JPH0547987B2 - - Google Patents
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- JPH0547987B2 JPH0547987B2 JP58236787A JP23678783A JPH0547987B2 JP H0547987 B2 JPH0547987 B2 JP H0547987B2 JP 58236787 A JP58236787 A JP 58236787A JP 23678783 A JP23678783 A JP 23678783A JP H0547987 B2 JPH0547987 B2 JP H0547987B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/20—Resistors
Description
産業上の利用分野
本発明は、半導体抵抗体の製法に関し、特に半
導体集積回路用としての制御性、再現性の優れた
抵抗体の製法に関する。 背景技術とその問題点 半導体集積回路のより高密度化、高速化に伴つ
て多層構造を持つた集積回路素子の作制が検討さ
れている。例えば、従来の半導体基板内に埋め込
まれた拡散抵抗の代わりに、SiO2膜、Si3N4膜等
の絶縁膜上に多結晶シリコン層を堆積し、この多
結晶シリコン層にイオン注入等で不純物をドーピ
ングして抵抗体を形成する技術もその１つであ
る。この多結晶シリコン抵抗体の形成技術は、多
層構造として高集積度が図れるばかりでなく、抵
抗値がバイアスに依存しない直線性の良い抵抗体
が得られること、また高抵抗体を小面積に形成す
ることができる等の特長を有している。しかしな
がら、従来の製法による多結晶シリコン抵抗体
は、CVD（化学気相成長）法等による多結晶シリ
コン層の堆積時における形成条件の不安定性等も
あつて、不純物をイオン注入した後の熱処理で注
入不純物を活性化させても、抵抗値の再現性が乏
しいという問題があつた。これは堆積された多結
晶シリコン層の結晶粒径等のバラツキも一因とし
て挙げられる。すなわち、多結晶シリコン堆積時
の条件で結晶粒径、粒界密度が異なり、これがイ
オン注入した不純物（キヤリア）の活性化に影響
して抵抗体としての再現性、制御性が低下してい
た。一方、例えば厚さ1000Åの多結晶シリコン層
にリンイオン（キヤリア）を40keVで夫々１×
1014〜５×1015cm-2注入した後の各シート抵抗
（ρs）値を測定すると、第１の曲線に示すよう
に低注入量領域で急激なρs値の上昇が見られる。
これは多結晶シリコン層内の結晶粒界（キヤリア
捕獲密度１×1018cm-3）にキヤリア不純物が捕獲
され、実効キヤリアが減少する為である。そこ
で、結晶粒の増大による結晶粒界密度の低減が特
性改善に必要であつた。 なお、シリコン基板の主面に多結晶シリコン層
を介して不純物をイオン注入して高不純物領域を
形成し、次で多結晶シリコン層上にこの高不純物
領域のＡ電極を被着形成する電極形成法が知ら
れている。この場合、多結晶シリコン層はＡが
シリコン基板中に拡散するのを防止している（所
謂Ａのスパイク防止）。この多結晶シリコン層
は電極取出に係るために低抵抗である必要があ
り、その低抵抗の制御性が求められている。 発明の目的 本発明は、上述の点に鑑み、多結晶の半導体層
の結晶粒を増大して結晶粒界密度の低減を図るこ
とによつて半導体層の抵抗値の制御性、再現性を
向上させるようにした半導体抵抗体の製法を提供
するものである。 発明の概要 本発明は、半導体基板又はこの基板の一主面に
形成した絶縁層上に多結晶の半導体層を形成する
工程と、中性元素を少なくとも半導体基板又は絶
縁層と半導体層との界面に達する飛程距離でイオ
ン注入して、界面近傍の半導体層を非晶質化する
工程と、不純物元素をイオン注入する工程と、ア
ニール処理する工程とを含む半導体抵抗体の製法
である。ここで中性元素とは半導体層に対して電
気的中性な元素（すなわち、半導体層に導電形を
与えない元素）をいう。このように半導体層に不
純物元素とともに、中性元素をその半導体基板又
