JP2010103508A - 半導体装置及びその作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】再度のフォトリソグラフィ工程を必要とせずに特性値を変更することが可能な抵抗体を提供する。
【解決手段】抵抗体は、互いに直列接続された複数の第1の抵抗体ユニットと、前記複数の第1の抵抗体ユニットのうちの一部に並列接続される第2の抵抗体ユニットを有する。そして、半導体集積回路測定後に、必要に応じて前記第2の抵抗体ユニットを電気的に切断する。なお、第1の抵抗体ユニットは、単体の抵抗体から構成されたユニットでも、複数の抵抗体から構成されたユニットでもどちらでも良い。
【選択図】図3

Description

技術分野は、抵抗体及びその作製方法、半導体装置及びその作製方法等に関する。
半導体集積回路を備えた半導体装置は、TFT等のスイッチング素子、容量素子、抵抗体等から構成される。
スイッチング素子、容量素子、抵抗体の特性値は、設計時に決定されるので、通常は半導体集積回路形成後に変更することができない。
そこで、あらかじめ予備の素子群を形成しておき、半導体集積回路の特性評価に応じて予備の素子群を用いて特性を修正する技術が開示されている。(特許文献1)
特開平11−251529号公報
特許文献1に記載の技術では、特性評価の結果に応じて予備の素子群と集積回路を接続するためのコンタクトホール用のマスク及び配線用のマスクを設計しており、回路が完成した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要としてしまうため煩雑である。
そこで、回路が完成した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要とせずに特性値を変更することが可能な抵抗体を提供することを目的とする。
まず、複数の抵抗体ユニット(第1の抵抗体ユニット)を直列接続する。
なお、抵抗体ユニットは、単体の抵抗体から構成されたユニットでも、複数の抵抗体から構成されたユニット(例えば、複数の抵抗体が並列接続された構成)でもどちらでも良い。
そして、前記複数の抵抗体ユニットのうちの一部の抵抗体ユニットに並列接続される第2の抵抗体ユニットを設ける。
なお、前記第2の抵抗体ユニットの抵抗値は、前記第1の抵抗体ユニットの抵抗値よりも低い。
そして、半導体集積回路測定後に、必要に応じて前記第2の抵抗体ユニットを電気的に切断すれば良い。
また、他の形態として、第1の抵抗体ユニットを、複数の抵抗体からなるものとする。そして、第1の抵抗体ユニットを構成する配線または抵抗体の一部を電気的に切断しても良い。
開示する発明の1つは、直列接続された複数の第1の抵抗体ユニットと、前記複数の第1の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続される第2の抵抗体ユニットと、を有し、前記第2の抵抗体ユニットの抵抗値は、前記第1の抵抗体ユニットの抵抗値よりも低い半導体装置である。
また、開示する発明のうちの他の1つは、直列接続された複数の第1の抵抗体ユニットと、前記複数の第1の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続され、前記第1の抵抗体ユニットの抵抗値よりも抵抗値が低い第2の抵抗体ユニットと、を形成した後、前記第2の抵抗体ユニットを電気的に切断する半導体装置の作製方法である。
また、前記第1の抵抗体ユニットをシリコン層とし、前記第2の抵抗体ユニットを金属層とすると好ましい。
また、開示する発明のうちの他の1つは、複数の抵抗体を配線を用いて並列接続したユニットを、複数直列接続した構造を形成し、前記抵抗体又は前記配線の一部を電気的に切断する半導体装置の作製方法である。
開示する発明の抵抗体は、回路が完成した後に再度のフォトリソグラフィ工程を必要とせずに特性値を変更することが可能である。
なお、切断を行う場合、その方法は特に限定されないが、レーザーカットを行うと素子の封止後であっても特性の変更が可能となるので好ましい。
抵抗体の一例 抵抗体の上面図及び回路図の一例(切断前) 抵抗体の上面図及び回路図の一例(切断後) 抵抗体の上面図及び回路図の一例(切断前) 抵抗体の上面図及び回路図の一例(切断後) 半導体装置の一例 抵抗体の一例
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
但し、開示する発明は以下の説明に限定されないこと、並びに、開示する発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。
従って、開示する発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態においては、抵抗体の構成について説明する。
図1(A)は抵抗体の上面図であり、図1(B)は図1(A)の縦断面図である。
