(57)【要約】【課題】薄膜抵抗体の金属が酸化反応を起こして断線するのを抑制する構成を得る。【解決手段】シリコン基板上に絶縁膜を介してＣｒＳｉ膜２２が形成され、その両端部に電極パターン２４ａ，２４ｂが形成されている。ＣｒＳｉ膜２２の中央部に長手方向に沿ってスリット２３が形成される。ＣｒＳｉ膜２２上の絶縁膜を介してアルミ電極２５が交差するように配置される。製造工程で異物Ｐが残存して水分が浸入しても、ＣｒＳｉ膜２２の全体の酸化をスリット２３で止められ、断線状態に至るまでの時間を長くすることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成した絶縁膜上に薄膜抵抗体が形成された構成の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体は、その電流が流れる方向に沿って電流を分割する分離部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体に形成する分離部は、前記薄膜抵抗体の電流が流れる方向に沿って形成したスリットであることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体に形成するスリットは、複数本を設ける構成とされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体基板上に形成した絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体と電気的に接触する金属電極膜のうちの高電位側の金属電極膜を、絶縁膜を介して前記薄膜抵抗体の上を覆うように張り出した状態の形状に形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体基板上に形成した絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体を形成する領域の周囲もしくは下層部分に前記金属電極膜のうちの高電位側にバイアスされる金属電極膜を配置形成することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
半導体基板上に形成した絶縁膜上に薄膜抵抗体が形成された構成の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体が形成された領域の下層に位置する前記半導体基板の電位を前記薄膜抵抗体の電位よりも高電位となるように構成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体を形成する領域の下層に位置する前記半導体基板の部分の周囲を包囲するようにトレンチが形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に形成した絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、
前記薄膜抵抗体の上部を交差するように形成された前記金属電極膜は、少なくとも低電位に設定される部分についてその交差領域の部分で幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に絶縁膜を介して薄膜抵抗体を形成する構成の半導体装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体基板上に形成する高精度な薄膜抵抗体として、ＣｒＳｉ薄膜を用いる構成の半導体装置が提供されている。このＣｒＳｉによる薄膜抵抗体は、温度による抵抗値の変動が少なく、レーザ融解によるウエハ状態での調整が可能であるというメリットから利用する効果が高い。
【０００３】
しかし、一方で、ＣｒＳｉ薄膜抵抗体は、水分と電界の相乗作用によって腐食（酸化）しやすく、これによって断線に至るという不具合がわかっている。図６はその不具合を示すもので、同図（ａ）は薄膜抵抗体１の形成領域を平面図で示し、同図（ｂ）は模式的な断面で示したものである。
【０００４】
シリコン基板２上の絶縁膜３に薄膜抵抗体としてのＣｒＳｉ膜４が形成されている。ＣｒＳｉ膜４の両端部にはバリアメタル５が形成された後に電極パターン６が形成されている。全体を絶縁膜７で覆うように形成した後に電極パターン６にコンタクトホール７ａを形成して配線用のアルミ電極８がパターニングされている。
【０００５】
アルミ電極８は、絶縁膜７を介した状態でＣｒＳｉ膜４の上部にも交差するようにして形成されている。この後全体を覆うように絶縁膜９およびパッシベーション膜１０が形成される。必要な部分にコンタクトホールが形成され、外部との電気的導通を図るように構成されている。
【０００６】
上述した構成のＣｒＳｉ膜４は、水分が存在する環境下で電圧が印加されると、陽極酸化反応によりＣｒＳｉ膜４が酸化されて絶縁物に変化するため、抵抗値としては高抵抗側に変化することになる。この反応を化学式で表すと、次式のようになる。この反応式からわかるように、上記酸化反応が進行する条件として、電位差と水分の存在が挙げられる。
【０００７】
Ｃｒ＋３ＯＨ−　→　１／２（Ｃｒ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ）＋３ｅ−
Ｓｉ＋４ＯＨ−　→　ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−
