JP2008071991A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】エッチングストップ層及びトリミング開口部におけるトリミングヒューズ上の絶縁膜について専用の膜を形成する工程を追加することなく、トリミングヒューズ上の絶縁膜の残膜厚を安定して精度よく残す。
【解決手段】抵抗素子15cはサイドウォール用絶縁膜11c上に形成されている。トリミング開口部25におけるトリミングヒューズ13上にサイドウォール用絶縁膜11bが形成されている。絶縁膜サイドウォール11aはサイドウォール用絶縁膜11b,11cがパターニングされる前のサイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理が施されて形成されたものであってゲート電極9側面に直交する方向の寸法Wがサイドウォール用絶縁膜11b,11cの厚みTと同じである。サイドウォール用絶縁膜11b上に、抵抗素子15cと同じ材料からなり、トリミング開口部15aの側壁に断面が露出している枠状のエッチングストップ層残渣15aを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に、導電性材料からなるゲート電極及びゲート電極側面に隣接して形成された絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタと、導電性材料からなるトリミングヒューズ及び抵抗素子と、MOSトランジスタ上、トリミングヒューズ上及び抵抗素子上を覆って形成された絶縁膜を備え、トリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置及びその製造方法に関するものである。
半導体装置を一定の電気的条件下で動作させるために、半導体装置では電気的抵抗などに関して所定の規格が設けられている。そして、製造過程において、半導体装置がこのような規格を満たすものであるかを判別するために、製造工程終了に近づいた時点で、装置の機能や性能について特性試験が行なわれている。
一般に、半導体装置が高度に集積されるにしたがって所定の規格を外れるものが多くなり、歩留りが低下する。しかし、一部の限られた個所に不良が存在するからといって、高度に集積された半導体装置を全て排除していたのでは膨大な無駄が発生する。そこで、このような無駄を回避するため、一部の半導体装置ではトリミングヒューズにより、特性値を調整する方法がとられている。
一般にトリミングヒューズの材料としてはポリシリコン膜や金属膜が用いられ、トリミングヒューズの切り離しにはレーザー光線が用いられる。また、トリミングヒューズ上に形成された絶縁膜によるレーザー光線のエネルギーの吸収を低減するために、トリミングヒューズ上に形成された絶縁膜に選択的にエッチング処理を施すことにより、その膜厚を薄くして、トリミングヒューズにレーザー光線の照射を行なうためのトリミング開口部を形成するのが一般的である。
レーザー光線によりトリミングヒューズを切断するためのレーザートリミング処理を実施する際、レーザー光線の出力の程度によっては、下地膜が損傷する虞れがある。そのためレーザー光線の出力の適正化やトリミング開口部におけるトリミングヒューズ上の絶縁膜厚(以下、残膜厚という)の制御が重要な課題となっている。
トリミング開口部において、例えばトリミングヒューズ上の絶縁膜を全て除去してトリミングヒューズを露出させた場合、レーザー光線の出力に付いて適正化しやすくなる(例えば特許文献1を参照)。
しかし、トリミング開口部を介して半導体装置内に水分が浸透して、半導体装置の特性や信頼性に悪影響を及ぼす虞れがある。
また、逆に残膜厚が厚すぎる場合、レーザー光線の出力を強くする必要があり、レーザー散乱によりトリミング開口部周辺の素子に悪影響を与えるという不具合も懸念される。
このため、トリミング開口部における絶縁膜の残膜厚を制御して安定化させることが要求されている。
また、高集積化に伴い、1枚のウエハにおけるチップ数が多くなると、トリミングヒューズによる特性値調整にかかる時間も課題としてあげられる。そして残膜厚のバラツキが大きくなると、ウエハ面内で最も厚い残膜厚を想定して、レーザー光線の出力増、エネルギー照射時間長を考慮することとなり、レーザートリミング装置の生産能力不足の問題をも招きかねない。したがって、残膜厚をより均一に残すことも要求されている。
トリミング開口部における絶縁膜の残膜厚を制御する方法として、下記のような方法が提案されている。
例えば、トリミングヒューズ上に絶縁膜を形成した後、エッチストップ層としてシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜とシリコン窒化膜上に形成される絶縁膜のエッチングレートが異なることを利用する方法が開示されている(特許文献2及び3を参照。)。
しかし、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とでは大きなエッチングレート差は望めないため、多層配線となった場合、シリコン窒化膜の残膜厚がばらつくことになり、安定したレーザートリミングが望めない可能性がある。また、エッチングストップ層としてのシリコン窒化膜を別途形成せねばならず、工程数が増えるという問題があった。
他の方法として、多層配線構造の最下層配線(アルミニウム配線)の一部をトリミングヒューズ上の絶縁膜に形成されるトリミング開口部のエッチストップ層として用いている方法が開示されている(特許文献4を参照。)。
しかし、アルミニウム膜からなるエッチストップ層を除去する際に、下地層間絶縁膜もエッチングされ、トリミングヒューズ上の残膜厚がばらつくという問題があった。
さらに他の方法として、トリミングヒューズ上のレーザー照射領域上には存在せず、かつトリミング開口部内に一部分が露出している枠状金属膜を用いた方法が開示されている(特許文献5を参照。)。
しかし、枠状金属膜を形成するためにレーザー照射領域の金属膜をエッチング除去するときに、レーザー照射領域の絶縁膜がエッチングされ、トリミングヒューズ上の残膜厚がばらつくという問題があった。また、特許文献4ではトリミング開口部の形成時に、枠状金属膜をエッチングストップ層として機能させているが、レーザー照射領域においてはエッチングストップ層が形成されていないため、エッチングが進み、トリミングヒューズ上の絶縁膜がエッチングされ、残膜厚がばらつくという問題があった。
さらに他の方法として、トリミングヒューズ上に絶縁膜を形成した後、エッチングストップ層としてシリコンリッチオキサイド(SRO)膜を形成する方法が開示されている(特許文献6を参照。)。
しかし、シリコンリッチオキサイド膜とシリコン酸化膜とでは大きなエッチングレート差は望めないため、多層配線となった場合、シリコン窒化膜の残膜厚がばらつくことになり、安定したレーザートリミングを実施できないという問題があった。また、エッチングストップ層としてのシリコンリッチオキサイド膜を別途形成せねばならず、工程数が増えるという問題があった。
特公昭60−44829号公報 特開2001−176976号公報 特開2004−111420号公報 特開2003−258103号公報 特開2003−264230号公報 特開2005−197602号公報
本発明の目的は、エッチングストップ層及びトリミング開口部におけるトリミングヒューズ上の絶縁膜について専用の膜を形成する工程を追加することなく、トリミングヒューズ上の絶縁膜の残膜厚を安定して精度よく残すことができる半導体装置及びその製造方法を提供することである。
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、同一半導体基板上に、導電性材料からなるゲート電極及びゲート電極側面に隣接して形成された絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタと、導電性材料からなるトリミングヒューズ及び抵抗素子と、MOSトランジスタ上、トリミングヒューズ上及び抵抗素子上を覆って形成された絶縁膜を備え、トリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置の製造方法であって、以下の(A)から(G)をその順に含む。
(A)半導体基板上にゲート電極とトリミングヒューズを形成する工程、
(B)上記ゲート電極及び上記トリミングヒューズを覆ってサイドウォール用絶縁膜を形成する工程、
(C)上記サイドウォール用絶縁膜上に導電性材料を形成し、その導電性材料をパターニングして、トリミング開口部形成予定領域及びその周囲にエッチングストップ層を形成し、上記エッチングストップ層とは異なる領域に抵抗素子を形成する工程、
(D)少なくとも上記エッチングストップ層及び上記抵抗素子がマスクパターンで覆われ、上記ゲート電極上及びその周囲の上記サイドウォール絶縁膜が露出されている状態で上記サイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理を施して上記ゲート電極側面に隣接して絶縁膜サイドウォールを形成する工程、
(E)上記半導体基板上全面に層間絶縁膜を形成する工程及び上記層間絶縁膜上に上層配線層を形成する工程を1回以上行ない、その後パッシベーション膜を形成する工程、
(F)上記エッチングストップ層を用いてトリミング開口部形成予定領域の上記パッシベーション膜及び上記層間絶縁膜を除去する工程、
(G)トリミング開口部形成予定領域の上記エッチングストップ層を除去してトリミング開口部を形成する工程。
