JP3158769B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3158769B2 JP07800993A JP7800993A JP3158769B2 JP 3158769 B2 JP3158769 B2 JP 3158769B2 JP 07800993 A JP07800993 A JP 07800993A JP 7800993 A JP7800993 A JP 7800993A JP 3158769 B2 JP3158769 B2 JP 3158769B2
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治 石原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザートリミングに
て抵抗値調整されるオンチップ薄膜抵抗体を有する半導
体装置に関し、特にSOI(Silicon On Insulator)層
を有する前記半導体装置に用いた場合に好適である。
【0002】
【従来技術】従来、抵抗体を半導体基板上に薄膜抵抗と
して搭載することで、半導体素子の小型化および低コス
ト化が可能となっている。この薄膜抵抗の抵抗値の調整
方法としては、レーザー光を照射して薄膜抵抗体を切断
し抵抗値を調整するレーザートリミング法が一般的であ
る。
【0003】また、半導体素子としては、より高速化と
高集積化の要求が高まっている。そして、この要求を満
たすべく考案されたものが、素子を酸化シリコン等で分
離したSOI層を有する半導体素子である。これは、酸
化シリコン等の絶縁膜により基板と素子部とが分離され
ているため、基板と素子間の容量が小さくなり高速化が
可能となることと、絶縁層により分離層を設けるように
して、素子を積層化することで三次元ICを実現できる
などの高集積化が可能となるといったものである。
【0004】そして、このSOI構造を有する半導体素
子上に上記薄膜抵抗の搭載が要求されることは必然的で
ある。しかしながら、図2に示すような基板7,SiO
2 埋込み層6,シリコン層5,下地酸化膜4,薄膜抵抗
3,Al配線2,保護膜1を順次形成したSOI構造の
素子において、薄膜抵抗3の抵抗値調整にレーザートリ
ミングを用いた場合には、トリミングに使用する技術的
に確立されたYAGレーザー光(波長1064nm)が
薄膜抵抗3を透過し下地酸化膜4,シリコン層5,Si
2 埋込み層6にまで達し各層の界面a,b,c,dに
おいて反射する。そしてこの反射光が薄膜抵抗3に達し
入射光と干渉を起こし、薄膜抵抗3でのレーザー光のエ
ネルギー吸収率が大きく変動してしまう。そして薄膜抵
抗3での吸収されるレーザー光エネルギーの最小値がト
リミングに必要なエネルギーよりも小さくなりトリミン
グができないといった問題が発生する。
【0005】そこで、この問題を解決する方法として特
開平3−242966号公報が挙げられる。これは、従
来構造の半導体素子上の薄膜抵抗の安定したレーザート
リミングが提案されたものであり、薄膜抵抗3下の絶縁
膜の膜厚を制御して反射光を抑え、薄膜抵抗3でのレー
ザー光エネルギーの吸収率を安定化するものである。そ
してこの方法を利用し、SOI層などの各膜厚を制御す
ることで、薄膜抵抗3でのレーザー光エネルギーの吸収
率を安定化することが考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SOI
構造では上述のようにSOI層を構成するシリコン膜5
をレーザー光が透過するため、各層の界面での反射によ
り薄膜抵抗3へ到達する反射光は各層での反射光の複雑
な干渉光となり、この反射光を各層の膜厚で制御するこ
とは非常に難しい。特にSOI層を構成するシリコン膜
5は膜厚が厚く、しかも、屈折率が大きいため、レーザ
ー光に対する周期膜厚が152nmと小さく膜厚での制
御が非常に困難となる。これは、界面cからの反射光
が、薄膜抵抗3でのレーザー光エネルギーの吸収率に最
も影響を及ぼしていることを意味する。そのため、各層
の膜厚を制御することで薄膜抵抗3でのレーザー光エネ
ルギーの吸収率の変動を抑えることはかなり困難であ
る。
【0007】従って本発明は上記問題点に鑑み、薄膜抵
抗体でのレーザー光エネルギーの吸収率の変動を抑え
て、薄膜抵抗体の抵抗値をレーザー光によって調整する
ことが容易な半導体装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】すなわち、上記問題を解
決するためになされた本発明による半導体装置は、基板
上に形成された絶縁膜と、、該絶縁膜上に形成され高濃
度不純物拡散部が設けられた半導体層と、該半導体層の
前記高濃度不純物拡散部の上方に配置されレーザー光に
より抵抗値調整される薄膜抵抗体とを有することを特徴
とする。
【0009】
【作用】本発明によると、半導体層に不純物をドーピン
グすると該半導体層において近赤外光の吸収率が上昇す
るという点に着目し、薄膜抵抗体の下方に形成される半
導体層に高濃度不純物拡散部を設けるようにしているた
