JP2008300642A - Manufacturing method for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、抵抗体素子の特性改質に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to characteristic modification of a resistor element.
例えば、アナログ回路機能を有する半導体装置では、温度変化に対して抵抗値の変動が少ない高性能の抵抗素子が必要とされる。従来、このような抵抗素子は半導体素子とは別チップで構成し、別々に形成した抵抗素子と半導体素子とを一つの配線板に混載して半導体装置を構成していた。しかしながら、近年では、半導体装置の微細・小型化に伴い、抵抗素子と半導体素子とを同一の配線板上ではなく、同一のチップ上に形成する方法が主流となりつつある。 For example, in a semiconductor device having an analog circuit function, a high-performance resistance element with a small resistance value variation with respect to a temperature change is required. Conventionally, such a resistance element is constituted by a chip separate from the semiconductor element, and the resistance element and the semiconductor element formed separately are mounted on one wiring board to constitute a semiconductor device. However, in recent years, with the miniaturization and miniaturization of semiconductor devices, a method of forming a resistance element and a semiconductor element on the same chip instead of the same wiring board is becoming mainstream.
図6は、従来例に係る半導体装置200の構成例を示す断面図である。この半導体装置200はアナログ回路機能を有するものであり、図6に示すように、MOSトランジスタ110と、薄膜抵抗素子130とを同一のシリコン基板101上に有する。また、図7は、この半導体装置200の製造方法を示すフローチャートである。以下、図6及び図7を参照しながら、従来例に係る半導体装置200の製造方法を説明する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
図7のステップd1では、シリコン基板101に素子分離層103を形成した後で、シリコン基板101上にゲート酸化膜111を形成する。次に、図7のステップd2では、ゲート酸化膜111上に例えばポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極113を形成する。図7のステップd3では、ゲート電極113の側壁に絶縁膜からなるサイドウォール115を形成する。また、このサイドウォール115の形成工程と前後して、ゲート電極113をマスクに不純物をイオン注入してソース116及びドレイン117を形成する。その後、図7のステップd4では、ソース116及びドレイン117を含むシリコン基板101全体にアニール処理を施してトランジスタの特性出しを行う。
In step d <b> 1 of FIG. 7, after forming the
次に、図7のステップd5では、抵抗体材料を成膜し、これをフォトリソグラフィ及びドライエッチング技術によりパターニングして、薄膜抵抗素子130を形成する。そして、図7のステップd6では、薄膜抵抗素子130が形成されたシリコン基板101をファーネス(炉)内、又は、ホットプレート上に配置し、シリコン基板101全体にアニール処理を施して、薄膜抵抗素子130の特性を改質する。ここで、特性改質とは、抵抗値の温度依存性を少なくすること、即ち、低抵抗温度係数化のことである。特性改質により、薄膜抵抗素子130を高性能化することができる。
Next, in step d5 of FIG. 7, a resistor material is formed, and this is patterned by photolithography and dry etching techniques to form the thin
次に、図7のステップd7では、例えばMOSトランジスタ110のゲート電極113上と、ソース116及びドレイン117上にそれぞれ配線材料膜からなるコンタクト121を形成する。次に、図7のステップd8では第一配線層123を、ステップd9では第二配線層125を形成し、ステップd10では最上層電極127を形成する。最上層電極127を形成した後、層間絶縁膜141の上方全面にパッシベーション膜151を形成する。そして、図7のステップd11では、パッシベーション膜151を形成した後のシリコン基板101全体にアニール処理を施して、例えば、ゲート電極113と、ソース116及びドレイン117(又は、これらを覆うバリアメタル)と配線との合金化や、薄膜抵抗素子130(又は、これを覆うバリアメタル)と配線との合金化を促す。ここで、配線とは、コンタクト121、第一配線層123、第二配線層125、最上層電極127のことである。
これにより、上記配線の信頼性を高めることができる。その後、ステップd12では、ダイシング前のシリコン基板101をプローバにセットして、薄膜抵抗素子130の特性を検査する。
Thereby, the reliability of the said wiring can be improved. Thereafter, in step d12, the
ところで、従来の技術では、薄膜抵抗素子の特性改質をファーネス又はホットプレートを用いたバッチ式のアニール処理で実施していた。このようなバッチ式のアニール処理では、ウエーハ間やウエーハ面内の各位置で温度にバラつきがあり、これが原因で薄膜抵抗素子の特性にバラつきが生じていた。
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、抵抗体素子の特性のバラつきを低減できるようにした半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
By the way, in the prior art, the characteristic modification of the thin film resistance element is performed by a batch type annealing process using a furnace or a hot plate. In such a batch-type annealing treatment, the temperature varies between wafers and at each position in the wafer surface, which causes variations in the characteristics of the thin film resistance element.
Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can reduce variations in characteristics of resistor elements.