本願特許請求の範囲及び本明細書において、導電性材料はノンドープのポリシリコン及びアモルファスシリコンも含む。また、シリコン膜について不純物イオンが導入されているドープシリコン膜と不純物イオンが導入されていないノンドープシリコン膜は同じ導電性材料とする。また、上記工程(E)での上層配線層を形成する工程は接続孔を形成する工程も含む。また、半導体基板にはエピタキシャル成長層及びウエルも含む。
本発明の半導体装置の製造方法において、上記サイドウォール用絶縁膜はシリコン酸化膜である例を挙げることができる。
また、上記工程(E)と(F)の間に、上記上層配線上の所定位置の上記パッシベーション膜を除去してパッド開口部を形成する工程を含み、上記パッド開口部をマスクパターンで覆った状態で上記工程(F)での上記パッシベーション膜及び上記層間絶縁膜の除去及び上記工程(G)での上記エッチングストップ層の除去を行なうようにしてもよい。
また、上記工程(C)で形成する上記導電性材料はポリシリコン又はアモルファスシリコンである例を挙げることができる。
さらに、上記工程(C)で、上記導電性材料としてノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるノンドープシリコン膜を形成し、マスクパターンによって少なくとも上記トリミング開口部形成予定領域を覆い、抵抗素子形成予定領域を露出させた状態でイオン注入法により上記ノンドープ膜に不純物イオンを注入してドープシリコン膜を形成し、上記ノンドープ膜及び上記ドープポリシリコン膜からなる導電膜をパターニングして上記エッチングストップ層及び上記抵抗素子を形成するようにしてもよい。
また、上記工程(C)で形成する上記導電性材料は金属膜である例を挙げることができる。抵抗素子として用いられる金属膜としては、例えばニッケルクロム(NiCr)、窒化タンタル(TaN)、クロムシリサイド(CrSi2)、窒化クロムシリサイド(CrSiN)、クロムシリコン(CrSi)、クロムシリコンオキシ(CrSi0)、チタンタングステン(TiW)、タングステン(W)などを挙げることができる。
また、上記工程(G)で上記エッチングストップ層の除去を2段階のドライエッチングによって行ない、第2段階における上記エッチングストップ層と上記サイドウォール用絶縁膜のエッチング選択比を第1段階に比べて大きくして行なうようにしてもよい。
また、上記工程(A)で上記ゲート電極及び上記トリミングヒューズは同じ導電性材料で形成するようにしてもよい。
また、上記工程(C)で上記エッチングストップ層及び上記抵抗素子の形成領域を画定するためのマスクパターンとして上記ゲート電極上及びその周囲を覆ってないものを形成し、そのマスクパターンを用いて上記エッチングストップ層及び上記抵抗素子を形成した後そのマスクパターンを除去せず、上記工程(D)でそのマスクパターンを用いて上記絶縁膜サイドウォールを形成するようにしてもよい。
本発明にかかる半導体装置は、同一半導体基板上に、導電性材料からなるゲート電極及びゲート電極側面に隣接して形成された絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタと、導電性材料からなるトリミングヒューズ及び抵抗素子と、MOSトランジスタ上、トリミングヒューズ上及び抵抗素子上を覆って形成された絶縁膜を備え、トリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置であって、上記抵抗素子は上記ゲート電極及び上記トリミングヒューズとは別途形成された導電性材料からなるものであって半導体基板上に少なくともサイドウォール用絶縁膜を介して形成されており、上記トリミング開口部における上記トリミングヒューズ上の絶縁膜は上記サイドウォール用絶縁膜であり、上記絶縁膜サイドウォールは上記サイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理が施されて形成されたものであって上記ゲート電極側面に直交する方向の寸法が上記サイドウォール用絶縁膜と同じであり、上記トリミング開口部の周囲に、上記サイドウォール用絶縁膜上に形成され、上記抵抗素子と同じ材料からなり、かつ上記トリミング開口部の側壁に断面が露出している枠状のエッチングストップ層残渣を備えているものである。
ここで、絶縁膜サイドウォールのゲート電極側面に直交する方向の寸法は、その方向で最も寸法が大きい絶縁膜サイドウォール底部の寸法である。
本発明の半導体装置において、上記絶縁膜サイドウォール及び上記サイドウォール用絶縁膜の材料はシリコン酸化膜である例を挙げることができる。
また、上記抵抗素子及び上記エッチングストップ層残渣は金属膜からなる例を挙げることができる。
また、上記抵抗素子及び上記エッチングストップ層残渣はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる例を挙げることができる。
さらに、上記エッチングストップ層残渣はノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるようにしてもよい。
また、上記ゲート電極及び上記トリミングヒューズは同じ導電性材料からなる例を挙げることができる。
また、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アナログ回路を備え、比較回路は複数のMOSトランジスタを備え、分割抵抗を構成する抵抗回路は抵抗値調整用のトリミングヒューズ及び抵抗素子を備え、少なくとも1つの上記MOSトランジスタ、上記トリミングヒューズ及び上記抵抗素子として、本発明の半導体装置を構成する上記MOSトランジスタ、上記トリミングヒューズ及び上記抵抗素子を備え、さらに本発明の半導体装置を構成する上記サイドウォール用絶縁膜及び上記エッチングストップ層残渣を備えているようにしてもよい。
本発明の半導体装置の製造方法では、半導体基板上にゲート電極とトリミングヒューズを形成する工程(A)、サイドウォール用絶縁膜を形成する工程(B)、サイドウォール用絶縁膜上にエッチングストップ層及び抵抗素子を形成する工程(C)、少なくともエッチングストップ層及び抵抗素子をマスクパターンで覆った状態でサイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理を施してゲート電極側面に隣接して絶縁膜サイドウォールを形成する工程(D)、半導体基板上全面に層間絶縁膜を形成する工程及び層間絶縁膜上に上層配線層を形成する工程を1回以上行ない、その後パッシベーション膜を形成する工程(E)、エッチングストップ層を用いてトリミング開口部形成予定領域のパッシベーション膜及び層間絶縁膜を除去する工程(F)、トリミング開口部形成予定領域のエッチングストップ層を除去してトリミング開口部を形成する工程(G)をその順に含むようにした。
本発明の半導体装置では、抵抗素子はゲート電極及びトリミングヒューズとは別途形成された導電性材料からなるものであって半導体基板上に少なくともサイドウォール用絶縁膜を介して形成されており、トリミング開口部におけるトリミングヒューズ上の絶縁膜はサイドウォール用絶縁膜であり、絶縁膜サイドウォールはサイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理が施されて形成されたものであってゲート電極側面に直交する方向の寸法がサイドウォール用絶縁膜と同じであり、トリミング開口部の周囲に、サイドウォール用絶縁膜上に形成され、抵抗素子と同じ材料からなり、かつトリミング開口部の側壁に断面が露出している枠状のエッチングストップ層残渣を備えているようにした。
このように、本発明の半導体装置及び製造方法では、エッチングストップ層残渣及びエッチングストップ層については抵抗素子と同じ導電性材料を用い、トリミングヒューズ上の絶縁膜としてサイドウォール用絶縁膜を用いるようにしたので、エッチングストップ層及びトリミング開口部におけるトリミングヒューズ上の絶縁膜について専用の膜を形成する工程は必要ない。さらに、エッチングストップ層及びその残渣を構成する導電性材料は絶縁膜とはエッチング選択比を大きくすることができるので、トリミングヒューズ上の絶縁膜の残膜厚を安定して精度よく残すことができる。
そして、トリミングヒューズ上の絶縁膜厚を安定して精度よく形成することにより、レーザー光線の出力値を必要以上に増加させることなく、より短時間で、より安定した信頼性の高いレーザートリミング処理が可能となる。
本発明の半導体装置の製造方法において、サイドウォール用絶縁膜はシリコン酸化膜であるようにし、
本発明の半導体装置において、絶縁膜サイドウォール及びサイドウォール用絶縁膜の材料はシリコン酸化膜であるようにすれば、
サイドウォール用絶縁膜として緻密なシリコン窒化膜を用いる場合に比べてトリミング開口部に露出しているサイドウォール用絶縁膜表面におけるレーザー光反射を低減することができる。
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(E)と(F)の間に、上層配線上の所定位置のパッシベーション膜を除去してパッド開口部を形成する工程を含み、パッド開口部をマスクパターンで覆った状態で工程(F)でのパッシベーション膜及び層間絶縁膜の除去及び工程(G)でのエッチングストップ層の除去を行なうようにすれば、
工程(F)及び(G)でトリミング開口部を形成する際にパッド開口部内にエッチング生成物、例えばパッド開口部が露出している場合のメタル反応生成物がエッチングストップ層の上面に付着してエッチングストップ層に対するエッチング時の障壁となるのを防止することができる。さらに、パッド開口部内の電極パッドがエッチングされるのを防止することができ、電極パッドにおける良好な電気的接続を実現できる。
