(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを有する多結晶シリコンからなる抵抗体と、
前記抵抗体から離れて配置された配線層と、
前記抵抗体及び前記配線層上に配置された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の、前記抵抗体の高濃度不純物領域上のコンタクトホール及び前記配線層上の第１のコンタクトホールとの間を接続する金属配線と、
前記抵抗体の低濃度不純物領域上を覆い、前記配線層上の第２のコンタクトホールに接続する金属配線と、を有する事を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板上の、前記半導体基板と逆導電型の不純物領域からなる前記配線層を有する事を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜上に形成する多結晶シリコンからなる前記配線層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを有する多結晶シリコンからなる抵抗体と、
前記抵抗体上に配置された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上であって前記抵抗体の低濃度不純物領域上を覆うように配置された第１の金属配線と、
前記第２の絶縁膜上であって前記抵抗体の高濃度不純物領域に設けたコンタクトホールに接続する第２の金属配線と、
前記第１及び第２の金属配線上に配置された第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に配置された第３の金属配線層とを有し、前記第１の金属配線と前記第３の金属配線が前記第３の絶縁膜上に設けたスルーホールを介して接続し、前記第２の金属配線と前記第３の金属配線が前記第３の絶縁膜上に設けた別のスルーホールを介して接続していることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された、多結晶シリコンからなる抵抗体と、
前記抵抗体から離れて形成された配線層と、
前記抵抗体及び前記配線層上に配置された第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の、前記抵抗体の一方の端上に配置されたコンタクトホール及び前記配線層上に配置された第１のコンタクトホールとの間を接続する金属配線と、
前記第２の絶縁膜の、前記抵抗体の他方の端上に配置されたコンタクトホールと、
前記抵抗体の両端にそれぞれ配置された前記コンタクトホールの間の領域を覆い、前記配線層上の第２のコンタクトホールに接続された金属配線と、を有する事を特徴とする半導体装置。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に配置された、多結晶シリコンからなる抵抗体と、
前記抵抗体上に形成した第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の、前記抵抗体の両端にそれぞれ配置されたコンタクトホールと、
前記第２の絶縁膜上であって前記抵抗体の両端にそれぞれ配置された前記コンタクトホールの間の領域を覆うように配置された第１の金属配線と、
前記第２の絶縁膜上であって前記抵抗体の一方の端のコンタクトホールに接続する第２の金属配線と、
前記第１及び第２の金属配線上に形成した第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜上に形成した第３の金属配線層とを有し、前記第１の金属配線と前記第３の金属配線が前記第３の絶縁膜上に設けたスルーホールを介して接続し、前記第２の金属配線と前記第３の金属配線が前記第３の絶縁膜上に設けた別のスルーホールを介して接続していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコンからなる抵抗回路を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路における抵抗には、単結晶シリコン半導体基板に、半導体基板と逆導電型の不純物を注入した拡散抵抗や、不純物を注入した多結晶シリコンからなる多結晶シリコン抵抗が用いられる。そのうち多結晶シリコン抵抗は、周囲を絶縁膜で囲まれているためにリーク電流が少ない事、グレイン境界に存在する欠陥により高い抵抗値が得られる事などの利点があるため幅広い半導体集積回路に採用されている。
【０００３】
図２(a),(b)に従来の多結晶シリコン抵抗回路の模式平面図及び断面図を示す。
【０００４】
