JPH03101262A - 集積回路装置用組込抵抗の製造方法 - 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〕 本発明は集積回路装置に組み込まれるいわば二階建構造
の抵抗に関する。

〔従来の技術〕

集積回路装置とくにアナログ信号を扱うものには種々の
抵抗値をもつ抵抗を回路に組み込む必要があり、周知の
ように低抵抗用には半導体領域内に不純物を拡散して作
り込まれるいわゆる拡散抵抗が、高抵抗用には多結晶シ
リコン膜を利用した多結晶シリコン抵抗がそれぞれ用い
られることが多い０本発明は集積回路装置内に組み込ま
れるかかる拡散抵抗および多結晶シリコン抵抗に関し、
以下その従来の代表例の構造とそれを作り込む要領を第
５図を参照して概要説明する。

第５図（ａ）において、この例ではｎ形の半導体領域ｌ
はトランジスタ等を作り込むべき基板ないしその上に成
長されたエピタキシャル層であって、その表面はいわゆ
るｔｏｃｏｓ膜等の１μ程度の厚い酸化膜２で覆われる
が、拡散抵抗を作り込むべき範囲には０．１−程度の薄
い酸化膜３が付けられている。この第５図（ａ）の工程
では、薄い酸化ＷＡ３を通してその下側の半導体領域１
の表面にｐ形不純物としてボロンＢ等をイオン注入する
。

同図（ロ）の工程では、このイオン注入された不純物を
熱拡散させて薄い酸化膜３の下側に抵抗層７を作り込む
、同図（Ｃ）の工程では、多結晶シリコン膜４を全面に
成長させ、かつボロンＢ等のＰ形不純物またはｎ形不純
物をイオン注入してその比抵抗値ないし面抵抗値を所望
の程度にまで下げる。

同図（ｄ）の工程では、このフォトエツチングにより抵
抗に通した例えば短冊状パターンの多結晶シリコン！！
１４を厚い酸化膜３上に形成する。

第２図（ｅ）は拡散抵抗Ｒｄと多結晶シリコン抵抗Ｒｐ
の完成状態を示す、同図（ロ）からこの状態にするには
、抵抗層７の両端部に抵抗接続層８を強いｐ形で拡散し
、全面を層間絶縁膜９で覆った後にその窓部内で要所に
導電接触するアルミ等の金属膜を設けて、拡散抵抗Ｒｄ
の両端には電極膜１１と１２を。

多結晶シリコン抵抗Ｒｐの両端には電極膜１３と１４を
それぞれ設ける。これら電極膜は集積回路内の配線に用
いられる。なお、ふつうはこの上に保護膜が設けられる
が、簡略化のためこの図から省かれていることを了承さ
れたい。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように従来技術では拡散抵抗Ｒｄは半導体領域１
の表面部に、多結晶シリコン抵抗ｉｍｐは厚い酸化１１
Ａ２上にそれぞれ作り込まれるが、これらの抵抗の作り
込みにかなりのチップ面積が食われ、かつ手間が掛かる
問題がある。

すなわち、拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗が別の場所に
作り込まれるのでそれぞれにチップ面積を割り当てねば
ならず、とくに高抵抗を組み込まねばならない場合や組
込抵抗数が多い場合には、抵抗だけに相当なチップ面積
が食われてしまう。

また、従来技術では例えば不純物ドープ工程だけでも抵
抗層７．多結晶シリコン膜４および抵抗接続層日用に合
計３回必要なので、全体では工程数がかなり多くなって
製作コストが高くついてしまうことになる。

本発明はかかる問題を解決して、集積回路装置内の小さ
な所要チップ面積内に簡単な工程で拡散抵抗と多結晶シ
リコン抵抗を作り込めるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば、集積回路を作り込むべき一
方の導電形の半導体領域の表面上に絶縁膜と多結晶シリ
コン膜とを順次重ね合わせて絶縁膜の多結晶シリコン膜
との非重なり合い部を形成するパターンで設け、他方の
導電形の不純物を多結晶シリコン膜下の半導体領域内に
達する加速電圧でイオン注入して多結晶シリコン膜と絶
縁膜下の半導体領域のそれぞれ少なくとも一部にドープ
し、半導体領域の不純物ドープ部をその多結晶シリコン
膜との非重なり合い部を接続点とする拡散抵抗とし、多
結晶シリコン膜の不純物ドープ部を絶縁膜により拡散抵
抗から絶縁された多結晶シリコン抵抗とすることにより
、拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗とを集積回路装置のチ
ップ内の同じ個所にいわば二階建構造で組み込むことに
よって達成される。

