JP2004296767A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高抵抗素子を有する半導体装置では、この高抵抗素子の上にパッシベーション膜からの水素拡散を防止する膜を形成する必要がある。従来は、通常の半導体装置を製造する工程とは別にこの水素拡散防止膜を設ける工程が必要だった。また、パッシベーション膜中の水素濃度を測定するには専用の装置が必要だった。
【解決手段】水素拡散防止膜として、半導体装置を製造する工程で通常金属配線の材料として用いている金属材料を用いる。
また、水素拡散防止膜を設ける高抵抗素子と、設けない高抵抗素子とを同一半導体基板１１上に併設し、各々の抵抗値を測定することにより、水素が高抵抗素子に与える影響を抵抗値の低下として測定することができる。すなわち、水素の量を電気特性として得ることができ、水素量を測定する専門の装置を必要としない。
【選択図】 図１
【解決手段】水素拡散防止膜として、半導体装置を製造する工程で通常金属配線の材料として用いている金属材料を用いる。
また、水素拡散防止膜を設ける高抵抗素子と、設けない高抵抗素子とを同一半導体基板１１上に併設し、各々の抵抗値を測定することにより、水素が高抵抗素子に与える影響を抵抗値の低下として測定することができる。すなわち、水素の量を電気特性として得ることができ、水素量を測定する専門の装置を必要としない。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板上に多結晶シリコン膜で構成した高抵抗素子を有する半導体装置に関する。さらに詳しくは、水素拡散防止膜を備える高抵抗素子を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板上に形成されるトランジスタや抵抗などは、不純物を注入する工程と、熱処理をする工程と、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜や多結晶シリコン膜などを成膜する工程と、成膜された各種膜をホトリソ工程でパターニングしエッチング処理によりパターン加工する工程などを組み合わせて形成される。
【０００３】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子を半導体装置内に形成する場合、高抵抗素子部となる領域に目的の抵抗値を得るために必要な不純物をイオン注入法で導入し、熱処理によって不純物を活性化させ、パターニングすることにより得る。
【０００４】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子は、高抵抗素子を形成した後に成膜するパッシベーション膜からの水素拡散により抵抗値が変化してしまうという問題があることが知られている。
この問題を解決するため、水素拡散防止膜としてシリコン窒化膜を高抵抗素子部の上部に形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２１７１７号公報（第４頁、図１）
【０００６】
特許文献１に示す従来技術について、図を用いて説明する。図１２は特許文献１に示す従来技術の断面図である。半導体基板１１上に素子分離膜１２を設け、多結晶シリコン膜１３上にシリコン窒化膜１４を設けている。このシリコン窒化膜１４が水素防止膜として機能する。
【０００７】
次に、図９から図１２を用いて特許文献１に示す従来技術の製造方法を説明する。
図９に示すように、半導体基板１１上に熱酸化法によりシリコン酸化膜からなる素子分離膜１２を形成する。
次に、素子分離膜１２上に多結晶シリコン膜１３を化学的気相成長法を用いて成膜する。
次に、多結晶シリコン膜１３に低濃度の不純物をイオン注入法で導入する。
【０００８】
次に、図１０に示すように、多結晶シリコン膜１３の全面にシリコン窒化膜１４を知られている化学的気相成長法で成膜する。
次に、シリコン窒化膜１４上に知られているホトリソ技術によりホトレジスト膜１５を形成する。
【０００９】
次に、図１１に示すように、ホトレジスト膜１５をマスクとしてエッチング技術によりシリコン窒化膜１４を所望の形状にパターニングする。
次に、ホトレジスト膜１５をマスクとして、多結晶シリコン膜１３に高濃度の不純物をイオン注入法で導入する。
【００１０】
次に、図１２に示すように、ホトレジスト膜１５を除去した後、ホトリソ技術とエッチング技術とで多結晶シリコン膜１３を所望の形状にパターニングする。
次に、半導体基板１１上に層間絶縁膜１６を化学的気相成長法で成膜する。
【００１１】
多結晶シリコン膜１３にイオン注入された不純物は、層間絶縁膜１６形成工程、知られている金属配線形成工程、後の工程で形成されるパッシベーション膜の成膜工程、熱処理工程などの熱処理によって活性化させる。
高濃度の不純物をイオン注入した箇所は低抵抗部１３ａとなり、低濃度の不純物をイオン注入した箇所は高抵抗部１３ｂとなる。
低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとは半導体基板１１と素子分離膜１２で電気的に絶縁されている。
【００１２】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子の抵抗値は高抵抗素子の上部に形成したパッシベーション膜からの水素拡散の影響を受けて低下する。このため、特許文献１に示した従来の技術では図１２に示すように高抵抗部１３ｂの上部に水素拡散防止膜としてシリコン窒化膜１４を形成し、抵抗値の低下を防止している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子の抵抗値を安定化するために、水素拡散防止膜を高抵抗部の上に形成する必要があった。高抵抗部の上に水素拡散防止膜を形成する工程は通常の半導体装置を製造する工程とは別に必要であり、工程増加になり問題であった。