多結晶シリコン抵抗は、絶縁膜上にLPCVD法などにより堆積した多結晶シリコン薄膜に、P型もしくはN型の不純物を注入し、その後フォトリソグラフィ技術にて抵抗形状に加工することで作成する。不純物の注入は多結晶シリコン抵抗の抵抗率を決定する為で、その所望の抵抗率に応じ、1×1017/cm3から1×1020/cm3までの濃度のP型不純物、例えばボロンやBF2もしくはN型の不純物、例えばリンや砒素を注入する。また、抵抗体の両側の端子はコンタクトホール及び金属配線にて形成し、その電位を取り出すようにしているが、この部分での多結晶シリコンと金属配線との間で、良好なオーミックコンタクトを得る為に抵抗体の端子となる部分の多結晶シリコンには1×1020/cm3以上となるような高濃度の不純物を注入している。
【０００５】
このため、多結晶シリコンを用いた抵抗体は、図３に示す２０１から２０４の抵抗群からなる抵抗回路を構成する場合、図２(a)の模式平面図及び図２(b)の模式断面図のように、半導体基板１上の絶縁膜２に形成した低濃度不純物領域４及び高濃度不純物領域５からなる多結晶シリコン３で構成され、高濃度不純物領域５上に設けられたコンタクトホール６を介して金属配線７により端子A（１０１）から端子E（１０５）の電位を取り出すようにしている。また、抵抗回路より様々な電位を取り出す場合、それぞれの抵抗群１（２０１）から抵抗群４（２０４）は、単位抵抗体を基本としてその抵抗体の直列接続や並列接続により様々な構成の抵抗群が選択される。そして、その抵抗群ごとに抵抗値を安定させるために抵抗群上に金属を形成しこの金属を抵抗群のある一端の端子に接続する。その理由は２つある。
【０００６】
まず、第１の理由は多結晶シリコン抵抗の安定性を得る為である。多結晶シリコンは半導体なので、その上に配線や電極が形成されると、その配線や電極の電位と多結晶シリコン抵抗の電位の相対関係により、多結晶シリコンの内部が空乏化したり蓄積したりする事により抵抗値が変化する。具体的にはP型の不純物を注入された多結晶シリコンにおいて、その直上に多結晶シリコン抵抗より高い電位をもった配線もしくは電極が存在すると、P型の多結晶シリコンが空乏化するため、抵抗値が高くなる。逆の電位関係の場合は蓄積状態のために抵抗値が低くなる。このような抵抗値変動を避ける為、多結晶シリコン上には多結晶シリコンの電位と近い配線を故意に形成することで、常に同じ抵抗値を保つ事ができる。その例の１つが図２（ａ）に示す模式平面図であり、多結晶シリコン抵抗の片側の電極を抵抗体まで延ばして電位固定している。
【０００７】
このような現象は、多結晶シリコンの上側の配線のみならず、下側の状態にも当然依存する。すなわち、多結晶シリコン抵抗と、多結晶シリコン抵抗下の半導体基板の電位の相対関係により抵抗値が変動してしまう。このため図示はしないが、多結晶シリコン抵抗の下方にも先の金属配線と同様に故意に拡散領域などを形成し、電位を安定する施策が知られている。
【０００８】
第２の理由は半導体プロセスにおいて、多結晶シリコン抵抗値に影響を及ぼす水素の多結晶シリコンへの拡散を防止する為である。多結晶シリコンは、比較的結晶性の高いグレインと、結晶性の低い、すなわち準位密度の多い、グレインとグレイン間のいわゆるグレイン境界から成る。多結晶シリコン抵抗の抵抗値は、このグレイン境界に多数存在する準位にキャリアである電子もしくはホールがトラップされる事で抵抗値のほとんどが決まる。しかるに半導体作製プロセスにおいて拡散係数の高い水素が発生すると、この水素は容易に多結晶シリコンまで到達し、準位にトラップされ抵抗値を変動させてしまう。
【０００９】
このような水素発生プロセスとしては、例えば金属電極形成後の水素雰囲気によるシンタリング工程や、アンモニアガスを用いるプラズマ窒化膜形成工程である。多結晶シリコン抵抗上に金属配線を覆う事で、このような水素拡散による多結晶シリコンの抵抗値変動を抑制する事ができる。このような多結晶シリコン抵抗値を安定的に提供する方法は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−０７６２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のこのような多結晶シリコン抵抗値安定化のための方法には以下のような問題があった。すなわち、半導体製造工程における多結晶シリコンへの水素以外の影響、例えばプラズマによるチャージや、熱・応力などの影響を多結晶シリコン上の金属が敏感に受けてしまいやすいということである。そのためこれらの影響が上部の金属を介して、多結晶シリコンに作用を及ぼし、結果抵抗値を変動させてしまうといった問題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために、以下のようにする。
１．半導体基板と、この半導体基板上に形成した第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に形成し、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを有する多結晶シリコンからなる抵抗体と、多結晶シリコンからなる複数の抵抗体から離れて形成された配線層と、抵抗体及び配線層上に形成した第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の、前記抵抗体の高濃度不純物領域上のコンタクトホール及び配線層上の第１のコンタクトホールに接続する金属配線と、抵抗体の低濃度不純物領域上を覆い、配線層上の第２のコンタクトホールに接続する金属配線と、を有する事を特徴とする半導体装置とした。
