JP2005317948A - Reference voltage generating circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池駆動の携帯電話などに使用する基準電圧発生回路の出力を安定させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for stabilizing the output of a reference voltage generation circuit used for a battery-powered mobile phone or the like.
電界効果トランジスタ(以下、FETという)のしきい値の値は、環境温度により変化する。そこで、異種導電型のゲートを持つ複数の電界効果トランジスタを組み合わせて、環境温度の変化に対して負の温度係数を有する第1電圧(以下、Vpnと表す)を出力する回路と、同一の導電型で、ドープされている不純物濃度の異なるゲートを持つ複数の電界効果トランジスタとを組み合わせて、正の温度係数を有する第2電圧(以下、Vnnと表す)を出力する回路を用意し、第1電圧の温度係数を調整し、調整後の第1電圧と第2電圧とを加算することにより、環境温度の変化に依らず、安定した基準電圧Vrefを出力する基準電圧発生回路が知られている。このようなゲートの仕事関数差の原理を応用した基準電圧発生回路は、例えば、以下の特許文献1に開示されている。以下、上記温度係数の傾きを平坦にする処理のことを温度特性の補償という。
図15(a)は、ゲートの仕事関数差の原理を用いた基準電圧発生回路110の構成を示す図である。この回路は、pチャンネル型のFET101〜105と、抵抗106,107とで構成されている。FET101,102,104,105は、基板やチャンネルドープの不純物濃度が等しく、p型基板のnウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位は、ソース電位と同じ値に設定されている。
FIG. 15A is a diagram showing the configuration of the reference
また、FET101は、高濃度の不純物のドープされたn型ゲート(以下、単に高濃度n型ゲートという)を持ち、FET102は、高濃度の不純物のドープされたp型ゲート(以下、単に高濃度p型ゲートという)を持つ。FET101とFET102のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The FET 101 has an n-type gate doped with high-concentration impurities (hereinafter simply referred to as “high-concentration n-type gate”), and the FET 102 has a p-type gate doped with high-concentration impurities (hereinafter simply referred to as “high concentration”). p-type gate). The ratio S = W / L between the channel width W and the channel length L of the
また、FET104は、高濃度p型ゲートを持ち、FET105は、低濃度の不純物のドープされたp型ゲート(以下、単に低濃度p型ゲートという)を持つ。FET104とFET105のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The FET 104 has a high-concentration p-type gate, and the FET 105 has a p-type gate doped with a low-concentration impurity (hereinafter simply referred to as a low-concentration p-type gate). The ratio S = W / L between the channel width W and the channel length L of the
FET101のゲートには、高濃度p型ゲートを持つFET103と、直列に接続されている2個の抵抗106及び抵抗107により構成される抵抗分割回路を含むソースフォロア回路から電位が与えられる。FET102のゲートとFET103のゲートは、互いに接続されている。FET103は、ソース・ゲート間が接続されている。FET101のゲートは、FET103のソースと抵抗106の接続点(図中、電位V10を表す点P10)に接続されている。FET103のドレインは、FET105のゲートに接続されている。
A potential is applied to the gate of the
FET102は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列接続されているFET101に、同一の電流を流す。これにより、電源電圧Vccから電位V10を差し引いて求められるFET101のソース・ゲート間電位が、Vpn(=Vcc−V10)と成る。また、V11は、{(抵抗107の抵抗値)/(抵抗106の抵抗値)}×Vpnで表される。
The FET 102 is connected between the source and the gate, functions as a constant current source, and allows the same current to flow through the FETs 101 connected in series. Thereby, the source-gate potential of the
FET104は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列に接続されているFET105に、同一の電流を流す。これにより、FET105のソース・ゲート間の電位をVnnと表すと、当該FET105のソース電位V12は、V11+Vnn={(抵抗107の抵抗値)/(抵抗106の抵抗値)}×Vpn+Vnn(=Vref)で表される。
The FET 104 is connected between the source and the gate, functions as a constant current source, and allows the same current to flow through the FET 105 connected in series. Thus, when the source-gate potential of the
直列に接続されているFET101及びFET102により、環境温度の変化に対して負の温度係数を持つ第1電源回路が構成される。一方、直列に接続されているFET104及びFET105により、環境温度の変化に対して正の温度係数を持つ第2電源回路が構成される。ソースフォロア回路内で抵抗分割回路を構成する抵抗106及び抵抗107の抵抗値を、例えば、トリミング技術により調節することで、上記負の温度係数の傾きを調節し、正及び負の温度係数を相殺し、即ち、温度特性を補償し、環境温度の変化に対して安定した基準電圧Vrefを出力する回路を構成する。
The FET 101 and the FET 102 connected in series constitute a first power supply circuit having a negative temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature. On the other hand, the FET 104 and FET 105 connected in series constitute a second power supply circuit having a positive temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature. By adjusting the resistance values of the
なお、各回路の温度係数の傾きは、抵抗106及び抵抗107の値の他、FET101が備える高濃度n型のゲート、FET102,103,104が備える高濃度のp型のゲート、及び、FET105が備える低濃度p型ゲートの不純物濃度を変えることにより調節することができる。
In addition to the values of the
図15(b)は、上記の基準電圧発生回路110とは異なる基準電圧発生回路120の構成を示す図である。当該基準電圧発生回路120は、p型チャンネルのFET121〜123、FET126、FET127と抵抗124,125とで構成されている。FET121,122,126,127は、基板やチャンネルドープの不純物濃度は等しく、p型基板のnウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位は、ソース電位と同一の値に設定されている。
FIG. 15B is a diagram showing a configuration of a reference
FET121は、高濃度n型ゲートを持ち、FET122は高濃度p型ゲートを持つ。FET121とFET122のチャンネル幅Wとチャンネル長Lの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The FET 121 has a high concentration n-type gate, and the FET 122 has a high concentration p-type gate. The ratio S = W / L between the channel width W and the channel length L of the
FET126は、高濃度p型ゲートを持ち、FET127は、低濃度p型ゲートを持つ。FET126とFET127のチャンネル幅Wとチャンネル長Lの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The FET 126 has a high concentration p-type gate, and the FET 127 has a low concentration p-type gate. The ratio S = W / L between the channel width W and the channel length L of the
FET121のゲートには、高濃度p型ゲートを持つFET123と、直列に接続されている2個の抵抗124及び抵抗125により構成される抵抗分割回路を含むソースフォロア回路から電位が与えられる。FET122のゲートとFET123のゲートは、互いに接続されている。FET123は、ソース・ゲート間が接続されている。FET121のゲートは、FET123のソースと抵抗125の接続点(図中、電位V13を表す点P13)に接続されている。抵抗124と抵抗125の接点P15と、FET126のゲートが接続されている。
A potential is applied to the gate of the
FET122は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列接続されているFET121に、同一の電流を流す。これにより、電源電圧Vccから電位V13を差し引いて求められるFET121のソース・ゲート間電位が、Vpn(=Vcc−V13)と成る。また、V14は、Vcc−{(抵抗124の抵抗値)×{(抵抗124の抵抗値)+(抵抗125の抵抗値)}×Vpnで表される。
The FET 122 is connected between the source and the gate, functions as a constant current source, and allows the same current to flow through the
FET126は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列に接続されているFET127に、同一の電流を流す。これにより、FET127のソース・ゲート間の電位をVnnと表すと、当該FET127のソース電位V15は、Vcc−V14+Vnn={(抵抗124の抵抗値)/(抵抗124の抵抗値+抵抗125の値)}×Vpn+Vnn(=Vref)で表される。
The FET 126 is connected between the source and gate, functions as a constant current source, and allows the same current to flow through the FET 127 connected in series. Thus, when the source-gate potential of the
直列に接続されているFET121及びFET122により、環境温度の変化に対して負の温度係数を持つ第1電源回路が構成される。一方、直列に接続されているFET126及びFET127により、環境温度の変化に対して正の温度係数を持つ第2電源回路が構成される。ソースフォロア回路内で抵抗分割回路を構成する抵抗124及び抵抗125の抵抗値を、例えば、トリミング技術により調節することで、上記負の温度係数の傾きを調節し、即ち、温度特性を補償して、環境温度の変化に対して安定した基準電圧Vrefを出力する回路を構成する。なお、各回路の温度係数の傾きは、抵抗124及び抵抗125の値のほか、所望の温度係数の傾きは、FET122が備える高濃度p型ゲート、FET127が備える低濃度n型のゲートの不純物濃度を変えることにより調節することができる。
The FET 121 and the FET 122 connected in series constitute a first power supply circuit having a negative temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature. On the other hand, the FET 126 and the FET 127 connected in series constitute a second power supply circuit having a positive temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature. The slope of the negative temperature coefficient is adjusted by adjusting the resistance values of the
基準電圧発生回路110(以下、単に回路110と記す)と基準電圧発生回路120(以下、単に回路120と記す)とを比較すると、回路110のFET101とFET102、及び、回路120のFET121とFET122とで、それぞれ構成される1段目の回路と、回路110のFET103及び抵抗106,107と、回路120のFET123及び抵抗124,125とで構成される2段目の回路とについては、特性上両回路に差はない。回路110の抵抗106の両端の電位差と、回路120の抵抗124及び抵抗125の両端の電圧差とは、それぞれVpnであり、回路110のFET101及び回路120のFET121のドレイン・ソース間電圧Vds1は、Vpn+Vgs(回路110のFET103、及び、回路120のFET123のソース・ゲート間電圧)により特定される。
When the reference voltage generation circuit 110 (hereinafter simply referred to as the circuit 110) and the reference voltage generation circuit 120 (hereinafter simply referred to as the circuit 120) are compared, the
このとき、回路110のFET102、及び、回路120のFET122のドレイン・ソース間電圧Vds2は、Vds2=Vcc−Vds1により求められる。以上の式より、回路110のFET102、及び、回路120のFET122のドレイン・ソース間電圧Vds2のみがVcc変動の影響を受けることが解る。
At this time, the drain-source voltage Vds2 of the
図17(a),(b)は、Vccが変動したときの基準電圧回路110のFET101及びFET102のVg−Id特性を示す図である。電源電圧Vccが高くなるとFET102のVg−Id特性が変動し、VpnはΔVpn分だけ増加する。図示していないが、基準電圧発生回路120のFET121及びFET122のVg−Id特性も同様であり、電源電圧Vccが高くなると、VpnはΔVpnだけ増加する。
17A and 17B are diagrams showing the Vg-Id characteristics of the
一方、基準電圧発生回路110のFET104及びFET105で構成される3段目の回路と、基準電圧発生回路120のFET126及びFET127とで構成する3段目の回路とは、それぞれFET104,FET126が定電流源となり、FET104,FET126のソース・ゲート電圧と、FET105,FET127のソース・ゲート電圧との間に、Vnnを発生させるが、FET104のソース・ゲート電圧がVgs=0であるのに対して、FET126は、Vgs=(抵抗124の抵抗値)/{(抵抗124の抵抗値)+(抵抗125の抵抗値)}×Vpnで特定される。
On the other hand, the third stage circuit composed of the
よって、Vpnは、基準電圧発生回路110及び120の何れの回路でも変動するが、そのVpnの変動が3段目の回路の定電流源に影響を及ぼすのは、図15(b)に示す基準電圧発生回路120だけである。定電流源のVgsが変動すれば動作点が変動し、Vnnの変動を引き起こす。すなわち、電源電圧Vccが変動した場合、基準電圧発生回路110は、Vpnのみ変動するが、基準電圧発生回路120ではVpn及びVnnの両方が変動する。以上より、より安定性の高い回路は、図15(a)に示す基準電圧発生回路110である。
Therefore, Vpn fluctuates in any of the reference
図16(a),(b)に、上記基準電圧発生回路110及び120の電源電圧Vccの変動に対するVrefの変動(以下、入力安定度という)と、温度変動に対するVrefの変動(以下、温度特性という)を示す。温度特性の理想値は、基準電圧発生回路110及び120ともに同じである。入力安定度は、電源電圧Vccの値の変動に対し、出力される基準電圧Vrefの値の安定度を示すものであり、基準電圧Vrefが安定している程、理想値に近い値を示すものとする。環境温度に対する温度特性は、温度係数の傾きが平坦であるほど理想値に近い値を示すものとする。図中、抵抗に多結晶シリコンを用いた場合の回路110,120の入力安定度及び温度特性を◆で表し、理想値を▲で表す。
FIGS. 16A and 16B show changes in Vref (hereinafter referred to as input stability) with respect to fluctuations in the power supply voltage Vcc of the reference
抵抗が▲印で示す理想的な場合は、入力安定度は基準電圧発生回路110の方が基準電圧発生回路120より安定しており、温度特性は基準電圧発生回路110と基準電圧発生回路120は同等である。ところが、多結晶シリコンを用いる抵抗の場合、◆印で示すように、入力安定度および温度特性の何れにおいても、基準電圧発生回路110の方が基準電圧発生回路120より理想値から大きく劣る実験結果が得られた。
In the ideal case where the resistance is indicated by a symbol ▲, the input stability is more stable in the reference
この理由は以下の通りと考えられる。多結晶シリコンを用いる抵抗の場合、多結晶シリコンの一方の面に接する金属配線等の導電体と、他方の面に接する基板絶縁体やウェル等との電位差により、多結晶シリコン内部のキャリア密度が影響を受け、これにより抵抗の値が変化してしまう。 The reason is considered as follows. In the case of a resistor using polycrystalline silicon, the carrier density inside the polycrystalline silicon is caused by a potential difference between a conductor such as a metal wiring in contact with one surface of the polycrystalline silicon and a substrate insulator or well in contact with the other surface. Affected, which changes the resistance value.
