JPS6074466A - ポリシリコン抵抗素子の製造方法及び該素子を用いた集積回路 - Google Patents
ポリシリコン抵抗素子の製造方法及び該素子を用いた集積回路Info
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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。
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〕
本発明は抵抗素子を含む集積回路に関りるもので、とく
にその製造方法およびぞのＪ：うな抵抗素子を用いたバ
イポーラ型集積回路、さらには半導体基板中で低Ｔ Ｃ
ｒ−＜抵抗素子を製作り−る方法に係わるものである。
にその製造方法およびぞのＪ：うな抵抗素子を用いたバ
イポーラ型集積回路、さらには半導体基板中で低Ｔ Ｃ
ｒ−＜抵抗素子を製作り−る方法に係わるものである。
集積回路に用いる従来の抵抗素子はその抵抗舶渇麿依存
性に問題があった。すなわち、ポリシリコンは通常はき
わめて大きな負の温度係数（ＴＣＰ）をもつが、モノリ
シックシリコン中に拡散させた抵抗体は典型的にはきわ
めて大きな正のＴＣＰを示す。集積回路を実際に使用づ
る多くの場合、これら回路の抵抗が小さいかあるいはぜ
口であることがきわめて望ましい。
性に問題があった。すなわち、ポリシリコンは通常はき
わめて大きな負の温度係数（ＴＣＰ）をもつが、モノリ
シックシリコン中に拡散させた抵抗体は典型的にはきわ
めて大きな正のＴＣＰを示す。集積回路を実際に使用づ
る多くの場合、これら回路の抵抗が小さいかあるいはぜ
口であることがきわめて望ましい。
故に本発明の第一の目的は、温度に対する抵抗変化がゼ
ロであるかまたは微小な抵抗素子を有する集積回路の製
造方法を提供することにある。
ロであるかまたは微小な抵抗素子を有する集積回路の製
造方法を提供することにある。
ＴＣＰが近似ゼロである抵抗素子は様々な用途にとって
望ましいもので、たどえばアナログ回路やデータ変換回
路、さらには特殊目的に用いる計装用回路やスタチック
ＲＡＭ等の分野で望まれでいる。しかしながら従来のこ
の種の回路装置においては、多くの場合負のＴ ＣＲを
有する抵抗素子に起因する熱不安定性という問題があっ
た。すなわち、ＴＣＰが負の抵抗素子が一時的にオーバ
ーヒートすると、大量の電流を流してさらにオーム加熱
作用を受りることとなる。このような場合。
望ましいもので、たどえばアナログ回路やデータ変換回
路、さらには特殊目的に用いる計装用回路やスタチック
ＲＡＭ等の分野で望まれでいる。しかしながら従来のこ
の種の回路装置においては、多くの場合負のＴ ＣＲを
有する抵抗素子に起因する熱不安定性という問題があっ
た。すなわち、ＴＣＰが負の抵抗素子が一時的にオーバ
ーヒートすると、大量の電流を流してさらにオーム加熱
作用を受りることとなる。このような場合。
回路によっては熱暴走を起し、該抵抗素子あるいは回路
の仙の箇所を破壊してしまうことがある３、このことは
とくにバイポーラＱｌｊのデバイスの場合に問題であり
、このためバイポーラ型のディバスに用いる抵抗素子は
１’ ＣＲｈ＜ｉｌ−の拡散型抵抗素子を用いるのが普
通であつｌζ。しかし拡散型の抵抗素子を用いるどデバ
イス全”ｔ−のレイアウト、４ Ｈｌが勤しくなり、ま
た製造ブ［ルスがＪ、り複刹になるという問題が生ずる
。
の仙の箇所を破壊してしまうことがある３、このことは
とくにバイポーラＱｌｊのデバイスの場合に問題であり
、このためバイポーラ型のディバスに用いる抵抗素子は
１’ ＣＲｈ＜ｉｌ−の拡散型抵抗素子を用いるのが普
通であつｌζ。しかし拡散型の抵抗素子を用いるどデバ
イス全”ｔ−のレイアウト、４ Ｈｌが勤しくなり、ま
た製造ブ［ルスがＪ、り複刹になるという問題が生ずる
。
故に本発明の第二の目的は、温度の上シＩにどｂなって
抵抗値が増大ターるポリシリコン抵抗素子を有する集積
回路のｌ１ｌＪ造方法をを提供りることにある。
抵抗値が増大ターるポリシリコン抵抗素子を有する集積
回路のｌ１ｌＪ造方法をを提供りることにある。
本発明の第三の目的は、温度の１胃にど°ｂ ’Ｊって
抵抗値が増大づ′るポリシリ」ン抵抗素子をイｊりるバ
イポーラ型集積回路を提供りることにある。
抵抗値が増大づ′るポリシリ」ン抵抗素子をイｊりるバ
イポーラ型集積回路を提供りることにある。
半導体抵抗素子の熱不安定性は、他にｂ問題となる場合
があるとはいえ、一般に比較的雷流密瓜の高いバイポー
ラ型の集積回路においでどくに間題である。
があるとはいえ、一般に比較的雷流密瓜の高いバイポー
ラ型の集積回路においでどくに間題である。
従って本発明、の第四の目的は、温度の上昇にともなっ
て抵抗値が増大り−るボリシリニｊン抵抗素子を有す゛
る集積回路を提供することにある。
て抵抗値が増大り−るボリシリニｊン抵抗素子を有す゛
る集積回路を提供することにある。