〔発明1、2〕 上記課題を解決するために、発明1の半導体装置の製造方法は、半導体素子と抵抗体素子とを同一の基板上に備える半導体装置の製造方法であって、前記抵抗体素子にレーザー光を照射してその特性を改質する工程、を含むことを特徴とするものである。ここで、抵抗体素子の「特性」とは、例えば抵抗値の温度依存性のことであり、抵抗温度係数で示される特性である。抵抗体素子は温度変化に対してその抵抗値が変動するが、抵抗体素子に熱処理を施してその特性を改質することによって、抵抗値の温度依存性を少なくすることができる。 [Invention 1 and 2] In order to solve the above-mentioned problems, a manufacturing method of a semiconductor device of Invention 1 is a manufacturing method of a semiconductor device comprising a semiconductor element and a resistor element on the same substrate, wherein the resistor And a step of modifying the characteristics of the device by irradiating the device with laser light. Here, the “characteristic” of the resistor element is, for example, the temperature dependence of the resistance value, and is a characteristic indicated by a resistance temperature coefficient. Although the resistance value of the resistor element varies with temperature change, the temperature dependence of the resistance value can be reduced by subjecting the resistor element to heat treatment to improve its characteristics.
発明2の半導体装置の製造方法は、前記基板に半導体素子を形成する工程と、前記半導体素子を覆うように前記基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1層間絶縁膜上に直接、又は1層もしくは2層以上の層間絶縁膜を介して第2層間絶縁膜を形成する工程と、前記第2層間絶縁膜上に抵抗体素子を形成する工程と、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程と、を含み、前記第2層間絶縁膜は最上に位置する層間絶縁膜であることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: forming a semiconductor element on the substrate; forming a first interlayer insulating film on the substrate so as to cover the semiconductor element; and on the first interlayer insulating film. A step of forming a second interlayer insulating film directly or via one or more interlayer insulating films, a step of forming a resistor element on the second interlayer insulating film, Irradiating a laser beam, wherein the second interlayer insulating film is an uppermost interlayer insulating film.
発明1、2の半導体装置の製造方法によれば、基板(例えば、ウエーハ)内に形成された個々の抵抗素子にそれぞれレーザー光を照射することによりその特性の改質を行っている。従って、ファーネス又はホットプレートを用いたバッチ式のアニール処理と比べて、ロット内のウエーハ間や、ウエーハ面内の各位置におけるアニール温度のバラつきを低減することができる。これにより、抵抗体素子の改質後の特性バラつきを低減することができ、改質処理による特性の精度劣化を抑制することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the first and second aspects, the characteristics are modified by irradiating each resistive element formed in a substrate (for example, a wafer) with a laser beam. Therefore, as compared with batch-type annealing using a furnace or a hot plate, it is possible to reduce the variation in annealing temperature between wafers in a lot or at each position in the wafer surface. Thereby, the characteristic variation after the modification | reformation of a resistor element can be reduced, and the precision deterioration of the characteristic by a modification process can be suppressed.
また、このような方法によれば、ファーネス又はホットプレートを用いたバッチ式のアニール処理とは異なり、基板全体を加熱するのではなく、基板内に形成された抵抗体素子のみを所望の温度まで加熱することができる。従って、半導体素子等に含まれる不純物の拡散等を考慮することなく、抵抗体素子の都合のみでレーザーアニールの処理温度を高温度に設定することができる。その結果、半導体素子の特性及び信頼性を損なうことなく、抵抗体素子を高温度で改質することができる。 Also, according to such a method, unlike batch annealing using a furnace or a hot plate, the entire substrate is not heated, but only the resistor elements formed in the substrate are heated to a desired temperature. Can be heated. Therefore, the processing temperature of laser annealing can be set to a high temperature only by the convenience of the resistor element without considering the diffusion of impurities contained in the semiconductor element or the like. As a result, the resistor element can be modified at a high temperature without impairing the characteristics and reliability of the semiconductor element.
従来技術においては半導体素子の特性及び信頼性への影響を考慮して特性改質の熱処理温度を低温度に制限せざるを得なかったが、本発明によれば、抵抗体素子のみが高温度となるように選択的に加熱することができるので、特性改質の熱処理温度を低温度に制限する必要はない。高温度の改質処理が可能であり、また、改質処理に高温度を要する薄膜材料を抵抗体素子として使用することも可能である。
また、発明2の半導体装置の製造方法によれば、少なくとも第2層間絶縁膜を形成する際の熱ストレスを抵抗体素子に与えずに済む。
In the prior art, the heat treatment temperature for characteristic modification must be limited to a low temperature in consideration of the influence on the characteristics and reliability of the semiconductor element, but according to the present invention, only the resistor element has a high temperature. Therefore, it is not necessary to limit the heat treatment temperature for property modification to a low temperature. A high-temperature reforming process is possible, and a thin film material requiring a high temperature for the reforming process can be used as the resistor element.
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the second aspect, it is not necessary to apply a thermal stress to the resistor element when forming at least the second interlayer insulating film.
