JP2001144258A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2001144258A
JP2001144258A JP32555899A JP32555899A JP2001144258A JP 2001144258 A JP2001144258 A JP 2001144258A JP 32555899 A JP32555899 A JP 32555899A JP 32555899 A JP32555899 A JP 32555899A JP 2001144258 A JP2001144258 A JP 2001144258A
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film
polysilicon film
polysilicon
forming
cvd
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Inventor
Yasushi Jin
康 神
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Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize mounting of a capacitance element which relaxes the concentration of electric field, after a nitride film which is used as an insulation film of capacitor is deposited, by controlling the polysilicon surface condition to reduce the degree of projection of polysilicon. SOLUTION: When doping an impurity to a polysilicon film formed on an oxide film for element isolation, a sheet resistance value of the polysilicon film is adjusted by adjusting the doping time to control roughness of the polysilicon film surface. The surface roughness can be set to 20 nm or less, and a lower sheet resistance may be assured to manufacture a highly reliable and highly accurate capacitance element, by setting the impurity doping time to 30 minutes or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、同一の半導体基板
上にMOS型の半導体装置とバイポーラトランジスタと
を形成した、いわゆるBiCMOSの半導体装置に係
り、特に、素子分離上に形成されたポリシリコン膜を下
部電極とし、絶縁膜として窒化膜を採用し、容量の上部
電極をアルミ配線とした容量素子構造の半導体装置の製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called BiCMOS semiconductor device in which a MOS type semiconductor device and a bipolar transistor are formed on the same semiconductor substrate, and more particularly to a polysilicon film formed on element isolation. As a lower electrode, a nitride film as an insulating film, and an aluminum wiring as an upper electrode of a capacitor.

【0002】[0002]

【従来の技術】バイポーラ素子とCMOS素子を同一基
板上に形成するいわゆるBiCMOS製造技術は、その
要望される性能により多種多様の広がりを見せている。
BiCMOS技術のメリットはアナログ,デジタルが共
存できるところであるが、逆に素子性能を考慮した場合
の製造工程数の多さ、および複雑さが大きな課題とされ
つつある。特に、FDD,MFDに代表される記憶媒体
装置向けの半導体装置は、セット自体の低コスト化が進
み、半導体装置も熾烈なコスト競争の中にあり、ローコ
ストに向けた取り組みを強く要望されている。
2. Description of the Related Art The so-called BiCMOS manufacturing technology for forming a bipolar device and a CMOS device on the same substrate has been widely spread depending on the required performance.
The advantage of the BiCMOS technology is that analog and digital can coexist, but conversely, the number of manufacturing steps and the complexity in consideration of the element performance are becoming important issues. In particular, as for semiconductor devices for storage media devices represented by FDD and MFD, the cost of the set itself has been reduced, and the semiconductor devices are also in a fierce cost competition, and there is a strong demand for an approach for low cost. .

【0003】そのローコスト化に向けた取り組みの一つ
として、BiCMOSプロセスの特徴的な工程である埋
込拡散形成とエピタキシャル層形成工程を省略し、完全
にCMOSとのコンパチビリティーを有して、バイポー
ラトランジスタのベース拡散層と容量を形成するための
絶縁膜パターン形成工程の追加により、簡易型のNPN
型バイポーラトランジスタおよび高精度の容量素子を形
成できるようにして、フィルタ回路を内蔵した半導体装
置を形成させる方法がある。
[0003] As one of the approaches for lowering the cost, a step of forming a buried diffusion and a step of forming an epitaxial layer, which are characteristic steps of the BiCMOS process, are omitted, and complete compatibility with CMOS is achieved. With the addition of an insulating film pattern forming step for forming a base diffusion layer and a capacitor of a bipolar transistor, a simplified NPN
There is a method of forming a semiconductor device having a built-in filter circuit so that a bipolar transistor and a high-precision capacitive element can be formed.

【0004】以下、従来のローコスト化対応のBiCM
OS技術によって形成されたデバイス構造における特に
高精度の容量素子について説明する。
[0004] Hereinafter, a conventional low cost BiCM.
A particularly high-precision capacitive element in a device structure formed by the OS technology will be described.

【0005】図4はBiCMOS素子の断面図であっ
て、NMOSとPMOSと拡散抵抗とさらに容量素子が
形成され、各デバイスのアルミ電極形成後の状態を示し
ている。図5は素子製造工程の途中工程における断面図
であって、ゲート電極用のポリシリコン膜堆積後に不純
物をドープする状態を示している。図6はゲート電極用
および容量素子の下部電極用として不純物ドープされた
ポリシリコンがパターニングされ、トランジスタの信頼
性の向上を目的としたゲート側壁へのサイドウォール形
成直後の状態を示す断面図、図7はフィールドCVD膜
を表面平坦化処理を施した後に容量素子領域のみに対し
て前記CVD膜をエッチングした状態を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a BiCMOS element, in which an NMOS, a PMOS, a diffused resistor, and a capacitor are formed, and shows a state after forming an aluminum electrode of each device. FIG. 5 is a cross-sectional view in the middle of the device manufacturing process, and shows a state in which impurities are doped after a polysilicon film for a gate electrode is deposited. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state immediately after formation of a sidewall on a gate sidewall for the purpose of improving the reliability of a transistor in which impurity-doped polysilicon is patterned for a gate electrode and a lower electrode of a capacitor. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the CVD film is etched only in the capacitor element region after the field CVD film is subjected to a surface flattening process.

