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Dokumentenidentifikation DE60214786T2 04.01.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001237164
Titel Verfahren zum Kontrollieren des Schichtwiderstandes von Dünnschichtwiderständen
Anmelder Northrop Grumman Corp., Los Angeles, Calif., US
Erfinder Lammert, Michael D., Manhattan Beach, CA 90266, US
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60214786
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.02.2002
EP-Aktenzeichen 020042479
EP-Offenlegungsdatum 04.09.2002
EP date of grant 20.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.01.2007
IPC-Hauptklasse H01C 17/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 21/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund und Zusammenfassung

Dünnfilmwiderstände werden in den meisten GaAs- und InP-Vorrichtungen und Herstellungsprozessen für integrierte Schaltungen verwendet, wie in der Dünnfilmsubstratherstellung und in einigen Si-Prozessen. Der Widerstands-Lagenwiderstand weist typischerweise eine festgeschriebene Toleranz von ± 15 % auf, obwohl bei besonderer Sorgfalt beim Herstellen der Dünnfilmwiderstände der Widerstands-Lagenwiderstand auf ± 10 % gesteuert werden kann. Jedoch wäre es für viele Entwürfe von integrierten Schaltungen von großem Vorteil, in der Lage zu sein, den Lagenwiderstand auf eine weit engere Toleranz hin zu steuern. Dies ist insbesondere der Fall bei integrierten Schaltungen sehr hoher Geschwindigkeit, wo Widerstandswerte in Impedanz-übereinstimmenden Schaltungen gut gesteuert werden müssen.

Literaturhinweise von Interesse auf dem Gebiet des Steuerns des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen umfassen das IBM Technical Disclosure Bulletin "In Situ-Trimmed Fine-Grained Polysilicon Resistors", Band 33, Nr. 5, Oktober 1990, Seiten 280–281, welches ein Verfahren diskutiert, bei dem Polysiliziumwiderstände sowohl hergestellt als auch spät im Vorrichtungsherstellungsprozess beschnitten werden können, und zwar mit einer Rückkopplung in Echtzeit und einem Abstimmen des Beschneidungsablaufs. Siehe auch EP 0 070 809 "Adjustment to the Desired Value (Trimming) on Thin Film Resistors by Ion Sputtering", die eine Technik zum Anpassen eines integrierten Dünnfilmwiderstands auf einen gewünschten Wert diskutiert. Das Verfahren besteht aus einem Freilegen eines Widerstands, dessen Dicke größer als notwendig für den gewünschten Widerstand ist, zum Ionensputtern des Widerstandsmaterials, bis die Widerstandsdicke so ist, dass sie einem gewünschten elektrischen Widerstand entspricht. Das Ionensputter-Ätzen wird erreicht entweder mittels eines Plasmas oder mittels einer Ionenstrahlkanone.

Ein Verfahren, um eine enge Steuerung des Widerstands-Lagenwiderstands zu erreichen, ist es, jeglichen Dünnfilm erneut zu behandeln, der nicht den gewünschten Lagenwiderstand aufweist, und zwar durch Abziehen des Dünnfilms und seinem erneuten Abscheiden. Jedoch verdoppelt ein solcher Ablauf im Wesentlichen die Herstellungskosten des Dünnfilmwiderstands. Daher besteht ein Bedarf an einem preiswerten Steuern des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen innerhalb einer engen Toleranz ihrer Zielwerte.

