JPS59152657A - 高シ−ト抵抗を有する多結晶シリコン層の形成方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、基板上に再現性のある、制御可能なシート抵
抗を有する多結晶シリコン層より成る抵抗素子を形成す
るだめの方法に係る。

〔従来技術〕

従来、県積回路の分野に於て、反対導′−型の半導体基
板中に浅い領域をドーピングフ゛−ることにより抵抗素
子を形成することは周知である。一般的に、それらの抵
抗素子は、シート抵抗が低く（約１０３Ω／口よりも低
い）、抵抗値の温度係数（ＴＣＲ）が大きく、又その結
果として線形性が悪い。

ば化物の表面上に形成されたドープされた多結晶シリコ
ン層より成る抵抗素子が、特にバイポーラ技術に於て、
益々多（の関心を集めている。それらの抵抗素子は、処
理の複雑さが相当に増しても高い値を有し、しかも従来
の単結晶シリコン中に形成された浅い抵抗素子に比べて
小さな面積しか必要としない。

付着されたドープされた多結晶シリコン層は、抵抗素子
として用いられる他に、多結晶シリコンが導電材として
働く集積回路素子に於ても゛広く用いられており、典凰
的には、ＭＯ８素子のゲート電極の形成、電械接点及び
相互接続パターンに用いられている。

ドープされていない薄い（′２乃至６ミクロン又はそれ
以下）多結晶シリコン層は、伝導が粒界に跨って行われ
るために、少（とも１０８乃至１０１０Ω／口という極
めて商いシート抵抗を示す。その値は、温度依存性が強
すぎ、又余りにも高抵抗である。

論理回路又はメモリ・セルのだめの負荷素子の如き、集
積回路用抵抗素子に通常用いられる、比較的抵抗の低い
多結晶シリコン層の形成には、シート抵抗を低（するた
めに低濃度にドープされた多結晶シリコンを用いる必要
がある。典型的には、１０乃至１０Ω／口の範囲のシー
ト抵抗を生じそして抵抗素子の所望や特性を生じ・るた
めには、数百ナノメータの厚さの層に、燐が例えば１０
０乃至１５０ＫｅＶに於て１×１０　乃至ｌＸ１０１４
□原子／　ａｍの注入量で注入される。

この注入工程の後、ウェハがＮ２雰囲気中で１０００℃
に於て少くとも６０分間アニー〃される。

この工程は、燐原子をシリコン中に適切に分布させて、
それらを活性化するために行われる。

しかしながら、低濃度にドープされた多結晶シリコンは
、集積回路用抵抗素子の形成に適した再現性のある材料
ではない。その材料に於ては、再現性のあるシート抵抗
を得ることが難しい。低濃度にドープされた状態に於て
は、シート抵抗が粒界に於ける電荷キャリア・トラップ
の作用及び粒度め両者によって著しく影響され、それら
両者は多（の処理変数（ドーピング線度、付着温度等）
に複雑に、しかも予測不可能に依４°する。例えば、成
る典型的な低濃度にドーグされた多結晶シリコ　−ン層
（赫さ５４０ｎｍ、’　２Ｘ１０　　硼素原子／ｃｍ３
、粒子の直径２５ｎｍ）に於ては、粒子の直径が２倍に
増加すると、シート抵抗が１０００分の１に低下する。

同じ多結晶シリコン層のト々ツブ密度を２倍に変化させ
ると、シート抵抗が１０００倍に変化する。これは、低
濃度にドープされた多結晶シリコンに於ては、電荷キャ
リア（ドバント）の濃度と粒界に於り゛るキャリア・ト
ラップ（トラップ中心）の濃度とが極めて厳密に補償し
合う結果である。