なお、上記構成中の絶縁膜には酸化膜を用いるのが好適
であり、その厚みは薄く例えば０．１７７１１以下にす
るのが望ましい。

〔作用〕

本発明は不純物のイオン注入時の飛程が多結晶シリコン
内でシリコン結晶内の２〜３倍あることを利用して、不
純物を多結晶シリコン膜にドープする際にその下側の半
導体領域にもドープできることに着目したもので、上記
構成にいうように半導体領域内に絶縁膜と多結晶シリコ
ン膜を重ねて設けて置き、半導体領域とは逆導電形の不
純物を多結晶シリコン機側からその下側の半導体領域内
に達する加速電圧でイオン注入することにより、多結晶
シリコン膜と半導体領域にこの不純物をドープして拡散
抵抗と多結晶シリコン抵抗を二階建構造で作り込むよう
にしたものである。

不純物のイオン注入の際、絶縁膜としての例えば酸化膜
はシリコン結晶とほぼ同じ飛程をもっており、両抵抗の
絶対値はもちろんイオン注入時のドーズ量で制御でき、
両抵抗値の比率はイオン注入時の加速電圧、多結晶シリ
コン膜と絶縁膜の厚みのほか１両膜およびイオン注入の
パターンの選択によって広範囲に制御できる。

拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗をかかる二階建構造で組
み込むことにより所要チップ面積を節約するとともに、
両抵抗に対して不純物を同時ドーピングすることにより
組み込み工程を短縮できるが、さらに本発明では絶縁膜
と多結晶シリコン膜を前記構成にいうように絶縁膜のパ
ターンの一部が多結晶シリコン膜のパターンと重なり合
わないように形成して置き、多結晶シリコン膜とその下
側の半導体領域への不純物のイオン注入と同時にこの非
重なり合い部の絶縁膜下の半導体領域が強く不純物ドー
プされて拡散抵抗用の接続層が作り込まれるようにする
。

このように本発明の前記構成によれば、絶縁膜によって
相互に隔離された拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗とから
なる二階建構造を集積回路装置用チップの小面積内に組
み込み、かつ両抵抗に対する不純物ドーピングを、拡散
抵抗用の抵抗接＃ＩＩｔ膜の作り込みにも兼用しながら
、１回の工程だけで済ませてしまうことにより、前述の
所期の課題を解決することができる。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明
する。第１図は本発明による集積回路装置用組込抵抗の
実施例を完成状態で示し、同図（ａ）の断面図は同図（
ｂ）の上面図のｘ−Ｘ矢視断面に相当する。第２図は第
１図（ａ）のＰおよびＱで示す個所における不純物のイ
オン注入時の濃度分布例を示す、第３図に第１図の完成
状態までの主な工程ごとの状態が断面で示されているの
で、以下これを参照しながら説明することとする。

第１図（ａ）の半導体領域１は、従来の第５図の場合と
同じく集積回路装置の基板ないしその上に成長されたエ
ピタキシャル層であって、この例でもｎ形であるものと
する。第３図（ａ）は第５図（ａ）と対応する状態で、
半導体領域１の表面にＬＯＧＯ５膜等のＩＩ！ｍ程度の
厚い酸化膜２とこの例では薄い酸化膜である絶縁膜３が
付けられる。この絶縁膜３の厚みは場合によって異なる
がふつう０．０２〜０．１　ｔｓとされ、この例では第
１図（ロ）のように厚い酸化膜２で囲まれた細長なパタ
ーンの範囲内の半導体領域１の表面酸化によって付けら
れる。

第３図（５）は多結晶シリコン膜４の形成とイオン注入
の工程を示す、多結晶シリコン膜４は通例のようにＣＶ
Ｄ法等により厚い酸化膜２と絶縁膜３の上にこの例では
０．５／ｌ１ｍの厚みに全面成長させた上でフォトエツ
チングすることにより、この例では第１図（ｔ））に示
すように絶縁膜３のパターンの両端部を露出させ、かつ
厚い酸化膜２上に上下辺部を残す矩形状パターンに形成
される。なお、この多結晶シリコン膜４と絶縁膜３のパ
ターンの重なり合い部が拡散抵抗Ｒｄと多結晶シリコン
抵抗Ｒｐの各本体を構成する部分になる。

さらにこの第３図（ロ）の工程では、厚い酸化膜にをマ
スクとして多結晶シリコン膜４と絶縁膜３の下側の半導
体領域１にこの例ではＰ形の不純物としてボロンＢがイ
オン注入される。この実施例におけるイオン注入は加速
電圧が８０　Ｋ　ｅＶ、　　ドーズ量が５　ｘ　１０”
原子／Ｃ−の条件でなされるものとし、この際の深さｄ
に対する不純物濃度Ｎの分布状態が第２図に示されてい
る。