【0006】図4〜図7において、1はP型半導体基
板、2はN型ウェル拡散層、3はP型ウェル拡散層、4
は素子分離用熱酸化膜(以下、LOCOS膜という)、
5はMOSトランジスタのゲート酸化膜、6は高濃度の
N型ポリシリコン膜のゲート電極および容量の下部電
極、7はゲート側壁のサイドウォール、8はP型拡散抵
抗層、9はN型ソース拡散層およびドレイン拡散層、1
0はP型ソース拡散層およびドレイン拡散層、11は平
坦化CVD膜、12は容量形成用の窒化膜、13はアル
ミ電極、14はポリシリコン膜にドープされる不純物で
P(リン)を含む化合物、15はCVDにより堆積され
た不純物ドープ前のポリシリコン膜である。
4 to 7, reference numeral 1 denotes a P-type semiconductor substrate, 2 denotes an N-type well diffusion layer, 3 denotes a P-type well diffusion layer,
Denotes a thermal oxide film for element isolation (hereinafter referred to as a LOCOS film),
Reference numeral 5 denotes a gate oxide film of a MOS transistor, 6 denotes a gate electrode and a lower electrode of a high-concentration N-type polysilicon film, 7 denotes a sidewall of a gate side wall, 8 denotes a P-type diffusion resistance layer, and 9 denotes an N-type source diffusion. Layer and drain diffusion layer, 1
0 is a P-type source diffusion layer and a drain diffusion layer, 11 is a planarization CVD film, 12 is a nitride film for forming a capacitor, 13 is an aluminum electrode, and 14 is an impurity doped into a polysilicon film and contains P (phosphorus). Compound 15 is a polysilicon film deposited by CVD before impurity doping.

【0007】以上のように構成されたBiCMOSデバ
イス素子の特に容量素子について、以下にその構成と動
作について説明する。
[0007] The configuration and operation of the BiCMOS device element configured as described above, particularly the capacitance element, will be described below.

【0008】製造技術は周知の技術であるので簡単に説
明する。まず、P型半導体基板1にN型ウェル拡散層2
とP型ウェル拡散層3とをツインウェル法などにより形
成し、所望の素子分離領域と容量素子形成領域とにLO
COS膜4を選択的に成長した後、薄膜のゲート酸化膜
5を熱酸化により成長してからノンドープのポリシリコ
ン膜15を約400nmの膜厚で堆積させる。次に、こ
の状態でP(リン)を含む化合物14を、900℃〜1
000℃程度の熱処理によりポリシリコン膜15に過飽
和状態でかつ以降の熱処理によって薄膜のゲート酸化膜
を通して半導体基板へ不純物が拡散されない程度にドー
ピングし、ポリシリコン膜のシート抵抗値で4Ω以下と
なるように処理される。これまでが図5の断面図に示す
工程である。
Since the manufacturing technique is a well-known technique, it will be briefly described. First, an N-type well diffusion layer 2 is formed on a P-type semiconductor substrate 1.
And a P-type well diffusion layer 3 are formed by a twin well method or the like, and a LO is formed in a desired element isolation region and a capacitor element formation region.
After the COS film 4 is selectively grown, a thin gate oxide film 5 is grown by thermal oxidation, and then a non-doped polysilicon film 15 is deposited to a thickness of about 400 nm. Next, in this state, the compound 14 containing P (phosphorus) was heated at 900 ° C to 1 ° C.
The polysilicon film 15 is supersaturated by heat treatment at about 000 ° C. and is doped to such an extent that impurities do not diffuse into the semiconductor substrate through the thin gate oxide film by the subsequent heat treatment so that the sheet resistance of the polysilicon film becomes 4Ω or less. Is processed. The steps up to here are the steps shown in the sectional view of FIG.

【0009】次に、トランジスタのゲート電極および容
量素子の下部電極として所望のパターンを、ポリシリコ
ン膜をフォトリソおよびドライエッチ技術により加工し
た後、TEOS膜などをCVD法により堆積させてか
ら、全面をドライエッチ処理してサイドウォール7を形
成する。これまでの状態が図6に示す断面図である。
Next, after processing a desired pattern as a gate electrode of a transistor and a lower electrode of a capacitor by processing a polysilicon film by photolithography and dry etching techniques, a TEOS film or the like is deposited by a CVD method, and the entire surface is deposited. Dry etching is performed to form sidewalls 7. FIG. 7 is a sectional view showing the state up to now.

【0010】次に所望のレジストパターンを形成した
後、対応する不純物のイオン注入を行ってP型拡散抵抗
層8,N型ソース拡散層およびドレイン拡散層9,P型
ソース拡散層およびドレイン拡散層10を形成する。そ
の後、表面を平坦化するために、例えばB(ボロン)と
P(リン)を含むCVD膜であるBPSG膜等を堆積さ
せて、900℃前後の熱処理でリフローした表面に平坦
化CVD膜11を形成する。その後に容量素子として必
要な領域Nのみをドライエッチ技術により平坦化CVD
膜11をエッチングする。この状態が図7に示す断面図
である。
Next, after forming a desired resist pattern, ions of corresponding impurities are implanted to form a P-type diffusion resistance layer 8, an N-type source diffusion layer and a drain diffusion layer 9, a P-type source diffusion layer and a drain diffusion layer. Form 10. Thereafter, in order to flatten the surface, for example, a BPSG film or the like, which is a CVD film containing B (boron) and P (phosphorus), is deposited, and a flattening CVD film 11 is formed on the surface reflowed by a heat treatment at about 900 ° C. Form. After that, only the region N necessary as a capacitor is flattened by dry etching technology.
The film 11 is etched. This state is a sectional view shown in FIG.

