JP2009071035A - Method for manufacturing 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、特には、半導体基板上に形成される半導体回路素子としてMOS型半導体素子と抵抗素子と容量素子を備えた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a MOS type semiconductor element, a resistance element, and a capacitor as semiconductor circuit elements formed on a semiconductor substrate.
半導体装置には、その高機能化に伴って、その機能の発現に必要な各種の回路素子を半導体基板中に作り込まれた素子として多数内蔵しているものがある。一般に、このように半導体基板に内蔵される回路素子としては、MOSFET等のトランジスタ素子、抵抗素子、容量素子等があるが、これらの回路素子うち、受動素子である抵抗素子、容量素子については、特性面における高い精度を確保しながら、占有面積を小さく抑えること、さらには、使用温度や使用電圧による特性値の変動が十分低いこと、理想的には特性変動の無いこと等が強く求められる。
このような状況の下、これら各回路素子の製造方法については、できるかぎり構成の一体化、プロセスの共通化をして製造工程の簡略化を計りつつ、且つ半導体装置の高機能化、電気特性の高精度化を図ることができるような製造方法が求められている。しかし、近年、各回路素子パターンの微細化が進展してきており、この微細化に付随して生じる製造条件の複雑化、精緻化等の影響をできるかぎり回避し、品質、信頼性を維持しながら、前述のように、各回路素子における特性変動が少ない、または変動が無い等の条件を全て満足させる製造方法とすることは、ますます困難になってきている。そのような特性変動の小さい半導体装置とするための製造方法に関して、二つの公知例を下記に示す。
Some semiconductor devices incorporate a large number of various circuit elements necessary for the manifestation of their functions as elements built in a semiconductor substrate as their functions increase. In general, as circuit elements incorporated in a semiconductor substrate in this way, there are transistor elements such as MOSFETs, resistance elements, capacitance elements, etc., among these circuit elements, as for resistance elements and capacitance elements that are passive elements, There is a strong demand for keeping the occupied area small while ensuring high accuracy in the characteristic aspect, and further that the fluctuation of the characteristic value due to the use temperature and the use voltage is sufficiently low, ideally no characteristic fluctuation.
Under such circumstances, the manufacturing method of each of these circuit elements is made possible by simplifying the manufacturing process by integrating the configuration and sharing the process as much as possible, and improving the functionality of the semiconductor device and the electrical characteristics. Therefore, there is a demand for a manufacturing method that can achieve high accuracy. However, in recent years, miniaturization of each circuit element pattern has progressed, and while avoiding the influence of the complicated and refined manufacturing conditions accompanying the miniaturization as much as possible, maintaining quality and reliability. As described above, it has become increasingly difficult to achieve a manufacturing method that satisfies all conditions such as little or no characteristic variation in each circuit element. Two known examples of the manufacturing method for making such a semiconductor device with small characteristic variation are shown below.
一例目の半導体装置の製造方法は、図2(a)に示すように、シリコン基板100上に絶縁膜99−1、99−2を形成した後、これらの絶縁膜99−1、99−2の上に、ノンドープドポリシリコン膜を積層形成する工程を有するものであり、この際、このノンドープドポリシリコン膜をLDD(Lightly Doped Drain)構造のMOSFETの形成と、温度係数ゼロのポリシリコン抵抗素子と電圧依存性の小さい容量素子の形成とに利用することを特徴とする製法に関するものである(特許文献1)。
この特許文献1によれば、シリコン半導体基板100の表面層にpウエル領域(図示せず)とnウエル領域98とを形成し、基板表面に所定のパターンを有する厚い酸化膜99−1と全面酸化膜99−2とを設け、これらの酸化膜99−1、99−2の上に全面形成される1層目のリンドープドポリシリコン膜を、ゲート電極101−2と容量素子131の下層電極101−1などの所定のパターンに加工後(図2(a))、pウエル領域中のnMOS(図示せず)およびnウエル98中のpMOS領域130に、ゲート電極101−2をマスクにそれぞれLDD(Lightly Doped Drain)イオン注入を行うことで、n-領域(図示せず)とp-領域102の各低濃度拡散層を形成し、その後、約20nmから約35nmの厚さで全面にわたって熱酸化膜103を形成する(図2(b))。次に、2層目のノンドープのポリシリコン膜104を200nmの厚さで積層し、全面にわたって形成する(図2(c))。
As shown in FIG. 2A, the semiconductor device manufacturing method of the first example forms insulating films 99-1, 99-2 on a
According to
次に、前記2層目のポリシリコン膜104を選択的に所定のパターン加工する(図2(d))。この時、ゲート電極である1層目のポリシリコン膜101−2の両側壁には、熱酸化膜103を挟んで2層目のノンドープのポリシリコン膜104の一部であるサイドウオール104−3がエッチング残りとして形成される。また、容量素子131の下層電極となるポリシリコン膜101−1の上には絶縁膜103を挟んで、上層電極となるポリシリコン膜104−1が形成される(図2(d))。さらに、次に、図示しないn型MOSとなる領域を選択的に開口したフォトレジストを形成し、フォトレジストをマスクとしてn型不純物であるAsをイオン注入し、n型拡散層を形成する(図示せず)。同様に、図2(e)に示すように、p型MOSとなる領域130と容量素子131と抵抗素子132を選択的に開口したフォトレジスト106を形成し、このフォトレジスト106をマスクとしてp型不純物であるBF2をイオン注入し、ソースおよびドレインとなるp型拡散層107を形成する。この時、同時に、厚い絶縁膜99−1上にあって温度係数ゼロの抵抗素子132となる2層目のポリシリコン膜領域104−2の上から、および容量素子131を形成する2層目のポリシリコン膜104−1上からもp型不純物であるBF2が打ち込まれ、前記p型拡散層107の形成と同時に、容量素子131の上層電極104−1の低抵抗化と温度係数ゼロの抵抗素子104−2を形成するためのイオン注入が行なわれるという趣旨の記載がある(特許文献1)。
Next, the second-
ポリシリコン抵抗素子の抵抗値の温度係数について特許文献1には、大体、ノンドープドポリシリコン膜中へのBF2イオンの打ち込み量とアニール温度で決まり、抵抗値はBF2イオンの打ち込み量とアニール温度と膜厚で決まる。たとえば、アニール温度を、BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜のリフロー温度である900℃とした場合、ノンドープドポリシリコン膜104−2の膜厚が200nmのときは、BF2イオンの打ち込み量を5.0×1014cm-2とすると、ポリシリコン抵抗素子の抵抗値が1.4kΩ/□〜1.6kΩ/□で、抵抗値の温度係数が−1500ppm/℃となる。BF2イオンの打ち込み量を3.0×1015cm-2とすると、395Ω/□〜405Ω/□で、抵抗値の温度係数がゼロとなる。前述より、BF2イオンの打ち込み量と膜厚を制御することで、抵抗値の温度係数がゼロまたは小さいポリシリコン抵抗素子を形成することができるとある(特許文献1)。
また、同様に特性変動の小さい、たとえば、電圧依存性の少ない容量素子の形成を含む製造方法として、以下に示す二例目の製造方法も知られている(特許文献2)。この製造方法により形成される容量素子によれば、図3に示すように、容量素子の上層電極108となるポリシリコン膜中へ全面にわたり、加速電圧15KeV、ドーズ量5×1015/cm2の条件でP(リン)をイオン注入し、不純物を添加する。一方で、容量絶縁膜111を挟んで下層にある下層電極を構成するポリシリコン膜は、加速電圧15KeV、ドーズ量1×1015/cm2の条件でP(リン)をイオン注入される低濃度領域109と、加速電圧15KeV、ドーズ量7×1015/cm2の条件でP(リン)を追加イオン注入される高濃度領域110、すなわち、総ドーズ量としては8×1015/cm2が注入される領域を、レジストパターンを使用して選択的に形成し、不純物を添加する。従って、下層電極のポリシリコン膜には、上層電極のポリシリコン膜108中の不純物濃度に対し、不純物濃度が低い領域109と高い領域110とが形成される構成を備える。このうち、上層電極のポリシリコン膜中の不純物濃度に対し、不純物濃度が低い下層電極のポリシリコン膜領域109と不純物濃度が高い領域110とに関して、容量値の特性が互いに逆の電圧依存性を示すため、上層電極のポリシリコン膜108が容量絶縁膜111を介して不純物濃度の異なる領域、すなわち、逆の電圧依存性を有する下層電極のポリシリコン膜109、110を被覆することにより、各電圧依存性を打ち消す方向に働き、電圧依存性の少ない容量素子を形成することができると記載されている(特許文献2)。
Similarly, a second manufacturing method shown below is also known as a manufacturing method including the formation of a capacitive element with small characteristic fluctuation, for example, low voltage dependency (Patent Document 2). According to the capacitor formed by this manufacturing method, as shown in FIG. 3, the acceleration voltage is 15 KeV and the dose is 5 × 10 15 / cm 2 over the entire surface of the polysilicon film that becomes the
