JP2011124502A - Resistive element, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は抵抗素子及びその製造方法に係り、特にポリシリコン層を抵抗層とする抵抗素子において、10MΩ/□以上の高いシート抵抗を実現した抵抗素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a resistance element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a resistance element that achieves a high sheet resistance of 10 MΩ / □ or more in a resistance element having a polysilicon layer as a resistance layer, and a method for manufacturing the same.
半導体基板上に能動素子などと集積化される抵抗素子では、抵抗層にポリシリコン層を用いたものが知られている。 As a resistance element integrated with an active element or the like on a semiconductor substrate, a resistance element using a polysilicon layer is known.
図9は従来の抵抗素子50を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a
半導体基板51上に絶縁膜52を介して不純物をドープしたポリシリコン層53が設けられる。ポリシリコン層53はその形状(長さ及び幅)と、ドープされた不純物濃度によって所望のシート抵抗が得られるよう、設計されている。
A
ポリシリコン層53上は絶縁膜54で覆われ、所望の位置を開口して、高濃度不純物領域55および、能動素子等に接続する第1配線層57および第2配線層58が設けられる(例えば特許文献1参照)。
The
図10を参照して、上記の抵抗素子の製造方法は以下の通りである。 With reference to FIG. 10, the manufacturing method of said resistance element is as follows.
半導体基板51上に絶縁膜52を形成し、ポリシリコン層53を堆積する。ポリシリコン層53に不純物(例えばリン(P)、ドーズ量:1E13cm−2程度)を導入する。ポリシリコン層53をフォトリソグラフィ工程により所望の形状にパターニングする(図10(A))。
An
ポリシリコン層53上を絶縁膜54で被覆し、所望の位置に開口部を設ける。開口部に不純物を注入し、高濃度不純物領域55を形成する。その後全面にアルミニウム層などの金属層56を形成し、フォトリソグラフィ工程により第1配線層57および第2配線層57部分にレジストマスクM6を設けて、ドライエッチングを行う(図10(B))。これにより金属層56がパターニングされ、第1配線層57、第2配線層58が形成される。その後、O2プラズマアッシングなどにより、レジストマスクPRを除去する(図10(C))。
The
従来のポリシリコン層53を抵抗層とする抵抗素子50は、ポリシリコン層53のシート抵抗を例えば10MΩ/□以上まで高くしたい場合、所望のシート抵抗が得られない問題があった。
The
この理由として、以下のことが考えられた。抵抗素子50の両端は、電極又は配線となる金属層(アルミニウム層)56が設けられる。金属層56は、抵抗素子50の全面に設けた後、電極又は配線として必要な形状のみ残るようにレジストマスクPRを設けてドライエッチングされ、パターニングされる。つまり、レジストマスクPRが設けられない領域では金属層56のドライエッチングや、レジストマスクPRを除去するためのO2プラズマアッシングの影響を受け、特性が変動する場合がある。
The reason was considered as follows. Both ends of the
具体的には、抵抗素子50の両端に第1配線層57、第2配線層58を形成する場合には、2つの電極間に延在するポリシリコン層53上の絶縁膜54の上にレジストマスクPRは設けられない(図10(B)参照)。
Specifically, when the
この状態で、金属層56のドライエッチングを行うと、ドライエッチングの最終段階で、正の電荷が絶縁膜(例えば酸化膜)54中に入りこみ、絶縁膜が帯電する。また、レジストマスクM6を除去する際のO2プラズマアッシングによっても(図10(C))、正の電荷が絶縁膜54中に入りこみ、これによっても絶縁膜54が帯電する。
When dry etching of the
図11は、最終構造において絶縁膜54が帯電した様子を示す断面図である。絶縁膜54が帯電すると、表面(露出している側)が正に、ポリシリコン層に接触している側は負に分極する。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing how the
分極した絶縁膜54中の電荷の影響で、ポリシリコン層53表面近傍の電子が下方へ追いやられ、表面近傍に空乏化した領域61が生じるとともにポリシリコン層53中に電子が高濃度に蓄積された領域62が現れる。厚みが5000Å程度のポリシリコン層53では、空乏化した領域61によって電流経路が狭まることによって増加する抵抗より電子が高濃度に蓄積された領域62による抵抗低下が勝り、電子が高濃度に蓄積された領域62においてポリシリコンの比抵抗が低下するため、抵抗素子50のシート抵抗が低下してしまうと考えられた。
Due to the influence of charges in the polarized
具体的には、ポリシリコン層53による抵抗層で、10MΩ/□以上の高いシート抵抗を得ようとしても、設計値より2桁以上小さいシート抵抗しか得られなかった。このような場合は、ポリシリコン層のパターンを長くせざるを得ず、チップ上で相当な占有面積を確保する必要があった。
Specifically, even when trying to obtain a high sheet resistance of 10 MΩ / □ or more with the resistance layer formed of the
また、同一半導体基板(チップ)上に、異なるシート抵抗を有する複数の抵抗素子50a、50bを配置する場合には、ポリシリコン層53にドープする不純物濃度を異ならせる必要がある。
Further, when a plurality of resistance elements 50a and 50b having different sheet resistances are arranged on the same semiconductor substrate (chip), it is necessary to make the impurity concentration doped in the
図12は、従来の複数の抵抗層53a、53bの製造工程を示す図であり、これを用いて説明する。製造工程上、ポリシリコン層53のパターンニングは不純物ドープ後にする必要があり、異なるシート抵抗の抵抗層53a、53bを得るには、所望の領域が開口したマスクM7を設けてイオン注入した後(図12(A)、マスクM7を除去し、他の領域が開口した新たなマスクM8を設けて他の条件でイオン注入を行い(図12(B))、不純物拡散するという複数のイオン注入工程を経る必要があった。
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of a plurality of
この場合、不純物は図12(C)の破線の如く拡散し、隣接する複数の抵抗層53a、53bの端部では、不純物の横拡散(基板表面に対して水平方向の拡散)によって、互いに異なる濃度の不純物の影響を受ける場合がある。このため、パターニング後の距離として、所定の距離L’で離間する必要があった。
