JPS63266863A - 半導体抵抗体 - 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、半纏体のｐｒａ合を利用した抵抗層がチップ
内に菜種化されている半導体呆積回路装置に係り、特に
高シート抵抗で高不純物濃度を有しており、抵抗値の電
圧依存性を極めて小さくできる半導体抵抗体に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体抵抗体は、４１’ｌＪｌ＠６１−９５５６
２号公報に記載のように、半導体基体主面上に形成した
半導体多結晶膜のマスクを通して、半導体基体表面に不
純物イオン打込みを行ない、その後、この不純物を拡散
させて高抵抗領域とすることｋよつ【形成されていた。

第２図（ａ）は、従来方法で得られた半導体抵抗体の断
面図、８２図（ｂ）は、第２図（＆）におけるＢ　−Ｂ
’切断部にそった不純物濃度プロファイルを示ｆ。第２
図（、）において、ｎを半導体基板１１はその一主辰面
側にｐ型拡散層１５を有し、前記ｐ誠拡散層１５の両端
部には電極取出しのためのｐ製高員度拡散層１６が形成
されている。

ｎＷ半導体基板１１の前記主表面上には、ｐ型窩濃度拡
散層１６の部分が露出するようにシリコン酸化膜１２お
よびＰＳＧ膜１３が積層形成され、ｐ製置濃度拡散層１
６の前記露出部分にはそれぞれ電極１４が導電接続され
る。

また第２図（ｂ）のブロア１イルから判るよりに、従来
例においては、ＰＭ拡散層１５の不純物濃度は、ｎ型半
導体基板１１ｆ）表面がら遠ざがＪｌＪＸｎ型半導体基
板１１に近づくにつれてゆるやかに減少する濃度分布を
とる。すなわち、ｊＩ２図（、）の構成では、そのｐｎ
接合近傍は傾斜接合に近いものとなる。

このよりな構成では、前記ｐｎ接合によって区画された
抵抗素子（すなわち、ｐ型拡散層領域１５）にバイアス
を印加したとき、逆バイアスされたｐｎ接合のｐ側部分
に空間電荷層が広範囲に拡がるので、抵抗素子の断面積
が変動し、抵抗値の電圧変動率が大きくなる欠点な生じ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、集積回路の抵抗体、特に高シート抵抗の抵抗体
についての問題は、前述のような抵抗値の好ましくない
変化である。このような抵抗値変化は、抵抗体を形成す
る導電形の領域と半導体基板との間のｐ接合に実効的に
加わる電圧によって′生じる空間電荷層が原因とされて
いる。

上記のような抵抗値の電圧依存Ｗ）１４に精密な高抵抗
値を有する抵抗体を必要とする半導体集積回路では、電
圧変動にともなう抵抗値の変動が回路動作を著しく劣化
させるという問題があった。

本発明の目的は、シート抵抗を下げること彦〈抵抗値の
電圧依存性を改善することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による上記目的は、抵抗体となる拡散層を半導体
基体と形成する際に、前記拡散層および半導体基体間に
形成される接合付近において、前記半導体基体に含まれ
る導電型の不純物機度を半導体基体の他の部分よりも高
くすることにより達成される。

より具体的には、本発明は、抵抗体を形成するためにｐ
ｍ及びｎ盤の２種の不純物イオンを打込み、その際、抵
抗体となる拡散層と基板との間にできるｐｎＪｉ１合近
傍の抵抗体の拡散層の不純物を反対導電型の不純物で補
償することにより、ｐｎ接合の濃度勾配を急峻にし、逆
バイアス印加時に抵抗体の拡散層に拡がる空間電荷層の
発生を抑制するものである。

〔作　用〕

本発明によると、抵抗体の不純物濃度分布は、ｐｎ接合
近傍で急峻となり、抵抗体に逆バイアスを印加した場合
の空間電荷層の拡がシおよび抵抗値変化を抑制するより
にはたらく。したがって、半導体集積回路中に用いた抵
抗体は、印加電圧に変動を生じても、回路動作を劣化さ
せることなく動作することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１図により説明する。第
１図（、）は、本発明の第１実施例の断面図、第１図（
ｂ）は、第１図（、）に３けるＡ　−Ａ’切断部にそっ
た不純物濃度プロファイルである。

