JP2006135351A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサをもつLDD(Lightly Doped Drain)構造のトランジスタ素子と、ポリシリコン膜からなり、抵抗値制御のための不純物が導入されている抵抗体領域及び抵抗体領域よりも高濃度に不純物が導入されている低抵抗領域をもつ高抵抗体素子を備えた半導体装置に関するものである。
このような半導体装置は、例えばアナログ回路を備えた半導体装置に適用される。
The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, includes a transistor element having an LDD (Lightly Doped Drain) structure having a sidewall spacer on a side wall of a gate electrode and a polysilicon film, and impurities for controlling a resistance value are introduced. The present invention relates to a semiconductor device including a high-resistance element having a resistor region and a low-resistance region into which impurities are introduced at a higher concentration than the resistor region.
Such a semiconductor device is applied to a semiconductor device including an analog circuit, for example.
集積度の高いSRAM(Static Random Access Memory)や、アナログ回路を搭載したLSI(Large Scale Integration;大規模集積回路)では、ポリシリコン膜を抵抗体とした比較的抵抗値の高い抵抗体素子を用いるのが主流である。これらの抵抗体素子は、通常、トランジスタ素子のゲート電極に用いられるポリシリコン膜と同じ工程で形成されたポリシリコン膜を用いて形成される。 In a highly integrated SRAM (Static Random Access Memory) and an LSI (Large Scale Integration) equipped with an analog circuit, a resistor element having a relatively high resistance value using a polysilicon film as a resistor is used. Is the mainstream. These resistor elements are usually formed using a polysilicon film formed in the same process as the polysilicon film used for the gate electrode of the transistor element.
近年、更なる高集積化や回路動作速度の向上に対応するために、トランジスタ素子のゲート電極をポリシリコン膜単層のものから、高融点金属又は高融点金属シリサイド膜とポリシリコン膜の2層構造を有するゲート電極、いわゆるポリサイドゲート電極に変更し、ゲート電極の低抵抗化を図る必要性が生じている。 In recent years, in order to cope with further higher integration and improvement in circuit operation speed, the gate electrode of the transistor element is changed from a single polysilicon film layer to a refractory metal or refractory metal silicide film and a polysilicon film. There is a need to change the gate electrode to a so-called polycide gate electrode and to reduce the resistance of the gate electrode.
しかし、ポリサイドゲート電極等の低抵抗ゲート電極と同じ積層構造の高抵抗体素子を形成した場合、必要な抵抗値を得るために抵抗体素子の面積が増大し、回路面積を小さくできないという問題が生じる。このため、トランジスタ素子のゲート電極と高抵抗体素子を同じ工程で形成したポリシリコン膜から形成することが困難となり、トランジスタ素子のゲート電極と高抵抗体素子を異なるポリシリコン膜から形成する方法が行なわれている。 However, when a high-resistance element having the same laminated structure as a low-resistance gate electrode such as a polycide gate electrode is formed, the area of the resistor element increases to obtain a necessary resistance value, and the circuit area cannot be reduced. Occurs. For this reason, it becomes difficult to form the gate electrode of the transistor element and the high resistance element from the polysilicon film formed in the same process, and there is a method of forming the gate electrode of the transistor element and the high resistance element from different polysilicon films. It is done.
図12及び図13に、LDD(Lightly Doped Drain)構造及びポリサイドゲート電極をもつトランジスタ素子と高抵抗体素子を備えた半導体装置の一般的な形成方法を示す。LDD構造はトランジスタ素子の信頼性向上を目的とする技術である。ここではP型のシリコン基板にNチャネル型MOSトランジスタ素子(Nチャネル型ゲート絶縁型電界効果トランジスタ、以下Nchトランジスタ素子と称す)を形成する場合について説明する。 12 and 13 show a general method for forming a semiconductor device including a transistor element having an LDD (Lightly Doped Drain) structure and a polycide gate electrode and a high resistance element. The LDD structure is a technique for improving the reliability of transistor elements. Here, a case where an N-channel MOS transistor element (an N-channel gate insulating field effect transistor, hereinafter referred to as an Nch transistor element) is formed on a P-type silicon substrate will be described.
(1)P型のシリコン基板(半導体基板)1上に公知の技術を用いて素子分離酸化膜5を形成する。素子分離酸化膜5で囲まれたシリコン基板1の活性領域の表面にゲート酸化膜7を形成し、ゲート酸化膜7上に下層が低抵抗ポリシリコン膜11、上層が高融点金属シリサイド膜13の積層構造からなるポリサイドゲート電極9を形成する。イオン注入を行なって、ゲート電極9に対して自己整合的にN型低濃度拡散領域17を形成する。ゲート電極9の側壁にサイドウォールスペーサ73を形成する。イオン注入を行なって、サイドウォールスペーサ73に対して自己整合的に、N型高濃度拡散領域19を形成し、Nchトランジスタ素子を形成する(図12(A)参照)。
(1) An element
(2)熱CVD(化学的気相成長)法により、高抵抗体素子とNchトランジスタ素子との間の絶縁膜となる熱CVD酸化膜75をシリコン基板1上全面に形成する(図12(B)参照)。
(2) A thermal
(3)熱CVD酸化膜75上に高抵抗体素子を形成するためのポリシリコン膜を形成し、高抵抗体素子の抵抗値制御のためのリン注入をポリシリコン膜の全面に行なって高抵抗ポリシリコン膜77を形成する(図12(C)参照)。
(3) A polysilicon film for forming a high-resistance element is formed on the thermal
(4)高抵抗ポリシリコン膜77上に、高抵抗体素子の抵抗体領域となる領域を覆うレジストマスクパターン79を形成する。高抵抗体素子と金属配線の接続を安定化させるための高抵抗体素子の低抵抗領域を形成するために、レジストマスクパターン79をマスクにしてイオン注入を行なって、低抵抗ポリシリコン膜81を形成する(図13(D)参照)。
(4) A
(5)レジストマスクパターン79を除去した後、高抵抗ポリシリコン膜77上及び低抵抗ポリシリコン膜81上に高抵抗体素子の形成領域を画定するためのレジストマスクパターン83を形成する。エッチング技術により、レジストマスクパターン83をマスクにして、高抵抗ポリシリコン膜77及び低抵抗ポリシリコン膜81を選択的に除去して、高抵抗体素子を構成する高抵抗体素子パターン85を形成する。高抵抗体素子パターン85において、高抵抗ポリシリコン膜77から抵抗体領域87が形成され、低抵抗ポリシリコン膜81から低抵抗領域89が形成される(図13(E)参照)。
(5) After removing the
(6)レジストマスクパターン83を除去すると、高抵抗体素子パターン85の形成が完了する(図13(F)参照)。その後、配線形成工程やパッシベーション膜形成工程等を行なって半導体装置が完成する。
(6) When the
従来技術では、工程(2)で説明したように、トランジスタ素子を形成した後に、高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するためのCVD酸化膜75を熱CVD法によって形成している(図12(B)参照)。
In the prior art, as described in the step (2), after forming the transistor element, a polysilicon film for the high resistance element and a
例えば減圧CVD法など、熱CVD法によるCVD酸化膜の形成には一般的に800℃前後の熱処理が必要であり、この熱処理の影響でトランジスタ素子の特性が変動してしまう。そのため、高抵抗体素子をもつ半導体装置と高抵抗体素子をもたない半導体装置とでは、トランジスタ素子の特性を高精度に合わせ込むことができず、それぞれ個別にトランジスタ素子の特性データを収集し、回路設計時にこれらを区別して使用する必要が生じるので、設計時の負荷が増大するという問題があった。 For example, the formation of a CVD oxide film by a thermal CVD method such as a low pressure CVD method generally requires a heat treatment at around 800 ° C., and the characteristics of the transistor element change due to the influence of this heat treatment. For this reason, the characteristics of transistor elements cannot be matched with high accuracy between a semiconductor device having a high-resistance element and a semiconductor device not having a high-resistance element. There is a problem in that the load at the time of design increases because it is necessary to distinguish between these during circuit design.