例えば実際のデバイスにおいては、ＣｒＳｉ膜４が酸化することで絶縁物となってオープン不良を起こす場合として、次のようなケースが考えられる。すなわち、一般的に素子の表面はプラズマ窒化膜などのパッシベーション膜で保護されているので、水分の浸入から保護されている。
【０００８】
しかし、パッシベーション膜の形成直前に表面に図示のような異物Ｐが付着することでパッシベーション膜形成後にスリットＳができてしまった場合や、何らかの工程異常でピンホールが形成され、そこを浸入経路として水分が浸入した場合などで、ＣｒＳｉ膜４がグランド電位に対して高電位となる条件になると、上述した酸化反応が進行する。
【０００９】
特に、ＣｒＳｉ膜４の上部において図示のように低電位のアルミ電極８ａなどが交差する場合に、絶縁膜７を挟んで高電界が発生するので、水分（水酸基イオンＯＨ−）の拡散が増長され、短時間で酸化反応が進行するようになる。さらに、水分の供給源として、封止した樹脂モールドが水分を含み反応に寄与する成分となるものと考えられる。
【００１０】
そこで、このような不具合を解決することが望まれているが、現在のところこれを解決するものがなく、したがって、ＣｒＳｉ薄膜抵抗を使用した半導体装置を形成するには、使用環境や使用条件などの制約を受けることになり、設計の自由度が低くなるという不具合があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、その目的は、薄膜抵抗体が有する水分や電界による悪影響を受けやすい性質を、特別なプロセスや材料を用いることなく、構造的に保護できるようにした半導体装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体装置によれば、絶縁膜上に薄膜抵抗体が形成された構成の半導体装置において、薄膜抵抗体を、電流が流れる方向に沿った分離部を形成しているので、万一薄膜抵抗体部分に水分が浸入した場合でも、浸入した部分の薄膜抵抗体の酸化反応が進行して分離部に達すると、一旦そこで酸化反応が停止するようになる。この結果、薄膜抵抗体の電流が流れる方向の一部分が抵抗体としての機能を失うことになり、全体として抵抗値が高くなる方向に変化するが、完全に絶縁物に変化するまでには時間を要する構造とすることができるようになる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、上記発明において、薄膜抵抗体に形成する分離部を、薄膜抵抗体の電流が流れる方向に沿って形成したスリットとしているので、簡単に形成することができると共に、特別な工程を付加する必要がないので、安価に形成することができるようになる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、上記請求項２の発明において、薄膜抵抗体に形成するスリットを、複数本を設ける構成としたので、水分の浸入により酸化反応が進行した場合でも、その悪影響を最小限にすることができるようになる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、薄膜抵抗体と電気的に接触する金属電極膜のうちの高電位側の金属電極膜を、絶縁膜を介して薄膜抵抗体の上を覆うように張り出した状態の形状としたので、薄膜抵抗体と接する絶縁膜が高電界になるのを抑制でき、これによって、水分などが浸入した場合でも、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、薄膜抵抗体を形成する領域の周囲もしくは下層部分に金属電極膜のうちの高電位側にバイアスされる金属電極膜を配置形成する構成としているので、上述同様にして薄膜抵抗体と接する絶縁膜が高電界になるのを抑制でき、これによって、水分などが浸入した場合でも、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、絶縁膜上に薄膜抵抗体が形成された構成の半導体装置において、薄膜抵抗体が形成された領域の下層に位置する前記半導体基板の電位を前記薄膜抵抗体の電位よりも高電位となるように構成したので、薄膜抵抗体と接する絶縁膜が高電界になるのを抑制することができ、これによって、水分などが浸入した場合でも、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００１８】
請求項７の発明によれば、上記請求項６の発明において、薄膜抵抗体を形成する領域の周囲にトレンチを形成すると共に、そのトレンチで囲まれた領域内の半導体基板の電位を電源電圧となるように構成したので、薄膜抵抗体と接する絶縁膜が高電界になるのを抑制することができ、これによって、水分などが浸入した場合でも、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００１９】
請求項８の発明によれば、絶縁膜上に薄膜抵抗体を形成すると共に、金属電極膜を積層形成する構成の半導体装置において、薄膜抵抗体の上部を交差するように形成された金属電極膜を、少なくとも低電位に設定される部分についてその交差領域の部分で幅が狭くなるように形成したので、水分の浸入により酸化反応が進行する機会を少なくすることができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）は、半導体装置の表面部分に形成した薄膜抵抗体２１の平面的な構成を示すものである。なお、この実施形態においては、薄膜抵抗体２１の形成過程や断面構造などは、従来技術で述べた一般的な方法と略同じであるから、ここでは形成方法については説明を省略し、平面的な構成上の違いとその作用について説明する。
