JPS62500623A - 金属移動による抵抗トリミングの方法 - 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】 金属移動による抵抗トリミングの方法 発明の背景 本発明は一般に集積回路内に配置された電気部品のトリミング方法に関し、特に 金属移動によるインブラントまたは拡散抵抗のトリミング方法に関する。

「トリミング」という用語は回路内の抵抗、容量、インダクタンスの微細な調整 を意味するのに用いられる。本明細書で用いられている［金属移動（ｍｅｔａ＋ 　ｍｉｉ；１ｒａｔｉｏｎ　）　Ｊは金属の半導体結晶（たとえば抵抗）への移 動を指す。この金属の移動は抵抗を介して電流パルスを送ることによって引き起 こされる。これらのパルスは通常、高振幅、小パルス幅を有している。

集積回路の製造およびパッケージングにおいて、しばしば、抵抗、トランジスタ 、ダイオードを「整合」　（電気的に等価にする）したり、特定の電流レベルに 設定するために抵抗をトリミングするように単一の電子素子の絶対値をある値に 設定することか必要になる。たとえば、集積回路チップ上において素子の値をト リミングすることによって、演算増幅器の入力オフセット電圧または入力オフセ ット電圧の温度係数を最小化することができるようになる。基準電圧をトリミン グすることによって出力電圧および温度係数を正確な値に設定できる。更に、高 精度を１ｑるために通常Ｄ／Ａまたは△／Ｄ変換器のトリミングを行なう。

抵抗トリミングは集積回路の電気的パラメータを調節する最も一般的な方法であ る。２つの方法が通常用いられる。

第１の方法は半導体装置の外にあるが外部ピンを介してそれに接続された、すな わちプリント回路板上にあるトリム用ポテンショメータを用いるものでおる。第 ２の方法は集積回路ダイ上の抵抗自身をトリムするものである。

従来技術においては、たとえば抵抗のような電子部品は機械的、電気的または化 学的手段によってトリムされた。

たとえば、機械的手段には通常サンドブラストによる研磨、導電層のレーザ成形 などがおる。電気的手段には、ヒユーズ飛ばしくすなわち金属に高電流を流すこ とによって金属を蒸発させること）、ダイオードを過剰電流で短絡することなど がある。後者のものはまた、抵抗素子に沿って接続されたダイオードがツェナー ダイオードであるから「ツェナーザラピング（ｚａｐｐｉｎｇ）　ｊとして知ら れている。上記金属を陽極酸化することによって抵抗の導電率を化学的に変化さ せることは可能ではめるが製造環境ではほとんど用いられない。

ダイ上の抵抗トリミングの公知の方法は重大な欠点を有している。すなわち、レ ーザトリミング装置のコストが高い。また、このような装置を保守およびプログ ラムすることは極めて困難で、かつコスト高でおる。ヒユーズ飛ばしは表面汚染 や保護ガラス層にクラックを生じさせることがあり、信頼性の問題が生じる。ツ ェナーザラピングはダイの２０％以上が抵抗トリミングに用いられることを要求 することがおる。

ダイ上の抵抗トリミングの公知の方法の別の欠点は、ダイか１〜リム（通常ウェ ーへの形で）された後、スクライブされ、パッケージ内に組立てられることであ る。この組立てプロセスで半導体チップに応力が加えられ、トリムされた抵抗を ピエゾ抵抗効果によって変化させ得る。したがって、集積回路ダイかパッケージ 内に組込まれた後オンチップ抵抗をトリムできることが望ましい。

発明の要旨 本発明の目的は、金属移動として知られた現象を用いて、集積回路内に配置され た電気的構成要素の値を調節する方法を提供することである。

本発明の他の目的は抵抗をトリムするのに必要な回路の伍を減少させることであ る。

本発明の別の目的はダイかパッケージ内にシールされた後抵抗をトリムできるよ うにすることである。

本発明の一態様によれば、集積回路内に配置された受動素子の値をトリムする方 法が提供され、該方法は抵抗の各端に金属接点を形成すること、およびその抵抗 に一方方向にだけ電流を流させることを含む。上記電流のために、金属が一方の 接点領域から抵抗の対向端にある接点領域に移動する。電流は一定時間後に阻止 される。

