(57)【要約】【課題】薄膜抵抗の周辺に位置する絶縁膜や半導体基板に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低いレーザーエネルギー値にて、レーザートリミングを行うことができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１の表面上に、絶縁膜２を形成する。その後、絶縁膜２上にＣｒＳｉ膜３を成膜した後、等方性エッチングにより、ＣｒＳｉ膜３をパターニングする。このとき、後に行うレーザートリミングにて、レーザー光が照射される予定のＣｒＳｉ膜３の端部におけるテーパー長が、絶縁膜や半導体基板に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低いレーザーエネルギー値にてレーザートリミングを行うことができる長さとなるようにパターニングする。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１）の表面上に絶縁膜（２）を介して、薄膜抵抗（３）を形成する工程と、
前記薄膜抵抗（３）にレーザー光を照射し、所定の抵抗値となるように調整するレーザートリミングを行う工程とを有する半導体装置の製造方法において、
前記薄膜抵抗（３）を形成する工程は、前記薄膜抵抗（３）の端面（１１）を前記半導体基板（１）上から前記半導体基板（１）の表面に投影したときの当該端面（１１）の上端（１１ａ）から下端（１１ｂ）までの長さをテーパー長（１２）とし、
前記レーザー光が照射される予定の前記端面（１１）におけるテーパー長（１２）が、前記薄膜抵抗（３）の周辺に位置する前記絶縁膜（２）及び前記半導体基板（１）に亀裂が入らないレーザーエネルギー値でレーザートリミングを行うことができる長さとなるように、薄膜抵抗（３）を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記薄膜抵抗を形成する工程では、ＣｒＳｉにより構成され、膜厚が６〜１４ｎｍであり、前記テーパー長（１２）が０〜５０ｎｍである前記薄膜抵抗（３）を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーにてトリミングを行う薄膜抵抗を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造技術の１つとして、レーザートリミング方法がある。これは、半導体基板上に絶縁膜等を介して、ＣｒＳｉ等の抵抗材料を堆積し、所定パターンにパターニングした後、この抵抗材料上に絶縁膜を形成し、デバイス形成の最終プロセスにて、レーザーを照射することで、抵抗材料の一部を溶断し、抵抗値を所望の値に調整するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このレーザートリミング方法は、かなり大きなパワーのレーザー光を薄膜抵抗に照射するため、薄膜抵抗の周辺に位置する酸化膜等の絶縁膜や半導体基板に亀裂等の損傷を与えないで行うことが求められる。
【０００４】
そこで、上記の損傷を与えないで行う方法としては、例えば、特公平６−４０５６３号公報にて提案されている方法がある。これは、薄膜抵抗の下層部に予めレーザー光に対して反射性を有する膜を形成することで、この膜によりレーザー光を反射させ、この膜よりも下側の絶縁膜や半導体基板を保護する方法である。
【０００５】
しかしながら、この方法は、レーザーエネルギー値を低下させるものではないため、絶縁膜や半導体基板への損傷が十分に抑制されていなかった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、薄膜抵抗の周辺に位置する絶縁膜や半導体基板に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低いレーザーエネルギー値にて、レーザートリミングを行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、薄膜抵抗を溶断するために必要なレーザーエネルギー値とテーパー長とが関連することに着目した。ここで、図４（ｂ）に半導体装置のうち、薄膜抵抗が形成されている領域の断面図を示す。テーパー長１２とは、薄膜抵抗３の端面１１を半導体基板１上から半導体基板１表面に投影したときの端面１１の上端１１ａから下端１１ｂまでの長さである。