更に、シート抵抗は、ドーピング・レベルニモ強く依存
する（シート抵抗は、ドーピング・レベルに対して線形
的な低下でなく、より急速に低下する）。その良い１例
が、ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆ　　ｔｈｅ
　ＩＥＣＥ　ｏｆ　Ｊａｐａｎ、　　第８巻、第４号、
１９８０年４月、第２６７頁乃至第２７４頁に於けるＴ
、０ｈｚｏｎｅ等による”　Ｔｈｅ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ
　ｏｆＲｅｓｉｓｔｏｒ　Ｌｏａｄ　ＭＯ８ＩＣＵｓｉ
ｎｇ　Ｉｏｎ　−Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ　Ｐｏ１ｙａｉ目
ｃｏｎ　Ｒｅ５ｉｓｔｏｒｓ”と題する文献の第１図に
於て示されている。その第１図は、ドーピング・レベル
に於ける１桁の太４ きさの変化（１０原子／ｃｍ２かも１０１５原子／ａｍ
２への変化）が、シート抵抗に於ける４桁の太きさの変
化（１０Ω／口から１０６Ω／口への変化）を生じるこ
とを示している。この文献は又、ＴＣＲＯ値とシート抵
抗との間に強い依存性があることも示している。低濃度
にドープされた多結晶シリコンのシート抵抗は、高濃度
にドープされた多結晶シリコンの場合よりも、温度依存
性が強い。

従って、再現性のある、制御可能な１０６乃至１０５Ω
／口の範囲のシート抵抗を得ることは、極めて困難であ
ると思われる。しかしながら、その範囲のシート抵抗を
得ることは、高速論理回路Ω開発のために極めて重要で
ある。

単結晶シリコン中に浅く注入された抵抗素子が、Ａ’ｒ
又はＮｅの如ぎ電気的不活性種の付加的注入を用いて形
成されている。それらの抵抗素子の形成方法の例は、”
　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　　ｉｎＳｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　”　Ｐｒｏｃ、　２ｎｄ　　Ｉ
ｎｔ、　Ｃｏｎｆ。

ｏｎ　Ｉｏｎ　Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ　　ｉｎ　Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓＳｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒ
ｌａｇ、　Ｂｅｒｌｉｎｌｌ　９７１年、第６５７頁乃
至第６６１頁に於けるに、　Ｈ，Ｎｉｃｈｏｌａｓ及び
Ｒ，Ａ、　Ｆｏｒｄによる”　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｉｑ
ｕｅ　ｆｏｒＩｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　Ｖａｌｕ
ｅ　Ｉｏｎ　ＩｍｐｌａｎｔｅｄＲｅｓｉｓｔｏｒｓ”
と題する文献；　ＩＢＭ　ＴｅｃｈｎｉｅａｌＤｉｓｃ
ｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ１第２２巻、第４号、
１９７９年９月、第１５ｏ１頁乃至第１５０２頁に於け
るＲ、　Ｃｈａｎｃｌｏ、ｕ等による”　Ｉｍｐｌａｎ
ｔｅｄＲｅｓｉｓｔｏｒｓ　Ｍａｄｅ　Ｗｉｔｈ　ａｎ
　ＡｄｄｉｔｉｏｎａｌＮｅｕｔｒａｌ　Ｉｏｎ　Ｉｍ
ｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”と題する文献；米国特許第３６
８５５０６号明細１等に示されている。上記のＮ１ｃｈ
ｏ’ｌａｓ等による文献は、単結晶シリコン中にネオン
又はアルゴンとノ削素とを注入することに関するもので
あり、中性イオン種が硼素をドープされた抵抗素子の電
気的特性に影響を与えることを提示している。その基本
的実験に於−ｃｕ、予めネオンが２ｏｏＫｅｖに於て１
Ｘ１ｏ１７原子／ｃｍ２の注入量で注入された後に、シ
ート抵抗を設定するために、硼素が４０ＫｅＶに於て２
×６ １０　原子／ｃｍ２の注入量で注入された。アニーリン
グが４００乃至ｓ’ｏｏ’ｃで行われた。シート抵抗は
より高いアニーリング温度に於て低下し、ネオン及び／
若しくはアルゴンが気泡を形成して、抵抗素子かも外方
拡散することを提示している。

上記のＣｈａｎｃｌｏｕ等による文献も、ネオン又はア
ルゴンの中性種を用いてもよいが、Ｎ１ｃｈｏｌａｓ等
による文献に於て示された問題と同様な不安定性の問題
が生じるであろうことを指摘している。