【００１４】
ところで、パッシベーション膜中には必ず水素が含まれる。このため、半導体装置の製造工程では高抵抗素子の抵抗値の低下を防止するために水素拡散防止膜を形成するとともに工程内でパッシベーション膜の水素濃度を測定している。以下に説明する。
【００１５】
パッシベーション膜中の水素濃度を測定する方法の一例として、赤外分光分析機を用いた測定方法がある。
赤外分光分析機による測定は、赤外領域の光吸収スペクトルにおける吸収バンドの位置や強度からの物質の同定、分子内結合の状態やその濃度などを求める分析方法で、半導体製造プロセスで使われるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜の組成や膜中の不純物に対する評価に有効である。応用例としてパッシベーション膜中の水素濃度を測定している。
【００１６】
半導体装置に用いられているパッシベーション膜としてはプラズマ励起を用いた化学的気相成長法によるシリコン窒化膜がある。
【００１７】
赤外分光分析機を用いて、パッシベーション膜として用いたシリコン窒化膜の水素濃度を測定することにより、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子の抵抗変化がわかる。すなわち、水素濃度が高い場合、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子の抵抗値は低下する。
【００１８】
このように、半導体装置の製造工程においては、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子を低下させないため、赤外分光分析機のような分析機器を用いてパッシベーション膜として用いられるシリコン窒化膜中に含まれる水素濃度を測定し、シリコン窒化膜中の水素濃度を一定に保つように半導体装置の製造プロセスを管理する必要があった。
【００１９】
特に、高抵抗素子の抵抗値を安定化させるために、高抵抗部の上部に形成されたパッシベーション膜中の水素濃度を赤外分光分析機のような分析機器を用いて測定する必要があった。
【００２０】
また、半導体装置内に拡散される水素濃度を見積もるためには、赤外分光分析機のような分析機器から得られたパッシベーション膜の水素濃度と高抵抗素子の抵抗値の変化との関係から算出するしかなかった。
【００２１】
しかしながら、従来行われている赤外分光分析機のような分析機器を用いて水素濃度を測定する方法では、高抵抗素子の抵抗値低下が発生した場合、パッシベーション膜からの水素拡散による原因なのか、半導体装置の製造工程における工程上の不具合なのかを区別することが出来ないという問題があった。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点を解決するために、半導体基板上に多結晶シリコン膜で構成した高抵抗素子を有する半導体装置において、高抵抗素子は電気特性を測定するための測定端子部を有し、高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設ける第１の高抵抗素子と、高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設けない第２の高抵抗素子とを同一半導体基板上に設けていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における半導体装置の構造について図を用いて説明する。
【００２４】
［本発明の高抵抗素子：図１］
図１は本発明の第１の高抵抗素子３１の構造を示す断面図である。すでに説明した従来の技術と同様の構成には同一の記号を付与し、説明を省略する。
本発明の第１の高抵抗素子３１は、多結晶シリコン膜１３の上の層間絶縁膜１６上に金属膜１９を設けている。この金属膜１９が水素防止膜として機能する。
【００２５】
さらに詳しく説明する。半導体基板１１上に形成する低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとからなる多結晶シリコン膜１３と半導体基板１１とは電気的に絶縁されるように素子分離膜１２を設ける。
【００２６】
層間絶縁膜１６は、金属配線１８と金属膜１９とが、低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとの間で電気的に絶縁されるように設ける。
層間絶縁膜１６には多結晶シリコン膜からなる低抵抗部１３ａと金属配線１８が電気的に導通するようにコンタクトホール１７を設ける。
【００２７】
層間絶縁膜１６の上部に多結晶シリコン膜１３の低抵抗部１３ａと金属配線１８とがコンタクトホール１７を介して電気的に接続するように配線する。高抵抗部１３ｂ上部の層間絶縁膜１６の上部には金属膜１９を設ける。金属配線１８と金属膜１９とは離間して配置する。
【００２８】
半導体基板１１上に形成する半導体装置を外部環境から保護するために、パッシベーション膜２０を設ける。
パッシベーション膜２０には半導体基板上１１に形成する第１の高抵抗素子３１の電気特性が外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設ける。