さらに、高抵抗体素子を形成するために、高抵抗体素子と金属配線の接触抵抗を安定化させるための低抵抗領域の形成領域を画定するための注入マスクを1枚(工程(4)及び図13(D)参照)、高抵抗体素子の形成領域を画定するためのマスクを1枚(工程(5)及び図13(E)参照)、計2枚のマスク工程(写真製版工程)が追加で必要であり、製造コストや製造工期の増大を招くという問題があった。 Further, in order to form a high resistance element, one implantation mask for defining a formation region of a low resistance region for stabilizing the contact resistance between the high resistance element and the metal wiring (step (4) and 13D), one mask for defining the formation region of the high resistance element (see step (5) and FIG. 13E), a total of two mask steps (photoengraving step). There is a problem that it is necessary in addition and increases the manufacturing cost and the manufacturing period.
このような不具合を解決するために、従来では以下のような方法が提案されている。
例えば、ポリサイドゲート電極のポリシリコン膜と高抵抗体素子を同じ工程で形成されたポリシリコン膜から形成すべく、ポリシリコン膜上に高融点金属膜を形成する前に高抵抗体素子の形成領域のポリシリコン膜上に絶縁膜パターンを形成する方法がある(例えば特許文献1,2等を参照)。
In order to solve such problems, conventionally, the following methods have been proposed.
For example, in order to form the polysilicon film of the polycide gate electrode and the high-resistance element from the polysilicon film formed in the same process, the high-resistance element is formed before forming the refractory metal film on the polysilicon film. There is a method of forming an insulating film pattern on a polysilicon film in a region (see, for example,
この方法では、ポリシリコン膜を形成した後にシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる絶縁膜パターンを高抵抗体素子の抵抗体領域となる領域のみに形成し、その絶縁膜パターン上の高融点金属を除去することにより、抵抗体領域の両端側に低抵抗領域をもつ高抵抗体素子とMOSトランジスタ素子の低抵抗ゲート電極を同時に形成している。 In this method, after forming a polysilicon film, an insulating film pattern made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed only in a region that becomes a resistor region of a high-resistance element, and a refractory metal on the insulating film pattern is formed. By removing, a high resistance element having a low resistance region on both ends of the resistor region and a low resistance gate electrode of the MOS transistor element are formed at the same time.
しかし、高抵抗体素子上の絶縁膜パターンと、低抵抗領域の形成領域を画定するためのマスクパターンとの位置合わせが必要であるので、回路面積縮小のために高抵抗体素子の間隔を狭くすることが困難であるという問題があった。 However, since it is necessary to align the insulating film pattern on the high-resistance element and the mask pattern for defining the formation region of the low-resistance region, the interval between the high-resistance elements is reduced to reduce the circuit area. There was a problem that it was difficult to do.
さらに、高抵抗体素子のパターニング時に、抵抗体領域については上記絶縁膜パターンをマスクにしてエッチングを行なっているため、パターン寸法を安定化させる側壁保護膜が形成されにくく、ポリシリコン膜寸法のバラツキが大きくなるという問題があった。 Furthermore, since the resistor region is etched using the insulating film pattern as a mask during patterning of the high resistance element, it is difficult to form a sidewall protective film that stabilizes the pattern size, and the polysilicon film size varies. There was a problem that became larger.
さらに、低抵抗領域と抵抗体領域のポリシリコン膜のエッチングレートは大きく異なるため、低抵抗領域のエッチング時間を最適化すると抵抗体領域のエッチングが不足し、抵抗体領域のエッチング時間を最適化すると低抵抗領域のエッチングが過多となってしまい、双方の領域の寸法を最適な寸法に仕上げることが困難であるという問題があった。 Furthermore, since the etching rates of the polysilicon film in the low resistance region and the resistor region are greatly different, if the etching time in the low resistance region is optimized, the etching in the resistor region is insufficient, and the etching time in the resistor region is optimized. Etching of the low resistance region becomes excessive, and there is a problem that it is difficult to finish the dimensions of both regions to the optimum size.
さらに、高抵抗体素子の抵抗値制御のために注入する不純物はトランジスタ素子のゲート電極にも注入されるため、トランジスタ素子の特性に配慮した注入種の選択及び注入条件の選択が必要であり、高抵抗体素子の最適化が難しくなるという問題があった。例えば、注入エネルギーが高いと、注入した不純物がトランジスタ素子のチャネル領域に突き抜けてしまってトランジスタ素子の特性が変動してしまうという不具合が発生する。さらに、これを回避するために、高抵抗体素子の抵抗制御のための不純物注入時に、トランジスタ素子の形成領域を覆うレジストパターンを形成する方法があるが、これは製造コストや工期に悪影響を与える結果となる。 Furthermore, since the impurity to be injected for controlling the resistance value of the high resistance element is also injected into the gate electrode of the transistor element, it is necessary to select an injection type and an injection condition in consideration of the characteristics of the transistor element. There is a problem that optimization of the high resistance element becomes difficult. For example, when the implantation energy is high, the implanted impurity penetrates into the channel region of the transistor element, resulting in a problem that the characteristics of the transistor element fluctuate. In addition, in order to avoid this, there is a method of forming a resist pattern that covers the formation region of the transistor element at the time of impurity implantation for resistance control of the high resistance element, but this adversely affects the manufacturing cost and the construction period. Result.
また、他の方法として、高抵抗体素子上の高融点金属のみを除去する方法がある(例えば特許文献3等を参照)。
この方法は、高抵抗体素子及び電源配線用のポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜上に高融点金属層を形成した後、高抵抗体素子の抵抗体領域上の高融点金属層のみをエッチングにより除去して、高抵抗体素子と低抵抗体素子を同時に形成することとしている。しかし、ポリシリコン膜上の高融点金属層のみを高い選択比で除去するのは非常に困難であり、またその具体的な方法も記述されておらず、実現は不可能と思われる。
This method forms a high-resistance element and a polysilicon film for power supply wiring, forms a refractory metal layer on the polysilicon film, and then forms only the refractory metal layer on the resistor region of the high-resistance element. Are removed by etching, and a high-resistance element and a low-resistance element are formed simultaneously. However, it is very difficult to remove only the refractory metal layer on the polysilicon film with a high selectivity, and the specific method is not described.
本発明は、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができる半導体装置を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a high-resistance element on the same substrate without adversely affecting the characteristics of transistor elements having an LDD structure.