本発明の伯の態様によれば、対称の頂点部を有する第１および第２の接点領域を 含む半導体装置が与えられる。

本発明のより完全な理解は添付図面に関連した次の詳細な説明を考慮することに よってなされるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明を適用できる典型的なＪ−ＦＥＴ演算増幅器の概略的回路図でお る。

第２図は抵抗の側面断面図である。

第３図は第２図の抵抗の上面図でおる。

第４図は付加的な金属接点をもつ抵抗の側面断面図である。

第５図は第４図の抵抗の上面図でめる。

第６図から第８図までは別の接点形状をもつ抵抗の上面図である。

第９図から第１１図までは付加的な金属接点をもった抵抗の上面図である。

発明の詳細な説明 抵抗が、半導体材料にマスク材料の開口を通してドーパントをインブラントまた は拡散することによって集積回路上に形成されることは従来技術において周知で ある。接点は抵抗領域に絶縁性層を被着することによって形成される。

プレオーミックと呼ばれる開口が抵抗の各端部で絶縁性層にエツチングされる。

金属層が絶縁性層上に被着され、プレオーミックに入れられ、抵抗との接点が作 られる。プレオーミックの形状が金属コンタクトの形状を定める。

拡散された抵抗の金属接点を通して直流電流をパルス化すると正接点から負接点 へ制御可能に移動する金属フィラメントが生じる。金属がシリコンを通って移動 するに応じて、抵抗の値か変化する。鋭った角すなわち小さな曲率半径の角をも った接点は、たとえば大きな曲率半径をもった円形接点より小ざな電流で金属が 移動できるようにする。

［接点（ｃｏｎｔａｃｔ）ｌという用詔は抵抗領域に触れている金属領域をいう 。抵抗の各端部上に配置された幾何学的金属接点はまた、電流がそこを通して供 給されるものだから「主接点」として区別される。次の詳細な説明から明らかな ように、何加的すなわら２次的接点は主接点の中間に配置される。これらは電流 を供給するためには用いられないで、主接点の間を流れる電流に応答するにすぎ ない。

全てのプレオーミックが金属が移動し始める点で同じ曲率半径を有している場合 は、２次接点Ｊ３よび正の主接点は同時に金属を移動する。このことは抵抗の長 期間の安定性のために必要なフィラメントの形状の画定を行なうことになるので 坦要である。

また、フィラメントの形状はウェーハ基板の結晶学的面に対する抵抗の方向、お よび抵抗における電流の方向によって決定されるということも確定されている。

第１図はその内部でトリミング抵抗が用いられている典型的な演算増幅器の一部 を示す。トリミング抵抗は調整器、マルチプライヤ、フィルタなどにおいても用 いることができる。したがって、第１図の回路は代表的なもので、本発明の用途 の全部を示している訳ではない。

電流源１１は１〜ランジスタ１２．１３のソースに接続されている。ポンディン グパッド１６および１７はそれぞれゲート端子１４および１５を介してトランジ スタ１２および１３に接続されている。トランジスタ１８および１９のベースは それぞれノード２０および２１に接続されている。

ノード２０および２１はそれぞれ、トランジスタ１２および１３のドレインとト ランジスタ２２および２３のコレクタの間に配置されている。ノード２４はトラ ンジスタ２２のベースとトランジスタ２３のベースの間に配置されている。１〜 ランジスタ１８のエミッタはノード２４に接続されている。トランジスタ１８お よび１９のコレクタはＶＣＣとして示された適当な電源に接続されている。トラ ンジスタ１９のエミッタは増幅器の次の段（図示せず）に接続されている。ｉ〜 ランジスタ２２および２３のエミッタはそれぞれノード３８および３９に接続さ れている。ダイオード２８はノード３８に接続され、ダイオード２５はノード３ ９に接続されている。ダイオード２８および２５は接地されている。ノード３Ｂ および３９はそれぞれ抵抗２６あにび２７に接続されている。抵抗２６、パッド ３０および抵抗３２はノード３７に接続されている。抵抗２７、パラｌ〜３１お よび抵抗３３はノード２９に接続されている。抵抗３２および３３はそれぞれノ ード３４および３５に接続されている。ノード３４および３５は接地パッド３６ に接続されている。