このような構成にすることによって、高抵抗部１３ｂの上部には金属膜１９が形成され、パッシベーション膜２０からの水素の拡散を防止することができる。
【００２９】
さて、次に、本発明の高抵抗素子を利用して、パッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を電気的に測定する方法を説明する。そのためには、本発明の第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２とを用いる。まず、製造方法とともに説明する。図１〜４を用いて説明する。
【００３０】
ただし、従来例の説明と同様に、多結晶シリコン膜で構成する抵抗体の製造方法はすでに知られていることから、説明を省略し、測定端子部を有する高抵抗素子の製造方法について説明する。
【００３１】
［製造方法：図１〜図４］
図２に示すように、知られている半導体装置の製造方法を用いて半導体基板１１上に素子分離膜１２を設け、多結晶シリコン膜１３に所望の濃度の不純物を導入し低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを形成し、層間絶縁膜１６を設け、コンタクトホール１７を形成する。
【００３２】
次に、図３に示すように、スパッタ技術とエッチング技術とを用いてで層間絶縁膜１６の上部に金属配線１８と高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９を同時に形成する。属配線１８と金属膜１９とは離間して配置する。
【００３３】
高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９を形成した半導体装置は第１の高抵抗素子３１になる。
【００３４】
金属配線１８はコンタクトホール１７を介して、低抵抗部１３ａと接続する。
【００３５】
同時に、図４に示すように、スパッタ技術とエッチング技術とを用いて層間絶縁膜１６の上部に金属配線１８を形成し、高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９（図示せず）を形成しない第２の高抵抗素子３２を第１の高抵抗素子３１と同一半導体基板１１上に形成する。
【００３６】
低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂは素子分離膜１２で半導体基板１１と電気的に絶縁する。
【００３７】
金属配線１８はコンタクトホール１７を介して、低抵抗部１３ａと接続する。
【００３８】
次に、図１に示すように、半導体基板１１上に化学的気相成長法でパッシベーション膜２０を形成し、知られているホトリソ技術とエッチング技術とにより、測定端子部２１を形成する。
【００３９】
［水素濃度測定方法：図５］
次に、図５を用いてパッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を調べる方法を詳しく説明する。図５は、同一半導体基板上に第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２とを併設した平面図を示す。
【００４０】
第１の高抵抗素子３１の高抵抗部１３ｂの両端に形成している低抵抗部１３ａはコンタクトホール１７を介して金属配線１８と接続している。
【００４１】
金属配線１８には第１の高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設けている。
測定端子部２１を介して外部の電気的測定器を電気的に接続することによって第１の高抵抗素子３１の抵抗値を測定することができる。
【００４２】
第１の高抵抗素子３１は金属膜１９により、パッシベーション膜２０からの高抵抗部１３ｂへの水素拡散を防止することができるため、高抵抗部１３ｂの抵抗値の低下を防止できる。
【００４３】
第２の高抵抗素子３２は高抵抗部１３ｂの上部に金属膜１９を形成していない。
【００４４】
高抵抗部１３ｂの両端に形成してある低抵抗部１３ａはコンタクトホール１７を介して金属配線１８と接続している。
金属配線１８には高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設けている。
測定端子部２１を介して外部の電気的測定器を電気的に接続することによって第２の高抵抗素子３１の抵抗値を測定することができる。
【００４５】
第２の高抵抗素子３２は、金属膜１９が形成されていないことから、高抵抗部１３ｂの真上と斜め上方とに形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できず、パッシベーション膜２０（図示せず）からの水素の影響を受け抵抗値は下がる。
【００４６】
第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２は同一基板上に形成する。半導体装置の製造工程は同一になるため、半導体装置の製造工程起因による第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２の抵抗値の変化は考慮する必要はない。
【００４７】
さらに、隣接して設けることにより、他の影響、例えば、半導体基板の反りや多結晶シリコン層１３の膜厚のばらつきなどを無くすことができる。
このことから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値と第２の高抵抗素子３２の抵抗値の違いを測定するだけで、その抵抗値からパッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を算出することができる。