本発明にかかる半導体装置は、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサをもつLDD構造のトランジスタ素子と、ポリシリコン膜からなり、抵抗値制御のための不純物が導入されている抵抗体領域及び電位を取るために抵抗体領域よりも高濃度に不純物が導入されている低抵抗領域をもつ高抵抗体素子を備えた半導体装置であって、上記高抵抗体素子の抵抗体領域は抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入されており、かつ、上記高抵抗体素子は、上記サイドウォールスペーサを構成するシリコン酸化膜と同時に形成されたシリコン酸化膜パターン上に形成されているものである。 The semiconductor device according to the present invention takes an LDD transistor element having a side wall spacer on the side wall of a gate electrode, a resistor region and a potential of a resistor region into which an impurity for resistance value control is introduced. Therefore, the semiconductor device includes a high resistance element having a low resistance region in which impurities are introduced at a higher concentration than the resistor region, and the resistance region of the high resistance element is used for resistance value control. BF 2 is introduced as an impurity, and the high-resistance element is formed on a silicon oxide film pattern formed simultaneously with the silicon oxide film constituting the sidewall spacer.
本発明にかかる半導体装置を製造する方法は、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサをもつLDD構造のトランジスタ素子と、ポリシリコン膜からなり、抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入されている抵抗体領域及び抵抗体領域よりも高濃度に不純物が導入されている低抵抗領域をもつ高抵抗体素子を備えた半導体装置の製造方法であって、以下の工程(A)から(E)を含む。
(A)半導体基板上に素子分離酸化膜を形成し、活性領域上にゲート酸化膜及びゲート電極を順次形成し、上記活性領域にLDD構造の低濃度拡散領域を形成する工程、
(B)半導体基板上全面に上記サイドウォールスペーサを形成するためのシリコン酸化膜を形成する工程、
(C)高抵抗体素子の形成領域の上記シリコン酸化膜上に、抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入された高抵抗ポリシリコン膜からなる高抵抗体素子パターンを形成する工程、
(D)上記シリコン酸化膜をエッチバックして、上記ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成し、上記高抵抗体素子パターン下にシリコン酸化膜パターンを残す工程、
(E)上記高抵抗体素子パターンの所定の領域に不純物を導入して、上記抵抗体領域及び低抵抗領域を形成する工程。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a transistor element having an LDD structure having a sidewall spacer on a side wall of a gate electrode and a polysilicon film, and BF 2 is introduced as an impurity for resistance control. A method for manufacturing a semiconductor device including a resistor region and a high-resistance element having a low-resistance region into which impurities are introduced at a higher concentration than the resistor region, and includes the following steps (A) to (E): Including.
(A) forming an element isolation oxide film on a semiconductor substrate, sequentially forming a gate oxide film and a gate electrode on the active region, and forming a low concentration diffusion region of an LDD structure in the active region;
(B) forming a silicon oxide film for forming the sidewall spacer on the entire surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a high-resistance element pattern made of a high-resistance polysilicon film into which BF 2 is introduced as an impurity for controlling the resistance value on the silicon oxide film in the formation region of the high-resistance element;
(D) etching back the silicon oxide film to form a sidewall spacer on the side wall of the gate electrode, leaving a silicon oxide film pattern under the high-resistance element pattern;
(E) A step of introducing an impurity into a predetermined region of the high resistance element pattern to form the resistor region and the low resistance region.
本発明の半導体装置では高抵抗体素子の抵抗体領域は抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入されているので、後で詳細に説明するように、リン又はヒ素を用いた場合に比べて同じシート抵抗で最も絶対値の小さな抵抗温度係数が得られる。
また、本発明の半導体装置では、高抵抗体素子はサイドウォールスペーサを構成するシリコン酸化膜と同時に形成されたシリコン酸化膜パターン上に形成されている。したがって、従来技術のようには高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するための絶縁膜を追加して形成する必要がなく、その絶縁膜をCVD法により形成する際の800℃前後の熱処理を行なわない。これにより、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができ、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。
In the semiconductor device of the present invention, BF 2 is introduced as an impurity for controlling the resistance value in the resistor region of the high-resistance element, so that, as will be described in detail later, compared to the case where phosphorus or arsenic is used. The lowest temperature coefficient of resistance is obtained with the same sheet resistance.
In the semiconductor device of the present invention, the high resistance element is formed on the silicon oxide film pattern formed simultaneously with the silicon oxide film constituting the sidewall spacer. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to additionally form a polysilicon film for a high resistance element and an insulating film for insulating the transistor element, and 800 ° C. when the insulating film is formed by the CVD method. Do not perform heat treatment before and after. As a result, the high resistance element can be formed on the same substrate without adversely affecting the characteristics of the transistor element having the LDD structure, and the load during circuit design can be greatly reduced.
さらに、従来技術のようには高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するための絶縁膜を追加して形成する必要がないので、製造コストの低減及び工期の短縮を図ることができる。 Furthermore, unlike the prior art, it is not necessary to additionally form a polysilicon film for a high-resistance element and an insulating film for insulating the transistor element, so that the manufacturing cost and the construction period can be shortened. it can.
なお、CVD法により高抵抗体素子を形成するためのポリシリコン膜を形成する場合は熱処理が施されるが、通常ポリシリコン膜の形成は500〜650℃の温度で可能であるので、この程度の熱処理はトランジスタ素子の特性に影響を与えないので問題はない。 In the case of forming a polysilicon film for forming a high resistance element by the CVD method, a heat treatment is performed. Usually, the polysilicon film can be formed at a temperature of 500 to 650 ° C. Since this heat treatment does not affect the characteristics of the transistor element, there is no problem.
請求項1に記載された半導体装置では、LDD構造のトランジスタ素子と、ポリシリコン膜からなる高抵抗体素子を備えた半導体装置において、高抵抗体素子の抵抗体領域は抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入されているので小さな抵抗温度係数を得ることができる。
また、高抵抗体素子は、サイドウォールスペーサを構成するシリコン酸化膜と同時に形成されたシリコン酸化膜パターン上に形成されているようにしたので、従来技術のようには高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するための絶縁膜を追加して形成する際の熱処理が施されないので、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができる。これにより、回路設計時の負荷の削減、製造コストの低減及び工期の短縮を図ることができる。
2. The semiconductor device according to
Further, since the high resistance element is formed on the silicon oxide film pattern formed at the same time as the silicon oxide film constituting the side wall spacer, the poly resistor for the high resistance element is formed as in the prior art. No heat treatment is performed when an additional insulating film is formed to insulate the silicon film from the transistor element, so that a high resistance element is formed on the same substrate without adversely affecting the characteristics of the transistor element of the LDD structure. can do. Thereby, it is possible to reduce the load at the time of circuit design, reduce the manufacturing cost, and shorten the construction period.
請求項2に記載された半導体装置では、高抵抗体素子の抵抗体領域はシート抵抗が500〜1000Ω/□程度の抵抗値となるようにBF2の導入量が調整されているので、抵抗温度係数がほとんど0の高抵抗体素子とすることができ、温度による特性変動の極めて少ない高精度回路を形成することができる。
請求項3に記載された半導体装置では、ゲート電極は、下層がポリシリコン膜、上層が高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜からなる積層構造であるようにしたので、ゲート電極の低抵抗化を図ることができる。ここで、高抵抗体素子とゲート電極は互いに別々の工程で形成されたポリシリコン膜により形成されているので、ゲート電極においてポリシリコン膜上に高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜が形成されていても、高抵抗体素子上に高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜が形成されることはなく、ゲート電極のみを低抵抗化することができる。
In the semiconductor device according to claim 2, since the introduction amount of BF 2 is adjusted so that the sheet resistance of the resistor region of the high-resistance element is about 500 to 1000Ω / □, the resistance temperature A high-resistance element having a coefficient of almost zero can be obtained, and a high-accuracy circuit with very little characteristic variation due to temperature can be formed.