例えば、多結晶シリコンを用いる抵抗と、当該抵抗に接続される上記導電体の電位を、共に0vにした場合、両者には電位差がないため、多結晶シリコンを用いる抵抗の抵抗値は本来の値を示す。 For example, when both the resistance using polycrystalline silicon and the potential of the conductor connected to the resistance are set to 0 v, there is no potential difference between them, so the resistance value of the resistance using polycrystalline silicon is the original value. Indicates.
次に導体の電位は0vのまま、多結晶シリコンの電位を0vから1vに上げると、多結晶シリコンを用いる抵抗を基準にすると、導体への電位差(ΔV)は−1Vになり負になる。多結晶シリコンを用いる抵抗がn型の場合、抵抗内に空乏層が生じ、当該多結晶シリコンを用いる抵抗の抵抗値は大きくなる。 Next, when the potential of the polycrystalline silicon is increased from 0 v to 1 v while the potential of the conductor is kept at 0 v, the potential difference (ΔV) to the conductor becomes −1 V and becomes negative based on the resistance using the polycrystalline silicon. When the resistance using polycrystalline silicon is n-type, a depletion layer is generated in the resistance, and the resistance value of the resistance using the polycrystalline silicon is increased.
一方、ΔVが正になるバイアス条件においては、抵抗内に蓄積層が生じるため、当該多結晶シリコンを用いる抵抗の抵抗値は小さくなる。 On the other hand, under a bias condition in which ΔV is positive, an accumulation layer is generated in the resistor, so that the resistance value of the resistor using the polycrystalline silicon is small.
図18(a)は、基準電圧発生回路110の抵抗106,107とnウエルのΔVを示し、図18(b)は、基準電圧発生回路120の抵抗124,125とnウエルのΔVを示す。抵抗106,124,125に接している導電体であるnウエルとのΔVは、Vcc変動の影響を受けないが、抵抗107は、電源電圧Vccの変動に伴ってΔVが変動する。即ち、電源電圧Vccが変動すると抵抗107の抵抗値も変動することになり、(抵抗107の抵抗値)/(抵抗106の抵抗値)×Vpnにより表される電位V11が変動し、これに伴って基準電圧Vrefの値も変動する。多結晶シリコンを用いる抵抗の場合、図16(a)に示すように、基準電圧発生回路110の方が基準電圧発生回路120より、理想値から大きく劣る結果となっている。
18A shows the
一方、これら抵抗内部に生じる空乏層や蓄積層には、温度依存性がある。この温度依存性は、ΔVが大きいほど大きくなる。抵抗106,107,124,125の各抵抗の中で、抵抗107のΔVが最も大きいので、図16(b)に示すように、基準電圧発生回路110の方が基準電圧発生回路120より、理想値から大きく劣る結果となっている。
On the other hand, the depletion layer and the accumulation layer generated inside these resistors have temperature dependency. This temperature dependence increases as ΔV increases. Among the
本発明は、理想値に近い入力安定度及び温度特性を示す高効率な基準電圧発生回路を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a highly efficient reference voltage generation circuit that exhibits input stability and temperature characteristics close to ideal values.
本発明の第1の基準電圧発生回路は、直列に接続された複数の抵抗で成る抵抗分割回路を含む基準電圧発生回路において、上記複数の抵抗が、金属薄膜で構成されていることを特徴とする。 A first reference voltage generation circuit according to the present invention is a reference voltage generation circuit including a resistance dividing circuit composed of a plurality of resistors connected in series, wherein the plurality of resistors are formed of a metal thin film. To do.
本発明の第2の基準電圧発生回路は、本発明の第1の基準電圧発生回路において、異種導電型のゲートを持つ複数の電界効果トランジスタにより構成され、環境温度の変化に対して負の温度係数を有する電圧を出力する第1電源回路と、上記第1電源回路にゲートの接続された第1電界効果トランジスタと、第1電界効果トランジスタのドレインとグランドとの間、及び、ソースと電源電圧Vccとの間に直列に接続された上記複数の抵抗で構成される抵抗分割回路を含み、上記第1電源回路の出力する電圧の負の温度特性の傾きを調整するソースフォロア回路と、上記ソースフォロア回路に接続されると共に、同一の導電型で不純物濃度の異なるゲートを持つ複数の電界効果トランジスタで構成され、環境温度の変化に対して正の温度係数を有する電圧を発生する電源回路であって、上記ソースフォロア回路の出力を加算し、温度係数の傾きを補償した電圧を出力する第2電源回路と、
を有する。
A second reference voltage generation circuit according to the present invention includes a plurality of field effect transistors having gates of different conductivity types in the first reference voltage generation circuit according to the present invention, and has a negative temperature with respect to a change in environmental temperature. A first power supply circuit that outputs a voltage having a coefficient; a first field effect transistor having a gate connected to the first power supply circuit; a drain and a ground of the first field effect transistor; and a source and a power supply voltage. A source follower circuit that includes a resistance divider circuit composed of the plurality of resistors connected in series with Vcc, and that adjusts the slope of the negative temperature characteristic of the voltage output from the first power supply circuit; and the source Consisting of a plurality of field-effect transistors connected to a follower circuit and having gates of the same conductivity type and different impurity concentrations, a positive temperature coefficient with respect to environmental temperature changes A power supply circuit for generating a voltage having a second power supply circuit for outputting a voltage obtained by adding the output of the source follower circuit, to compensate for the inclination of the temperature coefficient,
Have
本発明の第3の基準電圧発生回路は、本発明の第1又は第2の基準電圧発生回路において、上記金属薄膜は、CrSiで形成されていることを特徴とする。 According to a third reference voltage generating circuit of the present invention, in the first or second reference voltage generating circuit of the present invention, the metal thin film is made of CrSi.
本発明の第4の基準電圧発生回路は、本発明の第3の基準電圧発生回路において、上記金属薄膜で構成されている抵抗は、配線パターンと、上記配線パターン上に設けられており、配線パターンの接続部分に接続孔を備える絶縁膜を有し、上記金属薄膜は、上記配線パターンの接続部分に接続孔を介してオーミック接続されていることを特徴とする。 According to a fourth reference voltage generating circuit of the present invention, in the third reference voltage generating circuit of the present invention, the resistor formed of the metal thin film is provided on the wiring pattern and the wiring pattern. An insulating film having a connection hole is provided at a connection portion of the pattern, and the metal thin film is ohmic-connected to the connection portion of the wiring pattern through the connection hole.
本発明の第5の基準電圧発生回路は、本発明の第4の基準電圧発生回路において、上記金属薄膜が接する接続孔の内面の自然酸化膜、及び、接続孔の底部で上記金属薄膜が接する配線パターン表面の自然酸化膜が除去されていることを特徴とする。 According to a fifth reference voltage generating circuit of the present invention, in the fourth reference voltage generating circuit of the present invention, the metal thin film contacts the natural oxide film on the inner surface of the connection hole with which the metal thin film contacts, and the bottom of the connection hole. The natural oxide film on the surface of the wiring pattern is removed.
本発明の第6の基準電圧発生回路は、本発明の第4又は第5の基準電圧発生回路において、上記金属薄膜と上記配線パターンの接続部分との間に高融点金属膜が介在していることを特徴とする。 According to a sixth reference voltage generating circuit of the present invention, in the fourth or fifth reference voltage generating circuit of the present invention, a refractory metal film is interposed between the metal thin film and the connection portion of the wiring pattern. It is characterized by that.
本発明の第7の基準電圧発生回路は、本発明の第4又は第5の基準電圧発生回路において、上記配線パターンは、金属材料パターンと、上記金属材料パターンの上に形成された高融点金属膜とで構成されていることを特徴とする。 According to a seventh reference voltage generation circuit of the present invention, in the fourth or fifth reference voltage generation circuit of the present invention, the wiring pattern includes a metal material pattern and a refractory metal formed on the metal material pattern. It is characterized by being comprised with the film | membrane.
本発明の第8の基準電圧発生回路は、本発明の第4又は第5の基準電圧発生回路において、上記配線パターンは、ポリシリコンパターンと、上記ポリシリコンパターンの上に形成された高融点金属膜とで構成されていることを特徴とする。 An eighth reference voltage generation circuit according to the present invention is the fourth or fifth reference voltage generation circuit according to the present invention, wherein the wiring pattern includes a polysilicon pattern and a refractory metal formed on the polysilicon pattern. It is characterized by being comprised with the film | membrane.
本発明の第9の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかに記載の基準電圧発生回路において、上記第1電源回路は、高濃度n型ゲートの電界効果トランジスタと、高濃度p型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成ることを特徴とする。 A ninth reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, wherein the first power supply circuit includes a high-concentration n-type gate field effect transistor, A high-concentration p-type gate field effect transistor is connected in series.
本発明の第10の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかに記載の基準電圧発生回路において、上記第2電源回路は、高濃度p型ゲートの電界効果トランジスタと、低濃度p型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成ることを特徴とする。 A tenth reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, wherein the second power supply circuit includes a field effect transistor having a high concentration p-type gate, A low-concentration p-type gate field effect transistor is connected in series.
本発明の第11の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかに記載の基準電圧発生回路において、上記第2電源回路は、高濃度n型ゲートの電界効果トランジスタと、低濃度n型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成ることを特徴とする。 An eleventh reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, wherein the second power supply circuit includes a high-concentration n-type gate field effect transistor, A low-concentration n-type gate field effect transistor is connected in series.
本発明の第1の基準電圧発生回路は、抵抗に金属薄膜を用いるため、多結晶シリコンを用いる抵抗の場合に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を改善することができる。 Since the first reference voltage generating circuit of the present invention uses a metal thin film as a resistor, a depletion layer and a power storage layer are less likely to be generated compared to a resistor using polycrystalline silicon, and the reference voltage is stable against changes in environmental temperature. The stability of the output reference voltage can be improved with respect to the degree of change in the circuit drive voltage.
本発明の第2の基準電圧発生回路は、環境温度の変化に対して正及び負の温度係数を持つ回路を組み合わせて互いの正及び負の温度係数の傾きを相殺、即ち、温度特性を補償する型の基準電圧発生回路であって、特に、上記第1の電源回路にゲートの接続された電界効果トランジスタと、上記電界効果トランジスタのドレインとグランドとの間、及び、ソースと電源電圧Vccとの間に直列に接続された2つの抵抗で構成される抵抗分割回路を含み、上記第1電源回路の出力する電圧の負の温度係数の傾きを調整するソースフォロア回路を用いるものであるが、当該構成の基準電圧発生回路の金属薄膜により形成される抵抗を用いることにより、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくいため、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を大幅に改善することができる。 The second reference voltage generation circuit of the present invention combines a circuit having positive and negative temperature coefficients with respect to a change in environmental temperature to cancel each other's positive and negative temperature coefficient slopes, that is, compensates for temperature characteristics. In particular, a reference voltage generating circuit of the above type, in particular, a field effect transistor having a gate connected to the first power supply circuit, a drain and a ground of the field effect transistor, and a source and a power supply voltage Vcc Including a resistance divider circuit composed of two resistors connected in series, and using a source follower circuit that adjusts the slope of the negative temperature coefficient of the voltage output from the first power supply circuit, By using the resistance formed by the metal thin film of the reference voltage generating circuit having the above configuration, a depletion layer and a power storage layer are less likely to be generated compared to a resistance using polycrystalline silicon. Stability and the reference voltage that, relative to the potential change of the circuit drive voltage, the stability of the reference voltage output can be greatly improved.
本発明の第3の基準電圧発生回路は、本発明の第1又は第2の基準電圧発生回路において、抵抗として、金属薄膜であるCrSiを用いた抵抗を採用することにより、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を大幅に向上することができる。 The third reference voltage generation circuit of the present invention uses polycrystalline silicon by adopting a resistance using CrSi, which is a metal thin film, as the resistance in the first or second reference voltage generation circuit of the present invention. Compared to resistors, depletion layers and power storage layers are less likely to occur, and the stability of the reference voltage against changes in environmental temperature and the stability of the output reference voltage against changes in the circuit drive voltage potential can be greatly improved. it can.
