JP2018056342A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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    • H01L27/0922Combination of complementary transistors having a different structure, e.g. stacked CMOS, high-voltage and low-voltage CMOS

Abstract

【課題】半導体装置の信頼性または性能を向上する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、P型不純物を第1ドーズ量でイオン注入して、高耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域であるP−半導体領域PLDを形成する工程、P型不純物を第2ドーズ量でイオン注入して、低耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域であるP−半導体領域EXPおよびポリシリコン抵抗の抵抗部RSPであるP型不純物層を形成する工程、を有する。さらに、ポリシリコン抵抗の抵抗部RSPを、その両端の端子部よりも薄膜化する抵抗部RSP形成工程、を有し、第2ドーズ量は、第1ドーズ量よりも高い。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、高耐圧MISFETと、低耐圧MISFETと、抵抗素子と、を含む半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。
特開2007−258463号公報(特許文献1)には、高耐圧MISFETと、低耐圧MISFETと、ポリシリコン抵抗と、を含む半導体装置が開示されている。
非特許文献1には、ポリシリコン抵抗の温度依存性が開示されている。
特開2007−258463号公報
"Physical Model for the Resistivity and Temperature Coefficient of Resistivity in Heavily Doped Polysilicon" IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.53, NO.8, AUGUST 2006, P.1885-1892
本願発明者が検討している半導体装置は、高耐圧MISFETと、低耐圧MISFETと、抵抗素子と、を有している。高耐圧MISFETは、高耐圧N型トランジスタおよび高耐圧P型トランジスタを、低耐圧MISFETは、低耐圧N型トランジスタおよび低耐圧P型トランジスタを、含む。
高耐圧N型トランジスタ、高耐圧P型トランジスタ、低耐圧N型トランジスタおよび低耐圧P型トランジスタは、それぞれ、ゲート電極とソース領域およびドレイン領域とを有し、ソース領域およびドレイン領域は、それぞれ、低濃度半導体領域と、高濃度半導体領域と、で構成されたLDD(Lightly Doped Drain)構造を有している。そして、高耐圧N型トランジスタまたは高耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域は、低耐圧N型トランジスタまたは低耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域よりも低不純物濃度で構成されている。
また、抵抗素子は、ポリシリコン抵抗であり、多結晶シリコン膜に所望の不純物濃度で不純物を導入することにより、その抵抗値(例えば、シート抵抗)を設定している。抵抗素子の微細化のためには、高シート抵抗のポリシリコン抵抗とすることが肝要であり、例えば、高耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域を形成する不純物注入工程を用いて、抵抗素子を形成している。
しかしながら、本願発明者の検討によれば、ポリシリコン抵抗の不純物濃度が低濃度になる程、ポリシリコン抵抗の温度依存性が大きくなるため、例えば、抵抗素子を含むアナログ回路の誤動作を引き起こし、アナログ回路を有する半導体装置の信頼性が低下することが確認された。