従来の集積回路抵抗素子についてのもうひとつの問題は
、その対放射線硬度であって、これら抵抗素子が例えば
アルファ粒子やガンマ線などの放射を受けるとそのＴＣ
Ｐが少なからず変化することである。これは放射線によ
り発生した荷電粒子が、抵抗素子の欠陥部位や粒界等に
トラップされることに起因するものである。
、その対放射線硬度であって、これら抵抗素子が例えば
アルファ粒子やガンマ線などの放射を受けるとそのＴＣ
Ｐが少なからず変化することである。これは放射線によ
り発生した荷電粒子が、抵抗素子の欠陥部位や粒界等に
トラップされることに起因するものである。
故に本発明の第五の目的は、／ｉ５［割線の照射を受り
てもＴＣＰ値の変化しない抵抗素子をを内蔵り′る集積
回路を提供リ−ることにある。
てもＴＣＰ値の変化しない抵抗素子をを内蔵り′る集積
回路を提供リ−ることにある。
〔問題点を解決しようと覆る／ｊめの手段〕これらの目
的を達成するために、本発明はポリシリコンを蒸着後、
この蒸着ポリシリコンを過渡的にアニール処Ｌ！［！−
！ｊることによりその粒度を増大させ、しかる後このポ
リシリコンを４性化材料により不活性化することにより
その粒界におけるトラップ密度を減少させ、しかる後、
該ポリシリコンに接続部を形成づることによつＣ抵抗素
ｒとすることを特徴とりる。集積回路に用いるポリシリ
コン抵抗素子の製造方法を提供づ−るものである。
的を達成するために、本発明はポリシリコンを蒸着後、
この蒸着ポリシリコンを過渡的にアニール処Ｌ！［！−
！ｊることによりその粒度を増大させ、しかる後このポ
リシリコンを４性化材料により不活性化することにより
その粒界におけるトラップ密度を減少させ、しかる後、
該ポリシリコンに接続部を形成づることによつＣ抵抗素
ｒとすることを特徴とりる。集積回路に用いるポリシリ
コン抵抗素子の製造方法を提供づ−るものである。
次に図面を参照して本発明の詳細な説明りる。
ポリシリコンの抵抗率は２１φ類の因子により定まる。
′？ｌなわち、第１図に概略を示りＪ、うに結晶粒子の
抵抗Ｒと粒界の抵抗］Ｒ６Ｂである。全抵抗Ｒは従って
Ｒ＝ Ｒ１ＩＲ６Ｂｒ ！’ｉえられる。−・Ｐ ＰＧ 方９粒子抵抗の温度に対重る依存度は ３／２ ’ （１） Ｒａ：Ｋｏｌ で表わされ、また粒界抵抗の混庶依存度は１／２ φＢ
／に［（２） １マ σ ＫＧＢ王 ｅ ＧＢ で表わされることが知られている。ただしに、１゜’＜
ＧＢはいずれ（＞ ＩＪｒ＋の種類や上程の順序などに
Ｊ、り定まる定数である。これら２種類の温瓜依存ＩＱ
特性から、全抵抗１つは次式に承り−ように変化りるこ
とがわかる。
抵抗Ｒと粒界の抵抗］Ｒ６Ｂである。全抵抗Ｒは従って
Ｒ＝ Ｒ１ＩＲ６Ｂｒ ！’ｉえられる。−・Ｐ ＰＧ 方９粒子抵抗の温度に対重る依存度は ３／２ ’ （１） Ｒａ：Ｋｏｌ で表わされ、また粒界抵抗の混庶依存度は１／２ φＢ
／に［（２） １マ σ ＫＧＢ王 ｅ ＧＢ で表わされることが知られている。ただしに、１゜’＜
ＧＢはいずれ（＞ ＩＪｒ＋の種類や上程の順序などに
Ｊ、り定まる定数である。これら２種類の温瓜依存ＩＱ
特性から、全抵抗１つは次式に承り−ように変化りるこ
とがわかる。
３／２ １ ／２ φＢ／ＫＴ （３）Ｒ（ＩＫＴ−１
−ΔＫＧＢＴ ｅ Ｇ ただし、Ａ４ま定数である。この式から、温度に対する
全抵抗Ｒ１の変化率は一般に次の式で表わすことができ
る。
−ΔＫＧＢＴ ｅ Ｇ ただし、Ａ４ま定数である。この式から、温度に対する
全抵抗Ｒ１の変化率は一般に次の式で表わすことができ
る。
１／２ −１／２ φＢ／に［
ｄＲ／ｄＴ−［ａＴ 十ｂＴ ｅ ］
−ｃｃｂ Ｔ−３／２ｅφＢ／ＫＴ （４゜ここにφＢ
は粒界バリψの高さであり、このφ８は粒界にＪ５ける
トラップ密度Ｑｔのバルクドーピング密度Ｎに対する比
の２乗に比例することが知られている。すなわち。
は粒界バリψの高さであり、このφ８は粒界にＪ５ける
トラップ密度Ｑｔのバルクドーピング密度Ｎに対する比
の２乗に比例することが知られている。すなわち。
２（５）
φ８ σ （Ｑ、／Ｎ＞
ポリシリコンは上の一式（４）に（１５Ｇプる右辺の第
３項の値が大ぎく、従って負の’１− ＣＩ≧をもつこ
とがわかる。すなわち、前記トラップ密度Ｑｔが犬きい
ということはφＢの値が大きいということであり、φ８
の値が大きければ式（４）における右辺の第３項の値も
大きいということになる。なおバルクドーピング密度Ｎ
が人ぎりればφ、のＶ口ま小さくなるが、ポリシリコン
抵抗素子の通常のドーピングレベル（／ｊどえば１０１
７／ｃｍ３−１０ ”’／ｃｍ３）では、φ８の値はな
Ｊ３イｊ意である。ただしドーピング密度Ｎがどのよう
な値゛Ｃあっても２式（４）の右辺第３項の値を小いざ
くづることにＪ、って、ポリシリコン抵抗素子の−ｒ
ｃ ＋ｔを小さくづることかできる。
３項の値が大ぎく、従って負の’１− ＣＩ≧をもつこ
とがわかる。すなわち、前記トラップ密度Ｑｔが犬きい
ということはφＢの値が大きいということであり、φ８
