JP2008258337A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体基板上に抵抗を形成する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a technique for forming a resistor on a semiconductor substrate.
一般に、半導体集積回路は、トランジスタと抵抗素子とによって回路が形成されることが多い。そこで、トランジスタと抵抗は回路の構成素子として1つの半導体基板上に形成されていた。半導体基板上に形成される抵抗素子として、ポリシリコン抵抗や拡散抵抗等が知られている。これらの抵抗素子については、特許文献1,2に記載されている。
しかしながら、ポリシリコン抵抗やウエル抵抗の抵抗値は温度依存性が大きいため、温度保証を考慮すると回路設計が困難になる場合があった。 However, since the resistance values of the polysilicon resistance and the well resistance are highly temperature dependent, circuit design may be difficult in consideration of temperature assurance.
本発明の半導体装置は、半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された第1導電型のウエルと、前記ウエルの表面に形成された第2導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の表面に形成された第1導電型の第2の半導体層と、前記ウエルに電気的に接続された第1の電極と、前記第2の半導体層に電気的に接続された第2の電極とを備えることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductivity type well formed on the surface of the semiconductor substrate, a second conductivity type first semiconductor layer formed on the surface of the well, and the first A first conductive type second semiconductor layer formed on the surface of the first semiconductor layer, a first electrode electrically connected to the well, and an electrical connection to the second semiconductor layer; And a second electrode.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面に第1導電型のウエルを形成する工程と、前記ウエルの表面に第2導電型不純物をイオン注入することにより、第2導電型の第1の半導体層を形成する工程と、前記第1の半導体層を覆って絶縁膜を形成する工程と、前記第1の半導体層上の前記絶縁膜をエッチングして前記第1の半導体層を部分的に露出するコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールを通して第1導電型不純物をイオン注入することにより、前記第1の半導体層の表面に第1導電型の第2の半導体層を形成する工程と、前記コンタクトホールを通して前記第2の半導体層に電気的に接続する電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first conductivity type well on a surface of a semiconductor substrate, and a second conductivity type impurity is ion-implanted into the surface of the well. Forming the first semiconductor layer, forming the insulating film so as to cover the first semiconductor layer, etching the insulating film on the first semiconductor layer to form the first semiconductor layer Forming a first-conductivity-type second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer by ion-implanting a first-conductivity-type impurity through the contact hole. And forming an electrode that is electrically connected to the second semiconductor layer through the contact hole.
本発明によれば、温度依存性の小さい抵抗素子を提供することができる。これにより、温度保証を考慮した回路設計が容易になる。 According to the present invention, it is possible to provide a resistance element having a small temperature dependency. This facilitates circuit design taking temperature guarantee into consideration.
次に、本発明の実施形態による半導体装置及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。 Next, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1に示すように、P型半導体基板1(シリコン基板)の表面に第1のNウエル2及び第2のNウエル3を互いに離間して形成する。また、P型半導体基板1の表面に素子分離膜4を形成する。素子分離膜4は、素子形成領域を囲んで形成され、例えば選択酸化法(LOCOS)により形成することができる。その後、素子形成領域にはゲート絶縁膜5を形成する。
First, as shown in FIG. 1, a
次に、図2に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域20のゲート絶縁膜5上にゲート電極6Aを形成し、Nチャネル型MOSトランジスタ形成領域30のゲート絶縁膜5上にゲート電極6Bを形成する。その後、ゲート電極6Aの両側の第1のNウエル2の表面に、ボロン等のP型不純物をイオン注入することにより、P+型ソース層7S、P+型ドレイン層7Dをそれぞれ形成し、これと同時に、抵抗形成領域40の第2のNウエル3の表面にP+型半導体層8を形成する。このときのボロンのイオン注入条件は、加速エネルギー50KeV、ドーズ量2.0×1015/cm2である。
Next, as shown in FIG. 2, a
また、ゲート電極6Bの両側のP型半導体基板1の表面に、ヒ素等のN型不純物をイオン注入することにより、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9Dをそれぞれ形成し、これと同時に、抵抗形成領域40の第2のNウエル3の表面に、P+型半導体層8と隣接してN+型半導体層10を形成する。このときのヒ素のイオン注入条件は、加速エネルギー70KeV、ドーズ量5.0×1015/cm2である。
Also, N +
P+型半導体層8とN+型半導体層10とは素子分離膜4を間に挟んで離間される。その後、P型半導体基板1の全面にBPSG等の層間絶縁膜11をCVD法により形成する。
The P +
