JP2527044B2 - 集積回路装置用組込抵抗の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路装置に組み込まれるいわば二階建構
造の抵抗の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

集積回路装置とくにアナログ信号を扱うものには種々
の抵抗値をもつ抵抗を回路に組み込む必要があり、周知
のように低抵抗用には半導体領域内に不純物を拡散して
作り込まれるいわゆる拡散抵抗が，高抵抗用には多結晶
シリコン膜を利用した多結晶シリコン抵抗がそれぞれ用
いられることが多い。本発明は集積回路装置内に組み込
まれるかかる拡散抵抗および多結晶シリコン抵抗に関
し、以下その従来の代表例の構造とそれを作り込む要領
を第５図を参照して概要説明する。

第５図（ａ）において、この例ではｎ形の半導体領域１
はトランジスタ等を作り込むべき基板ないしその上に成
長されたエピタキシャル層であって、その表面はいわゆ
るLOCOS膜等の１μｍ程度の厚い酸化膜２で覆われる
が、拡散抵抗を作り込むべき範囲には0.1μｍ程度の薄
い酸化膜３が付けられている。この第５図（ａ）の工程
では、薄い酸化膜３を通してその下側の半導体領域１の
表面にｐ形不純物としてボロンＢ等をイオン注入する。

同図（ｂ）の工程では、このイオン注入された不純物
を熱拡散させて薄い酸化膜３の下側に抵抗層７を作り込
む。同図（ｃ）の工程では、多結晶シリコン膜４を全面
に成長させ、かつボロンＢ等のｐ形不純物またはｎ形不
純物をイオン注入してその比抵抗値ないし面抵抗値を所
望の程度にまで下げる。同図（ｄ）の工程では、このフ
ォトエッチングにより抵抗に適した例えば短冊状パター
ンの多結晶シリコン膜４を厚い酸化膜３上に形成する。

第２図（ｅ）は拡散抵抗Rdと多結晶シリコン抵抗Rpの
完成状態を示す。同図（ｄ）からこの状態にするには、
抵抗層７の両端部に抵抗接続層８を強いｐ形で拡散し、
全面を層間絶縁膜９で覆った後にその窓部内で要所に導
電接触するアルミ等の金属膜を設けて、拡散抵抗Rdの両
端には電極膜11と12を，多結晶シリコン抵抗Rpの両端に
は電極膜13と14をそれぞれ設ける。これら電極膜は集積
回路内の配線に用いられる。なお、ふつうはこの上に保
護膜が設けられるが、簡略化のためこの図から省かれて
いることを了承されたい。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように従来技術では拡散抵抗Rdは半導体領域１
の表面部に，多結晶シリコン抵抗Rpは厚い酸化膜２上に
それぞれ作り込まれるが、これらの抵抗の作り込みにか
なりのチップ面積が食われ、かつ手間が掛かる問題があ
る。

すなわち、拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗が別の場所
に作り込まれるのでそれぞれにチップ面積を割り当てね
ばならず、とくに高抵抗を組み込まねばならない場合や
組込抵抗数が多い場合には、抵抗だけに相当なチップ面
積が食われてしまう。また、従来技術では例えば不純物
ドープ工程だけでも抵抗層7,多結晶シリコン膜４および
抵抗接続層８用に合計３回必要なので、全体では工程数
がかなり多くなって製作コストが高くついてしまうこと
になる。

本発明はかかる問題を解決して、集積回路装置内の小
さな所要チップ面積内に簡単な工程で拡散抵抗と多結晶
シリコン抵抗を作り込めるようにすることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述の目的を達成するため、一方の導電形
の半導体領域の表面側に選択的に形成される他方の導電
形の拡散抵抗層及びその両端部に形成されて表面に電極
膜が導電接触される高不純物濃度で他方の導電形の抵抗
接続層からなる拡散抵抗と、前記拡散抵抗層の表面上に
絶縁膜を介して形成される多結晶シリコン抵抗とを備え
た集積回路装置用組込抵抗の製造方法において、前記拡
散抵抗を形成すべき前記半導体領域の表面上に薄い酸化
膜を形成すると共に、その周囲に厚い酸化膜を形成する
酸化膜形成工程と、前記抵抗接続層を形成すべき前記半
導体領域の表面上の前記薄い酸化膜の両端部を露出させ
て当該薄い酸化膜を前記絶縁膜としてその表面上に多結
晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜形成工程と、
該多結晶シリコン膜に他方の導電形の不純物をイオン注
入すると同時に前記厚い酸化膜をマスクとして当該他方
の導電形の不純物を当該多結晶シリコン膜及び前記薄い
酸化膜を通して前記半導体領域にイオン注入するイオン
注入工程と、該イオン注入された不純物を熱拡散するこ
とにより前記拡散抵抗層及び抵抗接続層を形成すると共
に前記多結晶シリコン膜の比抵抗を減少させて前記多結
晶シリコン抵抗とする熱拡散工程とを備えることを特徴
としている。