の値が大きければ式（４）における右辺の第３項の値も
大きいということになる。なおバルクドーピング密度Ｎ
が人ぎりればφ、のＶ口ま小さくなるが、ポリシリコン
抵抗素子の通常のドーピングレベル（／ｊどえば１０１
７／ｃｍ３−１０ ”’／ｃｍ３）では、φ８の値はな
Ｊ３イｊ意である。ただしドーピング密度Ｎがどのよう
な値゛Ｃあっても２式（４）の右辺第３項の値を小いざ
くづることにＪ、って、ポリシリコン抵抗素子の−ｒ
ｃ ＋ｔを小さくづることかできる。
Ｔ ＣＰはレーザアニーリングによって少くとも二通り
に変化する。第一はレーザアニーリングによる粒度の増
大であり、この粒度の増大により粒界の数が減少し、従
つ（粒界抵抗ＲＧＢの全抵抗値ＲＰに対り−る寄与度が
低下り゛る。このことはさらにｄＲ／ｄＴのｄＲ、／
ｄｌ−に対りる寄ノヲ１哀もＧＢ 低下し、ひいてはＴ ＣＲがゼ［ｌに近くなることを意
味する。第二には、レーザアニールにより各粒界にＪ３
りる１−ラップ密度Ｑ［が低下し、このＩごめにφ８値
が減少しで、やはりＩ−Ｃ１１のマイノース分が減少す
るということである。
に変化する。第一はレーザアニーリングによる粒度の増
大であり、この粒度の増大により粒界の数が減少し、従
つ（粒界抵抗ＲＧＢの全抵抗値ＲＰに対り−る寄与度が
低下り゛る。このことはさらにｄＲ／ｄＴのｄＲ、／
ｄｌ−に対りる寄ノヲ１哀もＧＢ 低下し、ひいてはＴ ＣＲがゼ［ｌに近くなることを意
味する。第二には、レーザアニールにより各粒界にＪ３
りる１−ラップ密度Ｑ［が低下し、このＩごめにφ８値
が減少しで、やはりＩ−Ｃ１１のマイノース分が減少す
るということである。
本発明はポリシリコン抵抗素子にお（Ｊる「Ｃ［くのマ
イナス分を減少させるためにレーザによる処理と水素ア
ニールの両方を用いることを提案するもので、これによ
りたとえば第２図に示′ＩＪ：うなポリシリコン抵抗構
造において、蒸着を行なったまま（１） （ａｓ−ｄｅ
ｐｏｓｉｔｅｄ）の状態で粒度を約５００オ“ングスト
ロームとすることができる。
イナス分を減少させるためにレーザによる処理と水素ア
ニールの両方を用いることを提案するもので、これによ
りたとえば第２図に示′ＩＪ：うなポリシリコン抵抗構
造において、蒸着を行なったまま（１） （ａｓ−ｄｅ
ｐｏｓｉｔｅｄ）の状態で粒度を約５００オ“ングスト
ロームとすることができる。
上記のレーザ処理＋１′３よび水素アニール処理に引き
続いてレー晋アアニールを適度のエネルギ密度。
続いてレー晋アアニールを適度のエネルギ密度。
たとえば０．６ジユール／ ｃｍ２で行なうことにより
粒度の増大をはかる。本発明を実Ｍ するに当っては、
このシー１ｆアニールをたとえばネオジミウムレーデ（
ＹＡＧ）発振による波長１．０６ミクロン、周波数１０
キロヘルツ、周期１５０ナノ秒のパルスレーザを６イン
チ／秒の走査速度で用いて行なう。
粒度の増大をはかる。本発明を実Ｍ するに当っては、
このシー１ｆアニールをたとえばネオジミウムレーデ（
ＹＡＧ）発振による波長１．０６ミクロン、周波数１０
キロヘルツ、周期１５０ナノ秒のパルスレーザを６イン
チ／秒の走査速度で用いて行なう。
この場合シー１１出力密度は４メつＪワット／ ｃｍ２
近傍となる。
近傍となる。
また本発明の他の実施態様においては出カフワットのア
ルゴン連続波レーザを用い、この場合は該レーザから送
出された１００ミクロンのスポットを用いて、走査速度
８ないし１０インヂ／秒。
ルゴン連続波レーザを用い、この場合は該レーザから送
出された１００ミクロンのスポットを用いて、走査速度
８ないし１０インヂ／秒。
ステップ間隔１０ミフロンＣ走査を行／【う。
本発明による方法にａ３りるレーザアニール処理法
他のレーザアニール処理法９例えば公知のレーリーアニ
ール法を用いてもＪ：いこと（，１いうＪ：′ｃｂない
。
ール法を用いてもＪ：いこと（，１いうＪ：′ｃｂない
。
レーザアニール］二稈に引さ続いＣ水素イオンによるア
ニール処理を行う。この際ｊｂ要なことは。
ニール処理を行う。この際ｊｂ要なことは。
アニール処理は水素原子アニールであつ−ＣＣ水分分子
アニールはないということＣ゛、水素ＧＥＬこれをプラ
ズマ１Ｊ′ｉ電にさらりことにより解離を？ｊなうのが
りｒましい。水素イオン（、未ポリシリーＪン中で・容
易に拡散してポリシリコン結晶粒子の未結合手（タンク
リングボンド）と粒子の界面で結合づる。この結果、結
晶粒子界面に８３４プる１−ラップ密度Ｑ１が低下し、
ｒＣＲのマイノース因子は減少りる。
アニールはないということＣ゛、水素ＧＥＬこれをプラ
ズマ１Ｊ′ｉ電にさらりことにより解離を？ｊなうのが
りｒましい。水素イオン（、未ポリシリーＪン中で・容
易に拡散してポリシリコン結晶粒子の未結合手（タンク
リングボンド）と粒子の界面で結合づる。この結果、結
晶粒子界面に８３４プる１−ラップ密度Ｑ１が低下し、
ｒＣＲのマイノース因子は減少りる。
しかしながら９通常は水素アニール処理のみでは粒度の