In the semiconductor device according to the third aspect, the gate electrode has a laminated structure in which the lower layer is made of a polysilicon film and the upper layer is made of a refractory metal film or a refractory metal silicide film. Can be achieved. Here, since the high-resistance element and the gate electrode are formed of a polysilicon film formed in separate processes, a refractory metal film or a refractory metal silicide film is formed on the polysilicon film in the gate electrode. However, the high melting point metal film or the high melting point metal silicide film is not formed on the high resistance element, and only the gate electrode can be reduced in resistance.
請求項4に記載された半導体装置では、検出すべき電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗と、基準電圧を供給するための基準電圧源と、分割抵抗からの分割電圧と上記基準電圧源からの基準電圧を比較するための比較回路を備えたアナログ回路を備え、分割抵抗を構成する抵抗回路は本発明の半導体装置を構成する高抵抗体素子を備えているようにしたので、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができ、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。 According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a dividing resistor for dividing the voltage to be detected and supplying the divided voltage, a reference voltage source for supplying a reference voltage, a divided voltage from the dividing resistor, and the above Since the analog circuit including the comparison circuit for comparing the reference voltage from the reference voltage source is provided, and the resistance circuit constituting the dividing resistor is provided with the high resistance element constituting the semiconductor device of the present invention. The high resistance element can be formed on the same substrate without adversely affecting the characteristics of the transistor element having the LDD structure, and the load at the time of circuit design can be greatly reduced.
本発明の半導体装置において、上記ゲート電極は、下層がポリシリコン膜、上層が高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜からなる積層構造であることが好ましい。
本発明の半導体装置においては、高抵抗体素子とゲート電極は互いに別々の工程で形成されたポリシリコン膜により形成されているので、ゲート電極においてポリシリコン膜上に高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜が形成されていても、高抵抗体素子上に高融点金属膜又は高融点金属シリサイド膜が形成されることはなく、ゲート電極のみを低抵抗化することができる。
In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode preferably has a laminated structure in which the lower layer is a polysilicon film and the upper layer is a refractory metal film or a refractory metal silicide film.
In the semiconductor device of the present invention, since the high-resistance element and the gate electrode are formed of the polysilicon film formed in separate processes, the refractory metal film or the refractory metal is formed on the polysilicon film in the gate electrode. Even if the silicide film is formed, the refractory metal film or the refractory metal silicide film is not formed on the high resistance element, and the resistance of only the gate electrode can be reduced.
本発明の半導体装置を構成する高抵抗体素子が適用されるアナログ回路の一例として、検出すべき電圧を分割して分割電圧を供給するための分割抵抗と、基準電圧を供給するための基準電圧源と、上記分割抵抗からの分割電圧と上記基準電圧源からの基準電圧を比較するための比較回路を備えたものを挙げることができる。そのアナログ回路において、上記分割抵抗を構成する抵抗回路として本発明の半導体装置を構成する高抵抗体素子を備えたものを用いることにより、本発明を構成する高抵抗体素子では、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができるので、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。 As an example of an analog circuit to which a high resistance element constituting a semiconductor device of the present invention is applied, a divided resistor for dividing a voltage to be detected and supplying a divided voltage, and a reference voltage for supplying a reference voltage And a source having a comparison circuit for comparing the divided voltage from the dividing resistor and the reference voltage from the reference voltage source. In the analog circuit, by using a resistor circuit comprising the high-resistance element constituting the semiconductor device of the present invention as the resistance circuit constituting the divided resistor, the high-resistance element constituting the present invention is an LDD transistor. Since a high-resistance element can be formed on the same substrate without adversely affecting the characteristics of the element, the load during circuit design can be greatly reduced.
[実施例]
図1は半導体装置の一実施例を示す断面図である。
P型のシリコン基板(半導体基板)1にNウェル領域3が形成されている。シリコン基板1の表面に素子分離酸化膜5が形成されている。素子分離酸化膜5で囲まれたシリコン基板1の活性領域AはNchトランジスタ素子が形成されている領域であり、Nウェル領域3の活性領域BはPチャネル型MOSトランジスタ素子(以下Pchトランジスタ素子と称す)が形成されている領域である。
[Example]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a semiconductor device.
An
活性領域Aのシリコン基板1上及び活性領域BのNウェル領域3上にゲート酸化膜7を介してポリサイドゲート電極9がそれぞれ形成されている。ポリサイドゲート電極9は下層が低抵抗ポリシリコン膜11、上層が例えばタングステンシリサイド膜13からなる積層構造により形成されている。ゲート電極9の側壁にシリコン酸化膜からなるサイドウォールスペーサ15aが形成されている。
この実施例ではゲート電極の低抵抗化を図るための高融点金属シリサイド膜としてタングステンシリサイド膜を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、高融点金属シリサイド膜は他の材料であってもよいし、高融点金属であってもよい。また、ゲート電極は、高融点金属も高融点金属シリサイド膜も備えていないポリシリコンゲート電極であってもよい。 In this embodiment, a tungsten silicide film is used as the refractory metal silicide film for reducing the resistance of the gate electrode. However, the present invention is not limited to this, and the refractory metal silicide film is made of other materials. Or a refractory metal. Further, the gate electrode may be a polysilicon gate electrode that does not include a refractory metal or a refractory metal silicide film.
活性領域Aのシリコン基板1の表面側に、2つのN型低濃度拡散領域17がゲート電極9下のチャネル領域を挟んで形成されている。N型低濃度拡散領域17よりも不純物濃度が濃い2つのN型高濃度拡散領域19がチャネル領域を挟んで、かつゲート電極9とは間隔をもって形成されている。
Two N-type low
活性領域BのNウェル領域3の表面側に、2つのP型低濃度拡散領域21がゲート電極9下のチャネル領域を挟んで形成されている。P型低濃度拡散領域21よりも不純物濃度が濃い2つのP型高濃度拡散領域23がチャネル領域を挟んで、かつゲート電極9とは間隔をもって形成されている。
Two P-type low
素子分離酸化膜5上に、サイドウォールスペーサ15aを構成するCVD酸化膜(シリコン酸化膜)と同時に形成されたCVD酸化膜パターン15bを介して、ポリシリコン膜からなる高抵抗体素子パターン25が形成されている。高抵抗体素子パターン25は高抵抗体素子を構成する。高抵抗体素子パターン25は、抵抗値制御のための不純物が導入されている抵抗体領域27を中央側に、抵抗体領域27に導入された不純物よりも高濃度に不純物が導入されている電位を取るための低抵抗領域29を両端側にそれぞれ備えている。
A high
素子分離酸化膜5上、ゲート電極9上、サイドウォールスペーサ15a上及び高抵抗体素子パターン25上を含むシリコン基板1上全面に、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜31が形成されている。ゲート電極9上、N型高濃度拡散領域19上、P型高濃度拡散領域23上、及び低抵抗領域29上の層間絶縁膜31に接続孔が形成されている。接続孔内及び層間絶縁膜31上に金属配線33が形成されている。
An interlayer insulating
図2から図4は実施例の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図である。図1から図4を参照してこの製造方法を説明する。
(1)P型のシリコン基板1に公知の技術を用いてNウェル領域3と素子分離酸化膜5を形成する。素子分離酸化膜5で囲まれた活性領域AはNchトランジスタ素子が形成される領域であり、活性領域BはPchトランジスタ素子が形成される領域である(図2(A)参照)。
2 to 4 are process cross-sectional views illustrating an example of a method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment. This manufacturing method will be described with reference to FIGS.
