(57)【要約】【課題】イオン種を注入する際のダメージを抑制することができる多結晶シリコン抵抗素子の形成方法を提供する。【解決手段】イオン種の注入を行うことによる多結晶シリコン抵抗素子の形成方法において、シリコン基板１上にＳｉＯ２膜２を介して第１の多結晶シリコン膜３を形成し、この第１の多結晶シリコン膜の表層にイオン種の注入を行う。続いて、第１の多結晶シリコン膜の上層に第２の多結晶シリコン膜４を形成し、その後、イオン種を拡散するための熱処理を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン種の注入を行うことによる回路構成素子の形成方法において、
基板上に第１の回路形成層を形成する工程と、
該第１の回路形成層の表層にイオン種の注入を行う工程と、
該第１の回路形成層の上層に第２の回路形成層を形成する工程と、
前記注入したイオン種を拡散するための熱処理を行う工程を備えることを特徴とする回路構成素子の形成方法。
【請求項２】
積層した前記回路形成層の略中央部を対称軸として前記イオン種の注入領域が線対称をなす様にイオン種の注入を行うことを特徴とする請求項１に記載の回路構成素子の形成方法。
【請求項３】
前記第２の回路形成層は、加熱雰囲気下で形成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成素子の形成方法。
【請求項４】
前記第２の回路形成層は、化学的気相成長法で形成することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載の回路構成素子の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回路構成素子の形成方法に関する。詳しくは、イオン種の注入を行うことによる回路構成素子の形成方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ回路においては、精度の良い抵抗素子が要求され、このＩＣ回路で用いられる抵抗素子としては、シリコン基板中に形成された不純物拡散層を用いた拡散抵抗と、酸化膜などの絶縁膜上に形成された多結晶シリコン膜を材料として用いた多結晶シリコン抵抗とが代表的である。このうち多結晶シリコン抵抗は、抵抗値の制御性という点では拡散抵抗より若干劣るものの、寄生容量が少なく、ＦＥＴ効果も無いことに加えてバイアス制限も無いことから、多結晶シリコン膜を用いる半導体装置において多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
以下、図面を用いて、ＩＣ回路で用いられる多結晶シリコン抵抗素子の従来の形成方法について説明する。
【０００３】
従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法では、先ず、図５（ａ）で示す様に、シリコン基板１０１上にＳｉＯ２膜１０２を介して多結晶シリコン膜１０３をＣＶＤ法によって約１５０ｎｍ形成する。次に、図５（ｂ）で示す様に、図中符号Ａで示す多結晶シリコン膜の略中央部領域にＢ＋やＢＦ２＋等の抵抗形成用のイオン種の注入を行う。
なお、多結晶シリコン膜は図５（ｃ）で示す様に、イオン種の注入によるダメージを含むと共に注入されたイオン種を含む層１０３Ａとイオン種の注入によるダメージを含まないと共にイオン種を含まない層１０３Ｂとに分割される。
【０００４】
次に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって図５（ｄ）で示す様に抵抗素子を形成する領域における多結晶シリコン膜を所定形状にパターニングを行った後、図６（ｅ）で示す様にＣＶＤ法によって全面にＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜１０４を形成する。
【０００５】
続いて、多結晶シリコン膜を固相成長させて、イオン種の注入の際に生じたダメージを修復するために、図６（ｆ）で示す様に例えば窒素ガス雰囲気において、５５０℃〜６５０℃の温度で熱処理を行う。
【０００６】
その後、多結晶シリコン膜中に注入されたイオン種を多結晶シリコン膜中に拡散させるために図６（ｇ）で示す様に９００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、図６（ｈ）で示す様な多結晶シリコン抵抗素子を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−５０９３４号公報  （第２−６頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法では、多結晶シリコン膜へ抵抗形成用イオン種を注入する際に、多結晶シリコン膜中にダメージを含む多結晶シリコン膜層が形成されるために、ダメージ層の修復のために、熱処理を行わなければならないという不具合があった。
【０００９】
ここで、抵抗形成用のイオン種を多結晶シリコン膜の略中央部領域では無く、多結晶シリコン膜の表層に注入を行うことによって、イオン種を注入する際に生じるダメージを最小限に抑えることができ、ダメージ修復のための熱処理を行う必要がないとも考えられるが、抵抗形成用のイオン種を多結晶シリコン膜の表層に注入した場合には、イオン種が多結晶シリコン膜中を拡散するのに時間を要してしまうという不具合がある。
【００１０】
なお、上記では、抵抗素子の形成の際におけるイオン種の注入により生じるダメージについて説明を行ったが、イオン種の注入により生じるダメージの発生は抵抗素子の形成の際に限定されるものでは無く、回路構成素子一般の形成の際に問題となるものである。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであって、イオン種を注入する際のダメージを抑制することができる回路構成素子の形成方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る回路構成素子の形成方法は、イオン種の注入を行うことによる回路構成素子の形成方法において、基板上に第１の回路形成層を形成する工程と、該第１の回路形成層の表層にイオン種の注入を行う工程と、該第１の回路形成層の上層に第２の回路形成層を形成する工程と、前記注入したイオン種を拡散するための熱処理を行う工程を備える。