は絶縁層と半導体層との界面に達する飛程距離で
イオン注入することによつて、界面近傍の半導体
層が非晶質化され、即ち、基板又は絶縁層と半導
体層との界面に欠陥を作るのではなく、半導体層
の界面側から非晶質化され、アニール処理により
固相成長して、多結晶ないし単結晶化する。その
結果、結晶粒界密度が低減し、従つてシート抵抗
値も不純物元素の注入量依存性が第１図の曲線
のように低下する。また、第３図に示すように、
Siイオン注入エネルギー（加速電圧）を80keV以
上とすればSiイオンの飛程距離が界面近傍に達す
るのでシート抵抗も安定化する。したがつて、半
導体層の抵抗値の制御性、再現性が向上する。 実施例 以下、本発明の実施例を述べる。 本実施例においては、例えば半導体基板表面の
絶縁層、この場合熱酸化膜（SiO2）上に抵抗体
となるべき多結晶シリコン層からなる半導体薄層
を形成し、この半導体薄層に中性元素、本来のシ
リコン半導体薄層ではその半導体薄層の構成元素
であるSi或はGe等の同族（族）元素をイオン
注入して半導体薄層を非晶質化させる。特にこの
場合、中性元素のイオン注入は比較的高い注入エ
ネルギーによつて行い、中性元素を熱酸化膜と半
導体薄層との界面を含む領域を選択的に非晶質化
させる。その後、多結晶シリコン層にキヤリアと
なる不純物（例えばリン、ヒ素、アンチモン、ホ
ウ素等）をイオン注入し、しかる後アニール処理
して目的の抵抗体を形成する。 第１図の曲線は、5000Åの熱酸化膜上に抵抗
体となるべき1000Åの多結晶シリコン層を堆積
し、中性元素であるシリコンのイオン（Si+）を
２×1015cm-2注入し、さらに40keVでリンイオン
（P+）を１×1014cm-2〜５×1015cm-2注入して後、
アニール処理して得た抵抗体のリンイオンの注入
量に対するシート抵抗の変化を示す特性曲線であ
る。この様に中性元素であるシリコンイオン
（Si+）を注入した場合には多結晶シリコン層が十
分に非晶質化され、その後のアニール処理で結晶
粒が増大して結晶粒界密度が低減し、シート抵抗
が比較的ゆるやかに減少しており抵抗値の制御が
容易であることが認められる。 ところで、第２図Ａ及びＢは熱酸化膜１上に減
圧CVD法によつて形成した多結晶シリコン層２
に対する中性元素（例えばSi）３のイオン注入条
件の違いによる非晶質化及び再結晶化を示す模式
図である。第２図Ａは中性元素３のイオン注入に
よつて多結晶シリコン層２の表面層のみ非晶質化
された場合である。非晶質化層４を斜線で示す。
この状態では、熱酸化膜１との界面に残された微
細な結晶粒５がアニール後の再結晶化の核となつ
てこれより表面側に矢印ａに向つて結晶粒成長が
なされるもので、この場合には界面の微細結晶粒
５が残り、多結晶シリコン層２全体の結晶粒の増
大が図れない。これに対して、第２図Ｂに示す本
発明の場合は熱酸化膜１と多結晶シリコン層２の
界面の微細結晶粒が非晶質化される。この状態で
アニールすると多結晶シリコン層２の表面の比較
的結晶粒の大きな領域６から矢印ｂで示すように
多結晶シリコン層２の内部に向つて再結晶化さ
れ、多結晶シリコン層２の全体の結晶粒の増大が
図れる。なお、必ずしも多結晶シリコン層２の表
面層に結晶粒の大きな領域６を残すことはなく、
多結晶シリコン層２の全部を非晶質化されてもよ
い。 第３図は本発明の実施例において、中性元素イ
オン（シリコンイオン）の注入エネルギーに対す
るシート抵抗の変化を示す特性図である。 試料としては、5000Åの熱酸化膜（SiO2）上
に抵抗体となるべき1500Åの多結晶シリコン層を
堆積させ、シリコンイオン（Si+）を注入エネル
ギーをパラメータとして２×1015cm-2を注入し、
続いてリンイオン（キヤリア）を40keVで１×
1015cm-2注入したものを試料とした。イオン注入
後のアニール処理は1000℃、20分間行つた。シー
ト抵抗ρsはアニール後の値である。注入エネルギ
ー及びそのときの注入飛程（Rp）を下記に示す。
導体集積回路用としての制御性、再現性の優れた
抵抗体の製法に関する。 背景技術とその問題点 半導体集積回路のより高密度化、高速化に伴つ