【００４８】
本発明の特徴は、多結晶シリコン膜１３の高抵抗部１３ｂの上部に金属膜１９を設ける第１の高抵抗素子３１と、金属膜１９を設けない第２の高抵抗素子３２とを同一の半導体基板１１上に併設することである。その効果は、互いの抵抗値を測定することで、パッシベーション膜２０からの高抵抗素子への水素拡散量を電気的な数値として知ることができる。したがって、パッシベーション膜中の水素濃度を赤外分光分析機のような分析機器を用いて測定する必要がない。
【００４９】
本発明の実施の形態で示す第１の高抵抗素子３１において、多結晶シリコン膜１３の上部に設ける金属膜１９の形状を様々に変更することができる。図６〜図８を用いて説明する。
【００５０】
［本発明の異なる実施の形態：図６］
図６は本発明の異なる実施の形態を示した平面図である。図６に示した例では、第１の高抵抗素子３１において、多結晶シリコン膜１３の高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は、高抵抗部１３ｂより大きく形成したものである。
【００５１】
このような構成とすることにより、高抵抗部１３ｂの真上及び斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を金属膜１９が防止することができる。
金属膜１９を高抵抗部１３ｂより大きくすることで、水素拡散をより有効に防止できる。
【００５２】
［本発明の異なる実施の形態：図７］
図７に示した例では、高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさとほぼ同じ大きさで形成する。
【００５３】
このような構成とすることにより、金属膜１９は、低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさとほぼ同じ大きさで形成してあることから、高抵抗部１３ｂの斜め上方の低抵抗部１３ａの上部に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できるとともに、高抵抗部１３ｂの真上に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止でき、より有効に第１の高抵抗素子３１の抵抗値の低下を防止できる。
【００５４】
同時に、低抵抗部１３ａの抵抗値の低下を防止できることから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器で測定する場合、測定された抵抗値に低抵抗部１３ａの抵抗低下による抵抗値変化は生じなく第１の高抵抗素子３１の抵抗値をより正確に測定できる。
【００５５】
［本発明の異なる実施の形態：図８］
図８に示した例では、高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさより大きく形成する。
【００５６】
このような構成とすることにより、金属膜１９により、低抵抗部１３ａの真上と斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できるとともに、高抵抗部１３ｂの真上と斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止でき、より有効に第１の高抵抗素子３１の抵抗値の低下を防止できる。
【００５７】
以上図６〜図８を用いて説明したが、いずれの場合においても低抵抗部１３ａの抵抗値の低下をより有効に防止できることから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値をより正確に測定できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に金属の水素拡散防止膜を設けた。この金属膜は、半導体装置を製造する工程で通常金属配線の材料として用いている金属材料を用いることができるために、従来の技術のように半導体装置の製造プロセスの工程を増加させることはない。
したがって、半導体装置製造工程でのコストが増加しないというすぐれた効果を有する。
また、測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に水素拡散防止膜を形成した第１の高抵抗素子と測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に水素拡散防止膜を形成しない第２の高抵抗素子とを併設し、その抵抗値の違いを測定することにより、パッシベーション膜からの水素拡散が与える高抵抗素子特性への影響が抵抗値の低下として測定することができる。すなわち、水素の量を電気特性に変換して得ることができる。
このことにより、半導体装置が完成した後に通常行われる半導体装置の性能確認を目的とする試験工程において、定量的に水素濃度が高抵抗素子特性に与える影響を判断できるという従来にない格別の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の平面図である。
【図６】本発明の半導体装置の平面図である。
【図７】本発明の半導体装置の平面図である。
【図８】本発明の半導体装置の平面図である。
【図９】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体基板
１２ 素子分離膜
１３ 多結晶シリコン膜
１３ａ 低抵抗部
１３ｂ 高抵抗部
１４ シリコン窒化膜