Die vorliegende Erfindung spricht dieses Bedürfnis an durch Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen gemäß Anspruch 1. Im Besonderen verbessert das offenbarte erfindungsgemäße Verfahren die Toleranz von Dünnfilmwiderständen auf einen Bereich innerhalb von ± 3 % oder besser mit minimalem zusätzlichen Verarbeitungsaufwand. Dazu umfasst das offenbarte Verfahren zum Steuern des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen ein Bestimmen eines gewünschten Endwerts für den Lagenwiderstand des Dünnfilmwiderstandsmaterials, das auf einem Substrat abzuscheiden ist. Das Dünnfilmwiderstandsmaterial wird auf dem Substrat unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses abgeschieden, um einen Ziel-Lagenwiderstand für das abgeschiedene Dünnfilmwiderstandsmaterial innerhalb einer ersten festgelegten Toleranz zu erreichen. Das Dünnfilmwiderstandsmaterial wird durch den Abscheidungsprozess abgeschieden, um einen Ziel-Lagenwiderstand zu erreichen, der gleich dem gewünschten Zielwert, abzüglich der ersten festgelegten Toleranz ist, ist. Nach der Dünnfilmwiderstandsabscheidung wird der Lagenwiderstand des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials gemessen, die Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials wird bestimmt und die Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials, das abgetragen werden muss, um den zugehörigen Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert anzuheben, wird berechnet, und dann wird auch die Zeit zum Durchführen des Abtragungsprozesses berechnet, um die berechnete Dicke auf der Grundlage einer gemessenen Abtragungsrate für den Abtragungsprozess durchzuführen. Eine kleine Materialmenge wird dann von der Oberfläche des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials auf der Grundlage der berechneten Zeit durch ein Ätz- oder Ionenbeschussverfahren abgetragen, um den Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert innerhalb einer zweiten festgelegten Toleranzeigenschaften des Ätz- oder Ionenbeschussprozesses anzuheben, wobei die zweite festgelegte Toleranz kleiner ist als die erste festgelegte Toleranz. Der Ätzprozess, der in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, trägt Material gleichmäßig von der Oberfläche des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstands durch ein Argonsputterätzen ab.

Gemäß der offenbarten, bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren ein Bemustern eines Dünnfilmwiderstands aus dem Dünnfilmwiderstandsmaterial auf dem Substrat. Das Bemustern kann durchgeführt werden, bevor oder nachdem der Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert angehoben worden ist. Die Erfindung erlaubt es vorteilhafterweise dem Dünnfilmwiderstands-Lagenwiderstand, an kritischen Entwürfen integrierter Schaltungen auf einen Bereich von besser als ± 3 % mit minimalen zusätzlichen Verarbeitungskosten gesteuert zu werden.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung klarer.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Substrats mit einem darauf abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterial gemäß der Erfindung, um einen Ziellagenwiderstand Rs zu erreichen, der gleich einem gewünschten Endwert für den Lagenwiderstand, abzüglich einer festgelegten Toleranz des Abscheidungsprozesses, ist.

1B ist eine vergrößerte Seitenansicht des Substrats mit dem Dünnfilmwiderstandsmaterial von 1A nach gleichmäßigem Entfernen bzw. Abtragen einer kleinen Materialmenge von der Oberfläche des Dünnfilmwiderstandsmaterials durch Argon-Sputterätzen des Materials, um den Lagenwiderstand davon auf den gewünschten Endwert innerhalb einer festgelegten Toleranz des Ätzprozesses anzuheben.

2 ist ein Flussdiagramm von Schritten in einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei Ablauf 1 auf der linken Seite für den Fall steht, bei dem das Widerstandsmaterial bemustert worden ist, bevor der Lagenwiderstand auf innerhalb ± 3 % oder besser angepasst worden ist, und Ablauf 2, auf der rechten Seite des Flussdiagramms, entspricht dem Fall, bei dem das Widerstandsmaterial bemustert worden ist, nachdem der Lagenwiderstand angepasst worden ist.

Genaue Beschreibung

Nun bezogen auf die Zeichnungen ist in 1B ein Dünnfilmwiderstand 1 gezeigt, der gemäß dem in Anspruch 1 definierten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Der Widerstand 1 umfasst ein Dünnfilmwiderstandsmaterial 2, das auf einem Substrat/Wafer 3 getragen wird. Der Dünnfilmwiderstand kann einen Teil einer integrierten Schaltung sehr hoher Geschwindigkeit bilden, wie beispielsweise einer integrierten GaAs- oder InP-Schaltungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bilden des Dünnfilmwiderstands 1 umfasst zunächst ein Abscheiden des Dünnfilmwiderstandsmaterials 2 auf dem Substrat 3 bei einem Lagenwiderstand, der kleiner als der gewünschte Endwert ist. Nun zu 1A. Das Widerstandsmaterial wird durch Zerstäuben oder Sputterabscheidung abgeschieden. Falls beispielsweise der Abscheidungsprozess gleichmäßig genug ist, um den Ziellagenwiderstand innerhalb von ± 10 % zu erreichen, wird das Dünnfilmwiderstandsmaterial 2 bei einem Lagenwiderstand gleich 90 % des gewünschten Endwerts abgeschieden bzw. aufgebracht. Dies führt dazu, dass alle anfänglichen Dünnfilmlagenwiderstände sich im Bereich von 80 % bis 100 % des gewünschten End-Lagenwiderstands befinden.