２．半導体基板と、半導体基板上に形成した第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に形成し、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを有する多結晶シリコンからなる抵抗体と、抵抗体上に形成した第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上であって抵抗体の低濃度不純物領域上を覆うように形成する第１の金属配線と、第２の絶縁膜上であって抵抗体の高濃度不純物領域に設けたコンタクトホールに接続する第２の金属配線と、第１及び第２の金属配線上に形成した第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜上に形成した第３の金属配線層とを有し、第１の金属配線と第３の金属配線が第３の絶縁膜上に設けたスルーホールを介して接続し、第２の金属配線と第３の金属配線が第３の絶縁膜上に設けた別のスルーホールを介して接続していることを特徴とする半導体装置とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体製造工程の影響による変動を受けにくく抵抗値変動が少なく安定的な多結晶シリコン抵抗体からなる抵抗回路を有する半導体装置を提供する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、図３に示される抵抗回路を実現するための本発明の実施の形態を示す模式平面図である。抵抗群１（２０１）から抵抗群４（２０４）は従来と同様、半導体基板１上の絶縁膜２上に形成した低濃度不純物領域４及び高濃度不純物領域５からなる多結晶シリコン３で構成され、高濃度不純物領域５上に設けられたコンタクトホール６を介して金属配線７により端子A(１０１)から端子E（１０５）の電位を取り出すようにしている。
【００１５】
従来例では図２(a),(b)に示すように、この金属配線７を伸張させて抵抗体の低濃度不純物領域まで覆うようにしていた。これは先に述べたように抵抗体とそれを覆う金属のそれぞれの電位を同一にすることで、抵抗値の安定化を図るためである。ここで本発明ではその抵抗体の低濃度不純物領域を覆う金属を一旦他の配線層の一端にコンタクトさせ、その配線層の他の一端のコンタクトから抵抗体の一方の端子に再度金属配線で接続するような構成としている。本発明はそのような接続用配線層８を備えている事を特徴としている。つまり、抵抗体を覆う金属の電位は、抵抗体の一方の端子に間接的にとはいえ接続用配線を介して接続しているので、抵抗体の電位と抵抗体を覆う金属の電位は同じ値をとっておりこの電位差による抵抗値変動を抑制している事は従来と同様であるが、その抵抗体を覆う金属をそのまま抵抗体の一方の端子に直接接続しないように配慮している。抵抗体を覆う金属をそのまま抵抗体の端子に直接接続しないのは、抵抗体の抵抗値の安定化のためである。
【００１６】
半導体プロセスによって形成する金属配線は、プロセス中に様々な影響を受けている。例えばスパッタ法で形成する際にはスパッタ中に加えられる熱や、熱をあえて加える設定をしていなくてもスパッタ処理中に発する熱が印加されている。また、スパッタ中やその後の金属配線形成時に加えられる物理ダメージや応力、プラズマ処理などにより発生する電気的なチャージなどが挙げられる。そのような金属配線に加えられる熱や応力、チャージなどは、その金属のみならず、金属に接触している物質にも影響を及ぼす。例えば図２のような従来例のように抵抗体を覆う金属が抵抗体の一端に接続されている場合、数10um×数10umもの面積で取り込んだ熱や応力・チャージなどが、接続されている抵抗体にも容易に伝達され、その抵抗体のグレイン境界密度を変化させたり、チャージをトラップさせたりするなどの作用を及ぼし、結果としてその抵抗体の抵抗値を変動させてしまう。そのため従来の構成では、抵抗体周囲の電位相対関係に基づく抵抗値変動を抑制する事に非常に大きな効果が発揮されるものの、金属配線がプロセス中に受ける外乱ノイズの影響を抑制する事ができず、これが抵抗値の変動につながっていた。
【００１７】
本発明では金属配線を直接抵抗体に接続していないので、金属配線がプロセス中に受ける外乱ノイズがすぐに抵抗体に達する事はなく、その影響を別の配線により緩和する効果がある。そのため外乱ノイズによる抵抗値の変動が抑制できる。また、同時に配線の接続先そのものは変えていないので、抵抗値周囲の電位相対関係に基づく抵抗値変動の影響を受ける事もない。
