JP3223748B2

JP3223748B2 - 多結晶シリコン薄膜のアモルファス化方法及びこのアモルファス化方法を用いた多結晶シリコン薄膜抵抗の製造方法

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Publication number: JP3223748B2
Application number: JP04839295A
Authority: JP
Inventors: 広和斎藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 2001-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JPH08250661A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多結晶シリコン薄膜
を効果的にアモルファス化する方法と、この方法を用い
て多結晶シリコン薄膜抵抗を抵抗値の再現性よく製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】多結晶シリコン薄膜抵抗は、比較的高い
抵抗値が得られること、あるいは半導体基板のバイアス
変化に対して抵抗値が一定に保たれることといった好ま
しい特性があり、多用されている、この多結晶シリコン
薄膜抵抗は、絶縁物上に多結晶シリコンの薄膜を成膜
し、電気的に活性な元素をイオン注入し、その後にアニ
ールするプロセスを経て製造される。

【０００３】このとき、電気的に活性な元素のイオン注
入条件を正確にコントロールしても同一ウェハ内で抵抗
値が不均一となったり、あるいはロット間で抵抗値がば
らつくことが知られている。そして、この主たる原因
が、成膜された多結晶シリコン薄膜中の結晶粒径が同一
ウェハ内でばらついたり、あるいはロット間で結晶粒径
が異なることにあることが知られている。

【０００４】この問題を解決するために、特開昭５７−
２０１０６１号公報に記載の技術が知られている。この
技術では、成膜された多結晶シリコン薄膜に電気的に不
活性な元素をイオン注入して、一旦アモルファス化す
る。この技術を図７を参照して具体的に説明する。ま
ず、シリコンウェハ１００の表面を酸化して絶縁膜（Ｓ
ｉＯ₂層）１１０を形成する（図（ａ））。その上に、
ＣＶＤ法で多結晶シリコン薄膜１２０を成膜する（図
（ｂ））。そして電気的に不活性な元素、この場合、シ
リコンをイオン注入して（１３０）。多結晶シリコン薄
膜１２０をアモルファス化する。その後に、抵抗値を調
整するために、電気的に活性な元素、この場合Ａｓをイ
オン注入する（１５０）。そして、その後にアニールし
てアモルアファス化されたシリコン薄膜を再結晶化し、
多結晶シリコン薄膜抵抗１６０を得る（図（ｄ））。多
結晶シリコン薄膜１２０が、一旦アモルファス化された
後に、再結晶化すると、再結晶粒径が安定化し、抵抗値
のばらつきが抑えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者が種々に研究したところ、充分な量のイオンを注入し
てアモルファス化すると、たしかに抵抗値のばらつきは
減少するものの、必要以上にイオン注入すると、今度は
注入イオンの影響により抵抗値がばらつく現象が生じて
くることがわかった。この理由は、例えば、不活性なイ
オンが活性なイオンをトラップする現象、あるいは不活
性イオンの注入によってその後のアニールによっては修
復されない欠陥が生じることによるのではないかと推定
される。

【０００６】特開昭５７−２０１０６１号公報の技術
は、アモルファス化することにより、アモルファス化し
ない場合に比べると抵抗値のばらつきを抑制することに
成功しているものの、本発明者の上述の研究に照らす
と、結果的には、過剰にイオン注入しており、より好ま
しくアモルファス化すると、さらに抵抗値のばらつきを
抑制する余地を残している。本発明はこの改善余地を知
得した上で、これを改善しようとするものである。

【０００７】また、本発明者が種々に検討したところ、
効果的にアモルファス化するのに必要なイオン注入ドー
ズ量が、注入エネルギ量に依存して変化することも見い
だした。そして、特開昭５７−２０１０６１号公報の技
術は、本発明者の検討の結果によれば、注入エネルギ量
が高すぎるために、より好ましい注入エネルギ量が選ば
れていれば充分にアモルファス化できるドーズ量に比し
てはるかに大きなドーズ量となっていることもわかっ
た。そして、この結果、注入イオン量が過剰となってお
り、このために抵抗値のばらつきが大きくなっている。