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(C)で、導電性材料としてノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるノンドープシリコン膜を形成し、マスクパターンによって少なくともトリミング開口部形成予定領域を覆い、抵抗素子形成予定領域を露出させた状態でイオン注入法によりノンドープ膜に不純物イオンを注入してドープシリコン膜を形成し、ノンドープ膜及びドープポリシリコン膜からなる導電膜をパターニングしてエッチングストップ層及び抵抗素子を形成するようにすれば、工程(G)でトリミング開口部形成予定領域におけるエッチングストップ層を除去する際に、トリミング開口部形成予定領域のエッチングストップ層としてドープポリシリコン膜が形成されている場合に比べて、エッチングストップ層と、及びサイドウォール絶縁膜及びエッチングストップ層上層の絶縁膜とのエッチング選択比を大きくすることができる。
本発明の半導体装置においてエッチングストップ層残渣がノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる場合も同じ効果が得られる。
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(G)でエッチングストップ層の除去を2段階のドライエッチングによって行ない、第2段階におけるエッチングストップ層とサイドウォール用絶縁膜のエッチング選択比を第1段階に比べて大きくして行なうようにすれば、上記第2段階でエッチングストップ層に対してオーバーエッチングする際にサイドウォール用絶縁膜が除去される厚みを低減することができる。
本発明の半導体装置の製造方法において、上記工程(C)で形成する上記導電性材料は金属膜であり、
本発明の半導体装置において、抵抗素子及びエッチングストップ層残渣は金属膜からなるようにすれば、
抵抗素子及びエッチングストップ層の導電性材料としてシリコン膜を用いる場合に比べてサイドウォール用絶縁膜とのエッチング選択比をさらに大きくすることができ、トリミング開口部内でサイドウォール用絶縁膜が除去される厚みを低減することができる。
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(A)でゲート電極及びトリミングヒューズは同じ導電性材料で形成するようにし、
本発明の半導体装置において、ゲート電極及びトリミングヒューズは同じ導電性材料からなるようにすれば、
ゲート電極とトリミングヒューズを別々の工程で形成する場合に比べて製造工程数を少なくすることができる。
本発明の半導体装置の製造方法において、工程(C)でエッチングストップ層及び抵抗素子の形成領域を画定するためのマスクパターンとしてゲート電極上及びその周囲を覆ってないものを形成し、そのマスクパターンを用いてエッチングストップ層及び抵抗素子を形成した後そのマスクパターンを除去せず、工程(D)でそのマスクパターンを用いて絶縁膜サイドウォールを形成するようにすれば、エッチングストップ層及び抵抗素子を形成するためのマスクパターンと絶縁膜サイドウォールを形成するためのマスクパターンを別々に形成する場合に比べてマスクパターンの形成工程を減らすことができる。
本発明の半導体装置において、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、分割抵抗からの分割電圧と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、比較回路は複数のMOSトランジスタを備え、分割抵抗を構成する抵抗回路は抵抗値調整用のトリミングヒューズ及び抵抗素子を備え、少なくとも1つのMOSトランジスタ、トリミングヒューズ及び抵抗素子として、本発明の半導体装置を構成するMOSトランジスタ、トリミングヒューズ及び抵抗素子を備え、さらに本発明の半導体装置を構成するサイドウォール用絶縁膜及びエッチングストップ層残渣を備えているようにすれば、本発明の半導体装置ではトリミングヒューズ上の絶縁膜の残膜厚を安定して精度よく残すことができるので、レーザートリミング処理による確実なトリミングヒューズの切断をもって分割抵抗の抵抗値調整を行なうことができる。
図1は半導体装置の一実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。(B)では層間絶縁膜及びパッシベーション膜の図示は省略している。ここでは本発明を1層メタル配線構造の半導体装置に適用した例を示す。図1を参照してこの実施例を説明する。
半導体基板1表面に、素子領域を分離するフィールド酸化膜3が形成されている。MOSトランジスタ領域の半導体基板1表面にMOSトランジスタを構成するLDD(Lightly Doped Drain)構造のソース拡散層及びドレイン拡散層5,5が形成されている。ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5間の半導体基板1のチャネル領域上にゲート酸化膜7を介してゲート電極9が形成されている。ゲート電極9は、例えば膜厚が250nm(ナノメートル)のポリシリコン膜9aとポリシリコン膜9aに形成された膜厚が80nmのタングステンシリサイド9bによって形成されている。
ゲート電極9の側面に隣接して絶縁膜サイドウォール11aが形成されている。絶縁膜サイドウォール11aは後述するサイドウォール用絶縁膜11bに対してエッチバック処理が施されて形成されたものである。ゲート電極9の側面に直交する方向の寸法Wはサイドウォール用絶縁膜11bと同じであり、例えば150nmである。
フィールド酸化膜3上にトリミングヒューズ13が形成されている。トリミングヒューズ13は、例えばゲート電極9と同じ材料からなり、膜厚が250nmのポリシリコン膜13aとポリシリコン膜13aに形成された膜厚が80nmのタングステンシリサイド13bによって形成されている。
後述するトリミング開口部25及びその周囲に対応してトリミングヒューズ13上及びフィールド酸化膜3上にサイドウォール用絶縁膜11bが形成されている。サイドウォール用絶縁膜11bは絶縁膜サイドウォール11aを形成するために形成されたものであり、例えば膜厚Tが150nmのシリコン酸化膜によって形成されている。
サイドウォール用絶縁膜11b上に、後述するトリミング開口部25の側壁に断面が露出している枠状のエッチングストップ層残渣15aを備えている。エッチングストップ層残渣15aはゲート電極9及びトリミングヒューズ13とは別途形成された導電性材料からなるものであって後述する抵抗素子15cと同じ材料からなり、例えば膜厚が120nmのドープポリシリコン膜によって形成されている。サイドウォール用絶縁膜11bとエッチングストップ層残渣15aは外周の平面形状が同じである。
トリミングヒューズ13とは異なる領域でフィールド酸化膜3上にサイドウォール用絶縁膜11cを介して抵抗素子15cが形成されている。抵抗素子15cはエッチングストップ層残渣15aと同じ材料からなり、例えば膜厚が120nmで、抵抗値調整用の不純物イオンが導入されたドープポリシリコン膜によって形成されている。一般に、シリコン膜からなる抵抗素子では抵抗値調整用の不純物イオンが導入されている高抵抗部の両端にオーミックコンタクト用の低抵抗部が形成されている。図面では、抵抗素子の高抵抗部の断面を図示している。
サイドウォール用絶縁膜11cはサイドウォール用絶縁膜11bと同一工程で形成されたものであり、サイドウォール用絶縁膜11bと同じく例えば150nmのシリコン酸化膜によって形成されている。
フィールド酸化膜3上及び素子領域上に層間絶縁膜17が形成されている。層間絶縁膜17は例えば膜厚が800nmのBPSG膜によって形成されている。
層間絶縁膜17に、ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5、ゲート電極9、トリミングヒューズ13及び抵抗素子15cに対応して接続孔が形成されている。図1ではソース拡散層及びドレイン拡散層5,5に対応する接続孔のみ図示している。接続孔及び内層間絶縁膜17上に同一配線層からなるメタル配線層19a及び電極パッド19b(上層配線層)が形成されている。
層間絶縁膜17上にメタル配線層19a及び電極パッド19bを覆ってパッシベーション膜21が形成されている。例えば、パッシベーション膜21は下層側が膜厚200nmのシリコン酸化膜21a、上層側が膜厚1000nmのシリコン窒化膜21bの積層膜によって形成されている。
電極パッド19bのパッシベーション膜21に開口部が形成されてパッド開口部23が形成されている。
トリミングヒューズ13上のパッシベーション膜21、層間絶縁膜17及びエッチングストップ層に開口部が形成されてトリミング開口部25が形成されている。上述したように、トリミング開口部25の側壁にエッチングストップ層残渣15aの断面が露出している。
図2から図4は図1に示した半導体装置の製造工程の一例を製造方法の一実施例として説明するための工程断面図である。図5はその製造工程の工程(3−1)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図6はその製造工程の工程(4−1)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図2から図6のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。
図1から図6を参照してこの実施例を説明する。
