JPS6316652A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、例えば、
多結晶の半導体を抵抗体として用い、そのトリミングが
良好に行える構造の半導体装置及びその製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

不純物を高濃度に含む多結晶半導体、例えば多結晶シリ
コン素子に対して、特定され闇値以上の電流密度で通電
することによって、上記多結晶シリコン素子の抵抗値が
減少し、上記通電を解除すれば上記抵抗値の減少が停止
することが知られている。そして、この多結晶シリコン
素子は、それ以後闇値以上の通電を行わない限り、その
抵抗値の状態が安定に保たれるものである。

したがって、このような高不純物濃度の多結晶シリコン
によって、例えば半導体回路の抵抗体を構成し、この抵
抗体の抵抗値をトリミング調整するようにすれば、上記
半導体回路の定数等が効果的に設定・制御できるもので
ある。すなわち、回路内の組込み設定された高不純物濃
度の多結晶シリコン抵抗体に対して、回路動作状態を監
視しながら例えば数十ｍＡのパルス信号を供給すること
によって、その抵抗値を減少制御するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記のようにトリミングを行っ゛た場合
、抵抗体中の不純物濃度及び通電する電流密度には上述
の如（闇値があり（多結晶シリコンでは前者はｌ　×ｌ
　Ｑ　２１）　ｃ！１）−３以上、後者は１×１０ｈＡ
　／　ｃｍ以上）又、トリミング可能な範囲は抵抗の初
期値に対する３０％程度であるために、抵抗体のパター
ンを工夫しなければ高抵抗が得られない、大幅なトリミ
ング、言い換えると電気的に絶縁に近い状態から短絡に
近い状態へのトリミングが不可能であるという問題があ
る。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、
高抵抗が容易に得られ、大幅なトリミングが可能な多結
晶半導体を提供する事を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本出願の第１発明である
半導体装置は、所定値以上の不純物濃度を有する多結晶
半導体で、該多結晶半導体内の少なくとも一部に該多結
晶半導体と結びついて絶縁性を示す物質を含む領域を備
える事を特徴としている。

本出願の第２発明である半導体装置の製造方法は、所定
値以上の不純物濃度を有する多結晶半導体に通電する手
段を設け、該多結晶半導体内の少なくとも一部に形成さ
れる該多結晶半導体と結びついて絶縁性を示す物質を含
む領域に所定値以上の電流密度で通電する事によって、
該多結晶半導体の抵抗値を調整する。

〔作用〕

そして、上記のような半導体装置及びその製造方法にお
いては、多結晶半導体と結びついて絶縁性を示す物質の
量に応じて、上記領域とその領域以外の多結晶半導体と
の間の抵抗値は変化し、その量を増す事により高抵抗が
容易に得られる。

又、その間に所定値（闇値）以上の電流密度で通電する
事により、上記領域における抵抗値がその領域以外の多
結晶半導体内の抵抗値より大きい為に、電流の消費エネ
ルギーがその領域内にて大きくなり、その領域内におけ
る結晶粒間の境界層が広範囲に渡って融解し、そして、
通電を停止して固化させると、不純物の偏析によってそ
の境界層に一電流の通路ができ、もはや上記物質の影響
を受けずにその抵抗値が減少する。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例を用いて本発明を説明する。第
１図は本発明の第１の実施例を示す断面図であり、本発
明を２層配線に適用した例である。