【０００８】すなわち、従来の技術は、アモルファス化
しない場合に比べると、抵抗値のばらつきを格段に抑制
することに成功しているものの、本発明者の研究の結果
によると、過剰にイオン注入されており、これによって
より好ましくイオン注入すれば得られるはずの抵抗値の
ばらつきの程度よりもなお抵抗値のばらつきが大きくな
っている。本発明は、少ないドーズ量で効果的にアモル
ファス化することを可能とし、もって抵抗値のばらつき
をさらに一層抑制しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための一の手段】請求項１の発明で
は、上記の目的を達成するために、多結晶シリコン薄膜
にフッ素イオンを注入することによって前記多結晶シリ
コン薄膜をアモルファス化する方法において、前記イオ
ン注入の注入エネルギ量を、注入イオンの投影飛程が前
記多結晶シリコン薄膜の半分の深さ位置に到達する距離
となる一のエネルギ量に設定し、前記イオン注入のイオ
ン注入ドーズ量を、イオン注入ドーズ量／前記多結晶シ
リコン薄膜の膜厚で算出されるイオン注入濃度が１．０
×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 〜２．５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 となるドーズ量
に設定することを特徴とする多結晶シリコン薄膜のアモ
ルファス化方法を創作した。

【００１０】

【作用】注入エネルギ量が上述の関係に設定されている
と、多結晶シリコン薄膜の全膜厚が効果的にアモルファ
ス化され、その後に製造される多結晶薄膜抵抗の抵抗値
のばらつきが小さくなる。注入エネルギ量がこれよりも
小さいと深い部分のアモルファス化が充分に得られな
い。一方、注入エネルギ量がこれよりも大きいと、注入
イオンが多結晶シリコン薄膜をとおり抜けていく作用が
強くなり、やはりアモルファス化の効率が低くなる。前
述した特開昭５７−２０１０６１号公報の技術では、注
入エネルギ量が大きすぎてアモルファス化効率が低いた
めに、上述の適切なエネルギ量で注入すればアモルファ
ス化するに足りるイオン注入ドーズ量より多くの量をイ
オン注入してアモルファス化している。上述のイオン注
入エネルギ量に設定することで過剰な量のイオン注入を
不要化できる。

【００１１】

【００１２】また、前記イオン注入のイオン注入ドーズ
量を、イオン注入ドーズ量／前記多結晶シリコン薄膜の
膜厚で算出されるイオン注入濃度が１．０×１０ ²⁰ ｃｍ
^-3 〜２．５×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 となるドーズ量に設定されて
いると、多結晶シリコン薄膜は必要充分にアモルファス
化される一方、過剰にイオン注入されることがなく、そ
の後に製造される多結晶シリコン薄膜の抵抗値のバラツ
キが小さくなる。イオン注入ドーズ量が前記イオン注入
濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3となる量よりも少ないと、
アモルファス化が充分に行われない。一方、イオン注入
ドーズ量がイオン注入濃度が２．５×１０²⁰ｃｍ^-3とな
る量よりも多いとアモルファス化するのに必要以上のイ
オンが注入されるために、過剰に注入されたイオンが電
気的に活性なイオンをトラップしたり、あるいは過剰に
イオンを注入することによて抵抗値に影響する欠陥が発
達するといった現象が生じて抵抗値をばらつかせる。前
記した特開昭５７−２０１０６１号公報の技術にイオン
注入技術と比較して、上述のように適切なイオン注入ド
ーズ量とすると、より一層抵抗値のばらつきを抑制する
ことができる。なお、抵抗素子化した場合の抵抗値のば
らつきを考慮すると、前記イオン注入濃度は、１．８×
１０²⁰ｃｍ^-3以下であることが好ましく、より好ましく
は１．５×１０²⁰ｃｍ^-3以下である。

【００１３】

【課題を解決するための他の手段】請求項２に係る発明
は、多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、フッ素イオ
ンを注入することによって前記多結晶シリコン薄膜をア
モルファス化する工程と、電気的に活性な元素をイオン
注入する工程と、熱処理することによってイオン注入し
たシリコン薄膜を際結晶化する工程、を経て多結晶シリ
コン薄膜抵抗を製造する方法において、請求項１記載の
多結晶シリコン薄膜のアモルファス化方法を用いる、多
結晶シリコン薄膜抵抗の製造方法である。