(1−1)例えばLOCOS(local oxidation of silicon)法により、半導体基板1表面に、素子領域を分離するためのフィールド酸化膜3を形成する。MOSトランジスタ領域の半導体基板1表面にゲート酸化膜7を形成する。半導体基板1上全面に例えば250nmの膜厚でポリシリコン膜を形成し、さらにポリシリコン膜表面に例えば80nmの膜厚でタングステンシリサイドを形成する。タングステンシリサイド及びポリシリコン膜をパターニングして、ポリシリコン膜9a及びタングステンシリサイド9bの積層構造からなるゲート電極9と、ポリシリコン膜13a及びタングステンシリサイド13bの積層構造からなるトリミングヒューズ13を形成する。イオン注入法により、ゲート電極9をマスクにしてMOSトランジスタ領域のシリコン基板1に不純物イオンを注入して低濃度拡散層5a,5aを形成する。
(2−1)ゲート電極9側面に形成するためのLDDサイドウォール用として、例えばLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により、800℃の温度条件で、半導体基板1上全面にシリコン酸化膜からなるサイドウォール用絶縁膜11を150nmの膜厚に形成する。CVD法により、サイドウォール用絶縁膜11上に例えばノンドープポリシリコン膜を120nm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例えば注入種がBF2、注入エネルギーが30KeV、ドーズ量が3.5×1015cm-2の条件で、抵抗素子の抵抗値調整用の不純物イオンを注入してドープポリシリコン膜15を形成する。ここで、CVD法によってドープポリシリコン膜15を形成するようにしてもよい。
(3−1)周知の写真製版技術により、抵抗素子形成予定領域及びトリミングヒューズ13上のエッチングストップ層形成予定領域を覆い、ゲート電極9上及びその周囲に開口部をもつレジストパターン(マスクパターン)27を形成する。図5にも示すように、トリミングヒューズ13近傍において、レジストパターン27はトリミング開口部25の形成領域及びその周囲を覆っている。
(4−1)周知のエッチング技術により、レジストパターン27をマスクにして、ドープポリシリコン膜15をエッチングし、続いてサイドウォール用絶縁膜11に対してエッチバック処理を施して、ゲート電極9側面に隣接して絶縁膜サイドウォール11aを形成する。その後、レジストパターン27を除去する。このエッチング処理により、トリミング開口部25の形成予定領域及びその周囲に対応してトリミングヒューズ13上及びフィールド酸化膜3上にサイドウォール用絶縁膜11b及びエッチングストップ層15bが形成される(図6も参照。)。さらに、フィールド酸化膜3上に抵抗素子15c及びサイドウォール用絶縁膜11cが形成される。
(5−1)少なくとも抵抗素子15cの高抵抗部となる部分をレジストパターンにより覆った状態で、イオン注入法により、MOSトランジスタ領域のシリコン基板1にゲート電極9及び絶縁膜サイドウォール11aをマスクにして不純物イオンを注入して高濃度拡散層を形成してLDD構造のソース拡散層及びドレイン拡散層5,5を形成する。通常、このイオン注入処理において抵抗素子15cの図示しない部分で抵抗素子の高抵抗部の両端にも不純物イオンが注入されて低抵抗部が形成される。なお、エッチングストップ層15bに不純物イオンが注入されるとエッチングストップ層15bとサイドウォール用絶縁膜11b及び後述する層間絶縁膜17のエッチング選択比が小さくなるので、エッチングストップ層15bもレジストパターンで覆っておくことが好ましい。ただし、エッチングストップ層15bに不純物イオンが高濃度に注入されてもエッチングストップ層15bとサイドウォール用絶縁膜11bのエッチング選択比を十分に得ることができるので、このイオン注入処理でエッチングストップ層15bに不純物イオンが注入されてもよい。この実施例ではエッチングストップ層15bもレジストパターンで覆ってエッチングストップ層15bに不純物イオンが注入されないようにした。
CVD法により、半導体基板1上全面に例えばBPSG(Boro-Phospho Silicate glass)膜からなる層間絶縁膜17を800nmの膜厚に形成する。周知の写真製版技術及びエッチング技術により、層間絶縁膜17にソース拡散層及びドレイン拡散層5,5、ゲート電極9、トリミングヒューズ13及び抵抗素子15cに対応して接続孔を形成する。図3及び図4ではソース拡散層及びドレイン拡散層5,5に対応する接続孔のみ図示している。接続孔内及び層間絶縁膜17上の所定の位置にメタル配線層19a及び電極パッド19bを形成する。層間絶縁膜17上にメタル配線層19a及び電極パッド19bを覆って、下層がシリコン酸化膜21a、上層がシリコン窒化膜21bの積層膜からなるパッシベーション膜21を最終保護膜として形成する。
(6−1)周知の写真製版技術により、電極パッド19bのパッド開口部形成予定領域に対応して開口部をもつレジストパターン29をパッシベーション膜21上に形成する。周知のエッチング技術により、レジストパターン29をマスクにして電極パッド19b上のパッシベーション膜21を除去してパッド開口部23を形成する。
(7−1)レジストパターン29を除去する。周知の写真製版技術により、トリミング開口部形成予定領域に開口部をもつレジストパターン31をパッシベーション膜21上に形成する。レジストパターン31はパッド開口部23を覆っている。
(8−1)例えば、磁場アシストを用いたリアクティブイオンエッチング装置を用い、RFパワーが1700W(ワット)、CO:155sccm、CHF3:45sccm、O2:6sccmの混合ガス、圧力が40mTorr(ミリトル)の条件でレジストパターン31をマスクにしてパッシベーション膜21及び層間絶縁膜17のエッチングを行ない、エッチングストップ層15bにてエッチングをストップさせる。これにより、パッシベーション膜21及び層間絶縁膜17に開口部25aが形成される。このとき、エッチングストップ層15bは、上方から見てトリミング開口部25よりも大きく形成されているので、層間絶縁膜17のエッチング時に、サイドウォール用絶縁膜11がエッチングされることはなく、開口部25aの底部の全部がエッチングストップ層15bでエッチストップすることとなる。また、このエッチング処理後には、開口部25aの底部のエッチングストップ層15b表面に、絶縁膜エッチングによって発生したC−F系のエッチング生成物33がわずかに形成される。
また、上記エッチング条件でのエッチング特性は、シリコン窒化膜:約540nm/分、BPSG膜:約600nm/分、ポリシリコン膜:約37nm/分である。膜厚が120nmのポリシリコン膜からなるエッチングストップ層15bを全てなくすには、BPSG膜換算で約1945nmものオーバーエッチングが可能である。したがって、エッチングストップ層15bはエッチングストップ層として十分な役割を果たす。また、この実施例では1層メタル配線構造であるが、多層配線構造の半導体装置に本発明を適用した場合にエッチングストップ層15b上の絶縁膜厚のバラツキが大きくなったとしても、十分に対応できる。さらに、エッチングストップ層15bとしてポリシリコン膜を用いているので、エッチング条件によっては、シリコン酸化膜系絶縁膜との更なる高エッチング選択比も望める。
(9−1)例えば、マイクロ波プラズマエッチング装置を用い、μ波パワーが400W、Cl2:45sccm、HBr:75sccm、O2:3sccmの混合ガス、圧力が0.5Pa(パスカル)、RFパワーが80Wの条件で、C−F系のエッチング生成物33及びエッチングストップ層15bをエッチングする。これにより、トリミング開口部25が形成される。トリミング開口部25の周囲にはエッチングストップ層15bからエッチングストップ層残渣15aが形成される。
その後、レジストパターン31を除去する(図1を参照)。
半導体装置の電気的特性試験の際には、周知の写真製版技術により、パッシベーション膜21上にボンディング用のパッド開口部23及びトリミング開口部25に開口部をもつレジストパターンを形成する。そして、試験結果に応じてトリミング開口部25及びサイドウォール用絶縁膜11bを介してトリミングヒューズ13にレーザーを照射してトリミングヒューズ13を切断し、レーザートリミングによる電気的特性値の調整を実施する。
上記工程(9−1)でのエッチング処理ではC−F系のエッチング生成物33による影響でエッチング残渣の発生が懸念されるため、より高パワー、ここではRFパワーを80Wにすることにより、エッチング生成物33に起因するエッチング残渣の発生防止に対応している。ここで、本エッチング条件でのエッチング特性は、ポリシリコン膜:約300nm/分、シリコン酸化膜:約35nm/分である。例えば、膜厚が120nmのポリシリコン膜からなるエッチングストップ層15bを100%だけオーバーエッチングしたとしても、シリコン酸化膜からなるサイドウォール用絶縁膜11bの膜減りは約14nmしかなく、サイドウォール用絶縁膜11bの形成膜厚(150nm)の約1割にしか相当しない。したがって、トリミングヒューズ13上のサイドウォール用絶縁膜11bはわずかに膜減りする程度であり、精度がよく安定した残膜厚を得ることができる。また、1層メタル配線構造であっても多層メタル配線構造であってもエッチングストップ層15bのエッチング除去以降の処理は同じであるため、多層メタル配線構造であっても同じ効果を得ることができる。
エッチングストップ層15bに対する上記エッチング条件は、C−F系のエッチング生成物33の影響対策のため、より高パワー条件を用いており、結果として、サイドウォール用絶縁膜11bの膜減りが多少発生する。