小さなポリシリコンの王ＯＲをゼ【」または正どするの
には充分でない。このために本発明の１実施態様におい
ては、レーデアニール処理と水素イオンによる不活性化
処理を組み合わせて用いることとし、これら二つの工程
を組み合せたプロセスを用いることにより、正のＴ ｅ
ｌ’＜をもったポリシリコン抵抗素を得られることが
実シトされたのである。
小さなポリシリコンの王ＯＲをゼ【」または正どするの
には充分でない。このために本発明の１実施態様におい
ては、レーデアニール処理と水素イオンによる不活性化
処理を組み合わせて用いることとし、これら二つの工程
を組み合せたプロセスを用いることにより、正のＴ ｅ
ｌ’＜をもったポリシリコン抵抗素を得られることが
実シトされたのである。
水素プラズマによる不活性化処理（パッシベーション）
の条件はざはど厳密なものではないが。
の条件はざはど厳密なものではないが。
本発明においては不活性化処理をたとえば３００℃で水
素５０％、窒素５０％のｆｆｊ合物を１Ｔｏｒｒの圧力
下で用い−Ｃ行なう。これらのガスは７ｊどえば流速約
２０００ ｓｅｃｍで流動さけ、ま６００ワツ１〜の電
力を電極間間隔を約２．５インヂとした３５０ないし４
００平方インチの電極領域に印加する。第４図ないし第
６図は、このようにしで製作されｌ〔ポリシリコン抵抗
の抵抗−温麿特性を示す（プロット△）もので、ここに
用いたポリシリコン層は厚さは４００ないし５００ナノ
メータであり、またアニール処理後のポリシリコンの粒
度は３ないし５ミクロンである。
素５０％、窒素５０％のｆｆｊ合物を１Ｔｏｒｒの圧力
下で用い−Ｃ行なう。これらのガスは７ｊどえば流速約
２０００ ｓｅｃｍで流動さけ、ま６００ワツ１〜の電
力を電極間間隔を約２．５インヂとした３５０ないし４
００平方インチの電極領域に印加する。第４図ないし第
６図は、このようにしで製作されｌ〔ポリシリコン抵抗
の抵抗−温麿特性を示す（プロット△）もので、ここに
用いたポリシリコン層は厚さは４００ないし５００ナノ
メータであり、またアニール処理後のポリシリコンの粒
度は３ないし５ミクロンである。
本発明における水素アニール処理は、気体胛合物中の水
素部を５０％とする代りに１０％どし。
素部を５０％とする代りに１０％どし。
仙の条件は上記と同じにしＣ実施しＣ１つよい。このよ
うな条件Ｃ実際のデバイスを用い−（測定、した結果を
第４図ないし第６図に口でゾ［」ツ１−シ（示？／−ｏ
これらのグラフ、とくに第／！νＩＪヲよびり（０図の
グラフｌ）＋ ＋う明らかなにうに、水素弁をＩ Ｏ’
ｘ、どしてアニール処理を行なつ／Ｃ場合には、抵抗素
子のＴＣＲははぽぜ口となる。なお、このよう４１条イ
′１で水素アニール処理をｉｊイｆう場合には ｙ）、
！Ｉ！Ｉｆ ＩＩＭ間をあまり長くとらないことが望ま
しく、処理＋１．’１間が長づぎるとＴ ＣＰは正にな
る。
うな条件Ｃ実際のデバイスを用い−（測定、した結果を
第４図ないし第６図に口でゾ［」ツ１−シ（示？／−ｏ
これらのグラフ、とくに第／！νＩＪヲよびり（０図の
グラフｌ）＋ ＋う明らかなにうに、水素弁をＩ Ｏ’
ｘ、どしてアニール処理を行なつ／Ｃ場合には、抵抗素
子のＴＣＲははぽぜ口となる。なお、このよう４１条イ
′１で水素アニール処理をｉｊイｆう場合には ｙ）、
！Ｉ！Ｉｆ ＩＩＭ間をあまり長くとらないことが望ま
しく、処理＋１．’１間が長づぎるとＴ ＣＰは正にな
る。
上述のような処理を行なうことにより、集積回路の抵抗
素子は、従来の方法で製作された集積回路の抵抗素子に
にくらべて全１１（抗宰が低くなり。
素子は、従来の方法で製作された集積回路の抵抗素子に
にくらべて全１１（抗宰が低くなり。
従って寸法ｉｂ形状、 ７１５よび処理条イ′１賀がＩ
ｒ１ｌ−・どりれば、抵抗値も低くなる。第８図は９本
発明の」ノンプルデバイスにＪ３りるレーザ“アニール
条ｆｌ ｌＪｊ、Ｊリ−る、抵抗値の依存度を示１０の
Ｃある。
ｒ１ｌ−・どりれば、抵抗値も低くなる。第８図は９本
発明の」ノンプルデバイスにＪ３りるレーザ“アニール
条ｆｌ ｌＪｊ、Ｊリ−る、抵抗値の依存度を示１０の
Ｃある。
水素による不活性化アニール処理を１ｊなつＩこ後で加
熱処理を行なうことは、加熱にＪ、り水素の−部が分子
状態で逃散づる恐れがあるため、好ましくない。とはい
え、アニール後の高温処理を完全に避りる必要もなく、
ただ＾温での処理をなるべく短時間とするのがＪ：いと
いうことである。従って例えばポリシリコン抵抗を、リ
フローの必要な多層酸化物で被覆する場合は、ＯＣＯ＜
アルコ１−ルまたはアセ（・ンに溶解しｌこ珪化物溶液
、いわゆるスピンオンガラス〉等の多層酸化物や、ｌ〕
ＩＱ（高分子高温度ポリイミドポリマー）等の有機材料
を用いるのが好ましい。あるいはまた、多層酸化物のり
フローに過渡加熱法を用いてもよい。
熱処理を行なうことは、加熱にＪ、り水素の−部が分子
状態で逃散づる恐れがあるため、好ましくない。とはい
え、アニール後の高温処理を完全に避りる必要もなく、