【００１４】

【作用】この製造方法によると、アモルファス化するた
めのイオン注入において、注入エネルギ量とイオン注入
ドーズ量が適正に調整されているために、得られる多結
晶シリコン薄膜抵抗の抵抗値のばらつきが抑制される。
また、前記イオン注入濃度は、１．８×１０²⁰ｃｍ^-3以
下であることが好ましく、より好ましくは１．５×１０
²⁰cm^-3以下である。

【００１５】ここに、多結晶シリコン薄膜とは、シリコ
ンを主体とし、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の薄膜製造
法により成膜された多結晶薄膜をいう。この多結晶シリ
コン薄膜は、不純物元素を含まないものでも、不純物元
素を含むものであってもよい。不純物を含む薄膜として
は、例えば、ＣＶＤ法による成膜と同時に不純物が導入
されたものや、あるいは、多結晶Ｓｉ薄膜の製造後に不
純物が導入されたものを挙げることができる。

【００１６】また、本発明にいう投影飛程とは、イオン
が薄膜に入射して静止するまでに進んだ全距離の注入方
向への投影距離をいう。投影飛程は、ＬＳＳ（Lindhar
d,Scharff,Schiott）理論に基づく平均投影飛程の計算
値あるいは実測値等により得ることができる。

【００１７】多結晶シリコン薄膜の膜厚の半分の深さ位
置とは、多結晶シリコン薄膜の表面に直接イオン注入す
る場合には、前記投影飛程が多結晶シリコン薄膜の膜厚
の半分の深さ位置である。多結晶シリコン薄膜の表面に
形成された絶縁膜等の他の膜を介して多結晶シリコン薄
膜にイオンを注入する場合にも、アモルファス化しよう
とする多結晶シリコン薄膜の膜厚の半分の深さ位置であ
る。

【００１８】なお、イオンの入射角によって、投影飛程
が膜厚の半分の深さ位置となる注入エネルギ量は異なっ
てくる。入射角が薄膜表面に対して法線方向の場合は、
投影飛程が膜厚方向に沿っているため、平均投影飛程が
膜厚の半分となるエネルギ量である。また、入射角が前
記法線方向から外れた場合には、膜厚の半分よりも長い
距離の平均投影飛程に対応する注入エネルギ量が必要と
なる。

【００１９】多結晶シリコン薄膜をアモルファス化する
ための注入イオンは、必要に応じて選択することができ
る。一般的には、質量が大きい元素の方が効率的にアモ
ルファス化ができる。具体的には、例えば電気的に不活
性な、フッ素（Ｆ）、アルゴン（Ａｒ）等の元素や、半
導体薄膜を構成するケイ素（Ｓｉ）等を用いることがで
きる。さらに、後者の場合には、電気的に活性な不純物
元素であるリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）等
を用いることができる。

【００２０】投影飛程が多結晶シリコン薄膜の膜厚の半
分の深さ位置に一致する注入エネルギ量はイオン毎に異
なる。表１は、シリコン基板へ各種元素をイオン注入し
た場合の、ＬＳＳ理論に基づく平均投影飛程とその標準
偏差の一例を示す。この表から、投影飛程を膜厚の半分
の深さ位置とする注入エネルギ量を決めることができ
る。

【表１】

【００２１】多結晶シリコン薄膜の膜厚の半分の深さ位
置に到達する投影飛程が得られる注入エネルギ量でイオ
ン注入すれば、薄膜に連続したアモルファス領域が効果
的に形成される。特に、膜厚にかかわらず一の注入エネ
ルギ量でアモルファス化できるため、異なるエネルギ量
での複数回のイオン注入をする必要もなく、アモルファ
ス化のためのイオン注入工程が簡略化される。

【００２２】なお、本発明に係る多結晶シリコン薄膜の
アモルファス化のためのイオン注入条件（注入エネルギ
量、イオン注入ドーズ量）は、多結晶シリコン薄膜を抵
抗体に形成する場合に有効であるが、これに限定するこ
となく、シリコンの固相成長の場合のアモルファス化等
に、広く適用することができる。

