JPH03242966A - 半導体装置の製造方法 - 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］ 本案は、半導体装置及びその製造方法に関し、詳しくは
、レーザートリミングされる薄膜抵抗体を有する半導体
装置に関する。

［従来の技術］ 例えば集積回路などが形成された半導体装置の絶縁膜中
に主として金属製の薄膜抵抗体を介設し、この薄膜抵抗
体の所定箇所をレーザービームにより溶断してその抵抗
値を調整することが行なわれている。

従来、このように集積回路が形成された半導体装置では
、例えば第１１図に示すように、フィルド絶縁膜（すな
わち、回路素子用のＰＮ接−合領域を形成するに際して
半導体基板表面に前もって設けられる絶縁膜）５０を用
い、フィールド絶縁膜５０上に薄膜抵抗体９０を形成し
ている。

［発明が解決しようとする課題］ いわゆるレーザートリミングと呼ばれる上記抵抗値の調
整プロセスでは、薄膜抵抗体が吸収するレーザエネルギ
量を最適レベルに調節することが重要であり、薄膜抵抗
体の吸収エネルギが過少であると切断不良が生じ、過大
であれば絶縁膜及び半導体基板を損傷してしまう。

しかしながら、薄膜抵抗体を透過したレーザ光は薄膜抵
抗体下面及び半導体基板表面でそれぞれ部分反射して透
過光と干渉しつつ再度、薄膜抵抗体に吸収される。更に
、薄膜抵抗体表面、パッシベーション膜表面でも反射及
び干渉が生じ、薄膜抵抗体に入射するレーザ光の総量は
各膜厚に依存する。特に、半導体基板と薄膜抵抗体との
間の第２の絶縁膜の膜厚が変動すると、薄膜抵抗体の吸
収エネルギは大幅に変動する。

このために、集積回路が形成された半導体基板上に薄膜
抵抗体を搭載する場合、フィールド絶縁膜の厚さをでき
るかぎり精密に制御して、薄膜抵抗体の吸収エネルギの
変動を防止している。けれども、フィールド絶縁膜は厚
く形成される（一般には、０．５μｍ以上〉ため必然的
に、膜厚変動の絶対量も大きくならざるをえなかった。

また、フィールド絶縁膜形成後の各種高温工程によりそ
の膜厚が増加したり、あるいはフィールド絶縁膜形成後
のエツチング工程によりその膜厚が減少したりする（す
なわち、薄膜抵抗体の被着前の各種工程によりフィール
ド絶縁膜の膜厚が変動する〉ので、フィールド絶縁膜の
膜厚制御は一層面倒であった。

もちろん、ウェハ毎又はロット毎にフィールド絶縁膜の
膜厚を実測して、レーザー光量を制御することも可能で
あるが、作業が複雑化してしまう。

一方、上）ボしたように集積回路が形成された半導体基
板上（薄膜抵抗体を搭載する場合、照射されたレーザー
光の一部は、半導体基板の表面部でも吸収されて半導体
基板にダメージを与える問題や、各境界面で複反側した
レーザー光が集積回路領域に及んでその電気特性（例え
ば、ＰＮ接合のリーク電流など〉を変化させるという問
題が生じる可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、歩留りが
良好であるレーザートリミング薄膜抵抗体を具備する半
導体装置及びその製造方法を提供することを、その解決
すべき課題としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面上に
第１の絶縁膜を形成し、その後、前記第１の絶縁膜を選
択除去して該半導体基板表面上に前記第１の絶縁膜の膜
厚よりも薄い膜厚を有する第２の絶縁膜を形成し、前記
第２の絶縁膜表面上に薄膜抵抗体を形成し、前記薄膜抵
抗体膜表面上にパッシベーション膜を形成し、その後、
前記薄膜抵抗体をレーザートリミングして抵抗値を設定
することを特徴としている。

本発明の半導体装置は、素子領域が表面部に設けられ第
１の絶縁膜が表面上に設けられる半導体基板と、前記第
１の絶縁膜が選択剥離された前記半導体基板表面上に設
けられ、前記第１の絶縁膜の膜厚よりも薄い膜厚を有す
る第２の絶縁膜と、該第２の絶縁膜表面上に設けられレ
ーザートリミングにより抵抗値が設定される薄膜抵抗体
と、前記薄膜抵抗体表面上に設けられるパッシベーショ
ン膜と、を具備することを特徴としている。

好適例において第２の絶縁膜には熱酸化シリコン膜が用
いられるが、ＣＶＤ酸化膜などであってもよい。熱酸化
シリコン膜はちみつで、膜厚の高精度の制御が容易であ
る。

好適例において第２の絶縁膜の厚さは０．１μｍ以上で
第１の絶縁膜厚以下とされる。０．１μｍ以下では、溶
融、飛散する薄膜抵抗体粒子が第２の絶縁膜を突抜けて
その絶縁を破壊する可能性があり、第１の絶縁膜厚以上
では、膜厚の変動率が一定でもばらつきの絶対量が大き
くなる。

実験結果によれば、レーザー波長１．０６μｍの場合、
熱酸化シリコン膜からなる第２の絶縁膜が約０．１〜０
．３μｍの膜厚をもつ場合に、そのエネルギ吸収率が良
好であることが判明した。