１は半導体基体で、その主表面に表面で不純物濃度が高
＜　ｐｎ接合近傍のプロファイルを急峻としたｐ型拡散
層５、電極とのコンタクト抵抗を低減するために設けた
不純物濃度の高いｐ展高濃度拡散層６を有し【いる。４
はｐｍ高濃度拡散層６と接触し【いる電極、２はシリコ
ン酸化膜、３はＰＳＧＩＩＩ　、　Ｓｔ、Ｎ、膜等の如
き絶縁膜である。

第３図は、第１図（ｂ）に示した本実施例の抵抗体の不
純物濃度プロファイルを、注入イオン別にグロツトした
ものである。

本発明の半導体抵抗体は、第２図（ｂ）に示したような
、比較的傾斜の緩やかな接合となる不純物濃度プロファ
イルを、第１図（ｂ）や第３図に示し九急傾斜の接合に
変形させることによって、電圧依存性を改善したもので
ある。

本発明の半導体抵抗体の製法を、以下に説明する。抵抗
体となるｐｍ不純物拡散領域５の形成は、抵抗値を決定
するイオン打込み工程を、半導体基板１に対して２度行
なうことにより達成される。

なお、第３図において、符号１０３は半導体基板１の不
純物濃度を示すものである。

第１のイオン打込みとして、第３図に符号１０１で示し
た不純物濃度プロファイルとなるように、例えばひ素の
打込み及びドライブインを行なう。

つづけて第２イオン打込みとして、第１イオン打込みと
逆導電型の不純物イオン−例えばボロンを、符号１０２
で示した不純物濃度プロファイルとなるように打込み、
ドライブインする。

このとき、ひ素とボロンのｐｎ接合近傍での不純物濃度
勾配なるべく等しくシ、それらの差を零に接近させる必
要がある。これにより、トータルの不純物濃度分布は、
第３図に符号ｉｏｏで示すように、急峻な階段接合に近
い分布を得ることができる。

このような実質上階段接合とすることにより、逆バイア
ス印加時に、四接合近傍でｐ領域側に拡がって抵抗領域
の断面積を小さくする、空間電荷層の発生を抑制するこ
とができるため、良好な、換言すれば／Ｊ％さな電圧依
存性の半導体抵抗体を得ることができる。

第４図は、上記災流側を適用した抵抗体の抵抗値の電圧
依存性を、従来例と対比して示したものである。四接合
近傍の不純物濃度勾配は、前記実施例においては、例え
ば５　Ｘ　１０”　ａｔｏｍｓ−副−４であり、従来例
のＩ　Ｘ　１０”ａｔｏｍｓ　ａｃＩｎ−’に比べて約
５倍増大する。

このときの抵抗値の変化の割合は、印加電圧が５０Ｖの
とき、従来の６９％から２２Ｘと約４７％改善されたこ
とが、第４図のグラフかられかる。

本発明では、上述の実施例での効果に加えて、温度依存
性を低減させることが可能である。これは、ｐ縁台の深
さを浅くして半導体の断面積を小さくできることにより
、シート抵抗の値を低下させることなく、抵抗体部分の
不純物濃度を高く設定できることによる。

なお、良く知られ【いるように、半導体抵抗体の抵抗値
の温度依存性（抵抗温度係数）は不純物濃度が低いほど
大きく、不純物濃度が高いほど小さいものである。

更に、上述の如＜　ｐＪ合の深さを浅くできることによ
り、最大不純物濃度が同じであっても、本実施例の半導
体抵抗体のシート抵抗は、従来のそれよりも高くするこ
とができる。これにより、半導体基板上に占める抵抗体
の面積を従来より縮小することができ、集積度をあげる
ことができる。