抵抗体は金属層101(第2の導電層)、不純物がドープされたポリシリコンまたはアモルファスシリコンからなるシリコン層102(第1の導電層)、金属層101とシリコン層102を接続する導電物103からなる。
金属層101としては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉄等を用いることができる。
抵抗体のシリコン層102にはドープする不純物、ドーズ量等のイオン注入の条件を適宜設定する事により抵抗体を所望の値に設定することができる。
不純物の種類としては、シリコンにN型の導電性を付与する場合は燐、砒素等を含む不純物を用いることができ、シリコンにP型の導電性を付与する場合はボロン等を含む不純物を用いることができる。
導電物103は金属層101と同様の材料を用いることができる。金属層101と導電物103を同一膜から形成しても良い。
なお、本実施の形態では、第1の導電層をシリコン層とし、第2の導電層を金属としたが、第1の導電層の抵抗値(又は抵抗率)よりも第2の導電層の抵抗値(又は抵抗率)が低ければどのような材料を用いても良い。(特に、半導体はシリコン以外でも良く、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム等も当然用いることができる。)
例えば、第1の導電層及び第2の導電層を両方とも半導体層とし、第1の導電層の結晶性を、第2の導電層の結晶性よりも低くすることにより抵抗値(又は抵抗率)に差をつけてもよい。
なお、結晶性は、単結晶、多結晶、微結晶、非晶質の順に低くなる。結晶性が低いほど抵抗値(又は抵抗率)が高くなる。
また、第1の導電層及び第2の導電層を両方とも半導体層とし、第1の導電層に添加する不純物の濃度を、第2の導電層に添加する不純物の濃度よりも低くすることにより抵抗値(又は抵抗率)に差をつけてもよい。この場合においても、第1の導電層の結晶性を、第2の導電層の結晶性よりも低くしても良い。
また、第1の導電層及び第2の導電層を両方とも金属とし、第1の導電層を窒化又は酸化することにより抵抗値(又は抵抗率)に差を付けても良い。
また、第1の導電層からなる抵抗体と、第2の導電層からなる抵抗体が並列に接続されているとき、第2の導電層からなる抵抗体の抵抗が無視できるくらい抵抗値(又は抵抗率)に差があると好ましい。
第2の導電層が第1の導電層より抵抗値が非常に低ければ、第2の導電層の抵抗値を無視できる。第1の導電層の抵抗率が第2の導電層の抵抗率の100倍以上あれば抵抗値が無視できるといって良い。例えば、ドープしたシリコンの抵抗率は(ドープした不純物量に左右されるが)10Ωm〜10Ωm程度であり、金属の抵抗率は10−8Ωm〜10−7Ωm程度であることを考慮すると、ドープしたシリコンと金属との組み合わせであれば充分すぎるほど抵抗値を無視できるといえる。なお、多くの物質の抵抗率は公知であるので、当業者は適宜最適な組み合わせを選択できる。
なお、抵抗値の事後調整という観点から考えると、第2の導電層が第1の導電層より抵抗値が低い状態とすればどのような形態でも適用可能である。(なぜなら、第2の導電層の抵抗値を無視できなくとも、第1の導電層の抵抗値と第2の導電層の抵抗値とに差があれば、切断による抵抗値の事後調整が可能だからである。)
図2(A)は抵抗体109、抵抗体110、抵抗体111、抵抗体112、抵抗体113を第2の抵抗体ユニット108で接続し、抵抗体111から終点105を接続し所望の値にした抵抗体群となっている。なお、抵抗体109〜113は第1の抵抗体ユニット107と、金属層と第1の抵抗体ユニット107とを電気的に接続する導電物106とを有している。
よって、第2の抵抗体ユニット108で抵抗体111から終点105を接続している事により、図2(A)の抵抗体群は始点104から終点105までは抵抗体109の抵抗値(又は抵抗率)と抵抗体110の抵抗値(又は抵抗率)を足した抵抗値(又は抵抗率)となっている。
つまり、直列接続された抵抗体群(抵抗体109、抵抗体110、抵抗体111、抵抗体112、抵抗体113)を有する。
そして、直列接続された抵抗体群のうち一部の抵抗体群と並列接続された第2の抵抗体ユニット108を少なくとも1つ有する。なお、本実施の形態では第1及び第2の抵抗体ユニットを単体の抵抗体からなるものとしたが、第1及び第2の抵抗体ユニットを並列接続された抵抗体からなるものとしても良い。
また、図2(A)のように、半導体装置製造工程終了後にレーザービーム照射予定位置114をマスクレイアウト時に確保しておかなければならない。
図2(B)は図2(A)を回路図としてあらわしている。
第2の抵抗体ユニット108の抵抗値(又は抵抗率)は第1の抵抗体ユニット107よりも抵抗値(又は抵抗率)が非常に低く抵抗としてみなしていない。
マスクレイアウトを図2(A)のように設計し、半導体装置製造工程を進める。
半導体装置製造工程終了後の評価、及び検査等のときに、マスクレイアウトで設定した抵抗値(又は抵抗率)が半導体装置製造工程時の特性ばらつきにより、意図した値ではないことがある。
