U; FR2081629A1

Description

Dünnschichtresistor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft Dünnschichtresistoren und ein Verfahren zur Herstellung solcher Resistoren. Insbesondere betrifft die Erfindung Resistorfilme, die aus einem Metall aus der Gruppe Wolfram und Molybdän im Gemisch mit den Nitriden des ausgewählten Metalls bestehen, wobei das Metallnitrid wenigstens 5 Vol.% des Films bildet, sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Resistorfilme durch Zerstäubungsabscheidung in einer geregelten Atmosphäre.

Bei der Herstellung von mikroelektronischen Dünnschichtschaltkreisen ist es häufig erwünscht, in die Schaltkreise diskrete Resistorfilme einzubauen, die sowohl einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand wie auch einen niedrigen

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Temperaturkoeffizienten des Widerstandes haben. Zu den bisher zur Verwendung in derartigen Schaltkreisen vorgeschlagenen PiImmaterialieη gehören Resistorfilme aus Wolfram, die durch Vakuumverdampfung hergestellt worden sind, wie auch Resistorfilme aus ß-Wolfram, d. h. einem Material, das als Suboxid von Wolfram mit der Formel W^O bezeichnet wird, das durcn reaktive Verdampfung gemäß einem älteren eigenen Vorschlag gebildet wird. Gemäß einem anderen älteren eigenen Vorschlag können sowohl Molybdänfilme, die Monomolybdännitrid (MoN) enthalten, wie auch Filme aus ß-Wolfram durch reaktive Verdampfung von Molybdän bzw. von Wolfram in stickstoffhaltigen Atmosphären hergestellt werden. Während diese Filme sowohl einen hohen spezifischen Widerstand wie auch einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes zeigen, besteht doch noch ein Bedarf für andere Resistorfilme, die diese gewünschten elektrischen Eigenschaften besitzen, während sie an das Herstellungsverfahren mit einem Minimum an Regelung der Abscheidungsparameter angepaßt werden können.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung von neuen Resistorfilmen, die sowohl einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand besitzen wie auch einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes.

Ziel der Erfindung ist außerdem die Schaffung neuer Resistorfilme, die in reproduzierbarer Weise mit einem Minimum an Regelung der Abscheidungsparamter hergestellt werden können.

Weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Herstellung von Resistorfilmen aus feuerfestem Metall. Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch einen Dünnschichtresistor erreicht, der gekennzeichnet ist durch einen nicht-leitenden Schichtträger und einen darüber liegenden Resistorfilm, der im wesentlichen aus einem Metall aus der Gruppe Wolfram und Molybdän im Gemisch mit einem Nitrid des ausgewählten Metalls besteht, wobei das Nitrid wenigstens 5 Vol.% des Resistorfilms ausmacht.

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Resistorfilme, die einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von praktisch 0.besitzen, sind Mischungen von elementarem Wolfram oder Molybdän mit zwischen 40 und 60 Vol.% des entsprechenden Metallnitrids.

Die Filme aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid remäß der Erfindung können in typischer Weise dadurch gebildet werden, daß eine Kathode aus Wolfram oder Molybdän in eine Zerstäubungskammer in die Nähe eines nichtleitenden Schichträgers gebracht wird und in die Kammer ein Gemisch aus einem Inertgas und Stickstoff eingeleitet wird, wobei ein Gesamtdruck in der Kammer zwischen 1 und 200.um Hg (1 bis 200 microns) aufrechterhalten wird und der Stickstoff * 0,3.bis 3jO % des Kammdrucks ausmacht. Die Kathode wird dann in der Gas atmosphäre -der Kammer unter Spannung gesetzt und ein Resistorfilm aus dem feuerfesten Metall im Gemisch mit dem feuerfesten Metallnitrid, der wenigstens 5 Vol.% Metallnitrid enthält, über den Schichtträger bis su einer Dicke von 100 bis 10 000 S aufgebracht. Wenn die zur Zerstäubung des feuerfesten Metalls verwendete Kathode eine mit Nitrid überzogene Oberfläche besitzt, ist lediglich zur ZerstäubungB-abscheidung des Resistorfilms aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid ein Inertgas erforderlich und die elektrischen Eigenschaften des abgeschiedenen Films sind praktisch unabhängig vom Kammerdruck, von der Schichtträger- a temperatur und von der Abseheidungsgeschvindigkeit.