そこで、エッチングストップ層15bに対するエッチング処理を2段階にしてもよい。例えば、第1段階は上記エッチング条件で行ない、第2段階、例えばオーバーエッチ時にはエッチング条件をシリコン酸化膜のエッチングレートが減少するような条件、例えばRFパワーを20Wに変えることにより、シリコン酸化膜のエッチングレートが約1/10に抑制され、サイドウォール用絶縁膜11bの膜減りを抑制することができる。これにより、さらに精度がよく安定した残膜厚を得ることが可能となる。
なお、第1段階から第2段階に切り替えるタイミングはオーバーエッチ時に限定されるものではなく、例えば第1段階によってサイドウォール用絶縁膜11bを90%だけエッチングした後に第2段階に切り替えるなど、第1段階から第2段階に切り替えるタイミングは任意である。
また、上記工程(6−1)から(9−1)で、ボンディング用の電極パッドの開口11bとトリミング開口部25を別々に形成しているのは、トリミング開口部25の形成時にCl2ガスを用いてエッチングストップ層15bをエッチングしているため、電極パッド19bが露出していると電極パッド19bをエッチングしてしまうからである。また、電極パッド19bからのメタル反応生成物がエッチングストップ層15bの上面に付着し、エッチングストップ層15bをエッチングする際の障壁となるのを防ぐ目的もある。
図7は半導体装置の他の実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。(B)では層間絶縁膜及びパッシベーション膜の図示は省略している。ここでは本発明を1層メタル配線構造の半導体装置に適用した例を示す。図7と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。図7を参照してこの実施例を説明する。
この実施例が図1に示した実施例と異なる点は、トリミングヒューズ13上のサイドウォール用絶縁膜11b上に形成されているエッチングストップ層残渣15dがノンドープポリシリコン膜によって形成されている点である。エッチングストップ層残渣15dはトリミング開口部25の周囲に枠状に形成され、その断面がトリミング開口部25の側壁に露出している。エッチングストップ層残渣15dの膜厚は例えば120nmである。
エッチングストップ層残渣15dと抵抗素子15cは同一のノンドープポリシリコン膜から形成されたものである。抵抗素子15cは、エッチングストップ層残渣15d及びトリミング開口部25の形成予定領域をレジストパターンで覆った状態でノンドープポリシリコン膜に抵抗値調整用の不純物イオンが導入され、その後、ポリシリコン膜がパターニングされて形成されたものである。
図8から図10は図7に示した半導体装置の製造工程の一例を製造方法の他の実施例として説明するための工程断面図である。図11はその製造工程の工程(2−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図12はその製造工程の工程(3−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図13はその製造工程の工程(4−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図8から図13のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。
図7から図13を参照してこの実施例を説明する。
(1−2)図2を参照して説明した上記工程(1−1)と同じ工程により、半導体基板1に、フィールド酸化膜3、低濃度拡散層5a,5aゲート酸化膜7ポリシリコン膜9a及びタングステンシリサイド9bの積層構造からなるゲート電極9、ポリシリコン膜13a及びタングステンシリサイド13bの積層構造からなるトリミングヒューズ13、ならびに低濃度拡散層5a,5aを形成する。
(2−2)図2を参照して説明した上記工程(2−1)でのサイドウォール用絶縁膜11形成工程とノンドープポリシリコン膜形成工程と同じ工程により、サイドウォール用絶縁膜11を形成し、サイドウォール用絶縁膜11上にノンドープポリシリコン膜を120nmの膜厚に形成する。ノンドープポリシリコン膜上に、トリミング開口部25形成予定領域を含むエッチングストップ層15fの形成予定領域及びその周囲を覆うレジストパターン35を形成する(図11も参照)。イオン注入法により、レジストパターン35をマスクにして、ノンドープポリシリコン膜に例えば注入種がBF2、注入エネルギーが30KeV、ドーズ量が3.5×1015cm-2の条件で、抵抗素子の抵抗値調整用の不純物イオンを注入してドープポリシリコン膜15を形成し、レジストパターン35下にノンドープポリシリコン膜15eを形成する。
(3−2)レジストパターン35を除去する。周知の写真製版技術により、抵抗素子形成予定領域及びトリミングヒューズ13上のエッチングストップ層形成予定領域を覆い、ゲート電極9上及びその周囲に開口部をもつレジストパターン27を形成する。図12にも示すように、トリミングヒューズ13近傍において、レジストパターン27はトリミング開口部25の形成領域及びその周囲を覆ってノンドープポリシリコン膜15e上に形成されている。
(4−2)周知のエッチング技術により、レジストパターン27をマスクにして、ドープポリシリコン膜15及びノンドープポリシリコン膜15eをエッチングし、続いてサイドウォール用絶縁膜11に対してエッチバック処理を施して、ゲート電極9側面に隣接して絶縁膜サイドウォール11aを形成する。その後、レジストパターン27を除去する。このエッチング処理により、トリミング開口部25の形成予定領域及びその周囲に対応してトリミングヒューズ13上及びフィールド酸化膜3上にサイドウォール用絶縁膜11bと、ノンドープポリシリコン膜からなるエッチングストップ層15fが形成される(図13も参照。)。さらに、フィールド酸化膜3上に抵抗素子15c及びサイドウォール用絶縁膜11cが形成される。
(5−2)図3を参照して説明した上記工程(5−1)と同じ工程により、ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5、層間絶縁膜17、接続孔、メタル配線層19a及び電極パッド19b、ならびにシリコン酸化膜21a及びシリコン窒化膜21bの積層膜からなるパッシベーション膜21を形成する。ただし、ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5を形成するためのイオン注入処理時にエッチングストップ層15fには不純物イオンは注入されない。
(6−2)図3を参照して説明した上記工程(6−1)と同じ工程により、レジストパターン29を形成し、電極パッド19b上のパッシベーション膜21にパッド開口部23を形成する。
(7−2)図4を参照して説明した上記工程(7−1)と同じ工程により、レジストパターン29を除去し、トリミング開口部形成予定領域に開口部をもつレジストパターン31をパッシベーション膜21上に形成する。
(8−2)図4を参照して説明した上記工程(8−1)と同じ条件で、レジストパターン31をマスクにしてパッシベーション膜21及び層間絶縁膜17のエッチングを行ない、エッチングストップ層15fにてエッチングをストップさせる。これにより、パッシベーション膜21及び層間絶縁膜17に開口部25aが形成される。開口部25aの底部のエッチングストップ層15f表面に、絶縁膜エッチングによって発生したC−F系のエッチング生成物33がわずかに形成される。ここで、エッチングストップ層15fは上方から見てトリミング開口部25よりも大きく形成されているので、開口部25aの底部の全部がエッチングストップ層15fでエッチストップすることとなる。
また、上記エッチング条件でのエッチング特性は、シリコン窒化膜:約540nm/分、BPSG膜:約600nm/分、ノンドープポリシリコン膜:約37nm/分である。膜厚が120nmのポリシリコン膜からなるエッチングストップ層15fを全てなくすには、BPSG膜換算で約1945nmものオーバーエッチングが可能であり、シリコン酸化膜系絶縁膜に対して、ドープポリシリコン膜を用いたエッチングストップ層15bよりも高いエッチング選択比を得ることができる。エッチング条件によっては、更なる高エッチング選択比も望める。
(9−2)例えば、マイクロ波プラズマエッチング装置を用い、μ波パワーが400W、Cl2:45sccm、HBr:75sccm、O2:3sccmの混合ガス、圧力が0.5Pa、RFパワーが80Wの条件で、C−F系のエッチング生成物33及びエッチングストップ層15fをエッチングする。これにより、トリミング開口部25が形成される。トリミング開口部25の周囲にはエッチングストップ層15fからエッチングストップ層残渣15dが形成される。
その後、レジストパターン31を除去する(図7を参照)。
上記工程(9−2)におけるエッチング処理条件でのエッチング特性は、ノンドープポリシリコン膜:約300nm/分、シリコン酸化膜:約35nm/分である。例えば、膜厚が120nmのノンドープポリシリコン膜からなるエッチングストップ層15fを100%だけオーバーエッチングしたとしても、シリコン酸化膜からなるサイドウォール用絶縁膜11bの膜減りは約14nmしかない。したがって、ドープポリシリコン膜を用いたエッチングストップ層15bを用いた場合よりも、さらに精度がよく安定した残膜厚を得ることができる。
また、上記工程(9−2)におけるエッチング処理においても、上述した2段階のエッチング処理を用いてもよい。