【0011】その後に全面に容量形成用の窒化膜をCV
D法により成長させた後、その窒化膜を所望のパターン
に加工し、その後、各デバイスのコンタクト窓を開口し
てアルミスパッタにより配線材料を半導体基板に付着さ
せた後、所望の形状にパターニングすることによってア
ルミ電極13を形成し、トランジスタと拡散抵抗と容量
素子を同一基板上に形成する。これにより、図4に示す
構成の素子が製造される。
Thereafter, a nitride film for forming a capacitor is formed on the entire surface by CV.
After the growth by the method D, the nitride film is processed into a desired pattern, and thereafter, a contact window of each device is opened, a wiring material is adhered to the semiconductor substrate by aluminum sputtering, and then patterned into a desired shape. Thus, the aluminum electrode 13 is formed, and the transistor, the diffusion resistance, and the capacitor are formed on the same substrate. Thus, an element having the configuration shown in FIG. 4 is manufactured.

【0012】このような製造方法で構成される容量素子
は、素子分離用の酸化膜上にポリシリコン膜を下部電極
として設け、その上に窒化膜とアルミ電極した構成であ
る。
The capacitive element constructed by such a manufacturing method has a structure in which a polysilicon film is provided as a lower electrode on an oxide film for element isolation, and a nitride film and an aluminum electrode are provided thereon.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の半導体装置の構成では、素子の微細化あるいは半導
体素子のシュリンクおよび高精度化の要望を実現するた
めには、下部電極をMOSトランジスタのゲート電極と
共用させるとドーピングされたポリシリコン膜の上に窒
化膜を堆積するまでに、少なくとも2回以上はポリシリ
コン膜がむき出し状態になり、かつドライエッチなどに
よるダメージを受けるため、下部電極に相当するポリシ
リコン膜における表面状態の粗さが結果的に大きくな
る。
However, in the structure of the conventional semiconductor device, in order to realize a demand for miniaturization of the element or shrinkage and high precision of the semiconductor element, the lower electrode must be replaced with the gate electrode of the MOS transistor. When a nitride film is deposited on a doped polysilicon film, the polysilicon film is exposed at least twice or more and is damaged by dry etching or the like. As a result, the roughness of the surface state in the polysilicon film becomes large.

【0014】この状態で窒化膜を成長させてアルミ電極
を形成した容量構造では、実デバイスとして電界を形成
したときに下部電極の表面粗さによる凹凸部で電界集中
が発生し、実使用状態以上の電界が窒化膜の局部に印加
される状態になり、容量素子としての寿命を著しく低下
させるだけでなく、窒化膜の膜厚が安定しないために容
量値のばらつきも増加する。特に単位面積当りの容量値
を大きくするためには、窒化膜をより薄膜にする必要が
あるため、素子の信頼性と容量値の精度はさらに悪化す
る。
In a capacitor structure in which an aluminum electrode is formed by growing a nitride film in this state, when an electric field is formed as an actual device, an electric field concentration occurs at uneven portions due to the surface roughness of the lower electrode, and the electric field concentration is higher than the actual use state. Is applied to the local portion of the nitride film, which not only significantly reduces the life of the capacitor, but also increases the variation in capacitance value because the thickness of the nitride film is not stable. Particularly, in order to increase the capacitance value per unit area, it is necessary to make the nitride film thinner, so that the reliability of the element and the accuracy of the capacitance value are further deteriorated.

【0015】そして、窒化膜の薄膜化が実現できなけれ
ば、特にフィルタ回路を多用する半導体素子などでは、
そのチップに占める容量素子は無視できない程大きくな
り、結果的にチップシュリンクは実現できないし、また
ばらつきを抑えることができなければ、高性能の半導体
集積回路は望めない。
If the thickness of the nitride film cannot be reduced, especially in the case of a semiconductor device that frequently uses a filter circuit,
The capacitance element occupying the chip becomes so large that it cannot be ignored. As a result, chip shrink cannot be realized, and if the variation cannot be suppressed, a high-performance semiconductor integrated circuit cannot be expected.