〔作用〕

本発明は不純物のイオン注入時の飛程が多結晶シリコ
ン内でシリコン結晶内の２〜３倍あることを利用して、
不純物を多結晶シリコン膜にドープする際にその下側の
半導体領域にもドープできることに着目したもので、上
記構成にいうように半導体領域上に絶縁膜と多結晶シリ
コン膜を重ねて設けて置き、半導体領域とは逆導電形の
不純物を多結晶シリコン膜側からその下側の半導体領域
内に達する加速電圧でイオン注入することにより、多結
晶シリコン膜と半導体領域にこの不純物をドープして拡
散抵抗と多結晶シリコン抵抗を二階建構造で作り込むよ
うにしたものである。

不純物のイオン注入の際、絶縁膜としての例えば酸化
膜はシリコン結晶とほぼ同じ飛程をもっており、両抵抗
の絶対値はもちろんイオン注入時のドーズ量で制御で
き、両抵抗値の比率はイオン注入時の加速電圧，多結晶
シリコン膜と絶縁膜の厚みのほか，両膜およびイオン注
入のパターンの選択によって広範囲に制御できる。

拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗をかかる二階建構造で
組み込むことにより所要チップ面積を節約するととも
に、両抵抗に対して不純物を同時ドーピングすることに
より組み込み工程を短縮できるが、さらに本発明では絶
縁膜と多結晶シリコン膜を前記構成にいうように絶縁膜
のパターンの一部が多結晶シリコン膜のパターンと重な
り合わないように形成して置き、多結晶シリコン膜とそ
の下側の半導体領域への不純物のイオン注入と同時にこ
の非重なり合い部の絶縁膜下の半導体領域が強く不純物
ドープされて拡散抵抗用の接続層が作り込まれるように
する。

このように本発明の前記構成によれば、絶縁膜によっ
て相互に隔離された拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗とか
らなる二階建構造を集積回路装置用チップの小面積内に
組み込み、かつ両抵抗に対する不純物ドーピングを、拡
散抵抗用の抵抗接続膜の作り込みにも兼用しながら、１
回の工程だけで済ませてしまうことにより、前述の所期
の課題を解決することができる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説
明する。第１図は本発明による集積回路装置用組込抵抗
の実施例を完成状態で示し、同図（ａ）の断面図は同図
（ｂ）の上面図のX-X矢視断面に相当する。第２図は第
１図（ａ）のＰおよびＱで示す個所における不純物のイ
オン注入時の濃度分布例を示す。第３図に第１図の完成
状態までの主な工程ごとの状態が断面で示されているの
で、以下これを参照しながら説明することとする。

第１図（ａ）の半導体領域１は、従来の第５図の場合
と同じく集積回路装置の基板ないしその上に成長された
エピタキシャル層であって、この例でもｎ形であるもの
とする。第３図（ａ）は第５図（ａ）と対応する状態
で、半導体領域１の表面にLOCOS膜等の１μｍ程度の厚
い酸化膜２とこの例では薄い酸化膜である絶縁膜３が付
けられる。この絶縁膜３の厚みは場合によって異なるが
ふつう0.02〜0.1μｍとされ、この例では第１図（ｂ）
のように厚い酸化膜２で囲まれた細長なパターンの範囲
内の半導体領域１の表面酸化によって付けられる。

第３図（ｂ）は多結晶シリコン膜４の形成とイオン注
入の工程を示す。多結晶シリコン膜４は通例のようにCV
D法等により厚い酸化膜２と絶縁膜３の上にこの例では
0.5μｍの厚みに全面成長させた上でフォトエッチング
することにより、この例では第１図（ｂ）に示すように
絶縁膜３のパターンの両端部を露出させ、かつ厚い酸化
膜２上に上下辺部を残す矩形状パターンに形成される。
なお、この多結晶シリコン膜４と絶縁膜３のパターンの
重なり合い部が拡散抵抗Rdと多結晶シリコン抵抗Rpの各
本体を構成する部分になる。

さらにこの第３図（ｂ）の工程では、厚い酸化膜２を
マスクとして多結晶シリコン膜４と絶縁膜３の下側の半
導体領域１にこの例ではｐ形の不純物としてボロンＢが
イオン注入される。この実施例におけるイオン注入は加
速電圧が80KeV,ドーズ量が５×10¹⁴原子／cm²の条件で
なされるものとし、この際の深さｄに対する不純物濃度
Ｎの分布状態が第２図に示されている。