つまり、ポリシリコン抵抗を有する半導体装置において、信頼性の向上が望まれる。または、半導体装置の性能の向上が望まれる。若しくは、半導体装置の信頼性および性能の向上が望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、P型不純物を第1ドーズ量でイオン注入して、高耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域であるP半導体領域を形成する工程、P型不純物を第2ドーズ量でイオン注入して、低耐圧P型トランジスタの低濃度半導体領域であるP半導体領域およびポリシリコン抵抗の抵抗部であるP型不純物層を形成する工程、を有する。さらに、ポリシリコン抵抗の抵抗部を、その両端の端子部よりも薄膜化する抵抗部を形成工程、を有し、第2ドーズ量は、第1ドーズ量よりも高い。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上することができる。または、半導体装置の性能を向上することができる。若しくは、半導体装置の信頼性ならびに性能を向上することができる。
実施の形態1における半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。 実施の形態1における半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図2に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図3に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図4に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図5に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図6に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図7に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図8に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図9に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図10に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図11に続く、半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態1における半導体装置の要部断面図である。 実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態2における半導体装置の要部断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 実施の形態3における半導体装置の要部断面図である。 実施の形態4における半導体装置の要部断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
<半導体装置の構造>
図13は、本実施の形態における半導体装置の要部断面図である。半導体装置は、低耐圧N型トランジスタLTNと、低耐圧P型トランジスタLTPと、高耐圧N型トランジスタHTNと、高耐圧P型トランジスタHTPと、ポリシリコン抵抗(抵抗素子)PRとを有している。低耐圧N型トランジスタLTNおよび低耐圧P型トランジスタLTPの低耐圧トランジスタは、例えば、ロジック回路を構成するために用いられ、高耐圧N型トランジスタHTNおよび高耐圧P型トランジスタHTPの高耐圧トランジスタ並びにポリシリコン抵抗PRは、例えば、アナログ回路を構成する為に用いられる。
低耐圧N型トランジスタLTNおよび低耐圧P型トランジスタLTPの動作電源電圧は、例えば1V以下であり、高耐圧N型トランジスタHTNおよび高耐圧P型トランジスタHTPの動作電源電圧は、たとえば5V以上である。高耐圧N型トランジスタHTNおよび高耐圧P型トランジスタHTPの動作電源電圧は、低耐圧N型トランジスタLTNおよび低耐圧P型トランジスタLTPの動作電源電圧よりも高い。上記トランジスタは、例えば、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)である。