Die neuen Kennseichen der Erfindung sind in den Ansprüchen niedergelegt» Die Erfindung wirä unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Seichnungen näher erläutert. Es geigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ä ine Zerstäub-ungslcammar, die zur-Herstellung-der Resistorfilme gemäß- der Erfindung geeignet ist, .

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Änderung des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und des spezi-

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-Ölfischen Widerstandes mit dem prozentualen Stickstoffdruck, der während der Zerstäubungsabscheidung von Filmen aus Wolfram und Wolframnitrid verwendet wird,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten des Widerstands von dem spezifischen Widerstand bei Filmen aus Wolfram und Wolframnitrid gemäß der Erfindung und

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen Schaltkreis unter Verwendung der erfindungsgemäß aufgebrachten Filme aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid.

Gemäß Fig. 1 besteht eine Zerstäubungskammer 10, die zur Bildung der Filme aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid gemäß der Erfindung verwendet wird, aus einer elektrisch geerdeten Grundplatte 12 aus Metall mit öffnungen 1*J und 16, die das Innere der Kammer mit einer Stickstoffquelle 1.8 und einer Inertgasque] Ie 20 über Ventile 22 und 2¹I zur kontrollierten Zufuhr der gewünschten Abscheidungsatmosphäre in die Kammer verbinden. Etwa zentral oberhalb der Grundplatte ist ein Metallhalter 26 für den Schichtträger vorgesehen, vorzugsweise eine Kupferplatte mit Leitungen 28 in Form von Ausbohrungen zur Zirkulation eines flüssigen Wärmeübertragungsmediums, um den Schichtträger 30 gegenüber der darüberliegenden Wolframkathode 32 su halten. Die Kathode wird mechanisch innerhalb der Kammer 10 durch einen leitfähigen Stab 3¹I gehalten, der in der Mitte der vom Schichtträger abgewandten Kathodenfläche befestigt ist und wobei das gegenüberliegende Ende des Stabes mit einer Gleichstromquelle 36 verbunden ist, 'um die Kathode mit der gewünschten Zerstäubungsenergie zu versehen. Eine Gasabführung der Kammer zur Entfernung von Restgas aus der Kammer vor Beginn der Zerstäubung und zur Schaffung einer kontinuierlichen Zirkulation von reaktivem Gas in der Kammer während des Zerstäubens wird durch die Vakuumpumpe 38 erzielt, die mit der Lei-

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L IUO rj ι υ

tung 40 mit einer Falle 42 mit flüssigem Stickstoff verbunden ist, wobei die Leitung 40 zur Isolierung des Kammerinneren vor Verunreinigungen von außen dient.

Zur Bildung von Filmen aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid gemäß der Erfindung wird ein Schichtträger 30 vorher mit einem Waschmittel gereinigt und in Wasser und. danach in Isopropylalkohol gespült und auf den Schichtträgerhalter 26 in einem geeigneten Abstand von z. B. 5 cm bis 1,27 cm (2-1/2 inches) von der Wolframoder Molybdänkathode 36 gehalten. Nachdem die Glasglocke 44 über die Grundplatte 12 gesetzt ist, wird die Kammer auf · j

