JPH01310573A - 半導体基板用低抗体及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板内に形成する抵抗体及びその形成方
法に関する。

〔従来技術〕

半導体装置、例えば半導体集積回路の構成要素である抵
抗体を半導体基板上に形成する際、従来は半導体基板の
所定の領域に、所定の１種ｍｌの導電型を有するドーパ
ントをイオン注入していた。

そしてこのようにして形成された抵抗層の抵抗値はイオ
ン注入領域の大きさ、イオン注入の深さ及びイオン注入
量（ドーズ量）等に依存し、第４図に示す寸法を有する
抵抗層の抵抗値は以下のようになる。

Ｒ（抵抗値）＝　（ρｘＬ）／　（Ｗｘ　ｔ）−（１）
但し、ρは抵抗層の抵抗率を示す。

ここで、形成された抵抗層の断面積を一定とすると、注
入されたドーパントのドーズ量と半導体基板に形成され
た抵抗のシート抵抗値との関係は第２図に示すようにな
る。なお、この図では縦軸にシート抵抗値の逆数をとっ
ている。注入するドーパントのドーズ量を増やすとシー
ト抵抗値が下がることがこの第２図かられかる。これら
の関係に基づき、Ｐ型、Ｎ型のいずれか一方のドーパン
トを半導体基板にイオン注入し、所望の抵抗値を有する
抵抗体を形成していた。

〔発明の解決しようとする課題〕

一方、広い温度範囲で安定な性能を示す半導体装置が求
められている。したがって、半導体装置の一構成要素で
ある抵抗体の抵抗値も広い温度範囲で一定であることが
要求されている。

そこで、本件発明者はイオン打ち込みエネルギーと注入
するドーパントのドーズ量を変え、ある所定の温度で同
じシート抵抗値を有する抵抗層を形成し、これらの抵抗
層のシート抵抗値の温度依存性を調べた。そして、第３
図に示す結果が得られた。この第３図で、直線ＡはＧａ
Ａｓ基板に低い加速電圧、例えば５０ＫｅＶでドーパン
ト（Ｓｉ）のドーズ量を多くして形成した抵抗層の温度
依存性を示し、直線Ｂは高い加速電圧、例えば１８０Ｋ
ｅＶでドーパント（Ｓｔ）のドーズ量を少なくして形成
した抵抗層の温度依存性を示している。この図から推測
すると抵抗層のシート抵抗値の温度依存性はイオン注入
するドーパントのドーズ量を多くすると低くなり、すな
わち、注入するドーパントのドーズ量を多くして抵抗層
を形成すると広い範囲で安定したしと抵抗値を有する抵
抗体が得られることが推測される。

しかし、イオン注入すべきドーパントのドーズ量を多く
すると、先に説明したように、抵抗層のシート抵抗値が
下がってくる。そのため、ある程度の高い抵抗値を得る
ためには、第４図に示す抵抗体の形状でＬ／（Ｗｘｔ）
を大きくする必要がある。ここで、ｔはドーパントの打
ち込み深さに関係し、従ってイオン注入の加速電圧によ
って定まる。従って、Ｌ／Ｗを大きくする必要があるが
、そのためには、Ｌを大きく、Ｗを小さくする必要があ
る。ここで高い抵抗値を有する抵抗体を得ようとすると
、抵抗体の形状は非常に細長くなり、半導体基板の加工
精度及び半導体装置上に占める面積等を考えれば限界が
ある。そのため、半導体装置上に広い温度範囲で安定し
た高い抵抗値を有する抵抗体を形成することが難しかっ
た。

本発明は上記問題点を解決し、広い温度範囲で変動が少
なく、かつ高い抵抗値を有する半導体基板用抵抗体及び
その製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本件発明者は、半導体基板上の抵抗層の抵抗値が
上記式（１）のρ（抵抗率）に依存し、この抵抗率ρが
以下の式（２）で定まり、Ｐ型、Ｎ型の両方のドーパン
トをイオン注入することにより、ドーパントのドーズ量
が多くかつ高い抵抗率が得られることに着目した。

（１／ρ）−ＩＮ　（−ｑ）ｔｔｅ　＋Ｐｑμｈ　　ｌ
・・・・・・　（２） ここで、Ｎは電子のキャリア濃度、Ｐは正孔のキャリア
濃度、μｅは電子の移動度、μｈは正孔の移動度、ｑは
電子の電荷量を示す。

本発明の半導体基板用抵抗体では、半導体基板内の所定
の抵抗体形成領域に形成される抵抗体であって、前記抵
抗体形成領域には当該抵抗体の形成のため意図的にドー
プされたＰ型及びＮ型のドーパントが共存して高抵抗と
なっていることことを特徴とする。

