JPH07176690A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH07176690A
JPH07176690A JP5318691A JP31869193A JPH07176690A JP H07176690 A JPH07176690 A JP H07176690A JP 5318691 A JP5318691 A JP 5318691A JP 31869193 A JP31869193 A JP 31869193A JP H07176690 A JPH07176690 A JP H07176690A
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silicon film
silicate glass
boron
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Abstract

(57)【要約】 【目的】多結晶シリコン膜からなる抵抗素子の温度係数
を低減させる。 【構成】シリコン基板1の主面に設けられたシリコン酸
化膜2上に膜厚が100nm以下の多結晶シリコン膜パ
ターン3を形成し、ボロンを含有するボロン珪酸ガラス
膜4により多結晶シリコン膜パターン3を被覆し、熱処
理を行ってボロンをボロン珪酸ガラス膜4から多結晶シ
リコン膜パターン3に拡散することによりボロンを1×
1019atoms・cm-3以上の濃度に含有した多結晶
シリコンの抵抗素子5を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特に多結晶シリコン膜の抵抗素子の形成方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】図5を参照して従来技術を説明する。ま
ずシリコン基板1の主面に形成されたシリコン酸化膜2
上に多結晶シリコン膜13を所定の膜厚に成長し、イオ
ン注入により不純物を導入し、活性化熱処理を行う(図
5(A))。次に多結晶シリコン膜13を抵抗素子15
の形状にパターニングする(図5(B))。そして層間
絶縁膜14で抵抗素子15を被覆した後、層間絶縁膜1
4に形成されたコンタクト孔を通して金属電極配線6を
抵抗素子のコンタクト部に接続する。
【0003】このような薄膜多結晶シリコン膜を用いた
抵抗素子において、多結晶シリコンの導電率の温度特性
は、キャリヤがグレイン境界で越えるポテンシャル障壁
の高さで決定される。そしてグレイン内の不純物濃度を
下げると、ポテンシャル障壁が高くなり、高温になると
導電率が大きくなる。すなわち、不純物濃度が低い多結
晶シリコンほど、大きな負の温度係数(高温ほど抵抗値
が低くなる)を有するのである。
【0004】このような大きな負の温度係数をもつ多結
晶シリコン抵抗素子は、たとえばパワー消費の大きいバ
イポーラメモリでは、動作点の設計への制約になるだけ
でなく、熱暴走につながる危険がある。そのため、抵抗
素子の温度係数の低減は重要な課題である。
【0005】抵抗値の温度係数の低減対策の一つに、同
じ層抵抗を形成する際に、すなわち同じ平面形状で同じ
抵抗値を得る際に、多結晶シリコン膜の膜厚を薄くして
不純物濃度を上げる対策がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このために上記図5の
方法では、膜厚を薄くするためにイオン注入の加速電圧
を下げ、かつイオンドーズ量を多くする必要がある。
【0007】膜厚を薄くしてもイオンが多結晶シリコン
膜を突き抜けないために加速電圧を下げる必要がある。
しかしながら、加速電圧を下げるとビームを絞ることが
困難となりエネルギーのばらつきが大きくなるから、現
状の設備では10keVが加速電圧の下限である。
【0008】また、イオンドーズ量を多くするとイオン
注入時間が長くかかるという問題がある。
【0009】ここで、イオンドーズ量を一定にしてエネ
ルギーのばらつきを小にするために加速電圧だけあげる
と、濃度ピークが膜を突き抜け多結晶シリコン膜内の濃
度ピークが下がってしまう。したがって、加速電圧をあ
げて、多結晶シリコン膜内で同じ不純物濃度を得るため
にはイオンドーズ量をさらに多くする必要があり、イオ
ン注入時間がさらに長くかかってしまう。
【0010】一方、多結晶シリコン膜上に絶縁膜を形成
してイオン注入する際には、加速電圧をあげるからエネ
ルギーのばらつきが小になる。しかしこの場合には絶縁
膜にも不純物が注入されるから、多結晶シリコン膜に必
要なだけ不純物を添加するまでには、やはり多くのイオ
ンドーズ量が必要となり、イオン注入時間が長くかかっ
てしまう。
【0011】図4に示すように、多結晶シリコン膜の不
純物(ボロン)濃度が1×1019atoms・cm-3
時の温度係数(1℃あたりの抵抗値変化率)は、1×1