このような増幅器の動作はそれ自体技術上周知であるがら、抵抗３２および３３ のトリミングに関してのみ詳細に説明する。

第２図は拡散抵抗を形成する種々の層の断面図である。

本実施例において、基板４１はＮ型エピタキシャル層４２によって覆われたＰ型 シリコン層を有する。抵抗４３はエピタキシャル層４２に拡散されるＮ型ドーパ ントを含む。

１絶縁性層４４１は他の絶縁物でもよいが窒化物が好ましく、エピタキシャル層 ４２上に被着される。開口４５が窒化物層４４にエッチされる。金属層４６が窒 化物層４４ｉ！’３よび開口４５上に被着され、これによって金属接点５ｏおよ び５１を形成する（第３図）。保護カラス層４７がその金属上に被着され、１７ ｉｌＤ　４８　Ｊ５よび５２がガラス層４７にエッチされ、パッド５３および５ ４への連結が与えられる。第３図では保護カラス層は示されていない。

パルス電流がパッド５３および５４を横切って印加されると、金属が、抵抗４３ の中で金属接点５０から領域４９によって示されるように金属接点５］の方へ移 動する。電流の典型的な値は２５０から３００ｍＡであるが、抵抗特性に応じて ２５０から６５０ｍＡの範囲にある。この電流は、増幅器の通常動作の間に抵抗 を流れる電流、たとえば１００ｍＡをはるかに越えている。金属は４９で示され るように正孔流と同じ方向、電子流と反対方向に移動する。第３図において、パ ッド５３は正電圧源に接続され、パッド５４は負電圧源またはグランドに接続さ れている。抵抗は電流パルスの数を調節するとともにそこを流れる電流の時間お よび量を調節することによって所定の値にトリムされる。長時間の開電流をパル ス的に送ることによって抵抗を完全に短絡させることができる。

第２図および第３図の実施例は多くの応用に適しているが、抵抗値の小さな変化 により適している。領＋４．４９がかなり成長させられる場合、たとえば同じ方 向に測定した主接点の寸法より大きい場合、装置の動作に何らかのドリフトが生 じるかもしれない。このドリフト値を補正するための本発明の別の実施例が第４ 図および第５図に示される。

本実施例においては、金属移動が主接点の間の直線に沿っていくつか配置された 数例の領域で広がるように援数個の２次接点かイ・］加されている。基板４１は エピタキシャル層４２によって覆われている。抵抗４３はエピタキシャル層４２ に拡散される。絶縁１石４４は窒化物が望ましく、エピタキシャル層にに舵心さ れる。間口４５．５５が窒化物層４４にエッチされる。開口５５はどんな形でも よいが、図面では単に円形として示されている。金属４６が窒化物上、および開 口４５．５５内に被着され、金属接点５０．５１および５６を形成する。接点５ ６は２次接点として知られる。保護カラス層４７が上記金属上に被着され、開口 ４８Ｊｃｌ：び５２がガラス中にエッチされてパッド５３おＪ：び５４への連結 が得られる。第５図は保護ガラス層を示していない。パッド５３で正（本性、パ ッド５４で負極性をもつパルス電流を印加すると、領域４９によって示されるよ うに、金属接点５０から金属接点５１の方へ金属が移動し始める。円形金属接点 ５６の各々は接点５１の方へ移動する金属を有する。この実施例ではトリム時間 が短いので、金属のより届い樹枝状結晶またはフィラメントが生じ、これによっ て抵抗の値がドリフトするのが防止されることがわかった。

第６図から第８図までは主接点５０おにび５１の形状の別の実施例を示す。２次 接点は必要に応じて付加されていてもされていなくともよい。主接点はお互いを 指し、接点の寸法に対して小さな曲率半径をもつ対称の頂点部を特徴としている 。

第９図から第１′１図に示された本発明の別の実施例では、主接点からの移動は ない。さらに、２次接点が主接点間に舵心され、金属が移ｖｊでさ−るような形 状になっている。この実施例によって主接点領域で回路が生じるのが防止される 。