図2(A)の第2の抵抗体ユニット108のレーザービーム照射予定位置114をレーザービームにより分断する事により、抵抗体群が図3(A)となり抵抗値(又は抵抗率)を抵抗体109、抵抗体110、抵抗体111、抵抗体112、抵抗体113の抵抗値(又は抵抗率)を足した値を、始点104から終点105までの抵抗値(又は抵抗率)とすることが半導体装置製造工程終了後において可能である。
図3(B)は、図3(A)の回路図となっている。
(実施の形態2)
図4(A)は抵抗体を並列に接続したものを並列抵抗体ユニット116、並列抵抗体ユニット117、並列抵抗体ユニット118とし、各並列抵抗体ユニットを配線で接続し、所望の値にした抵抗体素子となっている。
図4(B)は図4(A)を回路図としてあらわしている。
配線の抵抗値(又は抵抗率)は抵抗体よりも抵抗値(又は抵抗率)が非常に低く抵抗としてみなしていない。
マスクレイアウトを図4(A)のように設計し、半導体装置製造工程を進める。
半導体装置製造工程終了後の評価、及び検査等のときに、マスクレイアウトで設定した抵抗値(又は抵抗率)では半導体装置製造工程時の特性ばらつきにより、意図した値ではないことがある。
図4(A)の金属配線のレーザービーム照射予定位置119をレーザービームにより分断する事により、抵抗体群が図5(A)となり、始点120から終点121までの抵抗値(又は抵抗率)を並列抵抗体ユニット116抵抗値(又は抵抗率)と並列抵抗体ユニット117の抵抗値(又は抵抗率)と並列抵抗体ユニット118の倍の抵抗値(又は抵抗率)を足した抵抗値(又は抵抗率)にすることが半導体装置製造工程終了後において可能である。
本実施の形態では、レーザー照射予定位置を定めたが、レーザービームによる分断箇所は任意であり、必要とする値になるよう配線にレーザー照射を行えばよい。
図5(B)は、図5(A)の回路図となっている。
なお、本実施の形態では、レーザービームを用いて金属層を分断したが、ハサミ、カッター、針等による切断等を用いても良い。
ただし、ハサミ、カッター、針等を用いると切断時の応力により、抵抗体の周りに配置された回路まで破壊されてしまうおそれがある。
また、封止後に、ハサミ、カッター、針等を用いた切断を行うと、封止がやぶられてしまうので封止の意味がなくなってしまう。
よって、レーザービームを用いた切断の方が、応力破壊及び封止破壊の問題を生じることなく切断を行えるので好ましい。
(実施の形態3)
本実施形態では実施の形態1又は実施の形態2の抵抗体を用いた半導体装置の一例について説明する。
図6は、複数の薄膜トランジスタのうちの1つと、実施の形態1又は実施の形態2の抵抗体のうちの1つと、を示す図である。
図6に記載の半導体装置は、基板300上に、下地絶縁膜301、半導体層302aとゲート絶縁膜302bとゲート電極302cとが順次積層された薄膜トランジスタ302、抵抗体を含む層303、層間絶縁膜304、配線305a〜305dを有する。
そして、基板300上に下地絶縁膜301が設けられており、下地絶縁膜301上に薄膜トランジスタ302及び抵抗体を含む層303が設けられており、薄膜トランジスタ302上及び抵抗体を含む層303上に層間絶縁膜304が設けられており、層間絶縁膜304上に配線305a〜305dが設けられている。
基板300としては、ガラス基板、石英基板、樹脂基板、金属基板等を用いることができる。
レーザービームを用いた切断を行うのであればガラス基板、石英基板、樹脂基板等の透光性を有する基板を用いると基板側からレーザービームを照射して切断することができるので好ましい。
下地絶縁膜301としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等を適用することができる。
半導体層302aは、シリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、有機半導体(例えば、ペンタセン等)等を用いることができる。
ゲート絶縁膜302bとしては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム等を用いることができる。
ゲート電極302cとしては、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉄、シリコン等を用いることができる。
なお、本実施の形態では薄膜トランジスタ302をトップゲート型としたが、ボトムゲート型としても良い。また、必要に応じて半導体層302aにLDD領域を設けても良い。
抵抗体を含む層303は、半導体層302aと同様の材料を用いることができる。また、抵抗体を含む層303を半導体層302aと同一工程で作製すると工程数を減らすことができ好ましい。
なお、本実施の形態において、抵抗体を含む層303を半導体層としたが、抵抗体を含む層303をゲート電極と同一工程で形成し、その後抵抗体を含む層303だけを窒化又は酸化しても良い。この場合、抵抗体を含む層303はゲート絶縁膜302b上に形成されることになる。