(1) An
(2)活性領域Aのシリコン基板1表面及び活性領域BのNウェル領域3表面にゲート酸化膜7を形成する。例えば減圧CVD法によってポリシリコン膜を1500Å(オングストローム)の膜厚に形成した後、そのポリシリコン膜に不純物導入を行なって低抵抗ポリシリコン膜35を形成する。例えばスパッタ法又はCVD法により、低抵抗ポリシリコン膜35上にタングステンシリサイド膜37を1500Åの膜厚に形成する(図2(B)参照)。ここでは説明しないが、ポリシリコン膜35の形成工程前にトランジスタ素子のしきい値制御のためのイオン注入等の処理を行なってもよい。
(2) A
(3)写真製版技術により、タングステンシリサイド膜37上にトランジスタ素子のゲート電極の形成領域を画定するためのレジストマスクパターン39を形成する。ドライエッチング技術により、レジストマスクパターン39をマスクにしてタングステンシリサイド膜37及び低抵抗ポリシリコン膜35を選択的に除去して、下層が低抵抗ポリシリコン膜11、上層が例えばタングステンシリサイド膜13からなる積層構造のゲート電極9を形成する(図2(C)参照)。
(3) A resist
(4)レジストマスクパターン39を除去した後、写真製版技術及びイオン注入法を用いて、トランジスタ素子の信頼性向上を目的とした公知の技術であるLDD構造を形成するための低濃度拡散領域用のイオン注入を活性領域Aと活性領域Bについて個別に行ない、活性領域Aのシリコン基板1にゲート電極9に対して自己整合的にN型低濃度拡散領域17を形成し、活性領域BのNウェル領域3にP型低濃度拡散領域21を形成する(図2(D)参照)。
(4) After removing the resist
(5)CVD法により、LDD構造を形成するのに必要なサイドウォールスペーサを形成するためのCVD酸化膜41を例えば1500Åの膜厚に形成する(図2(E)参照)。
(5) A
(6)例えば減圧CVD法により、CVD酸化膜41上に高抵抗体素子を形成するためのポリシリコン膜を例えば1200Åの膜厚に形成する。イオン注入法により、そのポリシリコン膜に高抵抗体素子の抵抗値制御のための不純物、例えばヒ素を加速電圧は30KeV、注入量は2.0×1015/cm2の条件で注入して高抵抗ポリシリコン膜43を形成する(図3(F)参照)。ここで、減圧CVD法により高抵抗体素子を形成するためのポリシリコン膜を形成する際に熱処理を施すが、その熱処理は例えば500〜650℃の温度で行なうことができるので、トランジスタ素子の特性に影響を与えずにポリシリコン膜を形成することができる。
(6) A polysilicon film for forming a high-resistance element is formed on the
工程(6)のイオン注入時において、トランジスタ素子の形成領域である活性領域A,Bは厚いCVD酸化膜41及び高抵抗ポリシリコン膜43で覆われているので、通常の注入条件(例えば加速電圧が200KeV以下)では、注入した不純物がシリコン基板1表面近傍のトランジスタ素子のチャネル領域や低濃度拡散領域17,21に到達することはほとんど無いので、高抵抗ポリシリコン膜43に不純物を注入するためのイオン注入における加速電圧や注入量等の注入条件を自由に設定できる。
At the time of ion implantation in the step (6), the active regions A and B, which are transistor element formation regions, are covered with the thick
さらに、高抵抗体素子用のポリシリコン膜としてゲート電極9用の低抵抗ポリシリコン膜35とは別途形成したポリシリコン膜を用いているので、高抵抗体素子用のポリシリコン膜に注入する不純物として、ゲート電極用のポリシリコン膜に注入すると悪影響を及ぼすような不純物、例えばBF2等を選択しても、トランジスタ素子は全く影響を受けない。
Further, since a polysilicon film formed separately from the low-
(7)写真製版技術により、高抵抗ポリシリコン膜43上に高抵抗体素子の形成領域を画定するためのレジストマスクパターン45を形成する(図3(G)参照)。
(8)ドライエッチング技術により、レジストマスクパターン45をマスクにして高抵抗ポリシリコン膜43を選択的に除去して高抵抗体素子パターン25を形成する(図3(H)参照)。このときエッチングされる高抵抗ポリシリコン膜43の不純物濃度は均一であり、従来技術で述べたような不純物濃度の違いによるエッチングレートの差は発生せず、エッチング時間の最適化を高精度に実施することができる。さらに、下地となるCVD酸化膜41は十分に厚い膜厚をもっているので、トランジスタ素子のゲート電極9の側壁部に対応する位置に残りやすいポリシリコン膜の残査を除去するために必要なオーバーエッチングを行なっても全く問題は発生しない。
(7) A resist
(8) The high
(9)レジストマスクパターン45を除去せずに残した状態で、ドライエッチング技術によりCVD酸化膜41のエッチバックを行なって、ゲート電極9の側壁にサイドウォールスペーサ15aを形成する。このとき高抵抗体素子パターン25下のCVD酸化膜41は除去されずに残存する。高抵抗体素子パターン25下に残存しているCVD酸化膜をCVD酸化膜パターン15bとする(図3(I)参照)。
(9) With the resist
CVD酸化膜41のエッチバック時において、高抵抗ポリシリコン膜からなる高抵抗体素子パターン25の表面はレジストマスクパターン45により保護されているので、高抵抗体素子パターン25のエッチング及びダメージの発生を防止することができる。ただし、レジストマスクパターン45を除去した後にCVD酸化膜41のエッチバックを行なっても、シリコン酸化膜を対象とするエッチバック時におけるポリシリコン膜のエッチングレートは通常低く抑えられているため、高抵抗体素子の形成は可能である。
When the
(10)レジストマスクパターン45を除去した後、写真製版技術により、高抵抗体素子パターン25のうち抵抗体領域となる領域を覆い、かつPchトランジスタ素子の形成領域である活性領域Bを覆うレジストマスクパターン47を形成する。イオン注入法により、ゲート電極9、サイドウォールスペーサ15a及びレジストマスクパターン47をマスクにして、高抵抗体素子パターン25のうち低抵抗領域となる領域及びシリコン基板1の活性領域Aに、例えばヒ素を加速電圧は50KeV、注入量は4.0×1015/cm2の条件で注入する(図4(J)参照)。
(10) After removing the resist
これにより、高抵抗体素子と金属配線の接触抵抗を安定化させるための低抵抗領域を形成するためのイオン注入と、Nchトランジスタ素子の高濃度拡散領域を形成するためのイオン注入を同時に行なうことができる。したがって、高抵抗体素子を形成するために追加で必要なマスクパターン枚数は、工程(7)で用いた高抵抗体素子パターン25の形成領域を画定するためのマスクパターン1枚のみであり(図3(G)参照)、製造コストや工期の増大を最小限に抑えることができる。
Thus, ion implantation for forming a low resistance region for stabilizing the contact resistance between the high resistance element and the metal wiring and ion implantation for forming a high concentration diffusion region of the Nch transistor device are simultaneously performed. Can do. Therefore, the additional number of mask patterns necessary for forming the high-resistance element is only one mask pattern for defining the formation region of the high-
(11)レジストマスクパターン47を除去する。工程(10)でのイオン注入により、高抵抗体素子パターン25に低抵抗領域29が形成され、活性領域AにN型高濃度拡散領域19がサイドウォールスペーサ15aに対して自己整合的にゲート電極9とは間隔をもって形成される。高抵抗体素子パターン25において、低抵抗領域29に挟まれた領域は抵抗体領域27になる(図4(K)参照)。
ここで、N型高濃度拡散領域19及び低抵抗領域29に注入された不純物を活性化させるための熱処理を拡散炉やランプアニール装置を用いて行なってもよい。
(11) The resist
Here, heat treatment for activating the impurities implanted into the N-type high
(12)写真製版技術により、高抵抗体素子パターン25、及びNchトランジスタ素子の形成領域である活性領域Aを覆うレジストマスクパターン49を形成する。イオン注入法により、ゲート電極9、サイドウォールスペーサ15a及びレジストマスクパターン49をマスクにして、Nウェル領域3の活性領域Bに、例えばBF2を加速電圧は30KeV、注入量は2.0×1015/cm2の条件で注入する(図4(L)参照)。
(12) A resist
(13)レジストマスクパターン49を除去する。工程(12)で行なったイオン注入により、活性領域BにP型高濃度拡散領域23がサイドウォールスペーサ15aに対して自己整合的にゲート電極9とは間隔をもって形成される(図4(M)参照)。