〔発明3〕 発明3の半導体装置の製造方法によれば、発明2の半導体装置の製造方法において、前記基板の上方に配線を形成する工程と、前記抵抗体素子を形成する工程の前に、前記配線の信頼性を高めるための熱処理を前記基板に施す工程と、をさらに含むことを特徴とするものである。このような方法によれば、層間絶縁膜を形成する際の熱ストレスだけでなく、配線の信頼性を高める際の熱ストレスを抵抗体素子に与えずに済む。従って、抵抗体素子に余計な熱ストレスを与えないようにすることができ、特性改質以外の熱ストレスが原因で抵抗体素子の特性が変動してしまうことを防止することができる。
[Invention 3] According to the method for manufacturing a semiconductor device of
〔発明4〕 発明4の半導体装置の製造方法は、発明2又は発明3の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子を覆うように前記第2層間絶縁膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜をエッチングすることにより、前記抵抗体素子の表面を露出させた開口部を形成する工程と、をさらに含み、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程は、前記開口部を通して前記抵抗体素子の表面にレーザー光を照射する工程であることを特徴とするものである。このような方法によれば、抵抗体素子の表面にレーザー光を直接照射することができるので、パッシベーション膜を透過することによるレーザーパワーの減衰を抑制することができる。従って、抵抗体素子を効率良く改質することができる。
[Invention 4] A method of manufacturing a semiconductor device of Invention 4 is the method of manufacturing a semiconductor device of
〔発明5〕 発明5の半導体装置の製造方法は、発明2又は発明3の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子を覆うように前記第2層間絶縁膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜をエッチングすることにより、前記抵抗体素子の表面上に前記パッシベーション膜の一部を残した開口部を形成する工程と、をさらに含み、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程では、前記抵抗体素子の表面上に残された前記パッシベーション膜を通して当該抵抗体素子の表面にレーザー光を照射することを特徴とするものである。このような方法によれば、抵抗体素子の信頼性劣化を防止すると同時に、パッシベーション膜を透過することによるレーザーパワーの減衰も抑制することができる。従って、抵抗体素子を効率良く改質することができる。
[Invention 5] A method of manufacturing a semiconductor device of Invention 5 includes a step of forming a passivation film on the second interlayer insulating film so as to cover the resistor element in the method of manufacturing a semiconductor device of Invention 2 or
〔発明6〕 発明6の半導体装置の製造方法は、発明4又は発明5の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子が形成された前記基板にファーネス又はホットプレートを用いた熱処理を施す工程をさらに含み、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程では、前記ファーネス又はホットプレートを用いた前記熱処理が施された後の前記基板に前記レーザー光を照射することを特徴とするものである。 [Invention 6] The method of manufacturing a semiconductor device of Invention 6 is the method of manufacturing a semiconductor device of Invention 4 or 5, wherein the substrate on which the resistor element is formed is subjected to a heat treatment using a furnace or a hot plate. Further, in the step of irradiating the resistor element with the laser beam, the laser beam is irradiated onto the substrate after the heat treatment using the furnace or the hot plate is performed.
このような方法によれば、ファーネス又はホットプレートを用いたバッチ処理の利点(即ち、同一基板に形成された複数のチップを一度に処理することができ、効率が良い点)と、レーザーアニールによる枚葉処理の利点(即ち、ウエーハ間やウエーハ面内の各位置においてアニール温度のバラつきが少ない点)の両方を生かすことができる。従って、抵抗体素子の特性を比較的均一に、しかも高効率に改質することができる。 According to such a method, an advantage of batch processing using a furnace or a hot plate (that is, a plurality of chips formed on the same substrate can be processed at a time and efficiency is high), and laser annealing is used. Both advantages of the single wafer processing (that is, the point where there is little variation in the annealing temperature between wafers and at each position in the wafer surface) can be utilized. Therefore, the characteristics of the resistor element can be modified relatively uniformly and with high efficiency.
〔発明7〕 発明7の半導体装置の製造方法は、発明1から発明6の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程の前に、前記抵抗体素子を平面視で囲むガードリングを前記基板上に形成する工程をさらに含むことを特徴とするものである。このような方法によれば、レーザー光の散乱成分(即ち、散乱光)から半導体素子や配線等を保護することができるので、散乱光による影響(例えば、半導体素子や配線において、意図しない特性変動や信頼性の低下など)を低減することができる。 [Invention 7] The manufacturing method of a semiconductor device of Invention 7 is the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of Inventions 1 to 6, wherein the resistor element is irradiated before the step of irradiating the resistor element with laser light. The method further includes a step of forming on the substrate a guard ring that surrounds the substrate in plan view. According to such a method, it is possible to protect the semiconductor element and the wiring from the scattered component (that is, the scattered light) of the laser light, so that the influence of the scattered light (for example, unintended characteristic fluctuation in the semiconductor element or the wiring) And a decrease in reliability).
〔発明8〜10〕 発明8の半導体装置の製造方法は、発明1から発明7の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程の後で、前記抵抗体素子の特性を検査する工程をさらに含むことを特徴とするものである。
発明9の半導体装置の製造方法は、発明8の半導体装置の製造方法において、前記検査の結果に基づいて、前記抵抗体素子にレーザー光を追加照射してその特性をさらに改質する工程、をさらに含むことを特徴とするものである。
[Invention 8 to 10] A method for manufacturing a semiconductor device according to Invention 8 is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Inventions 1 to 7, wherein after the step of irradiating the resistor element with laser light, the resistor The method further includes the step of inspecting the characteristics of the body element.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect of the present invention, further comprising: further irradiating the resistor element with laser light based on the result of the inspection to further improve the characteristics thereof Furthermore, it is characterized by including.