【００２３】また、抵抗体を形成するために電気的活性
な不純物元素をイオン注入する場合には、電気的に活性
な元素は、アモルファス化されたシリコン薄膜の再結晶
化後に注入しても、アモルファス化されたシリコン薄膜
の再結晶化前に注入しても、さらには、多結晶シリコン
薄膜をアモルファス化する前に注入してもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、特定の一のイオン注入
エネルギ量と特定範囲のイオン注入ドーズ量でイオン注
入を行うことにより、過剰な量のイオンを注入すること
なく効果的に多結晶シリコン薄膜をアモルファス化する
ことができるため、アモルファス化のためのイオン注入
工程が簡略化される。また、かかるアモルファス薄膜を
その後再結晶化させて薄膜抵抗としたときには、抵抗値
のばらつきが抑制されたものを得ることができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を具現化した実施例につき、図
１ないし図６に基づいて説明する。本実施例は、多結晶
シリコン薄膜の膜厚に応じたアモルファス化のための注
入エネルギ量及び注入ドーズ量についての実験例であ
り、シリコンウェハ上に多結晶シリコン薄膜抵抗素子を
形成する工程、及び得られた薄膜抵抗の評価について説
明する。まず、注入エネルギ量の膜厚依存性についての
実験結果を示す。図２には、シリコンウェハ（以下、Ｓ
ｉウェハという。）１上への多結晶シリコン薄膜抵抗の
製造工程が示されている。まず、図２（ａ）に示すＳｉ
ウェハ１の表面を、図２（ｂ）に示すように酸化して、
表面に所望の膜厚の絶縁性の酸化膜２を形成した。

【００２６】表面に酸化膜２を形成したＳｉウェハ１
を、横型の減圧ＣＶＤ装置に配置して、所定の膜厚の多
結晶シリコン薄膜（多結晶Ｓｉ薄膜という。）３を成膜
した（図２（ｃ）参照）。なお、本実施例では、Ｓｉウ
ェハ１を、減圧ＣＶＤ装置内の炉口、炉央、炉奥の３個
所に分けて配置した。また、これらの３個所の成膜位置
のそれぞれのＳｉウェハ１に対して３００ｎｍ及び４０
０ｎｍの２種類の膜厚の多結晶Ｓｉ薄膜３を成膜した。

【００２７】次に、図２（ｄ）に示すように、この多結
晶Ｓｉ薄膜３の表面のほぼ法線方向に沿って以下の条件
でフッ素４をイオン注入して、多結晶Ｓｉ薄膜３にアモ
ルファス領域６を形成した。膜厚３００ｎｍの各多結晶
Ｓｉ薄膜３に対しては、注入エネルギ量を４０、５０、
６０、８０keV の４種類とし、これらの注入エネルギ量
に対しそれぞれ注入ドーズ量を、３．７５×１０¹⁵cm^-2
とした。また、膜厚４００ｎｍの各多結晶Ｓｉ薄膜３に
対しては、注入エネルギ量を４０、６０、８０keV の３
種類とし、これらの注入エネルギ量に対しそれぞれイオ
ン注入ドーズ量を、５×１０¹⁵cm^-2とした。なお、３．
７５×１０¹⁵cm^-2及び５．０×１０¹⁵／ｃｍ^-2の注入ド
ーズ量は、それぞれ後述のようにして決定された適正ド
ーズ量である。

【００２８】前記表１から明らかなように、フッ素の場
合、注入エネルギ量が６０keV のときのＬＳＳ理論に基
づく平均投影飛程は１５０ｎｍである。したがって、図
１に示すように、多結晶Ｓｉ薄膜３の膜厚が３００ｎｍ
の場合に、平均投影飛程は、薄膜の半分の深さ位置５に
対応する。また、同様に、同エネルギ量が８０keV のと
きの平均投影飛程は２００ｎｍであり、多結晶Ｓｉ薄膜
３の膜厚が４００ｎｍの場合に、平均投影飛程は薄膜の
半分の深さ位置５に対応する。

【００２９】さて、このように形成したアモルファス領
域６を、フォトリソグラフィー及びドライエッチングに
より所望の形状に加工する。その後、乾燥Ｏ₂雰囲気
下、９５０℃で３０分間熱処理を行い、表面に酸化膜７
を形成するとともに、アモルファス領域６を再結晶化さ
せ改めて多結晶Ｓｉ薄膜８を形成した。この場合、フッ
素は、加熱によりアモルファス領域６から脱離してい
く。なお、熱処理は９００℃以上が望ましい。また、Ｎ
₂雰囲気下で、熱処理を行って多結晶Ｓｉ薄膜８を形成
し、さらに酸化膜７を形成してもよい。