ただ＾温での処理をなるべく短時間とするのがＪ：いと
いうことである。従って例えばポリシリコン抵抗を、リ
フローの必要な多層酸化物で被覆する場合は、ＯＣＯ＜
アルコ１−ルまたはアセ（・ンに溶解しｌこ珪化物溶液
、いわゆるスピンオンガラス〉等の多層酸化物や、ｌ〕
ＩＱ（高分子高温度ポリイミドポリマー）等の有機材料
を用いるのが好ましい。あるいはまた、多層酸化物のり
フローに過渡加熱法を用いてもよい。
同様に、接触焼成等の総処理時間はなるべく知かくする
のが望ましいが、いずれにしても高温度処理の難点は、
パッシベーションを行なったポリシリコンからきわめて
緩慢に水素が逃げ出づことだけで、しかもこの水素の逃
散カシぎわめて緩慢であって急激に進行するものであｔ
よないために、高温度処理に対１−る感度はけっして極
端なものではなく、アニール処理後の高温度処理をまっ
たく行なってはならないという程のものではない。
のが望ましいが、いずれにしても高温度処理の難点は、
パッシベーションを行なったポリシリコンからきわめて
緩慢に水素が逃げ出づことだけで、しかもこの水素の逃
散カシぎわめて緩慢であって急激に進行するものであｔ
よないために、高温度処理に対１−る感度はけっして極
端なものではなく、アニール処理後の高温度処理をまっ
たく行なってはならないという程のものではない。
パッシベーション処理に用いることのＣさる月利は水素
に限定されるものではなく、本発明による方法で使用づ
る不活（１１化材１’ｌは、好；Ｌしくけシリコン中で
電気的に不活性でかつ粒界にお（Ｊる未結合手どの親和
性が１ぐれているものならば、どのように１不活性化月
利を用いてしＪ、い。
に限定されるものではなく、本発明による方法で使用づ
る不活（１１化材１’ｌは、好；Ｌしくけシリコン中で
電気的に不活性でかつ粒界にお（Ｊる未結合手どの親和
性が１ぐれているものならば、どのように１不活性化月
利を用いてしＪ、い。
さらに水素パッシベーション処理にプラズマ反応炉を用
いること（よ必ヂし′ｔ）Ｔｌｉ要で（、Ｌなく、所望
ｔｒらは特注の装「１をもってこれに笥えてもＪ、い。
いること（よ必ヂし′ｔ）Ｔｌｉ要で（、Ｌなく、所望
ｔｒらは特注の装「１をもってこれに笥えてもＪ、い。
またプラズマ放電の均一性もさし′Ｃ弔’ｊｐ ＜１’
ｂのりパはなく、従って例えは流入カス流と交差りるよ
うにアークを発生させ、生成りるＤ層ミ子やイオンの出
結合距離ＩＪ：りもり、（Ｊい距離に、スライス全部を
前記ガス流の下流に位置さけるようにしだ構）１５とり
れは足りる。
ｂのりパはなく、従って例えは流入カス流と交差りるよ
うにアークを発生させ、生成りるＤ層ミ子やイオンの出
結合距離ＩＪ：りもり、（Ｊい距離に、スライス全部を
前記ガス流の下流に位置さけるようにしだ構）１５とり
れは足りる。
第３ａ図に本発明にＪ、るバイポーラ型集相回路の実施
例を示す。図中、１０２はこの集積回路に含まれるポリ
シリコン抵抗素子−Ｃある３、同図に示すように本実施
例におりる抵抗素子１０２は、拡散濃度の比較的低いポ
リシリコン抵抗領域１０８（Ｎ−型）を有してｄ３す、
この領域１０８はＩＬ較的拡ＷＩＮ度の高いポリシリコ
ンオーム接触領域１０６（Ｎｉ−型）ど結合している。
例を示す。図中、１０２はこの集積回路に含まれるポリ
シリコン抵抗素子−Ｃある３、同図に示すように本実施
例におりる抵抗素子１０２は、拡散濃度の比較的低いポ
リシリコン抵抗領域１０８（Ｎ−型）を有してｄ３す、
この領域１０８はＩＬ較的拡ＷＩＮ度の高いポリシリコ
ンオーム接触領域１０６（Ｎｉ−型）ど結合している。
これら接ｍ；領域１０６には金属接点１０４がＡ−ム接
触して。
触して。
抵抗素子１０２の端子を構成している。抵抗素子１０２
は電界分離酸化物層１１２の上面に形成されており、プ
ラズマ酸化物層１１０により抵抗素子の端子１０４を絶
縁Ｊるどともに、ブレーナ構造を形成Ｊ゛る。第３ａ図
にはさらにバイポーラゲートが示してあり、このバイポ
ーラグー１〜はＺｉ−ミッタ接点１１８と、ベースＪ３
Ｊζびクランプグイオード接点１２０と、ロジックダ
イオード接点１２２と、コレクタ接点１２４とからなる
１−ランジスタ１１６を右する。前記接点１２２はタン
グステンチタン（ＴｉＷ）で形成するのがよい。なｄ５
第３ａ図は単にデバイスの構造例を示づ−ものであって
、各領域や接点間の結合関係についでの好ましい例を示
づものではない。第３ｂ図は上記ア゛バイス構造の等価
回路例を示づもので、抵抗１／”ｌ’）’ ψｔ−ｔ−
１１ｎＱ ” Ｉｔ笛Ｑ ＊ Ｆ７１１−３ｑ １．４
スｈｒ Ｆｒ素子１０２に相当リ−るものである。
は電界分離酸化物層１１２の上面に形成されており、プ
ラズマ酸化物層１１０により抵抗素子の端子１０４を絶
縁Ｊるどともに、ブレーナ構造を形成Ｊ゛る。第３ａ図
にはさらにバイポーラゲートが示してあり、このバイポ
ーラグー１〜はＺｉ−ミッタ接点１１８と、ベースＪ３
Ｊζびクランプグイオード接点１２０と、ロジックダ
イオード接点１２２と、コレクタ接点１２４とからなる