発明10の半導体装置の製造方法は、発明1から発明7の何れか一の半導体装置の製造方法において、前記抵抗体素子の特性を検査する工程(A)と、前記検査結果に基づいて、レーザー光の追加照射の要否を判断する工程(B)と、前記判断が要の場合は、前記抵抗体素子にレーザー光を追加で照射し、前記判断が否の場合は、当該処理を終了する工程(C)と、を含み、前記判断が否になるまで、前記工程(A)から(C)を順に、繰り返し行うことを特徴とするものである。
このような方法によれば、改質後に所望の特性が得られなかった抵抗体素子をレーザーアニールの追加処理でさらに改質することができる。従って、検査工程で規格外とされる半導体装置(ICチップ)の救済が可能であり、半導体装置の歩留まり向上に寄与することができる。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a tenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects of the present invention, wherein a step (A) of inspecting the characteristics of the resistor element and A step (B) for determining whether or not additional light irradiation is necessary. If the determination is necessary, the resistor element is additionally irradiated with a laser beam. If the determination is negative, the process ends. Steps (C) are included, and Steps (A) to (C) are repeated in order until the determination is negative.
According to such a method, it is possible to further modify the resistor element, in which desired characteristics cannot be obtained after the modification, by an additional process of laser annealing. Therefore, the semiconductor device (IC chip) that is out of the standard in the inspection process can be relieved, which can contribute to the improvement of the yield of the semiconductor device.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
(1)第一実施形態
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置100の構成例を示す断面図である。この半導体装置100は例えばアナログ回路機能を有するものであり、MOSトランジスタ10と薄膜抵抗素子30とを同一のシリコン基板1上に有する。具体的には、図1に示すように、この半導体装置100は、シリコン基板1上に形成された複数個のMOSトランジスタ10と、シリコン基板1に設けられてMOSトランジスタ10間を分離する素子分離層3と、MOSトランジスタ10及び素子分離層3を覆うようにシリコン基板1上に設けられた層間絶縁膜40と、コンタクト21、第一配線層23、第二配線層25、最上層電極及び薄膜抵抗素子30と、薄膜抵抗素子30を覆うように層間絶縁膜40上に設けられたパッシベーション膜51とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) First Embodiment FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a
これらの中で、層間絶縁膜40は、例えば下から順に積層された第一絶縁層41、第二絶縁層42及び第三絶縁層43から構成されている。コンタクト21はシリコン基板1上に形成され、第一配線層23は第一絶縁層41上に形成され、第二配線層25は第二絶縁層42上に形成されている。最上層電27と薄膜抵抗素子30はそれぞれ第三絶縁層43上に形成されている。また、薄膜抵抗素子30は、例えば、タングステンシリサイド(WSi)、ニッケルクロム(NiCr)、窒化タンタル(TaN)、クロムシリサイド(CrSi2)、又は、クロムシリコンオキシ(CrSiO)等のうちの何れか一種類の膜からなる。
Among these, the
次に、この半導体装置100の製造方法について説明する。
図2は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置100の製造方法を示すフローチャートである。図2のステップa1では、シリコン基板1に素子分離層3を形成した後で、シリコン基板1上にゲート酸化膜11を形成する。次に、図2のステップa2では、ゲート酸化膜11上に例えばポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をパターニングしてゲート電極13を形成する。そして、図2のステップa3では、ゲート電極13の側壁に絶縁膜からなるサイドウォール15を形成する。また、このサイドウォール15の形成工程と前後して、ゲート電極13をマスクに不純物をイオン注入してソース16及びドレイン17を形成する。次に、図2のステップa4では、ソース16及びドレイン17を含むシリコン基板1全体にアニール処理を施してMOSトランジスタ10の特性出しを行う。以上のステップa1〜a4が、トランジスタ形成プロセスである。
Next, a method for manufacturing the
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the
次に、図2のステップa5ではコンタクト21を形成する。具体的には、まず始めに、MOSトランジスタ10を覆うようにシリコン基板1上に第一絶縁層41を形成する。この第一絶縁層41は例えばシリコン酸化(SiO2)膜であり、その形成は例えばCVD法で行う。次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、第一絶縁層41を選択的にエッチングして、コンタクトホールを形成する。ここでは、ソース16上、ドレイン17上及びゲート電極13上にそれぞれコンタクトホールを形成する。そして、第一絶縁層41上に導電膜を形成してコンタクトホールを導電膜で埋め込む。導電膜とは、例えばアルミニウム(Al)又は銅(Cu)を少量含むAl合金、若しくは、タングステン(W)等である。その後、CMP又は、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術を用いた選択的エッチングにより、導電膜をパターニングする。このようにして、導電膜からなるコンタクト21を形成する。
Next, in step a5 of FIG. 2, the
次に、図2のステップa6では第一配線層23を形成する。具体的には、第一絶縁層41上に導電膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、この導電膜をパターニングして第一配線層23のうちの水平方向に延びる水平パターン23aを形成する。そして、この第一配線層23を覆うように第一絶縁層41上に第二絶縁層42を形成する。この第二絶縁層42は例えばシリコン酸化(SiO2)膜であり、その形成は例えばCVD法で行う。次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術により、第二絶縁層42を選択的にエッチングして、ビアホールを形成する。ここでは、第一配線層23の水平パターン23a上にビアホールを形成する。
Next, in step a6 in FIG. 2, the
次に、第二絶縁層42上に導電膜を形成してコンタクトホールを導電膜で埋め込む。そして、CMP又は、フォトリソグラフィ及びドライエッチング技術を用いた選択的エッチングにより、導電膜をパターニングする。このようにして、第一配線層23のうちの垂直方向に延びる垂直パターン23bを形成する。水平パターン23a及び垂直パターン23bにより、第一配線層23が構成される。