In this case, the impurities diffuse as indicated by broken lines in FIG. 12C, and differ from each other due to the lateral diffusion of impurities (diffusion in the horizontal direction with respect to the substrate surface) at the ends of the
具体的には、その後の工程でポリシリコン層53をパターニングする際、不純物濃度が変動した端部を除去するとしても、抵抗層53a、53bの距離L’は、10μm以上(ポリシリコン層の厚みが5000Åの場合)確保する必要があった。
Specifically, when patterning the
このため、チップ上の抵抗素子0a、50bの微細化に限界があり、チップサイズの小型化が進まない問題があった。 For this reason, there is a limit to miniaturization of the resistance elements 0a and 50b on the chip, and there is a problem that the chip size cannot be reduced.
さらに、製造工程上においてもフォトリソグラフィ工程とイオン注入工程が複数回(抵抗素子の数分)必要であり、工程数が増加する問題もあった。 Furthermore, the photolithography process and the ion implantation process are required a plurality of times (for the number of resistance elements) in the manufacturing process, and there is a problem that the number of processes increases.
本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第1に、半導体基板と、該半導体基板上に設けられた第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に設けられて直線部と曲折部を有し、不純物が導入されたポリシリコン層と、該ポリシリコン層の一端にコンタクトする第1配線層と、該第1配線層と離間して前記ポリシリコン層の他端にコンタクトする第2配線層と、前記ポリシリコン層上に設けられた第2絶縁膜と、前記第1配線層と前記第2配線層の間に延在する前記ポリシリコン層上に前記曲折部が露出するように前記第2絶縁膜を介して設けられた保護層と、を具備することにより解決するものである。 The present invention has been made in view of the various circumstances described above. First, a semiconductor substrate, a first insulating film provided on the semiconductor substrate, and a linear portion provided on the first insulating film. And a polysilicon layer into which impurities are introduced, a first wiring layer in contact with one end of the polysilicon layer, and a contact with the other end of the polysilicon layer apart from the first wiring layer The bent portion is exposed on the second wiring layer, the second insulating film provided on the polysilicon layer, and the polysilicon layer extending between the first wiring layer and the second wiring layer. Thus, the problem is solved by including a protective layer provided via the second insulating film.
第2に、半導体基板上に第1絶縁膜を形成する工程と、該第1絶縁膜上に直線部と曲折部を有し不純物が導入されたポリシリコン層を形成する工程と、該ポリシリコン層上に第2絶縁膜を形成する工程と、該第2絶縁膜上の一部に、前記ポリシリコン層の一部がそれぞれ露出する第1開口部および第2開口部を形成する工程と、前記第1開口部と前記第2開口部間に延在する前記ポリシリコン層上に前記曲折部が露出するように前記第2絶縁膜を介して保護層を形成する工程と、を具備することにより解決するものである。 Second, a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a polysilicon layer having a straight portion and a bent portion on which impurities are introduced, and the polysilicon. Forming a second insulating film on the layer; forming a first opening and a second opening in which part of the polysilicon layer is exposed on a part of the second insulating film; Forming a protective layer via the second insulating film so that the bent portion is exposed on the polysilicon layer extending between the first opening and the second opening. It solves by.
本実施形態に依れば以下の効果が得られる。 According to this embodiment, the following effects can be obtained.
第1に、抵抗素子の抵抗層の上方を保護層で覆うことにより、抵抗素子の電極等の金属層をパターニングするドライエッチングや、レジストマスク除去のO2プラズマアッシングによって抵抗層が受ける帯電の影響を大幅に低減できる。これにより、10MΩ/□以上の高いシート抵抗を確保できる。 First, by covering the upper side of the resistance layer of the resistance element with a protective layer, the influence of the charging on the resistance layer by dry etching for patterning a metal layer such as an electrode of the resistance element or O2 plasma ashing for removing the resist mask is affected. It can be greatly reduced. Thereby, a high sheet resistance of 10 MΩ / □ or more can be ensured.