【００３０】次に、図２（ｅ）に示すように、不純物と
してホウ素（Ｂ）９をイオン注入によりドーピングす
る。この場合、膜厚３００ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜８につ
いては、イオン注入エネルギ量を３０keV 、イオン注入
ドーズ量を３．６×１０¹⁴cm^-2とした。また、膜厚４０
０ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜８については、イオン注入エネ
ルギ量を３５keV 、イオン注入ドーズ量を４．０×１０
¹⁴cm^-2とした。

【００３１】次に、図２（ｆ）に示すように層間絶縁膜
１１をＣＶＤにより、１．４５μｍ成膜し、この後、Ｐ
ＯＣｌ₃雰囲気下、９５０℃で３０分ないし４５分、リ
ン（Ｐ）の熱拡散によるドーピング工程を兼ねてアニー
リングを行い、ホウ素を電気的に活性化した。なお、窒
素雰囲気下で、同様に９５０℃でアニーリングすること
もできる。さらに、Ａｌ配線形成工程等を経て、抵抗素
子とした。

【００３２】このようにして形成した３００ｎｍ及び４
００ｎｍの２種類の膜厚の抵抗素子について、シート抵
抗を測定した結果を図３及び４に示す。図３及び４は、
シート抵抗の注入エネルギ依存性を示すものあるが、こ
れらから明らかなように、いずれの膜厚の抵抗素子につ
いても、成膜位置によるシート抵抗値のばらつきが小さ
くなる注入エネルギ量があることがわかった。すなわ
ち、図３より、３００ｎｍの膜厚の抵抗素子について
は、注入エネルギ量が６０keV のとき、シート抵抗が10
00Ω/ □付近で、成膜位置によるばらつきが最小であ
る。換言すれば、６０keV でのフッ素のイオン注入で、
多結晶Ｓｉ薄膜３の全体に連続したアモルファス領域６
が形成され、この結果、その後の熱処理により熱処理条
件に対応した粒径となり、多結晶Ｓｉ薄膜３の成膜時の
粒径の影響がなくなったものである。そして、この注入
エネルギ量での平均投影飛程は約１５０ｎｍであり、本
実施例においては、３００ｎｍの膜厚の多結晶Ｓｉ薄膜
３の半分の深さ位置に対応する。

【００３３】また、４００ｎｍの膜厚の抵抗素子につい
ては、注入エネルギ量が８０keV のとき、シート抵抗が
７５０Ω/ □付近で成膜位置によるばらつきが小さくな
っている。すなわち、８０keV でのフッ素のイオン注入
で、多結晶Ｓｉ薄膜３の全体に連続したアモルファス領
域６が形成され、成膜時の粒径の影響がなくなったもの
である。そして、この注入エネルギ量での平均投影飛程
は約２００ｎｍであり、本実施例においては、４００ｎ
ｍの膜厚の多結晶Ｓｉ薄膜３の半分の深さ位置に対応す
る。

【００３４】このように、膜厚の半分の深さ位置に対応
する投影飛程でイオン注入を行えば、多結晶Ｓｉ薄膜の
成膜時に発生するウェハ間の粒径差を低減して、ばらつ
きの低減された抵抗値を有する多結晶Ｓｉ薄膜抵抗を製
造することができる。

【００３５】次に、注入ドーズ量の膜厚依存性について
の実験結果を示す。本実験は、Ｓｉウェハ上に多結晶Ｓ
ｉ薄膜抵抗素子を形成する工程、及び得られた薄膜抵抗
の評価について説明する。なお、注入エネルギ量の実験
と同様に図２を用いて説明する。本実験例においては、
先の実験例と同様の工程を採用して、Ｓｉウェハ１上に
酸化膜１を形成した後、３００ｎｍと４００ｎｍの２種
類の膜厚の多結晶Ｓｉ薄膜３を、横型減圧ＣＶＤ装置内
の炉口、炉央、炉奥の３個所の位置で成膜した。