Next, a conductive film is formed on the second insulating
次に、図2のステップa7では第二配線層25を形成する。その具体的な形成方法は例えば第一配線層23の形成方法と同じである。即ち、例えばアルミニウム(Al)等からなる導電膜を第二絶縁層42上に形成し、この導電膜をパターニングして第二配線層25のうちの水平方向に延びる水平パターン25aを形成する。次に、この第二配線層25を覆うように第二絶縁層42上に例えばSiO2膜等からなる第三絶縁層43を形成する。そして、この第三絶縁層43を選択的にエッチングして、ビアホールを形成する。ここでは、第二配線層25の水平パターン25a上にビアホールを形成する。次に、第三絶縁層43上に導電膜を形成してコンタクトホールを導電膜で埋め込む。そして、この導電膜をパターニングして、第二配線層25のうちの垂直方向に延びる垂直パターン25bを形成する。水平パターン25a及び垂直パターン25bにより、第二配線層25が構成される。以上のステップa5〜a7が、配線形成プロセスの前半である。
Next, in step a7 of FIG. 2, the
次に、図2のステップa8では、第二配線層25のうちの垂直パターン25bが形成された部分を覆うように第三絶縁層43上に抵抗体材料を成膜する。抵抗体材料は例えば、タングステンシリサイド(WSi)、ニッケルクロム(NiCr)、窒化タンタル(TaN)、クロムシリサイド(CrSi2)、又は、クロムシリコンオキシ(CrSiO)等のうちの何れか一種類の膜である。そして、この抵抗体材料をフォトリソグラフィ及びドライエッチング技術によりパターニングして、薄膜抵抗素子30を形成する。このステップa8が抵抗素子形成プロセスの前半である。
Next, in step a8 of FIG. 2, a resistor material is deposited on the third insulating
次に、図2のステップa9では、例えばアルミニウム(Al)又は銅(Cu)を少量含むAl合金、若しくは、タングステン(W)等からなる導電膜を第二絶縁層42上に形成し、この導電膜をパターニングして最上層電極27を形成する。最上層電極27を形成した後、層間絶縁膜40の上方全面にパシベーション膜を形成する。そして、図2のステップa10では、パッシベーション膜51を形成した後のシリコン基板1全体にアニール処理を施して、例えば、ソース16、ドレイン17(又は、これらを覆うバリアメタル)と配線材料との合金化や、薄膜抵抗素子30(又は、これを覆うバリアメタル)と配線材料との合金化を促す。これにより、コンタクト21、第一配線層23、第二配線層25及び最上層電極27等の配線全体の信頼性を高めることができる。以上のステップa9、a10が配線形成プロセスの後半である。
Next, in step a9 of FIG. 2, a conductive film made of, for example, an Al alloy containing a small amount of aluminum (Al) or copper (Cu), tungsten (W), or the like is formed on the second insulating
次に、ステップa11では、薄膜抵抗素子30にレーザーアニール処理を施して、その特性を改質する。上述したように、特性改質とは、抵抗値の温度依存性を少なくすること、即ち、低抵抗温度係数化のことである。特性改質により、薄膜抵抗素子30を高性能化することができる。このステップa11では、薄膜抵抗素子30の抵抗温度係数が例えば10ppm/K以下となるように、レーザーアニールの処理条件を調整する。このステップa11が抵抗素子形成プロセスの後半である。その後、ステップa12では、ダイシング前のシリコン基板1をプローバにセットして、薄膜抵抗素子30の特性を検査する。ここでは、改質後の抵抗体素子の特性が狙い値(例えば、抵抗温度係数が10ppm/K以下)に到達したか否かを検査する。
Next, in step a11, the thin
このように、本発明の第一実施形態によれば、シリコン基板(即ち、ウエーハ)1内に形成された個々の薄膜抵抗素子30にそれぞれレーザー光を照射することでその特性改質を行っている。従って、ファーネス又はホットプレートを用いたバッチ式のアニール処理と比べて、ロット内のウエーハ1間や、ウエーハ1面内の各位置におけるアニール温度のバラつきを低減することができる。これにより、薄膜抵抗素子30の改質後の特性バラつきを低減することができ、改質処理による特性の精度劣化を抑制することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the respective thin
また、このような方法によれば、ウエーハ1全体を加熱するのではなく、ウエーハ1内に形成された薄膜抵抗素子30のみを所望の温度まで加熱することができる。従って、例えばシリコン基板1に形成されたウェル層(図示せず)や、MOSトランジスタ10のチャネル領域における不純物濃度、及びそれらの熱拡散等を考慮することなく、レーザーアニールの処理温度を高温度に設定することができる。これにより、MOSトランジスタ10の特性及び信頼性を損なうことなく、薄膜抵抗素子30を高温度で改質することができる。
Further, according to such a method, not the entire wafer 1 is heated, but only the thin
ここで、例えば、薄膜抵抗素子がタングステンシリサイド(WSi)からなる場合、WSiの特性改質、即ち、低抵抗温度係数化(例えば、10ppm/K以下)のためには800℃の熱処理が必要である。このような高温度の熱処理を従来技術のようにファーネス又はホットプレートを用いて行った場合には、薄膜抵抗素子だけでなく、シリコン基板や、このシリコン基板上に混載されているMOSトランジスタの温度も約800℃になるので、MOSトランジスタの特性等に何らかの影響が出る懸念があった。このため、従来技術では、特性改質の熱処理温度を800℃よりもかなり低い値(例えば、400℃以下)に制限されており、また、薄膜抵抗素子としてのWSiの使用も制限されていた。 Here, for example, when the thin film resistance element is made of tungsten silicide (WSi), a heat treatment at 800 ° C. is required for the characteristic modification of WSi, that is, the reduction in temperature coefficient of resistance (for example, 10 ppm / K or less). is there. When such high-temperature heat treatment is performed using a furnace or a hot plate as in the prior art, not only the temperature of the thin-film resistance element but also the temperature of the silicon transistor and the MOS transistor mounted on the silicon substrate. Since the temperature is about 800 ° C., there is a concern that the characteristics of the MOS transistor may be affected. For this reason, in the prior art, the heat treatment temperature for property modification is limited to a value considerably lower than 800 ° C. (for example, 400 ° C. or less), and the use of WSi as a thin film resistance element is also limited.