１５ ホトレジスト膜
１６ 層間絶縁膜
１７ コンタクトホール
１８ 金属配線
１９ 金属膜
２０ パッシベーション膜
２１ 測定端子部
３１ 第１の高抵抗素子
３２ 第２の高抵抗素子
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板上に多結晶シリコン膜で構成した高抵抗素子を有する半導体装置に関する。さらに詳しくは、水素拡散防止膜を備える高抵抗素子を有する半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体基板上に形成されるトランジスタや抵抗などは、不純物を注入する工程と、熱処理をする工程と、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜や多結晶シリコン膜などを成膜する工程と、成膜された各種膜をホトリソ工程でパターニングしエッチング処理によりパターン加工する工程などを組み合わせて形成される。
【０００３】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子を半導体装置内に形成する場合、高抵抗素子部となる領域に目的の抵抗値を得るために必要な不純物をイオン注入法で導入し、熱処理によって不純物を活性化させ、パターニングすることにより得る。
【０００４】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子は、高抵抗素子を形成した後に成膜するパッシベーション膜からの水素拡散により抵抗値が変化してしまうという問題があることが知られている。
この問題を解決するため、水素拡散防止膜としてシリコン窒化膜を高抵抗素子部の上部に形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２１７１７号公報（第４頁、図１）
【０００６】
特許文献１に示す従来技術について、図を用いて説明する。図１２は特許文献１に示す従来技術の断面図である。半導体基板１１上に素子分離膜１２を設け、多結晶シリコン膜１３上にシリコン窒化膜１４を設けている。このシリコン窒化膜１４が水素防止膜として機能する。
【０００７】
次に、図９から図１２を用いて特許文献１に示す従来技術の製造方法を説明する。
図９に示すように、半導体基板１１上に熱酸化法によりシリコン酸化膜からなる素子分離膜１２を形成する。
次に、素子分離膜１２上に多結晶シリコン膜１３を化学的気相成長法を用いて成膜する。
次に、多結晶シリコン膜１３に低濃度の不純物をイオン注入法で導入する。
【０００８】
次に、図１０に示すように、多結晶シリコン膜１３の全面にシリコン窒化膜１４を知られている化学的気相成長法で成膜する。
次に、シリコン窒化膜１４上に知られているホトリソ技術によりホトレジスト膜１５を形成する。
【０００９】
次に、図１１に示すように、ホトレジスト膜１５をマスクとしてエッチング技術によりシリコン窒化膜１４を所望の形状にパターニングする。
次に、ホトレジスト膜１５をマスクとして、多結晶シリコン膜１３に高濃度の不純物をイオン注入法で導入する。
【００１０】
次に、図１２に示すように、ホトレジスト膜１５を除去した後、ホトリソ技術とエッチング技術とで多結晶シリコン膜１３を所望の形状にパターニングする。
次に、半導体基板１１上に層間絶縁膜１６を化学的気相成長法で成膜する。
【００１１】
多結晶シリコン膜１３にイオン注入された不純物は、層間絶縁膜１６形成工程、知られている金属配線形成工程、後の工程で形成されるパッシベーション膜の成膜工程、熱処理工程などの熱処理によって活性化させる。
高濃度の不純物をイオン注入した箇所は低抵抗部１３ａとなり、低濃度の不純物をイオン注入した箇所は高抵抗部１３ｂとなる。
低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとは半導体基板１１と素子分離膜１２で電気的に絶縁されている。
【００１２】
多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子の抵抗値は高抵抗素子の上部に形成したパッシベーション膜からの水素拡散の影響を受けて低下する。このため、特許文献１に示した従来の技術では図１２に示すように高抵抗部１３ｂの上部に水素拡散防止膜としてシリコン窒化膜１４を形成し、抵抗値の低下を防止している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、多結晶シリコン膜を用いた高抵抗素子の抵抗値を安定化するために、水素拡散防止膜を高抵抗部の上に形成する必要があった。高抵抗部の上に水素拡散防止膜を形成する工程は通常の半導体装置を製造する工程とは別に必要であり、工程増加になり問題であった。
【００１４】
ところで、パッシベーション膜中には必ず水素が含まれる。このため、半導体装置の製造工程では高抵抗素子の抵抗値の低下を防止するために水素拡散防止膜を形成するとともに工程内でパッシベーション膜の水素濃度を測定している。以下に説明する。
【００１５】
パッシベーション膜中の水素濃度を測定する方法の一例として、赤外分光分析機を用いた測定方法がある。
赤外分光分析機による測定は、赤外領域の光吸収スペクトルにおける吸収バンドの位置や強度からの物質の同定、分子内結合の状態やその濃度などを求める分析方法で、半導体製造プロセスで使われるシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などの絶縁膜の組成や膜中の不純物に対する評価に有効である。応用例としてパッシベーション膜中の水素濃度を測定している。