次に、図3に示すように、層間絶縁膜11及びゲート絶縁膜5を選択的にエッチングしてコンタクトホールCH1〜CH6を形成する。これらのコンタクトホールCH1〜CH6は、それぞれP+型ソース層7S、P+型ドレイン層7D、P+型半導体層8、N+型半導体層10、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9Dの上の層間絶縁膜11に形成される。そして、コンタクトホールCH1〜CH6を通して、2弗化ボロン(BF2+)をそれぞれP+型ソース層7S、P+型ドレイン層7D、P+型半導体層8、N+型半導体層10、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9Dの表面に注入する。このときのイオン注入はホトレジスト無しの全面注入であり、その条件は、加速エネルギー50KeV、ドーズ量2×1015/cm2である。
Next, as shown in FIG. 3, the
このイオン注入により、P+型ソース層7S、P+型ドレイン層7D、P+型半導体層8のコンタクトホールCH1,CH2,CH3に対応する表面のP型不純物濃度は高くなり、後の工程で形成される電極とのコンタクト抵抗が低減される。一方、N+型半導体層10、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9DのコンタクトホールCH3,CH4,CH5に対応する表面はP型化される。
By this ion implantation, the P-type impurity concentration on the surface corresponding to the contact holes CH1, CH2, and CH3 of the P +
次に、図4に示すように、Pチャネル型MOSトランジスタ形成領域20のコンタクトホールCH1,CH2を被覆するホトレジスト12を形成し、このホトレジスト12をマスクにして、コンタクトホールCH3,CH4,CH5,CH6を通して、リン(P+)をそれぞれP+型半導体層8、N+型半導体層10、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9Dの表面にイオン注入する。このときのイオン注入条件は、加速エネルギー25KeV、ドーズ量3×1014/cm2である。
Next, as shown in FIG. 4, a
このイオン注入により、N+型半導体層10、N+型ソース層9S、N+型ドレイン層9DのP型化された表面はコンペンセートによりN型化され、後の工程で形成される電極とのコンタクト抵抗が低減される。一方、P+型半導体層8の表面にはコンタクトホールCH3を通してリン(P+)が注入されるので、P+型半導体層8の表面にはN型半導体層13が形成される。
By this ion implantation, the P-type surfaces of the N + -
次に、図5に示すように、ホトレジスト12を除去した後に、コンタクトホールCH1〜CH6の中を含めて、層間絶縁膜11上にアルミニウム等の金属をスパッタリングして金属層を形成する。この金属層をコンタクトホールCH1〜CH6に残すように選択的にエッチングすることで、Pチャネル型MOSトランジスタのP+型ソース層7Sに電気的に接続されたソース電極14S、P+型ドレイン層7Dに電気的に接続されたドレイン電極14D、N型半導体層13に電気的に接続された第1の抵抗電極15、N+型半導体層10に電気的に接続された第2の抵抗電極16、Nチャネル型MOSトランジスタのN+型ソース層9Sに電気的に接続されたソース電極17S、N+型ドレイン層9Dに電気的に接続されたドレイン電極17Dが形成される。
Next, as shown in FIG. 5, after removing the
このように、P型半導体基板1上に、Pチャネル型MOSトランジスタ、Nチャネル型MOSトランジスタ及び、抵抗素子(抵抗形成領域40における、第1の抵抗電極15と第2の抵抗電極16との間に形成される抵抗素子)が形成される。
As described above, on the P-
次に、前記抵抗素子の特性の測定結果について図6を参照して説明する。図6(A)は抵抗素子の電流特性を示す図であり、横軸は第1の抵抗電極15と第2の抵抗電極16との間に印加される電圧VDを示す。第2の抵抗電極16を基準として、第1の抵抗電極15が高電位の場合はプラスの電圧、第1の抵抗電極15が低電位の場合はマイナスの電圧とする。また、縦軸は、抵抗素子に流れる電流IDを示す。
Next, the measurement result of the characteristic of the resistance element will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram illustrating current characteristics of the resistance element, and the horizontal axis indicates the voltage VD applied between the
この測定図から明らかなように、抵抗素子の電流特性は抵抗素子にプラスの電圧が印加された場合にはPN接合の順方向特性に近似した曲線となる。これは、P+型半導体層8と第2のNウエル3によって形成されるPN接合特性が寄与しているものと考えられる。一方、抵抗素子にマイナスの電圧が印加された場合の抵抗素子の電流特性は、通常のPN接合とは異なり、印加電圧にほぼ比例した電流IDが得られる。したがって、この抵抗素子はマイナスの電圧が印加されたときに抵抗特性を示す。この時の電流は、第2のNウエル3からP+型半導体層8を通してN型半導体層13に流れる一種のリーク電流であると考えられる。
As is apparent from this measurement diagram, the current characteristic of the resistance element is a curve that approximates the forward characteristic of the PN junction when a positive voltage is applied to the resistance element. This is considered to be due to the contribution of the PN junction characteristic formed by the P +
図6(B)は上記抵抗素子に流れる電流(リーク電流)の温度依存性を示す図である。抵抗素子に印加される電圧は−5Vである。電流値は室温(約25℃)において−0.02Aであり、温度が上昇してもその変化は非常に小さいことがわかる。120℃における電流値は、−0.019Aである。抵抗値Rに換算すると、室温(約25℃)においてR=250Ω、120℃においてR=263Ωであり、室温(約25℃)〜120℃の電流変化は約5%に過ぎない。 FIG. 6B is a diagram showing the temperature dependence of the current (leakage current) flowing through the resistance element. The voltage applied to the resistance element is −5V. The current value is −0.02 A at room temperature (about 25 ° C.), and it can be seen that the change is very small even when the temperature rises. The current value at 120 ° C. is −0.019 A. When converted into a resistance value R, R = 250Ω at room temperature (about 25 ° C.) and R = 263Ω at 120 ° C., and the current change from room temperature (about 25 ° C.) to 120 ° C. is only about 5%.