【００３６】次に、これらの多結晶Ｓｉ薄膜３の表面の
ほぼ法線方向に沿って以下の条件でフッ素４をイオン注
入して、多結晶Ｓｉ薄膜３にアモルファス領域６を形成
した。膜厚３００ｎｍの各多結晶Ｓｉ薄膜３に対して
は、注入エネルギ量を６０keVとし、イオン注入ドーズ
量を、１×１０¹⁵cm^-2、３×１０¹⁵cm^-2、５×１０¹⁵cm
^-2とした。また、膜厚４００ｎｍの各多結晶Ｓｉ薄膜３
に対しては、注入エネルギ量を８０keV とし、イオン注
入ドーズ量を、１×１０¹⁵cm^-2、３×１０¹⁵cm^-2、４×
１０¹⁵cm^-2、５×１０¹⁵cm^-2、７×１０¹⁵cm^-2、１０×
１０¹⁵cm^-2とした。

【００３７】このように形成したアモルファス領域６
を、先に実験例と同様に、フォトリソグラフィー及びド
ライエッチングにより所望の形状に加工した後、乾燥Ｏ
₂雰囲気下、９５０℃で３０分間熱処理を行い、表面に
酸化膜７を形成するとともに、アモルファス領域６を再
結晶化させ、改めて多結晶Ｓｉ薄膜８を形成した。

【００３８】さらに、図２（ｅ）に示すように、各多結
晶Ｓｉ薄膜８に対して膜厚３００ｎｍの場合、３０keV
、３．７×１０¹⁴cm^-2、膜厚４００ｎｍの場合、３５k
eV 、３．８×１０¹⁴cm^-2の条件でホウ素をイオン注入
し、層間絶縁膜１１を成膜後、リン（Ｐ）の熱拡散によ
るドーピング工程を兼ねてアニーリングを行い、ホウ素
を電気的に活性化した。さらに、Ａｌ配線形成工程等を
経て、抵抗素子とした。

【００３９】このようにして形成した３００ｎｍ及び４
００ｎｍの２種類の膜厚の抵抗素子について、シート抵
抗を測定した結果を図５及び６に示す。図５及び６は、
シート抵抗のイオン注入ドーズ量依存性を示すものある
が、これらから明らかなように、いずれの膜厚の抵抗素
子についても、成膜位置によるシート抵抗値のばらつき
が小さくなるイオン注入ドーズ量があることがわかっ
た。すなわち、図５より、膜厚３００ｎｍの抵抗素子の
場合には、イオン注入ドーズ量が３×１０¹⁵cm^-2のと
き、シート抵抗が９５０Ω/ □付近で、成膜位置による
ばらつきが最小である。換言すれば、３×１０¹⁵cm^-2の
フッ素のイオン注入で、多結晶Ｓｉ薄膜３の全体に連続
したアモルファス領域６が形成され、この結果、その後
の熱処理により熱処理条件に対応した粒径となり、多結
晶Ｓｉ薄膜３の成膜時の粒径の影響がなくなったもので
ある。また、５×１０¹⁵cm^-2のときでも、１×１０¹⁵cm
^-2のときに比較して大幅にシート抵抗のばらつきが低減
されていが、シート抵抗そのものがキャリアのトラップ
等により増大する傾向にある。

【００４０】シート抵抗のばらつきが最小となるドーズ
量３×１０¹⁵cm^-2を膜厚（３００ｎｍ）で除してイオン
注入濃度を計算すると、１×１０²⁰cm^-3となり、５×１
０¹⁵cm^-2の場合のイオン注入濃度は、１．６７×１０²⁰
cm^-3となる。

【００４１】一方、４００ｎｍの膜厚の抵抗素子につい
ては、イオン注入ドーズ量が４×１０¹⁵cm^-2ないし５×
１０¹⁵cm^-2のとき、シート抵抗の成膜位置によるばらつ
きが最小である。すなわち、４×１０¹⁵cm^-2のイオン注
入ドーズ量でのフッ素のイオン注入で、多結晶Ｓｉ薄膜
３の全体に連続したアモルファス領域６が形成され、成
膜時の粒径の影響がなくなったものである。また、７×
１０¹⁵cm^-2及び１０×１０¹⁵cm^-2のときでも、３×１０
¹⁵cm^-2以下のときと比較して、シート抵抗のばらつきは
小さくなっているが、シート抵抗が増大する傾向にあ
る。

【００４２】シート抵抗のばらつきが最小となるドーズ
量４×１０¹⁵cm^-2を膜厚（４００ｎｍ）で除してイオン
注入濃度を計算すると、１×１０²⁰cm^-3となり、５×１
０¹⁵cm^-2の場合のイオン注入濃度は、１．２５×１０²⁰
cm^-3となる。また、７×１０ ¹⁵cm^-2のときのそれは、
１．７５×１０²⁰cm^-3となり、１０×１０¹⁵cm^-2のとき
のそれは、２．５×１０²⁰cm^-3となる。