【００１６】
半導体装置に用いられているパッシベーション膜としてはプラズマ励起を用いた化学的気相成長法によるシリコン窒化膜がある。
【００１７】
赤外分光分析機を用いて、パッシベーション膜として用いたシリコン窒化膜の水素濃度を測定することにより、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子の抵抗変化がわかる。すなわち、水素濃度が高い場合、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子の抵抗値は低下する。
【００１８】
このように、半導体装置の製造工程においては、多結晶シリコン膜で形成した高抵抗素子を低下させないため、赤外分光分析機のような分析機器を用いてパッシベーション膜として用いられるシリコン窒化膜中に含まれる水素濃度を測定し、シリコン窒化膜中の水素濃度を一定に保つように半導体装置の製造プロセスを管理する必要があった。
【００１９】
特に、高抵抗素子の抵抗値を安定化させるために、高抵抗部の上部に形成されたパッシベーション膜中の水素濃度を赤外分光分析機のような分析機器を用いて測定する必要があった。
【００２０】
また、半導体装置内に拡散される水素濃度を見積もるためには、赤外分光分析機のような分析機器から得られたパッシベーション膜の水素濃度と高抵抗素子の抵抗値の変化との関係から算出するしかなかった。
【００２１】
しかしながら、従来行われている赤外分光分析機のような分析機器を用いて水素濃度を測定する方法では、高抵抗素子の抵抗値低下が発生した場合、パッシベーション膜からの水素拡散による原因なのか、半導体装置の製造工程における工程上の不具合なのかを区別することが出来ないという問題があった。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点を解決するために、半導体基板上に多結晶シリコン膜で構成した高抵抗素子を有する半導体装置において、高抵抗素子は電気特性を測定するための測定端子部を有し、高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設ける第１の高抵抗素子と、高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設けない第２の高抵抗素子とを同一半導体基板上に設けていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における半導体装置の構造について図を用いて説明する。
【００２４】
［本発明の高抵抗素子：図１］
図１は本発明の第１の高抵抗素子３１の構造を示す断面図である。すでに説明した従来の技術と同様の構成には同一の記号を付与し、説明を省略する。
本発明の第１の高抵抗素子３１は、多結晶シリコン膜１３の上の層間絶縁膜１６上に金属膜１９を設けている。この金属膜１９が水素防止膜として機能する。
【００２５】
さらに詳しく説明する。半導体基板１１上に形成する低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとからなる多結晶シリコン膜１３と半導体基板１１とは電気的に絶縁されるように素子分離膜１２を設ける。
【００２６】
層間絶縁膜１６は、金属配線１８と金属膜１９とが、低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとの間で電気的に絶縁されるように設ける。
層間絶縁膜１６には多結晶シリコン膜からなる低抵抗部１３ａと金属配線１８が電気的に導通するようにコンタクトホール１７を設ける。
【００２７】
層間絶縁膜１６の上部に多結晶シリコン膜１３の低抵抗部１３ａと金属配線１８とがコンタクトホール１７を介して電気的に接続するように配線する。高抵抗部１３ｂ上部の層間絶縁膜１６の上部には金属膜１９を設ける。金属配線１８と金属膜１９とは離間して配置する。
【００２８】
半導体基板１１上に形成する半導体装置を外部環境から保護するために、パッシベーション膜２０を設ける。
パッシベーション膜２０には半導体基板上１１に形成する第１の高抵抗素子３１の電気特性が外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設ける。
このような構成にすることによって、高抵抗部１３ｂの上部には金属膜１９が形成され、パッシベーション膜２０からの水素の拡散を防止することができる。
【００２９】
さて、次に、本発明の高抵抗素子を利用して、パッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を電気的に測定する方法を説明する。そのためには、本発明の第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２とを用いる。まず、製造方法とともに説明する。図１〜４を用いて説明する。
【００３０】
ただし、従来例の説明と同様に、多結晶シリコン膜で構成する抵抗体の製造方法はすでに知られていることから、説明を省略し、測定端子部を有する高抵抗素子の製造方法について説明する。
【００３１】
［製造方法：図１〜図４］
図２に示すように、知られている半導体装置の製造方法を用いて半導体基板１１上に素子分離膜１２を設け、多結晶シリコン膜１３に所望の濃度の不純物を導入し低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを形成し、層間絶縁膜１６を設け、コンタクトホール１７を形成する。