【００１３】
ここで、第１の回路形成層の表層にイオン種の注入を行うことによって、イオン種の注入の際に生じるダメージを最小限に抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１及び図２は本発明を適用した回路構成素子の形成方法の一例である多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例を説明するための模式的な図である。なお、以下では上記した従来の形成方法で得られる多結晶シリコン抵抗素子と同様に約１５０ｎｍの膜厚の多結晶シリコン膜から成る多結晶シリコン抵抗素子の形成方法について説明する。
【００１５】
本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例では、先ず、図１（ａ）で示す様に、シリコン基板１上に絶縁膜として機能するＳｉＯ２膜２を介して第１の多結晶シリコン膜３をＣＶＤ法によって約７５ｎｍ形成する。
【００１６】
ここで、シリコン基板上にＳｉＯ２膜を介して形成する抵抗素子形成層はイオン種を注入することによって抵抗素子を形成することができれば充分であって、必ずしも多結晶シリコン膜である必要は無く、シリコン基板の結晶性を受け継いで成長したシリコン単結晶層であるエピタキシャル膜等であっても構わない。
【００１７】
次に、図１（ｂ）で示す様に、第１の多結晶シリコン膜の１ｎｍ〜２ｎｍ程度の表面部分にＢ＋やＢＦ２＋等の抵抗形成用のイオン種の注入を行う。
なお、イオン種の注入を行うことによって、第１の多結晶シリコン膜が、イオン種のダメージを含むと共に注入されたイオン種を含む層３Ａとイオン種の注入によるダメージを含まないと共にイオン種を含まない層３Ｂとに分割される点は従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法と同様であるが、第１の多結晶シリコン膜の表面部分にイオン種を注入することによって、第１の多結晶シリコン膜中のダメージを含む領域を最小限に留めることができる。
【００１８】
次に、図１（ｃ）で示す様に、第１の多結晶シリコン膜の上層に第２の多結晶シリコン膜４を６００℃程度の温度のＣＶＤ法によって約７５ｎｍ形成する。
【００１９】
ここで、第１の多結晶シリコン膜の表面部分のイオン種の注入領域を第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜で挟み込む様に第１の多結晶シリコン膜の上層に第２の多結晶シリコン膜を形成すれば充分であり、必ずしも第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の膜厚を約７５ｎｍとする必要は無い。但し、本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例では多結晶シリコン膜の形成を２回に分けて行うために、最終的に形成しようとする多結晶シリコン抵抗素子が有する多結晶シリコン膜の半分の膜厚である７５ｎｍの膜厚で第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜を形成し、第１の多結晶シリコン膜の表面部分であるイオン種の注入領域を多結晶シリコン膜（第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の積層膜）の略中央領域に位置せしめることによって、後述する拡散のための熱処理を行った際に多結晶シリコン膜の上層及び下層でのイオン種のバラツキが少なく、抵抗値の制御が容易になると考えられるために、多結晶シリコン膜の形成を２回に分けて行う本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例では第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の膜厚は共に７５ｎｍである方が好ましい。
【００２０】
なお、多結晶シリコン膜の形成を３回以上に分けて行う場合には、多結晶シリコン膜の形成回数を考慮した上で、拡散の熱処理を行った際に多結晶シリコン膜の上層と下層におけるイオン種のバラツキを抑制すべく積層した多結晶シリコン膜の略中央領域を対称軸としてイオン種の注入領域が線対称をなす様に、各々の工程によって形成する多結晶シリコン膜の膜厚を調整する方が好ましい。
【００２１】
また、第２の多結晶シリコン膜は第１の多結晶シリコン膜の上層に形成することによって、第１の多結晶シリコン膜の表面部分であるイオン種の注入領域を多結晶シリコン膜（第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜）の略中央領域に位置せしめることができれば充分であって、必ずしもＣＶＤ法によって形成する必要は無いが、加熱雰囲気下で第２の多結晶シリコン膜を形成した場合には、第２の多結晶シリコン膜を形成する際に第１の多結晶シリコン膜が固相成長し、イオン種の注入の際に生じたダメージを修復することができるために、ＣＶＤ法等の加熱雰囲気下で多結晶シリコン膜を形成する方法によって第２の多結晶シリコン膜を形成する方が好ましい。
【００２２】
なお、加熱雰囲気下で第２の多結晶シリコン膜を形成しなかった場合であっても、即ち、第２の多結晶シリコン膜を形成する際にイオン種の注入の際に生じたダメージを修復することができなかったとしても、上記した様に、第１の多結晶シリコン膜の表面部分にイオン種を注入することによって第１の多結晶シリコン膜中のダメージを含む領域を最小限に留めており、従来と比較してダメージ処理のための熱処理の簡素化を図ることが可能となる。
【００２３】