第５図（、）及至（ｆ）は、本発明による半導体抵抗体
の製造工程説明図であシ、次にこれ等の図を参照しりつ
その工程について説明する。

まず、通常の熱処理によ？）、ｎｆＩｉ半導体基板１の
全面にシリコン酸化膜を成長させ、フォトリングラフィ
によって、作成しようとしている半導体抵抗体の電極取
出（コンタクト）部に開口を形成する。

そしズ、前記シリコン酸化膜をマスクとし、前記開口を
通して例えばボロンｅデボジシ響ンにより、高濃度のｐ
型不純物をドーピングし、ドライブインすることによっ
て、第５図（、）に示したｐＷｉ高濃度拡散層６を形成
する。

□つぎに、前記開口を再びシリコン酸化膜２で覆った後
、前記シリコン酸化膜２に通常のフォト・リングラフィ
を適用してバターニングを行ない、抵抗体形成用開口部
２人を形成する。

その後、前記シリコン酸化膜２をマスクとして、ｎｆｉ
Ｍ不純物であるひ素、またはアンチモンまたはリンイオ
ンのうちの少くとも一種、例えばひ素イオンを、前記開
口２人を通してｎ型シリコン基板１にイオン注入し、ｎ
ｌＬ拡散層７を形成する〔第５図（、）　）。

この場合のドーズ量は、好ましくは１０１８〜１０１１
’ｔＯＩｎ＠　＊〆＊−例えば６　Ｘ　１０”ａｔｏｍ
ｓ　ｍｃｍ−”である。

前述のようにしてイオンを注入した後、全体を加熱して
注入イオンを拡散する〔第５図（ｂ）　）　０この後つ
づけて、前記注入イオンと逆導電型の不純物イオン、例
えばボロンイオンを、同じシリコン酸化膜２をマスクと
して、開口２人から半導体基板１０表面にイオン注入し
、ｎｌ１ｌｌ拡散層７に重ねて、高論度のｐ屋拡散層５
人を形成する〔第５図（ｏ）　）。

この場合のドーズ量は、好ましくは　１０１０１８ａｔ
ｏ　＊ｃｍ−”　〜１０　”　ａｔｏｍｓ　ａｃｔＲ−
”−例えば４．５Ｘ１０”墨ａｔｏｍａ・ａｎ−”であ
る。

その後、ボロンイオンを熱処理によって拡散し、抵抗体
領域５を形成すると共に、前記開口２人の半導体基板露
出面にシリコン酸化膜２Ｅを形成する。この処理により
、前記工ｍ　（ｂ）および（Ｃ）で形成したｎｆｆ１拡
散層７の大部分はｐＷｉに反転する。な訃、このときの
四トータルの表面不純物淡度は、Ｉ　Ｘ　１０”ａｔｏ
ｍｓ＊の一１以上となるように形成されるのが望ましい
。

つづいて、例えば化学気相成長法を適用して、シリコン
酸化＄２．２Ｂの上面にリン硅酸ガラス（ＰＳＧ）層３
を、例え社厚さ１０００〜２００００人に成長させる。

その後、例えば、通常のフォト巻リソグラフィ　。

でリン硅酸ガラス層３のバターニングを行なって電極コ
ンタクト窓２Ｂを形成してから〔第５図（・）〕例えば
蒸着法を適用し、アルミニウムの蒸着を行なってアルミ
ニウム層を形成する。

最後に、例えに１通常のフォト・リングラフィを適用し
て前記アルミニウム層のバターニングを行ない、電極４
を形成すると、第１図（ａ）に示したようガ半導体抵抗
体が完成する。

上記実施例では、ｐ凰不純物を補償するためのｎ型不純
物として、ひ素を用いた例について説明したが、その代
シにリンを用いる場合は、所定の箇所に、第５図（ｃ）
の工程で、例えば５　Ｘ　１０”ａｔｏｍｓ　＊ｃｍ−
”のドーズ蓋でリンイオンを注入し、続けて上述と同じ
ようにボロンを注入しても、同様の結果を得ることがで
きる。