半導体装置は、例えば、シリコンからなるp型の半導体基板1に形成されている。なお、SOI(Silicon On Insulator)構造の半導体基板とすることも出来る。半導体基板1の主面には、複数のP型ウェル領域PWおよび複数のN型ウェル領域NWが形成されており、P型ウェル領域PWおよびN型ウェル領域NWは、半導体基板1の主面から半導体基板1の深さ方向にわたって所望の深さ(例えば、0.3μm〜0.4μm)を有している。低耐圧N型トランジスタLTNおよび高耐圧N型トランジスタHTNは、P型ウェル領域PWに形成されており、低耐圧P型トランジスタLTPおよび高耐圧P型トランジスタHTPは、N型ウェル領域NWに形成されている。ポリシリコン抵抗PRは、P型ウェル領域PWに形成されているが、N型ウェル領域NWに形成しても良い。
また、半導体基板1の主面には、絶縁膜(絶縁材料)からなる素子分離領域(素子分離膜)STIが形成されており、半導体基板1の主面の一部である活性領域は、その周囲を素子分離領域STIで囲まれている。半導体基板1の主面には、その周囲を素子分離領域STIで囲まれた、複数の活性領域が形成されている。活性領域は、前述のトランジスタを形成する領域であり、隣接する二つのトランジスタは、素子分離領域によって電気的に分離されている。素子分離領域STIは、半導体基板1の主面から、0.25〜0.30μm程度の深さを有し、平面視において、P型ウェル領域PWの内部、N型ウェル領域NWの内部、および、P型ウェル領域PWとN型ウェル領域NWの境界部に形成されている。素子分離領域STIは、P型ウェル領域PWおよびN型ウェル領域NWよりも浅いので、P型ウェル領域PWおよびN型ウェル領域NW内には、図示しないが、素子分離領域STIで囲まれた複数の活性領域が形成されている。P型ウェル領域PWとN型ウェル領域NWは、半導体基板1の主面から内部に向かって、不純物濃度が上昇する不純物プロファイルを有しており、素子分離領域STIの底部で、不純物濃度が最も高くなっている。
低耐圧N型トランジスタ形成領域LNRに形成された低耐圧N型トランジスタLTNは、半導体基板1の主面上に低耐圧ゲート絶縁膜GILを介して形成された低耐圧ゲート電極LGNと、低耐圧ゲート電極LGNの両側の半導体基板1の主面(言い換えると、P型ウェル領域PW)に形成されたソース・ドレイン領域を有する。ソース・ドレイン領域は、それぞれ、低濃度半導体領域であるN半導体領域EXN(以下、半導体領域EXNと呼ぶ)と高濃度半導体領域であるN半導体領域NSD(以下、半導体領域NSDと呼ぶ)とで構成されており、半導体領域EXNの不純物濃度は、半導体領域NSDの不純物濃度よりも低く、半導体領域EXNの深さは、半導体領域NSDの深さよりも浅い。半導体領域EXNは、半導体領域NSDと低耐圧ゲート電極LGNの間に位置しており、低耐圧ゲート電極LGNと一部が重なっている。つまり、半導体領域EXNは、低耐圧ゲート電極LGNの下に入り込んでいる。ソース・ドレイン領域の間のP型ウェル領域PWの表面がチャネル形成領域となる。ソース・ドレイン領域の半導体領域EXN間がチャネル形成領域と言うこともできる。
低耐圧ゲート電極LGNの両側の側壁上には、側壁絶縁膜SWが形成されている。半導体領域EXNのチャネル形成領域側の端部は、低耐圧ゲート電極LGNと重なっており、低耐圧ゲート電極LGNの下側に入り込んでいるが、半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部は、低耐圧ゲート電極LGNの外側に位置しており、低耐圧ゲート電極LGNと重なっていない。半導体領域EXNのチャネル形成領域側の端部は、半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部から、およそ、側壁絶縁膜SWの膜厚(低耐圧ゲート電極LGNの側壁に垂直な方向における膜厚)に相当する距離だけ離れている。半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部は、側壁絶縁膜SWに重なっており、側壁絶縁膜SWの下側に入り込んでいる。
平面視において、半導体領域NSDの、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIから露出した領域を覆うようにシリサイド層SLが、ソース・ドレイン領域に形成されている。シリサイド層SLは、低耐圧ゲート電極LGNの上面にも形成されている。
低耐圧N型トランジスタLTNは、層間絶縁膜IFで覆われており、層間絶縁膜IFに形成された複数の開口は、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLの一部を露出するように形成され、複数の開口内に形成された金属膜からなるプラグ電極PGは、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLに接触している。層間絶縁膜IF上には、各々が、プラグ電極PGに接触する複数の配線WLが形成されている。つまり、配線WLは、プラグ電極PGを介してソース・ドレイン領域に電気的に接続されている。