しかしながら、公知例として前述した二例の半導体装置の製造方法には、いずれも以下に示すような問題がある。前記一例目の公知例では、図2(b)を参照すると、容量絶縁膜として、1層目のポリシリコン膜101−1を熱酸化した膜103を使用しているが、ポリシリコン膜は一般にシリコン半導体基板に対し酸化速度が2〜3倍と速いので、容量絶縁膜となるポリシリコン膜101−1上の酸化膜を薄く形成するように制御することが難しい。一方で、容量値は容量絶縁膜の膜厚に反比例することから、容量絶縁膜が厚くなることは、同一容量値を得るために必要となる容量素子の占有面積が大きくなり、微細化要求に対しては反するという問題がある。加えて、1層目のポリシリコン膜を導電性の膜とするためには、ここでは高濃度の不純物を添加するとされているが、一方で、高濃度の不純物を含有するポリシリコン膜を酸化して形成した熱酸化膜は不純物を多く含有するため品質が悪く、信頼性の観点で問題となる。また、1層目のポリシリコン膜を酸化すると、多結晶体の結晶粒界(グレインバウンダリ)に沿った不均一な酸化が進行し、下層電極である1層目のポリシリコン膜表面の凹凸の大きさに応じて発生する酸化膜の局部的な薄膜部において、局所的な電界集中が発生するため、容量絶縁膜としての耐圧劣化が問題となる。
However, the two examples of the semiconductor device manufacturing method described above as known examples have the following problems. In the known example of the first example, referring to FIG. 2B, a
さらに、図2(d)の示すように、2層目のポリシリコン膜104をエッチングした際に、残った部分を1層目のゲート電極に対するスペーサ104−3として使用しているが、1層目のポリシリコンを横断して2層目のポリシリコン配線を形成する必要がある場合、2層目のポリシリコン配線同士が短絡してしまい、回路が機能しないといった不具合が発生する。加えて、2層目のポリシリコン配線を精度良く形成するためには、異方性のエッチング装置を使用する必要があるが、この場合、エッチング方式の特性から1層目のゲート電極側壁には2層目のポリシリコン膜104−3がほとんど残存しない結果となる。従って、所定の電気特性が得られる様なスペーサ104−3として2層目のポリシリコンを利用することは困難となる。また、この一例目では、温度係数ゼロ、または温度係数が小さいポリシリコン抵抗素子や高抵抗のポリシリコン抵抗素子を形成することができるものの、容量素子としては、前述のように、ポリシリコン膜を熱酸化した酸化膜が容量絶縁膜となるため薄膜化が困難なため、単位面積当たりの容量を大きくするには限界がある。
前述した二例目の公知例では、電圧依存性を低く抑えた容量素子を形成することができるものの、たとえば、前記特許文献2に記載の実施例にあるように、n型不純物としてP(リン)を用いた場合、活性化率が高く、ポリシリコン膜の結晶成長を促進する効果が大きいために、p型不純物となるBF2やB等の同じドーズ量と比較してシート抵抗が低くなる。このため、同一抵抗値を形成するために必要な面積が大きくなり、素子の微細化に反するという課題が残る。また、この例では、温度係数の低いポリシリコン抵抗素子を形成する方法については特に記載されていない。
Further, as shown in FIG. 2D, when the
In the second known example described above, a capacitive element with low voltage dependency can be formed. However, as in the example described in
以上の説明から、従来の半導体装置の製造方法では、温度係数の低い抵抗と、高い抵抗値を有する抵抗に加え、単位面積当たりの容量値が大きく、電圧依存性の小さい容量素子を全て同一基板に作り込むことが行われておらず、これら素子を用いて設計されるアナログ回路の特性、性能としては必ずしも充分、良好であるとは言えなかった。
本発明は以上述べた問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、同一の半導体基板に、温度係数が低くて抵抗値の制御が容易な抵抗素子と、単位面積当たりの容量値が大きくて占有面積を縮小でき、かつ電圧依存性の小さい容量素子と、MOS型半導体素子とを高信頼性に製造でき、かつ製造工程の短縮を図ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
From the above description, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, in addition to a resistor having a low temperature coefficient and a resistor having a high resistance value, all the capacitor elements having a large capacitance value per unit area and a small voltage dependency are formed on the same substrate. However, the characteristics and performance of an analog circuit designed using these elements are not necessarily satisfactory and satisfactory.
The present invention has been made in view of the above-described problems. An object of the present invention is to provide a resistance element with a low temperature coefficient and easy resistance control on the same semiconductor substrate, and a capacitance per unit area. Providing a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture a capacitor element and a MOS type semiconductor element that have a large value and can occupy a small area and have a low voltage dependence, and can shorten the manufacturing process. There is to do.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、シリコン基板の表面層に形成されるnウエル表面とpウエル表面とを覆う薄い絶縁膜と該薄い絶縁膜を囲むように形成される厚い絶縁膜とをそれぞれ形成した後、全面に第一n型不純物を含有する第一ポリシリコン膜を形成する第1工程と、該第一ポリシリコン膜を前記薄い絶縁膜上に配置されるゲート電極と厚い絶縁膜上に配置される容量素子の下層電極とにそれぞれ加工する第2工程と、該下層電極上に容量絶縁膜となるCVD酸化膜を形成する第3工程と、全面に堆積される第二ポリシリコン膜に所定量の第一p型不純物を導入後、該第二ポリシリコン膜を前記容量素子の上層電極と前記絶縁膜上に配置される抵抗素子とに加工する第4工程と、前記ゲート電極を含む前記pウエルに第二n型不純物を導入してnチャネル型MOSFETを形成する第5工程と、前記ゲート電極を含む前記nウエルと前記抵抗素子とに第二p型不純物を導入してpチャネル型MOSFETの形成と前記抵抗素子の抵抗値の調整とをそれぞれ行う第6工程と、前記第一p型不純物を含有する前記容量素子の上層電極に第三n型不純物を導入してn型に変換する第7工程と、を備える半導体装置の製造方法とすることにより、前記本発明の目的が達成できる。
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、前記第4工程と第5工程の間に、前記ゲート電極を含む前記pウエルに第四n型不純物を、nウエルに第三p型不純物をそれぞれ導入して低濃度領域を形成する第4−1工程と、全面にCVD絶縁膜を形成した後、該CVD絶縁膜の異方性エッチングにより前記ゲート電極の両側壁に前記CVD絶縁膜をスペーサとして残し、全面に絶縁膜を形成する第4−2工程とを挿入する特許請求の範囲の請求項1記載の半導体装置の製造方法とする。
According to the first aspect of the present invention, the thin insulating film covering the n-well surface and the p-well surface formed on the surface layer of the silicon substrate and the thick insulating film is formed so as to surround the thin insulating film. A first step of forming a first polysilicon film containing a first n-type impurity on the entire surface after forming each of the insulating films; and a gate electrode disposed on the thin insulating film. And a second step of processing each of the lower electrodes of the capacitive element disposed on the thick insulating film, a third step of forming a CVD oxide film serving as a capacitive insulating film on the lower electrode, and the entire surface. A fourth step of processing the second polysilicon film into an upper layer electrode of the capacitive element and a resistance element disposed on the insulating film after introducing a predetermined amount of the first p-type impurity into the second polysilicon film; The p-well including the gate electrode a fifth step of forming an n-channel MOSFET by introducing an n-type impurity; a second p-type impurity is introduced into the n-well including the gate electrode and the resistance element; A sixth step of adjusting the resistance value of each of the resistance elements; a seventh step of introducing a third n-type impurity into the upper electrode of the capacitive element containing the first p-type impurity to convert it into an n-type; , The object of the present invention can be achieved.