なお、以上で１、イオン注入法によって拡散層を形成す
る例について述べたが、前記拡散層の形成は熱拡散やエ
ピタキシャル生長によっても実施することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、抵抗坏領域の境界でおるｐ祿合近傍の
不純智ａ就分布な急岐にできる。具体的には、従来例に
あ・いては、たかだがｌＸｌ０”ａｔｏｍｓ−ａｍ−’
でめったものが、本発明の実施例では５　Ｘ　１０２”
ａｔｏｍａ　ｍｅｎ−’と約５倍の濃度勾配を得ること
ができた。

これにより、前記ｐｎ接合にバイアスを５ｖ印加したと
きの抵抗値と、１０ｖのバイアスを印加したときの抵抗
値のパーセント変化は、従来法で６９Ｎであったものを
、本発明では２２Ｎと約−倍に向上させることができた
。

史に不発明では、濃度勾配を大きくしたことによυ、抵
抗体領域のｐｎ接合の深さを、例えば従来の０．６．ａ
ｍから０．４μｍまで浅くすることができたので、抵抗
体領域のシート抵抗値を、例えば従来法で１ｋＱ／口で
あったものを、１．２にΩ／［３度まで高めることを可
能にした。これにより、半導体基板上に占める抵抗体領
域の面積は、従来の約８０ＸＫ縮小することができた。

更に、本発明では、抵抗伸頂域のｐｎ接合の深さを浅く
したことにょシ、ｐ型不純物濃度のピーク濃度な爾く設
定できるため、温度による抵抗値の変動を抑制できるよ
うになる。例えば、本発明では、約０．２５％／ｙ）抵
抗温度係数が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は本発明の一笑流側の半導体抵抗体の断面
図、第１図（ｂ）は第１図（、）に示す抵抗体のＡ　−
Ａ′力方向不純物濃度分布を示す図、第２図（、）は従
来の半導体抵抗体のｖｆｒ面図、第２図（ｂ）は第２図
（→の抵抗体のＢ　−Ｂ’力方向不純物濃度分布を示す
図、亀３図は第１図（ｂ）について、その不純物イオン
ごとの濃度分布を追加した図、第４図は本発明による半
導体抵抗体の抵抗値の電圧依存性を従来例と比較して示
す図、第５図は第１図に示す実施例を製作する一方法の
工程を示す図である。 ｌ・・・ｎＮ１半導体基板、２・・・ンリコン酸化膜、
２人・・・抵抗体形成用開口部、３・・・ＰＳＧ膜、４
・・・電極、５・・・ｐ型拡散層、６・・・ｐ型窩濃度
拡散層、７・・・ｎｆｉ拡散層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１導電型の半導体基板の表面に第２導電型の第
   １の半導体層が選択的に形成され、第１の半導体層より
   低シート抵抗の第２導電量の第２の半導体層が、前記第
   １の半導体層に接して少なくとも２箇所以上選択的に形
   成され、上記半導体基板、第１の半導体層、第２の半導
   体層の表面に絶縁膜が形成されており、第２の半導体層
   の一部は絶縁物のない開口部を有し、その開口部に電極
   が形成されている半導体抵抗体において、 第１の半導体層および半導体基板の間に形成されるｐｎ
   接合およびその近傍における、第１導電型の不純物濃度
   が、半導体基板の他の領域における第１導電型の不純物
   濃度よりも大であることを特徴とする半導体抵抗体。
2. （２）前記ｐｎ接合およびその近傍における、第１導電
   型の不純物損度の増大は、この部分に第１導電量の不純
   物を付加的に注入することによつて形成されたことを特
   徴とする前記特許請求範囲第１項記載の半導体抵抗体。
3. （３）不純物の付加的な注入は、イオン打込みによつて
   行なわれることを特徴とする前記特許請求範囲第２項記
   載の半導体抵抗体。