【００３２】
次に、図３に示すように、スパッタ技術とエッチング技術とを用いてで層間絶縁膜１６の上部に金属配線１８と高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９を同時に形成する。属配線１８と金属膜１９とは離間して配置する。
【００３３】
高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９を形成した半導体装置は第１の高抵抗素子３１になる。
【００３４】
金属配線１８はコンタクトホール１７を介して、低抵抗部１３ａと接続する。
【００３５】
同時に、図４に示すように、スパッタ技術とエッチング技術とを用いて層間絶縁膜１６の上部に金属配線１８を形成し、高抵抗部１３ｂの上部の層間絶縁膜１６の上部に金属膜１９（図示せず）を形成しない第２の高抵抗素子３２を第１の高抵抗素子３１と同一半導体基板１１上に形成する。
【００３６】
低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂは素子分離膜１２で半導体基板１１と電気的に絶縁する。
【００３７】
金属配線１８はコンタクトホール１７を介して、低抵抗部１３ａと接続する。
【００３８】
次に、図１に示すように、半導体基板１１上に化学的気相成長法でパッシベーション膜２０を形成し、知られているホトリソ技術とエッチング技術とにより、測定端子部２１を形成する。
【００３９】
［水素濃度測定方法：図５］
次に、図５を用いてパッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を調べる方法を詳しく説明する。図５は、同一半導体基板上に第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２とを併設した平面図を示す。
【００４０】
第１の高抵抗素子３１の高抵抗部１３ｂの両端に形成している低抵抗部１３ａはコンタクトホール１７を介して金属配線１８と接続している。
【００４１】
金属配線１８には第１の高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設けている。
測定端子部２１を介して外部の電気的測定器を電気的に接続することによって第１の高抵抗素子３１の抵抗値を測定することができる。
【００４２】
第１の高抵抗素子３１は金属膜１９により、パッシベーション膜２０からの高抵抗部１３ｂへの水素拡散を防止することができるため、高抵抗部１３ｂの抵抗値の低下を防止できる。
【００４３】
第２の高抵抗素子３２は高抵抗部１３ｂの上部に金属膜１９を形成していない。
【００４４】
高抵抗部１３ｂの両端に形成してある低抵抗部１３ａはコンタクトホール１７を介して金属配線１８と接続している。
金属配線１８には高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器を用いて測定できるように、測定端子部２１を設けている。
測定端子部２１を介して外部の電気的測定器を電気的に接続することによって第２の高抵抗素子３１の抵抗値を測定することができる。
【００４５】
第２の高抵抗素子３２は、金属膜１９が形成されていないことから、高抵抗部１３ｂの真上と斜め上方とに形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できず、パッシベーション膜２０（図示せず）からの水素の影響を受け抵抗値は下がる。
【００４６】
第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２は同一基板上に形成する。半導体装置の製造工程は同一になるため、半導体装置の製造工程起因による第１の高抵抗素子３１と第２の高抵抗素子３２の抵抗値の変化は考慮する必要はない。
【００４７】
さらに、隣接して設けることにより、他の影響、例えば、半導体基板の反りや多結晶シリコン層１３の膜厚のばらつきなどを無くすことができる。
このことから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値と第２の高抵抗素子３２の抵抗値の違いを測定するだけで、その抵抗値からパッシベーション膜２０に含まれる水素濃度を算出することができる。
【００４８】
本発明の特徴は、多結晶シリコン膜１３の高抵抗部１３ｂの上部に金属膜１９を設ける第１の高抵抗素子３１と、金属膜１９を設けない第２の高抵抗素子３２とを同一の半導体基板１１上に併設することである。その効果は、互いの抵抗値を測定することで、パッシベーション膜２０からの高抵抗素子への水素拡散量を電気的な数値として知ることができる。したがって、パッシベーション膜中の水素濃度を赤外分光分析機のような分析機器を用いて測定する必要がない。
【００４９】
本発明の実施の形態で示す第１の高抵抗素子３１において、多結晶シリコン膜１３の上部に設ける金属膜１９の形状を様々に変更することができる。図６〜図８を用いて説明する。
【００５０】
［本発明の異なる実施の形態：図６］
図６は本発明の異なる実施の形態を示した平面図である。図６に示した例では、第１の高抵抗素子３１において、多結晶シリコン膜１３の高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は、高抵抗部１３ｂより大きく形成したものである。
【００５１】
このような構成とすることにより、高抵抗部１３ｂの真上及び斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を金属膜１９が防止することができる。