第２図（ａ）および（ｂ）は絶縁膜３のパターンと多結
晶シリコン膜４のパターンの第１図（ａ）に示す非重な
り合い部Ｐおよび重なり合い部Ｑにおける不純物濃度分
布をそれぞれ示し、この例では絶縁膜３用の薄い酸化膜
の厚みは０．１−で、多結晶シリコンｗＡ４の厚みは０
．５ｍであるものとする。

同図（ａ）の場合、絶縁膜３が露出されているので不純
物の実質上全部が絶縁膜３を通り抜けてその下の半導体
領域１内に注入され、不純物がこの例のようにボロンの
場合の濃度Ｎの分布は、平均飛程ないし平均打ち込み深
さ０．２５−で極大となり、標準偏差が約０．０６−の
ガウス分布曲線となる。

同図（ロ）の場合、ボロンは多結晶シリコン膜４と半導
体領域１内に振り分は注入されるが、多結晶シリコン内
の平均飛程と標準偏差が単結晶シリコンの半導体領域１
内の２〜３倍になるので、濃度Ｎは多結晶シリコン膜４
内で長く裾野を引きこの例では絶縁膜３内で低い極大を
もつ分布となり、不純物注入量はほぼ７：３の割合で多
結晶シリコン膜４と半導体領域ｌに振り分けられる。

第３図（Ｃ）は上のようにイオン注入された不純物の熱
拡散工程であって、例えば１１００’ｃの高温下で所定
時間の処理を施すことにより、半導体領域ｌ内の不純物
を熱拡散させて１対の抵抗接続層５と抵抗層６を作り込
み、同時に多結晶シリコン膜４の比抵抗を減少させる。

抵抗接続層５は上述の非重なり合い部Ｐに対応し、不純
物注入量が多いので５０Ω／口程度の低い面抵抗となり
、不純物注入量が少ない重なり合い部Ｑに対応する抵抗
層６の面抵抗はこの例ではｌｋΩ／口程度となる。多結
晶シリコン膜４はその不純物量が上述のように抵抗層６
内の２倍以上あるので、熱処理の温度と時間によってか
なり異なるがこの例では２００〜５００Ω／口の面抵抗
となる。

この第３図（Ｃ）の状態から第１図の状態にするには、
酸化膜等の層間絶縁１１９として酸化膜等を全面に被着
した上で要所に窓を抜き、この窓部内で抵抗接続層５に
導電接触する電極膜１１．１２および多結晶シリコン膜
４の両端部に導電接触するｔｉＨ１３，１４をアルミ等
の金属膜で設ける。

以上により、抵抗層６を本体部とし１対の抵抗接続層５
を接続点とする拡散抵抗Ｒｄと、それと絶縁ｌｌｌｌ３
により絶縁された多結晶シリコン抵抗１１ｐとが第１図
（ａ）に示すような二階建構造で完成する。

なお、拡散抵抗Ｒｄは、通例のようにｎ形の半導体領域
１に集積回路用の正側の電源電圧を掛け、それとＰ形の
抵抗接続層５および抵抗層６との間のｐｎ接合に逆バイ
アスが掛けた状態で使用する。

第４図は絶縁膜３と多結晶シリコン膜４に与えるパター
ンの若干の変形例を示す。

同図（ａ）の例では、絶縁膜３のパターンが多結晶シリ
コン膜４のパターンを内包する横長な矩形状とされ、部
分ハツチラグを付して示したイオン注入範囲ＩＰがフォ
トレジスト膜等の手段で細長な形状に限定される。この
実施例では、多結晶シリコン膜４の一部に不純物がイオ
ン注入されて前述の熱拡散時にその全体に広がるので、
多結晶シリコン膜４の図の上下方向の幅の選択によって
も、その面抵抗、従って多結晶シリコン抵抗Ｒ，の拡散
抵抗Ｒｄに対する抵抗比を制御できる。

同図Φ）の例では多結晶シリコン膜４の上下方向幅が厚
い酸化ｌ１１３上にも広げられ、その面抵抗の制御可能
範囲がさらに拡大されている。

以上説明した実施例かられかるように、本発明により集
積回路装置に作り込まれる拡散抵抗と多結晶シリコン抵
抗の面抵抗や両者の抵抗値比は、イオン注入時の加速電
圧とドーズ量、多結晶シリコン膜と絶縁膜の厚みのほか
、絶縁膜、多結晶シリコン膜およびイオン注入のパター
ンの選択によっても広範囲内で制御が可能である０両抵
抗間の耐圧は絶縁膜の厚みに依存するが、これを０．０
２４まで薄くしても最低ｌＯＶ、０．１４とすれば１０
０Ｖ近くの耐圧値を保証できる。