て多層構造を持つた集積回路素子の作制が検討さ
れている。例えば、従来の半導体基板内に埋め込
まれた拡散抵抗の代わりに、SiO2膜、Si3N4膜等
の絶縁膜上に多結晶シリコン層を堆積し、この多
結晶シリコン層にイオン注入等で不純物をドーピ
ングして抵抗体を形成する技術もその１つであ
る。この多結晶シリコン抵抗体の形成技術は、多
層構造として高集積度が図れるばかりでなく、抵
抗値がバイアスに依存しない直線性の良い抵抗体
が得られること、また高抵抗体を小面積に形成す
ることができる等の特長を有している。しかしな
がら、従来の製法による多結晶シリコン抵抗体
は、CVD（化学気相成長）法等による多結晶シリ
コン層の堆積時における形成条件の不安定性等も
あつて、不純物をイオン注入した後の熱処理で注
入不純物を活性化させても、抵抗値の再現性が乏
しいという問題があつた。これは堆積された多結
晶シリコン層の結晶粒径等のバラツキも一因とし
て挙げられる。すなわち、多結晶シリコン堆積時
の条件で結晶粒径、粒界密度が異なり、これがイ
オン注入した不純物（キヤリア）の活性化に影響
して抵抗体としての再現性、制御性が低下してい
た。一方、例えば厚さ1000Åの多結晶シリコン層
にリンイオン（キヤリア）を40keVで夫々１×
1014〜５×1015cm-2注入した後の各シート抵抗
（ρs）値を測定すると、第１の曲線に示すよう
に低注入量領域で急激なρs値の上昇が見られる。
これは多結晶シリコン層内の結晶粒界（キヤリア
捕獲密度１×1018cm-3）にキヤリア不純物が捕獲
され、実効キヤリアが減少する為である。そこ
で、結晶粒の増大による結晶粒界密度の低減が特
性改善に必要であつた。 なお、シリコン基板の主面に多結晶シリコン層
を介して不純物をイオン注入して高不純物領域を
形成し、次で多結晶シリコン層上にこの高不純物
領域のＡ電極を被着形成する電極形成法が知ら
れている。この場合、多結晶シリコン層はＡが
シリコン基板中に拡散するのを防止している（所
謂Ａのスパイク防止）。この多結晶シリコン層
は電極取出に係るために低抵抗である必要があ
り、その低抵抗の制御性が求められている。 発明の目的 本発明は、上述の点に鑑み、多結晶の半導体層
の結晶粒を増大して結晶粒界密度の低減を図るこ
とによつて半導体層の抵抗値の制御性、再現性を
向上させるようにした半導体抵抗体の製法を提供
するものである。 発明の概要 本発明は、半導体基板又はこの基板の一主面に
形成した絶縁層上に多結晶の半導体層を形成する
工程と、中性元素を少なくとも半導体基板又は絶
縁層と半導体層との界面に達する飛程距離でイオ
ン注入して、界面近傍の半導体層を非晶質化する
工程と、不純物元素をイオン注入する工程と、ア
ニール処理する工程とを含む半導体抵抗体の製法
である。ここで中性元素とは半導体層に対して電
気的中性な元素（すなわち、半導体層に導電形を
与えない元素）をいう。このように半導体層に不
純物元素とともに、中性元素をその半導体基板又
は絶縁層と半導体層との界面に達する飛程距離で
イオン注入することによつて、界面近傍の半導体
層が非晶質化され、即ち、基板又は絶縁層と半導
体層との界面に欠陥を作るのではなく、半導体層
の界面側から非晶質化され、アニール処理により
固相成長して、多結晶ないし単結晶化する。その
結果、結晶粒界密度が低減し、従つてシート抵抗
値も不純物元素の注入量依存性が第１図の曲線
のように低下する。また、第３図に示すように、
Siイオン注入エネルギー（加速電圧）を80keV以
上とすればSiイオンの飛程距離が界面近傍に達す
るのでシート抵抗も安定化する。したがつて、半
導体層の抵抗値の制御性、再現性が向上する。 実施例 以下、本発明の実施例を述べる。 本実施例においては、例えば半導体基板表面の
絶縁層、この場合熱酸化膜（SiO2）上に抵抗体
となるべき多結晶シリコン層からなる半導体薄層
を形成し、この半導体薄層に中性元素、本来のシ
リコン半導体薄層ではその半導体薄層の構成元素
であるSi或はGe等の同族（族）元素をイオン
注入して半導体薄層を非晶質化させる。特にこの
場合、中性元素のイオン注入は比較的高い注入エ