According to the invention of
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、前記第一n型不純物と前記第三n型不純物はリンであり、前記第二n型不純物は砒素であり、前記第四n型不純物はリンまたは砒素である特許請求の範囲の請求項2記載半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項4記載の発明によれば、前記第一n型不純物であるリンの不純物濃度が1×1020/cm3以上であり、前記第三n型不純物であるリンの導入はイオン注入により行われ、そのドーズ量は5×1015cm-2〜1×1016cm-2である特許請求の範囲の請求項3記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項5記載の発明によれば、前記第二n型不純物である砒素の導入はイオン注入法により行われ、そのドーズ量は1×1015/cm2乃至6×1016/cm2であり、前記第四n型不純物であるリンまたは砒素の導入はイオン注入法により行われ、そのドーズ量は3×1013/cm2乃至5×1014/cm2である特許請求の範囲の請求項3記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項6記載の発明によれば、前記p型不純物はいずれもボロンもしくはフッ化ボロンである特許請求の範囲の請求項1または2記載の半導体装置の製造方法とする。
According to a third aspect of the present invention, the first n-type impurity and the third n-type impurity are phosphorus, the second n-type impurity is arsenic, and the fourth n-type impurity. A method for manufacturing a semiconductor device according to
According to a fourth aspect of the present invention, the impurity concentration of phosphorus, which is the first n-type impurity, is 1 × 10 20 / cm 3 or more, and the introduction of phosphorus, which is the third n-type impurity. Is performed by ion implantation, and the dose is 5 × 10 15 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 .
According to the invention of
According to the invention described in
特許請求の範囲の請求項7記載の発明によれば、前記第一p型不純物の導入はイオン注入法により行われ、そのドーズ量は1×1015/cm2以下であり、前記第二p型不純物と前記第三p型不純物の導入はイオン注入法により行われ、そのドーズ量は1×1015/cm2乃至6×1015/cm2であり、前記第三p型不純物の導入はイオン注入法により行われ、そのドーズ量は3×1013/cm2乃至5×1014/cm2である特許請求の範囲の請求項1または2記載半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項8記載の発明によれば、前記CVD酸化膜がHTO膜またはTEOS膜である特許請求の範囲の請求項1乃至7のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項9記載の発明によれば、前記CVD酸化膜の膜厚は10nm乃至40nmである特許請求の範囲の請求項8記載の半導体装置の製造方法とする。
特許請求の範囲の請求項10記載の発明によれば、前記CVD絶縁膜は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である特許請求の範囲の請求項2記載の半導体装置の製造方法とする。
前述の本発明を解きほぐして説明すると、前記本発明の目的を達成するために、シリコン基板上に形成された絶縁膜を介して、P(リン)を所定量含有した1層目の第一ポリシリコン膜を全面に形成する工程と、1層目の第一ポリシリコン膜を所定の形状に加工し、前記絶縁膜上にゲート電極と容量素子の下層電極を形成する工程と、CVD法でシリコン酸化膜を全面に形成し容量絶縁膜を形成する工程と、2層目の第二ポリシリコン膜を全面に形成する工程と、2層目の第二ポリシリコン膜全面にp型不純物としてボロンを所定量導入する工程と、2層目の第二ポリシリコン膜を所定の形状に加工する工程と、前記ゲート電極を含むnチャネル型素子を形成する領域のみを開口したレジストマスクにより、n型不純物として砒素を所定量導入し、n型拡散層をゲート電極の両側シリコン基板中に形成する工程と、前記レジストマスクを除去し、前記ゲート電極を含むpチャネル型素子を形成する領域と前記所定の形状に加工された2層目の第二ポリシリコン膜の一部の領域を開口したレジストマスクにより、p型不純物としてボロンもしくはフッ化ボロンを所定量導入し、p型拡散層をゲート電極の両側シリコン基板中に形成し、併せて2層目の第二ポリシリコン膜を温度依存性の低い抵抗素子とする工程と、前記所定の形状に加工された2層目の第二ポリシリコン膜の一部領域を開口したレジストマスクにより、不純物としてリンを所定量導入し、リン不純物を含有した2層目の第二ポリシリコン膜を上層電極とした電圧依存性の小さい容量素子を形成することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the introduction of the first p-type impurity is performed by an ion implantation method, the dose is 1 × 10 15 / cm 2 or less, and the second p-type impurity is introduced. The introduction of the third p-type impurity and the third p-type impurity is performed by an ion implantation method, and the dose is 1 × 10 15 /
According to the invention of
According to the ninth aspect of the present invention, the thickness of the CVD oxide film is 10 nm to 40 nm. The method for manufacturing a semiconductor device according to the eighth aspect of the present invention is provided.
According to a tenth aspect of the present invention, the CVD insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film. The semiconductor device manufacturing method according to the second aspect of the present invention is provided.
In order to achieve the object of the present invention, the first polycrystal of the first layer containing a predetermined amount of P (phosphorus) is formed through an insulating film formed on a silicon substrate. A step of forming a silicon film on the entire surface, a step of processing the first polysilicon film of the first layer into a predetermined shape, forming a gate electrode and a lower layer electrode of a capacitor element on the insulating film, and silicon by CVD Forming a capacitive insulating film by forming an oxide film on the entire surface; forming a second polysilicon film on the second layer; and boron as a p-type impurity on the entire surface of the second polysilicon film. A step of introducing a predetermined amount, a step of processing the second polysilicon film of the second layer into a predetermined shape, and a resist mask having an opening only in a region for forming an n-channel type element including the gate electrode. As a certain amount of arsenic And forming the n-type diffusion layer in the silicon substrate on both sides of the gate electrode, removing the resist mask, and forming the p-channel type element including the gate electrode and the predetermined shape 2 A predetermined amount of boron or boron fluoride is introduced as a p-type impurity by a resist mask having an opening in a partial region of the second polysilicon film of the layer, and a p-type diffusion layer is formed in the silicon substrate on both sides of the gate electrode. In addition, a step of making the second polysilicon film of the second layer a resistance element having a low temperature dependency, and a resist in which a part of the second polysilicon film of the second layer processed into the predetermined shape is opened A predetermined amount of phosphorus is introduced as an impurity by a mask, and a capacitor element having a small voltage dependency is formed using the second polysilicon film of the second layer containing the phosphorus impurity as an upper electrode.