金属膜１９を高抵抗部１３ｂより大きくすることで、水素拡散をより有効に防止できる。
【００５２】
［本発明の異なる実施の形態：図７］
図７に示した例では、高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさとほぼ同じ大きさで形成する。
【００５３】
このような構成とすることにより、金属膜１９は、低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさとほぼ同じ大きさで形成してあることから、高抵抗部１３ｂの斜め上方の低抵抗部１３ａの上部に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できるとともに、高抵抗部１３ｂの真上に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止でき、より有効に第１の高抵抗素子３１の抵抗値の低下を防止できる。
【００５４】
同時に、低抵抗部１３ａの抵抗値の低下を防止できることから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値を外部の電気的測定器で測定する場合、測定された抵抗値に低抵抗部１３ａの抵抗低下による抵抗値変化は生じなく第１の高抵抗素子３１の抵抗値をより正確に測定できる。
【００５５】
［本発明の異なる実施の形態：図８］
図８に示した例では、高抵抗部１３ｂ上部に形成した金属膜１９は低抵抗部１３ａと高抵抗部１３ｂとを合わせた大きさより大きく形成する。
【００５６】
このような構成とすることにより、金属膜１９により、低抵抗部１３ａの真上と斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止できるとともに、高抵抗部１３ｂの真上と斜め上方に形成したパッシベーション膜２０（図示せず）からの水素拡散を防止でき、より有効に第１の高抵抗素子３１の抵抗値の低下を防止できる。
【００５７】
以上図６〜図８を用いて説明したが、いずれの場合においても低抵抗部１３ａの抵抗値の低下をより有効に防止できることから、第１の高抵抗素子３１の抵抗値をより正確に測定できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に金属の水素拡散防止膜を設けた。この金属膜は、半導体装置を製造する工程で通常金属配線の材料として用いている金属材料を用いることができるために、従来の技術のように半導体装置の製造プロセスの工程を増加させることはない。
したがって、半導体装置製造工程でのコストが増加しないというすぐれた効果を有する。
また、測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に水素拡散防止膜を形成した第１の高抵抗素子と測定端子部を有し多結晶シリコン膜を用いた高抵抗部上に水素拡散防止膜を形成しない第２の高抵抗素子とを併設し、その抵抗値の違いを測定することにより、パッシベーション膜からの水素拡散が与える高抵抗素子特性への影響が抵抗値の低下として測定することができる。すなわち、水素の量を電気特性に変換して得ることができる。
このことにより、半導体装置が完成した後に通常行われる半導体装置の性能確認を目的とする試験工程において、定量的に水素濃度が高抵抗素子特性に与える影響を判断できるという従来にない格別の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の平面図である。
【図６】本発明の半導体装置の平面図である。
【図７】本発明の半導体装置の平面図である。
【図８】本発明の半導体装置の平面図である。
【図９】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】従来の半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体基板
１２ 素子分離膜
１３ 多結晶シリコン膜
１３ａ 低抵抗部
１３ｂ 高抵抗部
１４ シリコン窒化膜
１５ ホトレジスト膜
１６ 層間絶縁膜
１７ コンタクトホール
１８ 金属配線
１９ 金属膜
２０ パッシベーション膜
２１ 測定端子部
３１ 第１の高抵抗素子
３２ 第２の高抵抗素子
Claims (4)
- 半導体基板上に多結晶シリコン膜で構成した高抵抗素子を有する半導体装置において、
前記高抵抗素子は電気特性を測定するための測定端子部を有し、
前記高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設ける第１の高抵抗素子と、
前記高抵抗素子の上部に水素拡散防止膜を設けない第２の高抵抗素子とを同一半導体基板上に設けていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第１の高抵抗素子と前記第２の高抵抗素子とは隣接して設けることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
- 前記水素拡散防止膜に金属配線材料を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
- 前記水素拡散防止膜の面積は、前記高抵抗素子の面積より大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の半導体装置。
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