采用磁控溅射制备高精度CrSi2薄膜电阻技术研究.pdf

2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 采用磁控溅射制备高精度CrSi2薄膜电阻技 术研究 崔伟。2张峰1 1．中电科技集团电子第二十四所2．军用模拟集成电路国防科技重点实验室 重庆南坪400060 摘要：本文通过对溅射过程中各种条件的选择介绍了如何制备高精度的CrSi。电阻薄膜 的方法。同时简要的介绍了电阻网络的设计方法。 关键词： 溅射、CrSi。薄膜、电阻网络 1引言 随着集成电路的发展，芯片特征尺寸越来越小，对器件精度和稳定性要求也越来越高。 薄膜电阻由于其精度高，在后续工艺中可调，电阻温度系数和跟踪温度系数好等特点而在 集成电路尤其是高精度模拟集成电路的基准源以及放大器中得以广泛的应用。薄膜电阻在 电路设计中一般是以电阻网络的形式出现，而电阻网络中最基本的无源元件就是电阻，因 此必须对电阻及的制作材料和制作工艺进行研究。本文叙述了如何制备高精度CrSi。薄膜 电阻的方法以及如何设计满足要求的薄膜电阻网络。 2表征电阻薄膜的参数 对金属薄膜电阻进行研究，需要对表征其性能的参数进行说明，表征电阻薄膜的参数 有以下几个： 2．1方块电阻 通常用平均方块电阻Rs来标识薄层导电能力的大小。方块电阻定义为长宽相等的方 块薄层的电阻值，其单位为Q／口。根据定义，长为L，宽为w的薄层电阻R由公式(1) 决定： 方块(膜)电阻是材料的基本性能，一般采用四探针法来进行测试。 R：Rs—L (1) ㈣“7 ’ W R N乞R 等=专喜等 2．2电阻精度 电阻精度指电阻值的误差范围，误差越小，则精度愈高。在集成电路设计中，有两种 误差可用来描述电阻膜的精度，即绝对误差和相对误差。单独使用电阻时多数强调电阻的 绝对误差，要求‘=AR越小越好，而使用比电阻网络时则对单个电阻的精度要求可稍微 低一些，只要电阻与电阻之间的匹配精度高就可以了。亦即要求公式(2)的数值越小越 好。 2．3电阻温度系数 电阻温度系数的意义是(1／R)(dR／dT)。电阻温度系数通常用于表征电阻随环境温度 的变化情况。在多数情况下，薄膜的电阻温度系数可以通过改变溅射条件来得到控制，公 式(3)就是电阻温度系数的表征方程。 (3) TCR。!!墨!二墨!! Rrt(T1一m、 -378- 2005年11月 第十四届全国半导体集成电路、硅材料学术会议 珠海 式中Rrt是室温(Trt)下的电阻，Rl是其他温度(T1)下的电阻。另外还包括薄膜电阻 的功率范围、温度范围、噪声频率响应时间、稳定性、电压变化系数、噪声、热效应、失 效性等参数，在本文中不再一一详细阐述。 3电阻薄膜的制备 值范围，其温度系数也各不相同(见表1)。CrSiz薄膜电阻由于其阻值适中，温度系数好 的特点在CMOS和BICMOS集成电路中应用较为广泛。本文以此为例来阐述如何获得方块电 阻在0．5’2KQ／口，温度系数在±10ppm／。C以内的高精度CrSi。电阻薄膜。 表1几种薄膜材料性能表 材料类别 TaN NiCr／NiCrSi CrSi2 方块电阻 1KQ’1MQ 50Q’200Q 500Q’2000Q 标准偏差 ±0．1％ ±0．1％’±0．05％ ±0．1％ 温度系数 ±100ppm／±10ppm／℃ ±lOppm／℃