層間絶縁膜304は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、樹脂膜等を用いることができる。
配線305a〜305dは、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、タンタル、カドミウム、亜鉛、鉄、シリコン等を用いることができる。
なお、下地絶縁膜301、半導体層302a、ゲート絶縁膜302b、ゲート電極302c、抵抗体を含む層303、層間絶縁膜304、又は配線305a〜305dは、単層構造でも積層構造でもどちらでも良い。
また、本実施の形態のうちの一の形態として、抵抗体を含む層303が第1の導電層に対応し、配線305c及び配線305dが第2の導電層に対応する構成とする。
よって、配線305c及び配線305dの抵抗値(又は抵抗率)は、抵抗体を含む層303の抵抗値(又は抵抗率)よりも低い。
また、薄膜トランジスタ及び抵抗体を有する半導体集積回路が完成した後、エポキシ樹脂、プリプレグ等の絶縁体で半導体集積回路を封止することにより半導体集積回路を保護することができる。
また、半導体集積回路がアクティブマトリクス型表示装置である場合は、例えば、対向基板及びシール材を用いて封止を行う。
(実施の形態4)
実施の形態3の変形例として、抵抗体を含む層303内に、抵抗値(又は抵抗率)が高い複数の第1の領域と、抵抗値(又は抵抗率)が低い複数の第2の領域とを形成する構成としても良い。
この場合、複数の第1の領域を直列接続するとともに、複数の第1の領域のうちの一部と、複数の第2の領域のうちの一部とを並列接続する構成とすれば良い。
つまり、第1の領域が第1の導電層(抵抗体)に対応し、第2の領域が第2の導電層(配線)に対応した構成となる。
当該構成の作製方法の一例について説明する。
図7は、図6の抵抗体を含む層303が形成される領域を抜き出した図である。
図7(A)は、層間絶縁膜304を形成した直後の図である。
図7では、抵抗体を含む層303として結晶性半導体を用いる。
そして、図7(A)の工程の後、層間絶縁膜304及びゲート絶縁膜302bに、抵抗体を含む層303に達するコンタクトホールと、抵抗体を含む層303に達する開口部を形成する。(図7(B))
開口部は、第1の領域11と重なる領域に形成される。
また、抵抗体を含む層303に達するコンタクトホールと、抵抗体を含む層303に達する開口部と、を薄膜トランジスタに達するコンタクトホールの形成工程と同時に形成すると工程数が削減できるので好ましい。
次に、層間絶縁膜304上に、抵抗体を含む層303に達するコンタクトホールを介して抵抗体を含む層303に電気的に接続される配線305c及び305dを形成する。
配線305c及び305dは、層間絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜上にマスクを形成し、前記マスクを用いて前記導電膜をエッチングすることにより形成する。
マスクとしては、フォトレジスト等の有機膜マスクを用いる。若しくは、酸化珪素膜、窒化珪素膜、金属膜等の無機膜マスクを用いても良い。
次に、開口部において露出した抵抗体を含む層303に導電性を付与しない不純物を添加することによって、結晶性半導体を破壊して非結晶性半導体領域303aを形成する。(図7(C))
導電性を付与しない不純物としては、水素または希ガス(ヘリウム、アルゴン等)等が適用できる。
以上のようにして、非晶質半導体からなる第1の領域11と結晶性半導体からなる第2の領域12、第3の領域13とを作り分けることができる。なお、導電性を付与しない不純物を添加することに替えて、酸素プラズマ処理又は窒素プラズマ処理を適用して、半導体層の表面のみを酸化又は窒化させても良い。半導体層の表面のみを酸化又は窒化させると、半導体層の厚さが薄くなるので抵抗値が上昇することになる。なお、プラズマ処理に替えて酸素雰囲気又は窒素雰囲気内で加熱を行っても良い。
なお、抵抗体を含む層303を金属層(例えばゲート電極と同一工程で形成した金属層)としても良い。
この場合、酸素プラズマ処理又は窒素プラズマ処理を適用して、金属層の表面のみを酸化又は窒化させると良い。プラズマ処理に替えて酸素雰囲気又は窒素雰囲気内で加熱を行っても良い。なお、窒化金属又は酸化金属は導電性を示すので、金属層全てを窒化又は酸化させても良い。
なお、ゲート絶縁膜(絶縁表面)上に抵抗体を含む層を形成し、前記抵抗体を含む層上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜に抵抗体を含む層に達するコンタクトホール及び抵抗体を含む層に達する開口部を形成し、前記層間絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜上にマスクを形成し、マスクが残存した状態において前記開口部において露出した前記抵抗体を含む層を酸化又は窒化させる構成とすると、配線がマスクで保護されるので好ましい。