【0016】本発明は、前記従来の問題を解決するもの
であり、ポリシリコンの突起を低減させ、信頼性に優れ
た大容量の容量素子を集積化することを可能にして、B
iCMOSに応用可能な半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to reduce the number of protrusions of polysilicon and to integrate a large-capacity capacitive element having excellent reliability.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device applicable to iCMOS.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に
おけるCMOSトランジスタの素子分離用の酸化膜上に
CMOSトランジスタのゲート電極としてのポリシリコ
ン膜を約250〜450nmの膜厚で堆積する工程と、
次に前記ポリシリコン膜に不純物をドープして抵抗値を
低下させる工程と、次に前記CMOSトランジスタのソ
ース,ドレイン拡散層を形成した後に全面にCVD膜を
堆積してからリフロー処理し、前記CVD膜を平坦化す
る工程と、次に前記ポリシリコン膜上における容量素子
領域の前記CVD膜をエッチングした後、45nm以下
の薄膜の窒化膜を堆積して所望の形状にパターニングす
る工程と、前記CVD膜をエッチング処理してコンタク
ト窓を形成する工程と、前記窒化膜上および前記コンタ
クト窓上にアルミ電極を形成することによりCMOSト
ランジスタと容量素子を形成する場合において、前記ポ
リシリコン膜の不純物ドーピングを950〜1000℃
で熱処理する時のドーピング時間を調整して、ポリシリ
コン膜の抵抗値を4.0Ω以上にコントロールすること
によって、前記ポリシリコン膜の表面粗さを抑制するこ
とを特徴としており、この方法によって、表面粗さが制
御されたポリシリコン膜上に堆積される窒化膜に容量素
子として印加される電界集中を緩和させることができ、
薄膜の窒化膜を使用した場合でも、信頼性の高い容量素
子をCMOSデバイス素子形成と同時に簡単に搭載する
ことができる。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of: forming a polysilicon as a gate electrode of a CMOS transistor on an oxide film for isolating a CMOS transistor on a semiconductor substrate; Depositing a film with a thickness of about 250-450 nm;
Next, a step of doping impurities into the polysilicon film to reduce the resistance value, and then forming a source / drain diffusion layer of the CMOS transistor, depositing a CVD film over the entire surface, and performing a reflow process, Flattening a film, then etching the CVD film in the capacitive element region on the polysilicon film, depositing a thin nitride film of 45 nm or less and patterning it into a desired shape; A step of forming a contact window by etching a film; and forming an aluminum electrode on the nitride film and the contact window to form a CMOS transistor and a capacitor. 950-1000 ° C
The surface roughness of the polysilicon film is controlled by controlling the resistance value of the polysilicon film to 4.0 Ω or more by adjusting the doping time when the heat treatment is performed by the method described above. The electric field concentration applied as a capacitive element to a nitride film deposited on a polysilicon film having a controlled surface roughness can be reduced,
Even when a thin nitride film is used, a highly reliable capacitive element can be easily mounted simultaneously with the formation of a CMOS device element.

【0018】また本発明の半導体装置の製造方法は、半
導体基板上にCMOSトランジスタの素子分離用の酸化
膜を形成して、950〜1000℃のアニール処理を施
す工程と、酸化膜上にアモルファス状態のポリシリコン
膜を、不純物をドープしながらCVD法で成長させるこ
とにより約250〜450nmの膜厚で堆積する工程
と、CMOSトランジスタのソース,ドレイン拡散層を
形成した後に全面にCVD膜を堆積し、平坦化のための
リフロー処理を実施する工程と、容量素子領域前記CV
D膜をエッチング処理した後、薄膜の窒化膜を堆積して
所望の形状にパターニングする工程と、前記CVD膜の
所定箇所をエッチング処理してコンタクト窓を形成する
工程を備えたことを特徴としており、この方法によっ
て、不純物をドープしながらアモルファス状態のポリシ
リコンをCVD法で成長させることにより、そのグレイ
ンの成長を抑制することによるグレインサイズの低減を
実現できるため、ドライエッチングあるいは洗浄処理に
おけるダメージを軽減することができ、その結果、ポリ
シリコン膜表面粗さを低減させた電極を使用することに
よって信頼性に優れた容量素子を搭載することができ
る。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a step of forming an oxide film for element isolation of a CMOS transistor on a semiconductor substrate and performing an annealing process at 950 to 1000 ° C. Depositing a polysilicon film having a thickness of about 250 to 450 nm by growing the polysilicon film by a CVD method while doping impurities, and depositing a CVD film over the entire surface after forming source and drain diffusion layers of a CMOS transistor. Performing a reflow process for planarization;
After the D film is etched, a step of depositing a thin nitride film and patterning it into a desired shape, and a step of etching a predetermined portion of the CVD film to form a contact window are provided. According to this method, the amorphous silicon is grown by the CVD method while doping impurities, whereby the grain size can be reduced by suppressing the growth of the grains. As a result, the use of an electrode having a reduced surface roughness of the polysilicon film enables mounting of a highly reliable capacitive element.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は本発明に係る半導体装置の製造方法
の第1実施形態によって製造された半導体装置における
ポリシリコン膜への不純物ドーピング時間とそのポリシ
リコン膜のシート抵抗と表面粗さの相関図、図2は本実
施形態におけるポリシリコン膜のシート抵抗を制御する
ことで得られる容量素子部分の拡大図、図3は従来条件
で下部電極を形成した容量素子部分を拡大して示す説明
図である。
FIG. 1 is a correlation diagram of the impurity doping time of the polysilicon film and the sheet resistance and surface roughness of the polysilicon film in the semiconductor device manufactured by the first embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a capacitive element portion obtained by controlling the sheet resistance of the polysilicon film in the present embodiment, and FIG. 3 is an explanatory view showing an enlarged capacitive element portion having a lower electrode formed under conventional conditions. is there.