次に、上記した従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法と同様に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって図１（ｄ）で示す様に、多結晶シリコン抵抗素子を形成する領域における多結晶シリコン膜を所定形状にパターニングを行った後、図２（ｅ）で示す様にＣＶＤ法によって全面にＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜５を形成する。
【００２４】
その後、第１の多結晶シリコン膜の表面部分に注入したイオン種を多結晶シリコン膜中に拡散させるために図２（ｆ）で示す様に９００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、図２（ｇ）で示す様な多結晶シリコン抵抗素子を得ることができる。
【００２５】
本発明を適用した多結晶シリコン抵抗の形成方法の一例では、ＣＶＤ法によって第２の多結晶シリコン膜を形成する際の温度が６００℃程度であり、従来のイオン種の注入の際に生じたダメージを修復するための熱処理温度である５５０℃〜６５０℃と同水準であるために、第２の多結晶シリコン膜の形成時にイオン種の注入の際に生じたダメージを修復することが可能であり、ダメージ修復のための熱処理を行う必要が無い。
【００２６】
また、第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の膜厚を共に７５ｎｍとしてイオン種の注入領域を積層した多結晶シリコン膜の略中央領域に位置せしめることによって、拡散のための熱処理を行った際にイオン種が多結晶シリコン膜の上下に均一に拡散され、上層及び下層の抵抗値のバラツキが抑制でき、抵抗値のコントロールが容易となる。特に、上層及び下層の抵抗値のバラツキを抑制することができ、表皮効果の均一性を図ることができるために、高周波での使用の際にその効果が顕著に現れるものである。
【００２７】
更に、ダメージ修復のための熱処理を行うことに基づく不具合、即ち、ダメージを修復するための熱処理によってダメージを含む層のシリコン粒が粗大化してしまい、多結晶シリコン膜の上層と下層での抵抗値が異なってしまうという不具合が生じることも無い。
【００２８】
図３及び図４は本発明を適用した回路構成素子の形成方法の他の一例である多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例を説明するための模式的な図である。
【００２９】
本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例では、先ず、図３（ａ）で示す様に、シリコン基板上にＳｉＯ２膜を介して第１の多結晶シリコン膜をＣＶＤ法によって約５０ｎｍ形成する。
【００３０】
ここで、シリコン基板上にＳｉＯ２膜を介して形成する抵抗素子形成層は必ずしも多結晶シリコン膜である必要は無く、エピタキシャル膜等であっても構わない点は上記した本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例と同様である。
【００３１】
次に、図３（ｂ）で示す様に、第１の多結晶シリコン膜の１ｎｍ〜２ｎｍ程度の表面部分にＢ＋やＢＦ２＋等の抵抗形成用のイオン種の注入を行った後に、図３（ｃ）で示す様に、第１の多結晶シリコン膜の上層に第２の多結晶シリコン膜を６００℃程度の温度のＣＶＤ法によって約５０ｎｍ形成する。
【００３２】
続いて、図３（ｄ）で示す様に、第２の多結晶シリコン膜の１ｎｍ〜２ｎｍ程度の表面部分にＢ＋やＢＦ２＋等の抵抗形成用のイオン種の注入を行った後に、図３（ｅ）で示す様に、第２の多結晶シリコン膜の上層に第３の多結晶シリコン膜６を６００℃程度の温度のＣＶＤ法によって約５０ｎｍ形成する。
【００３３】
ここで、第１の多結晶シリコン膜の表面部分のイオン種の注入領域を第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜で挟み込む様に第１の多結晶シリコン膜の上層に第２の多結晶シリコン膜を形成すると共に、第２の多結晶シリコン膜の表面部分のイオン種の注入領域を第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜で挟み込む様に第２の多結晶シリコン膜の上層に第３の多結晶シリコン膜を形成すれば充分であり、必ずしも第１の多結晶シリコン膜、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜の膜厚を約５０ｎｍとする必要は無い。
但し、本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例では多結晶シリコン膜の形成を３回に分けて行うために、最終的に形成しようとする多結晶シリコン抵抗素子が有する多結晶シリコン膜の１／３の膜厚である５０ｎｍの膜厚で第１の多結晶シリコン膜、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成し、第１の多結晶シリコン膜の表面部分及び第２の多結晶シリコン膜の表面部分であるイオン種の注入領域を多結晶シリコン膜（第１の多結晶シリコン膜、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜の積層膜）の略中央部を対称軸として線対称をなす様に位置せしめることによって、後述する拡散のための熱処理を行った際に多結晶シリコン膜の上層及び下層でのイオン種のバラツキが少なく、抵抗値の制御が容易になると考えられるために、多結晶シリコン膜の形成を３回に分けて行う本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例では第１の多結晶シリコン膜、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜の膜厚は５０ｎｍである方が好ましい。
【００３４】