あるいは、トランジスタ構造をLDD(Lightly Doped Drain)構造とする場合、前記2層目の第二ポリシリコン膜が所定の形状に加工された半導体基板上に、ゲート電極を含むnチャネル型素子を形成する領域のみを開口したレジストマスクにより、n型不純物を低ドーズ量導入し、低濃度のn型拡散層をゲート電極の両側シリコン基板中に形成する工程と、前記レジストマスクを除去し、前記ゲート電極を含むpチャネル型素子を形成する領域を開口したレジストマスクにより、p型不純物を低ドーズ量導入し、低濃度p型拡散層をゲート電極の両側シリコン基板中に形成する工程と、CVD法で絶縁膜を全面に形成する工程と、前記絶縁膜を全面エッチングし、前記ゲート電極の両側壁に前記CVD絶縁膜からなるスペーサを形成する工程と、前記ゲート電極を含むnチャネル型素子を形成する領域のみを開口したレジストマスクにより、n型不純物として砒素を前記低ドーズ量より多く導入し、高濃度のn型拡散層を前記CVD絶縁膜スペーサ幅を離間してゲート電極の両側シリコン基板中に形成してソース、ドレイン領域とする工程と、前記レジストマスクを除去し、前記ゲート電極を含むpチャネル型素子を形成する領域と前記所定の形状に加工された2層目の第二ポリシリコン膜の一部の領域を開口したレジストマスクにより、p型不純物としてボロンを前記低ドーズ量より多く導入し、高濃度のp型拡散層を前記CVD絶縁膜スペーサ幅を離間してゲート電極の両側シリコン基板中に形成してソース、ドレイン領域とし、併せて2層目の第二ポリシリコン膜を温度依存性の低い抵抗素子とする工程と、前記所定の形状に加工された2層目の第二ポリシリコン膜の一部領域を開口したレジストマスクにより、n型不純物としてリンを所定量導入し、リン不純物を含有した2層目の第二ポリシリコン膜を上層電極とする電圧依存性の小さい容量素子を形成することを特徴とする。 Alternatively, when the transistor structure is an LDD (Lightly Doped Drain) structure, an n-channel element including a gate electrode is formed on a semiconductor substrate in which the second polysilicon film of the second layer is processed into a predetermined shape. A step of introducing a low dose of an n-type impurity with a resist mask having an opening only in the region, and forming a low-concentration n-type diffusion layer in the silicon substrate on both sides of the gate electrode; removing the resist mask; A step of introducing a low dose amount of p-type impurities and forming a low-concentration p-type diffusion layer in the silicon substrate on both sides of the gate electrode by using a resist mask having an opening in a region for forming a p-channel device containing Forming an insulating film on the entire surface; etching the entire surface of the insulating film; and forming a CVD insulating film on both side walls of the gate electrode. A high concentration n-type diffusion layer is formed by introducing more than the low dose of arsenic as an n-type impurity by forming a pacer and a resist mask having an opening only in a region for forming an n-channel device including the gate electrode. Forming a source and drain region by separating the CVD insulating film spacer width from each other on the silicon substrate on both sides of the gate electrode, removing the resist mask, and forming a p-channel device including the gate electrode Boron is introduced as a p-type impurity in a larger amount than the low dose by a resist mask having an opening in a region and a part of the second polysilicon film processed into the predetermined shape. A type diffusion layer is formed in the silicon substrate on both sides of the gate electrode with the width of the CVD insulating film spacer spaced apart to form a source and drain region, and a second layer of second poly By using a recon film as a resistance element having a low temperature dependency and a resist mask having an opening in a partial region of the second polysilicon film processed into the predetermined shape, phosphorus is provided as an n-type impurity. A capacitor element having a small voltage dependency is formed by quantitatively introducing and using the second polysilicon film of the second layer containing phosphorus impurities as an upper layer electrode.
本発明によれば、同一の半導体基板に、温度係数が低くて抵抗値の制御が容易な抵抗素子と、単位面積当たりの容量値が大きくて占有面積を縮小でき、かつ電圧依存性の小さい容量素子と、MOS型半導体素子とを高信頼性に製造でき、かつ製造工程の短縮を図る半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a resistance element having a low temperature coefficient and easy control of a resistance value, a capacitance value per unit area that is large, and can occupy a small area, and have a small voltage dependency on the same semiconductor substrate It is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture an element and a MOS semiconductor element with high reliability and shorten the manufacturing process.
以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図1−1、図1−2、図8−1、図8−2は、それぞれ、本発明の実施例1、2にかかる半導体装置の製造方法を説明するために、主要な製造工程ごとの半導体基板の要部断面図である。図4は、本発明にかかる容量素子のポリシリコン電極へのP(リン)イオン注入のドーズ量をパラメータとして、ポリシリコン電極への印加電圧に対する容量値の変動を示す特性関係図である。図5はリンを高濃度に添加したポリシリコン上層電極を有する容量素子のドーズ量と容量値の電圧依存性との関係を示す特性関係図である。図6はAs(砒素)を高濃度に添加したポリシリコン上層電極を有する容量素子のドーズ量と容量値の電圧依存性との関係を示す特性関係図である。図7はボロンを高濃度に添加したポリシリコン上層電極を有する容量素子のドーズ量と容量値の電圧依存性との関係を示す特性関係図である。図9、図10はそれぞれ従来例と本発明とを比較するための容量素子の耐圧評価図である。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist.
1-1, FIG. 1-2, FIG. 8-1, and FIG. 8-2 are diagrams for each of the main manufacturing steps in order to describe the manufacturing method of the semiconductor device according to the first and second embodiments of the present invention, respectively. It is principal part sectional drawing of a semiconductor substrate. FIG. 4 is a characteristic relationship diagram showing the variation of the capacitance value with respect to the voltage applied to the polysilicon electrode with the dose amount of P (phosphorus) ion implantation into the polysilicon electrode of the capacitor element according to the present invention as a parameter. FIG. 5 is a characteristic relationship diagram showing a relationship between a dose amount of a capacitive element having a polysilicon upper layer electrode to which phosphorus is added at a high concentration and voltage dependency of a capacitance value. FIG. 6 is a characteristic relationship diagram showing the relationship between the dose amount and the voltage dependency of the capacitance value of the capacitive element having the polysilicon upper layer electrode to which As (arsenic) is added at a high concentration. FIG. 7 is a characteristic relationship diagram showing the relationship between the dose amount and the voltage dependence of the capacitance value of the capacitive element having the polysilicon upper layer electrode to which boron is added at a high concentration. FIGS. 9 and 10 are evaluation diagrams of the breakdown voltage of the capacitive element for comparing the conventional example with the present invention.