低耐圧P型トランジスタ形成領域LPRに形成された低耐圧P型トランジスタLTPは、半導体基板1の主面上に低耐圧ゲート絶縁膜GILを介して形成された低耐圧ゲート電極LGPと、低耐圧ゲート電極LGPの両側の半導体基板1の主面(言い換えると、N型ウェル領域NW)に形成されたソース・ドレイン領域を有する。ソース・ドレイン領域は、それぞれ、低濃度半導体領域であるP半導体領域EXP(以下、半導体領域EXPと呼ぶ)と高濃度半導体領域であるP半導体領域PSD(以下、半導体領域PSDと呼ぶ)とで構成されており、半導体領域EXPの不純物濃度は、半導体領域PSDの不純物濃度よりも低く、半導体領域EXPの深さは、半導体領域PSDの深さよりも浅い。半導体領域EXPは、半導体領域PSDと低耐圧ゲート電極LGPの間に位置しており、低耐圧ゲート電極LGPと一部が重なっている。つまり、半導体領域EXPは、低耐圧ゲート電極LGPの下に入り込んでいる。ソース・ドレイン領域の間のN型ウェル領域NWの表面がチャネル形成領域となる。ソース・ドレイン領域の半導体領域EXP間がチャネル形成領域と言うこともできる。
低耐圧ゲート電極LGPの両側の側壁上には、側壁絶縁膜SWが形成されている。半導体領域EXPのチャネル形成領域側の端部は、低耐圧ゲート電極LGPと重なっており、低耐圧ゲート電極LGPの下側に入り込んでいるが、半導体領域PSDのチャネル形成領域側の端部は、低耐圧ゲート電極LGPと重なっていない。半導体領域EXPのチャネル形成領域側の端部は、半導体領域PSDのチャネル形成領域側の端部から、およそ、側壁絶縁膜SWの膜厚(低耐圧ゲート電極LGPの側壁に垂直な方向における膜厚)だけ離れている。半導体領域PSDのチャネル形成領域側の端部は、側壁絶縁膜SWに重なっており、側壁絶縁膜SWの下側に入り込んでいる。
平面視において、半導体領域PSDの、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIから露出した領域を覆うようにシリサイド層SLが、ソース・ドレイン領域に形成されている。シリサイド層SLは、低耐圧ゲート電極LGPの上面にも形成されている。
低耐圧N型トランジスタLTPは、層間絶縁膜IFで覆われており、層間絶縁膜IFに形成された複数の開口は、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLの一部を露出するように形成され、複数の開口内に形成された金属膜からなるプラグ電極PGは、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLに接触している。層間絶縁膜IF上には、各々が、プラグ電極PGに接触する複数の配線WLが形成されている。つまり、配線WLは、プラグ電極PGを介してソース・ドレイン領域に電気的に接続されている。
高耐圧N型トランジスタ形成領域HNRに形成された高耐圧N型トランジスタHTNは、半導体基板1の主面上に高耐圧ゲート絶縁膜GIHを介して形成された高耐圧ゲート電極HGNと、高耐圧ゲート電極HGNの両側の半導体基板1の主面(言い換えると、P型ウェル領域PW)に形成されたソース・ドレイン領域を有する。ソース・ドレイン領域は、それぞれ、低濃度半導体領域であるN半導体領域NLD(以下、半導体領域NLDと呼ぶ)と高濃度半導体領域であるN半導体領域NSD(以下、半導体領域NSDと呼ぶ)とで構成されており、半導体領域NSDの不純物濃度は、半導体領域NLDの不純物濃度よりも高く、半導体領域NSDは、半導体領域NLDよりも深い。半導体領域NLDは、半導体領域NSDと高耐圧ゲート電極HGNの間に位置しており、高耐圧ゲート電極HGNと一部が重なっている。つまり、半導体領域NLDは、高耐圧ゲート電極HGNの下に入り込んでいる。ソース・ドレイン領域の間のP型ウェル領域PWの表面がチャネル形成領域となる。ソース・ドレイン領域の半導体領域NLD間がチャネル形成領域と言うこともできる。
半導体領域NLDの不純物濃度は、半導体領域EXNより低い。また、高耐圧ゲート電極HGNのゲート長は、低耐圧ゲート電極LGNのゲート長よりも長い。ここで、ゲート長とは、ソース・ドレイン領域を結ぶ方向のゲート電極の長さである。
