JPH0154869B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体素子バルクの抵抗値変化よ
り、温度、圧力等を知るための検知用抵抗体を多
結晶半導体を用いて提供することを目的とし、従
来、単結晶で行つていた製造上の困難さを解決す
るとともに、形状、特性等に自由度の大きい抵抗
体を提供するものである。

従来、単結晶の半導体のバルク抵抗値が種々の
環境条件によつて変化する性質を利用して、温
度、磁気、圧力等を測定する方法は、多く実用化
されている。

例えば、極低温域でのゲルマニウムのインピユ
リテイ濃度の温度依存性を利用してのゲルマニウ
ム単結晶による極低温の検出器、または常温付近
ではシリコンのインピユリテイによる負性抵抗温
度特性領域とイントリンシツクな負性抵抗温度特
性領域との中間の正の温度抵抗特性を用いたシリ
コン単結晶チツプの抵抗器が実用化されている。
また圧力検知素子としては、応力によるエネルギ
ーバンドの変形によるキヤリア数の変化を電気抵
抗の変化としてとられる方式により、ダイヤフラ
ム自体をシリコン単結晶で作製した圧力センサ等
がある。

しかしながら、これらのバルク抵抗値の変化を
利用する素子は、単結晶半導体を用いているため
単結晶製造プロセスから来る制約条件を持ち合わ
せている。すなわち、もし単結晶インゴツトをス
ライスしたウエフアを用いる場合、一つには抵抗
体の厚みを薄くするのが困難であり、例えば圧力
センサではダイヤフラム厚に制限が加えられ微少
な圧力変化の測定が困難であり、また温度センサ
であれば熱容量が大きいために熱応答性に限界が
ある等の欠点を有している。また単結晶を用いる
と、いろいろな比抵抗のものを多品種少量生産し
ようとする場合、様々な困難をも有し、小まわり
が効かず、非常にコスト高になるという欠点をも
有していた。

これに対して、多結晶薄膜を用いれば、厚み等
の形状に対しても多品種少量生産性に対しても有
利であるので、多結晶薄膜で単結晶同様の特性を
得ようとする試みが多くなされているが、多結晶
はグレインに対してバウンダリーの比抵抗が非常
に大きく、これで抵抗体を作成すると、バウンダ
リーの抵抗に特性が依存してしまう結果となり、
正規のバルクの特性が現われない。しかもバウン
ダリーとグレインの間には、特殊なバンドギヤツ
プ構造が現われ、抵抗体としての正規の電流電圧
特性を示さないという欠点を有している。

そこで、結晶の粒径を大きくし、バウンダリー
幅を小さくしてバウンダリーの影響を少くし、さ
らには単結晶薄膜を作成しようとする試みがなさ
れていて、現在かなり成果を収めているが、加工
技術が非常に高度であつたり、製造設備が大がか
りであつたりして、一般の実用には供していな
い。

本発明は、簡単にこれらの従来の問題点を解決
し、実用に供することのできる多結晶半導体の抵
抗体を提供しようとするものである。

最近の半導体製造技術は著しく発振し、特にリ
ゾグラフイ技術においては、ミクロンオーダーの
加工が容易にでき、さらにはイオンビームリゾグ
ラフイ等の方法では、サブミクロンオーダーの加
工もできるようになつた。また一方では、薄膜の
結晶粒成長に関しても大幅な技術的発展があり、
CVD法等により、例えばシリコンについては、
平均粒径100μ以上の多結晶がかなり容易に作成
できるようになつてきた。

本発明は、これらの技術を組み合わせ、応用す
ることにより実現されるものである。

すなわち、本発明は、多結晶半導体において、
バウンダリーの影響を除き、半導体のバルク自身
の抵抗を得るため、多結晶半導体の表面に隣り合
う結晶粒と結晶粒の間を繋ぐ導体のブリツジを架
けてやる構造とするものであり、バウンダリーの
位置がランダムであるのである程度の余裕を見込
んで多くの橋を架ける構造になつている。

以下に具体例をもつて本発明を説明する。

多結晶半導体としては、モノシラン等のガスを
加熱基板上に流し多結晶膜を生成する気相成長法
にて、シリコン薄膜を形成する。そしてこのまま
では、結晶粒径がサブミクロンオーダーであり、
後のリゾグラフイ技術に高度なものが要求される
ので、さらに水素雰囲気中で高温の熱処理をして
結晶粒径を50〜100μにまで粒成長させる。この
上に、金一チタン合金を蒸着し、数百度の還元雰
囲気中にて熱処理し、低抵抗のオーミツクコンタ
クトを形成する。合金の種類と熱処理条件は表面
金属のマイグレーシヨンによる拡散層の厚みがシ
リコン結晶の粒径に対して十分小さいように選
ぶ。その後、フオトレジスト塗布、パターン露光
およびエツチングにより、例えば第１図または第
２図のような導体パターン１をシリコン多結晶膜
上に形成して一つの抵抗体とした。なお、図にお
いて、２はバウンダリー、３はグレインであり、
導体パターン１の各導体の最大径部分の長さはバ
ウンダリー２の平均幅より大きく構成されてい
る。