更に本発明の半導体基板用抵抗体の形成方法では、半導
体基板の所定の領域に第１導電型ドーパントをイオン注
入する第１イオン注入工程と、前記所定の領域に前記第
１イオン注入工程で注入した第１導電型ドーパントの注
入深さと同じ注入深さに第２導電型ドーパントをイオン
注入する第２イオン注入工程とを含むことを特徴とする
。

更に本発明の半導体基板用抵抗体の形成方法では、半導
体基板の所定の領域に禁制帯の中央付近に深い不純物準
位を形成するようなイオンを所定の深さにイオン注入す
る第１イオン注入工程と、前記所定の領域に第１導電型
のドーパントを前記所定の深さに到達するようにイオン
注入する第２イオン注入工程と、前記所定に領域に第２
導電型のドーパントを前記所定の深さに到達するように
イオン注入する第３イオン注入工程を含むことを特徴と
する。

〔作用〕

本発明では、半導体基板内に２種類の導電型のドーパン
トをイオン注入することにより、ドーズ量を増やし、抵
抗値の温度依存性を低く抑えると共に、高い抵抗値を有
する抵抗層を形成している。

〔実施例〕

以下図面を参照しつつ本発明に従う実施例について説明
する。

第１図（ａ）は本発明に従う実施例の抵抗体の形成工程
の工程図を示す。

この形成は、マスキング工程１と第１イオン注入工程２
と第２イオン注入工程３とより構成される。マスキング
工程１では半導体基板上に抵抗体を形成する領域以外に
イオンが注入されないようにマスクをかける。この工程
１ではフォトリソグラフィ技術を利用し、絶縁層をマス
クとして形成し窓部を形成する。第１イオン注入工程２
では、先のマスキング工程１で形成した窓部（抵抗体を
形成する領域）に第１の導電型のドーパント、例えばＮ
型のドーパントを所定の深さに注入する。

このＮ型ドーパントは半導体基板がＳｉ基板のときはＡ
ｓ、Ｐ等であり、半導体基板がＧａＡｓ基板のときはＳ
ｉ、Ｓｅ等である。第２イオン注入工程では、先の窓部
に第１イオン注入工程でＮ型ドーパントを注入した深さ
とほぼ同じ深さとなるように第２の導電型のドーパント
、例えばＰ型のドーパントをイオン注入する。Ｐ型のド
ーパントとしては、半導体基板がＳｉ基板であるときは
Ｂ。

Ｇａ等であり、半導体基板がＧａＡｓ基板のときはＢｅ
、Ｍｇ等である。

このようにして、Ｎ型ドーパント及びＰ型ドーパントの
両方をイオン注入することにより、抵抗層を形成すると
、その抵抗層の抵抗率は上記式（２）より、Ｎ型ドーパ
ントのドーズ量とＰ型ドーパントのドーズ量との差に依
存する。従って、これらのドーパントのドーズ量を第１
及び第２イオン注入工程で調節することにより所望の抵
抗値を存する抵抗体を得ることができる。

また、この第１及び第２イオン注入工程２．３でのドー
パント注入深さは、はぼ同じにしなくてはならない。こ
れは、この深さが異なってしまうと、抵抗層の中に、抵
抗値の低い領域、すなわち、ＰＳＮのいずれかのドーパ
ントのみが存在する領域が出来てしまい、この領域にお
いて電気的に短絡することになる。そのため、高い抵抗
値を有する抵抗体を実現できないからである。

この状態を第２図を用いて説明する。第２図（ａ）にＰ
、Ｈのドーパントの注入深さが異なった場合を示す。こ
の図において、曲線ＣはＰ型ドーパントを注入したとき
のキャリア濃度と基板表面からの深さとの関係を示し、
曲線りはＮ型ドーパントを注入したときのキャリア濃度
と基板表面からの深さと関係を示す。この図に示すよう
に、ＰＳＮ型ドーパントの注入深さがΔΩだけ異なって
しまうと、この注入深さが異なった領域Ｅにおいて、Ｎ
のドーパントのみ存在することになり、この領域Ｅで電
気的な短絡が生じてしまうからである′。

そこで、この様なドーパントそれぞれの注入深さを一致
させるには、第１イオン注入工程２でのドーパントの注
入深さと同じ深さとなるように、第２イオン注入工程３
で、数回に別けてＰ型ドーパントのイオン注入を行う。

このようにすることにより第１イオン注入工程２でイオ
ン打ち込みしたＮ型ドーパントの注入深さと、第２イオ
ン注入工程３でイオン打ち込みしたＰ型ドーパントの注
入深さを同じにすることができる。