【０００８】
図５に示すように、薄膜抵抗を完全にレーザー光にて溶断するのに必要なレーザーエネルギー値は、テーパー長が長い程、高くなることが実験的にわかった。これは、薄膜抵抗の端部がテーパー形状であるとき、テーパー長が長くなるにつれ、薄膜抵抗の単位体積あたりの表面積が大きくなり、このため、端部にレーザ光が照射されたとき、この端部からの放熱量が大きくなるからであると推定される。
【０００９】
以上の実験結果に基づいて、本発明を創出した。すなわち、請求項１に記載の発明では、薄膜抵抗（３）を形成する工程にて、レーザー光が照射される予定の端面（１１）におけるテーパー長（１２）が、薄膜抵抗（３）の周辺に位置する絶縁膜（２）及び半導体基板（１）に亀裂が入らないレーザーエネルギー値でレーザートリミングを行うことができる長さとなるように、薄膜抵抗（３）を形成することを特徴としている。
【００１０】
これにより、薄膜抵抗にレーザー光を照射したときに薄膜抵抗の周辺に位置する絶縁膜や半導体基板に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低いレーザーエネルギー値にて、レーザートリミングを行うことができる。この結果、薄膜抵抗の周辺に位置する絶縁膜や半導体基板に亀裂が入るのを抑制して、半導体装置を製造することができる。
【００１１】
具体的には、請求項２に示すように、例えば、薄膜抵抗をＣｒＳｉにより構成し、膜厚を６〜１４ｎｍ、テーパー長を０〜５０ｎｍとして、薄膜抵抗（３）を形成することができる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明を適用した一実施形態における半導体装置の概略断面図を示す。また、図２（ａ）に、図１の半導体装置を矢印Ｂ方向から見たときのＣｒＳｉ膜とＡｌ端子とを示し、図２（ｂ）に図１及び図２（ａ）中のＡ−Ａ矢視断面を含む斜視図を示す。また、図３に図１、２に示される半導体装置の断面をより具体的に示した図を示す。
【００１４】
図１に示すように、半導体基板１上に絶縁膜２を介して、薄膜抵抗としてのＣｒＳｉ膜３が形成されている。このＣｒＳｉ膜３の両端部には、Ａｌ端子４ａ、４ｂが形成されている。そして、ＣｒＳｉ膜３及びＡｌ端子４ａ、４ｂの表面上には、さらに絶縁膜５が形成されている。
【００１５】
そして、図１及び図２（ａ）に示すように、ＣｒＳｉ膜３は、両端部のＡｌ端子４ａ、４ｂ間にて電流が流れる。また、ＣｒＳｉ膜３は、図２（ｂ）に示すように、電流が流れる方向と垂直な方向での断面３ａの形状が、略長方形となっている。
【００１６】
この半導体装置は、具体的には、図３に示すように、半導体基板１として、例えばＳｉ単結晶層１ａ、埋め込み酸化膜１ｂ、Ｓｉ単結晶層１ｃより構成されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いている。半導体基板１の表面には、フィールド酸化膜としてのＬＯＣＯＳ酸化膜６が形成されている。
【００１７】
そして、ＬＯＣＯＳ酸化膜６を含む半導体基板１上に形成された絶縁膜２は、ＢＰＳＧ膜２ａと、プラズマＣＶＤにより形成されたＰ−ＳｉＮ膜２ｂと、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−ｅｔｈｙｌ−ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）／ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）／ＴＥＯＳ膜２ｃから構成されている。また、ＣｒＳｉ膜３上の絶縁膜５は、ＴＥＯＳ膜５ａとパッシベーション膜としてのＰ−ＳｉＮ膜５ｂより構成されている。
【００１８】
次に、この半導体装置の製造方法を説明する。まず、ＳＯＩ構造の半導体基板１の表面上にフィールド酸化膜としてのＬＯＣＯＳ酸化膜６を形成することで、素子分離する。続いて、選択的にイオン注入等することで、素子を形成する。
【００１９】
その後、半導体基板１上にＢＰＳＧ膜２ａを６７０ｎｍの膜厚にて成膜する。さらに、プラズマＣＶＤ法により、Ｐ−ＳｉＮ膜２ｂを１００ｎｍの膜厚にて成膜する。そして、その上にＴＥＯＳ／ＳＯＧ／ＴＥＯＳ膜２ｃを３７０〜４７０ｎｍの膜厚にて形成する。
【００２０】