【0021】なお、窒化膜形成の工程における各構造な
どは図4〜図7にて説明したものと同様であって、既に
説明した部材と同一部材には同一符号を付して詳しい説
明は省略する。
The respective structures in the process of forming the nitride film are the same as those described with reference to FIGS. 4 to 7, and the same members as those already described are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted. I do.

【0022】本実施形態の高精度の容量素子の構造につ
いて、BiCMOS製造方法に応用した場合を想定し
て、以下、その製造方法を図4〜図7を参照して説明す
る。
The structure of the high-precision capacitive element according to the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 to 7 on the assumption that the structure is applied to a BiCMOS manufacturing method.

【0023】まず、P型半導体基板1にリンイオンを注
入し、別の箇所にボロンイオンを注入した後、比較的高
温(1200℃程度)の熱処理を行って、リンを注入し
た箇所にN型ウェル拡散層2を形成し、ボロンを注入し
た箇所にP型ウェル拡散層3を形成する、いわゆるツイ
ンウェル法によってウェル領域を形成する。次に薄膜の
熱酸化膜と窒化膜を成長させた領域を素子形成領域とし
て残し、その他は窒化膜をエッチング処理して取り除
く。その後、1000℃程度の酸化によりLOCOS膜
(素子分離用の厚い酸化膜)4を成長させた後に、その
窒化膜をウェット処理により除去する。図5に示すよう
に素子形成領域とそれ以外はLOCOS膜4により区別
されている。前記窒化膜のウェット処理後に、若干のウ
ェットエッチングにより前記した素子形成領域の薄い熱
酸化膜を完全に除去し、洗浄処理をした後に900℃の
酸化処理により薄膜のゲート酸化膜5を250〜450
nm(本例では約400nm)の膜厚で成長させた後、
連続的な処理によりCVD法によりノンドープのポリシ
リコン膜15を成長させる。
First, phosphorus ions are implanted into the P-type semiconductor substrate 1 and boron ions are implanted into another portion, and then a heat treatment at a relatively high temperature (about 1200 ° C.) is performed. A diffusion layer 2 is formed, and a well region is formed by a so-called twin well method in which a P-type well diffusion layer 3 is formed at a location where boron is implanted. Next, the region where the thin thermal oxide film and the nitride film are grown is left as an element formation region, and the other region is removed by etching the nitride film. Then, after growing a LOCOS film (thick oxide film for element isolation) 4 by oxidation at about 1000 ° C., the nitride film is removed by wet processing. As shown in FIG. 5, the LOCOS film 4 distinguishes the element formation region from the other. After the wet treatment of the nitride film, the thin thermal oxide film in the element formation region is completely removed by a slight wet etching, and after a cleaning treatment, the thin gate oxide film 5 is removed by an oxidation treatment at 900 ° C. to 250-450.
nm (about 400 nm in this example).
A non-doped polysilicon film 15 is grown by a continuous process by a CVD method.

【0024】その後にポリシリコン膜15への不純物を
ドープする工程となる。本例ではP(リン)を含む不純
物14、例えばPOCl3あるいはPH3などを使用し、
950℃〜1000℃の熱処理により、図5に示すごと
くノンドープのポリシリコン膜15へ不純物14をドー
ピングする。具体的には、不純物としてPH3を使用す
る場合には約1000℃で熱処理を行い、またPOCl
3を使用する場合には約950℃で熱処理を行う。
Thereafter, a step of doping the polysilicon film 15 with impurities is performed. In this example, an impurity 14 containing P (phosphorus), for example, POCl 3 or PH 3 is used,
The impurity 14 is doped into the non-doped polysilicon film 15 by a heat treatment at 950 ° C. to 1000 ° C. as shown in FIG. Specifically, when PH 3 is used as an impurity, heat treatment is performed at about 1000 ° C.
When using 3 , heat treatment is performed at about 950 ° C.

【0025】この処理はポリシリコン膜をゲート電極及
び配線として使用するために低抵抗化する必須の工程で
あるが、一般的にはドーピング後のポリシリコン膜は過
飽和状態となるように不純物をドープして、ポリシリコ
ン内の不純物原子がポリシリコン膜内でほぼ安定して熱
ストレスなどによる変動が無い状態としている。
This process is an essential step for reducing the resistance in order to use the polysilicon film as a gate electrode and a wiring. Generally, however, the doped polysilicon film is doped with impurities so as to be in a supersaturated state. Then, the impurity atoms in the polysilicon are almost stable in the polysilicon film and there is no change due to thermal stress or the like.

【0026】本実施形態におけるこの不純物ドープ処理
において、そのドープ時間とポリシリコン膜のシート抵
抗およびポリシリコン膜の表面粗さには、図1に示すよ
うな相関がある。そして、これまで標準とされた4Ω以
下のシート抵抗値では表面粗さが20nm以上の状態で
あり、図3に示すような従来のポリシリコン膜6−bで
は表面凹凸の大きいものが形成されている。このためア
ルミ電極13に電圧を印加した場合に、図3中のB部分
に示すように凹凸量は大きいため、その箇所に電界が集
中してしまう。一方、本実施形態では、図1に示す相関
に基づき、ドープ時間を調整してポリシリコン膜のシー
ト抵抗を4Ω以上に制御し、表面粗さを20nm以下コ
ントロールすることにより、図2に示すような比較的表
面凹凸の比較的少ないポリシリコン膜6−aを形成する
ことが可能になる。
In the impurity doping process of this embodiment, there is a correlation between the doping time and the sheet resistance of the polysilicon film and the surface roughness of the polysilicon film as shown in FIG. The surface roughness is 20 nm or more at a sheet resistance value of 4 Ω or less, which has been standardized so far, and the conventional polysilicon film 6-b as shown in FIG. I have. For this reason, when a voltage is applied to the aluminum electrode 13, the electric field concentrates at that location because the amount of unevenness is large, as shown at B in FIG. On the other hand, in the present embodiment, based on the correlation shown in FIG. 1, the doping time is adjusted to control the sheet resistance of the polysilicon film to 4 Ω or more and the surface roughness to 20 nm or less, as shown in FIG. It is possible to form a polysilicon film 6-a having relatively few surface irregularities.