Der Lagenwiderstand wird auf seinem Endwert durch Ätzen erhöht, vorzugsweise unter Verwendung eines Ar-Sputterätzens oder eines Ionenbeschusses, um eine kleine Materialmenge zu entfernen bzw. abzutragen, deren Dicke in 1B mit 4 bezeichnet ist, und zwar von der Oberfläche des Dünnfilmwiderstands. Dies wird erreicht zuerst durch Messen des Dünnfilmwiderstands-Lagenwiderstands, folgendem Ätzen des Dünnfilmwiderstands im Argon-Sputterätzen für eine Zeit, die vorher kalibriert worden ist. Da es möglich ist, Material im Argon-Sputterätzen auf wenige Å genau gesteuert zu entfernen, kann der Dünnfilmwiderstands-Lagenwiderstand routinemäßig auf innerhalb von ± 3 % seines Zielwerts gesteuert werden.

Das Widerstandsmaterial 2 in der offenbarten Ausführungsform ist NiCr, aber der Prozess ist auf alle Arten von Dünnfilmwiderstandsmaterial anwendbar, wie beispielsweise auf andere Hochwiderstandsmaterialien, einschließlich TaN, CrSi und CrSiO, als auch auf Materialien mit geringerem Widerstand, einschließlich T, TiSi2, W, Mo, Au, Ag und verschiedene Metalle. Die Dicke des Dünnfilmwiderstandsmaterials 2 kann von weniger als 50 Å bis auf über 50.000 Å reichen. Der anfängliche Lagenwiderstand des auf dem Substrat in 1A abgeschiedenen Materials 2 kann mehr als 106 &OHgr;/Quadrat oder weniger als 0,1 &OHgr;/Quadrat betragen, und zwar abhängig von den Entwurfskriterien. Der gewünschte Endwert für den Lagenwiderstand ist was immer als der Zielwert festgelegt worden ist, und hat, wie oben angemerkt, eine typische festgelegte Toleranz von ca. ± 15 %, mit einem tatsächlichen Bereich von eher ± 10 %.

Argon ist das bevorzugte Sputterätzgas, aber der erfindungsgemäße Prozess ist an die Verwendung jedes anderen Gases anpassbar, welches das Widerstandsmaterial durch Ätzen oder Ionenbeschuss entfernen kann. Die Argonsputterätzbedingungen sind an das Sputterätzsystem angepasst, um ein gleichförmiges Ätzen bei einer Ätzrate bereitzustellen, das die benötigte Materialmenge in einer vernünftigen Zeit abhebt, z.B. innerhalb eines Bereichs von ca. 10 Sekunden bis zu mehreren Minuten. Bedingungen des Sputterätzens erheblich abhängig davon schwanken, ob das Ätzsystem eine Einzelwafermaschine oder eine Stapelverarbeitungsmaschine ist. Ein Beispiel von Bereichen für typische Prozessparameter sind: Leistung, von Zehnen von Watt bis zu mehr als 1.000 Watt; Spannung, von Zehnen von Volt bis zu Hunderten von Volt; Druck, von Zehnen von &mgr;Torr bis zu mehreren Torr; und Gasfluss, von weniger als 10 cm3/min bis zu mehr als 100 cm3/min.

Die Parameter werden vorzugsweise angepasst, um weniger als 0,1 % bis mehr als 3 % des gesamten Widerstandsmaterials in ca. 10 Sekunden abzutragen. Gleiche Ätzraten wären für jedes andere Material wünschenswert, das verwendet wird, um das Dünnfilmwiderstandsmaterial mit Ionen zu beschießen oder chemisch zu ätzen.