本発明の第4の基準電圧発生回路は、本発明の第3基準電圧発生回路において、抵抗は、配線パターンと、当該配線パターン上に設けられており、配線パターンの接続部分に接続孔を備える絶縁膜と、配線パターンの接続部分に接続孔を介してオーミック接続されるCrSiとで構成されることにより、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を高めることができる。 According to a fourth reference voltage generation circuit of the present invention, in the third reference voltage generation circuit of the present invention, the resistor is provided on the wiring pattern and the wiring pattern, and a connection hole is provided in a connection portion of the wiring pattern. By being composed of an insulating film and CrSi that is ohmic-connected to the connection portion of the wiring pattern through a connection hole, a depletion layer and a power storage layer are less likely to be generated compared to a resistor using polycrystalline silicon. The stability of the output reference voltage can be increased with respect to the stability of the reference voltage with respect to the change and the potential change of the circuit drive voltage.
本発明の第5の基準電圧発生回路は、本発明の第4の基準電圧発生回路において、更に、抵抗は、CrSiが接する接続孔の内面、及び、CrSiが接続孔を介して接する配線パターン表面の自然酸化膜が除去されているため、時間の経過に伴う酸化膜の成長による抵抗値の変動を抑えることができる。これにより、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、時間が経過しても、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を高めることができる。 According to a fifth reference voltage generating circuit of the present invention, in the fourth reference voltage generating circuit of the present invention, the resistance further includes an inner surface of a connection hole in contact with CrSi and a wiring pattern surface in which CrSi contacts through the connection hole. Since the natural oxide film is removed, the fluctuation of the resistance value due to the growth of the oxide film over time can be suppressed. As a result, the stability of the reference voltage to be output with respect to the change in the environmental voltage and the potential change in the circuit drive voltage can be improved over time, compared to the resistance using polycrystalline silicon. Can be increased.
本発明の第6の基準電圧発生回路は、本発明の第4及び第5の基準電圧発生回路において、金属薄膜と配線パターンの接続部分との間に高融点金属膜を介在させたことにより、製造工程時に施した加熱処理、及び、実際の使用に際して発生する熱により抵抗値が変動しない、予定通りの抵抗値の抵抗を用いることができる。これにより、多結晶シリコンを使用する抵抗に比べて、時間が経過しても、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を高めることができる。 The sixth reference voltage generation circuit of the present invention is the fourth and fifth reference voltage generation circuits of the present invention, wherein a refractory metal film is interposed between the metal thin film and the connection portion of the wiring pattern, It is possible to use a resistance having a predetermined resistance value that does not fluctuate due to heat treatment performed during the manufacturing process and heat generated during actual use. As a result, the stability of the reference voltage against the change in the environmental temperature and the change in the potential of the circuit drive voltage over time, compared to the resistance using polycrystalline silicon, Can be increased.
本発明の第7の基準電圧発生回路は、本発明の第4乃至第6の何れかの基準電圧発生回路において、配線パターンは、金属材料パターンと、金属材料パターンの上面に形成した高融点金属膜とで構成されているため、製造工程時に施した加熱処理、及び、実際の使用に際して発生する熱により抵抗値が変動しない、予定通りの抵抗値の抵抗を用いることができる。多結晶シリコンを用いる抵抗に比べてると、時間が経過しても、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して出力する基準電圧の安定度を、高めることができる。 A seventh reference voltage generation circuit of the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the fourth to sixth of the present invention, wherein the wiring pattern is a metal material pattern and a refractory metal formed on the upper surface of the metal material pattern. Since the film is composed of a film, it is possible to use a resistance having a predetermined resistance value in which the resistance value does not fluctuate due to heat treatment performed during the manufacturing process and heat generated during actual use. Compared to resistors that use polycrystalline silicon, the stability of the reference voltage against changes in the environmental temperature and the stability of the reference voltage that is output against changes in the circuit drive voltage are increased over time. Can do.
本発明の第8の基準電圧発生回路は、本発明の第4乃至第7の何れかの基準電圧発生回路において、配線パターンは、ポリシリコンパターンと、ポリシリコンパターンの上面に形成された高融点金属膜とで構成されているため、製造工程時に施した加熱処理、及び、実際の使用に際して発生する熱により抵抗値が変動しない、予定通りの抵抗値の抵抗を用いることができる。これにより、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、時間が経過しても、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を高めることができる。 The eighth reference voltage generation circuit according to the present invention is the fourth to seventh reference voltage generation circuit according to the present invention, wherein the wiring pattern is a polysilicon pattern and a high melting point formed on the upper surface of the polysilicon pattern. Since it is composed of a metal film, it is possible to use a resistance having a predetermined resistance value in which the resistance value does not fluctuate due to heat treatment performed during the manufacturing process and heat generated during actual use. As a result, the stability of the reference voltage to be output with respect to the change in the environmental voltage and the potential change in the circuit drive voltage can be improved over time, compared to the resistance using polycrystalline silicon. Can be increased.
本発明の第9の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかの基準電圧発生回路において、第2電源回路は、高濃度p型ゲートの電界効果トランジスタと、低濃度p型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成り、抵抗に金属薄膜を用いるものであり、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を大幅に向上することができる。 A ninth reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects of the present invention. The second power supply circuit includes a high-concentration p-type gate field effect transistor, a low concentration p A series-connected field-effect transistor with a gate type, which uses a metal thin film as a resistor. Compared to a resistor using polycrystalline silicon, a depletion layer and a storage layer are less likely to occur, and a standard for changes in environmental temperature. The stability of the output reference voltage can be significantly improved with respect to the voltage stability and the potential change of the circuit drive voltage.
本発明の第10の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかの基準電圧発生回路において、第2電源回路は、高濃度p型ゲートの電界効果トランジスタと、低濃度p型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成り、抵抗に金属薄膜を用いるため、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を大幅に向上することができる。 A tenth reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects according to the present invention. The second power supply circuit includes a high-concentration p-type gate field effect transistor and a low-concentration p. Since a metal thin film is used for the resistor, a depletion layer and a storage layer are less likely to occur than a resistor using polycrystalline silicon, and the reference voltage against changes in environmental temperature is reduced. The stability of the output reference voltage can be significantly improved with respect to the stability and the potential change of the circuit drive voltage.
本発明の第11の基準電圧発生回路は、本発明の第1乃至第8の何れかの基準電圧発生回路において、第2電源回路は、高濃度n型ゲートの電界効果トランジスタと、低濃度n型ゲートの電界効果トランジスタとを直列に接続して成り、抵抗に金属薄膜を用いるため、多結晶シリコンを用いる抵抗に比べて、空乏層や蓄電層が生じにくく、環境温度の変化に対する基準電圧の安定度や、回路駆動電圧の電位変化に対して、出力する基準電圧の安定度を大幅に向上することができる。 An eleventh reference voltage generation circuit according to the present invention is the reference voltage generation circuit according to any one of the first to eighth aspects according to the present invention. The second power supply circuit includes a field effect transistor having a high concentration n-type gate, a low concentration n Since a metal thin film is used for the resistor, a depletion layer and a storage layer are less likely to occur than a resistor using polycrystalline silicon, and the reference voltage against changes in environmental temperature is reduced. The stability of the output reference voltage can be significantly improved with respect to the stability and the potential change of the circuit drive voltage.
(1)実施の形態1
図1は、実施の形態1に係る基準電圧発生回路100の構成を示す図である。当該基準電圧発生回路100は、図15(a)を用いて説明した従来の基準電圧発生回路110で使用していた、多結晶シリコンを用いる抵抗106,107の代わりに、新たな抵抗として、環境温度の変化に対して安定した抵抗値を示す抵抗108,109を用いることを特徴とする。抵抗108,109以外の構成物は、従来の基準電圧発生回路110の構成と同じであり、同じ参照番号を付して表す。
(1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a reference
基準電圧発生回路100は、pチャンネル型の電界効果トランジスタ(以下単にFETと記す)101〜105と、抵抗108,109とで構成されている。FET101,102,104,105は、基板やチャンネルドープの不純物濃度が等しく、p型基板のnウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位は、ソース電位と同じ値に設定されている。
The reference
また、FET101は、高濃度の不純物のドープされたn型ゲート(以下、単に高濃度n型ゲートという)を持ち、FET102は、高濃度の不純物のドープされたp型ゲート(以下、単に高濃度p型ゲートという)を持つ。FET101とFET102のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
また、FET104は、高濃度p型ゲートを持ち、FET105は、低濃度の不純物のドープされたp型ゲート(以下、単に低濃度p型ゲートという)を持つ。FET104とFET105のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
FET101のゲートには、高濃度p型ゲートを持つFET103と、直列に接続されている2個の抵抗108及び抵抗109により構成される抵抗分割回路を含むソースフォロア回路から電位が与えられる。FET102のゲートとFET103のゲートは、互いに接続されている。FET103は、ソース・ゲート間が接続されている。FET101のゲートは、FET103のソースと抵抗108の接続点(図中、電位V1を表す点P1)に接続されている。FET103のドレインは、FET105のゲートに接続されている。
A potential is applied to the gate of the
FET102は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列接続されているFET101に、同一の電流を流す。これにより、電源電圧Vccから電位V1を差し引いて求められるFET101のソース・ゲート間電位が、Vpn(=Vcc−V1)と成る。また、V2は、{(抵抗109の抵抗値)/(抵抗108の抵抗値)}×Vpnで表される。
The
FET104は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列に接続されているFET105に、同一の電流を流す。これにより、FET105のソース・ゲート間の電位をVnnと表すと、当該FET105のソース電位V3は、V2+Vnn={(抵抗109の抵抗値)/(抵抗108の抵抗値)}×Vpn+Vnn(=Vref)で表される。
The
直列に接続されているFET101及びFET102により、環境温度の変化に対して負の温度係数を持つ第1電源回路が構成される。一方、直列に接続されているFET104及びFET105により、環境温度の変化に対して正の温度係数を持つ第2電源回路が構成される。ソースフォロア回路内で抵抗分割回路を構成する抵抗108及び抵抗109の抵抗値を、例えば、トリミング技術により調節することで、上記負の温度係数の傾きを調節し、正及び負の温度係数を相殺し、即ち、温度特性を補償し、環境温度の変化に対して安定した基準電圧Vrefを出力する回路を構成する。
The
なお、各回路の温度係数の傾きは、抵抗108及び抵抗109の値の他、FET101が備える高濃度n型のゲート、FET102,103,104が備える高濃度のp型のゲート、及び、FET105が備える低濃度p型ゲートの不純物濃度を変えることにより調節することができる。
In addition to the values of the
(2)抵抗108,109の説明
基準電圧発生回路100で用いる抵抗108及び抵抗109は、抵抗分割回路を構成する抵抗の各々が、配線パターンと、当該配線パターン上に設けられており,配線パターンの接続部分に接続孔を備える絶縁膜と、配線パターンの接続部分に接続孔を介してオーミック接続される金属薄膜とで構成される半導体構造を有していることを特徴とする。上記構成の抵抗108及び抵抗109は、抵抗として金属薄膜を使用したことにより、多結晶シリコンで成る抵抗に比べて、環境温度の変化に対して安定した抵抗値を示すだけでなく、同一の環境温度の条件下においてその値が安定する。これは、抵抗に隣接する導電体に印加されるバイアス電圧と、抵抗自体に印加されるバイアス電圧の差が大きくなっても、多結晶シリコンで成る抵抗に比べて、空乏層や蓄積層が生じにくく、抵抗値の変動が少ないことが原因の1つであると考えられる。
(2) Description of
抵抗108及び抵抗109の構成、製造方法、及び、抵抗としての特性は、全て同じである。以下、抵抗108について説明する。図2(a)〜(f)及び図3(a)〜(e)は、抵抗108の製造手順を説明するための図である。図3(e)は、最終的に製造される抵抗108の構成を示す。なお、図3(e)では、説明に関係する部分以外の回路素子(トランジスタや容量)の表示を省略している。
The configuration, manufacturing method, and resistance characteristics of the