［作用］ 本発明の半導体装置では、例えばフィールド絶縁膜のよ
うな既存の第１の絶縁膜が選択剥離された半導体基板表
面上に新たに専用に設けられる第２の絶縁膜は、上記第
１の絶縁膜よりもより薄い膜厚を有するように構成され
ている。

したがって、第２の絶縁膜のばらつきを減らし、最適膜
厚を選択して、薄膜抵抗体の吸収エネルギのばらつきが
可能になる。

更に同時に、照射レーザー光量の削減が可能となるため
に、半導体基板などの周辺部によるエネルギ吸収が減少
し、第２の絶縁膜の耐圧や近傍の回路素子の電気特性（
例えば、ＰＮ接合のリーク電流値など）の劣化が防止さ
れる。

［発明の効果］ 上記したように本発明の半導体装置の製造方法及び装置
では、回路素子が形成された半導体基板の第１の絶縁膜
を選択除去してそれよりも薄い第２の絶縁膜を形成し、
この第２の絶縁膜表面上に薄膜抵抗体を形成しているの
で、第２の絶縁膜の膜厚ばらつきが格段に小さくなり、
薄膜抵抗体の吸収エネルギ量の変動が減少する。

したがって、薄膜抵抗体の切断不良や又は絶縁膜のクラ
ック発生といった問題を解決して、歩留りを格段に向上
させることができる。

例えば、第１の絶縁膜としてフィールド絶縁膜を用いる
場合について考えれば、薄膜抵抗体下の第２の絶縁膜は
、第１の絶縁膜を選択剥離し、半導体基板表面を露出さ
せた後に形成するため、第１の絶縁膜の様に複雑な工程
を経ることがなく、絶縁膜厚のばらつきが格段に小さく
なり、膜厚抵抗体の吸収エネルギー量の変動が減少する
。また薄幕抵抗体のレーザーエネルギー吸収率が向上す
る膜厚に設定することにより、パッシベーション膜等の
レーザー吸収率に影響を与える、他の要因の影響を小さ
くすることができ、安定したレーザトリミングを行うこ
とができる。

［実施例］ 第１図〜第７図は本実施例の製造方法を工程順に示した
ものであり、薄膜抵抗体とバイポーラトランジスタとを
一体的に集積化したものである。

まず、（１１１）結晶面のＰ−型シリコン基板１に、Ｎ
小型埋込拡散領域２、Ｎ−エピタキシャル層３及びＰ＋
アイソレーション領域４を周知の方法により形成する。

次に、シリコン基板１の表面の酸化シリコン膜などく図
示せず〉を全面除去し、新たに熱酸化法によりフィール
ド絶縁膜としての酸化シリコン膜５を０．６μｍ厚に形
成し、更に酸化シリコン膜５を選択開口する（第１図参
照〉。

次に、上記開口からボロンをイオン注入し、ＣＶＤ法に
より上記開口に６００ＯＡ厚の酸化シリコン膜（フィー
ルド絶縁膜ともなる＞５８を形成し、０２及びＮ２雰囲
気中で熱処理を行って、Ｐ＋型拡散領域（ベース領域〉
６を形成する（第２図参照〉。

次に、酸化シリコン膜５．５ａの所定領域を開口し、拡
散炉を用いてＰＯｃ　ｌ　２を不純物源としてリンをド
ープし、更に、０２及びＮ２雰囲気中で熱処理を行って
、Ｎ十拡散領域（エミッタ領域、コレクタ領域〉７、Ｎ
十拡散領域７ａ、酸化シリコン膜５ｂ及びＰＳＧ膜８を
形成する（第３図参照〉。なお、ＰＳＧ膜８はフィール
ド絶縁膜の一部を構成している。

次に、薄膜抵抗体を形成する部位において、上記フィー
ルド絶縁膜の所定位置に開口３０を形成し、次いで拡散
炉を用い酸化雰囲気中で開口３０に熱酸化シリコン膜（
本発明でいう第２の絶縁膜）２０を成長させる（第４図
参照）。なお、開口３０はＮ十拡散層７ａの部分に開口
部が形成されているが、これは、Ｎ十拡散層７ａとＡ、
ｌ！配線、薄膜抵抗体の間のコンデンサを同時に形成す
るためである。

次に、スパッタリング法を用いて堆積されたＣｒ−３＋
層を選択エッチして熱酸化シリコン膜上に１５ＣＤ厚の
薄膜抵抗体９を形成し、更に酸化シリコン膜５ａ、５ｂ
およびＰＳＧ膜８にコンタクトホール５Ｃ・を形成する
（第５図参照〉。

次に、スパッタリング法によりアルミニウム配線層１０
を形成した後、選択エツチングにより不要部分を除去し
て所定のパターンにした後、アル０ ミシンターを行う。このアルミニウム配線層１０により
バイポーラトランジスタのコレクター鎮域と薄膜抵抗体
９とが電気的に接続される（第６図参照〉。