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einen Druck von weniger als 3 x 10 Torr durch die Vakuum- ^ pumpe 38 evakuiert. Aus der Stickstoffquelle 18 wird sehr reiner Stickstoff durch ein variables Zapfventil 24 in die Kammer gelassen, um den Kammerdruck auf einen Wert von 0,3 bis 3 % des Gesamtdrucks, der zur Zerstäubung gewünscht wird, einzulassen, z. B. 1,5/Um Hg (1,5 microns) Stickstoff für einen gewünschten Zerstäubungsdruck von 80,um Hg (SO microns). Während eine Blende 46 so gedreht wird, daß sie über den Schichtträger zu liegen kommt (dargestellt durch die punktierte Linie 49), wird die Kathode durch die Gleichstromquelle 36 unter Spannung gesetzt, um eine Vorzerstäubung der Kathode in der reinen Stickst off atmosphäre der Kammer zu erreichen und die Kathode | von restlichen Verunreinigungen zu befreien. Ein Inertgas hoher Reinheit wird dann aus der Inertgasquelle 20 durch ein variables Zapfventil 22 in die Kammer gelassen, wodurch der Druck in der Kammer auf 1,0 bis 200/Um Hg (1,0-200 microns) erhöht wird, wonach die Blende 46 aus der Position, bei der sie über dem Substrat liegt, wieder weiter gedreht wird und die Zerstäubungsabscheidung des Resistorfilms 48 aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid über dem Schichtträger erlaubt. Das Zerstäuben wird in der strömenden Atmosphäre aus Inertgas und Stickstoff fortgesetzt, bis ein Film einer Dicke von 100 bis 10 000 8 auf dem Schichtträger abgeschieden ist, wonach die Stromquelle zur Kathode abgeschaltet und der Resistorfilm auf Raumtemperatur in der

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- 6 Zerstäubungsatmosphäre abkühlen gelassen wird.

Wenn eine Wolframkathode als Wolframquelle für die Zerstäubungs ab scheidung für den Resistorfilm 48 verwendet v/ird, enthält der abgeschiedene Resistorfilm elementares Wolfram im Gemisch mit wenigstens 5 Vol.£ Wolframnitrid W_?N, wobei der Prozentsatz von Wolframnitrid im abgeschiedenen Film von der Stickstoffkonzentration in der Abscheidungsatmosphare abhängt, In ähnlicher Weise werden erfindungsgemäß Resistorfilme unter Verwendung einer Molybdänkathode gebildet, die durch ein Gemisch von elementarem Molybdän mit wenigstens 5 Vol.;? Mo-N gekennzeichnet sind. Die Zusammensetzungen dieser Filme sind hinsichtlich der Tatsache überraschend, daß die reaktive Verdampfung von Wolfram und Molybdän gemäß einem eigenen früheren Vorschlag Resistorfilme aus ß-Wolfram bzw, einem Gemisch aus Molybdän und Monomolybdännitrid MoN ergeben hatte.

Schichtträger 30, die zur Aufnahme der Resistorfilmablagerungen dienen, können allgemein irgendwelche nicht-leitenden Stoffe sein, die gegenüber den erhöhten Temperaturen in dem Verfahren widerstandsfähig sind, d. h. Temperaturen, die gewöhnlich zwischen 150 und 350° C liegen und durch den Zerstäubungsprozeß gebildet werden. Aluminiumoxid, Glas, geschmolzenes Siliciumdioxid, glasige Emaillien und keramische Stoffe sind als Schichtträger für die Resistorfilme gemäß der Erfindung geeignet. Wenn die Zerstäubungsenergie, die zur Filmabscheidung angewendet wird, gering ist, z. B. 150 V/ oder weniger beträgt, oder wenn ein künstliches Kühlmittel durch die Leitung 28 im Schichtträgerhalter 26 fließt und in der Lage ist, den Schichtträger auf einer verminderten Temperatur unterhalb 250° C zu halten, können auch synthetische Stoffe, wie ein Polyamid oder ein Polypropylenoxid, als Schichtträger dienen.

Die für die Zerstäubung verwendete Atmosphäre ist vorzugsweise ein Gemisch aus einem Inertgas und Stickstoff, das zur Kanuner in einer Menge zugelassen wird, daß ein Gesamtzerstäubungsdruck zwischen 1 und 200.um Hg (1-200 microns)

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innerhalb der kontinuierlich ausgepumpten Kammer gebildet •■iJrd, wobei das Stickstoffgas in einer Menge von 0,3 bis 3,0 % zum Kammer-druck beiträgt. Argon ist im allgemeinen als Inertgas bevorzugt, weil Argon relativ preiswert im Handel erhältlich ist, obwohl andere Inertgase, wie Helium, Krypton oder Neon auch verwendet werden können. Helium und Neon sind im allgemeinen jedoch nicht bevorzugt, weil das geringe Gewicht der Gase eine verminderte Zerstäubungsmenge bei einer vorgegebenen Zerstäubungsenergie ergibt, während Krypton relativ teuer ist. Obwohl reiner Stickstoff vorzugsweise zur Nitridbildung bei den von der Kathode 32 zerstäubten Ionen aus dem feuerfesten Metall verwendet wird, können auch stickstoffhaltige Gase, wie Ammoniak, in der Zerstäu- ^

bungskamirrar 10 verwendet werden, um eine Konzentration des Nitrids aus dein feuerfesten Metall von über 5 % im abgeschiedenen Re εά ε I er 15 Im zu bilden.