また、上記した本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例と同様に、第２の多結晶シリコン膜を第１の多結晶シリコン膜の上層に形成すると共に第３の多結晶シリコン膜を第２の多結晶シリコン膜の上層に形成することによって、第１の多結晶シリコン膜の表面部分及び第２の多結晶シリコン膜の表面部分であるイオン種の注入領域が、多結晶シリコン膜の略中央部を対称軸として線対称をなす様に位置せしめることができれば充分であって、必ずしも第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜をＣＶＤ法によって形成する必要は無いが、加熱雰囲気下で第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成した場合には、第２の多結晶シリコン膜を形成する際に第１の多結晶シリコン膜が固相成長し、第３の多結晶シリコン膜を形成する際に第２の多結晶シリコン膜が固相成長してイオン種の注入の際に生じたダメージを修復することができるために、ＣＶＤ法等の加熱雰囲気下で多結晶シリコン膜を形成する方法によって第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成する方が好ましい。
【００３５】
なお、加熱雰囲気下で第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成しなかった場合であっても、即ち、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成する際にイオン種の注入の際に生じたダメージを修復することができなかったとしても、第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の表面部分にイオン種を注入することによって第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜中のダメージを含む領域を最小限に留めており、従来と比較してダメージ処理のための熱処理の簡素化を図ることが可能となる。
【００３６】
次に、上記した本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例と同様に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって図４（ｆ）で示す様に、多結晶シリコン抵抗素子を形成する領域における多結晶シリコン膜を所定形状にパターニングを行った後、図４（ｇ）で示す様にＣＶＤ法によって全面に層間絶縁膜を形成する。
【００３７】
その後、第１の多結晶シリコン膜及び第２の多結晶シリコン膜の表面部分に注入したイオン種を多結晶シリコン膜中に拡散させるために図４（ｈ）で示す様に９００℃程度の温度で熱処理を行うことによって、図４（ｉ）で示す様な多結晶シリコン抵抗素子を得ることができる。
【００３８】
本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例では、ＣＶＤ法によって第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜を形成する際の温度が６００℃程度であり、従来のイオン種の注入の際に生じたダメージを修復するための熱処理温度である５５０℃〜６５０℃と同水準であるために、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜の形成時にイオン種の注入の際に生じたダメージを修復することが可能であり、ダメージ修復のための熱処理を行う必要が無い。
【００３９】
また、第１の多結晶シリコン膜、第２の多結晶シリコン膜及び第３の多結晶シリコン膜の膜厚を５０ｎｍとしてイオン種の注入領域を多結晶シリコン膜の略中央部を対称軸として線対称をなす様に位置せしめることによって、拡散のための熱処理を行った際にイオン種が多結晶シリコン膜の上下に均一に拡散され、上層及び下層の抵抗値のバラツキを抑制でき、抵抗値のコントロールが容易となる。
更に、ダメージ修復のための熱処理を行うことに基づく不具合が生じることも無い。
【００４０】
なお、上記では、多結晶シリコン抵抗素子の形成を例に挙げて説明を行ったが、本発明は多結晶シリコン抵抗素子の形成に限定されることなく、回路構成素子一般の形成においてイオン種の注入により生じるダメージの修復のための熱処理を行う必要が無くなる。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べてきた如く、本発明の回路構成素子の形成方法では、イオン種の注入の際に生じるダメージを最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例を説明するための図（１）である。
【図２】本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の一例を説明するための図（２）である。
【図３】本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例を説明するための図（１）である。
【図４】本発明を適用した多結晶シリコン抵抗素子の形成方法の他の一例を説明するための図（２）である。
【図５】従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法を説明するための図（１）である。
【図６】従来の多結晶シリコン抵抗素子の形成方法を説明するための図（２）である。
【符号の説明】
１    シリコン基板
２    ＳｉＯ２膜
３    第１の多結晶シリコン膜
４    第２の多結晶シリコン膜
５    層間絶縁膜
６    第１の多結晶シリコン膜
【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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