以下、本発明の半導体装置の製造方法にかかる実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1−1、図1−2は、実施例1にかかる半導体装置の製造方法を説明するための半導体基板の表面側の要部断面図である。シリコン半導体基板2の一方の表面に厚い酸化膜1によって分離されたpウエル領域51とnウエル領域52を有し、さらに所定の領域に厚い酸化膜1が形成された前記シリコン半導体基板2上にシリコン酸化膜3を厚さ4〜30nmで全面に形成され、このシリコン酸化膜3上に、P(リン)(第一n型不純物)濃度が1×1020/cm3以上であるポリシリコン膜4を全面に形成する(図1−1(a))。このように、リンを含有したポリシリコン膜4は、たとえば、減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、SiH4(モノシラン)や、Si2H6(ジシラン)を主な原料ガスとして成膜されるノンドープのポリシリコン膜にP(リン)をイオン注入する方法や、あるいは減圧CVD法により、SiH4(モノシラン)とSi2H6(ジシラン)に不純物ドーピング用のPH3(フォスフィン)ガスを加えて、これらを主な原料ガスとして成膜するドープドポリシリコン膜でもよい。
次に、フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、ゲート電極となる領域5上と、厚い酸化膜1上の容量素子を形成する領域6上とに相当するレジスト7を残す。このレジスト7をマスクとして、ポリシリコン膜4をエッチングして、ゲート電極となる領域5のポリシリコン膜4−2と容量素子の下部電極となるポリシリコン膜4−1を形成する(図1−1(b))。
Hereinafter, embodiments according to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1-1 and 1-2 are cross-sectional views of relevant parts on the surface side of a semiconductor substrate for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. On the
Next, a photoresist is coated, and a resist 7 corresponding to the
次に、図1−1(b)における前記レジスト7を除去し、全面に容量絶縁膜8を、たとえば、10〜40nmの厚さで形成する(図1−1(c))。容量絶縁膜8としては、たとえば、減圧CVD法で成膜したHTO(High Temperature Oxide)膜またはTEOS(Tetra EtylOrtho Silicate)膜を用いると、段差被覆性、絶縁耐圧特性等の点で優れているため、良好な容量素子特性を得ることができる。
次に、前記容量絶縁膜8が形成された表面に、ポリシリコン膜9を、たとえば、100〜300nmの厚さで全面に形成する(図1−1(d))。ポリシリコン膜9は、たとえば、減圧CVD法により、SiH4(モノシラン)や、Si2H6(ジシラン)を主な原料ガスとして成膜するノンドープのポリシリコン膜が好ましい。次に、ポリシリコン膜9が形成された全面に第一p型不純物であるB(ボロン)もしくはBF2を、たとえば、1×1015/cm2以下、好ましくは1×1014/cm2〜1×1015/cm2の範囲のドーズ量でイオン注入し、次工程で形成される高いシート抵抗を有するポリシリコン抵抗素子32の特性を決定する(図1−1(e))。ここで導入する不純物としてp型不純物であるB(ボロン)やBF2を用いる理由は、不純物の活性化率が低く、たとえば、同一ドーズ量のn型不純物であるP(リン)と比較した場合、ポリシリコン膜9のシート抵抗値を高く制御することができるためである。しかし、n型不純物であるP(リン)を用いる場合でもp型不純物であるB(ボロン)やBF2よりもドーズ量を低くすれば、同様なシート抵抗値を得ることが可能ではあるが、リンを用いるとドーズ量が低下してシート抵抗のばらつきが増加するため、前述のB(ボロン)やBF2よりは好ましくない。
Next, the resist 7 in FIG. 1-1 (b) is removed, and a capacitive insulating
Next, a polysilicon film 9 is formed on the entire surface on which the
次に、フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、厚い酸化膜1上の抵抗素子32を形成する領域10上および11上と、容量素子31を形成する領域6上のレジスト12を残し、レジスト12をマスクとして、ポリシリコン膜9をエッチングして容量素子31の上部電極としてのポリシリコン膜9−1と抵抗素子32を構成するポリシリコン抵抗9−2を形成する(図1−1(f))。この結果、領域6には、容量絶縁膜8を介して、ポリシリコン膜4−1を下層電極とし、ポリシリコン膜9−1を上層電極とする容量素子31が形成される。この時、図1−1(e)に示すポリシリコン膜9のエッチングは、容量絶縁膜8のエッチングレートと比較して十分に大きい条件により行われるため、容量絶縁膜8の膜厚が10nm以上であれば、半導体基板2、および所定の形状に加工された下部電極としてのポリシリコン膜4−1の表面に存在する容量絶縁膜8でエッチングを停止することができる。
次に、図1−1(f)における前記レジスト12を除去し、再度フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、n型MOSFET33を形成する領域13を開口したレジスト14を形成し、たとえば、第二n型不純物であるAs(砒素)を、1×1015/cm2〜6×1015/cm2の範囲のドーズ量、20〜80KeVの加速電圧でイオン注入し、n型MOSFET33のソース、ドレイン拡散層15を形成する(図1−2(g))。この時、シリコン半導体基板2へのn型不純物イオン注入は、シリコン酸化膜3および容量絶縁膜8を通して行われるため、シリコン酸化膜3と容量絶縁膜8の膜厚の合計が40nm以上となると、イオン注入の加速電圧を高くし、n型不純物イオンが半導体基板2中へ確実に入り込むように設定する必要がある。しかしながら、イオン注入の加速電圧が高い場合、n型不純物イオンがゲート電極であるポリシリコン膜4−2を突き抜け、下層のゲート酸化膜3や、さらに下層の半導体基板2まで達することとなり、素子特性の変動や信頼性の低下といった問題を引き起こすことがあるため好ましくない。
Next, a photoresist is coated, and the resist 12 on the
Next, the resist 12 in FIG. 1-1 (f) is removed, the photoresist is again coated, and a resist 14 having an opening in the
次に、図1−2(g)における前記レジスト14を除去し、再度、フォトレジスト18を被覆し、フォトリソグラフィにより、p型MOSFET34を形成する領域16と、前記工程で厚い酸化膜1上に加工されたポリシリコン膜9−2のうち、抵抗素子形成領域10と、図示されていないポリシリコン膜9のコンタクト領域とを開口したレジスト18を形成し、たとえば、第二p型不純物であるB(ボロン)もしくはBF2を、1×1015/cm2〜6×1015/cm2の範囲のドーズ量でイオン注入する(図1−2(h))。この時、p型不純物のイオン注入は、薄い容量絶縁膜8を通して行われる結果、p型MOSFET34のソース、ドレイン拡散層40の形成と同時に、抵抗素子形成領域10、11のうち、領域10のみにポリシリコン膜9−2において温度係数の小さいポリシリコン抵抗素子32が形成される。また、前記コンタクト領域(図示せず)は高抵抗ポリシリコン32の一部領域に形成される高濃度のp型不純物領域であるが、これは後の工程で形成されるメタル配線との接触抵抗を低くし、ばらつきを抑えるために行われるものである。
次に、図1−2(h)における前記レジスト18を除去し、再度、フォトレジスト20を被覆し、フォトリソグラフィにより、容量素子領域19を開口したレジスト20を形成し、第三n型不純物であるP(リン)を、たとえば、4×1015/cm2乃至1×1016/cm2のドーズ量でイオン注入する(図1−2(i))。この結果、リンを含有したポリシリコン膜4−1を下層電極とし、容量絶縁膜8を挟み、ポリシリコン膜9−1を上層電極とした容量素子31が形成される。この容量素子31は、第1に下層電極4−1と上層電極9−1のポリシリコン膜中の不純物が同じn型不純物のP(リン)であるため、両電極に仕事関数差が無いこと、第2に下層電極であるポリシリコン膜4中のP(リン)濃度が1×1020/cm3以上であり、加えて上層電極であるポリシリコン膜9−1中へのP(リン)イオン注入のドーズ量が前述のように高濃度に設定されているため、上下ポリシリコン膜の空乏化が抑えられる方向となることから、電圧依存性の小さい容量素子特性を得ることができる。
Next, the resist 14 in FIG. 1-2 (g) is removed, the photoresist 18 is coated again, and the
Next, the resist 18 in FIG. 1-2 (h) is removed, the
図4は、前述の図1−1、図1−2で説明した半導体装置に関し、上層電極であるポリシリコン膜9−1中へのP(リン)イオン注入のドーズ量を変化させた場合の印加電圧に対する容量値変動について示した特性関係図である。なお、図4〜図10において、ドーズ量やモレ電流値として記載される1.00E+16等の数字を含む語句は、この場合は1.00×10+16を表す簡略表現である。他の同様な記述も同じである。図4は、さらに上部電極であるポリシリコン膜9−1に電圧を印加した場合の容量値変化量を、印加電圧0V時の容量値を基準にして示した特性関係図(縦軸に容量を、横軸に印加電圧)と言うこともできる。図4から、上部電極へのドーズ量が多い程、たとえば、ドーズ量が4.5×1015/cm2以上の場合、印加電圧に対する容量の変動が小さくなる(容量の電圧依存性が小さい)ことを示している。前記図1−2(i)を参照する説明では上部電極へのリンのドーズ量は4×1015/cm2乃至1×1016/cm2であるので、電圧依存性の小さい容量素子であることが分かる。図5〜図7は各種のイオン注入ドーズ量における容量の電圧依存性を示した特性関係図である。図5(縦軸はリンのイオン注入ドーズ量(cm-2)、横軸は容量の電圧依存性(ppm/V)を示す−数字が小さいほど電圧依存性が小さい)では、ポリシリコン膜9−1中へのP(リン)イオンの注入ドーズ量が4×1015/cm2以上を超えると、容量素子の電圧依存性は1200ppm/V以下となり、さらに、ドーズ量を7.5×1015/cm2とすることにより、容量素子の電圧依存性は200ppm/V程度まで低減されることを示している。しかし、ポリシリコン膜9−1中への過剰なP(リン)イオン注入は、容量絶縁膜への損傷を引き起こし、容量絶縁膜の品質、信頼性を低下させる方向に働くこと、加えて、イオン注入のドーズ量が9×1015/cm2以上を超える高濃度にしても、電圧依存性はほぼ0近傍で飽和する特性を示すことから、ポリシリコン膜9−1中へのP(リン)イオン注入は、ばらつきを考慮しても1×1016/cm2以下にとどめることが望ましい。
FIG. 4 relates to the semiconductor device described with reference to FIGS. 1-1 and 1-2 in the case where the dose amount of P (phosphorus) ion implantation into the polysilicon film 9-1 which is the upper layer electrode is changed. It is a characteristic relationship figure shown about capacity value change to applied voltage. 4 to 10, a phrase including a number such as 1.00E + 16 described as a dose amount or a mole current value is a simplified expression representing 1.00 × 10 +16 in this case. The same applies to other similar descriptions. FIG. 4 is a characteristic relationship diagram in which the capacitance value change amount when a voltage is further applied to the polysilicon film 9-1 as the upper electrode is shown with reference to the capacitance value when the applied voltage is 0 V (the vertical axis indicates the capacitance). It can also be said that the applied voltage on the horizontal axis). From FIG. 4, as the dose amount to the upper electrode is larger, for example, when the dose amount is 4.5 × 10 15 / cm 2 or more, the variation of the capacitance with respect to the applied voltage becomes smaller (the voltage dependency of the capacitance is smaller). It is shown that. In the description with reference to FIG. 1-2 (i), since the dose amount of phosphorus to the upper electrode is 4 × 10 15 /