Im allgemeinen wurde gefunden, daß der spezifische Widerstand und der Temperaturkoeffizient des Widerstands der Filme aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfestem Metallnitrid, die erfindungsgemäß abgeschieden wurden, praktisch unabhängig vom Gesamtgasdruck sind, der zur FiImabscheidung verwendet wird, wobei etwa identische Resistoreigenschaften bei Filmen erhalten werden_s die bei Gasdrücken von 80 und 35,um Hg (80-35 microns) abgeschieden wurden* Wie sich jedoch aus der | graphischen Darstellung von Fig. 2 ergibt, wobei der spezifische" Widerstand (mit 50 bezeichnet) und der Temperaturkoeffizient des Widerstands (mit 52 bezeichnet) von verschiedenen Violframfilmen wiedergegeben sind_s die in einer Menge von etwa 700 8/min 5 Minuten lang über einen Schichtträger abgeschieden wurden, der auf 230° "C vorerhitzt wurde, unter Verwendung einer- Entfernung zwischen Kathode und Schient träger von 3j8 era (l_r5 inches) und einer Spannung von 2KV und einer

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Stromstärke von 20 mA/ Quadrat so 11 (6,4 cm ), schwanken -iie Widerstandseigenschaften der abgeschiedenen Filme eiliel lieh mit dem Ver-heltnis von Stickstoff zu Inertgasdruck in; Cystein. Z. B. werden Filme aus Wolfram und Wolframnitrid mit einem Temperaturkoeffizient des Widerstands unter etwa 200 Teilen

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je Million Teilen/⁰ C nur dann erhalten, wenn die Stickstoffkonzentration innerhalb der Kammer zwischen etwa 0,8 und 2,3 % des gesamten Abscheidungsdrucks beträgt, während der spezifische Widerstand der abgeschiedenen Filme aus Wolfram und Wolframnitrid kontinuierlich mit ansteigenden Prozentsätzen Stickstoff in der Abscheidungsatmosphäre ansteigt. Im allgemeinen schwankt die Zusammensetzung der abgeschiedenen Filme aus Wolfram oder Molybdän ebenfalls mit der Atmosphäre, die zur Filmabscheidung verwendet wird, wobei Filme aus reinem Wolfram oder Molybdän in einer Atmosphäre aus 100 % Inertgas abgeschieden werden, während ansteigende Mengen der Di-Metallnitride j also W_N oder MOpN im Resistorfilm vorliegen, der in Atmosphären abgeschieden ist, die ansteigende Mengen Stickstoff im Gemisch mit dem gewählten Inertgas enthalten. Z. B. werden Spuren Wolframnitrid WpN bei Filmen gefunden, die von einer Wolframquelle in einer Zerstäubungsatmosphäre abgeschieden sind, welche ein Druckverhältnis von Stickstoff ?,u Argon über 0,6 % hat, während Filme mit praktisch gleichen Mengen Wolfram und Wolframnitrid gebildet wurden, wenn das Zerstäuben in Atmosphären vorgenommen wurde, die ein Druokverhältnis Stickstoff:Argon von etwa I,9 % hatten. Argonatmosphären, die über 2 ,H % Stickstoffdruck enthalten, ergeben überwiegend Resistorfilme aus Wolframnitrid, während nur Spuren von elementarem Wolfram darin enthalten sind. Im allgemeinen wurde gefunden, daß Resistorfilme mit einem Tempersturkoeffizienten des Widerstandes von weniger als 300 ppm/ C wenigstens 5 % des feuerfesten Metallnitrids, also WpK oder Mo-N, im Gemisch mit dem elementaren feuerfesten Metall enthalten, das den Rest des Films bildet, während Resistorfilme, deren Temperaturkoeffizient des Widerstandes praktisch 0 ist, durch Konzentrationen aus dem feuerfesten Metallnitrid gekennzeichnet sind, die zwischen ¹IO und 60 % im Resistorfilm betragen.