この抵抗体は、膜の左右両端に電極を付けて抵
抗値を測定すると、その抵抗値は多数の結晶粒子
内のバルク抵抗と多数のオーミツクコンタクト抵
抗と多数の導体の抵抗との直列抵抗および並列抵
抗が複雑に合成抵抗として表われてくる。ここで
オーミツクコンタクト抵抗と導体抵抗がバルク抵
抗に比して充分小さいので、膜の両端に表われて
くる抵抗は、ほとんどバルク抵抗そのものの値と
なる。そこで、この両端で抵抗値を測定すること
により、半導体バルクの性質を利用して、温度変
化や圧力変化が検知できる訳である。

第２図の例においては、縦200μ、幅10μの長方
形導体パターンを20μの間隔に配した２mm角のシ
リコン多結晶チツプにて、左右両端に電極を取り
付けた状態で、周囲温度20℃にて52Ω、また70℃
にて69Ωとなり、温度センサとして使用できるも
のである。

多結晶半導体としては、一般的なシリコンやゲ
ルマニウムを材料として想定しているが、―
族化合物または―族化合物等に対しても適用
できる。例えば―族化合物としてアルミニウ
ムニトライドは酸素雰囲気に対して敏感であるの
で、アルミニウムニトライド多結晶を用いて酸素
センサを構成するか、もしくは圧電材料として温
度による安定性も良いので圧力センサとして用い
るという方法も、アルミニウムニトライドの比抵
抗を下げる研究が進めば、本発明を用いて実用化
に供されるものである。

導体間の距離を多結晶の平均粒径よりも小さく
するのは、それ以上であれば電気的に孤立する導
体や結晶粒が多くなり、全体として両端のリード
電極間の一結晶―導体―結晶―導体―結晶―の橋
渡しができなくなつてしまうからである。ここ
で、さらに導体間距離を短かくしすぎると、全体
の抵抗値に占める半導体センサ抵抗に対しての導
体自身の抵抗の比率が高くなり、検知素子とした
場合、絶対的変化率が小さくなるという不利な面
が出て来るので好ましくない。しかし、反面、特
性のリニアリテイの面で改善されるという有利な
面が出て来る場合もあるので、求める特性を考慮
しながら、導体間の距離を決定する。

導体パターンの形状、大きさに関しては、全体
の表面に対しての導体パターンの総面積を大きく
すると、前述と同様に全体の抵抗値に対して導体
自身の抵抗値の占める割合が大きくなるので好ま
しくないが、面積を小さくると橋渡しが完全に行
われない。そこで形状としては、第１図のような
ものより、第２図のように長細い格好の導体パタ
ーンが面積的にも接続の面でも有利であるといえ
る。しかし、これもあまり長くすると、完全に橋
渡しの行われている大きな結晶粒にばかり電流が
集中し、好ましくない。また温度センサ用または
圧力センサ用の素子としてシリコンまたはゲルマ
ニウムを使用すると、材料的に結晶の粒成長も容
易であり、表面導体とのオーミツクコンタクトの
コンタクト抵抗も十分に低くすることができるた
めに、多結晶材料としてシリコンまたはゲルマニ
ウムを選定するとよい。

また多結晶の作成法については、蒸着等の薄膜
技術を用いて作成した例を挙げたが、発明の性質
上、インゴツトスライスの多結晶でもよいし、リ
ボン引上げ等による多結晶にも本発明を適用でき
ることは勿論である。

以上述べたように本発明によつて、多結晶作成
技術と微細リゾグラフイ技術とを応用することに
より、簡単に半導体バルク特性を持つ抵抗体を提
供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明による多
結晶半導体抵抗体における導体パターンの図であ
る。 １……導体パターン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多結晶半導体の表面に、各導体の最大径部分
   の長さがバウンダリーの平均幅より大きく、かつ
   隣接する２ケの導体の一方の端部から他方の端部
   までの距離が多結晶の平均粒径よりも小さい導体
   を多数点在させたことを特徴とする多結晶半導体
   抵抗体。 ２ 多結晶半導体が、シリコン主成分とする半導
   体であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の多結晶半導体抵抗体。 ３ 多結晶半導体が、ゲルマニウムを主成分とす
   る半導体であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の多結晶半導体抵抗体。