図において、１）はその主表面に絶縁膜としての８００
０人〜１μｍ程度の熱酸化膜１３ａを有する基板であり
、その熱酸化膜Ｌ３ａ上には不純物として例えばリンを
その濃度が闇値、約ｌＸｌ０”ｃｍ　−”以上含んだ第
１の多結晶シリコン層１２が回路の配線として形成され
ている。ここで、多結晶シリコンは減圧反応炉により、
例えば炉温６００℃、ガス圧０．７　ｍｂａｒの条件下
でシラン（ＳｉＨａ）を ５ｉＨｎ　　　　　　Ｓｉ　＋２Ｈｚ という反応で熱分解す−る事により、例えば２０００人
程度０厚みをもって堆積すればよい。又、その多結晶シ
リコンに添加する不純物としてはリンの他にヒ素、ボロ
ン等であってもよく、又、そのドーピング方法はどの様
な方法でもよく、例えば、多結晶シリコンの堆積時に、
雰囲気中にＰＨ，を混合して行うか、あるいは多結晶シ
リコンの堆積後にその表面にリンをデポジットして、そ
の後１０００℃程度の熱により加熱して拡散してもよく
、又、リンイオンをイオン注入法により、例えば加速電
圧１　（ｌｏｋｅＶ、打ち込み量５　Ｘ　１０１ｃｍ−
２の条件下で注入しても良い。尚、イオン注入法を採用
する場合には、その不純物を活性化するために、例えば
１０００℃、６０分、Ｎ２雰囲気中の条件下でアニール
を行う。

次に、第１の多結晶シリコン層１２を配線層として用い
るために、配線として必要な部分以外を公知のフォトエ
ツチング方法により取り除く。そして、第１の多結晶シ
リコンＮ１２の上に層間絶縁膜１３ｂとしてのＳ　ｉ　
Ｏ，やＰＳＧ等をＣＶＤ法等により例えば厚さ５０００
人程度０厚みをもって堆積して形成する。

次に、通常のフォトリソグラフィ一工程の後、弗酸系の
エツチング液にて後述する第２の多結晶シリコン層１５
とのコンタクト部等の層間絶縁膜１３ｂを除去し開口す
る。尚、フォトリソグラフィ一工程は、例えばポジレジ
ストを１μｍはど堆積した後、所定のパターンの描かれ
たマスクを通して紫外線で２〜３秒露光し、現像液によ
り怒光部を取り除く。エツチングは例えばＳＦ、を・ノ
チングガスとしたプラズマエツチングによって行う。

そして、ポジレジストを剥離しない状態で多結晶シリコ
ンと結びついて絶縁性を示す物質、例えば酸素、窒素、
炭素を上記のコンタクト部にイオン注入する。すると、
例えば上記物質として酸素を用いた場合、コンタクト部
における第１の多結晶シリコン層１２内には絶縁性を示
すＳｉＯｘが形成サレ、そのＳｉＯｘの量に応じてその
イオンが注入された領域（以下「高抵抗層」という）１
４の抵抗値が大きくなる。したがって、イオン注入する
物質の量を目的に応じて変える事により、高抵抗層１４
の抵抗値が変化するので、その抵抗値は言うまでもなく
、第１の多結晶シリコン層１２内の高抵抗１４が形成さ
れていない部分における抵抗値より極端に大きな値にま
で大きくする事が可能であり、本実施例においてはその
ような状態にあるものとする。

そして、酸系の溶液又は有機溶剤にてポジレジストを除
去した後、その上から高抵抗Ｎ１４に接続するように第
２の多結晶シリコンＮ１５を形成する。尚、その形成に
あたっては、多結晶シリコンの堆積、不純物のドーピン
グ、配線形成のためのフォトエツチング工程等の方法は
第１の多結晶シリコン層１２の形成で示したのと同様の
方法を用いればよい。又、本例において、この第２の多
結晶シリコン層１５のかわりにアルミやアルミ合金等の
金属を用いて金属層としてもよい。

そして、第１の多結晶シリコンＮ１２と第２の多結晶シ
リコンＪｉ１５との間にトリミング用電源１６を電気的
に接続する。このトリミング用電源１６は、本実施例で
は本発明のいう多結晶半導体として多結晶シリコンを用
いているので、その多結晶シリコンのトリミングを行え
る電流密度の闇値、Ｉ　Ｘ　１０６Ａ／ｃｍ”以上の電
流を供給できるものであるならば、どのような形式のも
のでもかまわない。ただし、より高精度なトリミングを
行う場合にはパルス出力の出せるものがよい。