Die Kathode., die zur Bildung der Filme aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid durch Zerstäuben in einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre verwendet wird, besteht

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L ! U y 5 I U

vorzugsweise aus hochreinem Wolfram oder Molybdän, das während des Zerstäubens nicht gekühlt wird, damit die Kathode auf eine Temperatur zwischen etwa 600 und 800° C erwärmt wird. Wegen der Nitridbildung an der Kathodenoberfläche, die durch die erhöhte Temperatur der Kathode unterbunden wird, schwanken die Resistoreigenschaften der abgeschiedenen Filme mit der Stickstoffkonzentration in der Kammer in der Weise, die für den Wolframresistor in Fig. dargestellt ist. Im allgemeinen kann die zur Bildung der Resistorfilme verwendete Abscheidungsmenge zwischen 100 und 1000 S/min betragen, wobei eine Abscheidungsmenge von 400 bis 600 S/min bevorzugt ist. Ein Abstand zwischen Me- A tallquelle und Schichtträger von einigen Zentimetern, z.B. 3 cm bis etwa 10 cm,wird vorzugsweise beim Zerstäuben verwendet, wobei wesentlich kürzere Abstände annehmbar sind, wenn ein magnetisches Feld an der Abscheidungskammer verwendet wird, um eine Spiralbahn der Elektronen zu erzeugen, die von der Kathode emittiert werden, und um eine Ionisation des Zerstäubungsgases hervorzubringen. Eine bevorzugte Abscheidungsgeschwindigkeit von etwa 500 S/min kann erreicht werden, wenn der Abstand zwischen Kathode und Schichtträger 6,35 cm (2,5 inch) beträgt und eine Energie von 150 bis 200 W angewendet wird, wobei die Kathode aus dem feuerfesten Metall einen Durchmesser von 12,7 cm (5 inch) hat.

Um gleichmäßige Resistoreigenschaften in der ganzen Dicke des abgeschiedenen Films sicherzustellen, wird der Schichtträger 30 vorzugsweise bei einer etwa konstanten Temperatur über den ganzen Zerstäubungsvorgang gehalten, indem ein Kühlmittel durch die Leitungen 28 im Schichtträgerhalter 26 strömen gelassen wird. Das Kühlen des Schichtträgers erhöht auch die Bildung von feuerfestem Metallnitrid bei niederen Stickstoffkonzentrationen, wobei Schichtträgertemperaturen oberhalb 500° C praktisch verhindern, daß merkliche Konzentrationen des feuerfesten Metallnitrids im abgeschiedenen Resistorfilm auftreten. Obwohl somit ein gewisses Erhitzen des Schichtträgers, d. h. auf etwa 200° C erwünscht sein kann, um Wasser und andere Verunreini-

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gungen aus dem Schichtträger vor der Abscheidung des Resistorfilms abzutreiben, sollte künstliches Kühlen des Schichtträgers oder eine AbseheLdungsmenge unterhalb 600 A/min angewendet werden, um das Ansteigen .ier Schichtträgertemn' ratur übe-500 C während des Zerstäubens zu verhindern. Lm allgemeinen wurde gefunden, daß eine ZerstäubungsenergLe von 'IBJ W hei einer Kathode aus feuerfestem Metall von 12,7 -ir. (5 inch) Durchmesser die Schichtträgertemperatur auf etwa 515 G nach 5 min erhöht, wenn der Abstand zwischen Kathode und Schichtträger etwa 6,3 cm beträgt.