１−ランジスタ１１６を右する。前記接点１２２はタン
グステンチタン（ＴｉＷ）で形成するのがよい。なｄ５
第３ａ図は単にデバイスの構造例を示づ−ものであって
、各領域や接点間の結合関係についでの好ましい例を示
づものではない。第３ｂ図は上記ア゛バイス構造の等価
回路例を示づもので、抵抗１／”ｌ’）’ ψｔ−ｔ−
１１ｎＱ ” Ｉｔ笛Ｑ ＊ Ｆ７１１−３ｑ １．４
スｈｒ Ｆｒ素子１０２に相当リ−るものである。
以上の記載から明らかなように、木ブを明は各種のバイ
ポーラ型回路に適用、実施しうるものＣ１ＳＲＡＭやＭ
ＯＳ回路に用いても好適である。とりわ（）ＭＯ８回
路に用いる場合、電流密度が増大するにともなって熱安
定性の問題がカ要と４「るが。
ポーラ型回路に適用、実施しうるものＣ１ＳＲＡＭやＭ
ＯＳ回路に用いても好適である。とりわ（）ＭＯ８回
路に用いる場合、電流密度が増大するにともなって熱安
定性の問題がカ要と４「るが。
本発明によるポリシリコン抵抗はこのような問題に対処
り−る十でも効果的である。
り−る十でも効果的である。
本発明を実ＩＭ するにあたっ（レーク゛にＪ、る）７
二−ル処即は必ずしも必要でない。！Ｊ−’、Ｃ４つＩ
’＋、−Ｉ記のレーザアニール工程の主たる効果（よ
、ＩＩにポリシリコンの粒度を増大さ“Ｕることにある
のであって、このよう／ｊ効果を達成するｌこめに（ま
、他の４′段を謡じることもｉり能である。すなわら９
例え）、１閃光灯やフリップオーブン等にｊ；る加熱や
電ｒビームアニーリング等、伯の過器加熱手段を用いる
ことかできる。
二−ル処即は必ずしも必要でない。！Ｊ−’、Ｃ４つＩ
’＋、−Ｉ記のレーザアニール工程の主たる効果（よ
、ＩＩにポリシリコンの粒度を増大さ“Ｕることにある
のであって、このよう／ｊ効果を達成するｌこめに（ま
、他の４′段を謡じることもｉり能である。すなわら９
例え）、１閃光灯やフリップオーブン等にｊ；る加熱や
電ｒビームアニーリング等、伯の過器加熱手段を用いる
ことかできる。
さらに水素パッシベーション処］！＋！ ４；Ｌ 、こ
れを陽子イオンの打ち込みにより行くＴうこともできる
。
れを陽子イオンの打ち込みにより行くＴうこともできる
。
また場合によっては、レーザアニールゴー程を二重波長
照射源を用いて行なってもよい。この方法はポリシリコ
ンに強く吸収される比較的短い波長例えば１．０６ミク
ロンもしくは可視領域の波長を２例えば９．２５ミクロ
ンまたは１０．６ミクロンの比較的長い波長と組み合わ
せて用い、長い方の波長がポリシリコン中でｔよ減衰せ
ず、ポリシリコン層下面の二酸化物層に強く吸収される
ようにしたもので、長い波長のレーザは上記いり′れの
波長も疾酸ガスレーザの発振により簡便に得ることがで
きる。このような二車波長アニール処理法によって、ア
ニール処理を施した物質中の粒度を増大させることがで
きる。両波長の出力比は（Ｊぼ１対１とし、いかなる場
合にも略々この化となるようにする。また全エネルギ密
度を例えば約３ジユール／ ｃｎ＋２とし、必要に応じ
て０．１ジュール／ｃｍ ないし６ジユール／ｃＩｎ２
の範囲内で適当な値を選ぶこととする。
照射源を用いて行なってもよい。この方法はポリシリコ
ンに強く吸収される比較的短い波長例えば１．０６ミク
ロンもしくは可視領域の波長を２例えば９．２５ミクロ
ンまたは１０．６ミクロンの比較的長い波長と組み合わ
せて用い、長い方の波長がポリシリコン中でｔよ減衰せ
ず、ポリシリコン層下面の二酸化物層に強く吸収される
ようにしたもので、長い波長のレーザは上記いり′れの
波長も疾酸ガスレーザの発振により簡便に得ることがで
きる。このような二車波長アニール処理法によって、ア
ニール処理を施した物質中の粒度を増大させることがで
きる。両波長の出力比は（Ｊぼ１対１とし、いかなる場
合にも略々この化となるようにする。また全エネルギ密
度を例えば約３ジユール／ ｃｎ＋２とし、必要に応じ
て０．１ジュール／ｃｍ ないし６ジユール／ｃＩｎ２
の範囲内で適当な値を選ぶこととする。
さらに本発明においては、単結晶シリコン（あるいはそ
の他の単結晶半導体）に形成された抵抗素子の対温度依
存度はこれを適宜加減することができる。
の他の単結晶半導体）に形成された抵抗素子の対温度依
存度はこれを適宜加減することができる。
またゼロＴＣＰ抵抗素子を半導体基板中に形成する場合
は、該抵抗素子を拡散法によるにりは。
は、該抵抗素子を拡散法によるにりは。
むしろイオン注入法により形成りるのが望ましい。
イオン注入法はそれ自体ある程麿の７モルツノ７ス化を
促す”が、このアモルファス化をアニールノアつ］−す
るに先立ってフッ素や酸素等の反応ガスを導入リ−るこ
とにより、シリコン中の各種欠陥や！ｌＩＩ結晶粒のピ
ンニングを行なう。この場合、レーク゛のアニール完了
後も［ＩＲ，／ｄｌ−依存ｆ１に対するφＢの寄与度は
残存しているため、ｊｌの−ｒ ｃ ｔ＜ Ｇま依然と
して低下覆る。
促す”が、このアモルファス化をアニールノアつ］−す