上記米国特許第３６８３３０６号明細書も、多結晶層で
はない半導体基板について記載している。

その記載は、錫及び鉛に限定されている。更に、その方
法は、本発明の方法の場合の如（シ、−ト抵抗の制御で
なく、ＴＣＲの制御を意図したものであった。

〔発明の目的及び概要〕

本発明の目的は、標準的なシリコン・ウェハの処理の場
合よりも余分に１つの注入工程しか必要としない、正確
で、再現性のある、制御可能な１０６乃至１０５Ω／口
程度のシート抵抗を有する多結晶シリコン層の形成方法
を提供することである。

本発明の方法に従って、初めに多結晶シリコン層中のト
ラップを満たすために必要な電荷キャリアの量を充分に
超える量の電荷キャリアを供給するために、上記多結晶
シリコン層中にＮ又はＰ型不純物を高濃度にドーグし、
それから上記多結晶シリコン層のシート抵抗を増すため
に、電気的に寄与しない炭素及び菫素原子の如き電気的
不活性種を上記多結晶シリコン層中にイオジ注入するこ
とにより、正確な、再現性のある値に調整されたシート
抵抗を有する多結晶シリコン層より成る改良された多結
晶シリコン抵抗素子が形成される。

後の熱処理に於て、上記原子は、移動度を低下させそし
て／又は電荷キャリアをトラップして、シート抵抗を増
加させる、小さな安定した析出物を形成する。

好ましくは、多結晶シリコン層即ち抵抗素子領域に、初
めにＮ又はＰ型不純物が約ｌＸ１０１９元至６×１０１
９原子／　ｃｍ３の高刺度にドーグされ、それから炭素
又は窒素原子が約６×１０　乃至６Ｘ１０２１原子／ｃ
ｍ３の濃度に注入される。

それから、先ず上記多結晶シリコン層から上記不活性種
が外方拡散しない様に上記多結晶シリコン層の表面上に
２酸化シリコンのキャップを形成するために、酸化雰囲
気中でアニーリングが行われてから、上記不純物を電気
的に活性化し且つ粒子に於ける欠陥を直すために、窒素
の如き非酸化雰囲気中で更に加熱が続けりれる。

−〔実施例〕 多結晶シリコン材料は、粒界により相互に結合されてい
る小さな微結晶より成る。各微結晶内には、原子が周期
的に配列されており、従って各微結晶それ自体が１つの
単結晶の部分であると考えることが出来る。粒界は、複
雑な構造を有し、通常は原子が周期的に配列されていな
い、幾つかの原子層より成る。粒界に於けるそれらの層
は、隣接する配向の異なる微結晶の間の過渡的領域であ
る。ドープされた多結晶シリコンの粒界と電気的特性と
の間には、強い相互作用が存在する。

粒界に於ては、原子が周期的に配列されていないために
、原子の不完全な結合による多数の欠陥が存在する。そ
の結果、トラップ状態が形成され、それらのトラップ状
態畔、トラップ中心として働き、キャリアなゲッタリン
グして、それらが移動しない様にすることが出来る。従
って、伝導に用いられる自由キャリアの数が減少する。

トラップ中心がチャージされると、成る微結晶から隣接
する微結晶への自由キ、ヤリアの移動を妨げて見掛は上
の又は有効な移動度を低下させる、ポテンシャル・エネ
ルギ障壁が生じる。この極めて簡単な説明は、多結晶シ
リコン層のシート抵抗とそのドーピング・レベルとの間
に依存性が存在することを指摘している。

本発明の方法は、基板上に付着された多結晶シリコン層
のシート抵抗を、安定した、正確な、再現性のある電気
的特性を保って、所望の値に調整することが出来るとい
う発見に基いて℃・る。上記多結晶シリコン層は、典型
的には５０乃至１０［ＪＯナノメータの厚さを有し、好
ましくは約３００ナノメータの厚さを有する。初めに上
記多結晶シリコン層中のトラップ中心を満たすために必
要な電荷キャリアの量を充分に越える量の電荷キャリア
を供給するために、上記多結晶シリコン層中にＮ又はＰ
型不純物を高濃度にドープし、それから炭素及び窒素原
子の如き電気的不活性種を上記多結晶シリコン層中に高
注入量でイオン注入することにより、多くの集積回路用
に理想的に適する、１０６乃至１０５Ω／口の範囲の比
較的高いシート抵抗を有する、再現性のある多結晶シリ
コン層より成る抵抗素子を形成し得ることが解った。