このとき、直線部と曲折部を有する抵抗層において、変動要因が多い曲折部にも保護層を設けると、曲折部においてシート抵抗が高くなる。つまり曲折部においてシート抵抗の変動が生じると、抵抗層全体としての変動が大きくなってしまう問題がある。 At this time, in the resistance layer having the straight portion and the bent portion, if the protective layer is also provided in the bent portion having many fluctuation factors, the sheet resistance is increased in the bent portion. That is, when the sheet resistance fluctuates in the bent portion, there is a problem that the fluctuation of the entire resistance layer is increased.
そこで、曲折部において保護層を設けず、曲折部を露出させることによって、曲折部のシート抵抗を低減させる。曲折部のシート抵抗が種々の変動要因で変動した場合であっても、この部分のシート抵抗は小さいため、抵抗層全体に与える影響を小さくすることができる。 Therefore, the sheet resistance of the bent portion is reduced by exposing the bent portion without providing a protective layer in the bent portion. Even when the sheet resistance of the bent portion varies due to various fluctuation factors, since the sheet resistance of this portion is small, the influence on the entire resistance layer can be reduced.
第2に、保護層に所望の固定電位を印加することで所望のシート抵抗を得ることができ、固定電位の印加でシート抵抗の調整が可能となるので、抵抗素子としてのシート抵抗のばらつきを低減できる。 Second, a desired sheet resistance can be obtained by applying a desired fixed potential to the protective layer, and the sheet resistance can be adjusted by applying a fixed potential. Can be reduced.
第3に、同一半導体基板上に、同一の不純物濃度のポリシリコン層を有する一の抵抗素子と他の抵抗素子を設け、それぞれの保護層に異なる電位を印加することで、同一基板上に集積化された複数の抵抗素子において異なるシート抵抗を与えることができる。 Third, one resistor element having a polysilicon layer with the same impurity concentration and another resistor element are provided on the same semiconductor substrate, and different potentials are applied to the respective protective layers, thereby being integrated on the same substrate. Different sheet resistances can be provided in the plurality of resistance elements.
従来では異なるシート抵抗の抵抗層を得るために、ポリシリコン層にドープする不純物濃度を異ならせており、ポリシリコン層は、所定の距離(例えば10μm以上)で離間する必要があったため、チップ上の微細化が図れなかった。 Conventionally, in order to obtain resistance layers having different sheet resistances, the impurity concentration doped in the polysilicon layer is made different, and the polysilicon layer has to be separated by a predetermined distance (for example, 10 μm or more). It was not possible to reduce the size.
しかし、本実施形態によれば、同一の不純物注入条件で形成したポリシリコン層であっても複数の抵抗層が得られるので、ポリシリコン層の離間距離を低減でき、抵抗素子の小型化によりチップ上の占有面積を縮小できる。 However, according to the present embodiment, a plurality of resistance layers can be obtained even with a polysilicon layer formed under the same impurity implantation conditions, so that the separation distance of the polysilicon layer can be reduced, and the chip can be reduced by downsizing the resistance element. The upper occupied area can be reduced.
第4に、抵抗層上を覆う保護層は、抵抗素子の電極又は配線となる金属層と同じ金属層であり、電極又は配線のパターニングのマスクを変更するのみで形成できる。 Fourth, the protective layer covering the resistance layer is the same metal layer as the metal layer that becomes the electrode or wiring of the resistance element, and can be formed only by changing the patterning mask of the electrode or wiring.
第5に、同一基板上に集積化され、異なるシート抵抗を有する複数の抵抗素子の抵抗層(ポリシリコン層)を、同一工程、同一条件で形成できる。すなわち、同条件で形成された複数のポリシリコン層であっても、それぞれの保護層に印加する固定電位を異ならせることで、それぞれ異なるシート抵抗を与えることができる。 Fifth, resistance layers (polysilicon layers) of a plurality of resistance elements integrated on the same substrate and having different sheet resistances can be formed in the same process and under the same conditions. That is, even if a plurality of polysilicon layers are formed under the same conditions, different sheet resistances can be given by different fixed potentials applied to the respective protective layers.
従来では異なるシート抵抗の抵抗層を得るために、抵抗層ごとにマスクを設けて所望の不純物濃度の不純物を導入する必要があったが、本実施形態によれば抵抗層全体として同一条件で不純物の注入及び拡散工程を行い、所望の形状にパターニングするのみでよく、製造工程の簡略化が実現する。 Conventionally, in order to obtain resistance layers having different sheet resistances, it has been necessary to provide a mask for each resistance layer and introduce an impurity having a desired impurity concentration. It is only necessary to perform the implantation and diffusion process and patterning into a desired shape, thereby simplifying the manufacturing process.