るに先立ってフッ素や酸素等の反応ガスを導入リ−るこ
とにより、シリコン中の各種欠陥や！ｌＩＩ結晶粒のピ
ンニングを行なう。この場合、レーク゛のアニール完了
後も［ＩＲ，／ｄｌ−依存ｆ１に対するφＢの寄与度は
残存しているため、ｊｌの−ｒ ｃ ｔ＜ Ｇま依然と
して低下覆る。
本発明によるポリシリコン抵抗素子の製造ｈｄ、は上記
のにうに、蒸着浚のポリシリ−」ンを過渡的にアニール
処理Ｊる第１の工程と、アニール処Ｊ！ｌｌしたポリシ
リコンを不活性化りる第２の１−程をしつて実質的な製
造工程としたもので、第１の１程によりポリシリコンの
粒度を増大させ、第２のｉＪＬ程によりポリシリコンの
粒界におりるトラップ密度を減少させることができると
いう効果がある。
のにうに、蒸着浚のポリシリ−」ンを過渡的にアニール
処理Ｊる第１の工程と、アニール処Ｊ！ｌｌしたポリシ
リコンを不活性化りる第２の１−程をしつて実質的な製
造工程としたもので、第１の１程によりポリシリコンの
粒度を増大させ、第２のｉＪＬ程によりポリシリコンの
粒界におりるトラップ密度を減少させることができると
いう効果がある。
従って本発明によるポリシリコン抵抗素子は、温度の１
屏にともなって抵抗値が増大し、温度に対する抵抗変化
が近似ゼ１コであるため、各種のバイポーラ型回路に好
適に適用しうるちので、とくにＳＲΔＭやＭＯ８回路に
用いて効果的である。
屏にともなって抵抗値が増大し、温度に対する抵抗変化
が近似ゼ１コであるため、各種のバイポーラ型回路に好
適に適用しうるちので、とくにＳＲΔＭやＭＯ８回路に
用いて効果的である。
第１図はポリシリコンの結晶粒子構造を示づ゛概略図、
第２図は本発明による方法により製作した単純なポリシ
リコン抵抗素子の構造を示す断面図。 第３ａ図及び第３ｂ図は本発明によるバイポーラデバイ
スにおいて正のＴＣＲを有す−るボリシ″リコン抵抗素
子を内蔵づ−る実施例示り“断面図、第４図ないし第７
図は本発明により製作したポリシリコン抵抗素子および
従来の製造方法により製作したポリシリコン抵抗素子の
抵抗一温度曲線を示ずグラフ図、第８図はレーナアニー
ル条件に対する抵抗素子の依存度を示すグラフ図である
。 １０２・・・抵抗素子。 １１（１，、、−１ｆｆｉイト：ｂｗ １１４・・・基板。 １１６・・何〜ランジスタ。 代理人 浅 村 皓 Ｉｆｆ面のｒＴ”ａ（内′１°γに変更なし）ｈ’ｇ、
／ Ｆ／り・２ Ｆｔ夕Ｊｌ） 温 度＋’ＣＩ Ｆｔり４ ノ品ａｒｃ＋ ｈ’ｙ、５ Ｆ／夕、６ ノ昂度（０Ｃ）→ 手続補正書（睦） 昭１＋＋ ５ＣＡｒ、８月ｇ Ｅｌ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和 ５９年＋ＩＨ’Ｆ＠第１２３５５５ 号２、発明
の名称 ポリシリコン抵抗素子の製造方法 ３、補正をする者 事（！１との関係 特許出願人 住 所 ４、代理人 ５、補正命令の日イ」 昭和 年 月 Ｌｉ ２、補正の内容 別紙のとおり 明細書の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和Ｊ２年／ρ月／よ日 特許庁長官殿 １、事件の表示 １］８和ノ？年乃ご１願第１ノＪ、Ｐ、＜−Ｊ号２、発
明の名称 Ａへゾ・）つ゛／才西羊℃禿壇咳豐方−も３、補正をす
る者 事１隼とのｌｖＩ係 特、、′］出願人住 所 ４、代理人 、・４ｃ４１’−ｊＪ ５、補正命令の日刊 １１８石ｌ夛デ年 タ月ンす日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 図 面 ８、補正の内容 別紙のとおり 。
第２図は本発明による方法により製作した単純なポリシ
リコン抵抗素子の構造を示す断面図。 第３ａ図及び第３ｂ図は本発明によるバイポーラデバイ
スにおいて正のＴＣＲを有す−るボリシ″リコン抵抗素
子を内蔵づ−る実施例示り“断面図、第４図ないし第７
図は本発明により製作したポリシリコン抵抗素子および
従来の製造方法により製作したポリシリコン抵抗素子の
抵抗一温度曲線を示ずグラフ図、第８図はレーナアニー
ル条件に対する抵抗素子の依存度を示すグラフ図である
。 １０２・・・抵抗素子。 １１（１，、、−１ｆｆｉイト：ｂｗ １１４・・・基板。 １１６・・何〜ランジスタ。 代理人 浅 村 皓 Ｉｆｆ面のｒＴ”ａ（内′１°γに変更なし）ｈ’ｇ、
／ Ｆ／り・２ Ｆｔ夕Ｊｌ） 温 度＋’ＣＩ Ｆｔり４ ノ品ａｒｃ＋ ｈ’ｙ、５ Ｆ／夕、６ ノ昂度（０Ｃ）→ 手続補正書（睦） 昭１＋＋ ５ＣＡｒ、８月ｇ Ｅｌ 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和 ５９年＋ＩＨ’Ｆ＠第１２３５５５ 号２、発明
の名称 ポリシリコン抵抗素子の製造方法 ３、補正をする者 事（！１との関係 特許出願人 住 所 ４、代理人 ５、補正命令の日イ」 昭和 年 月 Ｌｉ ２、補正の内容 別紙のとおり 明細書の浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和Ｊ２年／ρ月／よ日 特許庁長官殿 １、事件の表示 １］８和ノ？年乃ご１願第１ノＪ、Ｐ、＜−Ｊ号２、発