Wie sich aus der graphischen Darstellung gemäß Fig. 5 ergibt, die die Änderung des Temperaturkoeffizienten des Widerstands mit dem Widerstand bei Filmen aus Wolfram und Wolframnitrid erläutert, die aus einer Argon-Stickstoff-Atmosphäre von 35/Um Hg (35 microns) mit 0,7 % Stickstoff unter Verwendung eines wassergekühlten glasierten Aluminiumoxid-Schichtträgers und einer ZerstäubungsenergLe von 250 W bei einem Abstand von 6,3 cm (2,5 inch) zwischen Kathode und Schichtträger abgeschieden worden sind, zeigen erfindungsgemäß hergestellte Wolfram/Wolframnitrid-Filme mit einem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von 0 ppm/ C einen Widerstand über 260 0hm je Flächeneinheit. Außerdem sind Filme aus Wolfram und Wolframnitrid rait einen· Widerstand über 500 0hm je Flächeneinheit durch einen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes von weniger als 50 Teilen je Million Teile/⁰ C gekennzeichnet.

Nach dem Abkühlen des Films aus dem .feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid in der Zerstäubungsatmosphäre, die zur FiImabscheidung verwendet wurde, können die Resistoreigenschaften des Film3 durch eine Wärmebehandlung des Films bei erhöhten Temperaturen über 125 C stabilisiert ·■; .irden. Z.B. wurde der Temperaturkoeffizient des Widerstands tmi einem Film aus Wolfram und Wolframnitrid von 114 Teilen je Million Teile/⁰ C auf 45 Teile je Million Teile/⁰ ': .lur-ih zweistündiges Erhitzen de_s Filme auf 125° C, !,agem le-., i-'ilma

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in Raumatmosphäre über 5 Tage und anschließendes Erhitzen des Films 1 - 1/2 otunden lang auf 250° C vermindert. Der elektrische /mscluuß an den Resistorfilm wird dann durch Ablagern eines Leiters, z. B. Aluminium, Gold oder Nickel, über den Re; .ist"orfilin und anschließendes Ätzen des Metallleiters und der darunterliegenden Resistcrfilmschicht hergestellt, um Anachlußleitungen [>0 und Kontakte 60 für jeden einzelnen Reinster, z, B. einer Anordnung gemäß Fig. 4, zu erzielen. Im allgemeinen wird Aluminium sowohl zur Bildung der- Kontal· \( an um einzelnen Resistoren wie auch für die Leitungen zwischen den Resistoren und anderen Bauteilen, z. B. dem Uraiikistor 62 der Anordnung, bevorzugt wegen de]' relativ gelungen Kosten von Aluminium und der Fähigkeit von " Aluminium^ einen guten Ohm¹sehen Kontakt mit Halbleitern aus Silicium zn bilden. Vorzugsweise wird das Aluminium über den ResistcrfjIm ^8 durch Vakuumverdampfung einer

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Aluminium4u"j Ie b< ι 1 -rücken unterhalb 5 J 10 Torr abgelagert, KCi: π -.!<:■ 3 ;.-i. gelagerte Alurainiumfilm nach einem vcil.frstimmten Muster (J mr Photoätzung unterworfen wird unter Verwendung einer PLole-efintmaske und eines Ätzmittels aus einem Gemisch -s-:n 73 i I "m ephorsäure, 1[> % Esr-i gsäure₃ 5 % Salpetersäure un-i I ί c-r ι ί " »; inertem Vwisisor« Der Pe si π tor film aus Wlfram und JcT franmitrid, der durch die Aluminiumätzung freigelegt, wird. v5r<2 anschließend selektiv unter Verwendung einer 30 Xigen '».'y^serptoffperoxidlösung bei Raumtemperatur entfernt, j wodurch d -^; r> 1' w-t:->- P.esistoren gebildet werden, z. B. die Resistoren 64 und 66, ohne daß der darüber liegende Leiter sus Aluminium nachteilig beeinflußt wird. Wenn Gold über den Re-κ-torfilm aus Wolfram und Wolframnitrid zur Pi!dung der Kontakte und der L«:' runden eines Netzwerks zwischen dem Resistor und dem Leite ^; /<-.-,·( liichtet wird, wird vorzugsweise eine «r.vwa 200 8 dicke U'. er ^ α -Streichschicht über den ResistorfiJn aus Wo...fr?,r n^'. .-/iiframnitrid aufgeschichtet, bevor der Goldfilm Λαΐοά at ge lagert wird. Der Goldfilm und die lUtktl-Streichße'ii ::V ^nrden dann unter Verwendung üblicher Phot·;;-resistvt-.i"; a." ..-vn /,r^tzt, wobei ein Ätzmittel aus einem Tc;' Sa 1 ζs·ί-irf: " ' · iif'i Salpetersäure und 2 Teilen entionicic;-tem Wasser . ■*< '-Jäung der Kontc.Lte 60 und der Leitungen :. ·.