高耐圧ゲート電極HGNの両側の側壁上には、側壁絶縁膜SWが形成されている。半導体領域NLDのチャネル形成領域側の端部は、高耐圧ゲート電極HGNと重なっており、高耐圧ゲート電極HGNの下側に入り込んでいるが、半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部は、高耐圧ゲート電極HGNの外側に位置しており、高耐圧ゲート電極HGNと重なっていない。半導体領域NLDのチャネル形成領域側の端部は、半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部から、およそ、側壁絶縁膜SWの膜厚(高耐圧ゲート電極HGNの側壁に垂直な方向における膜厚)に相当する距離だけ離れている。半導体領域NSDのチャネル形成領域側の端部は、側壁絶縁膜SWに重なっており、側壁絶縁膜SWの下側に入り込んでいる。
平面視において、半導体領域NSDの、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIから露出した領域を覆うようにシリサイド層SLが、ソース・ドレイン領域に形成されている。シリサイド層SLは、高耐圧ゲート電極HGNの上面にも形成されている。
高耐圧N型トランジスタHTNは、層間絶縁膜IFで覆われており、層間絶縁膜IFに形成された複数の開口は、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLの一部を露出するように形成され、複数の開口内に形成された金属膜からなるプラグ電極PGは、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLに接触している。層間絶縁膜IF上には、各々が、プラグ電極PGに接触する複数の配線WLが形成されている。つまり、配線WLは、プラグ電極PGを介してソース・ドレイン領域に電気的に接続されている。
高耐圧P型トランジスタ形成領域HPRに形成された高耐圧P型トランジスタHTPは、半導体基板1の主面上に高耐圧ゲート絶縁膜GIHを介して形成された高耐圧ゲート電極HGPと、高耐圧ゲート電極HGPの両側の半導体基板1の主面(言い換えると、N型ウェル領域NW)に形成されたソース・ドレイン領域を有する。ソース・ドレイン領域は、それぞれ、低濃度半導体領域であるP半導体領域PLD(以下、半導体領域PLDと呼ぶ)と高濃度半導体領域であるP半導体領域PSD(以下、半導体領域PSDと呼ぶ)とで構成されており、半導体領域PSDの不純物濃度は、半導体領域PLDの不純物濃度よりも高く、半導体領域PSDは、半導体領域PLDよりも深い。半導体領域PLDは、半導体領域PSDと高耐圧ゲート電極HGPの間に位置しており、高耐圧ゲート電極HGPと一部が重なっている。つまり、半導体領域PLDは、高耐圧ゲート電極HGPの下に入り込んでいる。ソース・ドレイン領域の間のN型ウェル領域NWの表面がチャネル形成領域となる。ソース・ドレイン領域の半導体領域PLD間がチャネル形成領域と言うこともできる。
半導体領域PLDの不純物濃度は、半導体領域EXPより低い。また、高耐圧ゲート電極HGPのゲート長は、低耐圧ゲート電極LGPのゲート長よりも長い。
高耐圧ゲート電極HGPの両側の側壁上には、側壁絶縁膜SWが形成されている。半導体領域PLDのチャネル形成領域側の端部は、高耐圧ゲート電極HGPと重なっており、高耐圧ゲート電極HGPの下側に入り込んでいるが、半導体領域PSDのチャネル形成領域側の端部は、高耐圧ゲート電極HGPの外側に位置しており、高耐圧ゲート電極HGPと重なっていない。半導体領域PLDのチャネル形成領域側の端部は、半導体領域PSDのチャネル形成領域側の端部から、およそ、側壁絶縁膜SWの膜厚(高耐圧ゲート電極HGPの側壁に垂直な方向における膜厚)に相当する距離だけ離れている。半導体領域PSDは、側壁絶縁膜SWと重なり、側壁絶縁膜SWの下に入り込んでいる。
平面視において、半導体領域PSDの、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIから露出した領域を覆うようにシリサイド層SLが、ソース・ドレイン領域に形成されている。シリサイド層SLは、高耐圧ゲート電極HGPの上面にも形成されている。
高耐圧P型トランジスタHTPは、層間絶縁膜IFで覆われており、層間絶縁膜IFに形成された複数の開口は、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLの一部を露出するように形成され、複数の開口内に形成された金属膜からなるプラグ電極PGは、ソース・ドレイン領域に形成されたシリサイド層SLに接触している。層間絶縁膜IF上には、各々が、プラグ電極PGに接触する複数の配線WLが形成されている。つまり、配線WLは、プラグ電極PGを介してソース・ドレイン領域に電気的に接続されている。