対比のために、図7にPN接合特性の測定結果を示す。これは、P+型半導体層8の表面にN型半導体層13が無い場合の測定結果である。図7(A)の電流特性は通常のPN接合特性を示している。すなわち、PN接合が順方向にバイアスされた場合はしきい値で電流IDが急峻に立ち上がり、逆方向にバイアスされた場合には微少なリーク電流が流れるだけである。また、図7(B)はマイナスの電圧を印加した場合の電流(リーク電流)の温度依存性を示す。これから電流の温度変化は非常に大きいことが分かる。
For comparison, FIG. 7 shows the measurement results of the PN junction characteristics. This is a measurement result when there is no N-
以上のように、P+型半導体層8の表面にN型半導体層13を形成することにより、温度依存性の非常に小さい抵抗素子が得られる。また、この抵抗素子は上述のようなCMOSプロセスを利用して追加工程無しに形成することができる。また、この抵抗素子はP+型半導体層8のコンタクト形成領域を利用して形成しているのでパターン面積も小さくて済むという利点も有している。
As described above, by forming the N-
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなくその要旨を逸脱しない範囲で変更が可能であることは言うまでもない。例えば、P+型半導体層8の表面のN型半導体層13は層間絶縁膜11に形成したコンタクトホールCH3を通してイオン注入を行うことにより形成しているが、層間絶縁膜11の形成前に、専用のイオン注入を行うことによっても形成することができる。また、上記実施形態におけるイオン注入条件は例示であって、抵抗値、その温度依存性を適正に設定するために変更することができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be changed without departing from the scope of the invention. For example, the N-
さらに、上記実施形態においては一層配線構造の例を示したが、本発明は多層配線構造にも適用することができる。例えば、層間絶縁膜11上に、第1の抵抗電極15、第2の抵抗電極16を覆って他の層間絶縁膜を形成し、この他の層間絶縁膜に第1の抵抗電極15、第2の抵抗電極16に対応したビアホールをそれぞれ形成して、それらのビアホールを通して、第1の抵抗電極15、第2の抵抗電極16と電気的に接続された上層電極又は上層配線を形成することができる。これらの上層電極又は上層配線は、それぞれ抵抗素子のN型半導体層13、N+型半導体層10(第2のウエルN3)に電気的に接続されることになる。
Furthermore, although an example of a single-layer wiring structure has been described in the above embodiment, the present invention can also be applied to a multilayer wiring structure. For example, another interlayer insulating film is formed on the
1 P型半導体基板 2 第1のNウエル 3 第2のNウエル
4 素子分離膜 5 ゲート絶縁膜 6A,6B ゲート電極
7S P+型ソース層 7D P+型ドレイン層 8 P+型半導体層
9S N+型ソース層 9D N+型ドレイン層 10 N+型半導体層
11 層間絶縁膜 12 ホトレジスト 13 N型半導体層
14S ソース電極 14D ドレイン電極 15 第1の抵抗電極
16 第2の抵抗電極 17S ソース電極 17D ドレイン電極
CH1〜CH6 コンタクトホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 P
16
Claims (2)
前記ウエルの表面に第2導電型不純物をイオン注入することにより、第2導電型の第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層を覆って絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層上の前記絶縁膜をエッチングして前記第1の半導体層を部分的に露出するコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールを通して第1導電型不純物をイオン注入することにより、前記第1の半導体層の表面に第1導電型の第2の半導体層を形成する工程と、
前記コンタクトホールを通して前記第2の半導体層に電気的に接続する電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductivity type well on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a second conductive type first semiconductor layer by ion-implanting a second conductive type impurity into the surface of the well;
Forming an insulating film covering the first semiconductor layer;
Etching the insulating film on the first semiconductor layer to form a contact hole that partially exposes the first semiconductor layer;
Forming a second semiconductor layer of the first conductivity type on the surface of the first semiconductor layer by ion-implanting a first conductivity type impurity through the contact hole;
And a step of forming an electrode electrically connected to the second semiconductor layer through the contact hole.
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EP2317541A3 (en) * | 2009-10-22 | 2014-05-07 | Sanyo Electric Co., Ltd. | A method of manufacturing semiconductor device |
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- 2007-04-04 JP JP2007097922A patent/JP2008258337A/en active Pending
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