まず、図3(e)を参照して、最終生成物である抵抗108の構成を簡単に説明した後に、図2(a)〜(f)、図3(a)〜(e)を順に参照しながら抵抗108の具体的な製造方法について説明する。更に、製造方法の説明終了後、抵抗108の特性、別の製造方法とその製造方法を用いた場合の利点等について説明する。
First, referring to FIG. 3E, the configuration of the
シリコン基板1上の一部には、素子分離酸化膜2が形成されている。素子分離酸化膜2の形成領域を含むシリコン基板1上には、BPSG膜又はPSG(phospho-silicate glass)膜で成る第1層間絶縁膜(下地絶縁膜)3が形成されている。第1層間絶縁膜3上には、金属材料パターン4と金属材料パターン4の表面に形成された高融点金属膜5とで成る配線パターン6が形成されている。金属材料パターン4は、例えば、AlSiCu膜により形成されている。高融点金属膜5は、例えば、TiN膜により形成されており、反射防止膜を兼用するバリヤ膜として機能する。
An element
素子分離酸化膜2の上の配線パターン6には、開口部7が設けてある。当該開口部7を含み、配線パターン6の上には、順に、プラズマCVD酸化膜8、SOG(spin on glass)膜9、及び、プラズマCVD酸化膜10が形成されている。以下、これら3枚の膜を第2層間絶縁膜11という。第2層間絶縁膜11には、金属薄膜抵抗の両端部と成る箇所、即ち、開口部7の直上の外周部分に接続孔12,13が設けてある。
An
第2層間絶縁膜(絶縁膜)11上には、接続孔12,13の間の領域から、当該接続孔12,13の内壁、及び、配線パターン6上に渡り、CrSi薄膜抵抗(金属薄膜抵抗)15が形成されている。CrSi薄膜抵抗15の両端部は、接続孔12,13内で配線パターン6にオーミック接続されている。
On the second interlayer insulating film (insulating film) 11, a CrSi thin film resistor (metal thin film resistor) extends from the region between the connection holes 12 and 13 to the inner walls of the connection holes 12 and 13 and the wiring pattern 6. ) 15 is formed. Both ends of the CrSi
CrSi薄膜抵抗15の形成領域を含む第2層間絶縁膜11上には、パッシベーション膜18として、順に、シリコン酸化膜16、シリコン窒化膜17が形成されている。
A
以下、図2(a)〜(f),図3(a)〜(e)を参照しつつ、抵抗108の製造方法(ステップS1〜S11)について、順に説明する。
Hereinafter, the manufacturing method (steps S1 to S11) of the
(ステップS1)
まず、図2(a)を参照する。例えば、常圧CVD装置を用いて、素子分離酸化膜2及びトランジスタ素子等(図示せず)の形成が完了したウェハ状のシリコン基板1上に、BPSG膜又はPSG膜から成る8000Åの膜厚の第1層間絶縁膜3を形成する。この後、リフロー等の熱処理を行い、第1層間絶縁膜3の表面を平滑化を行う。
(Step S1)
First, reference is made to FIG. For example, on the wafer-
(ステップS2)
次に、図2(b)を参照する。例えば、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、第1層間絶縁膜3上に、AlSiCu膜からなる約5000Åの膜厚の配線用金属膜20を形成し、引き続き、反射防止膜として約800Åの膜厚の高融点金属(TiN)膜21を形成する。
(Step S2)
Next, refer to FIG. For example, using a DC magnetron sputtering apparatus, a
図2(c)に示すように、後の処理によって配線用金属膜20及び高融点金属膜21は、配線パターン6を構成する金属材料パターン4及び高融点金属膜5に加工される。また、高融点金属膜21は、金属薄膜抵抗との接触抵抗の値を安定させるためのバリヤ膜としても機能する。このため、高融点金属膜21は、配線用金属膜20の形成後に、同じ真空中で続けて形成するのが好ましい。
As shown in FIG. 2C, the
(ステップS3)
図2(c)を参照する。周知のフォトリトグラフ処理及びエッチング処理を実行して、高融点金属膜21及び配線用金属膜20のパターンニング(部分除去)を行い、開口部7を形成し、金属配線パターン4及び高融点金属膜5から成る配線パターン6を形成する。上記パターンニング実行時、高融点金属膜21が反射防止膜として機能するため、配線パターン6の形成領域を画定するのに用いるレジストパターンの太りや細りなどを最小限に抑えることができる。
(Step S3)
Reference is made to FIG. A well-known photolithography process and an etching process are performed to pattern (partially remove) the
この段階では、未だ金属薄膜抵抗(後に説明するCrSi薄膜14)は形成されておらず、配線パターン6の下地膜は、第1層間絶縁膜3により形成されている。このため、高融点金属膜21及び配線用金属膜20のパターンニングを、ドライエッチング技術により十分にオーバーエッチすることができ、ウェットエッチング技術を用いる場合に比べて回路の微細化を図ることができる。
At this stage, the metal thin film resistor (CrSi
(ステップS4)
図2(d)を参照する。例えば、周知のプラズマCVD法により、配線パターン6の形成領域を含む第1層間絶縁膜3の上に6000Åの膜厚のプラズマCVD酸化膜8を形成する。
(Step S4)
Reference is made to FIG. For example, a plasma
(ステップS5)
図2(e)を参照する。周知技術であるSOGに対するコーティング処理及びエッチバック処理を実行して、プラズマCVD酸化膜8の上にSOG膜9を形成して平坦化を行った後、SOG膜9からの成分の拡散を防止する2000Å程度の膜厚のプラズマCVD酸化膜10を形成する。以下、プラズマCVD酸化膜8、SOG膜9、及び、プラズマCVD酸化膜10を、第2層間絶縁膜11という。
(Step S5)
Reference is made to FIG. A coating process and an etch-back process for SOG, which are well-known techniques, are performed to form an
(ステップS6)
図2(f)を参照する。周知のフォトリトグラフ技術により、第2層間絶縁膜11の上に、金属薄膜抵抗の両端部に該当する箇所、即ち、配線パターン6に設けた開口部7の直上の外周部分に、レジストパターン22を形成する。この後、レジストパターン22に、2個の接続孔(12,13)を設けるのに使用する2個の孔23,24を開口する。
(Step S6)
Reference is made to FIG. A resist
(ステップS7)
次に、図3(a)を参照する。例えば、周知の並行平板型プラズマエッチング装置を使用して、RFパワー:700W(ワット)、Ar:500sccm(standard cc/分)、CHF3:500sccm、CF4:500sccm、圧力:3.5Torr(トル)の条件で、接続孔23,24を設けたレジストパターン22をマスクとして使用して、接続孔12,13を形成する。接続孔12,13の底部には、反射防止膜兼バリヤ層として機能する約600Åの膜厚の高融点金属膜5を残存させる。接続孔12,13の形成後、レジストパターン22を除去する。
(Step S7)
Next, refer to FIG. For example, using a well-known parallel plate type plasma etching apparatus, RF power: 700 W (watt), Ar: 500 sccm (standard cc / min), CHF 3 : 500 sccm, CF 4 : 500 sccm, pressure: 3.5 Torr (torr) ), The connection holes 12 and 13 are formed using the resist
接続孔12,13の形成後、エッチング処理により生じ、接続孔21の側壁等に付着している副生成物の除去処理を行っても良い。更には、接続孔12,13内部での金属薄膜抵抗のステップカバレージを改善することを目的として、テーパエッチング処理や、ウェットエッチング技術とドライエッチング技術を組み合わせたエッチング処理等を採用して、接続孔12,13の形状の改善を行うこともできる。
After the connection holes 12 and 13 are formed, a by-product removal process caused by an etching process and adhering to the side wall of the
上述した(ステップS7)において、プラズマエッチング処理の実行条件を最適化することにより、第2層間絶縁膜11のエッチングレートよりも高融点金属膜5のエッチングレートを低減することができる。これにより、高融点金属膜5の形成時の膜厚の増加を抑えつつも、接続孔12,13の形成後であっても底部に十分な膜厚の高融点金属膜5を残すことができる。
In (Step S7) described above, the etching rate of the
また、上述した(ステップS7)では、金属薄膜抵抗の形成前の段階で、接続孔12,13を形成する際に、金属薄膜抵抗の薄さに起因する制約を一切受けないという利点を持つ。これにより、接続孔12,13の作成に、ウェットエッチングよりも、回路の微細化に適したドライエッチング技術を適用することができる。 In addition, the above-described (Step S7) has an advantage that when the connection holes 12 and 13 are formed before the formation of the metal thin film resistor, there are no restrictions due to the thinness of the metal thin film resistor. Thereby, a dry etching technique suitable for circuit miniaturization can be applied to the formation of the connection holes 12 and 13 rather than wet etching.
(ステップS8)
図3(b)を参照する。例えば、マルチチャンバースパッタリング装置のArスパッタリングチャンバーを用いて、真空中で、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr(ミリトル)、及び、処理時間:20秒、の条件で、接続孔12,13の内部を含む第2層間絶縁膜11の表面に対して、Arスパッタエッチング処理を行う。このArスパッタエッチング処理の実行条件は、1000℃のウェット雰囲気の中で、約50Åの膜厚の熱酸化膜を除去するのと同じ条件である。上記処理後に、接続孔12,13の底部に残存する高融点金属膜5の膜厚は、約500Åである。
(Step S8)
Reference is made to FIG. For example, using an Ar sputtering chamber of a multi-chamber sputtering apparatus, a connection hole is formed in a vacuum under conditions of DC bias: 1250 V, Ar: 20 sccm, pressure: 8.5 mTorr (millitorr), and processing time: 20 seconds. An Ar sputter etching process is performed on the surface of the second
Arスパッタエッチング処理の完了後、引き続き、真空を維持した状態で、抵抗体として用いるCrSi薄膜(金属薄膜)14を形成する。より詳しくは、シリコンウェハを、Arスパッタエッチングチャンバーから、CrSiターゲットが装着されたスパッタチャンバーに移送した後、Si/Cr=80/20wt%(重量パーセント)のCrSiターゲットを使用し、DCパワー:0.7kw(キロワット)、Ar:85sccm、及び、処理時間:9秒、の条件で処理を行う。当該処理により、接続孔12,13の内部を含む第2層間絶縁膜11の表面に対して、約50Åの膜厚のCrSi薄膜14が形成される。
After the completion of the Ar sputter etching process, a CrSi thin film (metal thin film) 14 used as a resistor is formed while maintaining a vacuum. More specifically, after a silicon wafer is transferred from an Ar sputter etching chamber to a sputter chamber equipped with a CrSi target, a Si / Cr = 80/20 wt% (weight percent) CrSi target is used, and DC power: 0 The treatment is performed under the conditions of 7 kw (kilowatt), Ar: 85 sccm, and treatment time: 9 seconds. With this process, a CrSi
CrSi薄膜14を形成する前に、接続孔12,13の内部を含む第2層間絶縁膜11に対してArスパッタエッチング処理を実行することにより、接続孔12,13の内部の浄化が行えるだけでなく、接続孔12,13の底部の高融点金属膜9表面に形成されている極少量の自然酸化膜を除去することができる。これにより、配線パターン6とCrSi薄膜14との良好なオーミック接続を行うことができる。
Before the CrSi
更に、Arスパッタエッチング処理を行うことにより、後の工程でCrSi薄膜14を加工して形成されるCrSi薄膜抵抗(15)の下地膜に対する依存性を改善することができる。
Furthermore, by performing the Ar sputter etching process, it is possible to improve the dependency of the CrSi thin film resistor (15) formed by processing the CrSi
(ステップS9)
図3(c)を参照する。周知のフォトリトグラフ技術により、CrSi薄膜14の上に金属薄膜抵抗(15)の形成領域を画定するためのレジストパターン16を形成する。例えば、RIE(反応性イオンエッチング)装置により、レジストパターン16をマスクとして使用してCrSi薄膜14のパターンニングを行い、CrSi薄膜抵抗15を形成する。
(Step S9)
Reference is made to FIG. A resist
(ステップS10)
図3(d)を参照する。CrSi薄膜抵抗15の形成後、レジストパターン16を除去する。CrSi薄膜抵抗15は、接続孔12,13の内部で配線パターン6と電気的に接続されている。このため、最終的に製造される抵抗108の上面でオーミック接続を形成する場合、CrSi薄膜抵抗15の表面の金属酸化膜の除去処理を行う必要がないという利点を有する。
(Step S10)
Reference is made to FIG. After the formation of the CrSi
(ステップS11)
図3(e)を参照する。例えば、プラズマCVD法により、CrSi薄膜抵抗15の形成領域を含む第2層間絶縁膜11の上に、パッシベーション膜18として、シリコン酸化膜16及びシリコン窒化膜17を順に形成する。
(Step S11)
Reference is made to FIG. For example, the
以上の(ステップS1)〜(ステップS11)の各処理を実行することにより抵抗108が製造される。
The
上述した抵抗108の製造方法では、配線パターン6及び接続孔12,13を形成した後に、CrSi薄膜抵抗15を形成し、接続孔12,13の内部でCrSi薄膜抵抗15と配線パターン6のオーミック接続を行う。当該製造方法を採用することにより、CrSi薄膜抵抗15のパターンニングを行った後に、ウェットエッチング技術を用いたパターンニングを行う必要が無くなるという利点を持つ。
In the manufacturing method of the
更に、CrSi薄膜抵抗15の配線パターン6との接触面が大気に曝されることが無いため、CrSi薄膜抵抗15に対する表面酸化膜除去処理及びエッチングによる誤除去防止用のバリヤ膜の形成を行わずともCrSi薄膜抵抗15と配線パターン6の安定したオーミック接続を得ることができる。これにより、CrSi薄膜抵抗15の膜厚に依らず、特に工程数を増加させることなく、CrSi薄膜抵抗15の微細化及び抵抗値の安定化を実現することができる。
Further, since the contact surface of the CrSi
更に、CrSi薄膜抵抗15と金属材料パターン4の間にバリヤ膜として機能する高融点金属膜5を介在させているので、CrSi薄膜抵抗15と配線パターン6の接触抵抗の値のばらつきを低減することができ、抵抗値を安定させて、抵抗108の製品としての歩留まりを向上することができる。
Further, since the
更に、高融点金属膜5は、バリヤ膜兼反射防止膜としても機能するため、別にバリヤ膜を形成する従来の製造方法に比べて、製造工程数及び製造コストを低減し、金属薄膜抵抗であるCrSi薄膜抵抗15と配線パターン6との接触抵抗を安定させることができる。
Furthermore, since the
(3)抵抗108の特性
多結晶シリコンを用いて成る抵抗は、隣接する導電体に印加されるバイアス電圧と、抵抗自体に印加されるバイアス電圧の差により、抵抗に空乏層や蓄積層が生じ、抵抗値が変動することが知られている。これに対して、上記(ステップS1)〜(ステップS11)の方法により製造される抵抗108は、同等の条件下において、空乏層や蓄積層が生じにくく、抵抗値の変動量が少ないことが解った。
(3) Characteristics of the resistor 108 A resistor made of polycrystalline silicon has a depletion layer or accumulation layer in the resistor due to the difference between the bias voltage applied to the adjacent conductor and the bias voltage applied to the resistor itself. It is known that the resistance value fluctuates. On the other hand, it is understood that the
以下、図4及び図5を参照しつつ、上記(ステップS1)〜(ステップS11)の方法により製造される抵抗108の特性について説明する。図4は、抵抗108が備える金属薄膜抵抗(CrSi薄膜抵抗15)のシート抵抗(Ω/μm2)と、膜厚(Å)との関係を示すグラフである。図5は、金属薄膜抵抗(CrSi薄膜抵抗15)のシート抵抗のウェハ面内の63箇所での測定結果の標準偏差(σ)を平均値(AVE)で割った値(σ/AVE)と、CrSi膜厚との関係を示すグラフである。
Hereinafter, the characteristics of the
図4及び図5に示すグラフを作成するため、マルチチャンバースパッタリング装置を使用し、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorrの条件下において、Si/Cr=50/50wt%(以下、第1ターゲットという)、及び、80/20%(以下、第2ターゲットという)の2種類のターゲットに対して、それぞれ堆積時間を調整することにより、25〜500Åの膜厚のCrSi薄膜抵抗15を持つ抵抗108のサンプルを複数個(第1ターゲットについて4個、第2ターゲットについて5個)製造した。第1ターゲットについては、膜厚が500Åのサンプルは、作成していない。図4及び図5では、第1ターゲットのグラフを点線で示し、第2ターゲットのグラフを実線で示す。
In order to prepare the graphs shown in FIG. 4 and FIG. 5, a multi-chamber sputtering apparatus was used, and under conditions of DC power: 0.7 kW, Ar: 85 sccm, and pressure: 8.5 mTorr, Si / Cr = 50/50 wt% By adjusting the deposition time for two types of targets (hereinafter referred to as the first target) and 80/20% (hereinafter referred to as the second target), a CrSi thin film having a thickness of 25 to 500 mm A plurality of samples of the
また、各サンプルに対して、(ステップS8で説明した)CrSi薄膜形成前に実行するArスパッタエッチング処理を、各サンプルに対して、マルチチャンバースパッタリング装置を使用し、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorrの条件下において、160秒間だけ実行した。当該Arスパッタエッチング処理は、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を、約400Åの厚さだけエッチング除去するのに相当する処理である。 Further, for each sample, an Ar sputter etching process (described in step S8) performed before forming the CrSi thin film is performed on each sample using a multi-chamber sputtering apparatus, with a DC bias of 1250 V and Ar: 20 sccm. The test was performed for 160 seconds under the condition of pressure: 8.5 mTorr. The Ar sputter etching process is a process corresponding to removing a thermal oxide film formed in a wet atmosphere at 1000 ° C. by a thickness of about 400 mm.