続いて、１０〜１４ｎｍの膜厚にて、ＣｒＳｉ膜３を成膜する。その後、ＣｒＳｉ膜３上に、レジストを成膜し、フォトリソグラフィ工程により、レジストをパターニングする。
【００２１】
そして、パターニングされたレジストをマスクとした等方性エッチングにより、ＣｒＳｉ膜３をパターニングする。このとき、例えば、エッチングガスとして、ＣＦ４ガス及びＯ２ガスを用いる。エッチングガスの配合割合では、ＣＦ４ガスをＯ２ガスよりも多くする。これにより、電流が流れる方向と垂直な方向での断面３ａの形状が略長方形となるように、ＣｒＳｉ膜３をパターニングすることができる。
【００２２】
そして、マスクとして使用したレジストを除去した後、薄膜抵抗用の端子となるＡｌ膜４ａ、４ｂをＣｒＳｉ膜３の両端に形成する。その後、ＣｒＳｉ膜３及びＡｌ端子４ａ、４ｂの上に、ＴＥＯＳ膜５ａを３００ｎｍの膜厚にて形成する。また、その上に、プラズマＣＶＤ法により、パッシベーション膜として、膜厚が１６００ｎｍであるＳｉＮ膜５ｂを形成する。
【００２３】
パッシベーション膜を形成した後、薄膜抵抗のレーザートリミングを行う。このとき、ＣｒＳｉ膜３のうち、Ａｌ端子４ａとＡｌ端子４ｂとの間の領域であって、端から中央に向けてレーザー光を照射する。レーザー光によりＣｒＳｉ膜３を溶断することで、ＣｒＳｉ膜３の抵抗値を所望の値に調整する。このようにして、半導体装置が形成される。
【００２４】
ここで、図４（ａ）に従来における半導体装置の断面図を示す。この図は、本実施形態の図２に対応している。従来では、ＣｒＳｉ膜３の等方性エッチングにおいて、本実施形態とは、反対に、Ｏ２ガスの方がＣＦ４ガスよりも多い配合割合のエッチングガスを使用していた。このため、パターニングされたＣｒＳｉ膜はテーパー形状となっていた。言い換えると、図４（ａ）に示されるように、ＣｒＳｉ膜３の両端に形成されたＡｌ端子間に流れる電流の方向と垂直な断面３ａの形状が、上底が下底よりも短い略台形形状となっていた。
【００２５】
従来、ＣｒＳｉ膜３の端部がテーパー形状となっていたのは、次の理由の為である。ＣＦ４ガスはＣｒＳｉ膜３をエッチングする働きを有しているが、マスクとして用いるレジストを硬化させてしまう働きもある。レジストが硬化すると、その後のレジストの除去ができない。したがって、従来では、レジストが硬化しないように、Ｏ２ガスがＣＦ４ガスよりも多い配合割合のエッチングガスを用いて、エッチングが行われていた。なお、Ｏ２ガスは通常レジストをエッチングするときに使用されるガスであり、レジストがＣＦ４ガスにより硬化するのを防ぐことができる。
【００２６】
そして、ＣｒＳｉ膜３のエッチング時では、エッチングガスにより、レジストから露出しているＣｒＳｉ膜３がエッチングされる。さらに、エッチングガスがレジストの開口部からレジストの下側に回り込み、レジストの下側のＣｒＳｉ膜３もエッチングされる。このとき、レジストもＯ２ガスにより、徐々にエッチングされ、レジストの端部が後退し、言い換えるとレジストの開口部が徐々に広がってしまっていた。このため、ＣｒＳｉ膜３の端部はテーパー形状になりやすかった。
【００２７】
図４（ｂ）に図４（ａ）中の一点鎖線にて示す領域Ｃの拡大図を示す。この図はＣｒＳｉ膜３の断面３ａ近辺を示している。以下では、ＣｒＳｉ膜３の端面１１を半導体基板１上から半導体基板１の表面に投影したときの端面１１の上端１１ａから下端１１ｂまでの長さをテーパー長１２と呼ぶ。このテーパー長１２は、ＣｒＳｉ膜３の端部において、上面１３の先端１１ａを下面１４に投影したときの上面１３と下面１４との先端１１ａ、１１ｂの位置の差でもある。さらに、言い換えると、ＣｒＳｉ膜３は、端部より離れた位置では、膜厚が均一であり、端部においては、先端に向かうにつれ膜厚が減少しており、端部における膜厚が減少し始める位置１１ａからＣｒＳｉ膜３の先端１１ｂまでの長さでもある。
【００２８】
これに対して、本実施形態では、ＣｒＳｉ膜３の等方性エッチングにおいて、ＣＦ４ガスがＯ２ガスよりも配合割合が多いエッチングガスを用いている。これにより、従来よりもテーパー長１２を短くすることができ、さらに、エッチングガスの混合比を調整することで、ＣｒＳｉ膜３の端部の形状を、図２（ｂ）に示されるように、テーパー長が０である形状とすることもできる。なお、このとき、エッチング後のレジストの除去が良好に行えるように、エッチングガスにおけるＯ２の配合割合を設定しておく。
【００２９】