め、前記薄膜抵抗体をレーザー光によって抵抗値調整す
る際に、該薄膜抵抗体を透過した近赤外光に属する前記
レーザー光が前記高濃度不純物拡散部においてより吸収
され易くなる。
【0010】
【実施例】本発明を適用したSOI構造を有する素子の
実施例の製造工程を図1に示す。図1には半導体素子の
薄膜抵抗部のみを示す。まず、図1(a)に示すように
Si基板を熱酸化して、1μmの酸化膜すなわち、埋込
みSiO2 層6を形成した基板7と、表面にSbを拡散
して、3.5μm程度のN+ 拡散層9(不純物濃度10
18cm-3)を形成したN- 型基板10を高温(1000
℃)で接合させ、基板10を研磨し、その厚さを18μ
mとする。
【0011】次に、図1(b)に示すようにホトリソグ
ラフィー技術により、パターニングを行ない、リンイオ
ンをイオン注入法により、基板10の研磨面にドーピン
グする。その後熱処理を行なってリンイオンを拡散さ
せ、8μmの厚さで5×1019cm-3 程度の不純物濃
度のN+ 拡散層8を形成する。このN+ 拡散部8および
+ 拡散層9を形成した基板10がSOIを構成するシ
リコン層5に相当する。次に基板10表面を熱酸化によ
りシリコン酸化膜4aを約100nm形成し、その上に
ボロンとリンを含む酸化シリコン膜(BPSG)4bを
化学蒸着法(CVD)により約800nm形成する。こ
のシリコン酸化膜4aとBPSG膜4bとが下地酸化膜
4に相当する。
【0012】そして図1(c)に示すようにスパッタ法
によりCrSi膜からなる薄膜抵抗3を約15nmに形
成し、さらにAl配線のパターニング時のCrSi膜保
護用としてTiW膜11を約150nm形成し、ホトリ
ソグラフィー技術により、Tiw膜およびCrSi膜の
パターニングを行なう。次に、電極としてもSiを1%
含むAl膜をスパッタ法で、約900nm形成し、ホト
リソグラフィー技術と、ドライエッチング技術を用いて
パターニングし、Al配線2を形成する。続いて余分な
TiW膜をエッチングにより除去する。その後、保護膜
としてテトラエトキシシラン(TEOS)を原料ガスと
するCVD法により酸化シリコン膜12を800nm形
成し、さらにプラズマCVD法により窒化シリコン膜1
3を1600nm形成する。この酸化シリコン膜12お
よび窒化シリコン膜13が保護膜1に相当する。最後に
図面の見えない部分に外部電極取出し用の窓を保護膜に
形成する。
【0013】上記の手順で作製されたデバイスに対し、
YAGレーザー光によりレーザートリミングを行った場
合の各膜厚変動が与える薄膜抵抗体におけるレーザー光
エネルギーの吸収率の変動を、図を用いて従来のものと
比較する。なお、従来の構造の特性をAを用いて表し、
本実施例による特性をBを用いて表す。
【0014】図3はSOI層を構成するシリコン膜5の
膜厚変化によるものであり、従来のものを実線で表しこ
れを特性A1 とし本実施例のものを点線で表しこれを特
性B 1 とする。この特性A1 および特性B1 を見てもわ
かるようにエネルギー吸収率の変動はSOIを構成する
シリコン層5に不純物を高濃度ドーピングした本実施例
の方が小さく抑えられている。
【0015】図4,5には、シリコン膜5の影響をふま
えたSOIを構成する埋込みSiO 2 層6および下地酸
化膜4の膜厚変化が与える、薄膜抵抗3でのレーザー光
エネルギーの吸収率への影響を示す。なお、図4におい
ては下地酸化膜厚を920nmとし、図5においては埋
込みSiO2 層の膜厚を917nmとした。図4,5に
おける特性A2max,B2maxおよびA3max,B3maxは、そ
れぞれ薄膜抵抗3でのレーザー光エネルギーが最大とな
るときのシリコン膜5の膜厚における、埋込みSiO2
層6および下地酸化膜4の膜厚の影響を示すものであ
り、また、特性A 2min,B2minおよびA3min,B
3minは、それぞれ薄膜抵抗3でのレーザー光エネルギー
が最小となるときのシリコン膜5の膜厚における、埋込
みSiO2 層6および下地酸化膜4の膜厚の影響を示す
ものである。図をみても明らかなように、これらにおい
ても従来のものよりも本実施例のものの方が薄膜抵抗3
でのエネルギー吸収率に与える影響が小さくなっている
ことが分かる。
【0016】次に、実際に薄膜抵抗3のトリミングに必
要な最小エネルギーのばらつきを、このばらつきに最も
影響を及ぼすシリコン層5の膜厚変化に対して測定し
た。そのデータを従来構造のものを図7に示し本実施例
によるものを図6に示す。
【0017】図6,7をみても明らかなように、従来の
ものよりも本実施例のものの方がトリミングエネルギー
の変動が小さく抑えられていることが分かる。また従来
では、シリコン層5の膜厚変化に対して最大0.5μJ
もレーザー光エネルギーが必要であったのに対し、本実
施例では、最大0.3μJあればよい。保護膜1を破壊
するエネルギーはおよそ0.5μJなので、従来では保
護膜1を破壊してしまうことがあったが、本実施例では
保護膜1を破壊することはない。
【0018】また、薄膜抵抗3でのトリミングエネルギ