第２図（ａ）および（ｂ）は絶縁膜３のパターンと多
結晶シリコン膜４のパターンの第１図（ａ）に示す非重
なり合い部Ｐおよび重なり合い部Ｑにおける不純物濃度
分布をそれぞれ示し、この例では絶縁膜３用の薄い酸化
膜の厚みは0.1μｍで，多結晶シリコン膜４の厚みは0.5
μｍであるものとする。同図（ａ）の場合、絶縁膜３が
露出されているので不純物の実質上全部が絶縁膜３を通
り抜けてその下の半導体領域１内に注入され、不純物が
この例のようにボロンの場合の濃度Ｎの分布は、平均飛
程ないし平均打ち込み深さ0.25μｍで極大となり、標準
偏差が約0.06μｍのガウス分布曲線となる。

同図（ｂ）の場合、ボロンは多結晶シリコン膜４と半
導体領域１内に振り分け注入されるが、多結晶シリコン
内の平均飛程と標準偏差が単結晶シリコンの半導体領域
１内の２〜３倍になるので、濃度Ｎは多結晶シリコン膜
４内で長く裾野を引きこの例では絶縁膜３内で低い極大
をもつ分布となり、不純物注入量はほぼ7:3の割合で多
結晶シリコン膜４と半導体領域１に振り分けられる。

第３図（ｃ）は上のようにイオン注入された不純物の
熱拡散工程であって、例えば1100℃の高温下で所定時間
の処理を施すことにより、半導体領域１内の不純物を熱
拡散させて１対の抵抗接続層５と抵抗層６を作り込み、
同時に多結晶シリコン膜４の比抵抗を減少させる。抵抗
接続層５は上述の非重なり合い部Ｐに対応し、不純物注
入量が多いので50Ω／□程度の低い面抵抗となり、不純
物注入量が少ない重なり合い部Ｑに対応する抵抗層６の
面抵抗はこの例では1kΩ／□程度となる。多結晶シリコ
ン膜４はその不純物量が上述のように抵抗層６内の２倍
以上あるので、熱処理の温度と時間によってかなり異な
るがこの例では200〜500Ω／□の面抵抗となる。

この第３図（ｃ）の状態から第１図の状態にするに
は、酸化膜等の層間絶縁膜９として酸化膜等を全面に被
着した上で要所に窓を抜き、この窓部内で抵抗接続層５
に導電接触する電極膜11,12および多結晶シリコン膜４
の両端部に導電接触する電極膜13,14をアルミ等の金属
膜で設ける。

以上により、抵抗層６を本体部とし１対の抵抗接続層
５を接続点とする拡散抵抗Rdと、それと絶縁膜３により
絶縁された多結晶シリコン抵抗Rpとが第１図（ａ）に示
すような二階建構造で完成する。なお、拡散抵抗Rdは、
通例のようにｎ形の半導体領域１に集積回路用の正側の
電源電圧を掛け、それとｐ形の抵抗接続層５および抵抗
層６との間のpn接合に逆バイアスが掛けた状態で使用す
る。

第４図は絶縁膜３と多結晶シリコン膜４に与えるパタ
ーンの若干の変形例を示す。

同図（ａ）の例では、絶縁膜３のパターンが多結晶シ
リコン膜４のパターンを内包する横長な矩形状とされ、
部分ハッチッグを付して示したイオン注入範囲IPがフォ
トレジスト膜等の手段で細長な形状に限定される。この
実施例では、多結晶シリコン膜４の一部に不純物がイオ
ン注入されて前述の熱拡散時にその全体に広がるので、
多結晶シリコン膜４の図の上下方向の幅の選択によって
も、その面抵抗，従って多結晶シリコン抵抗Rpの拡散抵
抗Rdに対する抵抗比を制御できる。

同図（ｂ）の例では多結晶シリコン膜４の上下方向幅
が厚い酸化膜３上にも広げられ、その面抵抗の制御可能
範囲がさらに拡大されている。

以上説明した実施例からわかるように、本発明により
集積回路装置に作り込まれる拡散抵抗と多結晶シリコン
抵抗の面抵抗や両者の抵抗値比は、イオン注入時の加速
電圧とドーズ量，多結晶シリコン膜と絶縁膜の厚みのほ
か、絶縁膜，多結晶シリコン膜およびイオン注入のパタ
ーンの選択によっても広範囲内で制御が可能である。両
抵抗間の耐圧は絶縁膜の厚みに依存するが、これを0.02
μｍまで薄くしても最低10V,0.1μｍとすれば100V近く
の耐圧値を保証できる。

本発明は以上述べた実施例に限らずその要旨内で種々
の態様で実施をすることができる。実施例では絶縁膜を
酸化膜としたが、イオン注入時の不純物の飛程がとくに
は短くない任意の誘電体材料を適用できる。また、実際
の集積回路装置では、本発明による二階建構造の抵抗の
ほか、第５図の従来構造の抵抗が適宜に併用される。