図1から図8を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
まず、図1から図3を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態の抵抗素子を示す図であり、図1(A)が平面図、図1(B)が図1(A)のa−a線断面図である。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating a resistance element according to a first embodiment, in which FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG.
抵抗素子10は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロホン(ECM:不図示)に接続してインピーダンス変換と増幅を行う増幅素子を構成するJ−FET20などと同一基板に集積化され、入力抵抗としてJ−FET20のゲートGと接地間に並列に接続されるものである。J−FET20は、ゲートG、ソースS、ドレインDが櫛状に配置され、ゲートGがECMの一端に接続し、ソースSが接地される。
For example, the
抵抗素子10は、半導体基板1と、第1絶縁膜2と、ポリシリコン層3と、第1配線層7と、第2配線層8と、第2絶縁膜4と、保護層9と、を有する。
The
半導体基板1は、p型またはn型の例えばシリコン半導体基板である。半導体基板1は、ノンドープでもよく、また炭化珪素(SiC)半導体基板、化合物半導体基板、サファイア基板でもよい。 The semiconductor substrate 1 is a p-type or n-type, for example, a silicon semiconductor substrate. The semiconductor substrate 1 may be non-doped, or may be a silicon carbide (SiC) semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate, or a sapphire substrate.
第1絶縁膜2は、半導体基板1上に設けられた例えばCVD酸化膜である。ポリシリコン層3は、第1絶縁膜2上に設けられ、直線部3sと曲折部3tを有し、これらが連続する形状にパターニングされる。ポリシリコン層3は、限られたチップ面積内で、抵抗層として必要な長さを確保するために、例えば図1(A)の如く、直線部3sが複数回折り返して延在(蛇行)するパターンのほか、チップ辺に沿ってL字状若しくはコの字状又は略矩形に延在するパターンなどに設けられる。
The first
ここで、本実施形態の直線部3sとは、ポリシリコン層3のパターンが線幅w以上の長さで第1の方向に延在する部分をいう。
Here, the
また、曲折部3tとは、第1の方向から例えば略直角又はそれ以下の角度で第2の方向に延在方向が変化する場合における曲折した部分、すなわち折り返しが生じる部分をいう。
The
ポリシリコン層3には、不純物(例えばリン(P)、ドーズ量:1E13cm−2程度)が注入され、導電化されている。ポリシリコン層3の厚みは、例えば5000Åである。ポリシリコン層3は、第2絶縁膜(例えば酸化膜)4で覆われ、第2絶縁膜4には、ポリシリコン層3の一部が露出する第1開口部OP1および第2開口部OP2がそれぞれ離間して設けられる。
Impurities (for example, phosphorus (P), dose: about 1E13 cm −2 ) are implanted into the
第1配線層7は、第1開口部OP1を介してポリシリコン層3の一端とコンタクトし、第2配線層8は、第2開口部OP2を介してポリシリコン層3の他端とコンタクトする。第1配線層7および第2配線層8と、ポリシリコン層3とのコンタクト部には、例えばヒ素(As)などを高濃度(ドーズ量:1E15cm−2程度)に注入して、高濃度不純物領域5が設けられ、コンタクト抵抗を低減している。
The
第1配線層7および第2配線層8は、抵抗素子10と他の素子と接続するための配線又は、抵抗素子10の両端の電極となる。そして、これらの間に延在するポリシリコン層3は、抵抗層として所望のシート抵抗(例えば10MΩ/□)を備えるよう、注入される不純物濃度とそのパターン(長さ、幅、膜厚)が適宜選択されている。以下、第1配線層7および第2配線層8間に延在するポリシリコン層3を、抵抗層3rと称する。抵抗層3rは既述の如く、直線部3sと曲折部3tを有する。
The
保護層9は、ここでは、第1配線層7および第2配線層8と同一の金属層(例えばアルミニウム(Al))であり、厚みは1.1μm程度である。
Here, the
保護層9は、例えば不純物を高濃度にドープしたポリシリコン層など、電気伝導度の高い材料であれば金属層以外でもよい。
The
保護層9は、抵抗層3rの曲折部3tが露出するように、直線部3sの上方に第2絶縁膜4を介して設けられる。
The
本実施形態では、後述する製造工程中において、抵抗層3rの直線部3s上方が保護層9で覆われている。従って、第1配線層7および第2配線層8のドライエッチングや、その後のO2アッシングによるレジストマスクの除去工程において、抵抗層3rの直線部3s上の絶縁膜4が帯電する領域を従来と比較して大幅に縮小できる。
In the present embodiment, the upper part of the
具体的には、絶縁膜4が帯電する領域は、図1(B)の如く第1配線層7、第2配線層8および曲折部3tなどの保護層9から露出した領域のみとなる。これにより、ポリシリコン層3表面近傍で空乏化した領域11、およびそれにより、ポリシリコン層3中に電子が高濃度に蓄積された領域12も、上記の絶縁膜4が露出した領域のみとなる。これにより、抵抗層3rは、直線部3sにおいてほとんど帯電の影響を受けず、設計値どおりのシート抵抗が得られる。
