JPH0543300B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 集積回路内に配置された受動素子の値を調節
する方法であつて、 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
向かつて金属を移動させるに充分な電流を前記素
子を通つ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 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 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 前記接点領域は各々頂点部を有し、該頂点部
がお互いを指すように第１および第２の接点領域
を形成する工程を含む請求の範囲第１項に記載の
方法。

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 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 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の接点領域はお互いを指すよう形成された頂点
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 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 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 集積回路の一部として存在する抵抗を調節
する方法であつて、 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つて第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。

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
インプ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（metal migration）」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つて
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ツケージングにおい
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
することが必要になる。たとえば、集積回路チツ
プ上において素子の値をトリミングすることによ
つて、演算増幅器の入力オフセツト電圧または入
力オフセツ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
とによつ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、高精度を得るために通常Ｄ／
ＡまたはＡ／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
ヨメータを用いるものである。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つ
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
などがある。電気的手段には、ヒユーズ飛ばし
（すなわち金属に高電流を流すことによつて金属
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
素子に沿つて接続されたダイオードがツエナーダ
イオードであるから「ツエナーザツピング
（zapping）」として知らされている。上記金属を
陽極酸化することによつて抵抗の導電率を化学的
に変化させることは可能ではあるが製造環境では
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
つコスト高である。ヒユーズ飛ばしは表面汚染や
保護ガラス層にクラツクを生じさせることがあ
り、信頼性の問題が生じる。ツエナーザツピング
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ある。

ダイ上の抵抗トリミングの公知の方法の別の欠
点は、ダイがトリム（通常ウエーハ形で）された
後、スクライブされ、パツ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ツ
プに応力が加えられ、トリムされた抵抗をピエゾ
抵抗効果によつて変化させ得る。したがつて、集
積回路ダイがパツケージ内に組込まれた後オンチ
ツ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
な回路の量を減少させることである。

本発明の別の目的はダイがパツケージ内にシー
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。

本発明の他の態様によれば、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つてなされる
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ある。

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ある。

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ある。

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
もつた抵抗の上面図である。

発明の詳細な記述 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プラントまたは拡散すること
によつ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つて形成される。プレオーミ
ツ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、プレオーミツクに入れられ、抵抗との接点が
作られる。プレオーミツ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
動する金属フイラメントが生じる。金属がシリコ
ンを通つて移動するに応じて、抵抗の値が変化す
る。鋭つた角すなわち小さな曲率半径の角をもつ
た接点は、たとえば大きな曲率半径をもつた円形
接点より小さな電流で金属が移動できるようにす
る。

「接点（contact）」という用語は抵抗領域に触
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、付
加的すなわち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。

全てのプレオーミツ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次接点お
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イラ
メントの形状の画定を行なうことになるので重要
である。

また、フイラメントの形状はウエーハ基板の結
晶学的面に対する抵抗の方向、および抵抗におけ
る電流の方向によつ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、フイルタな
どにおいても用いることができる。したがつて、
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はトランジスタ１２，１３のソース
に接続されている。ボンデイングパツド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１
２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。トランジス
タ１８のエミツタはノード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のエミツタは増幅器の次の
段（図示せず）に接続されている。トランジスタ
２２および２３のエミツ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
３９に接続されている。ダイオード２８および２
５は接地されている。ノード３８および３９はそ
れぞれ抵抗２６および２７に接続されている。抵
抗２６、パツド３０および抵抗３２はノード３７
に接続されている。抵抗２７、パツド３１および
抵抗３３はノード２９に接続されている。抵抗３
２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
ツド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
にあるから、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
タキシヤル層４２によつて覆われたＰ型シリコン
層を有する。抵抗４３はエピタキシヤル層４２に
拡散されるＮ型ドーパントを含む。絶縁性層４４
は他の絶縁物でもよいが窒化物が好ましく、エピ
タキシヤル層４２上に被着される。開口４５が窒
化物層４４にエツチされる。金属層４６が窒化物
層４４および開口４５上に被着され、これによつ
て金属接点５０および５１を形成する（第３図）。
保護ガラス層４７がその金属上に被着され、開口
４８および５２がガラス層４７にエツチされ、パ
ツド５３および５４へ連結が与えられる。第３図
では保護ガラス層は示されていない。

パルス電流がパツド５３および５４を横切つて
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によつて示されるように金属接
点５１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100ｍ
Ａ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、パツド５３は正電圧源
に接続され、パツド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つて所定の値にトリムされ
る。長時間の間電流をパルス的に送ることによつ
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。領域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
直線に沿つていくつか配置された数個の領域で広
がるように複数個の２次接点が付加されている。
基板４１はエピタキシヤル層４２によつて覆われ
ている。抵抗４３はエピタキシヤル層４２に拡散
される。絶縁性層４４は窒化物が望ましく、エピ
タキシヤル層上に配置される。開口４５，５５が
窒化物層４４にエツチされる。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４５，５
５内に被着され、金属接点５０，５１および５６
を形成する。接点５６は２次接点として知られ
る。保護ガラス層４７が上記金属上に被着され、
開口４８および５２がガラス中にエツチされてパ
ツド５３および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。パツド５３で正
極性、パツド５４で負極性をもつパルス電流を印
加すると、領域４９によつて示されるように、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、金属のより短い樹枝状結晶また
はフイラメントが生じ、これによつて抵抗の値が
ドリフトするのが防止されることがわかつた。

第６図から第８図までは主接点５０および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１１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配置され、金属が移動できる
ような形状になつている。この実施例によつて主
接点領域で開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、エピタキシヤル層４２はＰ型
でもよい。抵抗４３はインプラントしてよく、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つて、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チツプの表面での保護パツシ
ベーシヨンを損傷しない。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あてはまらな
い。レーザトリミングでは、精功なプログラムを
作成してレーザを正しいターゲツトに対して微細
に調整しなければならない。RTMMではこれは
必要ない。ツエナーザツ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トリ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チツ
プをパツケージ内にシールした後に行なうことが
でき、パツケージ応力によつ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
ログトリミング方法であるから、ダイ上のツエナ
ーザツピングよりもずつと高い精度をコンピユー
タ制御で達成できる。

こうして、本発明によつ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つてきたが、
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、プレオーミツク開口は第４図、第５図、第９
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。