抵抗素子形成領域RRに形成されたポリシリコン抵抗PRは、半導体基板1の主面上に素子分離領域(素子分離膜)STIを介して形成されており、抵抗部RSPと、その両端に配置された2つの端子部TMPと、を有する。抵抗部RSPは、P型不純物を含有するP型不純物層PILであり、端子部TMPも同様に、P型不純物を含有するP型不純物層PIL2である。端子部TMPの不純物濃度は、抵抗部RSPの不純物濃度よりも高く、抵抗部RSPの膜厚は、端子部TMPの膜厚よりも薄い。抵抗部RSPを覆う絶縁膜SBおよび端子部TMPの側壁上に形成された側壁絶縁膜SWから露出した端子部TMPの上面にはシリサイド層SLが形成されている。
ポリシリコン抵抗PRは、層間絶縁膜IFで覆われており、層間絶縁膜IFに形成された複数の開口は、2つの端子部TMPに形成されたシリサイド層SLの一部を露出するように形成され、複数の開口内に形成された金属膜からなるプラグ電極PGは、2つの端子部TMPに形成されたシリサイド層SLに接触している。層間絶縁膜IF上には、各々が、プラグ電極PGに接触する複数の配線WLが形成されている。つまり、配線WLは、プラグ電極PGを介して2つの端子部TMPに電気的に接続されている。
<半導体装置の製造方法>
本実施の形態における半導体装置は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。図2〜図12は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図2〜図12では、図13と同様に、半導体基板1の主面に設けられた、抵抗素子形成領域RR(以下、R領域と呼ぶ)、低耐圧N型トランジスタ形成領域LNR(以下、LN領域と呼ぶ)、低耐圧P型トランジスタ形成領域LPR(以下、LP領域と呼ぶ)、高耐圧N型トランジスタ形成領域HNR(以下、HN領域と呼ぶ)および高耐圧P型トランジスタHTP形成領域HPR(以下、HP領域と呼ぶ)を示している。
先ず、図1に示す「半導体基板1準備」工程(ステップS1)を実施する。
図2に示すように、LN領域LNR、LP領域LPR、HN領域HNRおよびHP領域HPRの各々は、活性領域ACTと、活性領域ACTを囲む素子分離領域STIとで構成されている。活性領域ACTが「島」で、素子分離領域STIは、「島」を囲む「海」のように、活性領域ACTと素子分離領域STIとが配置されている。つまり、隣り合う活性領域ACTは、素子分離領域STIで電気的に分離されている。素子分離領域STIは、半導体基板1の主面に形成した溝内に酸化シリコン膜等の絶縁膜を埋め込んで形成され、素子分離領域STIは、半導体基板1の主面から、0.25〜0.30μm程度の深さを有する。
LN領域LNRおよびHN領域HNRの活性領域ACTは、P型ウェル領域PWを有しており、LP領域LPRおよびHP領域HPRは、N型ウェル領域NWを有している。R領域RRには、P型ウェル領域PWの表面に素子分離領域STIが形成されている。P型ウェル領域PWおよびN型ウェル領域NWは、素子分離領域STIよりも深く、P型ウェル領域PWとN型ウェル領域NWの境界は、素子分離領域STIの下に位置している。また、P型ウェル領域PWは、半導体基板1の主面に、例えば、ボロン(B)等の不純物を、イオン注入して形成する。N型ウェル領域NWは、半導体基板1の主面に、例えば、リン(P)等の不純物を、イオン注入して形成される。なお、LN領域LNRとHN領域HNRのP型ウェル領域PWは、異なる工程で、異なる不純物濃度、異なる注入エネルギーで形成しても良い。LP領域LPRとHP領域HPRのN型ウェル領域も同様に、異なる工程で、異なる不純物濃度、異なる注入エネルギーで形成しても良い。
さらに、半導体基板1の主面上において、HN領域HNRおよびHP領域HPRに高耐圧ゲート絶縁膜(ゲート絶縁膜)GIHを、LN領域LNRおよびLP領域LPRに低耐圧ゲート絶縁膜(ゲート絶縁膜)GILを形成する。高耐圧ゲート絶縁膜GIHおよび低耐圧ゲート絶縁膜GILは、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、High−k絶縁膜またはこれらの積層膜で構成される。例えば、高耐圧ゲート絶縁膜GIHは、低耐圧ゲート絶縁膜GILよりも膜厚が厚い。ここで、両者の膜種が異なる場合には、酸化シリコン膜の膜厚に換算した値で比較するものである。例えば、高耐圧ゲート絶縁膜GIHおよび低耐圧ゲート絶縁膜GILは、それぞれ、15nmおよび1nm程度の酸窒化シリコン膜で構成する。
次に、図1に示す「ゲート電極、ポリシリコン抵抗PRの形成」工程(ステップS2)を実施する。