【0027】次にゲート電極用および容量素子の下部電
極用としてのポリシリコン膜を所望のパターンに加工す
る。そして電極形成後に全面にスペーサ形成用のCVD
膜7を成長させた後に、ドライエッチングすることによ
り、図6に示すようなゲート電極および下部電極の側壁
にサイドウォールを形成させる。
Next, the polysilicon films for the gate electrode and the lower electrode of the capacitor are processed into desired patterns. After the electrodes are formed, the entire surface is formed by CVD for spacer formation.
After the film 7 is grown, dry etching is performed to form sidewalls on the side walls of the gate electrode and the lower electrode as shown in FIG.

【0028】次に、P型拡散抵抗層8,N型ソース拡散
層およびドレイン拡散層9,P型ソース拡散層およびド
レイン拡散層10を、所望のレジストパターンをマスク
とするイオン注入により形成した後に、全面にBPSG
膜等のCVD膜を堆積させ、その後、900℃のリフロ
ー処理により平坦化CVD膜11を形成する。この状態
で容量素子を形成する領域Nのみを図7に示すようにエ
ッチングする。
Next, the P-type diffusion resistance layer 8, the N-type source and drain diffusion layers 9, and the P-type source and drain diffusion layers 10 are formed by ion implantation using a desired resist pattern as a mask. , All over BPSG
A CVD film such as a film is deposited, and thereafter, a planarized CVD film 11 is formed by a reflow process at 900 ° C. In this state, only the region N where the capacitor is to be formed is etched as shown in FIG.

【0029】次に、容量絶縁膜としての窒化膜12には
薄膜化された窒化膜12を全面に成長させた後、図4に
示すごとく所望の容量素子形成領域のみを残すようにド
ライエッチングする。その後、各デバイスのコンタクト
窓を開口させた後にアルミ電極13をスパッタ,フォト
リソ,ドライエッチングなどの技術を用いて形成する。
Next, after growing the thinned nitride film 12 on the entire surface of the nitride film 12 serving as a capacitor insulating film, dry etching is performed so as to leave only a desired capacitor element formation region as shown in FIG. . Then, after opening the contact window of each device, the aluminum electrode 13 is formed by using techniques such as sputtering, photolithography, and dry etching.

【0030】このように本実施形態では、容量窒化膜を
成長させるまでに下部電極となるポリシリコン膜6は、
図6に示すサイドウォール形成時のドライエッチングと
図7に示す容量形成領域のドライエッチング処理とにお
いて、その表面がエッチング処理のダメージを受ける。
よって、不純物ドープ時点における下部電極の表面凹凸
がさらに拡大されることになる、したがって、下部電極
として使用する場合には、この表面凹凸を制御すること
によって、単位容量が大きくかつ高精度の容量素子を形
成することが可能である。
As described above, in this embodiment, the polysilicon film 6 serving as the lower electrode is formed before the growth of the capacitive nitride film.
In the dry etching at the time of forming the sidewall shown in FIG. 6 and the dry etching of the capacitor forming region shown in FIG. 7, the surface thereof is damaged by the etching.
Therefore, the surface unevenness of the lower electrode at the time of impurity doping is further increased. Therefore, when the lower electrode is used as a lower electrode, controlling the surface unevenness makes it possible to increase the unit capacitance and obtain a highly accurate capacitive element. Can be formed.

【0031】次に本発明に係る半導体装置の製造方法の
第2実施形態を説明する。第2実施形態の方法は前記第
1実施形態と同様な工程があるので、その特徴的な工程
を説明することにする。
Next, a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. Since the method of the second embodiment has the same steps as those of the first embodiment, the characteristic steps will be described.

【0032】すなわち、第2実施形態では、図5に示す
ポリシリコン膜15の形成において、第1実施形態のよ
うな約600℃でのポリシリコン膜成長法ではなく、5
00〜540℃でのアモルファスシリコン膜をCVD法
にて堆積させ、同時に不純物をドーピングさせながら堆
積することにより導電膜とする製膜法を採用する。
That is, in the second embodiment, in forming the polysilicon film 15 shown in FIG. 5, instead of the polysilicon film growing method at about 600 ° C. as in the first embodiment,
An amorphous silicon film at 00 to 540 ° C. is deposited by a CVD method, and at the same time, an amorphous silicon film is deposited while being doped with an impurity, thereby forming a conductive film.