18atoms・cm-3の時の温度係数の約半分とな
り、3000ppm以下となるから実用上問題が無い値
となる。したがって抵抗素子を形成する多結晶シリコン
膜の不純物濃度は1×1019atoms・cm-3以上に
する必要がある。
【0012】この1×1019atoms・cm-3の不純
物濃度を薄膜の多結晶シリコン膜でイオン注入法で得る
には加速電圧を下げる必要があるが、上記したように現
在の設備では10keVが下限であり、しかもこの10
keVの加速電圧では不純物濃度のばらつきが±60%
位となり実用的な抵抗素子は得られない。実用的見地か
らの不純物濃度のばらつきの限界は±30%程度である
が、このためには加速電圧を15keVにする必要があ
る。しかしながらこの条件で多結晶シリコン膜を1×1
19atoms・cm-3もしくはそれ以上の不純物濃度
とするためには、多結晶シリコン膜中のピーク濃度を1
×1020atoms・cm-3もしくはそれ以上にする必
要があり、かつこのピーク濃度が多結晶シリコン膜の中
に存在する必要がある。この条件を満たすために必要な
多結晶シリコン膜の膜厚は100nmより厚くなければ
ならず、100nm以下の膜厚では上記条件を満たすこ
とは不可能である。
【0013】以上のように抵抗素子の温度係数を低減す
るために不純物濃度を1×1019atoms・cm-3
上にしなくてはならず、このような高不純物濃度にした
ことにより、低不純物濃度の場合と同じ層抵抗を得るた
めに、多結晶シリコン膜を100nm以下にした場合に
はイオン注入技術を用いることができない。
【0014】さらに薄い多結晶シリコン膜を用いて不純
物濃度のばらつきを小にするためにイオン注入の加速電
圧を増加させると、多結晶シリコン膜ばかりでなくその
下の絶縁膜をも通過してその下のシリコン基板に不所望
な不純物領域を形成してしまう懸念も生じる。したがっ
て多結晶シリコン膜下のこの絶縁膜の膜厚を300nm
以下にすることは、現実的に不可能となり、このために
抵抗素子で発生する熱の放散を良くするために絶縁膜を
薄くする設計の制約となる。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の主面に設けられた絶縁膜上に成長した多結晶シリ
コン膜をパターニングして膜厚が100nm以下の多結
晶シリコン膜パターンを前記絶縁膜上に形成する工程
と、P型もしくはN型の不純物を含有する珪酸ガラス膜
により前記多結晶シリコン膜パターンを被覆する工程
と、熱処理を行って前記不純物を前記珪酸ガラス膜から
前記多結晶シリコン膜パターンに拡散することにより前
記多結晶シリコン膜パターンに前記不純物を1×1019
atoms・cm-3以上の濃度に含有せしめる工程とを
有して多結晶シリコンの抵抗素子を形成する半導体装置
の製造方法にある。ここで、前記不純物はボロンであ
り、前記珪酸ガラス膜はボロン珪酸ガラス膜であること
ができる。または、前記不純物はリンであり、前記珪酸
ガラス膜はリン珪酸ガラス膜であることができる。そし
て、前記多結晶シリコン膜には抵抗値を決定する抵抗本
体部とその両側にそれぞれ位置するコンタクト部とを有
し、前記熱処理による拡散後、不純物の拡散源として用
いた前記珪酸ガラス膜を層間絶縁膜として用い、この珪
酸ガラス膜に前記コンタクト部に達するコンタクト孔を
形成する工程と、前記コンタクト孔を通して前記コンタ
クト部に接続する金属電極配線を形成する工程とを有す
ることができる。また抵抗素子をその上に形成する前記
絶縁膜の膜厚を300nm以下の所定の膜厚にすること
ができる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。
【0017】図1は本発明の実施例の製造方法を工程順
に示した断面図である。シリコン基板1の主面上に熱酸
化などの方法で、抵抗素子からの熱放散を良好にするた
めに300nm以下の、例えば膜厚100nmの薄いシ
リコン酸化膜2を形成し、その上に膜厚100nm以下
の多結晶シリコン膜を成長し、多結晶シリコン膜の不要
な部分をエッチング除去して、図2の斜視図に示す形状
の、100nm以下の膜厚の多結晶シリコン膜パターン
3を形成する(図1(A))。
【0018】次に、多結晶シリコン膜パターン3上にボ
ロン珪酸ガラス(BSG)膜4を、例えば300nmの
膜厚に堆積する。そして800℃以上の熱処理を加え、
ボロンをボロン珪酸ガラス膜4から多結晶シリコン膜パ
ターン3に拡散することにより多結晶シリコン膜パター
ン3にボロンを1×1019atoms・cm-3以上の濃
度に含有させて抵抗素子5を形成する。この抵抗素子5
は、図2の斜視図に示すように、長さL、幅W、100
nm以下の膜厚Tおよび1×1019atoms・cm-3
以上のボロン濃度から抵抗値を決定する抵抗本体部7
と、その両側にそれぞれ連続的に位置形成された幅広の
コンタクト部8とを有している。ここで例えば、Lは2