また、各サンプルには、金属薄膜抵抗であるCrSi薄膜抵抗15に接続する下層の配線パターン6として、5000Åの膜厚のAlSiCu膜(金属材料パターン4)だけを使用し、接続孔12,13の底部には、高融点金属膜5のTiN膜が形成されていない構造を採用した。
In each sample, only the AlSiCu film (metal material pattern 4) having a thickness of 5000 mm is used as the
シート抵抗(Ω/μm2)の測定は、幅が0.5μm(マイクロメートル)、長さが50μmの帯状パターンを0.5μm間隔で20本配置した内の1本の抵抗108の両端に1Vの電圧を印加して電流値を測定する2端子法にて行なった。金属配線である配線パターン6とCrSi薄膜抵抗15とをつなぐ接続孔12,13の平面寸法は0.6μm×0.6μmであった。
The sheet resistance (Ω / μm 2 ) was measured at 1 V across one
図4に示すように、第1ターゲット(Si/Cr=50/50wt%(点線で示すグラフ))と、第2ターゲット(Si/Cr=80/20%(実線で示すグラフ))との組成に関わらず、200Å以上の膜厚から25Åという極めて薄い膜厚まで、膜厚とシート抵抗の線形性が維持されていることがわかる。このように、上述した製造方法によれば、ウェットエッチング技術を利用する従来技術では形成できないような微細な寸法で薄い金属薄膜抵抗を製造することができる。 As shown in FIG. 4, the composition of the first target (Si / Cr = 50/50 wt% (graph indicated by the dotted line)) and the second target (Si / Cr = 80/20% (graph indicated by the solid line)). Regardless, it can be seen that the linearity of the film thickness and the sheet resistance is maintained from a thickness of 200 mm or more to a very thin film thickness of 25 mm. As described above, according to the manufacturing method described above, it is possible to manufacture a thin metal thin film resistor having a minute size that cannot be formed by the conventional technique using the wet etching technique.
また、図5に示すように、ウェハ面内の63箇所におけるシート抵抗のバラツキを見ると、第1ターゲット(Si/Cr=50/50wt%(実線で示す))、及び、第2ターゲット(Si/Cr=80/20%(点線で示す))の双方が、膜厚の影響をほとんど受けておらず、安定した抵抗値を示していることが分かる。これより、上述した製造方法によれば、極めて微細で薄い金属薄膜抵抗(CrSi薄膜抵抗15)のパターンを、安定して形成できるものと理解できる。 Further, as shown in FIG. 5, when the variation in sheet resistance at 63 locations in the wafer surface is seen, the first target (Si / Cr = 50/50 wt% (shown by a solid line)) and the second target (Si It can be seen that both of / Cr = 80/20% (indicated by a dotted line) are hardly affected by the film thickness and show a stable resistance value. From this, it can be understood that according to the manufacturing method described above, an extremely fine and thin metal thin film resistor (CrSi thin film resistor 15) pattern can be stably formed.
図6(a)は、金属薄膜抵抗としてCrSi薄膜抵抗15を形成する前にArスパッタエッチング処理を行なった場合のCrSi薄膜抵抗15のシート抵抗(Ω/μm2)とCrSi薄膜抵抗15の下地膜を形成してから経過した時間(hr)との関係を示すグラフであり、図6(b)は、金属薄膜抵抗としてCrSi薄膜抵抗15を形成した後にArスパッタエッチング処理を行なった場合の上記関係を示すグラフである。各グラフにおいて、縦軸は、CrSi薄膜抵抗15のシート抵抗(Ω/μm2)を表し、横軸は、下地膜を形成してから経過した時間(hr)を表す。
FIG. 6A shows the sheet resistance (Ω / μm 2 ) of the CrSi
図6(a)及び図6(b)に示すグラフの作成時には、プラズマCVD法によって2000Åの膜厚に形成したプラズマSiN膜と、プラズマNSG(non-doped silicate glass)膜との2つのシリコンウェハのそれぞれに、CrSi薄膜抵抗15を形成した抵抗108のサンプルを用意し、これら2つのサンプルの抵抗140が備えるCrSi薄膜抵抗15のシート抵抗(Ω/μm2)を4端子法によって測定した。
When producing the graphs shown in FIGS. 6A and 6B, two silicon wafers of a plasma SiN film formed to a thickness of 2000 mm by a plasma CVD method and a plasma NSG (non-doped silicate glass) film are used. A sample of the
下地膜のプラズマSiN膜は、並行平板型プラズマCVD装置を使用し、温度:360℃、圧力:5.5Torr、RFパワー:200W、SiH4:70sccm、N2:3500sccm、NH3:40sccmの条件で形成した。プラズマNSG膜は、並行平板型プラズマCVD装置を用いて、温度:400℃、圧力:3.0Torr、RFパワー:250W、SiH4:16sccm、N2O:1000sccmの条件で形成した。 The plasma SiN film of the base film uses a parallel plate type plasma CVD apparatus, and the temperature is 360 ° C., the pressure is 5.5 Torr, the RF power is 200 W, SiH 4 is 70 sccm, N 2 is 3500 sccm, and NH 3 is 40 sccm. Formed with. The plasma NSG film was formed using a parallel plate plasma CVD apparatus under the conditions of temperature: 400 ° C., pressure: 3.0 Torr, RF power: 250 W, SiH 4 : 16 sccm, N 2 O: 1000 sccm.
CrSi薄膜抵抗15は、マルチチャンバースパッタリング装置を使用し、Si/Cr=80/20wt%のターゲットに対して、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、圧力:8.5mTorr、及び、堆積時間:13秒の条件で、100Åの膜厚のものを形成した。
The CrSi
Arスパッタエッチング処理を行なうサンプルには、マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、及び、圧力:8.5mTorrの条件で、80秒間だけArスパッタエッチング処理を施した。これは、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を200Åだけエッチング除去するのに相当する処理である。 Samples to be subjected to Ar sputter etching were subjected to Ar sputter etching for 80 seconds under the conditions of DC bias: 1250 V, Ar: 20 sccm, and pressure: 8.5 mTorr using a multi-chamber sputtering apparatus. This is a process corresponding to etching and removing a thermal oxide film formed at 1000 ° C. in a wet atmosphere by 200 mm.
図6(b)に示すように、CrSi薄膜抵抗15の形成前にArスパッタエッチング処理を行なっていない場合、下地膜の違い(SiN膜上とNSG膜上)によりシート抵抗が大きく異なっているのが分かる。さらに、下地膜を形成してからCrSi薄膜抵抗15を形成するまでに経過した時間の影響を大きく受けているのが分かる。これに対し、図6(a)に示すように、Arスパッタエッチング処理を行なった場合、下地膜の種類及び経過時間ともに、CrSi薄膜抵抗15のシート抵抗の特性にほとんど影響を与えていないのが分かる。
As shown in FIG. 6B, when the Ar sputter etching process is not performed before the CrSi
(ステップS2)の後段で説明したように、Arスパッタエッチング処理を行なった後、真空中で連続して配線用金属膜20及び高融点金属膜21を形成することにより、前のArスパッタエッチング処理からの経過時間や製品毎に異なる下地膜の違い等によって発生する抵抗値のバラツキを大幅に改善できることが分かる。
(Step S2) As described in the subsequent stage, after the Ar sputter etching process is performed, the
さらに、Arスパッタエッチング処理の効果は下地の影響のみならず、CrSi薄膜抵抗15の抵抗値そのものの安定性にも影響を与えることが分かった。
Further, it has been found that the effect of the Ar sputter etching process affects not only the influence of the base but also the stability of the resistance value of the CrSi
図7は、抵抗108のCrSi薄膜抵抗15を形成した後に、温度25℃、湿度45%の大気中に放置した時間と、形成直後のシート抵抗(R0)からのシート抵抗の変化率(ΔR/R0)の関係を示す図であり、縦軸はΔR/R0(%)、横軸は放置時間(時間)を示す。
FIG. 7 shows a period of time in which the CrSi
図7のグラフで使用する抵抗108のサンプルの下地膜及びCrSi薄膜抵抗は、図6のグラフで用いた抵抗108のサンプルと同じ条件で形成した。抵抗108のサンプルとしては、Arスパッタエッチング処理を全く行わないもの(点線で示すグラフ71が当該サンプルの特性を示す)、Arスパッタエッチング処理を40秒間、実行してできる膜厚100Åの熱酸化膜を持つもの(実線で示すグラフ72が当該サンプルの特性を示す)、及び、Arスパッタエッチング処理を80秒間、実行してできる膜厚200Åの熱酸化膜を持つもの(一点鎖線で示すグラフ73が当該サンプルの特性を示す)の3種を準備した。以下、Arスパッタエッチング処理を行わなかったサンプルを「Arエッチ無」のサンプルといい、Arスパッタエッチング処理を40秒間実行した膜厚100Åのサンプルを「Arエッチ:100Å」のサンプルといい、Arスパッタエッチング処理を80秒間実行した膜厚200Åのサンプルを「Arエッチ:200Å」のサンプルという。
The base film and CrSi thin film resistor of the
「Arエッチ無」のサンプルでは、形成後から時間が経過すると共に抵抗値が上昇し、300時間以上放置した場合、3%以上も抵抗値が変動しているのが分かる。 In the sample without “Ar etching”, it can be seen that the resistance value increases as time passes after the formation, and the resistance value fluctuates by 3% or more when left for 300 hours or more.