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verwendet wird, während der darunter liegende Resistorfilm für das Ätzen mit 30 #iger Wasserstoffperoxidlösung durch eine Photoresistmaske freigelegt wird. Um weiterhin eine Änderung des Widerstandes aus dem Film aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid zu verhindern, kann der abgeschiedene Film mit einem üblichen Einkapselungsmittel 68 beschichtet werden, z. B. gewöhnlich mit einer Schicht aus SiIiciummonoxid oder Siliciumnitrid, um den Resistorfilm von der Umgebung während der anschließenden Verarbeitung zu isolieren.

Wenn der Resistorfilm 48 aus Molybdän und Dimolybdännitrid besteht, kann ein darüber liegender, durch Vakuumverdampfung aufgebrachter Aluminiumfilm mit einem Gemisch aus 75 % Phosphorsäure, 15 % Essigsäure, 5 % Salpetersäure und 5 % entionisiertem Wasser zur Bildung der elektrischen Kontakte für den Resistorfilm geätzt werden. Der Resistorfilm aus Molybdän und Dimolybdännitrid, der nach der Aluminiumätzung freigelegt ist, wird anschließend in einzelne Resistoren aufgeteilt unter Verwendung einer Photoresistmaske und eines Ätzmittels aus einer 30 ?igen Wasserstoffperoxidlösung bei Raumtemperatur.

Während die erfindungsgemäßen Filme aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid kontinuierlich durch reaktives Zerstäuben einer Kathode aus Wolfram oder Molybdän in einer Atmosphäre, die Stickstoff und ein Inertgas in einem Druckverhältnis zwischen 0,3 und 3,0 % enthält, gebildet werden können, wird eine weniger genaue Regelung der Abscheidungsparameter dann erfordert, wenn der Resistorfilm durch Zerstäuben einer Kathode aus Wolfram oder Molybdän gebildet wird, die wenigstens 5 Vol.% des Metallnitrids enthält. Derartige Kathoden können dadurch-hergestellt werden, daß ein Kühlmittel durch die Platte 56 fließen gelassen wird, um die Kathode 32 auf einer Temperatur unterhalb 500° C während des anfänglichen Ausspülens der Kammer 10 zu halten, in der die Kathode aus dem feuerfesten Metall in einer Atmosphäre unter Strom gesetzt wird, die 0,3 bis 3,0 % Stickstoff enthält, und wobei die Blende H6 über dem Schichtträger 30 zu liegen kommt, wodurch die Oberfläche der gekühlten Kathode teilweise in das

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Nitrid überführt wird. Die Blende 46 wird dann aus der Schutzposition 49 gedreht, und die teilweise in das Nitrid überführte Kathode kann in einer vollständig inerten Atmosphäre von z. B. 80,um Hg (80 microns) Argon zerstäubt werden, wobei der Film 48 aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid über dem Schichtträger abgelagert wird. Wenn eine teilweise in das Nitrid überführte Kathode als Zerstäubungsquelle verwendet wird, sind die Resistoreigenschaften von Filmen, die von dieser Kathode abgelagert werden, fast vollständig unabhängig von der Stickstoffkonzentration in der Zerstäubungsatmosphäre, die zur Filinabscheidung verwendet wird. Z.B. zeigen Filme, die durch Zerstäubungsablagerung von einer Kathode aus Wolfram und Wolframnitrid bei einem Druck von 35 x 10 ä Torr in Atmosphären mit 3 %, 2 %, 1,5 %, 1 % und 0 % Stickstoff abgeschieden worden sind, alle praktisch identische Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und spezifische Widerstände. Außerdem sind die Eigenschaften der abgeschiedenen Filme vollständig unabhängig von der Ablagerungsgeschwindigkeit und von den Schichtträgertemperaturen im Bereich von 0 bis 400° C.