【００２１】
同図（ａ）では、薄膜抵抗体２１の形成領域の平面図を模式的に示している。薄膜抵抗体の材料としてのＣｒＳｉ膜２２は、シリコン基板上に形成されている絶縁膜の上に長方形状にパターニングされて形成されている。これには電流が流れる長手方向に沿ったスリット２３が分離部として形成されている。
【００２２】
ＣｒＳｉ膜２２の両端部には電極パターン２４ａ，２４ｂが端部を覆うように形成され、この上部には絶縁膜を介してアルミ電極２５がパターニングされている。アルミ電極２５はＣｒＳｉ膜２２を交差するように配置形成されている。そして、上述したスリット２３は、ＣｒＳｉ膜２２の中央部を長手方向に沿って分離するように形成されるが、電極パターン２４ａ，２４ｂ部分には達しない程度に形成されている。
【００２３】
上記構成において、ＣｒＳｉ膜２２は、電極パターン２４ａ，２４ｂとの間に介在される抵抗として機能するもので、電流は両電極パターン２４ａ，２４ｂ間を電位が高い側から低い側すなわち、図中スリット２３の形成方向に沿った方向に流れる。この結果、ＣｒＳｉ膜２２は、スリット２３で２つのＣｒＳｉ膜２２ａ，２２ｂに分離された形状となり、電気的にはそれぞれのＣｒＳｉ膜２２ａ，２２ｂが形成する電流が流れる方向に沿った抵抗体が並列に接続されたものとして機能することになる。
【００２４】
上記構成において、前述したように、例えば異物Ｐが残存した状態で絶縁膜が形成された場合を想定する。例えば、図示のように、ＣｒＳｉ膜２２ａとアルミ電極２５とが交差する部分の端部に異物Ｐが残存した状態である。この場合に、従来同様にして異物Ｐの部分の絶縁膜に隙間などができて、水分が浸入すると、ＣｒＳｉ膜２２の酸化反応が進行し始める。
【００２５】
すると、異物Ｐの位置を中心としてその外周に広がるようにしてＣｒＳｉ膜２２は抵抗体として機能する部分が消失していく。そして、同図（ｂ）に示すように、酸化反応が進行すると、ＣｒＳｉ膜２２ａの一部が抵抗体としての機能を失い、電気的に断線した状態となる。しかし、その酸化反応は分離部であるスリット２３のところまで進行すると、ここで酸化反応する物質が途切れることから、酸化反応が停止する。また、電流の流れる方向に進行する酸化反応は途切れることがないが、全体として長さが長いのでスリット２３の端部まで達するには時間を要する。
【００２６】
これにより、酸化反応が進行する場合でも、一時的にスリット２３部分で停止させることができるので、ＣｒＳｉ膜２２全体ではＣｒＳｉ膜２２ｂ部分が残ることで抵抗値が高くなるものの電気的に遮断されてしまうことはなくなる。結果として、完全に断線状態となるまでの時間を長くすることができ、稼動状態を維持することができるようになる。
【００２７】
このような本実施形態によれば、薄膜抵抗体２１の抵抗体形成膜であるＣｒＳｉ膜２２にスリット２３を形成して分離した状態となるようにしたので、異物などの残存あるいは工程異常に起因したピンホールの発生などで水分が浸入して酸化反応が発生した場合でも、その酸化反応の進行によるＣｒＳｉ膜２２の断線状態への移行を一旦停止させて長寿命化を図ることができるようになる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示すもので、第１の実施形態の考え方をさらに進めて、酸化反応がＣｒＳｉ膜２２全体に進行するのを抑制することができるようにするために分離部の形状を変えたものである。ここでは、同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、例えば３通りのものを示している。
【００２９】
すなわち、同図（ａ）に示す薄膜抵抗体２６では、第１の実施形態に示したスリット２３に代えて、スリット２７を形成したものである。このスリット２７は、長手方向に沿った端部が電極パターン２４ａ，２４ｂの下部に潜り込むような位置まで形成されている。これによって、酸化反応の進行が分離された他方のＣｒＳｉ膜２２ｂ側に及ぶまでの時間をさらに長くすることができるようになり、断線の発生までを長くすることができる。
【００３０】
また、同図（ｂ）に示す薄膜抵抗体２８では、第１の実施形態に示したスリット２３に代えて、複数本例えば３本のスリット２９を設ける構成としている。また、同図（ｃ）に示す薄膜抵抗体３０では、千鳥状に配置する複数のスリット３１を設ける構成としている。これらの構成によっても上述と同様に、ＣｒＳｉ膜２２の酸化反応の進行による断線を極力防止して断線にいたるまでの時間を長時間化することができるようになる。
【００３１】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示すもので、この実施形態では、薄膜抵抗体に高電界がかからないような構造とすることで水分による酸化反応の進行を抑制するようにした構造を提供する。図３（ａ）は模式的な平面図を示し、同図（ｂ）は断面図を示している。
【００３２】