〔発明の効果〕

以上のような本発明によれば、拡散抵抗を形成すべき
一方の導電形の半導体領域の表面上に薄い酸化膜を形成
すると共に、その周囲に厚い酸化膜を形成する酸化膜形
成工程と、抵抗接続層を形成すべき半導体領域の表面上
の薄い酸化膜の両端部を露出させて薄い酸化膜を絶縁膜
としてその表面上に多結晶シリコン膜を形成する多結晶
シリコン膜形成工程と、多結晶シリコン膜に他方の導電
形の不純物をイオン注入すると同時に厚い酸化膜をマス
クとして他方の導電形の不純物を多結晶シリコン膜及び
薄い酸化膜を通して半導体領域にイオン注入するイオン
注入工程と、イオン注入された不純物を熱拡散すること
により拡散抵抗層及び抵抗接続層からなる拡散抵抗を形
成すると共に多結晶シリコン膜の比抵抗を減少させて多
結晶シリコン抵抗とする熱拡散工程とを備えることによ
り、次の効果を奏することができる。

（ａ）拡散抵抗の上に多結晶シリコン抵抗が重なった二
階建構造の抵抗対を集積回路装置に組み込むことによ
り、抵抗の作り込みに要するチップ面積を大幅に節約し
て集積回路装置のチップサイズを小形化することができ
る。

（ｂ）抵抗層用の不純物が多結晶シリコン膜を通してイ
オン注入されるので、拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗に
対する不純物ドープ工程を共通化でき、かつこれと同時
に絶縁膜の多結晶シリコン膜との非重なり合い部にも不
純物を高濃度でドープして抵抗接続層を作り込めるの
で、集積回路装置への抵抗の組み込み工程を従来よりも
大幅に短縮することができる。

本発明は、アナログ信号の処理用等のとくに多数個の
抵抗ないしは多結晶シリコンを利用した高抵抗を組み込
む必要のある集積回路装置に適し、上述の効果を最も有
利に発揮してその合理化に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は本発明
による集積回路装置用組込抵抗の実施例の完成状態を示
す断面図と上面図、第２図はこの例における不純物のイ
オン注入時の濃度分布図、第３図はその主な工程ごとの
状態を示す断面図、第４図は本発明の異なる実施例の上
面図である。第５図は従来技術による集積回路装置用組
込抵抗の構造とその組み込み要領を主な工程ごとの状態
で示す断面図である。図において、 1:半導体領域、2:厚い酸化膜ないしLOCOS膜、3:絶縁膜
ないし薄い酸化膜、4:多結晶シリコン膜、5:抵抗接続
層、6:抵抗層、7:従来の抵抗層、8:従来の抵抗接続層、
9:層間絶縁膜、11,12:拡散抵抗用電極膜、13,14:多結晶
シリコン抵抗用電極膜、B:ボロンないしｐ形不純物、d:
イオン注入深さ、IP:イオン注入範囲、N:不純物濃度、
P:絶縁膜の多結晶シリコン膜との非重なり合い部、Q:絶
縁膜の多結晶シリコン膜との重なり合い部、Rd:拡散抵
抗、Rp:多結晶シリコン抵抗である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の導電形の半導体領域の表面側に選択
   的に形成される他方の導電形の拡散抵抗層及びその両端
   部に形成されて表面に電極膜が導電接触される高不純物
   濃度で他方の導電形の抵抗接続層からなる拡散抵抗と、
   前記拡散抵抗層の表面上に絶縁膜を介して形成される多
   結晶シリコン抵抗とを備えた集積回路装置用組込抵抗の
   製造方法において、前記拡散抵抗を形成すべき前記半導
   体領域の表面上に薄い酸化膜を形成すると共に、その周
   囲に厚い酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、前記抵抗
   接続層を形成すべき前記半導体領域の表面上の前記薄い
   酸化膜の両端部を露出させて当該薄い酸化膜を前記絶縁
   膜としてその表面上に多結晶シリコン膜を形成する多結
   晶シリコン膜形成工程と、該多結晶シリコン膜に他方の
   導電形の不純物をイオン注入すると同時に前記厚い酸化
   膜をマスクとして当該他方の導電形の不純物を当該多結
   晶シリコン膜及び前記薄い酸化膜を通して前記半導体領
   域にイオン注入するイオン注入工程と、該イオン注入さ
   れた不純物を熱拡散することにより前記拡散抵抗層及び
   抵抗接続層を形成すると共に前記多結晶シリコン膜の比
   抵抗を減少させて前記多結晶シリコン抵抗とする熱拡散
   工程とを備えることを特徴とする集積回路装置用組込抵
   抗の製造方法。