摘 要：本文介绍了几种集成电路物工艺中高精度电阻和电容的制作方法。

关键词：掺杂；扩散；注入；溅射

1 前言

在集成电路的工艺中，为了提高器件性能，提高集成度，电阻和电容也集成在器件之中。随着线宽不断缩小，对电阻和电容的精度要求也越来越高。本篇介绍了几种制作高精度电阻和电容的制作工艺。

2 高精度电阻的制作

2．1 掺杂法

集成电路中用掺杂法制作电阻,一般采用扩散电阻法和离子注入法。

2．1．1 扩散电阻法

扩散电阻法工艺简单，但精度较低，寄生效应大，面积较大。扩散电阻法常用于双极电路的制作，一般有基区扩散电阻、发射区扩散电阻、基区沟道电阻、外延层电阻和隐埋层电阻。扩散电阻常和工艺中的扩散工艺同时制作，精度ΔR／R可控制在+／-20％以内，电阻温度系数一般在2000ppm／℃左右，对于长方形的扩散电阻，其阻值的计算公式为：R=Rs×L/W，Rs为方块电阻，L和W为长和宽。

2．1．2 离子注入法

离子注入法的优点在于有很好的均匀性和重复性，精度较高，电阻率范围可高可低：50Ω-50kΩ，电阻的温度系数较小。离子注入的方块电阻和注入剂量成反比，有较好的线性关系，通过控制注人剂量可控制电阻大小。离子注入法制作电阻又可分为单晶注入和多晶注入。

(1)单晶注入法

单晶注入法的注入区域为硅衬底，注入杂质可为B、BF2和P，注入后有一步退火用以激活注入杂质。单晶注入的注入剂量和方块电阻的关系如图1所示。单晶离子注入法制作电阻的一般流程为：热氧SiO2生长→光刻电阻区→腐蚀SiO2斗→离子注入→去胶→退火→光刻SiO2开接触孔→溅铝。离子注入的总电阻包括本体电阻、接触区电阻和边缘杂散电阻。对于长方形的离子注人电阻，其阻值仍可用R=Rs×L/W的公式计算。

2)多晶硅注入电阻

如果仅用掺杂硅衬底作电阻，会给设计和布线带来困难。由于多晶硅已广泛使用，掺杂多晶硅不仅可用于MOS管的栅极，而且可制作电阻，这给工艺带来更大的灵活性和可变性。

(3)多晶硅注入电阻的特点

多晶层一般由LPCVD淀积形成。当晶体的淀积温度低于60℃时，呈现无定形硅膜，而高于600℃淀积则是良好的多晶硅，它们的转化温度约在600℃左右。

多晶掺杂可采用杂质源炉管扩散和离子注入，由于炉管掺杂时横向扩散较大，故制作电阻尤其是高精度电阻时常用离子注入法。由于多晶硅存在晶粒间界，晶粒间界处存在势垒，这种势垒对载流子起陷阱作用，使多晶硅和单晶硅在电学特性上有较大的差别，同等掺杂水平下，多晶硅薄膜中的载流子浓度和迁移率小于单晶硅薄膜中的载流子浓度和迁移率，多晶硅电阻高于同等掺杂浓度的体硅电阻。同时，由于杂质在晶粒间界的快扩散，导致了杂质在多晶中的增强扩散。杂质在多晶硅中的扩散深度大于在单晶硅中的扩散深度。影响注入多晶硅电阻率的主要因素有：多晶层厚度，掺杂剂量，退火条件等。

多晶硅薄膜离子注入的退火特性和单晶硅有所不同，主要有以下几个方面：

①多晶硅离子注入射程分布与单晶硅相类同，可以用高斯分布描述；

②退火温度在室温到500℃范围内，B、P注人多晶硅有第一个反退火阶段，即薄层电阻随退火温度的升高而增加。这是因为离子注入损伤可使多晶硅电阻率降低几个数量级，随着退火温度从室温往上增加，辐照损伤减少，从而使电阻率逐步回升，到500℃，大部分辐照损伤被退火掉，因此薄层电阻回到离子注入前的数值；

③在500-800℃退火温度范围内，离子注入多晶硅薄层电阻随退火温度而陡峭下降，这是因为离子注入多晶硅发生再结晶，掺杂元素被激活而形成施主或受主；

④退火温度在800-1000℃，有第二个反退火阶段，B、P注入剂量直到1E15cm-2，As注入剂量直到2E15cm-2，都存在第二个反退火阶段；

⑤在退火温度超过1000℃时，薄层电阻的再度降低，原因是高温退火使多晶硅晶粒增大，激活载流子增加，界面陷阱俘获载流子数目和晶粒间界杂质分凝减小及迁移率增大。

高掺杂时多晶硅膜的电阻率有以下特点：

①当掺杂浓度低于1E20cm-3时，掺B多晶硅的电阻率比掺P和掺As多晶硅的电阻率低；②当掺杂浓度大于3E20cm-3(B、As)和7E20cm-3(P)，多晶硅电阻率趋向于饱和，掺P、As、B多晶硅膜的最低电阻率分别是4E-4，2E-3，2E-3(Ω．cm)；③高掺杂时的电阻率与退火时间无关，退火温度不同将影响电阻率，对于P，退火温度高于900吧以后，即使晶粒仍在继续增加也将不再影响多晶硅膜的电阻率；④高掺杂时P、As、B在多晶硅中的激活载流子浓度与在单晶硅中没有差别；⑤掺P多晶硅的电阻率比同一掺杂水平的掺As、B多晶硅样品的电阻率低。

2．1．3 工艺实验

P多晶注入电阻：

工艺流程：多晶淀积350nm(使用ASM公司LPCVD，淀积温度为620℃，工艺压力133．322Pa×0