これに対し、「Arエッチ:100Å」及び「Arエッチ:200Å」のサンプルでは、抵抗値の変化率は大幅に減少し、300時間以上放置しても、形成直後のシート抵抗は±1%の誤差範囲内から外れることはなかった。 On the other hand, in the samples of “Ar etch: 100 Å” and “Ar etch: 200 Å”, the rate of change in resistance value is greatly reduced, and the sheet resistance immediately after formation is ± 1% even after being left for 300 hours or more. There was no deviation from the error range.
さらに、「Arエッチ:100Å」のサンプルと、「Arエッチ:200Å」のサンプルとを比較すると、Arスパッタエッチング量の大小の影響は小さく、わずかなエッチング量で効果があることが判明した。 Further, when comparing the sample of “Ar etch: 100 と” and the sample of “Ar etch: 200 Å”, it was found that the effect of the Ar sputter etching amount is small, and the effect is small with a small etching amount.
以上、図4〜図7を参照して、下地膜のシート抵抗への影響や大気放置時間の影響に対する抵抗108の特性を説明したが、これらの効果は、サンプルとして使用した、第1ターゲット(Si/Cr=50/50wt%)、及び、第2ターゲット(Si/Cr=80/20wt%)のCrSi薄膜抵抗に限定されるものではない。Si/Cr=50/50〜90/10wt%のターゲットで形成したCrSi薄膜及びCrSiN膜の全てで上記と同様の効果が確認された。また、Arスパッタエッチング方法も今回使用したDCバイアス・スパッタエッチング法に限定されるものではない。
As described above, the characteristics of the
図8は、接続孔12,13の形成時に、各孔の底部に、高融点金属膜5を残存させたサンプルと、完全に除去したサンプルとについて、熱処理に起因する金属薄膜抵抗と、金属配線の接触抵抗との変動を調べた結果を示す図である。縦軸は、熱処理前の接触抵抗値で規格化した値を示す。横軸は、熱処理回数を示す。
FIG. 8 shows the metal thin film resistance and metal wiring resulting from the heat treatment for the sample in which the
図8では、接続孔12,13形成時のドライエッチング処理の実行時間を調整して、接続孔12,13の底部の高融点金属膜を500Å程度残存させた抵抗108のサンプルと、完全に除去した抵抗108のサンプルとを用いた。高融点金属膜5にはTiN膜を用いた。CrSi薄膜抵抗15は、Si/Cr=80/20wt%、DCパワー:0.7KW、Ar:85sccm、及び、圧力:8.5mTorr、及び、堆積時間:6秒間、の条件で50Åの膜厚のものを形成した。
In FIG. 8, the execution time of the dry etching process at the time of forming the connection holes 12 and 13 is adjusted to completely remove the sample of the
CrSi薄膜抵抗15を形成する前に行うArスパッタエッチング処理は、DCバイアス:1250V、Ar:20sccm、圧力:8.5mTorr、及び、処理時間:160秒、の条件で実行した。当該処理は、1000℃、ウェット雰囲気で形成した熱酸化膜を400Åだけエッチング除去するのに相当する。接続孔12,13の平面寸法は0.6μm×0.6μmであった。接触抵抗測定方法は4端子法を用いた。
The Ar sputter etching process performed before forming the CrSi
上記の抵抗108のサンプルに対して、350℃の窒素雰囲気中で30分間の熱処理を施し、接触抵抗の特性がどのように変化するかを調べた。高融点金属膜5として用いたTiN膜を、接続孔12,13の底部に有する抵抗108のサンプル(図中、「TiN有」と表す実線のグラフ81)は、上記条件の熱処理を2回行っても、ほとんど熱処理前と同じ接触抵抗の特性を示した。これに対し、TiN膜を完全に除去したサンプル(図中、「TiN無」と表す点線のグラフ82)は、上記条件の熱処理を2回行ったことにより、接触抵抗の値が熱処理前の接触抵抗の値に比べて20%以上変動した。このことは、高融点金属5として用いるTiN膜が、CrSi薄膜抵抗15と、配線パターン6を構成する金属材料パターン4との相互作用による抵抗変動を防止するバリヤ膜としての機能を有することを意味している。
The sample of the
CrSi薄膜抵抗15と金属材料パターン4との間に、高融点金属膜5として用いるTiN膜を存在させることにより、例えば、シンタリングやCVDなど、製造工程で行なわれる熱処理による接触抵抗の変動を極めて小さくできると共に、後工程である組立て作業で行なわれる半田処理などの熱処理での接触抵抗の変動を防止できる。これにより、設定通りの接触抵抗を安定して得ることができると共に、組立て前後の接触抵抗の変動を防止することができ、製品の高精度化や、製品の歩留の向上が可能となる。
The presence of a TiN film used as the
図2及び図3を参照して説明した抵抗108の製造方法では、(ステップS2)の工程において、配線用金属膜20と高融点金属膜21を真空中で連続して形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the method of manufacturing the
例えば、配線用金属膜20を形成し、一度大気に曝した後、高融点金属膜21を形成した場合には、配線用金属膜20の表面に形成される自然酸化膜の影響で、配線用金属膜20と高融点金属膜21との間で電気的導通を確保することが困難になる。上述した通り、配線パターン6は、配線用金属膜20及び高融点金属膜21をパターニングして形成する金属材料パターン4及び高融点金属膜5で構成される。配線パターン6上に形成される第2層間絶縁膜11に接続孔12,13を形成する段階で、接続孔12,13の底部の高融点金属膜5を完全に除去することによって、配線パターン6とCrSi薄膜抵抗15との間に良好なオーミック接続を形成することができる。
For example, when the
また、上述した(ステップS2)において、反射防止膜兼バリヤ膜として機能する高融点金属膜21の膜厚を800Åにしているが、本発明の実施形態としては、これに限定されるものではない。一般に、反射防止膜としての高融点金属膜の膜厚は、500Å以下に形成される。図2及び図3を参照しつつ説明した抵抗108の製造方法では、接続孔12,13形成時のオーバーエッチング((ステップS7)を参照)や、金属薄膜形成時のArスパッタエッチング処理((ステップS8)を参照)において、高融点金属膜5の膜厚が若干減少してしまうため、接続孔12,13の底部に安定して働くバリヤ膜として、高融点金属膜5を残存させたい場合には、高融点金属膜21の膜厚を500Å以上にすることが好ましい。
In (Step S2) described above, the thickness of the
ただし、上述したように、接続孔12,13形成用のエッチング処理の条件やArスパッタエッチング処理の条件を最適化することにより、高融点金属膜5の膜厚が500Å以下でも高融点金属膜5の膜厚の減りを最小限に抑えてバリヤ膜としての機能を発揮させることは可能である。
However, as described above, by optimizing the etching process conditions for forming the connection holes 12 and 13 and the Ar sputter etching process conditions, the
上述した(ステップS8)では、CrSi薄膜14の形成直前にArスパッタエッチング処理を行なっているが、バリヤ膜としてのTiN膜を用いる高融点金属膜5が接続孔12,13底部に残存している場合、当該高融点金属膜5は大気に曝されてもAlSiCu膜ほど強固な自然酸化膜を形成しないため、CrSi薄膜14の形成直前にArスパッタエッチング処理を行わなくても、CrSi薄膜14と配線パターン6の良好なオーミック接続を形成することはできる。ただし、図7を参照しつつ説明したように、CrSi薄膜14の形成直前にArスパッタエッチング処理を行なうことによりCrSi薄膜抵抗15の抵抗値をより安定することができるため、Arスパッタエッチング処理を実行するほうが好ましい。
In (Step S8) described above, Ar sputter etching is performed immediately before the formation of the CrSi
また、抵抗108では、第2層間絶縁膜11として、SOG膜9の形成及びエッチバック技術を用いて平坦化したものを用いているが、CrSi薄膜抵抗14の下地となる絶縁膜(又は絶縁層)は、これに限定されるものではない。CrSi薄膜抵抗14の下地となる絶縁膜としては、例えば公知の技術であるCMP(chemical mechanical polish)技術を用いて平坦化を行なった絶縁膜や、平坦化を行なっていないプラズマCVD酸化膜など、他の絶縁膜であってもよい。
In the
ただし、アナログ抵抗素子の中には、TCRのみならず、ペア性や比精度も重要となるような構成で使用されている場合も多いので、特に、抵抗108を構成する金属薄膜抵抗(CrSi薄膜抵抗15)をアナログ抵抗素子として用いる場合には、金属薄膜抵抗の下地となる第2層間絶縁膜11は、平坦化処理が施されていることが好ましい。
However, since many analog resistance elements are used not only in the TCR but also in a configuration in which pairability and specific accuracy are important, in particular, a metal thin film resistor (CrSi thin film) constituting the
また、抵抗108では、CrSi薄膜抵抗15の上にパッシベーション膜18を形成しているが、これに限定されない。CrSi薄膜抵抗15上の膜は、例えば第2層目の金属配線を形成するための層間絶縁膜等、パッシベーション膜18以外の絶縁膜であってもよい。
In the
(4)変形例にかかる抵抗の製造方法の説明
図9(a)〜(d)は、上述した抵抗108の変形例の抵抗160の製造方法を説明するための図である。図9(d)は抵抗160の完成図を示している。実際の抵抗160では、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されるが、それらの素子の図示は省略している。図2及び図3に示した抵抗108の製造方法で用いたのと同じ構成物には、同じ参照番号を付してここでの重複した説明は省く。
(4) Description of Method for Manufacturing Resistor According to Modification FIGS. 9A to 9D are diagrams for describing a method for manufacturing the
まず、図9(d)を参照して抵抗160の構成を説明する。シリコン基板1上には、順に、素子分離酸化膜2、配線パターン6、及び、第2層間絶縁膜11が形成されている。配線パターン6は、下層より順に第1層間絶縁膜3、金属材料パターン4及び高融点金属膜5を積層したものである。第2層間絶縁膜11は、下層から順に、プラズマCVD酸化膜8、SOG膜9及びプラズマCVD酸化膜10を積層したものである。第2層間絶縁膜11には、金属薄膜抵抗の両端部に該当する箇所、即ち、配線パターン6に設けた開口部7(図2(c)を参照)の直上の外周部分に、2個の接続孔12,13が設けられている。
First, the configuration of the
第2層間絶縁膜11上には、接続孔12と接続孔13との間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン6上にわたってCrSi薄膜抵抗15が形成されている。CrSi薄膜抵抗15の上面には、CrSiN膜(金属窒化膜)31が形成されている。CrSi薄膜抵抗15とCrSiN膜31の間には、CrSiO膜は形成されていない。図示していないが、CrSi薄膜抵抗15の形成領域を含む第2層間絶縁膜11上に、層間絶縁膜又はパッシベーション膜(図3(e)に示す抵抗108のパッシベーション膜18に相当する)が形成されている。
A CrSi
以下、図9(a)〜(d)を順に参照して、抵抗160の製造方法について説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the
(ステップS20)
まず、図9(a)を参照する。既に図2(a)〜(f)及び図3(a)を参照して説明した(ステップS1)〜(ステップS7)と同じ内容の工程により、素子分離酸化膜3の形成が完了したウェハ状のシリコン基板1上に、第1層間絶縁膜3、金属配線パターン4及び高融点金属膜5からなる配線パターン6、並びに、プラズマCVD酸化膜8、SOG膜9及びプラズマCVD酸化膜10からなる第2層間絶縁膜11を形成した後、第2層間絶縁膜11に接続孔12,13を形成する。
(Step S20)
First, reference is made to FIG. A wafer shape in which the formation of the element
(ステップS21)
図9(b)を参照する。上述した(ステップS8)において、図3(b)を参照して説明したのと同じ内容の工程を実行する。例えば、マルチチャンバースパッタリング装置のArスパッタエッチングチャンバーにて、真空中で、接続孔12,13内を含む第2層間絶縁膜11の表面に対してArスパッタエッチング処理を行なった後、真空の状態を維持し、引き続き金属薄膜抵抗用のCrSi薄膜14を形成する。
(Step S21)
Reference is made to FIG. In the above-described (Step S8), the process having the same contents as described with reference to FIG. For example, after performing Ar sputter etching on the surface of the second
CrSi薄膜14の形成後、真空を破らずに、連続して、CrSi薄膜14上にCrSiN膜30を形成する。ここでは、CrSi薄膜14の形成で用いたSi/Cr=80/20wt%のCrSiターゲットを使用し、DCパワー:0.7KW(キロワット)、Ar+N2(アルゴンと窒素の混合ガス):85sccm、圧力:8.5mTorr、及び、処理時間:6秒の条件で、CrSi薄膜14上に、約50Åの膜厚のCrSiN膜30を形成した。
After the CrSi
(ステップS21)
図9(c)を参照する。上述した(ステップS9)において、図3(c)を参照しつつ説明したのと同じ内容の工程により、周知のフォトリトグラフ技術を用いて、CrSiN膜30上に金属薄膜抵抗の形成領域を画定するためのレジストパターン16を形成する。RIE(反応性イオンエッチング)装置を用いて上記レジストパターン16をマスクとして用いてCrSiN膜30及びCrSi薄膜14をパターニング(部分除去)して、CrSiN膜31及びCrSi薄膜抵抗15からなる積層パターンを形成する。
(Step S21)
Reference is made to FIG. In the above-described (Step S9), the formation region of the metal thin film resistor is defined on the
(ステップS22)
図9(d)を参照する。CrSiN膜31及びCrSi薄膜抵抗15からなる積層パターンの形成後、レジストパターン16を除去する。上記の実施例と同様に、CrSi薄膜抵抗15は、配線パターン6と電気的に接続されているので、フッ酸水溶液を用いてCrSi薄膜抵抗15の表面の金属酸化膜除去処理を行なう必要がない。さらに、CrSi薄膜抵抗15の上面は、CrSiN膜31により覆われているため、大気など、酸素を含む雰囲気中に曝されてもCrSi薄膜抵抗15の上面が酸化されないという利点を持つ。
(Step S22)
Reference is made to FIG. After the formation of the laminated pattern composed of the
図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗15及びCrSiN膜31の形成領域を含む第2層間絶縁膜11上に、層間絶縁膜又はパッシベーション膜(図3(e)に示すパッシベーション膜18を参照)を形成する。
Although illustration is omitted, an interlayer insulating film or a passivation film (see the
一般に、CrSi等の金属薄膜は、酸素との反応性が高く、当該金属薄膜を大気に長時間曝すと抵抗値が変動してしまう。抵抗160では、CrSi薄膜抵抗15の上面にCrSiN膜31を形成することにより、CrSi薄膜抵抗15の上面が大気に曝され、時間の経過に伴い、CrSi薄膜抵抗15の抵抗値が変動するのを防止することができる。CrSi薄膜抵抗15を形成するためのCrSi薄膜14が成膜された段階で、CrSi薄膜14と配線パターン6とのオーミック接続は完了しているため、CrSi薄膜14上に新たな薄膜が成膜されても、特性上何ら影響を与えるものではない。
In general, a metal thin film such as CrSi has high reactivity with oxygen, and the resistance value fluctuates when the metal thin film is exposed to the atmosphere for a long time. In the
図10は、CrSiN膜形成用のガスのN2分圧とCrSiN膜の抵抗率の関係を示す図である。縦軸は抵抗率ρ(mΩ・cm(ミリオーム・センチメートル))を示し、横軸はN2分圧(%)を示す。ここでは、ターゲット:Si/Cr=50/50wt%、DCパワー:0.7KW、Ar+N2:85sccm、及び、圧力:8.5mTorr、処理時間:6秒の条件で、Ar+N2ガスのN2分圧を調整してCrSiN膜を形成した。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the N 2 partial pressure of the gas for forming the CrSiN film and the resistivity of the CrSiN film. The vertical axis represents resistivity ρ (mΩ · cm (milliohm · centimeter)), and the horizontal axis represents N 2 partial pressure (%). Here, under conditions of target: Si / Cr = 50/50 wt%, DC power: 0.7 kW, Ar + N 2 : 85 sccm, pressure: 8.5 mTorr, treatment time: 6 seconds, N 2 minutes of Ar + N 2 gas The pressure was adjusted to form a CrSiN film.