【0033】前記製膜法を採用することにより、導電膜
への熱履歴は前記のように500〜540℃のみであっ
て、第1実施形態の工程における不純物ドーピングの9
50〜1000℃の熱処理は不要となる。この製膜法を
用いる場合には、前記950〜1000℃の不純物ドー
ピング時の熱処理をアモルファスシリコン膜形成前の酸
化膜形成時点でアニール処理を行って、同様の熱履歴を
加えておくことが必要である。そして、この工程以外の
工程は第1実施形態にて説明した工程を同様にして行
う。
By adopting the film forming method, the thermal history of the conductive film is only 500 to 540 ° C. as described above, and the impurity doping in the process of the first embodiment is 9 to 540 ° C.
Heat treatment at 50 to 1000 ° C. is not required. In the case of using this film forming method, it is necessary to perform annealing at the time of impurity doping at 950 to 1000 ° C. at the time of forming an oxide film before forming an amorphous silicon film to add a similar heat history. It is. Steps other than this step are performed in the same manner as the steps described in the first embodiment.

【0034】第2実施形態では、製膜時点ではアモルフ
ァス状態であるため、その膜自体には粒界が存在せず、
後の熱処理によりポリシリコン化することで粒界の大き
さは、後の熱処理が900℃以下であるため、非常に小
さい成長に抑えることが可能である。その結果、第1実
施形態と同様に表面凹凸の少ないポリシリコン膜(図2
のポリシリコン膜の下部電極6−a)の形成が可能にな
り、このポリシリコン膜を容量素子の下部電極として用
いることにより電界の集中を緩和することができる。
In the second embodiment, since the film is in an amorphous state at the time of film formation, there is no grain boundary in the film itself.
Since the size of the grain boundary is changed to polysilicon by a subsequent heat treatment, the size of the grain boundary can be suppressed to a very small growth since the subsequent heat treatment is 900 ° C. or less. As a result, similarly to the first embodiment, a polysilicon film having less surface irregularities (FIG. 2)
The lower electrode 6-a) of the polysilicon film can be formed, and the concentration of the electric field can be reduced by using this polysilicon film as the lower electrode of the capacitor.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置の製造方法によれば、ゲート電極と同一のポリシリコ
ン膜を使用した容量素子の抵抗値を低下させるための不
純物ドーピングにおいて、そのドーピング時間をコント
ロールすること、あるいはアモルファス状態でポリシリ
コン膜を成長することによって、ポリシリコン膜のシー
ト抵抗を決定してポリシリコン膜の表面粗さを抑制する
ことができるため、結果的に信頼性に優れた容量素子を
簡単に形成することができ、CMOSトランジスタ製造
プロセスに容易に組み込むことが可能になり、アナログ
・デジタル混在のBiCMOS分野における応用分野の
拡大を図ることができ、かつ性能の優れた半導体装置を
実現できる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the impurity doping for lowering the resistance value of the capacitor using the same polysilicon film as the gate electrode, the doping is performed. By controlling the time or growing the polysilicon film in an amorphous state, the sheet resistance of the polysilicon film can be determined and the surface roughness of the polysilicon film can be suppressed, resulting in an increase in reliability. An excellent capacitive element can be easily formed, can be easily incorporated into a CMOS transistor manufacturing process, can be applied to an analog / digital mixed BiCMOS field, and has excellent performance. A semiconductor device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態における不純物ドープ時
間とポリシリコン膜のシート抵抗とその表面粗さの相関
FIG. 1 is a diagram showing a correlation between an impurity doping time, a sheet resistance of a polysilicon film and a surface roughness thereof according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態における容量素子のポリ
シリコン膜と窒化膜境界部分を拡大した断面図
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a boundary portion between a polysilicon film and a nitride film of the capacitive element according to the first embodiment of the present invention.

【図3】従来例の容量素子のポリシリコン膜と窒化膜境
界部分を拡大した断面図
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a boundary portion between a polysilicon film and a nitride film of a conventional capacitive element.

【図4】従来例および本発明の第1実施形態を説明する
ための容量素子を付加した場合のBiCMOSデバイス
の断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view of a BiCMOS device to which a capacitor is added for explaining a conventional example and a first embodiment of the present invention;

【図5】従来例および本発明の第2実施形態を説明する
ための容量素子を付加した場合のBiCMOSデバイス
の製造工程途中の断面図
FIG. 5 is a cross-sectional view of a BiCMOS device during a manufacturing process when a capacitor is added for explaining a conventional example and a second embodiment of the present invention;

【図6】従来例および本発明の第2実施形態を説明する
ための容量素子を付加した場合のBiCMOSデバイス
の製造工程途中の断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view in the middle of a manufacturing process of a BiCMOS device when a capacitor is added for explaining a conventional example and a second embodiment of the present invention;