そこで、上記構成によると、第１の多結晶シリコン層１
２と第２の多結晶シリコン層１５との間には高抵抗［１
４が存在しており、両者間は電気的に略絶縁された状態
にある。そしてこの状態にてトリミング用電源１６によ
りその両者間に上記の閾値、Ｉ　Ｘ　１０　ｈＡ　／ａ
ｍ”以上の電流密度にて通電を行うと、通電電流の消費
エネルギーが高抵抗層１４内にて大きくなり、その高抵
抗層１４内における結晶粒間の境界層が広範囲に渡って
融解し、そして、通電を停止すると融解した領域は固化
するが、この時、固相から液相への不純物の偏析が生じ
、この結果境界層の一部に不純物濃度の集中部が形成さ
れる。したがって境界層に電流の通路ができ、高抵抗Ｎ
１４の抵抗値は多少５ｉＯＸ等の影響は受けるものの、
はとんど第１の多結晶シリコン層１２の抵抗値に近い値
まで減少する事が可能となる。尚、高抵抗層１４の抵抗
値は第１の多結晶シリコン層１２の抵抗値に近い値まで
減少させずに、通電を行う期間、言い換えると高抵抗Ｎ
１４に与えるエネルギーを調整する事によって任意に調
整可能である。

以上説明したように、本実施例によると、第１の多結晶
シリコン層１２と第２の多結晶シリコン層１５との間の
抵抗値を任意に調整する事ができ、又、その抵抗値は第
１の多結晶シリコン層１２の抵抗値と比較して極端に大
きい値から、第１の多結晶シリコン層１２の抵抗値に近
い値まで減少する事が可能であるので、トリミング用電
源１６により通電する事で第１の多結晶シリコンＮ１２
と第２の多結晶シリコン１５１５とを選択的に電気接続
する事が出来るという効果がある。尚、本実施例を採用
した半導体装置の製造過程において、トリミングを行う
時期はいつでもよく、ウェハ状態の時でも、又、パッケ
ージングを行った後でもトリミング用の端子を設けてお
けばよい。

次に本発明の第２の実施例の断面図を第２図（ａｌに示
す。図において、２１は基板、２２は多結晶シリコン層
、２３ａは熱酸化膜、２３ｂは眉間絶縁膜、２４は高抵
抗層、２５は多結晶シリコン層又は金属層（本例は後者
とする）であり、各々は第１図に示す実施例と同様の方
法で形成可能であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施例における第１図に示す実施例との相違点は、高
抵抗層２４が多結晶シリコン層２２内の金属層２５との
接続部分に形成されるのではなく、多結晶シリコン層２
２を２分するように形成されている事であり、本実施例
においても第１図に示す実施例と同様の効果が得られる
。又、本発明の第３の実施例の断面図である第２図（ｂ
ｌに示すように、多結晶シリコン層２２ａの主表面全面
に高抵抗層２４ａを形成してもよい。本実施例によると
、図中横方向の抵抗値は言うまでもなく高抵抗Ｆ２４ａ
の抵抗値より多結晶シリコン層２２ａの抵抗値の方が小
さいために、高抵抗層２４．ａは金属層２５より縦方向
に向けて電流の通路が形成される。従ってこの状態にお
いては多結晶シリコン層２２ａの抵抗値が金属層２５間
の抵抗値となる。よって本実施例によると、多結晶シリ
コン層２２ａおよび高抵抗層２４ａの抵抗値を任意に調
整しておく事により、金属層２５間の抵抗値は選択的に
切換え可能となる。