ネルギーによつて行い、中性元素を熱酸化膜と半
導体薄層との界面を含む領域を選択的に非晶質化
させる。その後、多結晶シリコン層にキヤリアと
なる不純物（例えばリン、ヒ素、アンチモン、ホ
ウ素等）をイオン注入し、しかる後アニール処理
して目的の抵抗体を形成する。 第１図の曲線は、5000Åの熱酸化膜上に抵抗
体となるべき1000Åの多結晶シリコン層を堆積
し、中性元素であるシリコンのイオン（Si+）を
２×1015cm-2注入し、さらに40keVでリンイオン
（P+）を１×1014cm-2〜５×1015cm-2注入して後、
アニール処理して得た抵抗体のリンイオンの注入
量に対するシート抵抗の変化を示す特性曲線であ
る。この様に中性元素であるシリコンイオン
（Si+）を注入した場合には多結晶シリコン層が十
分に非晶質化され、その後のアニール処理で結晶
粒が増大して結晶粒界密度が低減し、シート抵抗
が比較的ゆるやかに減少しており抵抗値の制御が
容易であることが認められる。 ところで、第２図Ａ及びＢは熱酸化膜１上に減
圧CVD法によつて形成した多結晶シリコン層２
に対する中性元素（例えばSi）３のイオン注入条
件の違いによる非晶質化及び再結晶化を示す模式
図である。第２図Ａは中性元素３のイオン注入に
よつて多結晶シリコン層２の表面層のみ非晶質化
された場合である。非晶質化層４を斜線で示す。
この状態では、熱酸化膜１との界面に残された微
細な結晶粒５がアニール後の再結晶化の核となつ
てこれより表面側に矢印ａに向つて結晶粒成長が
なされるもので、この場合には界面の微細結晶粒
５が残り、多結晶シリコン層２全体の結晶粒の増
大が図れない。これに対して、第２図Ｂに示す本
発明の場合は熱酸化膜１と多結晶シリコン層２の
界面の微細結晶粒が非晶質化される。この状態で
アニールすると多結晶シリコン層２の表面の比較
的結晶粒の大きな領域６から矢印ｂで示すように
多結晶シリコン層２の内部に向つて再結晶化さ
れ、多結晶シリコン層２の全体の結晶粒の増大が
図れる。なお、必ずしも多結晶シリコン層２の表
面層に結晶粒の大きな領域６を残すことはなく、
多結晶シリコン層２の全部を非晶質化されてもよ
い。 第３図は本発明の実施例において、中性元素イ
オン（シリコンイオン）の注入エネルギーに対す
るシート抵抗の変化を示す特性図である。 試料としては、5000Åの熱酸化膜（SiO2）上
に抵抗体となるべき1500Åの多結晶シリコン層を
堆積させ、シリコンイオン（Si+）を注入エネル
ギーをパラメータとして２×1015cm-2を注入し、
続いてリンイオン（キヤリア）を40keVで１×
1015cm-2注入したものを試料とした。イオン注入
後のアニール処理は1000℃、20分間行つた。シー
ト抵抗ρsはアニール後の値である。注入エネルギ
ー及びそのときの注入飛程（Rp）を下記に示す。
【表】
シリコンイオンを注入しない場合（符号１０）
は、シート抵抗値が1kΩ／□であるが、シリコン
イオンの２×1015cm-2注入を併用した場合はシー
ト抵抗値が250Ω／□と1/4に低下するのが認めら
れる。このように粒界面を十分に非晶質化させる
ことにより、多結晶シリコン表面よりの固相エピ
タキシヤル的成長によつて結晶粒をより効果的に
増大させることができる。 上例では非晶質化させる中性元素イオンを注入
し、続いて不純物イオン（キヤリア）を注入して
後アニール、活性化を行つたが、中性元素イオン
を注入しアニール処理して粒径を拡大した後に不
純物イオン（キヤリア）を注入して活性化アニー
ル処理することもできる。また、中性元素イオン
の注入と不純物イオンの注入の順序を逆にするこ
とも可能である。 また、上例では半導体基板の一主面にある絶縁
層上に抵抗体となる多結晶シリコン層を形成した
が、その他前述したようにＡ電極形成に際して
Ａ電極及びシリコン基板間に介在させる低抵抗
の多結晶シリコン層の形成にも適用できる。この
ときには多結晶シリコン層／シリコン基板の界面
を含む領域の非晶質化を行つて後、下地のシリコ
ン基板からの再結晶化にて結晶粒径が拡大する。 さらに上例では半導体層としてシリコン半導体
を用いた抵抗体等の形成に適用したが、これに限