このように、本実施形態では、電流が流れる方向と垂直な方向での断面３ａの形状が略長方形となるようにＣｒＳｉ膜３をパターニングしている。これにより、このＣｒＳｉ膜３をレーザートリミングするとき、ＣｒＳｉ膜３の周囲の絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が入らないように、レーザートリミングを行うことができる。以下にて、この理由について、説明する。
【００３０】
図５にＣｒＳｉ膜３のテーパー長とＣｒＳｉ膜３を完全に溶断するために必要なレーザーエネルギー値（トリム開始エネルギー）との関係を調べた実験結果を示す。また、図６に実験方法を表す図を示す。図６は、図１の半導体装置を上から見たときの図であって、ＣｒＳｉ膜３上の絶縁膜２、５を省略し、ＣｒＳｉ膜３とＡｌ端子４のみ示している。
【００３１】
この実験は、テーパー長１２が異なる長さのサンプルを用意し、図６に示すように、２つのＡｌ端子４ａ、４ｂ間にその間の抵抗値を測定するための測定器２１を接続し、レーザー出力を可変させて、図中の▲１▼、▲２▼、▲３▼．．．．の矢印に示すように、レーザーを照射させて行った。そして、抵抗値が無限大となるとき、すなわち、レーザー照射により、ＣｒＳｉ膜３が完全に溶断され、Ａｌ端子４ａ、４ｂ間が開放状態となったときのレーザー出力を調べた。
【００３２】
なお、実験では、ＧＳＩ社製のトリミング装置を用い、レーザーは、波長λ＝１．０４７μｍのＹＬＦレーザーで、照射パルス幅が約７ｎｓ、パルス間隔が２．５ｍｓのパルスレーザーを用いた。レーザー光のＣｒＳｉ膜３上におけるスポット経は６μｍとした。また、測定サンプルの構造は、図３と同じであり、絶縁膜２、５の膜厚は、本実施形態にて示している膜厚と同じである。ただし、ＣｒＳｉ膜３の膜厚は、１２〜１４ｎｍである。
【００３３】
この実験結果より、テーパー長１２が長くなるにつれ、ＣｒＳｉ膜３を完全に溶断するのに必要なレーザー光のエネルギー値が大きくなることがわかった。
【００３４】
これは、次の理由によることが推定される。端部がテーパー形状であるとき、テーパー長が長くなるにつれ、薄膜抵抗の単位体積あたりの最表面積が大きくなる。言い換えると、テーパー長が長くなるにつれ、薄膜抵抗の端部において、端面１１の面積が大きくなる。
【００３５】
このため、端部にレーザ光が照射されたとき、この端部からの放熱量が大きくなる。その結果、テーパー長１２が長いＣｒＳｉ膜３は、ＣｒＳｉ膜３を溶断するために、テーパー長１２が短いものよりもより大きなレーザーエネルギーを必要とするからであると推定される。
【００３６】
また、この実験では、レーザーエネルギーが０．３μＪ／Ｐｕｌｓｅよりも大きいとき、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が発生した。このことから、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が発生しないように、ＣｒＳｉ膜３を溶断するためには、０．３μＪ／Ｐｕｌｓｅよりも低いレーザーエネルギー値にて、ＣｒＳｉ膜３を溶断できればよい。
【００３７】
また、図５は、各テーパー長１２のＣｒＳｉ膜３がレーザー光によって、完全に溶断されたときのレーザーエネルギー値がプロットされている。そして、これらの結果より導き出された近似曲線が同一の図に示されている。
【００３８】
したがって、この近似曲線よりも下側の領域は、各テーパー長１２のＣｒＳｉ膜３をこの領域内のエネルギー値にてレーザー照射したとき、ＣｒＳｉ膜３が完全に切れない、すなわち、切れ残りが発生してしまう領域であることを示している。このことから、各テーパー長１２のＣｒＳｉ膜３において、この近似曲線よりも上側の領域のエネルギー値にて、ＣｒＳｉ膜３にレーザー光を照射すれば、ＣｒＳｉ膜３を溶断することが可能である。
【００３９】
本実施形態では、ＣｒＳｉ膜３の電流が流れる方向に対して、垂直な面の形状は略長方形となっている。すなわち、ＣｒＳｉ膜３のテーパー長１２が０ｎｍとなっている。このとき、図５に示されるように、０．２μＪ／Ｐｕｌｓｅ以上のレーザーエネルギー値にて、ＣｒＳｉ膜３を完全に溶断することができる。したがって、レーザーエネルギー値を０．２〜０．３μＪ／Ｐｕｌｓｅとして、レーザートリミング照射することで、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂を発生させることなくレーザートリミングを行うことができる。