ここで、P型高濃度拡散領域23に注入された不純物を活性化させるための熱処理を拡散炉やランプアニール装置を用いて行なってもよい。N型高濃度拡散領域19及び低抵抗領域29に注入された不純物を活性化させるための熱処理を行なっていない場合は、N型高濃度拡散領域19、P型高濃度拡散領域23及び低抵抗領域29に注入された不純物を活性化させるための熱処理を同時に行なってもよい。
(13) The resist
Here, a heat treatment for activating the impurities implanted in the P-type high
この製造方法の例では、高抵抗体素子の抵抗制御のための不純物としてヒ素を用いているので、低抵抗領域29を形成するためのイオン注入を、N型高濃度拡散領域19を形成するためイオン注入と同時に行なっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、高抵抗体素子の抵抗制御のための不純物としてP型の不純物を用いた場合には、P型高濃度拡散領域23を形成するためのイオン注入と同時に、高抵抗体素子の低抵抗領域を形成するためのイオン注入を行なってもよい。
In this example of the manufacturing method, since arsenic is used as an impurity for controlling the resistance of the high resistance element, ion implantation for forming the
(14)通常の配線形成技術により、シリコン基板1上全面に層間絶縁膜31を形成し、ゲート電極9上、N型高濃度拡散領域19上、P型高濃度拡散領域23上、及び低抵抗領域29上の層間絶縁膜31に接続孔を形成し、接続孔内及び層間絶縁膜31上に金属配線33を形成する(図1参照)。その後、通常のパッシベーション膜形成工程等を経て半導体装置の製造が完了する。
(14) An
この実施例では、高抵抗体素子を構成する高抵抗体素子パターン25は、サイドウォールスペーサ15aを形成するために形成したCVD酸化膜からなるCVD酸化膜パターン15b上に形成されているので、従来技術のようには高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するための絶縁膜を追加して形成する必要がなく、その絶縁膜をCVD法により形成する際の800℃前後の熱処理を行なう必要はない。これにより、同一のシリコン基板1上に形成するトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、LDD構造のトランジスタ素子及び高抵抗体素子を形成することができ、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。さらに、従来技術のようには高抵抗体素子用のポリシリコン膜とトランジスタ素子を絶縁するための絶縁膜を追加して形成する必要がないので、製造コストの低減及び工期の短縮を図ることができる。
In this embodiment, the high-
図5は、高抵抗体素子の特性(ペア性)について、ポリシリコン膜厚が1200Åの場合(実線)と3500Åの場合(破線)を比較したデータである。ポリシリコン膜厚が1200Åのサンプルでは、抵抗制御のための不純物注入を、注入種としてヒ素を用い、加速電圧は30KeV、注入量は2.1×1015/cm2の条件で行なった。ポリシリコン膜厚が3500Åのサンプルでは、抵抗制御のための不純物注入を、注入種としてリンを用い、加速電圧は30KeV、注入量は1.2×1015/cm2の条件で行なった。共にシート抵抗値は2.0KΩ/□程度である。グラフの縦軸は高抵抗体素子の特性として重要なペア性と呼ばれる特性を示し、隣り合う高抵抗体素子の抵抗値の差分を抵抗値で割ったものをパーセント(%)で示す。グラフの横軸は抵抗体幅(μm(マイクロメートル))を示す。 FIG. 5 shows data comparing the characteristics (pair property) of the high resistance element when the polysilicon film thickness is 1200 mm (solid line) and when it is 3500 mm (broken line). In a sample having a polysilicon film thickness of 1200 mm, impurity implantation for resistance control was performed using arsenic as an implantation species, an acceleration voltage of 30 KeV, and an implantation amount of 2.1 × 10 15 / cm 2 . In a sample having a polysilicon film thickness of 3500 mm, impurity implantation for resistance control was performed using phosphorus as an implantation species, an acceleration voltage of 30 KeV, and an implantation amount of 1.2 × 10 15 / cm 2 . In both cases, the sheet resistance is about 2.0 KΩ / □. The vertical axis of the graph shows a characteristic called pair property, which is important as a characteristic of the high resistance element, and shows a percentage (%) obtained by dividing the difference between the resistance values of adjacent high resistance elements by the resistance value. The horizontal axis of the graph represents the resistor width (μm (micrometer)).
一般に抵抗体幅が狭くなると、ペア性は悪化(増加)する傾向が認められるが、その傾向にポリシリコン膜厚はあまり影響していない。しかし、その絶対値はポリシリコン膜厚が1200Åのサンプルの方が3500Åのサンプルの約半分と低い値を全ての抵抗体幅において示している。このことから、本発明において高抵抗体素子を構成するポリシリコン膜厚を薄くすることにより、高抵抗体素子のペア性を大幅に向上できることが分かる。 In general, when the resistor width becomes narrower, the pair property tends to deteriorate (increase), but the polysilicon film thickness does not affect the tendency. However, the absolute value of the sample having a polysilicon film thickness of 1200 mm is about half that of the sample of 3500 mm, which is a lower value in all resistor widths. From this, it is understood that the pair property of the high resistance element can be greatly improved by reducing the thickness of the polysilicon film constituting the high resistance element in the present invention.
図6は、高抵抗体素子の特性(抵抗温度係数と抵抗値の関係)について、ポリシリコン膜厚が1200Å(実線)の場合と3500Å(破線)の場合を比較したデータである。高抵抗体素子の作製条件は図5で用いたサンプルと同じである。グラフの縦軸は抵抗温度係数(ppm/℃)を示し、横軸はシート抵抗(Ω/□)を示す。 FIG. 6 shows data comparing the characteristics of the high-resistance element (relation between resistance temperature coefficient and resistance value) when the polysilicon film thickness is 1200 mm (solid line) and 3500 mm (dashed line). The manufacturing conditions of the high resistance element are the same as those of the sample used in FIG. The vertical axis of the graph represents the temperature coefficient of resistance (ppm / ° C.), and the horizontal axis represents the sheet resistance (Ω / □).