らずゲルマニウム、化合物半導体等の一般の半導
体層を用いた抵抗体等の形成にも適用できる。 発明の効果 上述した如く、本発明によれば多結晶の半導体
層に不純物元素とは別に非晶質化する中性元素
を、半導体層と半導体基板又は絶縁層との界面を
含む領域が十分非晶質化される条件でイオン注入
することによつて、その後のアニール処理で半導
体層の結晶粒が増大し、結晶粒界密度が低減す
る、このため、半導体層の抵抗値を容易に制御す
ることができ、再現性よく安定した抵抗体等を得
ることができる。従つてMOS集積回路、バイポ
ーラ集積回路に組み込まれた抵抗体の形成、或は
Ａ電極のスパイク防止に供する低抵抗の多結晶
シリコン層の形成等に適用して好適である。
は、シート抵抗値が1kΩ／□であるが、シリコン
イオンの２×1015cm-2注入を併用した場合はシー
ト抵抗値が250Ω／□と1/4に低下するのが認めら
れる。このように粒界面を十分に非晶質化させる
ことにより、多結晶シリコン表面よりの固相エピ
タキシヤル的成長によつて結晶粒をより効果的に
増大させることができる。 上例では非晶質化させる中性元素イオンを注入
し、続いて不純物イオン（キヤリア）を注入して
後アニール、活性化を行つたが、中性元素イオン
を注入しアニール処理して粒径を拡大した後に不
純物イオン（キヤリア）を注入して活性化アニー
ル処理することもできる。また、中性元素イオン
の注入と不純物イオンの注入の順序を逆にするこ
とも可能である。 また、上例では半導体基板の一主面にある絶縁
層上に抵抗体となる多結晶シリコン層を形成した
が、その他前述したようにＡ電極形成に際して
Ａ電極及びシリコン基板間に介在させる低抵抗
の多結晶シリコン層の形成にも適用できる。この
ときには多結晶シリコン層／シリコン基板の界面
を含む領域の非晶質化を行つて後、下地のシリコ
ン基板からの再結晶化にて結晶粒径が拡大する。 さらに上例では半導体層としてシリコン半導体
を用いた抵抗体等の形成に適用したが、これに限
らずゲルマニウム、化合物半導体等の一般の半導
体層を用いた抵抗体等の形成にも適用できる。 発明の効果 上述した如く、本発明によれば多結晶の半導体
層に不純物元素とは別に非晶質化する中性元素
を、半導体層と半導体基板又は絶縁層との界面を
含む領域が十分非晶質化される条件でイオン注入
することによつて、その後のアニール処理で半導
体層の結晶粒が増大し、結晶粒界密度が低減す
る、このため、半導体層の抵抗値を容易に制御す
ることができ、再現性よく安定した抵抗体等を得
ることができる。従つてMOS集積回路、バイポ
ーラ集積回路に組み込まれた抵抗体の形成、或は
Ａ電極のスパイク防止に供する低抵抗の多結晶
シリコン層の形成等に適用して好適である。
第１図は本発明の説明に供するリンイオン注入
量による抵抗体のシート抵抗の変化を測定した特
性図、第２図Ａ及びＢはシリコンイオン注入条件
の違いによる多結晶シリコン層の非晶質化と再結
晶化を示す模式図、第３図はシリコンイオン注入
エネルギーによるシート抵抗の変化を示す特性図
である。 １は熱酸化膜、２は多結晶シリコン層、３はシ
リコンのイオン注入である。
量による抵抗体のシート抵抗の変化を測定した特
性図、第２図Ａ及びＢはシリコンイオン注入条件
の違いによる多結晶シリコン層の非晶質化と再結
晶化を示す模式図、第３図はシリコンイオン注入
エネルギーによるシート抵抗の変化を示す特性図
である。 １は熱酸化膜、２は多結晶シリコン層、３はシ
リコンのイオン注入である。
Claims (1)
- １ 半導体基板上又は該基板の一主面に形成した
絶縁層上に多結晶の半導体層を形成する工程と、
中性元素を少なくとも上記基板又は絶縁層と上記
半導体層との界面に達する飛程距離でイオン注入
して、上記界面近傍の半導体層を非晶質化する工
程と、不純物元素をイオン注入する工程と、アニ