図3に示すように、R領域RRにノンドープのポリシリコン抵抗PR、LN領域LNRにn型の低耐圧ゲート電極LGN、LP領域LPRにp型の低耐圧ゲート電極LGP、HN領域HPRにn型の高耐圧ゲート電極HGN、そして、HP領域HPRにp型の高耐圧ゲート電極HGPを形成する。
高耐圧ゲート絶縁膜GIHおよび低耐圧ゲート絶縁膜GIL上に、150nm程度の膜厚でシリコン膜(ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜)を堆積した後、LN領域LNRおよびHN領域HNRのシリコン膜にn型不純物(例えば、リン)を導入して、n型シリコン膜とする。また、LP領域LPRおよびHP領域HPRのシリコン膜にp型不純物(例えば、ボロン)を導入して、p型シリコン膜とする。ここで、ポリシリコン抵抗PRには、p型不純物またはn型不純物のどちらも導入せず、ノンドープシリコン膜とする。
次に、ホトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、シリコン膜をパターニングすることにより、n型の低耐圧ゲート電極LGN、p型の低耐圧ゲート電極LGP、n型の高耐圧ゲート電極HGN、p型の高耐圧ゲート電極HGP、および、ノンドープのポリシリコン抵抗PRを形成する。このとき、シリコン膜の下地の低耐圧ゲート絶縁膜GILもパターニングされ、その上のゲート電極と等しい平面形状となる。また、シリコン膜の下地の高耐圧ゲート絶縁膜GIHもゲート電極に近い上面が一部パターニングされる。
つまり、LN領域LNRには、半導体基板1の主面上に、パターニングされた低耐圧ゲート絶縁膜GILと低耐圧ゲート電極LGNの積層構造が、LP領域LPRには、半導体基板1の主面上に、パターニングされた低耐圧ゲート絶縁膜GILと低耐圧ゲート電極LGPの積層構造が形成される。また、HN領域HNRには、半導体基板1の主面上に、高耐圧ゲート電極HGNと、一部がパターニングされた高耐圧ゲート絶縁膜GIHとの積層構造が、HP領域HPRには、半導体基板1の主面上に、高耐圧ゲート電極HGPと、一部がパターニングされた高耐圧ゲート絶縁膜GIHとの積層構造が形成される。さらに、R領域RRには、素子分離領域STI上にポリシリコン抵抗PRが形成される。
次に、図1に示す「N半導体領域NLD形成」工程(ステップS3)を実施する。
図4に示すように、HN領域HNRにおいて、高耐圧ゲート電極HGNの両端のP型ウェル領域PW内に半導体領域NLDを形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RR、LN領域LNR、LP領域LPR、および、HP領域HPRを覆い、HN領域HNRを露出するマスク膜MSK1を形成する。マスク膜MSK1は、例えば、フォトレジスト層等の絶縁膜で構成する(以下のマスク膜も同様である)。
前記マスク膜MSK1を用いて、HN領域HNRの半導体基板1の主面に、例えば、リン(P)等のN型不純物を5.0E13/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域NLDを形成する。半導体領域NLDは、高耐圧ゲート電極HGNに対して、自己整合で形成される。つまり、高耐圧ゲート電極HGNの両端において、高耐圧ゲート電極HGNと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。
次に、図1に示す「P半導体領域PLD形成」工程(ステップS4)を実施する。
図5に示すように、HP領域HPRにおいて、高耐圧ゲート電極HGPの両端のN型ウェル領域NW内に半導体領域PLDを形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RR、LN領域LNR、LP領域LPR、および、HN領域HNRを覆い、HP領域HPRを露出するマスク膜MSK2を形成する。
前記マスク膜MSK2を用いて、HP領域HPRの半導体基板1の主面に、例えば、ボロン(B)等のP型不純物を4.0E13/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域PLDを形成する。半導体領域PLDは、高耐圧ゲート電極HGPに対して、自己整合で形成される。つまり、高耐圧ゲート電極HGPの両端において、高耐圧ゲート電極HGPと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。
次に、図1に示す「N半導体領域EXN形成」工程(ステップS5)を実施する。