ーの吸収率は、レーザー光のエネルギーが保護膜1の破
壊等が起こらない程度の大きなエネルギーのときで、2
0%以上あればよいことが本発明者らの実験により判明
した。これにより従来では下地酸化膜4の膜厚にはほと
んど変動幅が採れなかったのに対し、本実施例において
は前記のようなエネルギーの大きいレーザー光を用いた
場合において、下地酸化膜4の膜厚の目標値を900n
mとすれば、およそ100nmの変動幅が許されること
となる。
【0019】以上のように本実施例によると、シリコン
に不純物をドーピングすると近赤外光の吸収率が上昇す
るという点に着目し、SOI層を構成するシリコン層に
高濃度不純物拡散部を設けるようにしているため、薄膜
抵抗体をレーザートリミングする際に薄膜抵抗を透過し
た近赤外光に属するYAGレーザー光は、シリコン層に
設けられた高濃度不純物拡散層により吸収される割合が
上昇する。これにより界面c,dでの反射が抑えられ、
シリコン層以下からの反射光が抑えられる。すなわち、
薄膜抵抗体でのレーザー光エネルギーの吸収に最も影響
を及ぼす界面cからの反射光を抑えることができる。こ
れにより、薄膜抵抗体に達する反射光を抑えることがで
きる。従って薄膜抵抗体における入射光と反射光との干
渉が抑えられ、その結果、薄膜抵抗体に吸収されるレー
ザー光エネルギーの変動を抑えることができる。
【0020】本実施例の他に、薄膜抵抗の下地のBPS
Gのかわりに、熱酸化膜を用いた場合や、熱酸化膜とB
PSGの2層膜を用いた場合、また、保護膜として酸化
シリコン膜の一層膜を用いた場合、2層以上の多層膜と
した場合、およびSb拡散埋込み層を形成しない場合
等、いずれの場合においても本発明の効果は有効であ
る。
【0021】また、上記高濃度不純物拡散部8の濃度は
好ましくは、1×1019cm-3以上である。そしてその
不純物拡散部8の厚さは、好ましくは3μm以上であ
る。また、高濃度拡散する不純物の種類および薄膜抵抗
体の材質に関しては特に限定はしない。
【0022】また、SOI層に関して、本実施例におい
てはN型の導伝型を用いたが、P型でもよい。
【0023】
【発明の効果】以上のように本発明によると、薄膜抵抗
体の下方に形成される半導体層に設けられた高濃度不純
物拡散部により前記薄膜抵抗体を透過したレーザー光が
より吸収されるようになっているため、前記半導体層下
の各層の各界面での前記レーザー光の反射を低減するこ
とができる。これにより前記薄膜抵抗に到達する反射光
を抑えることができる。従って、該薄膜抵抗での入射光
と反射光との干渉を抑えることができ該薄膜抵抗のレー
ザートリミングが安定したものとなる。すなわち薄膜抵
抗体の抵抗値をレーザー光によって調整することが容易
となる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高濃度ドープ部が形成されたシリコン層を有す
るSOI層の上部に薄膜抵抗体を配置するようにした素
子の断面図である。
【図2】SOI層上に薄膜抵抗体が配置された従来の素
子の断面図である。
【図3】薄膜抵抗体のレーザー光エネルギー吸収率のシ
リコン層の膜厚依存性を表す図である。
【図4】薄膜抵抗体のレーザー光エネルギー吸収率の埋
め込みSiO2 層の膜厚依存性を表す図である。
【図5】薄膜抵抗体のレーザー光エネルギー吸収率の下
地酸化膜層の膜厚依存性を表す図である。
【図6】本実施例のSOI構造を用いた場合の薄膜抵抗
3のトリミングに必要な最小エネルギーのばらつきのシ
リコン層の膜厚依存性を表す図である。
【図7】従来のSOI構造を用いた場合の薄膜抵抗3の
トリミングに必要な最小エネルギーのばらつきのシリコ
ン層の膜厚依存性を表す図である。
【符号の説明】
1 基板 2 Al配線 3 薄膜抵抗 4 下地酸化膜 5 シリコン層 6 埋込みSiO2 7 基板 8 N+ 拡散部 9 N+ 拡散層 10 N- 型基板 11 TiW膜
フロントページの続き (72)発明者 石原 治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 神谷 哲章 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−129249(JP,A) 特開 平3−83361(JP,A) 特開 昭62−172739(JP,A) 特開 昭60−76140(JP,A) 特開 平4−85948(JP,A) 特開 平3−242966(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/04 H01L 21/822

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜上に形成され高濃度不純物拡散部が設けられた
    半導体層と、 該半導体層の前記高濃度不純物拡散部の上方に配置され
    レーザー光により抵抗値調整される薄膜抵抗体と、 を有することを特徴とした半導体装置。
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