μm、Wは0.6μm、Tは100nmである(図1
(B))。
【0019】次に、ボロンの拡散源として用いたボロン
珪酸ガラス膜4を層間絶縁膜として用い、このボロン珪
酸ガラス膜4にコンタクト部8に達するコンタクト孔を
形成し、それぞれのコンタクト孔を通してコンタクト部
8に接続するアルミ電極配線6を形成する(図1
(C))。
【0020】抵抗素子の層抵抗は、ボロン珪酸ガラス膜
中のボロン濃度により制御することが可能である。
【0021】図3に、多結晶シリコン膜の膜厚を100
nm、熱処理を900℃で20分間行った際の、層抵抗
(シート抵抗)とボロン珪酸ガラス膜中のボロン濃度と
の関係を示す。100nmの膜厚で1×1019atom
s・cm-3以上のボロン濃度を必要とするから、層抵抗
は103 Ω/□以下とするためにボロン珪酸ガラス膜中
のボロン濃度を8.2mol%以上にする。尚、800
℃以上で15分間以上の熱処理を行なえば、膜厚100
nm以下の多結晶シリコン膜内の不純物濃度は、上記範
囲内の熱処理条件の変更よりも、ボロン珪酸ガラス膜中
のボロン濃度により定められる。
【0022】上記実施例ではボロン珪酸ガラス(BS
G)膜から不純物としてボロンを多結晶シリコン膜に拡
散する場合を説明したが、リン珪酸ガラス(PSG)膜
から不純物としてリンを多結晶シリコン膜に拡散する場
合でも同様の方法により同様の効果を得ることができ
る。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、膜
厚が100nm以下で不純物濃度が1×1019atom
s・cm-3以上の多結晶シリコン膜により抵抗素子を形
成することができるので、本発明による抵抗素子は温度
係数が実用上問題とならない程度に低減され、これによ
り信頼性の高い半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体装置の製造方法を工程
順に示した断面図である。
【図2】本発明の実施例による抵抗素子を示した斜視図
である。
【図3】ボロン珪酸ガラス膜中のボロン濃度と多結晶シ
リコン膜の層抵抗との関係を示した図である。
【図4】多結晶シリコン膜(抵抗素子)中のボロン濃度
と1℃あたりの抵抗値の変化率(温度係数)との関係を
示した図である。
【図5】従来技術の半導体装置の製造方法を工程順に示
した断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 シリコン酸化膜 3 多結晶シリコン膜パターン 4 ボロン珪酸ガラス膜 5,15 抵抗素子 6 アルミ電極配線 7 抵抗本体部 8 コンタクト部 13 多結晶シリコン膜 14 層間絶縁膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主面に設けられた絶縁膜上
    に成長した多結晶シリコン膜をパターニングして膜厚が
    100nm以下の多結晶シリコン膜パターンを前記絶縁
    膜上に形成する工程と、P型もしくはN型の不純物を含
    有する珪酸ガラス膜により前記多結晶シリコン膜パター
    ンを被覆する工程と、熱処理を行って前記不純物を前記
    珪酸ガラス膜から前記多結晶シリコン膜パターンに拡散
    することにより前記多結晶シリコン膜パターンに前記不
    純物を1×1019atoms・cm-3以上の濃度に含有
    せしめる工程とを有して多結晶シリコンの抵抗素子を形
    成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記不純物はボロンであり、前記珪酸ガ
    ラス膜はボロン珪酸ガラス膜であることを特徴とする請
    求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記不純物はリンであり、前記珪酸ガラ
    ス膜はリン珪酸ガラス膜であることを特徴とする請求項
    1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記多結晶シリコン膜には抵抗値を決定
    する抵抗本体部とその両側にそれぞれ位置するコンタク
    ト部とを有し、前記熱処理による拡散後、前記コンタク
    ト部に達するコンタクト孔を前記珪酸ガラス膜に形成す
    る工程と、前記コンタクト孔を通して前記コンタクト部
    に接続する金属電極配線を形成する工程とを有すること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記絶縁膜の膜厚は300nm以下のこ
    とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
    法。
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