初めの工程に於て、多結晶シリコン層は、ドーピングに
より供給されたキャリアの小さな一部分だけを用いてト
ラップが満たされる様に、充分に高濃度にドープされね
ばならない。その結果、粒界に於けるトラップの影響が
比較的小さくなる。

キャリア・トラップは全体的な自由キャリア濃度を僅か
しか低下させず、隣接する粒子の界面に於けるバンドの
曲がりが極めて小さくなる。従って、その小さなエネル
ギ障壁は、成る粒子の内側から次の粒子への多数キャリ
アの流れを著しく妨げない。

例えば硼素及び燐を不純物として用いる場合には、キャ
リア・トラップを協和させるために必要な量の３０乃至
２００倍の量、換言すると、粒界に於けるトラップ状態
密度Ｎ（−Ｑｔ／ｃｍ２　と粒度Ｌ（ｃｍ）とめ比率の
３０乃至２００倍の量を注入する必要がある。その高濃
度にドープされた不純物の濃度は、典型的には約Ｉ　Ｘ
　１０１９乃至６Ｘ１０１９原子／ｃｍ３である。特に
燐の場合には、その濃度が約１．６　Ｘ　１０　　乃至
６×１ｏ　原子／ｃｍ”であることが好ましい。°その
結果得られた多結晶シリコン層は、約１０３Ω／口を呈
し、又はそれよりも僅かに低いシート抵抗を呈する。

次の工程に於ける第２のドーピングの目的は、散乱を増
加させてキャリアをドラッグする、微細に分散された高
密度の欠陥中心を故意に導入することである。これは、
移動度及び電荷キャリアの密度を低下させることにより
、シート抵抗を増加させる。欠陥中心は、窒素及び炭素
の如き、化学的に反応する電気的不活性種を高注入量で
注入することによって導入される。高温アニーリングに
於て、有効な正孔又は電子散乱体である、微細に分散さ
れた安定した析出物が形成される。窒素及び炭素の場合
には、そのドー、ピング範囲は３Ｘ１’Ｏ”乃至６×１
０　原子／ｃｍである。

アニーリング工程は、好ましくは、・初めの短時間の熱
酸化工程と、その後の非酸化雰囲気中でのアニーリング
とを含む。それらの工程を約１０００℃よりも低い温度
で行うことが好蓋しい。酸化工程に於ては、電気的不活
性種の外方拡散を防ぐために表面上に数十ナノメータ程
度の薄い二酸化シリコンのキャップが形成される。非酸
化雰囲気中でのアニーリングに於ては、不純物が活性化
され且つ欠陥が直される。

処理の最終段階に於て、多結晶シリコン層のシート抵抗
を１０３乃至１０５Ω／口の範囲の任意の所望の値に調
整することが生来る。

この概念の有効性は、多結晶シリコン層に於ける。シー
ト抵抗と電気的不活性種の注入量との間の関係を示して
いる第１図乃至第４図並びにそれらに関連１−る表工乃
至表ＴＶＢに於て表わされている。次に示す例から、対
数−線ノ晧関係が種々の処理の変化に適用できることが
解った。それらの例は、本発明の方法の種々の特徴を示
しており、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

例１：（＃Ｉ素をドーグされた多結晶シリコン層中への
窒素の注入 １０個の試料ウェハＥ、Ｅ　１乃至ＥＢｌｏに於て、１
１０４ｎの熱的二酸化シリコン層上に、略６００ｎｍの
多結晶シリコン層が付着された。それから、１０個のす
べてのウェハに於て、上記多結晶シリコン層に、８００
乃至１０００Ω／口の範囲のシート抵抗の値（試料ＥＥ
９及びＥＥＩＯを参照）が得られる様に、硼素イオンが
５０ＫｅＶに於て６．５×１０１４原子／ｃｍの注入量
で注入された。そのうち、８個のウェハＥＥ１乃至ＥＥ
８に於て、最大５原子パーセントのＩＸが注入された。

シリコンの密度が５．ＯＸ　１０２２原子／ｃｍ３であ
るので、Ｙ十人されるべき窒素原子の閾度は２．５　Ｘ
　１０２１原子／ｃｍ３となり、それは最大７．５　Ｘ
　１０１６原子／ｃｍ２の注入量に相当する。窒素は１
８０ＫｅＶのエネルギで注入された。それらのウェハが
、０２中２分間及びＮ２中２８分間のサイクルを用いて
、１０００℃でアニールされた。そのサイクルの０２中
でのアニーリングに於て、多結晶シリコン層の表面上に
、二酸化シリコンのキャップが形成された。