本発明は以上述べた実施例に限らずその要旨内で種々の
態様で実施をすることができる。実施例では絶縁膜を酸
化膜としたが、イオン注入時の不純物の飛程がとくには
短くない任意の誘電体材料を適用できる。また、実際の
集積回路装置では、本発明による二階建構造の抵抗のほ
か、第５図の従来構造の抵抗が適宜に併用される。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、集積回路を作り込む
べき一方の導電形の半導体領域の表面上に絶縁膜と多結
晶シリコン膜とを順次重ね合わせて絶縁膜の多結晶シリ
コン膜との非重なり合い部を形成するパターンで設け、
他方の導電形の不純物を多結晶シリコン股下の半導体領
域内に達する加速電圧でイオン注入して多結晶シリコン
膜と絶縁膜下の半導体領域のそれぞれ少なくとも一部に
ドープした上で、半導体領域の不純物ドープ部をその多
結晶シリコン膜との非重なり合い部を接続点とする拡散
抵抗とし、多結晶シリコン膜の不純物−ドープ部を絶縁
膜により拡散抵抗から絶縁された多結晶シリコン抵抗と
することにより、次の効果を挙げることができる。

（ａ）拡散抵抗の上に多結晶シリコン抵抗が重なった二
階建構造の抵抗対を集積回路装置に組み込むことにより
、抵抗の作り込みに要するチップ面積を大幅に節約して
集積回路装置のチップサイズを小形化することができる
。

山）抵抗層用の不純物が多結晶シリコン膜を通してイオ
ン注入されるので、拡散抵抗と多結晶シリコン抵抗に対
する不純物ドープ工程を共通化でき、かつこれと同時に
絶縁膜の多結晶シリコン膜との非重なり合い部にも不純
物を高濃度でドープして抵抗接続層を作り込めるので、
集積回路装置への抵抗の組み込み工程を従来よりも大幅
に短縮することができる。

本発明は、アナログ信号の処理用等のとくに多数個の抵
抗ないしは多結晶シリコンを利用した高抵抗を組み込む
必要のある集積回路装置に適し、上述の効果を最も有利
に発揮してその合理化に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までが本発明に関し、第１図は本発明
による集積回路装置用組込抵抗の実施例の完成状態を示
す断面図と上面図、第２図はこの例における不純物のイ
オン注入時の濃度分布図、第３図はその主な工程ごとの
状態を示す断面図、第４図は本発明の異なる実施例の上
面図である。 第５図は従来技術による集積回路装置用組込抵抗の構造
とその組み込み要領を主な工程ごとの状態で示す断面図
である０図において、 １：半導体領域、２：厚い酸化膜ないしＬＯＣＯ３膜、
３：絶ｍ膜ないし薄い酸化膜、４：多結晶シリコン膜、
５：抵抗接続層、６：抵抗層、７：従来の抵抗層、８：
従来の抵抗接続層、９：眉間絶縁膜、ｌＬ１２：拡散抵
抗用電極膜、１３，１４　：多結晶シリコン抵抗用電極
膜、Ｂ：ボロンないしｐ形不純物、ｄ：イオン注入深さ
、ＩＰ：イオン注入範囲、Ｎ：不純物濃度、Ｐ：絶縁膜
の多結晶シリコン膜との非重なり合い部、Ｑ：絶縁膜の
多結晶シリコン膜との重なり合い部、Ｒｄ：拡散抵抗、
Ｒ１第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 集積回路を作り込むべき一方の導電形の半導体領域の表
   面上に絶縁膜と多結晶シリコン膜とを順次重ね合わせて
   絶縁膜の多結晶シリコン膜との非重なり合い部を形成す
   るパターンで設け、他方の導電形の不純物を多結晶シリ
   コン膜下の半導体領域内に達する加速電圧でイオン注入
   して多結晶シリコン膜と絶縁膜下の半導体領域のそれぞ
   れ少なくとも一部にドープし、半導体領域の不純物ドー
   プ部をその多結晶シリコン膜との非重なり合い部を接続
   点とする拡散抵抗とし、多結晶シリコン膜の不純物ドー
   プ部を絶縁膜により拡散抵抗から絶縁された多結晶シリ
   コン抵抗としたことを特徴とする集積回路装置用組込抵
   抗。