このようにしてイオン打ち込みを行った状態を第２図（
ｂ）に示す。この図において、曲線Ｆ及びＧはそれぞれ
、Ｐ型ドーパント及びＮ型ドーパントの基板表面からの
深さとキャリア濃度の関係を示している。そして、第２
図（Ｃ）の曲線Ｈは第２図（ｂ）に示す関係における活
性キャリアの濃度と基板表面からの深さとの関係を示す
。そして、この曲線Ｈにより囲まれる斜線部■の活性キ
ャリアの量が電気伝導に寄与するのである。そして、こ
の活性キャリアの量は、Ｎ型ドーパントのドーズ量とＰ
型ドーパントのドーズ量との差に依存し、この差が抵抗
値を決定する要素の１つとなる。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、種々の変
形例が考えられ得る。

具体的には、上記実施例では、まず、Ｎ型ドーパントを
イオン注入し、次にＰ型ドーパントを注入しているが、
この順序に限定されず、逆の順番でドーパントを注入し
てもよい。

更に、上記実施例では、第１及び第２イオン注入工程で
の注入プロファイルを一致させるようにしているが、こ
の代わりに、まず、半導体基板に形成した窓部に禁制帯
の中央付近に不純物準位を形成するようなイオン、例え
ばＣｒイオン１水素イオン等を打ち込み、この後に、第
１イオン注入工程でＮ型のドーパントを打ち込み、第２
イオン注入工程でＰ型のドーパントを先に打ち込んだＮ
型ドーパントの領域に重なるように打ち込んでもよい。

Ｃｒイオン等を打ち込んだ部分では結晶が破壊されたり
して、たとえドーパントを打ち込んでも、導電層は形成
されない。そのため、このようにイオン打ち込みを行う
ことにより、実質的に第１及び第２イオン注入工程で打
ち込んだ注入深さが一致することになる。この方法の原
理を第３図を用いて説明する。第３図において、曲線Ｊ
及びＫはそれぞれ、Ｐ型ドーパント及びＮ型ドーパント
を注入したときの基板表面からの深さと、キャリア濃度
との関係を示している。この第３図に示す例では、その
注入深さがΔｐだけずれてしまっている。この状態で抵
抗として使用すると電気的短絡が生じ、所望の抵抗値を
得ることができない。しかし、第３図の斜線部のごとく
領域の中心あたりにピークをもつように禁制帯の中央付
近に不純物準位を形成するようなイオン、例えばＣｒ等
を注入しであることにより、トラップが形成され、事実
上Ｐ、Ｎ型ドーパントの注入深さがそろった状態になる
。

〔効果〕

上記のように構成することにより、広い温度範囲（−５
５℃〜１２５℃）において、安定した高い抵抗値を有す
る抵抗体を半導体基板上に形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う実施例の抵抗体の製造工程の工
程図、第２図は、ドーパントと注入深さの関係を示す図
、第３図は、イオン打ちこみ深さを実質的に一致させる
方法を説明するための図、第４図は、イオン注入による
ドーズ量とシート抵抗値の関係を示す図、第５図は、イ
オン注入により抵抗層を形成したときの、注入条件とシ
ート抵抗値の温度依存性を示す図、及び第６図は、抵抗
体の抵抗値を決定するパラメータを説明する図である。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　　寺　　　　崎　　　　史　　　　朗本発明の工
程 第】図 ドーパントのキャリア濃度 （ａ） 注入深さとキャリア濃度 第２図 （ｂ） 注入深さ； 第 活性キャリア濃度 （ｃ） ヒキャリア濃度 ２図 ドーズ量（（ｍ〜２） シート抵抗値とドーズ量との関係 第　　４　　図 温度（に） シート抵抗の温度依存性 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板内の所定の抵抗体形成領域に形成される
   抵抗体であって、前記抵抗体形成領域には当該抵抗体の
   形成のため意図的にドープされたＰ型及びＮ型のドーパ
   ントが共存して高抵抗となっていることを特徴とする半
   導体基板用抵抗体。 ２、半導体基板の所定の領域に第１導電型ドーパントを
   イオン注入する第１イオン注入工程と、前記所定の領域
   に前記第１イオン注入工程で注入した第１導電型ドーパ
   ントの注入深さと同じ注入深さに第２導電型ドーパント
   をイオン注入する第２イオン注入工程とを含む半導体基
   板用抵抗体の形成方法。 ３、半導体基板の所定の領域に禁制帯の中央付近に不純
   物準位を形成するようなイオンを所定の深さにイオン注
   入する第１イオン注入工程と、前記所定の領域に第１導
   電型のドーパントを前記所定の深さに到達するようにイ
   オン注入する第２イオン注入工程と、 前記所定に領域に第２導電型のドーパントを前記所定の
   深さに到達するようにイオン注入する第３イオン注入工
   程を含む半導体基板用抵抗体の形成方法。