シート抵抗が、シート抵抗の平均値を得るために３つの
異なる位置に於て、四点法により測定された。

ウェハＥＥ１乃至ＥＥ１０に於ける、注入量とそ。

の結果得られたシー、ト抵抗との対応関係が、次の表Ｉ
に示されている。

第１図は、硼素をドープされている多結晶シリコン層中
に窒素を注入されたウニへＥＥＩ乃至ＥＥ８に関するデ
ータを示している。第１図の曲線は、窒素を注入された
場合に、多結晶シリコン層のシート抵抗が増加すること
を明瞭に示している。

２乃至６原子パーセントのＮ２を超えたとき、そその効
果は極めて顕著になり、窒素を注入されなかったウェハ
ＥＥ９及びＥＥＩＤに比べてシート抵抗が略１桁の大き
さだけ増加する。

例２：硼素をドープされた多結晶シリコン層中への窒素
及び炭素の注入 １４個のウェハＰａ１乃至ＰＲ１４に於て、９５ｎｍの
熱的二酸化シリコン層上に、３２０ｎｍの多結晶シリコ
ン層が付着された。それらのすべてのウェハに於て、硼
素が５０に、ｅＶのエネルギに於て６．５Ｘ１０”原子
／　ｃ　ｍ　２の注入量で注入された０ウエハＰＲ１及
びＰａ２には、テスト用として、硼素だけが注入された
。それがら、ウェハＰａ１乃至ＰＲ８には窒素が、ＰＲ
９乃至ＰＲ１４ングの初めに薄い２酸化シリコン層のキ
ャップ（成長させるために、それらのウェハが％０２中
２分間及びＮ　中２８分間のサイクルを用いて、ｉ　ｏ
　ｏ　ｏ　”ｃでアニールされた。シート抵抗が、書違
の場合と同じ５つの位置に洲て四点法により饋定された
。

次の表１［Ａ及び表１［Ｂは各々、散乱中心に生十しめ
るために用いられた不純物の関数として、イれらのウェ
ハ（ｐＲｉ乃至ＰＲ１４’）のシート共抗を示している
。

ピ す 例６：硼素をドープされた多結晶シリコン層中への１回
及び２回の炭素の注入 ウェハＦＦ１乃至ＦＦ２０に於て、１１４　ｎｍの熱的
二酸化シリコン層上に２９０’　ｎｍの多結晶シリコン
層が付着され、硼素が上記多結晶シリコン層中に５０Ｋ
ｅＶのエネルギに於て、６．５Ｘ４ １０　　原子／ｃｍ２　の注入量で注入された。一部の
ウェハＦＦＩ、２．５．６．９．１０．１３．１４％　
１７．１８，１９及び２０が、炭素を注入される前に１
０００°Ｃで３０分間アニールされた。

それからウェハＦＦ１乃至ＦＦ１（Ｓには、２回の炭素
の注入が、各々４０ＫｅＶ及び９０ＫｅＶの異なるエネ
ルギに於て種々、の注入量で行われた。

残りのウェハＦＦ１７乃至ＦＦ２０には、１回だけの炭
素の注入が７５ＫｅＶのエネルギに於て種々の注入量で
行われた。それから、すべてのウェハが前述の場合の如
くアニールされ、前述の場合にアニールされた一部のウ
ェハは２回アニールされたことになる。シート抵抗が前
述の場合と同様にして測定された・ 前述の一部のウエノ・に於て、初めのアニーリング（１
０００°Ｃ）の後に測定されたシート抵抗は、７００乃
至７４６Ω／口の範囲であり、平均値は７５２Ω／口で
あることが解った０ 次の表１［Ａ及び第１［Ｂは各々、２回及び１回の炭素
の注入が行われたウエノ・のシート抵抗を示している。