Specifically, the region where the insulating
図2は、本実施形態の抵抗素子10と従来の抵抗素子の電流I−電圧V特性を示す図である。横軸が電圧[V]であり、縦軸が電流[I]である。また、この特性は、同一ウエハ内の近傍に、従来構造(保護層なし)の抵抗素子(破線)と、本実施形態の抵抗素子(実線)を形成し、特性を測定した結果である。保護層9の有無以外の、構成(例えば抵抗層3rの幅、長さ、不純物注入量)は全て同一である。
FIG. 2 is a diagram showing current I-voltage V characteristics of the
この結果からも明らかなとおり、本実施形態の保護層9を設けることにより、シート抵抗を2桁以上大きくすることができ、10MΩ/□〜100MΩ/□のシート抵抗を持つポリシリコン層による抵抗素子を実現できることが判った。なお、100MΩ/□以上のシート抵抗は、本実施例の厚さ5000Åのポリシリコン層自体のシート抵抗に近いため、不純物をドープさせて作るのは困難である。
As is clear from this result, by providing the
図3は、曲折部3tと保護層9のパターンの一例を示す平面図であり、図3(A)が2つの曲折部3tが近接した場合の保護層9のパターンを示す図であり、図3(B)は、1つの曲折部3tと保護層9のパターンを示す図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of the pattern of the
例えば図3(A)の如く、2つの曲折部3tが近接している場合には、その間の直線部3sも含めて露出するように保護層9が設けられる。一方、曲折部3tが1つの場合、または曲折部3tが複数あり、これらの間の直線部3sが長い場合には、曲折部3tのみを露出するように保護層9を設ける。
For example, as shown in FIG. 3A, when two
以下、抵抗層3rの曲折部3tを保護層9で覆わずに露出する理由について、図3を参照して説明する。
Hereinafter, the reason why the
曲折部3tは、ポリシリコン層3の膜厚や、パターンニング時の線幅の変動を受け易い。また、曲折した形状のため、図3(A)の矢印の如く、その外側よりも内側に電流が流れやすくなり、内側に電流が集中する。つまり、曲折部3tでは直線部3sに比べて電流が流れる場所によるシート抵抗の変動が大きくなる。このため、抵抗層3rのシート抵抗は不安定になり、シート抵抗のばらつきの原因となっている。
The
これに対し、分離して平行に延在する複数の直線部のみからなるポリシリコン層を金属層で直列に接続し、ポリシリコン層による曲折部の存在しない蛇行パターンの抵抗層を構成する方法も考えられる。しかし、ポリシリコン層と金属層とのコンタクト抵抗が折り返しの回数分追加されるため、これもシート抵抗のばらつきの原因になる。 On the other hand, there is also a method in which a polysilicon layer consisting only of a plurality of straight portions that are separated and extended in parallel is connected in series with a metal layer to form a resistance layer having a meandering pattern in which no bent portion is formed by the polysilicon layer. Conceivable. However, since the contact resistance between the polysilicon layer and the metal layer is added by the number of times of folding, this also causes variation in sheet resistance.
本実施形態では、上記の如く抵抗層3r上に保護層9を設けることで、抵抗層3rのシート抵抗を2桁以上も高められるのであるが、曲折部3t上も保護層9を設けると、同様にシート抵抗が大きくなる。
In this embodiment, by providing the
つまり、変動要因となる曲折部3tは、あえて保護層を設けないことによって、シート抵抗が小さい状態にしておくことで、抵抗層3r全体としての変動を小さくすることができる。
In other words, the
保護層9を設けることにより、直線部3sにおいては抵抗層3rのシート抵抗を大きくすることができるので、保護層9は直線部3sの上を可能な限り覆うことが望ましい。曲折部3tはそのシート抵抗の変動が抵抗層3r全体の抵抗値に与える影響をできる限り小さくするために保護層9から露出させるものであり、ポリシリコン層3および保護層9のパターンニングのマスク合わせ精度やエッチング精度を考慮して、必要最小限の領域が露出すればよい。
By providing the
具体的には例えば、図3(A)(B)の如く、抵抗層3r(ポリシリコン層3)のパターンニングの線幅wの場合、曲折部3tの外側端部から直線部3s上を覆う保護層9の端部までは最低2w程度の距離を確保して曲折部3tを露出させれば十分である。尚、抵抗層3rの特性やパターンによっては、曲折部3tをこれ以上確保してもよい。
Specifically, for example, as shown in FIGS. 3A and 3B, in the case of the patterning line width w of the
尚、図1では、抵抗素子10の両端に第1配線層7および第2配線層8が配置される場合を例に示したが、ポリシリコン層3のパターンはこれに限らない。
Although FIG. 1 shows an example in which the