一般に抵抗温度係数はシート抵抗値に依存することが知られている。この特性においても、本発明において高抵抗体素子を構成するポリシリコン膜厚を薄膜化することにより、同じ抵抗値でより絶対値の小さな抵抗温度係数を得ることが可能となり、より高精度なアナログ回路の形成が可能となる。 In general, it is known that the temperature coefficient of resistance depends on the sheet resistance value. Even in this characteristic, by reducing the thickness of the polysilicon film constituting the high resistance element in the present invention, it becomes possible to obtain a resistance temperature coefficient having a smaller absolute value with the same resistance value, and a more accurate analog A circuit can be formed.
また、高抵抗体素子用のポリシリコン膜を、LDD構造トランジスタ素子のサイドウォールスペーサ形成用のCVD酸化膜上に形成するため、ポリシリコン膜厚を2000Å以上にすると、CVD酸化膜とポリシリコン膜における合計の段差がトランジスタ素子のゲート電極の段差よりも大きくなってしまい、配線形成工程における写真製版工程のフォーカスマージンを減少させてしまう。また、上記合計の段差の増加に伴い、配線形成工程で行なう層間絶縁膜の平坦化処理が困難になり、配線間のショートや断線を引き起こす虞れがある。したがって、高抵抗体素子用のポリシリコン膜の膜厚は2000Å以下に抑えることが好ましい。
一方、高抵抗体素子用のポリシリコン膜厚を500Å以下に設定した場合には、金属配線との接続孔(コンタクトホール)の開口時に接続孔がポリシリコン膜を突き抜けてしまい、正常な接続が困難となってしまう。
したがって、本発明において、高抵抗体素子用のポリシリコン膜の膜厚は500Å〜2000Åの間に設定することが好ましい。
Further, since the polysilicon film for the high-resistance element is formed on the CVD oxide film for forming the sidewall spacer of the LDD structure transistor element, the CVD oxide film and the polysilicon film are formed when the polysilicon film thickness is 2000 mm or more. As a result, the total step in the step becomes larger than the step in the gate electrode of the transistor element, and the focus margin in the photolithography process in the wiring forming process is reduced. Further, with the increase in the total level difference, it becomes difficult to planarize the interlayer insulating film in the wiring formation process, which may cause a short circuit or disconnection between the wirings. Therefore, the thickness of the polysilicon film for the high resistance element is preferably suppressed to 2000 mm or less.
On the other hand, when the polysilicon film thickness for the high-resistance element is set to 500 mm or less, the connection hole penetrates the polysilicon film when the connection hole (contact hole) with the metal wiring is opened, and normal connection is not achieved. It becomes difficult.
Therefore, in the present invention, the thickness of the polysilicon film for the high resistance element is preferably set between 500 and 2000 mm.
図7は、高抵抗体素子の特性(ペア性)について、抵抗値制御のための注入種がリンの場合(破線)とヒ素の場合(実線)を比較したデータである。注入種がリンの場合のサンプルでは、抵抗制御のためのリン注入を、加速電圧は30KeV、注入量は1.3×1015/cm2の条件で行なった。注入種がヒ素の場合のサンプルでは、抵抗制御のためのヒ素注入を、加速電圧は30KeV、注入量は2.1×1015/cm2の条件で行なった。共にポリシリコン膜厚は1200Å、シート抵抗値は2.0KΩ/□程度である。グラフの縦軸はペア性(%)を示し、横軸は抵抗体幅(μm)を示す。 FIG. 7 shows data comparing the characteristics (pair property) of the high-resistance element when the implantation type for controlling the resistance value is phosphorus (broken line) and arsenic (solid line). In the sample in which the implantation type was phosphorus, phosphorus implantation for resistance control was performed under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and an implantation amount of 1.3 × 10 15 / cm 2 . In the case where the implantation type is arsenic, arsenic implantation for resistance control was performed under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and an implantation amount of 2.1 × 10 15 / cm 2 . In both cases, the polysilicon film thickness is 1200 mm, and the sheet resistance value is about 2.0 KΩ / □. The vertical axis of the graph indicates pairing (%), and the horizontal axis indicates the resistor width (μm).
いずれの抵抗体幅においても、注入種としてヒ素を用いたサンプルの方がリンを用いたサンプルよりもペア性は20〜30%低く抑えられている。本発明の高抵抗体素子をより低いペア性を望む回路に適用する場合は、注入種としてヒ素を用いた方がより高精度な回路を形成できる。 In any resistor width, the pairing property of the sample using arsenic as the implantation species is suppressed by 20 to 30% lower than that of the sample using phosphorus. When the high resistance element of the present invention is applied to a circuit that desires a lower pairing property, a circuit with higher accuracy can be formed by using arsenic as an implantation seed.
図8は、高抵抗体素子の特性(抵抗温度係数と抵抗体幅の関係)について、抵抗値制御のための注入種がリンの場合(破線)とヒ素の場合(実線)を比較したデータである。高抵抗体素子の作製条件は図7で用いたサンプルと同じである。グラフの縦軸は抵抗温度係数(ppm/℃)を示し、横軸は抵抗体幅(μm)を示す。 FIG. 8 shows data comparing the characteristics of the high-resistance element (relation between the temperature coefficient of resistance and the width of the resistor) when the implantation type for controlling the resistance value is phosphorus (broken line) and when arsenic is used (solid line). is there. The manufacturing conditions of the high resistance element are the same as those of the sample used in FIG. The vertical axis of the graph represents the temperature coefficient of resistance (ppm / ° C.), and the horizontal axis represents the resistor width (μm).
いずれの抵抗体幅においても、注入種としてリンを注入したサンプルの方がヒ素を注入したサンプルよりも抵抗温度係数の絶対値が小さく抑えられている。したがって、高抵抗体素子をより低い抵抗温度係数を望む回路に適用する場合は、注入種としてヒ素よりはリンを用いた方がより高精度な回路を形成できる。 In any resistor width, the absolute value of the resistance temperature coefficient is suppressed smaller in the sample implanted with phosphorus as the implanted species than in the sample implanted with arsenic. Therefore, when the high-resistance element is applied to a circuit that desires a lower resistance temperature coefficient, a circuit with higher accuracy can be formed by using phosphorus rather than arsenic as an implantation seed.
図9は、高抵抗体素子の特性(抵抗温度係数と抵抗値の関係)について、抵抗値制御のための注入種がBF2の場合(実線)、リンの場合(破線)及びヒ素の場合(一点鎖線)を比較したデータである。注入種がBF2の場合のサンプルでは、抵抗制御のためのBF2注入を加速電圧は30KeV、注入量は5.0×1013〜3.0×1015/cm2の条件で行なった。注入種がリンの場合のサンプルでは、抵抗制御のためのリン注入を加速電圧は30KeV、注入量は3.0×1014〜1.3×1015/cm2の条件で行なった。注入種がヒ素の場合のサンプルでは、抵抗制御のためのヒ素注入を加速電圧は30KeV、注入量は5.0×1014〜3.0×1015/cm2の条件で行なった。共にポリシリコン膜厚は1500Åである。 FIG. 9 shows the characteristics of the high-resistance element (the relationship between the resistance temperature coefficient and the resistance value) when the implantation type for controlling the resistance value is BF 2 (solid line), phosphorus (dashed line), and arsenic ( It is the data which compared the dashed-dotted line. In the case where the implantation type is BF 2 , BF 2 implantation for resistance control was performed under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and an implantation amount of 5.0 × 10 13 to 3.0 × 10 15 / cm 2 . In the sample in which the implantation type was phosphorus, phosphorus implantation for resistance control was performed under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and an implantation amount of 3.0 × 10 14 to 1.3 × 10 15 / cm 2 . In the case where the implantation type was arsenic, arsenic implantation for resistance control was performed under the conditions of an acceleration voltage of 30 KeV and an implantation amount of 5.0 × 10 14 to 3.0 × 10 15 / cm 2 . In both cases, the polysilicon film thickness is 1500 mm.