（× −椰　。

×　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　裸ヰく 仙Ｈ 羊仏 第２図は、表１［Ｂ及び表１［Ｈに於ける、硼素をドー
プされている多結晶シリコン層中に炭素が注入された、
異なる時点で形成された２組のウェハに関して、シート
抵抗（Ω／口）対炭素注入量（原子／ｃｍ）をプロット
している図である。それらの２組のデータを示す２本の
略平行な線は、同じメカニズムが両方の場合に存在して
いることを示しており、それらの２組のデュタの間のず
れは、初めの硼素の注入に於ける見掛けの変動妃・よる
ものであって、炭素の注入及び／若しくは後の処理によ
るものではない。炭素を注入される前のウェハのシート
抵抗は、異なるロットからのウエノ・が用いられている
ために、恐らく同一ではない。

第５図は、表１［Ａに於ける、硼素をドープされている
多結晶シリコン層中に２回の炭素の注入が２つの異なる
エネルギで行われたウェハに関して、シート抵抗（Ω／
口）対全炭素注入量（原子／ｃｍ）をプロットしている
図である。２つの異なる注入エネルギは、注入された炭
素の分布を多、結晶シリコン層の厚さ全体に更に均一に
拡げるために用いられた。これは第２図に比べて急な８
３図の傾斜により示されている如く、注入プロセスに於
てシー４抵抗をより効果的に増加させるＯ又、硼素注入
後及び炭素注入後の２回に亘ってアニールされた試料（
ＦＦ１．２．５．６．１０．１６及び１４）に於ても、
１回しかアニールされなかった試料（ＦＦ５．４．７．
８．１１．１２Ｓ１５及び１６）と比べて、何ら相違は
認められない。

例４：燐をドープされた多結晶シリコン層中への炭素の
注入・ 低圧に於て化学的に気相付着された。４００ｎｍの真性
多結晶シリコン層を有するウエノ・が形成された。１組
のウニノーＨＨＩ乃至ＨＨ１４に、燐及び炭素が、次の
表■Ａに示されている注入量及びエネルギを用いて注入
された。それらの試料が、０り中５分間及びＮ２中３０
分間のサイクルを用いて、１０００°Ｃで酸化及びアニ
ールされた０５分間の酸化は、多結晶シリコン層の表面
上に二酸化シリコンのキャップを形成するために行われ
た。

シート抵抗が熱サイクル中で変化を受は易いことを測定
するために、もう１組のウェハＨＨ１５乃至ＨＨ１８が
その工程の前に上記ロットに加えられた。それらのウェ
ハは、前の処理に於て既に同一の熱サイクルを施されて
いる。それから、すべてのウェハが緩衝されたＨＦ中に
浸漬されて、酸化物が除去され、それらのシート抵抗が
四点法を用いて測定され、標準プロセスによる特性付は
システムを用いて監視された。

２回のアニーリングを施されたウェノ）１ＦＦ１５乃至
ＦＦ１８を含む、２組の試料に関して得られたシート抵
抗が、次の表１７Ａに示されている。

１１　　　　　　１ １１　　　　　　　１ １１　　　　　　１ １１　　　　　　　１ １１ｃＩ　　　　　　Ｉ　　　Ｏ １１喧　　　　１　− ＩＩ　　　　　　　　　１ １１　　　　　　　１ １Ｉ　　　　　　　　　１ ］１１ ２回の炭素の注入による影響を測定するために、残りの
ウェハＨ’Ｈ１９乃至ＨＨ２２に２回炭素が注入された
。それらのシート抵抗が次の表■Ｂに示されている。

２回の炭素の注−人を施されたウニノＮＨＨ１９乃至Ｈ
Ｈ２２の特性付けはより困難であったＱ注大量対ピーク
濃度の別の効果を示すために、それらのウェハに関する
データは殆ど情報を与えない。

ウェハＨ１（２１及び）ＩＨ２１は、高すぎて測定出来
ないシート抵抗を有した。ウニど＼ＨＨ１９に関するデ
ータは、ピーク濃度よりも全注入量に依存することを暗
示している。ウニノーＨＨ１１及びＨＨｌ８の場合と同
じ全炭素注入量を有するウニノ・ＨＨｌ９は、１回の炭
素の注入を施されたウニノ・ＨＨｌｌ（８１７Ω／口）
又はＨＨｌ、８（７８５Ω／口）と同様なシート抵抗（
８４０Ω／口）を有する。しかしながら、より多い全注
入量を有するウェハＨＨ２０は、より低℃・シート抵抗
を有する。その理由は不明であった。