図4から図5を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
保護層9は導電性の材料により形成されているので、電位が変化する可能性がある。そこで、保護層9に一定の電位を印加することで、抵抗素子の抵抗を安定させることが考えられる。
Since the
図4は、保護層9に所定の電位を印加した場合を説明する図であり図4(A)が抵抗素子10の断面図であり、抵抗層3rおよび保護層9のパターンは、図1と同様である。ここでは、抵抗素子の第1配線層7(入力側のパッド)と同電位を印加している。図4(B)が抵抗素子10の電流−電圧特性を示す図であり、横軸が電圧[V]、縦軸が電流[I]である。また、図4(C)は第2の実施形態における具体的な保護層9のパターンの一例を示す平面図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a case where a predetermined potential is applied to the
図4(B)は、第1の実施例と同様な方法で形成した抵抗層3r上に、Al層による保護層9を設け、保護層9に−10Vから10Vまでの電位を印加して抵抗素子に流れる電流を測定した。
FIG. 4B shows a case where a
これより、保護層9に印加する電圧によって、電流−電圧特性の傾き(配線の抵抗値すなわちシート抵抗)が変化することがわかる。したがって、同じ条件(不純物濃度およびパターン(幅、長さ、膜厚、形状))で形成した抵抗層3rであっても、保護層9に印加する電圧によって、シート抵抗を異ならせることができる。
From this, it can be seen that the slope of the current-voltage characteristic (the resistance value of the wiring, that is, the sheet resistance) changes depending on the voltage applied to the
図4(C)では、出力側のパッドと保護層9を一体化させている。このように、抵抗層3rのシート抵抗によって、第1配線層7および第2配線層8のいずれか一方の固定電位を利用できる場合には、第1配線層7および第2配線層8のいずれか一方と保護層9とを連続して設けることができる。
In FIG. 4C, the output side pad and the
図5を参照して、本発明の第3の実施形態を説明する。図5は第3の実施形態の抵抗素子10を示す平面図である。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view showing the
第3の実施形態は、同一の半導体基板(チップ)1上に、複数の抵抗素子10a、10bを集積化するものである。これらの構成は第1の実施形態に示すものと同様である。抵抗素子10aの抵抗層3raおよび、抵抗素子10bの抵抗層3rbは、同一条件(同一不純物を同一不純物濃度でイオン注入して)で形成される。また、例えば同一形状にパターニングされてフローティング状態では同じシート抵抗を有する。
In the third embodiment, a plurality of
そして、図4(B)について前述したように、保護層9に印加する電圧によって、抵抗素子のシート抵抗を変化させることができる。これを利用して、これらの保護層9a、9baにそれぞれ所望の異なる固定電位V1、V2を印加することで、抵抗素子10a、10bを異なるシート抵抗にすることができる。
Then, as described above with reference to FIG. 4B, the sheet resistance of the resistance element can be changed by the voltage applied to the
このように本実施形態では1度の不純物注工程で形成され、所定の不純物濃度を有する1つのポリシリコン層3について、そのパターニングの長さと、保護層9に印加する固定電位を適宜選択することにより、それぞれ異なるシート抵抗を有する複数の抵抗素子を同一基板に集積化することができる。
As described above, in the present embodiment, the length of patterning and the fixed potential applied to the
従来では図12(C)の如く、同一基板(チップ)に異なるシート抵抗を持つ複数の抵抗素子50a、50bを集積化する場合、そのパターンに加えて抵抗層53の不純物濃度を異ならせており、不純物の横拡散の影響を考慮して互いの離間距離L’は抵抗層53の厚さ以上に確保する必要があった。
Conventionally, when a plurality of resistance elements 50a and 50b having different sheet resistances are integrated on the same substrate (chip) as shown in FIG. 12C, the impurity concentration of the
しかし、本実施形態では、複数の抵抗層3ra、3rbを同一条件(同一不純物、同一不純物濃度)で同時に形成できる。これにより、抵抗層3ra、3rbの離間距離Lを縮小することができる。 However, in the present embodiment, the plurality of resistance layers 3ra and 3rb can be simultaneously formed under the same conditions (the same impurity and the same impurity concentration). Thereby, the separation distance L between the resistance layers 3ra and 3rb can be reduced.