N2分圧を18%以上添加してリアクティブスパッタにより形成されたCrSiN膜は、N2を全く添加しないガスを用いた場合(N2分圧が0%)に比べて10倍以上の高い抵抗率を示す。したがって、N2分圧を18%以上に設定してCrSiN膜を成膜するようにすれば、CrSi薄膜抵抗上に直接CrSiN膜を形成しても、CrSi薄膜抵抗全体の抵抗値はCrSi薄膜が決定することとなり、CrSiN膜は抵抗値にほとんど影響を与えない。ここで、N2分圧の上限は90%程度である。N2分圧を90%よりも大きく設定した場合、スパッタリング速度の大幅な低下を招き、生産効率が低下するので好ましくない。 The CrSiN film formed by reactive sputtering with an N 2 partial pressure of 18% or more is 10 times higher than when a gas not containing N 2 is used at all (N 2 partial pressure is 0%). Resistivity is shown. Therefore, if the CrSiN film is formed by setting the N 2 partial pressure to 18% or more, even if the CrSiN film is directly formed on the CrSi thin film resistor, the resistance value of the entire CrSi thin film resistor is the same as that of the CrSi thin film. Therefore, the CrSiN film hardly affects the resistance value. Here, the upper limit of the N 2 partial pressure is about 90%. If the N 2 partial pressure is set to be larger than 90%, it is not preferable because the sputtering rate is significantly reduced and the production efficiency is lowered.
また、抵抗160では、CrSi薄膜抵抗15上にCrSiN膜31を形成している。CrSi薄膜抵抗15上にCVD系の絶縁膜、例えばシリコン窒化膜等を形成してもよい。しかし、一般的なマルチチャンバースパッタ装置にはCVDチャンバーが接続されておらず、CVD系の絶縁膜を真空中で連続してCrSi薄膜抵抗15上に形成するには、対応する新しい設備を購入する必要があり、製造コストに多大な影響を与えてしまう。
In the
抵抗160のように、CrSi薄膜抵抗15を形成するためのCrSi薄膜14上にCrSiN膜30を形成する構成であれば、新しい装置を購入すること無く、既存のマルチチャンバースパッタ装置を用いて、真空の状態を維持したままの状態で、CrSi薄膜抵抗15の耐酸化カバー膜となるCrSiN膜30を形成することができる。
If the
抵抗160では、高融点金属膜5としてTiN膜を用いた例を挙げているが、配線パターン6を構成する高融点金属膜はこれに限定されるものではなく、例えば、TiWやWSiなど、他の高融点金属膜を用いてもよい。
In the
また、抵抗160では、金属配線として一層の配線パターン6を備えているが、これに限定されるものではなく、多層の配線パターンを持つ多層金属配線構造の抵抗を構成することも考えられる。
In addition, the
また、抵抗160では、配線パターン6として、金属材料パターン4の上面に高融点金属膜5が形成されたものを用いているが、これに限定されるものではなく、配線パターンとして上面に高融点金属膜5を形成せずに金属材料パターン4だけを用いてもよい。この場合、金属材料パターン4として、例えば、Al系合金を用いた場合には、金属材料パターン表面に強固な自然酸化膜が形成されるので、接続孔形成後で金属薄膜抵抗用の金属薄膜を形成する前に、接続孔底部の金属材料パターン表面の自然酸化膜を除去する工程を行なうことが好ましい。その自然酸化膜除去工程は、CrSi薄膜抵抗15の抵抗値の経時的変化の抑制を目的としたArスパッタエッチング処理を兼ねて行なってもよい。
In the
また、抵抗160は、CrSi薄膜抵抗23の電位をとるための配線パターン11として金属材料パターン7及び高融点金属膜9から成るものを用いているが、金属材料パターン7に代えてポリシリコンパターンを用いてもよい。
The
(5)別の変形例にかかる抵抗の製造方法の説明
図11は、別の変形例の抵抗170の製造方法を説明するための図である。図11(d)は、抵抗170の完成図である。図11(d)に示す抵抗170には、実際には、同一基板上にトランジスタ素子や容量素子などが形成されているが、それらの素子は省略している。図2及び図3で説明した抵抗108の製造方法と同じ手法により形成される構成物には同じ参照番号を付して、ここでの重複した説明は省く。
(5) Description of Resistance Manufacturing Method According to Another Modification FIG. 11 is a diagram for explaining a manufacturing method of the resistance 170 according to another modification. FIG. 11D is a completed view of the resistor 170. In the resistor 170 shown in FIG. 11D, transistor elements and capacitor elements are actually formed on the same substrate, but these elements are omitted. Components formed by the same method as the method of manufacturing the
まず、図11(d)を参照して抵抗170の実施例を説明する。シリコン基板1上に素子分離酸化膜2が形成されている。シリコン基板1上に形成された酸化膜(図示は省略)上及び素子分離酸化膜2上に、配線パターン49が形成されている。配線パターン49は、下層から順に、ポリシリコンパターン45、高融点金属膜47を形成したものである。高融点金属膜47は、例えば、WSi又はTiSiにより形成されている。
First, an example of the resistor 170 will be described with reference to FIG. An element
配線パターン49及び素子分離酸化膜2の形成領域を含むシリコン基板1上に第1層間絶縁膜3が形成されている。第1層間絶縁膜5に、金属薄膜抵抗の両端部及び配線パターン49に対応して接続孔12,13が形成されている。
A first
第1層間絶縁膜5上に、接続孔21,21間の領域から接続孔21の内壁及び配線パターン49上にわたってCrSi薄膜抵抗23が形成されている。図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗23の形成領域を含む第1層間絶縁膜5上に、層間絶縁膜、金属配線及びパッシベーション膜が形成されている。
On the first
以下、図11(a)〜(d)を順に参照して、抵抗170の製造方法を説明する。
(ステップS30)
図11(a)を参照する。シリコン基板1上に素子分離酸化膜2を形成し、素子分離酸化膜2以外のシリコン基板1表面にトランジスタのゲート酸化膜などの酸化膜(図示は省略)を形成した後、シリコン基板1上全面にポリシリコン膜(ポリシリコンパターン)を形成する。例えばトランジスタのゲート電極の形成と同時に、低抵抗化したポリシリコンパターン45を形成する。ポリシリコンパターン45上を含むシリコン基板1の上全面に高融点金属膜を形成し、ポリシリコンパターン45のサリサイド化を行なって、ポリシリコンパターン45の上にTiSiやWSiなどの高融点金属膜47を形成し、配線パターン49を形成する。
Hereinafter, a method for manufacturing the resistor 170 will be described with reference to FIGS. 11A to 11D in order.