一方、図6は、図5に示すリンに代えて同じn型不純物であるAs(砒素)を用いた場合、あるいは図7に示すように、p型不純物であるBF2を用いた場合(いずれも、縦軸は砒素またはボロンのイオン注入ドーズ量(cm-2)、横軸は容量の電圧依存性(ppm/V)を示す)は、ドーズ量をリンと同程度の高濃度に設定しても、前記理由により、容量素子の電圧依存性は1200ppm/V程度が限界となり、これ以上小さくならないので、好ましくないことを示している。従って、容量素子の上部電極への不純物導入はリンが好ましい。
次に、図1−2(i)における前記レジスト20を除去し、全面に層間絶縁膜21を形成する(図1−2(j))。この際、層間絶縁膜を形成する過程で行われる平坦性を確保するための熱処理工程により、同時にイオン注入された不純物の活性化が行われる。続いて、接続孔(コンタクトホール)、メタル配線、保護膜を順次形成するが、これらの工程は、従来の製造方法と同様の工程であるため、ここでは詳細な工程を省略する。また、本発明は、1層のメタル配線だけでなく、さらに多層のメタル配線に対しても同様の効果を示す。
On the other hand, FIG. 6 shows a case where As (arsenic) which is the same n-type impurity is used instead of phosphorus shown in FIG. 5, or a case where BF 2 which is a p-type impurity is used as shown in FIG. The vertical axis is the ion implantation dose of arsenic or boron (cm -2 ), and the horizontal axis is the voltage dependence of capacitance (ppm / V)). The dose is set to a high concentration similar to phosphorus. However, for the reasons described above, the voltage dependency of the capacitive element is limited to about 1200 ppm / V, which is not preferable because it does not become any smaller. Therefore, phosphorus is preferable for introducing impurities into the upper electrode of the capacitor.
Next, the resist 20 in FIG. 1-2 (i) is removed, and an
図8−1、図8−2は、本発明の実施例2にかかる半導体装置の製造方法を説明するために主要な工程ごとに並べた半導体基板の表面側の概略断面図である。この実施例2では、特に、LDD(Lightly Doped Drain)構造のMOSFETを形成するために、ゲート電極の側面にスペーサを形成する工程を有する点が実施例1の製造方法と異なる。図8−1(a)に示すポリシリコン膜9−1のエッチングが行なわれる工程に至るまでの、それ以前の工程については、前記図1−1(a)〜図1−1(f)までの工程と同様であるから説明を省く。
次に、フォトレジスト14を被覆し、フォトリソグラフィにより、n型MOSFET33を形成する領域13を開口したレジスト14を形成し、たとえば、第四n型不純物であるP(リン)もしくはAs(砒素)を、たとえば、1×1013/cm2〜5×1014/cm2の低いドーズ量でイオン注入し、n型MOSFET33の低濃度拡散層22を形成する(図8−1(b))。この時、逆導電型のp型不純物として、たとえば、B(ボロン)やBF2もさらにイオン注入することで、微細化素子の耐圧向上を図る場合もある。
次に、前記図8−1(b)における前記レジスト14を除去し、再度、フォトレジスト24を被覆し、フォトリソグラフィにより、p型MOSFET34を形成する領域23を開口したレジスト24を形成し、たとえば、第三p型不純物であるB(ボロン)もしくはBF2を、たとえば、1×1013/cm2〜5×1014/cm2の範囲の低いドーズ量でイオン注入し、p型MOSFET34の低濃度拡散層25を形成する(第8−1(c))。この時、逆導電型のn型不純物として、たとえば、P(リン)もイオン注入することで、微細化素子の耐圧向上を図る場合もある。
FIGS. 8A and 8B are schematic cross-sectional views of the surface side of the semiconductor substrate arranged for each main process in order to explain the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the manufacturing method according to the first embodiment in that it has a step of forming a spacer on the side surface of the gate electrode in order to form an LDD (Lightly Doped Drain) MOSFET. With respect to the previous steps until the step of etching the polysilicon film 9-1 shown in FIG. 8-1 (a), the steps from FIG. 1-1 (a) to FIG. 1-1 (f) are performed. Since it is the same as the process of, description is omitted.
Next, the
Next, the resist 14 in FIG. 8-1 (b) is removed, the
次に、前記第8−1(c)における前記レジスト24を除去し、たとえば、減圧CVD法により、シリコン酸化膜26を全面に形成する(図8−1(d))。このシリコン酸化膜26は、シリコン窒化膜とした場合でも同様の結果が得られる。次に、図8−1(d)の工程で形成されたシリコン酸化膜26を全面にわたりRIE(Reactive Ion Etching)エッチングし、ポリシリコン膜4−1、4−2、ポリシリコン膜9−1、9−2の側壁にシリコン酸化膜スペーサ27を形成する(第8−1(e))。この時、シリコン酸化膜26の下層には、シリコン基板2、ポリシリコン膜4−1、4−2およびポリシリコン膜9−1、9−2が存在しているが、通常これら材料に対するエッチングレートはシリコン酸化膜26のエッチングレートと比較して非常に小さく、選択比が高い条件に設定することが可能であるため、シリコン基板2、ポリシリコン膜4−1、4−2およびポリシリコン膜9−1、9−2はほぼそのままの形状で残存する。
一方、この工程フローに依れば、容量素子31の構造が形成された後に、シリコン酸化膜スペーサ27の形成が行われることから、容量素子31の下層電極であるポリシリコン膜4−1の表面がエッチングに伴い損傷を与えられることはない。次に、前記シリコン酸化膜スペーサ27の形成過程で露出したシリコン基板2、ポリシリコン膜4−1、4−2、ポリシリコン膜9−1、9−2の表面を被覆するため、たとえば、熱酸化によりシリコン熱酸化膜28を形成する(図8−2(f))。この熱酸化膜28の形成は、続く工程で行われるイオン注入による損傷、汚染等からシリコン基板を保護する目的で行われるものであるが、低加速のイオン注入条件であれば省略される場合もある。
Next, the resist 24 in the 8-1 (c) is removed, and a silicon oxide film 26 is formed on the entire surface by, for example, a low pressure CVD method (FIG. 8-1 (d)). Even when the silicon oxide film 26 is a silicon nitride film, the same result can be obtained. Next, the silicon oxide film 26 formed in the step of FIG. 8-1 (d) is subjected to RIE (Reactive Ion Etching) etching over the entire surface to obtain polysilicon films 4-1, 4-2, polysilicon film 9-1, Silicon
On the other hand, according to this process flow, since the silicon
一方、この工程でも、本発明の工程フローに依れば、容量素子31の構造が形成された後の工程であるため、容量絶縁膜8と上下で接する界面領域のポリシリコン膜(4−1、9−1)表面が酸化されることは無く、前述の解決すべき課題の項で説明したような結晶粒界における酸化レートの違いによって生じるポリシリコン膜4−1の表面の凹凸が発生することはなく、極めて平滑な表面が得られ、品質、信頼性の高い容量素子31を形成することができる。一例として、容量絶縁膜8の膜厚を27nmとした場合について、前記図2(d)で説明したポリシリコン膜101表面を酸化して容量絶縁膜103を形成した容量素子131の耐圧評価結果を図9に、本発明により形成した容量素子31の耐圧評価結果を図10に示す。図9、図10はそれぞれ、横軸に電圧、縦軸にリーク電流を示す。図2(d)の従来の容量素子131(図9)では、5V付近からリーク電流が急激に立ち上がり、耐圧としては4MV/cm程度で、ばらつきも大きいのに対し、本発明の容量素子31(図10)では、リーク電流の立ち上がりは緩やかで、耐圧としては8MV/cm以上が得られ、耐圧の著しく低い不良も見られない。
次に、フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、n型MOSFET33を形成する領域13を開口したレジスト14を形成し、レジスト14および前記シリコン酸化膜スペーサ27をマスクとして、たとえば、第二n型不純物であるAs(砒素)を、1×1015/cm2から6×1015/cm2のドーズ量でイオン注入し、n型MOSFET33のソース、ドレイン拡散層15を形成する(図8−2(g))。次に、前記図8−2(g)における前記レジスト14を除去し、再度、フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、p型MOSFET34を形成する領域23、厚い酸化膜上に加工されたポリシリコン膜9−2の領域10、図示しないポリシリコン膜の一部領域を開口したレジスト29を形成し、たとえば、第二p型不純物であるB(ボロン)、もしくはBF2を、1×1015/cm2から6×1015/cm2のドーズ量でイオン注入する(図8−2(h))。次に、前記図8−2(h)における前記レジスト29を除去し、再度、フォトレジストを被覆し、フォトリソグラフィにより、容量素子領域19を開口したレジスト20を形成し、第三n型不純物であるP(リン)を、たとえば、5×1015/cm2以上、1×1016/cm2以下のドーズ量でイオン注入する(図8−2(i))。次に、前記図8−2(i)における前記レジスト20を除去し、全面に層間絶縁膜21を形成し、続いて、図示しない接続孔(コンタクトホール)、メタル配線、保護膜を順次形成する(図8−2(j))。
On the other hand, even in this process, according to the process flow of the present invention, since the process is after the structure of the
Next, a photoresist is coated, and a resist 14 having an opening in the