【００４０】
なお、上記したように、本実施形態では、テーパー長１２が０ｎｍとなるようにＣｒＳｉ膜３をパターニングしていたが、０ｎｍに限られず、図５に示されるように、０．３μＪ／Ｐｕｌｓｅよりも低いエネルギー値にて、完全に溶断できるテーパー長１２、すなわち、０〜５０ｎｍの範囲内のテーパー長１２となるようにパターニングすることもできる。
【００４１】
そして、この場合においても、０．３μＪ／Ｐｕｌｓｅよりも低く、かつ完全に溶断が可能なエネルギー値以上のレーザーエネルギー値に制御して、ＣｒＳｉ膜３にレーザー光を照射することで、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂を発生させることなくレーザートリミングを行うことができる。
【００４２】
なお、図５は、ＣｒＳｉ膜３の膜厚が１２〜１４ｎｍのときの実験結果であるが、膜厚がその半分、すなわち、６〜７ｎｍのときにおいても、同一の実験結果となった。したがって、ＣｒＳｉ膜３の膜厚が６〜１４ｎｍのときであれば、上記したように、テーパー長１２が０〜５０ｎｍとなるように、ＣｒＳｉ膜３をパターニングすれば良い。
【００４３】
なお、上記した実施形態では、図２（ｂ）に示されるように、ＣｒＳｉ膜３のうち、電流が流れる方向と直行方向の断面３ａの端部におけるテーパー長１２を所望の長さに制御していたが、ＣｒＳｉ膜３のうち、テーパー長１２を制御すべき箇所は、電流方向と直交方向の断面における端部に限らず、レーザー光が照射される予定の端部である。
【００４４】
すなわち、ＣｒＳｉ膜３のパターニングのとき、その後のレーザートリミングにてレーザー光を照射する予定の端部でのテーパー長１２が短くなるようにエッチングを行う。このとき、テーパー長１２をＣｒＳｉ膜３の周辺に位置する絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低いレーザーエネルギー値にて、レーザートリミングを行うことができる長さとする。
【００４５】
そして、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が入るレーザーエネルギー値よりも低く、かつ、ＣｒＳｉ膜３を完全に溶断できるエネルギー以上のレーザーエネルギー値にて、レーザー光を照射させることで、絶縁膜２、５や半導体基板１に亀裂が入るのを抑制して、レーザートリミングを行うことができる。
【００４６】
また、本実施形態では、薄膜抵抗として、ＣｒＳｉを用いた場合を説明してきたが、例えば、ＲｕＯ２、ＴａＮ、Ｔａ２Ｏ３、ＮｉＣｒ等を用いる場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態における半導体装置の断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の半導体装置を矢印Ｂ方向から見たときの図１中のＣｒＳｉ膜３とＡｌ端子４とを示す図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ矢視断面を含む斜視図である。
【図３】図２（ｂ）をより具体的に示している半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）は図２（ｂ）に対応する従来における半導体装置の断面図であり、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線にて示す領域Ｃを拡大した図である。
【図５】ＣｒＳｉ膜３のテーパー長１２とＣｒＳｉ膜３を完全に溶断するために必要なレーザーエネルギー値との関係を調べた実験結果を示す図である。
【図６】実験方法を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体基板、２、５…絶縁膜、３…ＣｒＳｉ膜、４…Ａｌ端子、６…ＬＯＣＯＳ酸化膜、１１…ＣｒＳｉ膜の端面、１１ａ…ＣｒＳｉ膜の端面の上端、１１ｂ…ＣｒＳｉ膜の端面の下端、１２…テーパー長、２１…測定器。
【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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