次に、常圧ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法により０
．４μｍ厚のＰＳＧ膜（本発明でいうパッシベーション
膜〉１１を形成し、引続き、プラズマＣＶＤ法を用いて
膜厚０．５μｍの窒化シリコン膜（本発明でいうパッシ
ベーション膜〉１２を形成する（第７図参照〉。

上記説明したように、この実施例の製造方法では、第２
の絶縁膜の膜厚は、第４図で示したシリコン基板１の熱
酸化工程のみで決定されるため、膜厚の制御性が非常に
良く、例えばトリミングに好適な膜厚である２００ＯＡ
を例とすれば、±１００２以下のばらつきすることが容
易である。

熱酸化シリコン膜２０の膜厚は、トリミング可能なレー
ザーエネルギーが小さい（すなわち、薄膜抵抗体９の吸
収率が高い）膜厚が好適である。

レーザーの放射エネルギ量を小さくできれば、シ１ リコン基板１の吸収エネルギ量も削減することができる
。

この実施例の製造方法で製作された半導体装置における
熱酸化シリコン膜２０の膜厚とトリミングに必要な最適
放射エネルギ量との関係を、第８図に示す。膜厚がほぼ
０．２μｍの場合に最適放射エネルギ量が最小となるこ
とがわかる。

また、熱酸化シリコン膜２０の膜厚を０．２０μｍ±０
．０２μｍ厚とした場合（ａ）及び０゜２８μｍ厚とし
た場合（ｂ）でのパッシベーション膜１１．１２の膜厚
とトリミングにおける最適放射エネルギ量との関係を第
９図に示す。

第９図かられかるように、熱酸化シリコン膜２０の膜厚
が０．２０μｍ＋０．０２μｍである場合、パッシベー
ション膜１１．１２の膜厚変動の影響をほとんど無視す
ることができる。なお、熱酸化シリコン膜２０の膜厚が
０．１０μｍ以下の場合には、レーザートリミング時に
薄膜抵抗体９が１０００Ａ程度分散するために好ましく
なく、また、膜厚をフィールド絶縁膜程度に分厚くする
２ と酸化時間が長くて回路素子に悪影響を与え、かつ、膜
厚制御性が低下し、好ましくない。

熱酸化シリコン膜２０の酸化条件としては、膜厚制御性
と酸化膜成長速度、拡散層への影響を考慮すると、８０
０℃〜１０００℃の温度範囲でウェット酸化を行うのが
好ましく、代表的な例として８６０℃のウェット酸化が
良い。

上記実施例における実際のトリミング可能なレザーパル
スエネルギーと、熱酸化シリコン膜２０の膜厚との関係
を第１０図に示す。

トリミング可能なレーザーパルスエネルギー範囲（すな
わち、最大値及び最小値）は、熱酸化シリコン膜２０の
膜厚が０．２±０．０２μｍである場合にほぼ一定であ
り、安定したレーザートリミングが可能であることがわ
かる。

なお、上記実施例ではＮ十拡散領域７ａ上方に薄膜抵抗
体９を形成したが、８１基板から絶縁されていればどの
部分に形成しても問題ない。

またもちろん、薄膜抵抗体９として、ＮｉＣｒなど各種
の抵抗材料を使用できる。

３ 更に、第２の絶縁膜として、熱酸化シリコン膜２０の他
にＣＶＤ酸化シリコン膜などを採用することもできる。

なお、上記実施例では、レーザーとして、波長が１．０
６μｍであるＹＡＧパルスレーザ−を用いたが、波長は
適宜変更可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の半導体装置の製造方法の一例
を順番に表す工程図であり、第７図は特に本発明の半導
体装置の一例を示している。第８図〜第１０図は、上記
製造方法にお【プる各膜厚とレーザー放則エネルギとの
関係を示す特性図である。 第１１図は従来の薄膜抵抗体搭載半導体装置を示す断面
図である。 ５・・・フィールド絶縁膜 １・・・半導体基板 ２０・・・熱酸化シリコン膜 （第２の絶縁膜〉 ９・・・薄膜抵抗体 ４ １ １・・・ＰＳＧ膜 （パッシベーション膜） ２・・・窒化シリコン膜 （パッシベーション膜〉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表面上に第１の絶縁膜を形成し、その
   後、前記第１の絶縁膜を選択除去して該半導体基板表面
   上に前記第１の絶縁膜の膜厚よりも薄い膜厚を有する第
   ２の絶縁膜を形成し、 前記第２の絶縁膜表面上に薄膜抵抗体を形成し、前記薄
   膜抵抗体膜表面上にパッシベーション膜を形成し、 その後、前記薄膜抵抗体をレーザートリミングして抵抗
   値を設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）素子領域が表面部に設けられ第１の絶縁膜が表面
   上に設けられる半導体基板と、 前記第１の絶縁膜が選択剥離された前記半導体基板表面
   上に設けられ、前記第１の絶縁膜の膜厚よりも薄い膜厚
   を有する第２の絶縁膜と、 該第２の絶縁膜表面上に設けられレーザートリミングに
   より抵抗値が設定される薄膜抵抗体と、前記薄膜抵抗体
   表面上に設けられるパッシベーシヨン膜と、 を具備することを特徴とする半導体装置。