これに対して、本発明によれば、レーザーアニール処理により薄膜抵抗素子30のみが高温度となるように選択的に加熱することができるので、MOSトランジスタ10の特性等に影響を与えることなく、薄膜抵抗素子30を800℃で改質処理することができる。従って、薄膜抵抗素子30としてWSiを制限なく使用することができる。
さらに、本発明の第一実施形態によれば、配線の信頼性を高めるためのアニール処理(ステップa10)を行った後で、薄膜抵抗素子30を形成している。従って、層間絶縁膜40を形成する際の熱ストレスや、配線の信頼性を高める際の熱ストレスを抵抗素子に与えずに済む。これにより、薄膜抵抗素子30に余計な熱ストレスを与えないようにすることができ、特性改質以外の熱ストレスが原因で薄膜抵抗素子30の特性が変動してしまうことを防止することができる。
On the other hand, according to the present invention, only the thin
Furthermore, according to the first embodiment of the present invention, the thin
(2)第二実施形態
上記の第一実施形態では、最上層電27を形成した後で薄膜抵抗素子30にレーザーアニール処理を1回施すことにより、その特性を改質する場合について説明した。しかしながら、本発明の特性改質はこの方法に限定されるものではない。例えば、特性改質のためのレーザーアニール処理を最上層電27の形成工程を挟んで複数回行っても良い。或いは、最上層電27を形成する前にファーネス又はホットプレートを用いたバッチ式のアニール処理をシリコン基板1全体に施してその特性を途中(即ち、ある程度のレベル)まで改質しておき、最上層電27の形成後にレーザーアニール処理を薄膜抵抗素子30に施してその特性を完全に改質するようにしても良い。この第二実施形態では、このような方法について説明する。
(2) Second Embodiment In the first embodiment described above, the case where the characteristics of the thin
図3は、本発明の第二実施形態に係る半導体装置100の製造方法を示すフローチャートである。図3において、図2に示したフローチャートと同一処理を行うステップには同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図3において、そのステップa1〜a8までは第一実施形態で説明したとおりである。この第二実施形態では、図3のステップa8で薄膜抵抗素子30を形成した後、図3のステップb1に進む。ステップb1では、薄膜抵抗素子30が形成されたシリコン基板1をファーネス(炉)内、又は、ホットプレート上に配置し、シリコン基板1全体にアニール処理を施して、薄膜抵抗素子30の特性を改質する。ここでは、薄膜抵抗素子30の特性を完全に改質するのではなく、特性改質がある程度のレベルで止まるようにアニール処理を行う。即ち、薄膜抵抗素子30の特性を狙い値(例えば、抵抗温度係数が10ppm/K以下)ではなく、その途中まで改質するように処理を行う。
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the
In FIG. 3, steps a1 to a8 are as described in the first embodiment. In the second embodiment, after the
ステップb1を終了した後は、ステップa9へ進む。ステップa9では最上層電27を形成する。次に、ステップa10では、シリコン基板1全体にアニール処理を施して、コンタクト21、第一配線層23、第二配線層25及び最上層電27等の配線全体の信頼性を高める。ステップa10を終了したあとは、ステップb2へ進む。
ステップb2では、薄膜抵抗素子30にレーザー光を照射してその特性を完全に改質する。即ち、このステップb2では、薄膜抵抗素子30の特性が特性改質の狙い値(例えば、抵抗温度係数が10ppm/K以下)に到達するように、薄膜抵抗素子30にレーザーアニール処理を施す。ここでは、ファーネス又はホットプレートを用いたアニール処理(ステップb1)により、薄膜抵抗素子30の特性改質がある程度済んでいる。従って、図2に示したステップa11と比べて、レーザーアニールの所要時間を短縮することができ、或いは、レーザー光の出力(レーザーパワー)を下げることができる。このようにして、ステップb2を行った後は、ステップa12へ進む。ステップa12では、ダイシング前のシリコン基板1をプローバにセットして、薄膜抵抗素子30の特性を検査する。
After step b1 is completed, the process proceeds to step a9. In step a9, the
In step b2, the
このように、本発明の第二実施形態によれば、ファーネス又はホットプレートを用いたバッチ処理の利点(即ち、同一基板に形成された複数のチップを一度に処理することができ、効率が良い点)と、レーザーアニールによる枚葉処理の利点(即ち、ウエーハ1間やウエーハ1面内の各位置においてアニール温度のバラつきが少ない点)の両方を生かすことができる。従って、薄膜抵抗素子30の特性を比較的均一に、しかも高効率に改質することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the advantages of batch processing using a furnace or a hot plate (that is, a plurality of chips formed on the same substrate can be processed at a time, and the efficiency is high. Point) and the advantage of the single wafer processing by laser annealing (that is, the point where there is little variation in the annealing temperature between the wafers 1 and in each position in the wafer 1 surface) can be utilized. Therefore, the characteristics of the thin
(3)第三実施形態
上記の第一、第二実施形態では、レーザーアニール処理後に薄膜抵抗素子30の特性をウエーハレベルで検査する場合について説明したが、本発明では、この検査結果に基づいてレーザーアニール処理を再度行うようにしても良い。即ち、特性改質が足りない場合には、その特性改質が足りるようにレーザーアニール処理をチップ毎、又は薄膜抵抗素子30毎に追加で行っても良い。この第三実施形態では、このような方法ついて説明する。
(3) Third Embodiment In the first and second embodiments described above, the case where the characteristics of the thin
図4は、本発明の第三実施形態に係る半導体装置100の製造方法を示すフローチャートである。図4において、図2に示したフローチャートと同一処理を行うステップには同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図4において、そのステップa1〜a12までは第一実施形態で説明したとおりである。この第三実施形態では、図4のステップa12でウエーハレベルの検査を形成した後、図4のステップc1に進む。ステップc1では、ステップa21における検査の結果に基づいて、レーザーアニールの追加処理が必要か否かを判断する。
FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the
In FIG. 4, steps a1 to a12 are as described in the first embodiment. In the third embodiment, after the wafer level inspection is formed in step a12 in FIG. 4, the process proceeds to step c1 in FIG. In step c1, it is determined whether or not an additional process of laser annealing is necessary based on the result of the inspection in step a21.