Die erfindungsgemäßen Resistorfilme aus feuerfestem Metall und feuerfestem Metallnitrid wurden so beschrieben, daß sie durch reaktives Zerstäuben einer Kathode aus Wolfram oder Molybdän in einer Atmosphäre aus Argon und Stickstoff oder durch Zerstäuben einer teilweise in das Nitrid überführten Wolfram- oder Molybdänoberfläche in einer inerten oder stick- " stoffhaltigen Atmosphäre hergestellt worden sind. Es können aber auch andere Verfahren, z. B. die Bildung der Kathode 32 aus einem Pulvergemisch aus dem feuerfesten Metall und dem feuerfesten Metallnitrid unter Verwendung von Verfahren der Pulvermetallurgie und Zerstäuben der Kathode in einer inerten Gasatmosphäre zur Bildung der erfindungsgemäßen Resistorfilme verwendet werden. Durch Vermischen von elementarem Wolfram oder Molybdän mit genau abgemessenen Mengen Wolframnitrid oder Molybdännitrid werden die gewünschten elektrischen Eigenschaften in dem abgeschiedenen Film gebildet, ohne daß eine genaue Kontrolle von AbseheidungsParametern, wie dem Zer-

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stäubungsdruck des Inertgases und der Ablagerungsgeschwindigkeit, erforderlich ist.

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Claims

- 15 Patentansprüche

l.jDünnschichtresistor aus einem nicht-leitenden Schichtträger und einem darauf abgelagerten Resistorfilm, dadurch gekennzeichnet, daß der Resistorfilm aus Wolfram und Wolframnitrid oder aus Molybdän und Pimolybdännitrid besteht, wobei wenigstens 5 Vol.% des Resistorfilms aus Wolframnitrid oder Dimolybdännitrid-ge bildet sind.

2. Dünnschichtresistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 40 bis 60 Volumen- | prozent des Resistorfilms aus Wolframnitrid oder Dimolybdännitrid gebildet sind.

3. Dünnschichtresistor nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet , daß er zusätzlich einen über die Resistorfilmschicht selektiv abgeschiedenen Metallfilm für die Anlegung einer elektrischen Spannung an den Resistorfilm sowie eine über die auseinanderliegenden Filme aufgebrächte Einkapselungsschicht aufweist.

l\. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtresistors nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß man in eine Zerstäubungskammer, in der sich f der nicht-leitende Schichtträger befindet, eine Kathode aus Wolfram, Molybdän und/oder Gemischen dieser Metalle mit ihren Nitriden nahe dem Schichtträger anbringt, in die Kammer ein Inertgas oder ein Inertgas-Stickstoffgemisch mit einem Gesamtdruck von 1 bis 200.um Hg (1-200 microns) einbringt, an die Kathode eine zur Zerstäubung eines Teils der Kathode ausreichende elektrische Spannung anlegt und einen Resistorfilm aus Wolfram oder Molybdän im Gemisch mit wenigstens 5 Vol.i Wolframnitrid oder Dimolybdännitrid in einer Dicke von 100 bis 10 000 8 auf dem Schichtträger abscheidet.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kathode aus Wolfram verwendet, die an der Oberfläche teilweise in das Nitrid überführt ist, und daß man als Atmosphäre in der Zerstäubungskammer ein Inertgas verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet j daß man eine Wolframkathode verwendet
und als Gas in der Zerstäubungskammer ein Gemisch aus einem Inertgas und Stickstoff verwendet, wobei der Stickstoff

0,3 bis 3_s0 % des Gesamtdrucks in der Kammer ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Molybdänkathode, die an
der Oberfläche teilweise in das Nitrid überführt ist, und
als Gasgemisch in der Zerstäubungskammer ein Inertgas verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Molyodankathode verwendet und als Gas in der Zerstäubungskammer ein Gemisch aus einem Inertgas und Stickstoff verwendet, wobei der Stickstoff
0,3 bis 3,0 % des Gesamtdrucks in der Kammer ausmacht.

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