Um eine kalibrierte Ätzzeit aufzustellen, um einen gewünschten endgültigen Dünnfilmlagenwiderstand für den Widerstand 1 in 1B nach Abscheidung zu erreichen, wird der Lagenwiderstand des Dünnfilmwiderstandsmaterials 2 in 1A gemessen. Die Dicke des Dünnfilmwiderstandsmaterials in 1A wird dann bestimmt, entweder durch Messung oder Berechnung auf der Grundlage seiner Dicke unter Annahme eines festen Widerstandswerts. Die Dicke 4 des Widerstandsmaterials, die entfernt werden muss, um den endgültigen Ziel-Lagenwiderstandswert zu erreichen, wird dann berechnet. Die Zeit, die das Dünnfilmwiderstandsmaterial 2 geätzt werden muss, um die Dicke 4 zu entfernen, wird dann berechnet auf der Grundlage der vorher gemessenen Ätzrate des Sputterätzens (oder des chemischen Ätzens), das zum Entfernen des Widerstandsmaterial verwendet wird. Diese Schritte sind in dem Flussdiagramm von 2 gezeigt. Ablauf 1, der durch die Dünnfilmwiderstandsquerschnitte in den 1A und 1B dargestellt ist, zeigt darin an, dass der Widerstand auf dem Substrat bemustert werden kann, bevor der Lagenwiderstand auf innerhalb von ± 3 % oder besser angepasst wird. Ablauf 2 bemustert den Widerstand, nachdem der Lagenwiderstand angepasst bzw. nachgestellt worden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dem Hersteller integrierter Schaltungen, den Dünnfilmwiderstands-Lagenwiderstand auf eine enge Toleranz des Zielwerts mit minimalen zusätzlichen Verarbeitungskosten zu steuern. Die Erfindung kann verwendet werden, um den Lagenwiderstand von Dünnfilmwiderständen oder jeglicher Art von integrierter Schaltung oder Substrat zu steuern, die Dünnfilmwiderstände in ihren Schaltungen verwendet.

Während ich nur eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hierin gezeigt und beschrieben habe, wird es dem Fachmann klar verständlich sein, dass Variationen des Verfahrens zum Steuern des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen möglich sind, ohne vom Umfang meiner Erfindung abzuweichen, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert ist.


Anspruch[de]
Verfahren zum Steuern des Lagenwiderstands von Dünnfilmwiderständen (2), aufweisend:

Bestimmen eines gewünschten Endwerts für den Lagenwiderstand des Dünnfilmwiderstandsmaterial (2), das auf einem Substrat (3) abzuscheiden ist,

Abscheiden des Dünnfilmwiderstandsmaterial (2) auf dem Substrat (3) unter Verwendung eines Abscheidungsprozesses, der gleichmäßig genug ist, um einen Ziellagenwiderstand für das abgeschiedene Dünnfilmwiderstandsmaterial (2) innerhalb einer ersten bestimmten Toleranz zu erreichen, wobei das Dünnfilmwiderstandsmaterial (2) durch den Abscheidungsprozess abgeschieden wird, um einen Ziellagenwiderstand zu erreichen, der gleich dem gewünschten Zielwert abzüglich der ersten bestimmten Toleranz ist,

Messen des Lagenwiderstands des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials,

Bestimmen der Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials,

Berechnen der Dicke (4) des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials, die abgetragen werden muss, um den zugehörigen Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert anzuheben,

Berechnen der Zeit zum Durchführen eines Abtragungsprozesses, um die berechnete Dicke auf der Grundlage einer gemessenen Abtragungsrate für den Abtragungsprozess abzutragen, und

Abtragen einer kleiner Materialmenge von der Oberfläche des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials (2) auf der Grundlage der berechneten Zeit eines Ätz- oder Ionenbeschuss-Abtragungsprozesses, um den Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert innerhalb einer zweiten bestimmten Toleranzeigenschaft des Abtragungsprozesses anzuheben, wobei die zweite bestimmte Toleranzeigenschaft kleiner ist als die erste bestimmte Toleranz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials (2) erreicht wird durch Messen der Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials (2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Dicke des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials (2) erreicht wird durch eine Berechnung unter Verwendung des gemessenen Lagenwiderstands und einer Referenzeigenschaft für das Material, die sich auf die Dicke und den Lagenwiderstand bezieht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und ferner aufweisend:

Bemustern eines Dünnfilmwiderstands (1) mit dem Dünnfilmwiderstandsmaterial auf dem Substrat.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bemustern durchgeführt wird, bevor der Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert angehoben wird. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bemustern durchgeführt wird, nachdem der Lagenwiderstand auf den gewünschten Endwert angehoben wurde. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei:

der Abscheidungsprozess aus einer Gruppe ausgewählt wird, die eine Zerstäubungs- und eine Sputterabscheidung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kleine Materialmenge gleichmäßig von der Oberfläche des abgeschiedenen Dünnfilmwiderstandsmaterials in einer Zeit in einem Bereich von ca. 10 Sekunden bis zu mehreren Minuten abgetragen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat ein GaAs- oder InP-Substrat mit integrierter Oberfläche ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abtragungsschritt ein Argon-Sputterätzen umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Dünnfilmwiderstandsmaterial ein hoch widerstandfähiges Material aufweist, das eines aus der Gruppe NiCr, TaN, CrSi und CrSiO ist.






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