ール処理する工程とを含む半導体抵抗体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23678783A JPS60127755A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体装置の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23678783A JPS60127755A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体装置の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60127755A JPS60127755A (ja) | 1985-07-08 |
| JPH0547987B2 true JPH0547987B2 (ja) | 1993-07-20 |
Family
ID=17005786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23678783A Granted JPS60127755A (ja) | 1983-12-15 | 1983-12-15 | 半導体装置の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60127755A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63151064A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| US5240511A (en) * | 1987-02-20 | 1993-08-31 | National Semiconductor Corporation | Lightly doped polycrystalline silicon resistor having a non-negative temperature coefficient |
| US4762801A (en) * | 1987-02-20 | 1988-08-09 | National Semiconductor Corporation | Method of fabricating polycrystalline silicon resistors having desired temperature coefficients |
| JP2710197B2 (ja) * | 1993-12-16 | 1998-02-10 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS558026A (en) * | 1978-06-30 | 1980-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semi-conductor device manufacturing method |
| JPS5676522A (en) * | 1979-11-29 | 1981-06-24 | Toshiba Corp | Formation of semiconductor thin film |
-
1983
- 1983-12-15 JP JP23678783A patent/JPS60127755A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS558026A (en) * | 1978-06-30 | 1980-01-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semi-conductor device manufacturing method |
| JPS5676522A (en) * | 1979-11-29 | 1981-06-24 | Toshiba Corp | Formation of semiconductor thin film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60127755A (ja) | 1985-07-08 |
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