BF2を注入種として用いた場合、リン又はヒ素を用いた場合に比べて同じシート抵抗で最も絶対値の小さな抵抗温度係数が得られることが分かる。特に注入種としてBF2を用いてシート抵抗を500〜1000Ω/□程度の抵抗値が得られるようにBF2の注入量を調整すると、抵抗温度係数がほとんど0の高抵抗体素子を形成することが可能であり、温度による特性変動の極めて少ない高精度回路を形成することが可能になる。 It can be seen that when BF 2 is used as the implantation seed, the resistance temperature coefficient having the smallest absolute value can be obtained with the same sheet resistance as compared with the case where phosphorus or arsenic is used. In particular, by using BF 2 as an injection type and adjusting the injection amount of BF 2 so as to obtain a sheet resistance of about 500 to 1000Ω / □, a high resistance element having a resistance temperature coefficient of almost 0 is formed. Therefore, it is possible to form a high-accuracy circuit with very little characteristic variation due to temperature.
上記の通り、本発明の半導体装置によれば、高抵抗体素子用のポリシリコン膜としてゲート電極用のポリシリコン膜とは異なるポリシリコン膜を用いているので、希望する高抵抗体素子の特性に合わせて、高抵抗体素子の抵抗値制御用不純物の注入種及び注入条件を自由に選択できるため、目的に合わせた最適化が可能となる。 As described above, according to the semiconductor device of the present invention, since a polysilicon film different from the polysilicon film for the gate electrode is used as the polysilicon film for the high resistance element, the desired characteristics of the high resistance element are obtained. Accordingly, the implantation type and implantation conditions of the resistance control impurities of the high resistance element can be freely selected, and therefore optimization according to the purpose can be performed.
図10は、アナログ回路である定電圧発生回路を備えた半導体装置の一実施例を示す回路図である。
直流電源51からの電源を負荷53に安定して供給すべく、定電圧発生回路55が設けられている。定電圧発生回路55は、直流電源51が接続される入力端子(Vbat)57、基準電圧源としての基準電圧発生回路(Vref)59、演算増幅器61、出力ドライバを構成するPチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOSと略記する)63、分割抵抗R1,R2及び出力端子(Vout)65を備えている。
FIG. 10 is a circuit diagram showing an embodiment of a semiconductor device provided with a constant voltage generation circuit which is an analog circuit.
A constant
定電圧発生回路55では、演算増幅器61の出力端子がPMOS63のゲート電極に接続され、反転入力端子に基準電圧発生回路59から基準電圧Vrefが印加され、非反転入力端子に出力電圧Voutを分割抵抗R1とR2で分割した電圧が印加され、分割抵抗R1,R2からの分割電圧が基準電圧Vrefに等しくなるように制御される。
In the constant
定電圧発生回路55において、分割抵抗R1,R2を構成する高抵抗体素子としては、本発明を構成する高抵抗体素子が用いられる。本発明を構成する高抵抗体素子によれば、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができるので、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。
In the constant
図11は、アナログ回路である電圧検出回路を備えた半導体装置の一実施例を示す回路図である。
電圧検出回路67において、61は演算増幅器で、その反転入力端子に基準電圧発生回路59が接続され、基準電圧Vrefが印加される。入力端子(Vsens)69から入力される測定すべき端子の電圧が分割抵抗R1とR2によって分割されて演算増幅器61の非反転入力端子に入力される。演算増幅器61の出力は出力端子(Vout)71を介して外部に出力される。
FIG. 11 is a circuit diagram showing an embodiment of a semiconductor device provided with a voltage detection circuit which is an analog circuit.
In the
電圧検出回路67において、測定すべき端子の電圧が高く、分割抵抗R1とR2により分割された電圧が基準電圧Vrefよりも高いときは演算増幅器61の出力がHを維持し、測定すべき端子の電圧が降下してきて分割抵抗R1とR2により分割された電圧が基準電圧Vref以下になってくると演算増幅器61の出力がLになる。
In the
電圧検出回路67において、分割抵抗R1,R2を構成する高抵抗体素子として、本発明を構成する高抵抗体素子が用いられる。本発明を構成する高抵抗体素子によれば、LDD構造のトランジスタ素子の特性に悪影響を与えることなく、同一基板上に高抵抗体素子を形成することができるので、回路設計時の負荷を大幅に削減することができる。
In the
図10及び図11では、本発明の半導体装置を定電圧発生回路又は電圧検出回路を備えた半導体装置に適用しているが、本発明の半導体装置が適用される半導体装置はこれらに限定されるものではなく、高抵抗体素子を含む半導体装置であれば適用することができる。 10 and 11, the semiconductor device of the present invention is applied to a semiconductor device including a constant voltage generation circuit or a voltage detection circuit, but the semiconductor device to which the semiconductor device of the present invention is applied is limited to these. Any semiconductor device including a high-resistance element can be applied.
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to this, A various change is possible within the range of this invention described in the claim.
1 シリコン基板
3 Nウェル領域
5 素子分離酸化膜
7 ゲート酸化膜
9 ゲート電極
11 低抵抗ポリシリコン膜
13 タングステンシリサイド膜
15a サイドウォールスペーサ
15b シリコン酸化膜
17 N型低濃度拡散領域
19 N型高濃度拡散領域
21 P型低濃度拡散領域
23 P型高濃度拡散領域
25 高抵抗体素子パターン
27 抵抗体領域
29 低抵抗領域
31 層間絶縁膜
33 金属配線
35 低抵抗ポリシリコン膜
37 タングステンシリサイド膜
39,45,47,49 レジストマスクパターン
41 ポリシリコン膜
43 高抵抗ポリシリコン膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記高抵抗体素子の抵抗体領域は抵抗値制御のための不純物としてBF2が導入されており、かつ、
前記高抵抗体素子は、前記サイドウォールスペーサを構成するシリコン酸化膜と同時に形成されたシリコン酸化膜パターン上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A transistor element having an LDD structure having a sidewall spacer on the side wall of the gate electrode, a polysilicon film, and a resistor region into which impurities for resistance value control are introduced, and a higher region than the resistor region for taking a potential. In a semiconductor device including a high resistance element having a low resistance region in which impurities are introduced in the concentration,
In the resistor region of the high resistance element, BF 2 is introduced as an impurity for controlling the resistance value, and
The semiconductor device according to claim 1, wherein the high resistance element is formed on a silicon oxide film pattern formed simultaneously with the silicon oxide film constituting the sidewall spacer.
A dividing resistor for dividing a voltage to be detected and supplying a divided voltage, a reference voltage source for supplying a reference voltage, a divided voltage from the dividing resistor and a reference voltage from the reference voltage source are compared. 4. A semiconductor device comprising: an analog circuit comprising a comparison circuit for providing a resistance circuit comprising the high-resistance element according to claim 1;
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