また、上記製造方法の実施例では、上記工程(2−2)でエッチングストップ層15fの形成予定領域及びその周囲に対応してノンドープポリシリコン膜15eを形成している。そして、上記工程(3−2)及び(3−3)で全体がノンドープポリシリコン膜のエッチングストップ層15fを形成している。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、上記工程(2−2)で少なくともトリミング開口部25形成予定領域に不純物が注入されないようにしてノンドープポリシリコン膜を形成し、上記工程(3−2)及び(3−3)で少なくともトリミング開口部25形成予定領域にノンドープポリシリコン膜で周囲部がドープポリシリコン膜からなるエッチングストップ層を形成するようにしてもよい。ただし、マスクアライメントズレを考慮して、トリミング開口部25形成予定領域の周囲部に対応するエッチングストップ層部分もノンドープポリシリコン膜であることが好ましい。
図14は半導体装置のさらに他の実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。(B)では層間絶縁膜及びパッシベーション膜の図示は省略している。ここでは本発明を1層メタル配線構造の半導体装置に適用した例を示す。図7と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の説明は省略する。図14を参照してこの実施例を説明する。
この実施例が図1に示した実施例と異なる点は、トリミングヒューズ13上のサイドウォール用絶縁膜11b上に形成されているエッチングストップ層残渣37a、及びサイドウォール用絶縁膜11c上に形成されている抵抗素子37cがクロムシリコン膜(金属膜)で形成されている点である。エッチングストップ層残渣37aはトリミング開口部25の周囲に枠状に形成され、その断面がトリミング開口部25の側壁に露出している。エッチングストップ層残渣37aと抵抗素子37cは同一のクロムシリコン膜から形成されたものであり、それらの膜厚は例えば50nmである。
図15から図17は図14に示した半導体装置の製造工程の一例を製造方法のさらに他の実施例として説明するための工程断面図である。図18はその製造工程の工程(3−3)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図19はその製造工程の工程(4−3)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。図15から図19のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。
図14から図19を参照してこの実施例を説明する。
(1−3)図2を参照して説明した上記工程(1−1)と同じ工程により、半導体基板1に、フィールド酸化膜3、低濃度拡散層5a,5aゲート酸化膜7ポリシリコン膜9a及びタングステンシリサイド9bの積層構造からなるゲート電極9、ポリシリコン膜13a及びタングステンシリサイド13bの積層構造からなるトリミングヒューズ13、ならびに低濃度拡散層5a,5aを形成する。
(2−3)図2を参照して説明した上記工程(2−1)でのサイドウォール用絶縁膜11形成工程と同じ工程により、サイドウォール用絶縁膜11を形成する。例えばアルゴンスパッタ法により、サイドウォール用絶縁膜11上にクロムシリコン膜37を50nmの膜厚に形成する。
(3−3)周知の写真製版技術により、抵抗素子形成予定領域及びトリミングヒューズ13上のエッチングストップ層形成予定領域を覆い、ゲート電極9上及びその周囲に開口部をもつレジストパターン27を形成する。図18にも示すように、トリミングヒューズ13近傍において、レジストパターン27はトリミング開口部25の形成領域及びその周囲を覆ってクロムシリコン膜37上に形成されている。
(4−3)例えば、CDE(Chemical Dry Etching)装置を用いて、μ波パワーが600W、圧力が90Pa、CF4:400sccm、O2:100sccmの混合ガスの条件で、レジストパターン27をマスクにしてクロムシリコン膜37をエッチングしてエッチングストップ層37bと抵抗素子37cを形成する。周知の写真製版技術により、レジストパターン27をマスクにして、サイドウォール用絶縁膜11に対してエッチバック処理を施して、ゲート電極9側面に隣接して絶縁膜サイドウォール11aを形成する。その後、レジストパターン27を除去する。このエッチング処理により、トリミング開口部25の形成予定領域及びその周囲に対応してトリミングヒューズ13上及びフィールド酸化膜3上にサイドウォール用絶縁膜11bと、ノンドープポリシリコン膜からなるエッチングストップ層37bが形成される(図19も参照。)。さらに、フィールド酸化膜3上に抵抗素子37c及びサイドウォール用絶縁膜11cが形成される。
(5−3)図3を参照して説明した上記工程(5−1)と同じ工程により、ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5、層間絶縁膜17、接続孔、メタル配線層19a及び電極パッド19b、ならびにシリコン酸化膜21a及びシリコン窒化膜21bの積層膜からなるパッシベーション膜21を形成する。ソース拡散層及びドレイン拡散層5,5を形成するためのイオン注入処理時にエッチングストップ層37b及び抵抗素子37cをレジストパターンにより覆っておいてもよいし、覆っていなくてもよい。
(6−3)図3を参照して説明した上記工程(6−1)と同じ工程により、レジストパターン29を形成し、電極パッド19b上のパッシベーション膜21にパッド開口部23を形成する。
(7−3)図4を参照して説明した上記工程(7−1)と同じ工程により、レジストパターン29を除去し、トリミング開口部形成予定領域に開口部をもつレジストパターン31をパッシベーション膜21上に形成する。
(8−3)図4を参照して説明した上記工程(8−1)と同じ条件で、レジストパターン31をマスクにしてパッシベーション膜21及び層間絶縁膜17のエッチングを行ない、エッチングストップ層37bにてエッチングをストップさせる。これにより、パッシベーション膜21及び層間絶縁膜17に開口部25aが形成される。開口部25aの底部のエッチングストップ層37b表面に、絶縁膜エッチングによって発生したC−F系のエッチング生成物33がわずかに形成される。ここで、エッチングストップ層37bは上方から見てトリミング開口部25よりも大きく形成されているので、開口部25aの底部の全部がエッチングストップ層37bでエッチストップすることとなる。
また、上記エッチング条件でのエッチング特性は、シリコン窒化膜:約540nm/分、BPSG膜:約600nm/分、クロムシリコン膜:約5nm/分である。膜厚が50nmのクロムシリコン膜からなるエッチングストップ層37bを全てなくすには、BPSG膜換算で約6000nmものオーバーエッチングが可能である。そして、シリコン酸化膜系絶縁膜に対して、ポリシリコン膜を用いたエッチングストップ層15b,15fよりも高いエッチング選択比を得ることができる。エッチング条件によっては、更なる高エッチング選択比も望める。
(9−3)例えば、CDE装置を用いて、μ波パワーが600W、圧力が90Pa、CF4:400sccm、O2:100sccmの混合ガスの条件で、C−F系のエッチング生成物33及びエッチングストップ層37bをエッチングする。これにより、トリミング開口部25が形成される。トリミング開口部25の周囲にはエッチングストップ層37bからエッチングストップ層残渣37aが形成される。
その後、レジストパターン31を除去する(図14を参照)。
上記工程(9−3)におけるエッチング処理条件でのエッチング特性は、クロムシリコン膜:約50nm/分、シリコン酸化膜:2〜3nm/分である。例えば、膜厚が50nmのクロムシリコン膜からなるエッチングストップ層37bを100%だけオーバーエッチングしたとしても、シリコン酸化膜からなるサイドウォール用絶縁膜11bの膜減りは2〜3nmである。したがって、ポリシリコン膜を用いたエッチングストップ層15b,15fを用いた場合よりも、さらに精度がよく安定した残膜厚を得ることができる。
また、上記工程(9−3)におけるエッチング処理においても、上述した2段階のエッチング処理と同様にして2段階エッチング処理を行なってもよい。
次に、本発明の半導体装置を適用した定電圧発生回路及び電圧検出回路について説明する。以下に説明する定電圧発生回路の実施例及び電圧検出回路の実施例では図1を参照して説明した実施例の半導体装置を適用した。
図20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、基準電圧発生回路(Vref)59、演算増幅器(比較回路)61、出力ドライバを構成するPチャネルMOSトランジスタ63、分割抵抗素子R1,R2及び出力端子(Vout)65を備えている。演算増幅器61は図1に示したLDD構造のMOSトランジスタを少なくとも1つ備えている。
定電圧発生回路55の演算増幅器61では、出力端子がPチャネルMOSトランジスタ63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を抵抗素子R1とR2で分割した電圧が印加され、抵抗素子R1,R2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。
図21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素子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。演算増幅器61は図1に示したLDD構造のMOSトランジスタを少なくとも1つ備えている。