【００１８】
以下に本発明を使用した場合の具体的な実施例について説明する。
【００１９】
図４は、抵抗回路図３を実現する為の本発明の第１の実施例を表す要部断面図である。この例では、抵抗体と金属配線の接続を担う接続用配線層を、半導体基板中に形成した不純物拡散層で構成している。この不純物拡散層は半導体基板の極性に対して逆極性となる不純物を選び、抵抗回路に電圧をかけた際に半導体基板中に漏れ電流が過剰に流れないように配慮している。また、この半導体基板と不純物拡散層からなるダイオードが電圧印加により接合破壊しないように抵抗回路にかける電圧に合わせて不純物注入量を選んでいる。
【００２０】
この実施例で接続用配線層に半導体基板中に形成する不純物拡散層を用いるメリットは、金属配線が受けた様々な外乱ノイズを半導体基板に接地して逃がすため、抵抗値変動抑制効果の期待度が大きい点にある。
【００２１】
図５は、抵抗回路図３を実現する為の本発明の第２の実施例を表す要部断面図である。この例では、抵抗体と金属配線とを結ぶ接続用配線層を、抵抗体と同じ多結晶シリコンで形成している。この場合、特別な配線層を用意する事による工程増加が必要なく、さらに異なる配線層間のアライメントずれなどによるレイアウトマージンを設ける必要が無いので所要面積も少なくて済む。すなわち低コスト化に対応できる点が大きな特徴である。外乱ノイズに対しては、熱やチャージによる変動を多結晶シリコンからなる接続用配線層で吸収し、抵抗体に伝えるのを抑える効果がある。この外乱ノイズの影響で接続用配線層が変動したとしても、元々抵抗値ばらつきが問題になるような配線ではないので回路動作に支障をきたす事はない。
【００２２】
図６は、抵抗回路図３を実現する為の本発明の第３の実施例を表す要部断面図である。この例は、多層金属配線プロセスを採用している事を前提にした実施例で、抵抗体と金属配線とを結ぶ接続用配線層を、抵抗体を覆う金属よりも上層の金属配線で形成している。そのため、抵抗体を覆う金属配線を形成した直後にはこの金属配線はどこにも接続されておらず、電気的に浮遊した状態になっており、即座に抵抗体に影響を及ぼす事は全くないという利点がある。仮にチャージなどが金属配線にたまっており、上層配線からなる接続用配線層を形成するまで保ち続けていたとしても、スパッタ法によりウェハー全面に上層配線用の金属を堆積した段階で接続している半導体基板やステージなどから散逸してしまい、抵抗体に影響を与える事はない。
【００２３】
以上示したような実施形態を採用する事により、半導体プロセス中の外乱ノイズの影響を抑制する事が出来、抵抗値変動が少なく安定的な抵抗体からなる抵抗回路を提供する事が出来る。さらに本願に係る発明においては、抵抗体を覆うように形成する金属と、抵抗体との間に回路的に専用接続配線層を挿入するだけであり、抵抗体の空乏化・蓄積効果による抵抗値ばらつきを抑制する効果が損なわれていないことはいうまでもない。
【００２４】
上記実施形態においては低濃度不純物領域と高濃度不純物領域とを有する多結晶シリコンからなる抵抗体について説明したが、全体が一様な不純物濃度を有する多結晶シリコンからなる抵抗体を用いた場合であっても同様に実施できることは明らかである。また、接続用配線は金属配線の接続にのみに用いる必要はなく、通常の配線にも用いることができるのはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態を示す多結晶シリコン抵抗回路の模式平面図である。
【図２】（ａ）従来の多結晶シリコン抵抗回路の模式平面図である。            （ｂ）従来の多結晶シリコン抵抗回路の模式断面図である。
【図３】抵抗回路の回路図の一例である。
【図４】本発明の第１の実施例の多結晶シリコン抵抗回路の要部断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例の多結晶シリコン抵抗回路の要部断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例の多結晶シリコン抵抗回路の要部断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      半導体基板
２      絶縁膜
３      多結晶シリコン
４      低濃度不純物領域
５      高濃度不純物領域
６      コンタクトホール
７      金属配線
８      接続用配線層
９      ビアホール
１０１  端子A
１０２  端子B
１０３  端子C
１０４  端子D
１０５  端子E
２０１  抵抗群１
２０２  抵抗群２
２０３  抵抗群３
２０４  抵抗群４
【図１】
0005008543.tif 000002
【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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