基本的な過程の中で種々の変形が可能である。基板４１はＮ型で、エピタキシャ ル層４２はＰ型でもよい。抵抗４３はインブラントしてよく、またＰ型でもよい 。絶縁性層４４は酸化物、または酸化物と窒化物（またはポリイミド）の化合物 でよい。金属層４６は純アルミニウム、たとえば、アルミニウム銅、アルミニウ ムシリコン、アルミニウム銅シリコンのようなアルミニウム合金、または他の金 属でよい。保護層はドープした２酸化シリコン、窒化シリコン、プラズマシリコ ン、ポリイミド等でよい。

金属移動による抵抗トリミング（ＲＴＭＭ）は数多くある。従来の方法および試 験装置が、レーザトリムによる高価な薄膜方法と異なって、拡散ＲＴＭＭ抵抗を 製造およびトリムするのに用いることができる。移動金属はＲＴＭＭ抵抗のシリ コン母体で生じ、ＩＣチップの表面での保護パンシベーションを損傷しない。こ れはレーザトリムまたはヒユーズ飛ばし技術の場合にはあてはまらない。レーザ トリミングでは、精巧なプログラムを作成してレーザを正しいターゲットに対し て微細に調整しなければならない。ＲＴＭＭではこれは必要ない。ツェナーザラ ピングによるトリミングでは高電圧保護機構とともに複雑な回路が必要である。

また、それは通常全ダイ面積の２０％も使う。ＲＴＭＭト１ノミングの要求する ダイ面積は非常に小さくてよい。

ＲＴＭＭトリミングはＩＣチップをパッケージ内にシールした後に行なうことが でき、パッケージ応力によって生じるどんな誤差もトリム除去することができる 。ＲＴＭＭはアナログ１〜リミング方法であるから、ダイ上のツェナーザラピン グよりもずっと高い精度をコンピュータ制御で達成できる。

こうして、本発明によって抵抗をトリムする改良された方法が提供される。この 方法は特別の処理が必要なく、より安定した素子が得られる。

以上のように本発明の説明を行なってきたが、本発明の精神、範囲内で種々の変 形をなすことができることは当業者には明らかであろう。たとえば、プレオーミ ック開口は第４図、第５図、Ｍ９図から第１１図においては一様な間隔で示され ているが、これは必ずしも必要ない。また、前述したように、本発明は種々の半 導体材料および導電型で実現することができる。

国際調査報告 １ＩＩＩｅ＋ｍｌｍ−＾＃１１ｃａｌｌ佃ｓａ　Ｄ　ｆ’Ｔ　／ＩＩＱＲＥ　、 　ｎ　１７．　。

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Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．集積回路内に配置された受動素子の値を調節する方法であって、 前記素子の少なくとも各端部に金属接点領域を形成する工程、 少なくとも一方の接点領域から他の接点領域へ向かって金属を移動させるに充分 な電流を前記素子を通って一方方向にだけ流す工程、および 所定時間の経過後前記電流を打切る工程、を具備することを特徴とする前記方法 。
2. ２．前記受動素子は抵抗である請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．複数個の接点が前記接点領域間に形成される請求の範囲第１項に記載の方法 。
4. ４．前記接点領域は各々頂点部を有し、お互いを指す前記頂点部とともに第１お よび第２の接点領域を形成する工程をさらに含む請求の範囲第１項に記載の方法 。
5. ５．前記受動素子は拡散抵抗である請求の範囲第２項に記載の方法。
6. ６．前記受動素子はイオンインプラント抵抗である請求の範囲第２項に記載の方 法。
7. ７．第１の接点領域、および 第２の接点領域を含み、それらの第１および第２の接点領域は対称の頂点部を有 することを特徴とする基板上に形成された半導体受動素子。
8. ８．前記受動素子はイオンインプラント抵抗である請求の範囲第７項に記載の受 動素子。
9. ９．前記受動素子は拡散抵抗である請求の範囲第７項に記載の方法。
10. １０．集積回路の一部として存在する抵抗を調節する方法であって、 その抵抗に接触する少なくとも第１および第２の接点を形成する工程、および 第１および第２の接点間にパルス電流を印加し、そのパルス電流によって第１の 接点から第２の接点へ金属移動を生じさせて、前記抵抗のオーム値を所定の値に 変化させる工程、 を具備することを特徴とする前記方法。