溅射NiCr薄膜电阻的研究.pdf

2005年12月 第十三届全国电子束·寓子束·光子束学术年套 湖南·长沙 溅射Ni—Cr薄膜电阻的研究 王峰1陈桂梅1张丽1张丽娟2袁凯1 l东北微电子研究所沈阳陵园街20号110032 2沈阳工业大学电子科学与技术教研室 110023 摘要：可编程的只读存取器(PROM)作为一次性写入存储器，由于其内容不可擦出，稳定性好。被 广泛应用于高可靠性领域。而熔丝型PROM是只读存储器的一种，它是通过熔断熔丝来实现编程的， 因此镍铬熔丝的质量直接影响存储器的性能。本文通过试验的数据介绍采用磁控溅射制备Ni—Cr薄 膜的方法，并通过光刻墒蚀等试验，找到最佳的腐蚀条件，得到符合要求的Ni—Cr薄膜。 关键词：可编程的只读存取器(PROM)，磁控溅射，Ni—cr薄膜 引言 对于可编程的只读存储器PROM来说，由于它具有读取速度快，功耗低，应用温度范围广，抗辐射 能力强等特点，被广泛应用于国内外的宇航、军事等高可靠领域。从它的存储单元的结构可分为熔丝 型和反熔丝两种，熔丝PROM一般采用镍铬合金丝(Ni—Cr)，其编程原理：在程序写人前存储单元的内 容为“0”，通过施加一个电压脉冲．使镍铬熔丝熔断，存储单元的内容被写成“1”。因此对于镍铬熔丝的 溅射及阻值的大小就显得尤为的重要。它的质量直接影响电路的性能。这种薄膜的溅射一般采用真空 蒸发，电子束蒸发，直流或射频溅射，磁控溅射等方法。镍铬熔丝合金材料，最好采用磁控溅射以保证 淀积前后的组份不变。下面主要介绍采用磁控溅射溅射Ni-Cr薄膜的方法，并通过试验条件的摸索以 及在光刻、腐蚀等工艺上出现的问题进行了讨论。 1薄膜的制备豆工艺 工艺进行加工，为降低功耗和提高读取速度，一般采用的是CMOS工艺。为避免造成成本太高，所选用 的薄膜电阻材料与工艺必须与集成电路制造工艺具有兼容性。集成电路中的薄膜电阻是淀积在硅片 表面SiO：层或其它绝缘层上．所采用的表面电阻必须能不受这些钝化膜影响而导致性能改变，而且所 采用的薄膜电阻材料应该与光刻工艺相容的。如图1所示； 图l薄膜电阻的剖面工艺结构以及平面示意图 -335- 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南·长沙 薄膜电阻的大小不仅与薄膜的厚度有关，还与设计的宽长比有关．因此设计电阻的宽长比也是很 关键的尺寸，这需与电路本身的要求及相应的工艺条件相符合；同时为便于编程，提高熔丝的可靠性 进行了模型设计。在模型中，我们把精力集中在熔丝的设计和电流如何通过熔丝的设计上。通过模型 的分析，揭开了电流流入熔丝这一重要方面的的机理，大部分电流通过靠近熔丝颈部的金属边缘流 入，与铝链接的镍铬电阻的其余部分从电流角度讲是没有电流流过。设计时尽量使铝包住熔丝方块部 分，以便熔丝熔断在脖颈上。 2工艺流程 本实验所采用的主要设备是美国Varlan3180磁控溅射台，所采用的靶材是进口的镍铬合金靶，镍 铬合金靶的成分是镍80％，铬20％。工艺流程如下： 为了与CMOS工艺兼容，在做溅射前热生长一层SiO：一退火一清洗一溅射Ni-Cr膜一 光刻一腐蚀一去胶一清洗一溅射Al一光刻一腐蚀一去胶一清洗一钝化一光刻 一腐蚀一去胶一退火一测试。 3实验条件、实验结果及讨论 为了便于进行对照比较和找到溅射Ni-Cr薄膜的最佳条件，采用两种溅射方法：低压电源和高压 电源。两种试验的结果见图2和图3所示。 从方阻定义Rs=p／t(p一薄膜材料的电阻率。t一薄膜的厚度)，图3和图4的曲线的形状及走向与 定义基本符合。从图4中可见，Ni-Cr薄膜的厚度范围较宽，可以是十几纳米，也可以是一百纳米左右， 薄膜的方阻较小，大约在几个一50D,／em左右；从图3中可得出，Ni—Cr薄膜的厚度较薄，大约在 方阻之间差距较大。 因此通过试验可以得出：在低压电源试验中，薄膜的厚度控制较难，重复性较差，很难控制；而在 高压电源的试验中．薄膜厚度的控制相对较容易，厚度的重复性较好，片面的均匀性较好，因此我们主 要采用在高压电源下进行Ni—Cr薄膜的研究。 胎 如：：：孔约”¨：