具体的には、薄膜抵抗素子30の特性が狙い値(例えば、抵抗温度係数が10ppm/K以下)に到達していないと判断された場合には、薄膜抵抗素子30の特性が狙い値に到達するように当該薄膜抵抗素子30にレーザーアニール処理を追加で施す。ここでは、上記の検査結果に基づいて、レーザーアニールの処理条件(レーザー光の照射時間や、レーザーパワーなど)を例えばチップ毎に調整する。一方、図4のステップc1で薄膜抵抗素子30の特性が狙い値に到達したと判断された場合には、レーザーアニールの追加処理が必要ないので、図4に示すフローチャートを終了する。
Specifically, when it is determined that the characteristics of the thin
なお、図4では、ステップc1からステップa11に戻る場合には、薄膜抵抗素子30の特性が狙い値に到達するまでステップa11、ステップa12、ステップc1をこの順で繰り返し行う場合を示している。しかしながら、本発明では、例えば、レーザーアニール処理の追加可能な回数を例えば1回又は2回というように予め決めておき、その決められた回数を超えるような場合には図4のフローを強制的に終了するようにしても良い。このような方法によれば、薄膜抵抗素子30の材質又は形状や、その改質処理に異常が生じた場合に、改質処理を打ち切って異常を早期に検知することが可能である。
In FIG. 4, when returning from step c1 to step a11, step a11, step a12, and step c1 are repeated in this order until the characteristics of the thin
以上説明したように、本発明の第三実施形態によれば、改質後に所望の特性が得られなかった薄膜抵抗素子30をレーザーアニールの追加処理で救済することができるので、半導体装置100の歩留まり向上に寄与することができる。
上記の第一〜第三実施形態では、薄膜抵抗素子30が本発明の「抵抗体素子」に対応し、コンタクト21、第一配線層23、第二配線層25及び最上層電27等の配線全体が本発明の「配線」に対応している。また、MOSトランジスタ10が本発明の「半導体素子」に対応している。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, the thin
In the first to third embodiments described above, the
なお、この実施の形態では、薄膜抵抗素子30上をパッシベーション膜51で覆った状態で、この薄膜抵抗素子30にレーザー光を照射する(即ち、パッシベーション越しにレーザーアニールを行う)場合について説明した。しかしながら、本発明では、例えば図5(a)に示すように、パッシベーション膜51を選択的にエッチングして、薄膜抵抗素子30の真上に当該抵抗体素子上のパッシベーション膜を薄膜化した開口部、或いは当該薄膜抵抗素子30の表面を底面とする開口部hを形成する。そして、この開口部hを通して薄膜抵抗素子30の表面にレーザー光を照射するようにしても良い。このような方法によれば、薄膜抵抗素子30の表面にレーザー光を照射することができるので、パッシベーション膜51を透過することによるレーザーパワーの減衰を抑制することができ、薄膜抵抗素子30を効率良く改質することができる。
In this embodiment, the case where the thin
また、この実施の形態では、例えば図5(b)に示すように、薄膜抵抗素子30を平面視で囲むようなガードリング61をシリコン基板1の上方に形成しても良い。このガードリング61は、例えば薄膜抵抗素子30に対してレーザーアニール処理を施す前に形成しておく。このような方法によれば、レーザー光の散乱成分(即ち、散乱光)をガードリング61内に閉じ込めることができ、散乱光からMOSトランジスタ10や、配線を保護することができる。従って、散乱光による意図しない影響(例えば、MOSトランジスタ10や配線において、意図しない特性変動や信頼性の低下など)を低減することができる。
なお、ガードリング61は、例えばコンタクト21、第一配線層23、第二配線層25、又は最上層電27の何れか一、又はこれらを組み合わせて形成することが可能であり、この場合には、ガードリングとして機能させる配線を実際には配線として機能しないパターン(即ち、ダミーパターン)としてシリコン基板1の上方に形成すれば良い。
In this embodiment, for example, as shown in FIG. 5B, a
The
1 シリコン基板(ウエーハ)、3 素子分離層、10 MOSトランジスタ、11 ゲート酸化膜、13 ゲート電極、15 サイドウォール、16 ソース、17 ドレイン、21 コンタクト、23 第一配線層、23a 水平パターン、23b 垂直パターン、25 第二配線層、25a 水平パターン、25b 垂直パターン、27 最上層電極、30 薄膜抵抗素子、40 層間絶縁膜、41 第一絶縁層、42 第二絶縁層、43 第三絶縁層、51 パッシベーション膜、61 ガードリング、100 半導体装置 h 開口部 1 silicon substrate (wafer), 3 element isolation layer, 10 MOS transistor, 11 gate oxide film, 13 gate electrode, 15 sidewall, 16 source, 17 drain, 21 contact, 23 first wiring layer, 23a horizontal pattern, 23b vertical Pattern, 25 second wiring layer, 25a horizontal pattern, 25b vertical pattern, 27 top layer electrode, 30 thin film resistor, 40 interlayer insulating film, 41 first insulating layer, 42 second insulating layer, 43 third insulating layer, 51 Passivation film, 61 guard ring, 100 semiconductor device h opening
Claims (10)
前記抵抗体素子にレーザー光を照射してその特性を改質する工程、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor element and a resistor element on the same substrate,
And a step of irradiating the resistor element with laser light to modify its characteristics.
前記半導体素子を覆うように前記基板上に第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に直接、又は1層もしくは2層以上の層間絶縁膜を介して第2層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第2層間絶縁膜上に抵抗体素子を形成する工程と、
前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程と、を含み、
前記第2層間絶縁膜は最上に位置する層間絶縁膜であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor element on the substrate;
Forming a first interlayer insulating film on the substrate so as to cover the semiconductor element;