電圧検出回路67では、測定すべき端子の電圧が高く、分割抵抗素子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レベルを維持し、測定すべき端子の電圧が降下してきて分割抵抗素子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レベルになる。
一般に、図20に示した定電圧発生回路や図21に示した電圧検出回路では、製造プロセスのバラツキに起因して基準電圧発生回路からの基準電圧Vrefが変動するので、その変動に対応すべく、分割抵抗素子としてトリミングヒューズの切断により抵抗値を調整可能な抵抗回路(分割抵抗回路と称す)を用いて、分割抵抗素子の抵抗値を調整している。
図22は、分割抵抗回路の一例を示す回路図である。図23及び図24は、その分割抵抗回路のレイアウト例を示すレイアウト図であり、図23はトリミングヒューズ部分のレイアウト例を示し、図24は抵抗素子部分のレイアウト例を示す。
図22に示すように、抵抗素子Rbottom、m+1個(mは正の整数)の抵抗素子RT0,RT1,…,RTm、抵抗素子Rtopが直列に接続されている。抵抗素子RT0,RT1,…,RTmには、各抵抗素子に対応してトリミングヒューズRL0,RL1,…,RLmが並列に接続されている。
抵抗素子RT0,RT1,…,RTmの値は抵抗素子Rbottom側から順に二進数的に増加するよう設定されている。すなわち、抵抗素子RTnの抵抗値は、抵抗素子RT0の抵抗値を単位値とし、その単位値の2n倍(nは正の整数)である。抵抗素子
図23に示すように、トリミングヒューズRL0,RL1,…,RLmは、例えばシート抵抗が20Ω〜40Ωのポリシリコンパターンにより形成されている。トリミングヒューズRL0,RL1,…,RLmとしては図1にしめしたトリミングヒューズ13が適用される。トリミングヒューズ13上にサイドウォール用絶縁膜を介してエッチングストップ層残渣15aが形成されている。
例えば、図24に示すように、ポリシリコン膜からなる抵抗素子15cを用い、抵抗素子RT0を1本の抵抗素子15cを単位抵抗とし、抵抗素子RTnを2n本の抵抗素子15cにより構成する。
図23及び図24において、符号A−A間、符号B−B間、符号C−C間、符号D−D、符号E−E、符号F−F及び符号G−G間はそれぞれメタル配線層19aにより電気的に接続されている。
このように、抵抗素子の比の精度が重視される分割抵抗回路では、製造工程での作り込み精度を上げるために、一対の抵抗素子及びトリミングヒューズからなる単位抵抗素子が直列に接続されて梯子状に配置されている。
このような分割抵抗回路では、任意のトリミングヒューズRL0,RL1,…,RLmをレーザービームで切断することにより、所望の直列抵抗値を得ることができる。
図22に示した分割抵抗回路を図20に示した定電圧発生回路の分割抵抗素子R1,R2に適用する場合、例えば抵抗素子Rbottom端を接地し、抵抗素子Rtop端をPチャネルMOSトランジスタ63のドレインに接続する。さらに、抵抗素子Rbottom、RT0間の端子NodeL、又は抵抗素子Rtop、RTm間の端子NodeMを演算増幅器61の非反転入力端子に接続する。
また、図22に示した分割抵抗回路を図21に示した電圧検出回路の分割抵抗素子R1,R2に適用する場合、例えば抵抗素子Rbottom端を接地し、抵抗素子Rtop端を入力端子77に接続する。さらに、抵抗素子Rbottom、RT0間の端子NodeL、又は抵抗素子Rtop、RTm間の端子NodeMを演算増幅器61の非反転入力端子に接続する。
本発明の半導体装置では、トリミングヒューズ13上の絶縁膜の残膜厚(サイドウォール用絶縁膜の膜厚)を安定して精度よく残すことができるので、レーザートリミング処理による確実なトリミングヒューズ13の切断をもって分割抵抗の抵抗値調整を行なうことができる。これにより、図22に示した分割抵抗回路の抵抗値調整を正確に行なうことができる。そして、図20及び図21に示した分割抵抗回路によって分割抵抗素子R1,R2(分割抵抗回路)の出力電圧の精度を向上させることができるので、定電圧発生回路55の出力電圧の安定性を向上させることができ、電圧検出回路67の電圧検出能力の精度を向上させることができる。
ただし、本発明の半導体装置が適用されるアナログ回路は定電圧発生回路及び電圧検出回路に限定されるものではなく、分割抵抗と、基準電圧源と、分割抵抗からの分割電圧と前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であって、比較回路は複数のMOSトランジスタを備え、分割抵抗を構成する抵抗回路は抵抗値調整用のトリミングヒューズ及び抵抗素子を備えているものであれば、本発明を適用することができる。
また、本発明の半導体装置が適用されるのはアナログ回路に限定されるものではなく、同一半導体基板上に、絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタ、トリミングヒューズ及び抵抗素子を備えトリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置であれば、本発明を適用することができる。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、寸法、形状、材料、配置、製造工程条件などは一例であり、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。
例えば、上記実施例では本発明を1層メタル配線構造の半導体装置に適用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、2層以上のメタル配線構造の半導体装置にも適用することができる。このとき、電極パッドはいずれの層のメタル配線層であってもよい。
また、素子分離用絶縁膜はフィールド酸化膜3に限定されるものではなく、例えばSTI(shallow trench isolation)など、他の素子分離用絶縁膜であってもよい。
また、トリミングヒューズ13及び抵抗素子37cが形成される領域は必ずしも素子分離用絶縁膜上でなくてもよい。
また、ゲート電極9及びトリミングヒューズ13は、ポリシリコン膜とタングステンシリサイドの積層構造のものに限定されるものではなく、他の導電膜によって形成されているようにしてもよい。
また、ゲート電極及びトリミングヒューズは別々の工程で形成されたものであってもよい。
また、上記実施例ではサイドウォール用絶縁膜11としてLPCVD法によって形成したものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、サイドウォール用絶縁膜の材料はシリコン窒化膜や他の成膜方法によって形成されたシリコン酸化膜であってもよい。
また、エッチングストップ層15b,15dは、ポリシリコン膜ではなく、アモルファスシリコンなど他のSi系導電膜を用いてもよい。
また、上記製造方法の実施例ではエッチングの際のマスクパターンとしてレジストパターンを用いているが、写真製版技術及びエッチング技術によって形成した絶縁膜や導電性膜などからなるマスクパターンを用いてもよい。
また、パッド開口部と、トリミング開口部の深さ方向の一部又は全部を同時に形成してもよい。
また、上記工程(4−1)、(4−2)及び(4−3)では、ポリシリコン膜15,15e又はクロムシリコン膜37に対するエッチング処理とサイドウォール用絶縁膜11に対するエッチング処理を同じレジストパターン27を用いて行なっているが、本発明の製造方法はこれに限定されるものではなく、ポリシリコン膜15,15e又はクロムシリコン膜37をパターニングした後、マスクパターンを除去し、さらに別途マスクパターンを形成する工程を含んで、両エッチング処理を別々のマスクパターンを用いて行なうようにしてもよい。このとき、エッチングストップ層とその下のサイドウォール用絶縁膜は平面形状が互いに異なっていてもよい。同様に、抵抗素子とその下のサイドウォール用絶縁膜は平面形状が互いに異なっていてもよい。
半導体装置の一実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。 図1に示した半導体装置の製造工程の一例である製造方法の一実施例における最初の工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例のさらに続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の工程(3−1)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 同実施例の工程(4−1)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 半導体装置の他の実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。 図7に示した半導体装置の製造工程の一例である製造方法の他の実施例における最初の工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例のさらに続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の工程(2−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 同実施例の工程(3−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 同実施例の工程(4−2)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 半導体装置のさらに他の実施例を示す図であり、(A)は垂直断面図、(B)はトリミングヒューズ近傍の平面図である。 図14に示した半導体装置の製造工程の一例である製造方法のさらに他の実施例における最初の工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例のさらに続きの工程を説明するための工程断面図である。 同実施例の工程(3−3)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 同実施例の工程(4−3)でのトリミングヒューズ近傍の平面図である。 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。 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。 分割抵抗回路の一例を示す回路図である。 同分割抵抗回路のトリミングヒューズ部分のレイアウト例を示すレイアウト図である。 同分割抵抗回路の抵抗素子部分のレイアウト例を示すレイアウト図である。