(Step S30)
Reference is made to FIG. An element
(ステップS31)
図11(b)参照する。図2(a)を参照して説明した(ステップS1)と同様にして、配線パターン49上を含むシリコン基板1上全面に第1層間絶縁膜5を形成する。
(Step S31)
Reference is made to FIG. Similar to (step S1) described with reference to FIG. 2A, the first
(ステップS32)
図11(c)を参照する。フォトリトマトグラフ技術により、金属薄膜抵抗の両端部及び配線パターン49に対応して第1層間絶縁膜3に接続孔を形成するためのレジストパターン(図示は省略)を形成する。そのレジストパターンをマスクにして、第1層間絶縁膜3を選択的に除去して、第1層間絶縁膜3に接続孔12,13を形成する。接続孔12,13の底部には、高融点金属膜47が残存している。その後、レジストパターンを除去する。
(Step S32)
Reference is made to FIG. A resist pattern (not shown) for forming connection holes in the first
(ステップS33)
図11(d)を参照する。図3(b)及び(c)を参照して説明した(ステップS8)及び(ステップS9)と同じ工程により、例えば、マルチチャンバースパッタリング装置を用いて、真空中で、接続孔12,13内を含む第2層間絶縁膜11の表面に対してArスパッタエッチング処理を行ない、続けて、Arスパッタエッチング処理の完了後に真空を破らずに連続して金属薄膜抵抗用の金属薄膜を形成し、金属薄膜をパターニングしてCrSi薄膜抵抗23を形成する。
(Step S33)
Reference is made to FIG. By the same process as (Step S8) and (Step S9) described with reference to FIGS. 3B and 3C, the inside of the connection holes 12 and 13 is formed in vacuum using, for example, a multi-chamber sputtering apparatus. Ar sputter etching is performed on the surface of the second
その後、図示は省略するが、CrSi薄膜抵抗15の形成領域を含む第1層間絶縁膜3上に、層間絶縁膜、金属配線及びパッシベーション膜を形成する。
Thereafter, although not shown, an interlayer insulating film, a metal wiring, and a passivation film are formed on the first
この実施例においても、図2及び図3を参照して説明した抵抗108の場合と同様に、CrSi薄膜抵抗15をパターニングした後にウェットエッチング技術によるパターニングを行なう必要はなく、さらに、CrSi薄膜抵抗15の配線パターン49との接触面が大気に曝されることはないのでCrSi薄膜抵抗15と配線パターン49の良好なオーミック接続を安定して得ることができ、CrSi薄膜抵抗15の膜厚に関わらず、工程数を増加させることなく、CrSi薄膜抵抗15の微細化及び抵抗値の安定化を実現することができる。
Also in this embodiment, as in the case of the
さらに、CrSi薄膜抵抗15とポリシリコンパターン45の間にバリヤ膜として機能する高融点金属膜47を介在させているので、CrSi薄膜抵抗15と配線パターン49の接触抵抗のバラツキを低減することができ、抵抗値の精度及び歩留りの向上を図ることができる。
Further, since the
さらに、高融点金属膜47はポリシリコンパターン45の低抵抗化にも寄与しており、従来技術に比べ、製造工程を増加させることなく、高融点金属膜47を形成することができるので、製造コストの増大を防止しつつ、金属薄膜抵抗と配線パターンの接触抵抗を安定させることができる。
Further, the
また、上記の製造方法の実施例では、CrSi薄膜抵抗15用の金属薄膜を形成する前にArスパッタエッチング処理を行なっているので、前工程からの経過時間や製品毎に異なる下地膜の違い等によって発生する抵抗値のバラツキを低減することができる。
In the embodiment of the above manufacturing method, Ar sputter etching is performed before the metal thin film for the CrSi
図11に示した抵抗170では、図9に示した抵抗160と同様に、CrSi薄膜抵抗15上にCrSiN膜を形成するようにしてもよい。
In the resistor 170 shown in FIG. 11, a CrSiN film may be formed on the CrSi
また、抵抗108,109,160,170、更には、図4、図5、図6(a),(b)、図7、図8、図10に示した条件により製造されるサンプルでは、金属薄膜抵抗の材料としてCrSiを用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属薄膜抵抗の材料としては、例えばNiCr、TaN、CrSi2、CrSiN、CrSi、CrSi0など、他の材料を用いてもよい。
In addition, in the samples manufactured under the conditions shown in FIGS. 4, 5, 6 (a), (b), 7, 8, and 10, the
(6)基準電圧発生回路の他の実施の形態
図12は、実施の形態2に係る基準電圧発生回路200の構成を示す図である。図13は、実施の形態3に係る基準電圧発生回路300の構成を示す図である。基準電圧発生回路300は、図15(b)に示した基準電圧発生回路120に新たな抵抗を用いた回路である。
(6) Another Embodiment of Reference Voltage Generating Circuit FIG. 12 is a diagram showing a configuration of the reference
図12に示す基準電圧発生回路200において、この回路は、pチャンネル型の電界効果トランジスタ(以下単にFETと記す)201〜205と、抵抗210,220とで構成されている。FET201,202,204,205は、基板やチャンネルドープの不純物濃度が等しく、p型基板のnウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位は、ソース電位と同じ値に設定されている。
In the reference
また、FET201は、高濃度p型ゲートを持ち、FET102は、高濃度n型ゲートを持つ。FET201とFET202のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
また、FET204は、低濃度n型ゲートを持ち、FET205は、高濃度n型ゲートを持つ。FET204とFET205のチャンネル幅Wとチャンネル長さLの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
FET201のゲートには、高濃度n型ゲートを持つFET203と、直列に接続されている2個の抵抗210及び抵抗220により構成される抵抗分割回路を含むソースフォロア回路から電位が与えられる。FET202のゲートとFET203のゲートは、互いに接続されている。FET203は、ソース・ゲート間が接続されている。FET201のゲートは、FET203のソースと抵抗210の接続点(図中、電位V4を表す点P4)に接続されている。FET203のドレインは、FET205のゲートに接続されている。
A potential is applied to the gate of the
FET202は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列接続されているFET201に、同一の電流を流す。これにより、電源電圧Vccから電位V4を差し引いて求められるFET201のソース・ゲート間電位が、Vpn(=Vcc−V4)と成る。また、V5は、{(抵抗220の抵抗値)/(抵抗210の抵抗値)}×Vpnで表される。
The
FET204は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列に接続されているFET205に、同一の電流を流す。これにより、FET205のソース・ゲート間の電位をVnnと表すと、当該FET205のソース電位V6は、V5+Vnn={(抵抗220の抵抗値)/(抵抗210の抵抗値)}×Vpn+Vnn(=Vref)で表される。
The
直列に接続されているFET201及びFET202により、環境温度の変化に対して負の温度係数を持つ第1電源回路が構成される。一方、直列に接続されているFET204及びFET205により、環境温度の変化に対して正の温度係数を持つ第2電源回路が構成される。ソースフォロア回路内で抵抗分割回路を構成する抵抗220及び抵抗210の抵抗値を、例えば、トリミング技術により調節することで、上記負の温度係数の傾きを調節し、正及び負の温度係数を相殺し、即ち、温度特性を補償し、環境温度の変化に対して安定した基準電圧Vrefを出力する回路を構成する。
The
なお、各回路の温度係数の傾きは、抵抗210及び抵抗220の値の他、FET201が備える高濃度p型のゲート、FET202,203,205が備える高濃度n型ゲート、及び、FET204が備える低濃度n型ゲートの不純物濃度を変えることにより調節することができる。
In addition to the values of the
図13は、基準電圧発生回路300の構成を示す図である。当該基準電圧発生回路300は、p型チャンネルのFET301〜303、FET306、FET307と抵抗304,305とで構成されている。FET01〜303、FET306、FET307は、基板やチャンネルドープの不純物濃度は等しく、p型基板のnウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位は、ソース電位と同一の値に設定されている。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of the reference
FET301は、高濃度n型ゲートを持ち、FET302は高濃度p型ゲートを持つ。FET301とFET302のチャンネル幅Wとチャンネル長Lの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
FET306は、高濃度p型ゲートを持ち、FET307は、低濃度p型ゲートを持つ。FET306とFET307のチャンネル幅Wとチャンネル長Lの比S=W/Lは、それぞれ同一の値に設定されている。
The
FET301のゲートには、高濃度p型ゲートを持つFET303と、直列に接続されている2個の抵抗304及び抵抗305により構成される抵抗分割回路を含むソースフォロア回路から電位が与えられる。FET302のゲートとFET303のゲートは、互いに接続されている。FET303は、ソース・ゲート間が接続されている。FET301のゲートは、FET303のソースと抵抗305の接続点(図中、電位V7を表す点P7)に接続されている。抵抗304と抵抗305の接点P9と、FET306のゲートが接続されている。
A potential is applied to the gate of the
FET302は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列接続されているFET301に、同一の電流を流す。これにより、電源電圧Vccから電位V7を差し引いて求められるFET301のソース・ゲート間電位が、Vpn(=Vcc−V7)と成る。また、V8は、Vcc−{(抵抗304の抵抗値)×{(抵抗305の抵抗値)+(抵抗305の抵抗値)}×Vpnで表される。
The
FET306は、ソース・ゲート間が接続されており、定電流源として機能し、直列に接続されているFET307に、同一の電流を流す。これにより、FET307のソース・ゲート間の電位をVnnと表すと、当該FET307のソース電位V9は、Vcc−V9+Vnn={(抵抗304の抵抗値)/(抵抗304の抵抗値+抵抗305の値)}×Vpn+Vnn(=Vref)で表される。
The
直列に接続されているFET301及びFET302により、環境温度の変化に対して負の温度係数を持つ第1電源回路が構成される。一方、直列に接続されているFET306及びFET307により、環境温度の変化に対して正の温度係数を持つ第2電源回路が構成される。ソースフォロア回路内で抵抗分割回路を構成する抵抗304及び抵抗305の抵抗値を、例えば、トリミング技術により調節することで、上記負の温度係数の傾きを調節し、即ち、温度特性を補償して、環境温度の変化に対して安定した基準電圧Vrefを出力する回路を構成する。なお、各回路の温度係数の傾きは、抵抗304及び抵抗305の値のほか、所望の温度係数の傾きは、FET302が備える高濃度p型ゲート、FET307が備える低濃度n型のゲートの不純物濃度を変えることにより調節することができる。
The
(7)新規の抵抗を用いた基準電圧発生回路の特性
図14(a)及び(b)は、図1及び図13に示した基準電圧発生回路100及び300の入力安定度と、環境温度の変化に対する温度特性とを、理想値及び従来技術で説明した基準電圧発生回路110及び120の入力安定度及び温度特性と共に示す図である。入力安定度は、電源電圧Vccの値の変動に対し、出力される基準電圧Vrefの値の安定度を示すものであり、基準電圧Vrefが安定している程、理想値に近い値を示すものとする。温度特性は、温度係数の傾きが平坦であるほど理想値に近い値を示す。図中、抵抗に多結晶シリコンを用いた場合の回路110,120の入力安定度及び温度特性を◆で表し、CrSiの金属薄膜を用いる新規の抵抗を用いる回路100,300の入力安定度及び温度特性を■で表し、理想値を▲で表す。
(7) Characteristics of Reference Voltage Generation Circuit Using Novel Resistors FIGS. 14A and 14B are graphs showing the input stability and the environmental temperature of the reference
図示するように、新規の抵抗108,109を用いる実施の形態1に係る基準電圧発生回路100の場合、多結晶シリコンを用いる抵抗106,107を使用する、従来の基準電圧発生回路110に比べて、入力安定度が54%、温度特性が16%も向上し、理想値に大幅に近い値になっている。
As shown in the figure, the reference
これに対して、新規の抵抗304,305を用いる実施の形態3に係る基準電圧発生回路300の場合、多結晶シリコンを用いる抵抗124,125を使用する、従来の基準電圧発生回路120に比べて、入力安定度及び温度特性の双方ともさほど改善されなかった。これは、従来技術の欄でも説明したとおり、回路の構成上、基準電圧発生回路300の場合、多結晶シリコンを用いた場合に比べた場合、理想値との差があまりなかったことによる。
On the other hand, the reference
このように、上述した金属薄膜を用いる新規の抵抗と従来の基準電圧発生回路の組み合わせを検討した結果、従来の基準電圧発生回路(110,120)において、多結晶シリコンを用いる抵抗(106,107,124,125)の代わりに、金属薄膜を用いる新規の抵抗(108,109,304,305)、或いは、変形例に係る抵抗160,170を用いることにより、入力安定度、及び、温度特性の何れもが改善されるが、特に、新規の抵抗108,109を従来の基準電圧発生回路110に適用した場合(実施の形態1の基準電圧発生回路100がこれに相当する)に、入力安定度及び温度特性の双方が飛躍的に改善され、理想値に近い値になることが解った。
As described above, as a result of examining the combination of the new resistor using the metal thin film and the conventional reference voltage generating circuit, the resistor (106, 107) using polycrystalline silicon in the conventional reference voltage generating circuit (110, 120). , 124, 125), by using a new resistor (108, 109, 304, 305) using a metal thin film, or a
5 高融点金属膜、6,11,49:配線パターン、11a:熱酸化膜、12,13:接続孔、14,15:CrSi薄膜抵抗、45:ポリシリコンパターン、106,107,108,109,124,125,140,150,160,170,304,305:抵抗、101,102,103,104,105,121,122,123,126,127,301,302,303,306,307:電界効果トランジスタ、100,110,120,200,300:基準電圧発生回路。
5 refractory metal film, 6, 11, 49: wiring pattern, 11a: thermal oxide film, 12, 13: connection hole, 14, 15: CrSi thin film resistor, 45: polysilicon pattern, 106, 107, 108, 109, 124, 125, 140, 150, 160, 170, 304, 305: resistance, 101, 102, 103, 104, 105, 121, 122, 123, 126, 127, 301, 302, 303, 306, 307: field effect Transistor, 100, 110, 120, 200, 300: reference voltage generation circuit.
Claims (11)
上記複数の抵抗が、金属薄膜で構成されていることを特徴とする基準電圧発生回路。 In a reference voltage generating circuit including a resistance dividing circuit composed of a plurality of resistors connected in series,
A reference voltage generating circuit, wherein the plurality of resistors are formed of a metal thin film.
上記第1電源回路にゲートの接続された第1電界効果トランジスタと、第1電界効果トランジスタのドレインとグランドとの間、及び、ソースと電源電圧Vccとの間に直列に接続された上記複数の抵抗で構成される抵抗分割回路を含み、上記第1電源回路の出力する電圧の負の温度特性の傾きを調整するソースフォロア回路と、
上記ソースフォロア回路に接続されると共に、同一の導電型で不純物濃度の異なるゲートを持つ複数の電界効果トランジスタで構成され、環境温度の変化に対して正の温度係数を有する電圧を発生する電源回路であって、上記ソースフォロア回路の出力を加算し、温度係数の傾きを補償した電圧を出力する第2電源回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の基準電圧発生回路。 A first power supply circuit configured by a plurality of field effect transistors having gates of different conductivity types and outputting a voltage having a negative temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature;
The first field effect transistor having a gate connected to the first power supply circuit, the plurality of the field effect transistors connected in series between the drain and ground of the first field effect transistor and between the source and the power supply voltage Vcc. A source follower circuit that includes a resistance divider circuit composed of resistors and adjusts the slope of the negative temperature characteristic of the voltage output from the first power supply circuit;
A power supply circuit that is connected to the source follower circuit and includes a plurality of field effect transistors having gates of the same conductivity type and different impurity concentrations, and generates a voltage having a positive temperature coefficient with respect to a change in environmental temperature A second power supply circuit that adds the outputs of the source follower circuit and outputs a voltage compensated for the gradient of the temperature coefficient;
The reference voltage generating circuit according to claim 1, comprising:
9. The second power supply circuit according to claim 1, wherein a high-concentration n-type gate field effect transistor and a low-concentration n-type gate field effect transistor are connected in series. The reference voltage generator circuit described in 1.
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