特に、フォトレジストマスクが残存した状態において酸素プラズマ処理を行えば、フォトレジストを除去すると同時に抵抗体を含む層を酸化することができるので好ましい。
(実施の形態5)
半導体集積回路に抵抗を設ける理由は回路に所望の動作をさせるためである。
ところが、半導体集積回路を作製してみると、製造工程上の不確定要素(不純物汚染、フォトレジスト露光時の寸法ズレ等)により素子特性(特に薄膜トランジスタの特性)がばらつく場合がある。
そのため、素子特性のばらつきに起因して、回路設計時に想定していた抵抗値では半導体集積回路が所望の動作をしなくなるおそれがある。
そこで、実施の形態1乃至4の方法を用いて抵抗体群を可変抵抗体素子とすることによって、事後的に抵抗値を調整できるようになる。
(実施の形態6)
実施の形態1乃至5では直列接続された複数の抵抗体ユニットのうち一部の抵抗体ユニットに並列接続される配線を物理的に切断する方法を用いた。
直列接続された複数の抵抗体ユニットのうち一部の抵抗体ユニットに並列接続される配線の間にヒューズ素子又はスイッチング素子(トランジスタ等)等を挟んでも良い。
ヒューズ素子は、配線内において、他の領域より膜厚が薄いヒューズ領域を設けておけば良い。ヒューズ素子としては抵抗率の低い配線等を用いることができる。配線としては半導体、金属等を用いることができる。少ない発熱で溶断が可能になるように配線幅はできるだけ細い方がよく、1μm以下であることが望ましい。
他の領域より薄い領域に過大な電流を印加すると、ヒューズ領域が熔融切断されて配線に電流が流れなくなる。
スイッチング素子を用いる場合、スイッチのオン、オフにより抵抗を可変にできる。スイッチング素子を用いると抵抗の変更を何度もできる点で優れている。
一方、スイッチング素子を動作させるための配線を設ける必要する点を考慮すると、配線を切断する構成の方が優れる。
特に封止後に切断ができる点では、レーザー切断を用いる構成、ヒューズ素子を用いる構成等が優れている。
それぞれの構成に一長一短があるので、目的に応じて適宜使い分けると好ましい。
11 第1の領域
12 第2の領域
13 第3の領域
101 金属層
102 シリコン層
103 導電物
104 始点
105 終点
106 導電物
107 第1の抵抗体ユニット
108 第2の抵抗体ユニット
109 抵抗体
110 抵抗体
111 抵抗体
112 抵抗体
113 抵抗体
114 レーザービーム照射予定位置
116 並列抵抗体ユニット
117 並列抵抗体ユニット
118 並列抵抗体ユニット
119 レーザービーム照射予定位置
120 始点
121 終点
300 基板
301 下地絶縁膜
302 薄膜トランジスタ
303 抵抗体を含む層
304 層間絶縁膜
302a 半導体層
302b ゲート絶縁膜
302c ゲート電極
305a 配線
305b 配線
305c 配線
305d 配線

Claims (6)

  1. 直列接続された複数の第1の抵抗体ユニットと、
    前記複数の第1の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続される第2の抵抗体ユニットと、を有し、
    前記第2の抵抗体ユニットの抵抗値は、前記第1の抵抗体ユニットの抵抗値よりも低いことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1の抵抗体ユニットは、半導体層であり、
    前記第2の抵抗体ユニットは、金属層であることを特徴とする半導体装置。
  3. 直列接続された複数の第1の抵抗体ユニットと、
    前記複数の第1の抵抗体ユニットのうちの一部と並列接続され、前記第1の抵抗体ユニットの抵抗値よりも抵抗値が低い第2の抵抗体ユニットと、を形成した後、
    前記第2の抵抗体ユニットを電気的に切断することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  4. 請求項3において、
    前記第1の抵抗体ユニットは、半導体層であり、
    前記第2の抵抗体ユニットは、金属層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
  5. 複数の抵抗体を配線を用いて並列接続したユニットを、複数直列接続した構造を形成し、
    前記抵抗体又は前記配線の一部を電気的に切断することを特徴とする半導体装置の作製方法。
  6. 請求項5において、
    前記抵抗体は、半導体層であり、
    前記配線は、金属層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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