第４図は、表ＨＡに於ける、３つの異なる注入量で燐を
ドープされている多結晶シリコン層中に、略１桁の大き
さの範囲で変化する注入量で炭素を注入されたウニノ・
に関して、シート抵抗（Ω／口）対炭素注入量（原子／
Ｃｍ　　）をプロットしている図である。第４図は２、
シート抵抗を制御するために炭素を用いたと゛きに、優
れた再現性の得られることを示している。線の上方への
変位は、燐の注入量が減少した場合に予想される傾向に
従っている。それらの限定されたデータに関して、それ
らの線は略平行である。それは、シート抵抗の値を制御
するために炭素を注入する方法が、ドーピング濃度及び
Ｎ型又はＰ型のドーピングの型に関係なく働くことを暗
示している。

注入量の小さな変化に対するシート抵抗の感度（小さな
感度はより良好な制御を意味する）によって測定される
良好な制御は、燐の注入量に応じて、略１乃至２Ｘ１０
’Ω／口　のシート抵抗布も極めて良好であった。２回
のアニーリングは、シート抵抗に極めて僅かな変化しか
生じず、材料（ウェハＨ！（１５乃至ＨＨｌ８．）が熱
安定性を有することを示している。

上記データは、薄膜抵抗素子を形成するために窒素又は
炭素を注入する方法が効果的であることを証明している
。更に、シート抵抗と、イオン注入された炭素又→ま窒
素の濃度との間に対数−線形関係が存在していることは
、集積回路用抵抗素子の設計及び処理に於て極めて重要
である、高度の予測が可能であることを示している・ 以上に於て、ドープされた多結晶シリコン層のシート抵
抗を増加させるために炭素又は窒素原子を用いることに
より再現性のある制御可能なシート抵抗を有する多結晶
シリコン層より成る抵抗素子を形成する本発明の方法に
ついて述べた。その様な再現性及び制御性は、恐らく、
それらの種が多結晶シリコン層に於ける粒子の成長を制
御出来ることによるものである。予想に反して、粒子の
成長の制御は、極めて良好なシート抵抗の制御を行うと
ともに、応力の低下を生じず、従ってピン・ホール密度
を低下させた。

【図面の簡単な説明】

第１図は硼素を高濃度にドープされた多結晶シリコン層
に於ける窒素注入量の関数としてシート抵抗をプロット
したグラフ、第２図は硼素を高濃度にドープされた２組
の多結晶シリコン層に於ける炭素注入量の関数としてシ
ート抵抗をプロットしたグラフ、第３図は硼素を高濃度
にドープされた多結晶シリコン層に於ける２つの異なる
エネルギによる２回の炭素注入の全炭素注入量の関数と
してシート抵抗をプロットしたグラフ、第４図は燐を種
々の濃度で高濃度にドープされた多結晶シリコン層に於
ける炭素注入量の関数としてシート抵抗をプロット１シ
たグラフで１ある・出願人インターナショナル・ビジネ
ス・マシーンズ・コーポレーション代理人　弁理士　　
　岡　　１）　次　　生（外１名） ｔｌｔｊ”Ｉ）’−’ｋ　（ｘ　１０”１等／誦り第１
頁の続き ０発　明　者　チャールズ・ウィリアム・コバーガー・
サード アメリカ合衆国バーモント州ア ンダーヒル・ボックス３９９アー ル・ディ１番地 ＠発明者ジョン・エム・ワーソーン アメリカ合衆国バーモント州ア １ンダーヒル・センター・ポック ス１４３番地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上に配置された多結晶シリ°コン層中のトラップを
   飽和させるために上記多結晶シリコン層に於けるトラッ
   プ密度を充分に超える量の不純物で上記多結晶シリコン
   層を高濃度にドープし、上記多結晶シリコン層のシート
   抵抗を増すために上記多結晶シリコン層に電気的不活性
   種をイオン注入し、 上記不純物を電気的に活性化し且つ欠陥を消滅させるた
   めに上記多結晶シリコン層をアニールすることを含む、 高シート抵抗を有する多結晶シリコン層の形成方法。