以上のように、本発明による半導体装置の製造方法を用いることにより、MOSFET等のトランジスタ素子に加え、アナログ素子を構成する抵抗素子と容量素子が同時形成可能となる。これらのうち、抵抗素子については、比較的高いシート抵抗を有する高抵抗素子に加え、温度係数の小さい抵抗素子を形成することができ、高抵抗素子により回路の占有面積を抑えながら、温度係数の小さい抵抗素子を用いることにより、設計の自由度を確保しながら、精度の高い回路を構成することが可能となる。さらに、容量素子についても、本発明の製造方法を用いることにより、面積当たりの容量値が大きく、電圧依存性の低い容量素子を形成することが可能であり、容量の占有面積を抑えながら、高精度の回路を構成することが可能となる。以上の結果、本発明の製造方法を用いることにより、高い精度を確保しながら、占有面積を小さく抑え、さらには、使用温度や使用電圧による特性値の変動が十分低いアナログ回路を構成することが可能となり、半導体装置の高機能化を図ることができる。
以上説明した実施例1、2にかかる半導体装置の製造方法によれば、以下に示すメリットを得ることができる。第1のメリットとして、容量素子を形成する工程である1層目の第一ポリシリコン膜、容量絶縁膜、2層目の第二ポリシリコン膜の形成は連続的に行なうことができて工程間に不要な工程が介在しないため、パーティクルや汚染等の影響を低く抑えることが可能である。また、従来例では、容量絶縁膜の形成を1層目の第一ポリシリコン膜を熱酸化して形成する場合、ポリシリコン膜中に不純物を高濃度に含み、さらには結晶粒界に沿った酸化レートの違いにより形成される1層目の第一ポリシリコン膜表面の凹凸が局所的な電界集中を発生させる原因となることがある。この結果、従来例では、容量絶縁膜としての品質や信頼性に問題があるが、本発明では、容量絶縁膜をCVD法により形成するため、従来例のような問題は発生せず、容量絶縁膜としての品質や信頼性を高めることができる。
As described above, by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to simultaneously form a resistor element and a capacitor element constituting an analog element in addition to a transistor element such as a MOSFET. Among these, as for the resistance element, in addition to the high resistance element having a relatively high sheet resistance, a resistance element having a small temperature coefficient can be formed. By using a small resistance element, it is possible to configure a highly accurate circuit while ensuring a degree of design freedom. Furthermore, with regard to the capacitive element, it is possible to form a capacitive element having a large capacitance value per area and low voltage dependency by using the manufacturing method of the present invention. An accurate circuit can be configured. As a result, by using the manufacturing method of the present invention, it is possible to reduce the occupied area while ensuring high accuracy, and further to configure an analog circuit with sufficiently low fluctuations in characteristic values due to operating temperature and operating voltage. This makes it possible to increase the functionality of the semiconductor device.
According to the manufacturing method of the semiconductor device concerning Examples 1 and 2 demonstrated above, the merit shown below can be acquired. The first merit is that the first layer first polysilicon film, the capacitor insulating film, and the second layer second polysilicon film, which are the steps for forming the capacitor element, can be continuously formed. Since no unnecessary steps are involved, the influence of particles, contamination, etc. can be kept low. Further, in the conventional example, when forming the capacitor insulating film by thermally oxidizing the first polysilicon film of the first layer, the polysilicon film contains impurities at a high concentration and further along the crystal grain boundary. Unevenness on the surface of the first polysilicon film of the first layer formed by the difference in oxidation rate may cause local electric field concentration. As a result, in the conventional example, there is a problem in the quality and reliability as the capacitive insulating film, but in the present invention, since the capacitive insulating film is formed by the CVD method, the problem as in the conventional example does not occur, and the capacitive insulating film The quality and reliability of the film can be improved.
第2のメリットとして、比較的高いシート抵抗を有するポリシリコン抵抗素子は、2層目の第二ポリシリコン膜形成後の全面p型不純物導入により形成されるが、このシート抵抗値はイオン注入のドーズ量が1×1015/cm2以下であれば他素子への影響無しに任意に設定可能である。通常、回路としては、温度係数を含め、高い精度が要求される回路と、高い精度は不要であるが、高い抵抗値を必要とする回路がある。一般に、温度係数を含め、高い精度を有するポリシリコン抵抗素子を形成するためには、不純物量を過飽和領域まで導入して濃度バラツキを小さくして抵抗値のバラツキを小さくする必要がある。この場合、不純物濃度が高いので、ポリシリコン抵抗素子のシート抵抗値は低くなる。従って、温度係数の低い高精度のポリシリコン抵抗素子のみで構成すると、抵抗値が低いので、抵抗素子が占める面積が増加し、1ウエハ当たりのチップ数が減少する結果、生産性の点で不利になる。一方、本発明では、2層目の第二ポリシリコン膜形成後のp型不純物導入で不純物量を任意に設定することにより、任意の高いシート抵抗値を有するポリシリコン抵抗素子を形成することが可能であり、設計の自由度が高く、チップ面積も小さくすることができる。
第3のメリットとして、容量絶縁膜をCVD法により10nm以上、40nm以下で形成することにより、その1として、面積当たりの容量値を高めることが可能であり、結果として、容量素子が占有する面積を小さくすることができる。その2として、本発明では、2層目の第二ポリシリコン膜を所定の形状に加工した後、各種の不純物導入して容量素子の上部電極とするが、その際、2層目の第二ポリシリコン膜加工後の容量絶縁膜の残膜が少なくとも10nm以上、40nm以下と薄いことから、この容量絶縁膜をリンイオン注入時の透過膜としてそのまま使用することができる。この結果、所定の形状に加工された2層目の第二ポリシリコン膜の一部領域を開口したレジストマスクにより、n型不純物であるP(リン)を、ドーズ量4×1015/cm2乃至1×1016/cm2でイオン注入することにより、p型不純物やn型不純物であるAs(砒素)をイオン注入して容量素子の上部電極とした場合の電圧依存性が1200ppm/V程度が限界であるのに対し、それ以下にすることが可能で、電圧依存性の小さい容量素子を形成することが可能である。
As a second merit, a polysilicon resistance element having a relatively high sheet resistance is formed by introducing p-type impurities over the entire surface after forming the second polysilicon film of the second layer. If the dose amount is 1 × 10 15 / cm 2 or less, it can be arbitrarily set without affecting other elements. Usually, there are a circuit that requires high accuracy including a temperature coefficient and a circuit that does not require high accuracy but requires a high resistance value. In general, in order to form a polysilicon resistance element having high accuracy including a temperature coefficient, it is necessary to introduce an impurity amount to a supersaturated region to reduce concentration variation and resistance value variation. In this case, since the impurity concentration is high, the sheet resistance value of the polysilicon resistance element is low. Accordingly, if only a high-precision polysilicon resistance element with a low temperature coefficient is used, the resistance value is low, so the area occupied by the resistance element increases and the number of chips per wafer decreases, which is disadvantageous in terms of productivity. become. On the other hand, in the present invention, a polysilicon resistor element having an arbitrarily high sheet resistance value can be formed by arbitrarily setting the impurity amount by introducing p-type impurities after forming the second polysilicon film of the second layer. It is possible, the degree of freedom of design is high, and the chip area can be reduced.