明の名称 Ａへゾ・）つ゛／才西羊℃禿壇咳豐方−も３、補正をす
る者 事１隼とのｌｖＩ係 特、、′］出願人住 所 ４、代理人 、・４ｃ４１’−ｊＪ ５、補正命令の日刊 １１８石ｌ夛デ年 タ月ンす日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 図 面 ８、補正の内容 別紙のとおり 。
Claims (13)
- （１） ポリシリコンを蒸着後、この蒸着ポリシリコン
を過渡的に７ニール処即することによりその粒度を増大
さけ、しかる後このポリシリコンを不活性化材お１によ
り不活性化することににリイの粒界におけるトラップ密
度を減少させ、しかる後。 該ポリシリコンに接続部を形成づることにＪ：つて抵抗
素子と覆ることを特徴とする。集積回路に用いるポリシ
リコン抵抗素子の製造方法。 - （２） 前記過渡的アニール処理はこれをシー１１アニ
ールにより行なうようにしたことを特徴とする特許請求
範囲第１項記載のポリシリコン抵抗素子の製造方法。 - （３） 前記過渡的アニール処理はこれを約０．６ジユ
ール／ Ｃｍ２のエネルギ密度で行なうようにしたこと
を特徴とする特許請求範囲第２９記載のポリシリコン抵
抗素子の製造方法。 - （４） 前記ポリシリコンの蒸着はこれを絶縁居士で行
ない、また前記過渡的アニール処１１１はこれを２種類
の波長の光を用いて行１．Ｔい、これら２ ｆｉｒ’類
の波長の一方はポリシリコンに強く吸収される波長とし
、他方はポリシリコンを実質的に透過し。 かつ前記絶縁層により強く吸収されるにうな波長とした
ことを特徴とりる１４Ｗ１請求範囲Ｘ！ １項記載のポ
リシリ：Ｉン抵抗素子の製造り法。 - （５） 前記不活竹材料はこれを水素イオンとしたこと
を特徴とする特ｎ請求範囲第＋ Ｊｒｐ記載のポリシリ
コン抵抗素子の製造方法。 - （６） 前記不活性化材料にＪ、る処理はこれを前記過
渡的アニール処理を施したポリシリコンを水素プラズマ
に接触させることににり行なうようにしたことを特徴と
する特許請求範囲第５項記載のポリシリコン抵抗素子の
製造方法。 - （７） 前記不活性化材ＩＩによる処理はこれを前記過
渡的アニール処理を施したポリシリ−コンに水素イオン
を注入づることにより行４「うようにしたことを特徴と
する特許請求範囲第５項記載のポリシリコン抵抗素子の
製造方法。 - （８） 前記ポリシリコンはこれを１０１７／Ｃｍ３な
いし１０１８／Ｃｍ３のドーパント濃度にドープするよ
うにしたことを特徴とする特許請求範囲第１項記載のポ
リシリコン抵抗素子の製造方法。 - （９） 前記ポリシリコンはこれを厚さ５００ないし６
０００オングストロームの層としたことを特徴とする特
許請求範囲第８項記載のポリシリコン抵抗素子の製造方
法。 - （１０）前記過渡的アニール処理はこれを前記ポリシリ
コンの粒度が少なくとも３ミクロン増加するのに十分な
エネルギ密度で行なうようにしたことを特徴とする特許
請求範囲第１項記載のポリシリコン抵抗素子の製造方法
。 - （１１）複数個の能動素子と、電源ラインと。 ＴＣＲをゼロとしたポリシリコン抵抗素子とからなり、
このポリシリコン抵抗素子を前記複数個のバイポーラ能
動素子の少なくとも１個に接続することにより負荷抵抗
素子として動作４一番はうにしたことを特徴とするバイ
ポーラ型集積回路。 - （１２）前記ポリシリコン抵抗素子は粒１良３ミク［−
１ンのポリシリコンからなり、かつその粒弄に不活性化
材料を有することを特徴とする請求範囲第１１項記載の
バイポーラ型集積回路。 - （１３）半導体基板中で低１” ＯＲｔｌＴ；抗素子を
製作りるに当たって、まず半導体基板を作成し、この１
′導体基板に前記抵抗素子の所望の位首にドーパントを
注入した後、この基板をフッ素、酸素、塩素のいずれか
のガス中でアニール処理を行ない、かつ前記のアニール
処理を行４１うようにしたことを特徴とする。低ｒＣＲ
抵抗素子製造方法。
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| US505523 | 1983-06-17 | ||
| US06/505,523 US4579600A (en) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | Method of making zero temperature coefficient of resistance resistors |
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| JPH0587986B2 JPH0587986B2 (ja) | 1993-12-20 |
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