尚、抵抗素子10a、10bに同じ固定電位V1、V2を印加し、同等のシート抵抗としてもよい。
Note that the same fixed potentials V1 and V2 may be applied to the
図6から図8を参照して、本実施形態の製造方法について説明する。 The manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
第1工程(図6(A)):半導体基板1として、p型又はn型のシリコン半導体基板を準備し、該半導体基板1上に第1絶縁膜2を形成する。
First Step (FIG. 6A): A p-type or n-type silicon semiconductor substrate is prepared as the semiconductor substrate 1, and a first
第1絶縁膜2は、例えば酸化膜であり、CVD法などにより例えば膜厚3500Å程度に形成する。
The first
第2工程(図6(B)):第1絶縁膜2上に、ポリシリコン層3を形成する。ポリシリコン層3の厚みは例えば5000Å程度である。ポリシリコン層3全面に、たとえばドーズ量で1E13cm−2程度のリン(P)をイオン注入し、熱処理(1000℃、45分)を行い、不純物を拡散する。
Second step (FIG. 6B): A
第3工程(図6(C)(D)):ポリシリコン層3をフォトリソグラフィ工程によって、直線部と曲折部を有し、これらが連続して延在するパターンの所望の形状にパターニングする(図1(A)参照)。ポリシリコン層3は、抵抗素子の抵抗層を構成するため、第2工程での膜厚およびドーズ量と、本フォトリソグラフィ工程での形状(長さおよび幅)を選択することにより、抵抗値が決定する。本実施形態の抵抗素子のシート抵抗は、例えば10MΩ/□である。
Third step (FIGS. 6C and 6D): The
その後、ポリシリコン層3を全て被覆するように、ポリシリコン層3上に第2絶縁膜4を形成する。第2絶縁膜4は、例えば酸化膜でありCVD法により例えば8500Åに形成する(図6(C))。
Thereafter, a second
なお、第3の実施形態の如く、複数の抵抗素子を同一基板(チップ)に集積化する場合は、本工程において所望の複数の領域が開口したマスクM1を設けて、ポリシリコン層3を複数の所望の形状にパターニングする(図6(D))。
When a plurality of resistance elements are integrated on the same substrate (chip) as in the third embodiment, a mask M1 having a plurality of desired regions opened in this step is provided, and a plurality of
複数設けられたポリシリコン層3a、3bは、同一の不純物濃度を有するが、そのパターン(長さ)と、後の工程で形成される保護層に異なる固定電位を印加することによって、異なるシート抵抗を保持させることができる。
The plurality of
従来の製造方法では、複数のシート抵抗を保持させるためには、フォトリソグラフィによるマスク形成と不純物のイオン注入工程を、抵抗素子のシート抵抗に応じて複数回行う必要があったが、本実施形態によれば、一度のフォトリソグラフィ工程と不純物のイオン注入工程で形成したポリシリコン層3(抵抗層)であっても、異なるシート抵抗を保持させることができ、製造工程の簡素化、短縮化が図れる。 In the conventional manufacturing method, in order to maintain a plurality of sheet resistances, it is necessary to perform the mask formation by photolithography and the ion implantation process of impurities a plurality of times according to the sheet resistance of the resistance element. According to this, even in the polysilicon layer 3 (resistive layer) formed by a single photolithography process and impurity ion implantation process, different sheet resistances can be maintained, and the manufacturing process can be simplified and shortened. I can plan.
第4工程(図7):第2絶縁膜4上の一部にマスクM2を形成し、第2絶縁膜4を部分的にエッチングすることにより、ポリシリコン層3の一部がそれぞれ露出する第1開口部OP1および第2開口部OP2を形成する(図7(A))。
Fourth step (FIG. 7): A mask M2 is formed on a part of the second
マスクM2をそのままに、高濃度の例えばn型不純物(例えばヒ素(As)、ドーズ量:1E15cm−2)をイオン注入し、熱処理(800℃、30分)により不純物を拡散する。 While the mask M2 is left as it is, an n-type impurity (for example, arsenic (As), dose amount: 1E15 cm −2 ) having a high concentration is ion-implanted, and the impurity is diffused by heat treatment (800 ° C., 30 minutes).