【図7】従来例および本発明の第2実施形態を説明する
ための容量素子を付加した場合のBiCMOSデバイス
の製造工程途中の断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view of a BiCMOS device during a manufacturing process when a capacitor is added for explaining a conventional example and a second embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 P型半導体基板 2 N型ウェル拡散層 3 P型ウェル拡散層 4 LOCOS膜(素子分離用の酸化膜) 5 ゲート酸化膜 6 ゲート電極用および容量下部電極用のポリシリコン
膜 6−a 不純物量を制御したポリシリコン膜の下部電極 6−b 従来例のポリシリコン膜の電極 7 ゲート電極側壁サイドウォール 8 P型拡散抵抗層 9 N型ソース/ドレイン拡散層 10 P型ソース/ドレイン拡散層 11 平坦化CVD膜 12 容量形成用の窒化膜 13 アルミ電極 14 P(リン)を含む化合物 15 不純物をドープ前のポリシリコン膜 A 本発明におけるポリシリコン膜の表面凹凸部分 B 従来例におけるポリシリコン膜の表面凹凸部分
REFERENCE SIGNS LIST 1 P-type semiconductor substrate 2 N-type well diffusion layer 3 P-type well diffusion layer 4 LOCOS film (oxide film for element isolation) 5 Gate oxide film 6 Polysilicon film for gate electrode and capacitor lower electrode 6-a Impurity amount 6-b Conventional electrode of polysilicon film 7 Gate electrode side wall 8 P-type diffusion resistance layer 9 N-type source / drain diffusion layer 10 P-type source / drain diffusion layer 11 Flat CVD film 12 Nitride film for capacity formation 13 Aluminum electrode 14 Compound containing P (phosphorus) 15 Polysilicon film before impurity doping A Surface irregularities of polysilicon film in the present invention B Surface of polysilicon film in conventional example Uneven part

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上におけるCMOSトランジ
スタの素子分離用の酸化膜上に、前記CMOSトランジ
スタのゲート電極としてのポリシリコン膜を約250〜
450nmの膜厚で堆積する工程と、次に前記ポリシリ
コン膜に不純物をドープして抵抗値を低下させる工程
と、次に前記CMOSトランジスタのソース,ドレイン
拡散層を形成した後に全面にCVD膜を堆積してからリ
フロー処理し、前記CVD膜を平坦化する工程と、次に
前記ポリシリコン膜上における容量素子領域の前記CV
D膜をエッチングした後、45nm以下の薄膜の窒化膜
を堆積して所望の形状にパターニングする工程と、前記
CVD膜をエッチング処理してコンタクト窓を形成する
工程を備え、さらに前記窒化膜上および前記コンタクト
窓上にアルミ電極を形成することによりCMOSトラン
ジスタと容量素子とを形成する場合において、前記ポリ
シリコン膜の不純物ドーピングを950〜1000℃で
熱処理する時のドーピング時間を調整して、ポリシリコ
ン膜の抵抗値を4.0Ω以上にコントロールすることに
よって、ポリシリコン膜の表面粗さを抑制することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
A polysilicon film as a gate electrode of a CMOS transistor is formed on an oxide film for isolating a CMOS transistor on a semiconductor substrate.
A step of depositing a film having a thickness of 450 nm, a step of lowering the resistance value by doping the polysilicon film with impurities, and a step of forming a source / drain diffusion layer of the CMOS transistor and then forming a CVD film on the entire surface A step of flattening the CVD film by performing a reflow process after the deposition, and a step of flattening the CVD film in the capacitive element region on the polysilicon film.
After the D film is etched, a step of depositing a thin nitride film of 45 nm or less and patterning it into a desired shape, and a step of etching the CVD film to form a contact window are further provided. In the case where a CMOS transistor and a capacitor are formed by forming an aluminum electrode on the contact window, the doping time when the impurity doping of the polysilicon film is heat-treated at 950 to 1000 ° C. is adjusted. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: controlling the surface resistance of a polysilicon film by controlling the resistance value of the film to 4.0 Ω or more.
【請求項2】 前記ポリシリコン膜は、約250〜45
0nmの膜厚であり、不純物が飽和状態となるようにド
ーピングされていることを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the polysilicon film has a thickness of about 250 to 45.
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness of 0 nm and is doped so that the impurities are saturated.
【請求項3】 前記ポリシリコン膜への不純物ドーピン
グ時間をコントロールすることにより、前記ポリシコン
膜の表面粗さを、その凹凸量が平均値で20nm以下に
なるように制限することを特徴とする請求項1記載の半
導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein a surface roughness of the polysilicon film is limited by controlling an impurity doping time of the polysilicon film so that an average value of the roughness is 20 nm or less. Item 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 1.
【請求項4】 半導体基板上にCMOSトランジスタの
素子分離用の酸化膜を形成して、950〜1000℃の
アニール処理を施す工程と、酸化膜上にアモルファス状
態のポリシリコン膜を、不純物をドープしながらCVD
法で成長させることにより約250〜450nmの膜厚
で堆積する工程と、CMOSトランジスタのソース,ド
レイン拡散層を形成した後に全面にCVD膜を堆積し、
平坦化のためのリフロー処理を実施する工程と、容量素
子領域の前記CVD膜をエッチング処理した後、薄膜の
窒化膜を堆積して所望の形状にパターニングする工程
と、前記CVD膜の所定箇所をエッチング処理してコン
タクト窓を形成する工程を備えたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
4. A step of forming an oxide film for element isolation of a CMOS transistor on a semiconductor substrate and performing an annealing process at 950 to 1000 ° C., and forming an amorphous polysilicon film on the oxide film by doping impurities. CVD while
Depositing a film having a thickness of about 250 to 450 nm by growing by a method, and depositing a CVD film on the entire surface after forming source and drain diffusion layers of the CMOS transistor;
Performing a reflow process for planarization, etching the CVD film in the capacitor element region, depositing a thin nitride film and patterning the nitride film into a desired shape; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a contact window by etching.
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