【００４３】これらの結果から、いずれの膜厚について
も、イオン注入濃度が、１×１０²⁰cm^-3以上であれば、
多結晶Ｓｉ薄膜３において連続したアモルファス領域６
が形成がされることが明らかである。また、イオン注入
濃度が、１．７×１０²⁰cm^-3付近においても、かなり安
定した抵抗値が得られ、さらに、イオン注入濃度が２．
５×１０²⁰cm^-3までにおいてもばらつきの低減された抵
抗値を得ることができる。したがって、ばらつきの低減
された抵抗素子を得るには、１×１０²⁰cm^-3〜２．５×
１０²⁰cm^-3でのフッ素のイオン注入による多結晶Ｓｉ薄
膜３のアモルファス化が好ましいことがわかった。

【００４４】なお、これらの実験例では、多結晶Ｓｉ薄
膜３の膜厚が３００ｎｍ及び４００ｎｍの場合について
説明したが、本発明が適用できる多結晶Ｓｉ薄膜の膜厚
はこれらに限定されるものではなく、膜厚が１μｍ（１
０００ｎｍ）程度までは本発明を適用することができ
る。前記イオン注入ドーズ量にて、ＬＳＳ理論のイオン
飛程より、平均飛程が多結晶シリコン膜厚×１／２で、
膜厚＜（平均飛程＋３×標準偏差）になるイオン注入エ
ネルギ量を選択すれば、多結晶シリコン膜厚全域にわた
り、ほぼアモルファス化が可能であるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】多結晶Ｓｉ薄膜のアモルファス化において、多
結晶Ｓｉ薄膜の膜厚の半分の深さ位置に到達する投影飛
程となる注入エネルギ量で、イオン注入する状態を示す
図である。

【図２】実施例１及び２における多結晶Ｓｉ薄膜抵抗の
製造工程（ａ）〜（ｆ）を示す図である。

【図３】膜厚３００ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜抵抗のシート
抵抗の、アモルファス化工程のフッ素イオン注入エネル
ギ量依存性を示すグラフ図である。

【図４】膜厚４００ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜抵抗のシート
抵抗の、アモルファス化工程のフッ素イオン注入エネル
ギ量依存性を示すグラフ図である。

【図５】膜厚３００ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜抵抗のシート
抵抗の、アモルファス化工程のフッ素イオン注入ドーズ
量依存性を示すグラフ図である。

【図６】膜厚４００ｎｍの多結晶Ｓｉ薄膜抵抗のシート
抵抗の、アモルファス化工程のフッ素イオン注入ドーズ
量依存性を示すグラフ図である。

【図７】従来の多結晶Ｓｉ薄膜抵抗の製造工程（ａ）〜
（ｄ）を示す図である。

【符号の説明】

１Ｓｉウェハ３多結晶Ｓｉ薄膜６アモルファス領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多結晶シリコン薄膜にフッ素イオンを注入
することによって前記多結晶シリコン薄膜をアモルファ
ス化する方法において、前記イオン注入の注入エネルギ量を、注入イオンの投影
飛程が前記多結晶シリコン薄膜の半分の深さ位置に到達
する距離となる一のエネルギ量に設定し、前記イオン注入のイオン注入ドーズ量を、イオン注入ド
ーズ量／前記多結晶シリコン薄膜の膜厚で算出されるイ
オン注入濃度が１．０×１０ ²⁰ ｃｍ ^-3 〜２．５×１０ ²⁰
ｃｍ ^-3 となるドーズ量に設定することを特徴とする多結
晶シリコン薄膜のアモルファス化方法。
【請求項２】多結晶シリコン薄膜を形成する工程と、フ
ッ素イオンを注入することによって前記多結晶シリコン
薄膜をアモルファス化する工程と、電気的に活性な元素
をイオン注入する工程と、熱処理することによってイオ
ン注入したシリコン薄膜を際結晶化する工程、を経て多
結晶シリコン薄膜抵抗を製造する方法において、請求項１記載の多結晶シリコン薄膜のアモルファス化方
法を用いる、多結晶シリコン薄膜抵抗の製造方法。