符号の説明
1 半導体基板
9 ゲート電極
11 サイドウォール用絶縁膜
11,11b,11c 絶縁膜サイドウォール
13 トリミングヒューズ
15 ドープポリシリコン膜
15a エッチングストップ層残渣
15b エッチングストップ層
15c 抵抗素子
15d エッチングストップ層残渣
15e ノンドープポリシリコン膜
15f エッチングストップ層
17 層間絶縁膜
21 パッシベーション膜
23 パッド開口部
25 トリミング開口部
27,31,35 レジストパターン(マスクパターン)
37 クロムシリコン膜(金属膜)
37a エッチングストップ層残渣
37b エッチングストップ層
37c 抵抗素子

Claims (16)

  1. 同一半導体基板上に、導電性材料からなるゲート電極及びゲート電極側面に隣接して形成された絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタと、導電性材料からなるトリミングヒューズ及び抵抗素子と、MOSトランジスタ上、トリミングヒューズ上及び抵抗素子上を覆って形成された絶縁膜を備え、トリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置の製造方法において、
    以下の(A)から(G)をその順に含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
    (A)半導体基板上にゲート電極とトリミングヒューズを形成する工程、
    (B)前記ゲート電極及び前記トリミングヒューズを覆ってサイドウォール用絶縁膜を形成する工程、
    (C)前記サイドウォール用絶縁膜上に導電性材料を形成し、その導電性材料をパターニングして、トリミング開口部形成予定領域及びその周囲にエッチングストップ層を形成し、前記エッチングストップ層とは異なる領域に抵抗素子を形成する工程、
    (D)少なくとも前記エッチングストップ層及び前記抵抗素子がマスクパターンで覆われ、前記ゲート電極上及びその周囲の前記サイドウォール絶縁膜が露出されている状態で前記サイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理を施して前記ゲート電極側面に隣接して絶縁膜サイドウォールを形成する工程、
    (E)前記半導体基板上全面に層間絶縁膜を形成する工程及び前記層間絶縁膜上に上層配線層を形成する工程を1回以上行ない、その後パッシベーション膜を形成する工程、
    (F)前記エッチングストップ層を用いてトリミング開口部形成予定領域の前記パッシベーション膜及び前記層間絶縁膜を除去する工程、
    (G)トリミング開口部形成予定領域の前記エッチングストップ層を除去してトリミング開口部を形成する工程。
  2. 前記サイドウォール用絶縁膜はシリコン酸化膜である請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記工程(E)と(F)の間に、前記上層配線上の所定位置の前記パッシベーション膜を除去してパッド開口部を形成する工程を含み、
    前記パッド開口部をマスクパターンで覆った状態で前記工程(F)での前記パッシベーション膜及び前記層間絶縁膜の除去及び前記工程(G)での前記エッチングストップ層の除去を行なう請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 前記工程(C)で形成する前記導電性材料はポリシリコン又はアモルファスシリコンである請求項1、2又は3に記載の製造方法。
  5. 前記工程(C)で、前記導電性材料としてノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなるノンドープシリコン膜を形成し、マスクパターンによって少なくとも前記トリミング開口部形成予定領域を覆い、抵抗素子形成予定領域を露出させた状態でイオン注入法により前記ノンドープ膜に不純物イオンを注入してドープシリコン膜を形成し、前記ノンドープ膜及び前記ドープポリシリコン膜からなる導電膜をパターニングして前記エッチングストップ層及び前記抵抗素子を形成する請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記工程(C)で形成する前記導電性材料は金属膜である請求項1、2又は3に記載の製造方法。
  7. 前記工程(G)で前記エッチングストップ層の除去を2段階のドライエッチングによって行ない、第2段階における前記エッチングストップ層と前記サイドウォール用絶縁膜のエッチング選択比を第1段階に比べて大きくして行なう請求項1から6のいずれかに記載の製造方法。
  8. 前記工程(A)で前記ゲート電極及び前記トリミングヒューズは同じ導電性材料で形成する請求項1から7のいずれかに記載の製造方法。
  9. 前記工程(C)で前記エッチングストップ層及び前記抵抗素子の形成領域を画定するためのマスクパターンとして前記ゲート電極上及びその周囲を覆ってないものを形成し、そのマスクパターンを用いて前記エッチングストップ層及び前記抵抗素子を形成した後そのマスクパターンを除去せず、前記工程(D)でそのマスクパターンを用いて前記絶縁膜サイドウォールを形成する請求項1から8のいずれかに記載の製造方法。
  10. 同一半導体基板上に、導電性材料からなるゲート電極及びゲート電極側面に隣接して形成された絶縁膜サイドウォールをもつMOSトランジスタと、導電性材料からなるトリミングヒューズ及び抵抗素子と、MOSトランジスタ上、トリミングヒューズ上及び抵抗素子上を覆って形成された絶縁膜を備え、トリミングヒューズ上の絶縁膜の膜厚が周囲より薄くされてレーザートリミング用のトリミング開口部が形成されている半導体装置において、
    前記抵抗素子は前記ゲート電極及び前記トリミングヒューズとは別途形成された導電性材料からなるものであって半導体基板上に少なくともサイドウォール用絶縁膜を介して形成されており、
    前記トリミング開口部における前記トリミングヒューズ上の絶縁膜は前記サイドウォール用絶縁膜であり、
    前記絶縁膜サイドウォールは前記サイドウォール用絶縁膜に対してエッチバック処理が施されて形成されたものであって前記ゲート電極側面に直交する方向の寸法が前記サイドウォール用絶縁膜と同じであり、
    前記トリミング開口部の周囲に、前記サイドウォール用絶縁膜上に形成され、前記抵抗素子と同じ材料からなり、かつ前記トリミング開口部の側壁に断面が露出している枠状のエッチングストップ層残渣を備えていることを特徴とする半導体装置。
  11. 前記絶縁膜サイドウォール及び前記サイドウォール用絶縁膜の材料はシリコン酸化膜である請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記抵抗素子及び前記エッチングストップ層残渣はポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる請求項10又は11に記載の半導体装置。
  13. 前記エッチングストップ層残渣はノンドープのポリシリコン又はアモルファスシリコンからなる請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記抵抗素子及び前記エッチングストップ層残渣は金属膜からなる請求項10又は11に記載の半導体装置。
  15. 前記ゲート電極及び前記トリミングヒューズは同じ導電性材料からなる請求項10から14のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 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、前記分割抵抗からの分割電圧と前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、比較回路は複数のMOSトランジスタを備え、分割抵抗を構成する抵抗回路は抵抗値調整用のトリミングヒューズ及び抵抗素子を備え、
    少なくとも1つの前記MOSトランジスタ、前記トリミングヒューズ及び前記抵抗素子として、請求項10から15のいずれかに記載の前記MOSトランジスタ、前記トリミングヒューズ及び前記抵抗素子を備え、さらに請求項10から15のいずれかに記載の前記サイドウォール用絶縁膜及び前記エッチングストップ層残渣を備えている半導体装置。
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