Forming a second interlayer insulating film directly on the first interlayer insulating film or via one or more interlayer insulating films;
Forming a resistor element on the second interlayer insulating film;
Irradiating the resistor element with laser light, and
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second interlayer insulating film is an interlayer insulating film located at the uppermost position.
前記抵抗体素子を形成する工程の前に、前記配線の信頼性を高めるための熱処理を前記基板に施す工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a wiring above the substrate;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising a step of performing a heat treatment on the substrate to increase the reliability of the wiring before the step of forming the resistor element.
前記パッシベーション膜をエッチングすることにより、前記抵抗体素子の表面を露出させた開口部を形成する工程と、をさらに含み、
前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程は、前記開口部を通して前記抵抗体素子の表面にレーザー光を照射する工程であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a passivation film on the second interlayer insulating film so as to cover the resistor element;
Forming an opening exposing the surface of the resistor element by etching the passivation film, and
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the step of irradiating the resistor element with laser light is a step of irradiating the surface of the resistor element with laser light through the opening. 5. Production method.
前記パッシベーション膜をエッチングすることにより、前記抵抗体素子の表面上に前記パッシベーション膜の一部を残した開口部を形成する工程と、をさらに含み、
前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程では、前記抵抗体素子の表面上に残された前記パッシベーション膜を通して当該抵抗体素子の表面にレーザー光を照射することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a passivation film on the second interlayer insulating film so as to cover the resistor element;
Etching the passivation film to form an opening on the surface of the resistor element, leaving a portion of the passivation film, and
3. The step of irradiating the resistor element with laser light irradiates the surface of the resistor element with laser light through the passivation film left on the surface of the resistor element. Item 4. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 3.
前記抵抗体素子にレーザー光を照射する工程では、前記ファーネス又はホットプレートを用いた前記熱処理が施された後の前記基板に前記レーザー光を照射することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 Further including a step of performing heat treatment using a furnace or a hot plate on the substrate on which the resistor element is formed,
6. The step of irradiating the resistor element with laser light irradiates the laser light on the substrate after the heat treatment using the furnace or hot plate is performed. The manufacturing method of the semiconductor device as described in 2. above.
前記検査結果に基づいて、レーザー光の追加照射の要否を判断する工程(B)と、
前記判断が要の場合は、前記抵抗体素子にレーザー光を追加で照射し、前記判断が否の場合は、当該処理を終了する工程(C)と、を含み、
前記判断が否になるまで、前記工程(A)から(C)を順に、繰り返し行うことを特徴とする請求項1から請求項7の何れかの一項に記載の半導体装置の製造方法。 A step (A) of inspecting the characteristics of the resistor element;
A step (B) of determining the necessity of additional irradiation of laser light based on the inspection result; and
If the determination is necessary, the resistor element is additionally irradiated with laser light, and if the determination is negative, the process is terminated (C),
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the steps (A) to (C) are sequentially repeated until the determination is negative. 9.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2013211360A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Seiko Epson Corp | Method of manufacturing resistance element, resistance element, and semiconductor device |
US10096609B2 (en) | 2015-02-16 | 2018-10-09 | Globalfoundries Inc. | Modified tungsten silicon |
-
2007
- 2007-05-31 JP JP2007145316A patent/JP2008300642A/en active Pending
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