n型不純物は、第1開口部OP1および第2開口部OP2から、露出したポリシリコン層3表面に注入され、後の工程で形成される配線層とのコンタクト抵抗を低減する高濃度不純物領域5が形成される(図7(B))。
An n-type impurity is implanted into the exposed surface of the
第5工程(図8(A)):第2絶縁膜4上を被覆する金属層6を形成する。金属層6は、例えばアルミニウム(Al)であり、厚さは例えば1.1μmである。金属層6は、第1開口部OP1、第2開口部OP2、およびこれらの間のポリシリコン層3上に、形成される。
Fifth step (FIG. 8A): A
その後、フォトリソグラフィ工程により、第1開口部OP1上方を覆う第1のレジストマスクM3と、第2開口部OP2上方を覆う第2のレジストマスクM4と、第1開口部OP1および第2開口部OP2の間に延在するポリシリコン層3とその上の第2絶縁膜4上を覆う第3のレジストマスクM5を形成する。
Thereafter, the first resist mask M3 covering the upper part of the first opening OP1, the second resist mask M4 covering the upper part of the second opening OP2, and the first opening OP1 and the second opening OP2 by a photolithography process. A third resist mask M5 is formed to cover the
このとき、第1開口部OP1および第2開口部OP2の間に延在するポリシリコン層3は、直線部3sが被覆され、曲折部3tが露出するように(図1参照)、第3のレジストマスクM5が設けられる。
At this time, the
第6工程(図8(B)):その後、金属層6をパターニングする。これにより、第1開口部OP1を介してポリシリコン層3の一端とコンタクトする第1配線層7と、第2開口部OP2を介してポリシリコン層3の他端とコンタクトする第2配線層8を形成する。同時に、第1開口部OP1と第2開口部OP2間に延在するポリシリコン層3(抵抗層3r)及びその上の第2絶縁膜4上に、保護層9を形成する。抵抗層3rは直線部3tのみが保護層9で被覆され、曲折部3tは保護層9から露出する。その後、レジストマスクM3〜M5を、O2プラズマアッシングにより除去して、図1に示す最終構造を得る。
Sixth step (FIG. 8B): Thereafter, the
尚、第3のマスクM5を第1のマスクM3または第2のマスクM4のいずれかと連続させることにより、第1配線層7または第2配線層8と、保護層9を連続して(離間せずに)形成することができる。
The third mask M5 is made continuous with either the first mask M3 or the second mask M4, whereby the
本実施形態によれば、従来の製造方法から金属層をパターニングするマスクの変更をするのみで、ポリシリコン層による高いシート抵抗(10MΩ/□以上)を有する抵抗素子の製造方法を提供できる。 According to this embodiment, it is possible to provide a method for manufacturing a resistance element having a high sheet resistance (10 MΩ / □ or more) using a polysilicon layer only by changing the mask for patterning the metal layer from the conventional manufacturing method.
1 半導体基板
2 第1絶縁膜
3 ポリシリコン層
3r 抵抗層
4 第2絶縁膜
5 高濃度不純物領域
6 金属層
7 第1配線層
8 第2配線層
9 保護層
10 抵抗素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (12)
該半導体基板上に設けられた第1絶縁膜と、
該第1絶縁膜上に設けられて直線部と曲折部を有し、不純物が導入されたポリシリコン層と、
該ポリシリコン層の一端にコンタクトする第1配線層と、
該第1配線層と離間して前記ポリシリコン層の他端にコンタクトする第2配線層と、
前記ポリシリコン層上に設けられた第2絶縁膜と、
前記第1配線層と前記第2配線層の間に延在する前記ポリシリコン層上に前記曲折部が露出するように前記第2絶縁膜を介して設けられた保護層と、
を具備することを特徴とする抵抗素子。 A semiconductor substrate;
A first insulating film provided on the semiconductor substrate;
A polysilicon layer provided on the first insulating film, having a straight portion and a bent portion, and having impurities introduced therein;
A first wiring layer in contact with one end of the polysilicon layer;
A second wiring layer in contact with the other end of the polysilicon layer apart from the first wiring layer;
A second insulating film provided on the polysilicon layer;
A protective layer provided via the second insulating film so that the bent portion is exposed on the polysilicon layer extending between the first wiring layer and the second wiring layer;
A resistance element comprising:
該第1絶縁膜上に直線部と曲折部を有し不純物が導入されたポリシリコン層を形成する工程と、
該ポリシリコン層上に第2絶縁膜を形成する工程と、
該第2絶縁膜上の一部に、前記ポリシリコン層の一部がそれぞれ露出する第1開口部および第2開口部を形成する工程と、
前記第1開口部と前記第2開口部間に延在する前記ポリシリコン層上に前記曲折部が露出するように前記第2絶縁膜を介して保護層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする抵抗素子の製造方法。 Forming a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a polysilicon layer having a straight portion and a bent portion on which the impurity is introduced on the first insulating film;
Forming a second insulating film on the polysilicon layer;
Forming a first opening and a second opening in which part of the polysilicon layer is exposed on a part of the second insulating film;
Forming a protective layer via the second insulating film so that the bent portion is exposed on the polysilicon layer extending between the first opening and the second opening;
A method of manufacturing a resistance element, comprising:
前記金属層をパターニングして、前記第1開口部を介して前記ポリシリコン層の一端とコンタクトする前記第1配線層と、前記第2開口部を介して前記ポリシリコン層の他端とコンタクトする前記第2配線層と、前記保護層を形成する工程と、を具備することを特徴とする請求項9に記載の抵抗素子の製造方法。 Forming a metal layer covering the second insulating film, covering the upper part of the first opening; a second mask covering the upper part of the second opening; the first opening; Forming a third mask covering above the straight portion of the polysilicon layer extending between the second openings;
The metal layer is patterned to contact the first wiring layer in contact with one end of the polysilicon layer through the first opening, and in contact with the other end of the polysilicon layer through the second opening. The method for manufacturing a resistance element according to claim 9, further comprising a step of forming the second wiring layer and the protective layer.
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