次に、第３図（ａ）に本発明の第４の実施例の断面図、
同図（ｂ）にその等価回路図を示す。図において、３１
は例えばＰ型シリコン基板であり、そのＰ型シリコン基
板３１内は公知の方法により例えばＮ゛型埋込み層３２
、Ｎ−型拡散層３３、Ｐ゛゛拡散Ｎ３４が形成されてお
り、Ｎ−型拡散層３３及びＰ゛型型数散層３４てダイオ
ードを構成している。そして、その表面にシリコン酸化
膜３５を形成した後、Ｐ゛型型数散層３４の接続をとる
ためにシリコン酸化膜３５を部分的に除去する。そして
、シリコン酸化膜３５上にはその不純物濃度が約Ｉ　Ｘ
　Ｉ　Ｑ　！０ｃｍ−”以上である多結晶シリコン層３
６が形成されている。尚、多結晶シリコン層３６内の全
領域には第１図に示す実施例を用いて説明したのと同様
の方法にて多結晶シリコンと結びついて絶縁性を示す物
質、例えば酸素等が導入されている。多結晶シリコン層
３６とＰ゛型型数散層３４はアルミニウム電極３７によ
り電気接続されている。

上記の構成によると、上述したように多結晶シリコン層
３６の抵抗値は約Ｉ　Ｘ　１０”Ａ／ａｍ”以上の電流
密度にて通電する事により大幅なトリミングが可能とな
る。ここで、通常のＰ−ＲＯＭ等においては情報を書き
込む際に、ＮｉＣｒ、ＴｉＷ等から成るヒユーズに通電
し、ヒユーズを溶断する事によって行っているが、本実
施例をそのような装置に採用する事により、非破壊で情
報を書き込む事が出来る。又、本発明の第５の実施例の
断面図である第３図（Ｃ）に示すように、Ｐ゛型型数散
層３４多結晶シリコン層３６ａとをアルミニウム電極３
７を介する事なく直接に接続してもよい。

本実施例によると同図（ａ）と同様の効果が得られ、さ
らに、高集積化が可能となる。

尚、本実施例は上記の第１乃至第５の実施例に限定され
る事なく、その主旨から逸脱しない限り種々変形可能で
あり、例えば本発明のいう多結晶半導体とは多結晶シリ
コンに限定される事なく、その境界層の電気伝導度がそ
の不純物濃度に対して非線形な依存性を有するものであ
れば同等の効果が得られると思われる。そのような場合
、不純物濃度及び通電する電流密度の闇値はその多結晶
半導体によって異なる。

〔発明の効果〕

以上、述べた如く本発明によると、多結晶半導体の抵抗
値は、杉結晶半導体と結びついて絶縁性を示す物質の量
に応じて任意に調整可能であり、その値をあらかじめ高
抵抗にしておく事が可能である。

そして闇値以上の電流密度にて通電する事により、その
抵抗値を低減する事ができるので大幅なトリミングが可
能な多結晶半導体を提供できる。

そこで、その多結晶半導体を単なる抵抗体として使用す
るだけではなく、電気的に絶縁に近い状態から短絡に近
い状態へ切換えるスイッチ素子として使用できるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す断面図、第２図（
ａ）は本発明の第２の実施例を示す断面図、第２図（ｂ
ｌは本発明の第３の実施例を示す断面図、第３図（ａ）
は本発明の第４の実施例を示す断面図、第３図（ｂ）は
第３図（、！１）に示す半導体装置の等価回路図、第３
図（Ｃ）は本発明の第５の実施例を示す断面図である。 １２・・・第１の多結晶シリコン層、１４，２４゜２４
ａ・・・高抵抗層、１５・・・第２の多結晶シリコン層
、２２．２２ａ、３６．３６ａ・・・多結晶シリコン層
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定値以上の不純物濃度を有する多結晶半導体で
   、該多結晶半導体内の少なくとも一部に該多結晶半導体
   と結びついて絶縁性を示す物質を含む領域を備える事を
   特徴とする半導体装置。
2. （２）上記多結晶半導体が多結晶シリコンであり、上記
   物質が酸素、窒素、炭素のいずれかである特許請求の範
   囲第１項記載の半導体装置。
3. （３）所定値以上の不純物濃度を有する多結晶半導体に
   通電する手段を設け、該多結晶半導体内の少なくとも一
   部に形成される該多結晶半導体と結びついて絶縁性を示
   す物質を含む領域に所定値以上の電流密度で通電する事
   によって、該多結晶半導体の抵抗値を調整する、半導体
   装置の製造方法。