As a third merit, by forming the capacitor insulating film with a thickness of 10 nm or more and 40 nm or less by the CVD method, the capacitance value per area can be increased as the first, and as a result, the area occupied by the capacitor element Can be reduced. As the second, in the present invention, after processing the second polysilicon film of the second layer into a predetermined shape, various impurities are introduced to form the upper electrode of the capacitor element. Since the remaining film of the capacitive insulating film after processing the polysilicon film is as thin as at least 10 nm or more and 40 nm or less, this capacitive insulating film can be used as it is as a permeable film at the time of phosphorus ion implantation. As a result, P (phosphorus), which is an n-type impurity, is dosed at a dose of 4 × 10 15 / cm 2 using a resist mask having an opening in a partial region of the second polysilicon film of the second layer processed into a predetermined shape. Through the ion implantation of 1 to 10 × 10 16 / cm 2 , the voltage dependence when the p-type impurity or n-type impurity As (arsenic) is ion-implanted to form the upper electrode of the capacitor element is about 1200 ppm / V. However, it is possible to form a capacitor element with a small voltage dependency.
また第4のメリットとして、2層目の第二ポリシリコン膜を温度係数の低い抵抗素子とするためのボロンイオンの不純物導入工程と、pチャネル型素子に対するp型拡散層の形成工程とはそれぞれ必要とするドーズ量がほぼ等しいので、別々に行うことなく、同時に行うことが可能で、工程数が削減されることがある。 As a fourth merit, a boron ion impurity introducing step for making the second polysilicon film of the second layer a resistance element having a low temperature coefficient and a p-type diffusion layer forming step for the p-channel type device are respectively provided. Since the required dose amounts are approximately equal, they can be performed simultaneously without being performed separately, and the number of processes may be reduced.
1.厚い絶縁膜、 2.シリコン基板
3.シリコン酸化膜、 4.1層目のポリシリコン膜
5.ゲート電極領域、 6.容量素子形成領域
7.レジストパターン、 8.容量絶縁膜
9.2層目のポリシリコン膜、 10.抵抗素子形成領域
11.抵抗素子形成領域、 12.レジストパターン
13.n型MOSGET形成領域、 14.レジストパターン
15.nチャネル型MOSのソース、ドレイン拡散層、16.pチャネル型MOS形成領域
17.抵抗素子領域11の一部領域、 18.レジストパターン
19.容量素子を含む領域、 20.レジストパターン
21.層間絶縁膜、 22.n型MOSFETの低濃度拡散層
23.p型MOSFET形成領域、 24.レジストパターン
25.p型MOSFETの低濃度拡散層、 26.シリコン酸化膜
27.シリコン酸化膜スペーサ、 28.シリコン酸化膜
29.レジストパターン、
31.容量素子 32.抵抗素子
33.nチャネル型MOS 34.pチャネル型MOS
40.pチャネル型MOSのソース、ドレイン拡散層。
1. 1. Thick insulating
31.
40. p-channel MOS source and drain diffusion layers.
Claims (10)
該第一ポリシリコン膜を前記薄い絶縁膜上に配置されるゲート電極と厚い絶縁膜上に配置される容量素子の下層電極とにそれぞれ加工する第2工程と、
該下層電極上に容量絶縁膜となるCVD酸化膜を形成する第3工程と、
全面に堆積される第二ポリシリコン膜に所定量の第一p型不純物を導入後、該第二ポリシリコン膜を前記容量素子の上層電極と前記絶縁膜上に配置される抵抗素子とに加工する第4工程と、
前記ゲート電極を含む前記pウエルに第二n型不純物を導入してnチャネル型MOSFETを形成する第5工程と、
前記ゲート電極を含む前記nウエルと前記抵抗素子とに第二p型不純物を導入してpチャネル型MOSFETの形成と前記抵抗素子の抵抗値の調整とをそれぞれ行う第6工程と、
前記第一p型不純物を含有する前記容量素子の上層電極に第三n型不純物を導入してn型に変換する第7工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 After forming a thin insulating film covering the n-well surface and p-well surface formed on the surface layer of the silicon substrate and a thick insulating film formed so as to surround the thin insulating film, the first n-type is formed on the entire surface. A first step of forming a first polysilicon film containing impurities;
A second step of processing the first polysilicon film into a gate electrode disposed on the thin insulating film and a lower layer electrode of a capacitive element disposed on the thick insulating film;
A third step of forming a CVD oxide film serving as a capacitive insulating film on the lower electrode;
After introducing a predetermined amount of the first p-type impurity into the second polysilicon film deposited on the entire surface, the second polysilicon film is processed into an upper layer electrode of the capacitive element and a resistance element disposed on the insulating film. And a fourth step to
A fifth step of forming an n-channel MOSFET by introducing a second n-type impurity into the p-well including the gate electrode;
A sixth step of introducing a second p-type impurity into the n-well including the gate electrode and the resistance element to form a p-channel MOSFET and adjust a resistance value of the resistance element, respectively;
A seventh step of introducing a third n-type impurity into the upper electrode of the capacitive element containing the first p-type impurity to convert it into an n-type;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
全面にCVD絶縁膜を形成した後、該CVD絶縁膜の異方性エッチングにより前記ゲート電極の両側壁に前記CVD絶縁膜をスペーサとして残し、全面に絶縁膜を形成する第4−2工程と、
を挿入することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 A fourth n-type impurity is introduced into the p-well including the gate electrode and a third p-type impurity is introduced into the n-well between the fourth and fifth steps to form a low concentration region. 1 process,
Forming a CVD insulating film on the entire surface, then leaving the CVD insulating film as a spacer on both side walls of the gate electrode by anisotropic etching of the CVD insulating film, and forming an insulating film on the entire surface;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is inserted.
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the CVD insulating film is a silicon oxide film or a silicon nitride film.
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CN102194746A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-21 | 精工电子有限公司 | Method of manufacturing semiconductor circuit device |
JP2011243920A (en) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102194746A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-21 | 精工电子有限公司 | Method of manufacturing semiconductor circuit device |
JP2011192844A (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Seiko Instruments Inc | Method of manufacturing semiconductor circuit device |
JP2011243920A (en) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
CN101924101A (en) * | 2010-08-06 | 2010-12-22 | 锐迪科科技有限公司 | Structure of semiconductor passive device and making method thereof |
CN101924101B (en) * | 2010-08-06 | 2013-09-11 | 锐迪科科技有限公司 | Structure of semiconductor passive device and making method thereof |
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