薄膜抵抗体３２の構造を簡単に説明する。シリコン基板３３上に絶縁膜であるＬＯＣＯＳ膜３４、ＢＰＳＧ膜３５が積層され、その上に第１層のアルミ電極３６が配線に必要な部分がパターニングにより形成されている。アルミ電極３６を覆うようにシリコン窒化膜３７が形成され、その上に平坦化処理用の層間絶縁膜として第１ＴＥＯＳ膜３８、ＳＯＧ３９、第２ＴＥＯＳ膜４０が順次形成されている。この第２ＴＥＯＳ膜４０上に、薄膜抵抗体材料であるＣｒＳｉ膜４１が積層形成された後、所定の形状にパターニングされている。
【００３３】
ＣｉＳｉ膜４１の両端部にはバリアメタルとしてのＴｉＷ膜４２が形成され、その上に電極パターン４３ａ，４３ｂが所定形状にパターニングされた状態に形成されている。これらを覆うように絶縁膜としての第３ＴＥＯＳ膜４４が形成され、電極パターン４３ａ，４３ｂと電気的にコンタクトをとる部分にビアホール４４ａが形成されている。
【００３４】
この上に第２層のアルミ電極４５ａ，４５ｂが積層形成され、パターニングされている。この場合、アルミ電極４５ａはグランド電位に設定されるものであり、アルミ電極４５ｂは高電位Ｖに設定されるようになっている。そして、アルミ電極４５ｂは、同図（ａ）に示しているように、ＣｒＳｉ膜４１の上部を覆うように張り出した形状に形成されている。最後に、これらの上部を覆うようにパッシベーション膜４６が形成されている。
【００３５】
上記構成を採用することにより、第２層のアルミ電極４５ａ，４５ｂ間に電圧Ｖが印加されると、電極パターン４３ｂ側から電極パターン４３ａ側に電流が流れ、抵抗体として機能するようになる。このとき、ＣｒＳｉ膜４１の上部には、第３ＴＥＯＳ膜４４を介して第２層のアルミ電極４５ｂが位置しているので、ＣｒＳｉ膜４１に対して高電位Ｖ側が印加されることになる。
【００３６】
つまり、ＣｒＳｉ膜４１とアルミ電極４５ｂとの間には大きな電圧がかからない状態とすることができ、この結果、ＣｒＳｉ膜４１に高電界がかかるのを抑制することができるようになり、ＣｒＳｉ膜４１に水分が浸入していたとしても酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００３７】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態を示すもので、原理的には第３の実施形態と同様にＣｒＳｉ膜４１にかかる電界を緩和するようにした構成を採用している。この実施形態では、薄膜抵抗体４７は、ＣｒＳｉ膜４１の上部を覆うように形成した第２のアルミ電極４５ｂに代えて、アルミ電極４５ａと同様のアルミ電極４５ｃを形成すると共に、第１層のアルミ電極３６を形成する際に、同時にＣｒＳｉ膜４１の形成領域を囲むように環状電極４８を形成した構成としている。
【００３８】
環状電極５０は、高電位にバイアスされるように電気的に接続されており、これによって、前述同様にしてＣｒＳｉ膜４１に高電界がかかるのを抑制し、水分などがＣｒＳｉ膜４１部分に浸入した場合でも、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００３９】
同様に、同図（ｂ）に示す薄膜抵抗体４９は、上記した環状電極４８と略同じ位置にトレンチ５０を形成し、トレンチ内部のシリコン基板３３に高電位を印加する構成としている。したがって、この構成によっても上述同様に、ＣｒＳｉ膜４１に高電界がかかるのを抑制し、酸化反応が進行するのを抑制することができるようになる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図５は本発明の第５の実施形態を示すもので、第４の実施形態と異なるところは、ＣｒＳｉ膜４１と交差する低電位に設定されているアルミ電極５２がある場合に、その交差部５２ａの幅寸法を狭くする構成としたところである。これにより、ＣｒＳｉ膜４１にかかる電界を極力小さくする構成とすることができ、ＣｒＳｉ膜４１の酸化反応の進行を抑制することができるようになる。
【００４１】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形また拡張できる。
薄膜抵抗体は、ＣｒＳｉ膜に限らず、他の金属膜を用いた構成とすることができる。
ＣｒＳｉ膜に形成する分離部としてのスリットは、他にも様々な配置や形状を採用することができる。基本原理は、酸化反応が進行しても途中で阻止することができるようなパターンとすることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す薄膜抵抗体形成領域の模式的な平面図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す模式的な平面図と断面図
【図４】本発明の第４の実施形態を示す模式的な平面図
【図５】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図６】従来例を示す模式的な平面図と断面図
【符号の説明】
２１，２６，２８，３０，３２，４７，４９，５１は薄膜抵抗体、２２，２２ａ，２２ｂ，４１はＣｒＳｉ膜、２３，２７，２９，３１はスリット（分離部）、２４ａ，２４ｂは電極パターン、２５はアルミ電極、３３はシリコン基板、３６は第１層のアルミ電極、４３ａ，４３ｂは電極パターン、４５ａ，４５ｂは第２層のアルミ電極、４８は環状電極、５０はトレンチである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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