図6に示すように、LN領域LNRにおいて、低耐圧ゲート電極LGNの両端のP型ウェル領域PW内に半導体領域EXNを形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RR、LP領域LPR、HN領域HNR、および、HP領域HPRを覆い、LN領域LNRを露出するマスク膜MSK3を形成する。
前記マスク膜MSK3を用いて、LN領域LNRの半導体基板1の主面に、例えば、ヒ素(As)等のN型不純物を3.0E14/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域EXNを形成する。半導体領域EXNは、低耐圧ゲート電極LGNに対して、自己整合で形成される。つまり、低耐圧ゲート電極LGNの両端において、低耐圧ゲート電極LGNと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。
次に、図1に示す「P半導体領域EXP形成」工程(ステップS6)を実施する。
図7に示すように、LP領域LPRにおいて、低耐圧ゲート電極LGPの両端のN型ウェル領域NW内に半導体領域EXPを形成する。同時に、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PR内にP型不純物層PILを形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、LN領域LNR、HN領域HNR、および、HP領域HPRを覆い、R領域RRおよびLP領域LPRを露出するマスク膜MSK4を形成する。
前記マスク膜MSK4を用いて、LP領域LPRの半導体基板1の主面およびR領域RRのポリシリコン抵抗PRに、例えば、フッ化ボロン(BF)等のP型不純物を3.0E14/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域EXPおよびP型不純物層PILを形成する。半導体領域EXPは、低耐圧ゲート電極LGPに対して、自己整合で形成される。つまり、低耐圧ゲート電極LGPの両端において、低耐圧ゲート電極LGPと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。P型不純物層PILは、ポリシリコン抵抗PRの全域に形成される。
ここで、ポリシリコン抵抗PRに導入するP型不純物のドーズ量(3.0E14/cm)が、高耐圧P型トランジスタHTPの半導体領域PLD形成用のP型不純物のドーズ量(4.0E13/cm)よりも高いことが肝要である。
次に、図1に示す「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)を実施する。
図8に示すように、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PRの抵抗部RSPを、選択的に薄膜化する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RRの端子部TMP、LN領域LNR、LP領域LPR、HN領域HNR、および、HP領域HPRを覆い、R領域RRの抵抗部RSPを露出するマスク膜MSK5を形成する。
前記マスク膜MSK5を用いたドライエッチングまたはウェットエッチングにより、ポリシリコン抵抗PRの抵抗部RSPの膜厚を、R領域RRの端子部TMP、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGP、または、高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPの膜厚よりも薄くする。抵抗部RSPの膜厚は、端子部TMPの膜厚の1/10〜1/5倍程度、つまり、15〜30nmとする。
ここでは、抵抗部RSPのみを選択的に薄膜化する例を示したが、抵抗部RSPと端子部TMPと、を同様に薄膜化しても良い。
次に、図1に示す「側壁絶縁膜SW形成」工程(ステップS8)を実施する。
図9に示すように、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGPの側壁上、高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPの側壁上、ならびに、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMPの側壁上に側壁絶縁膜SWを形成する。側壁絶縁膜SWは、例えば、酸化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜等からなる。
例えば、半導体基板1の主面上に酸化シリコン膜を堆積し、その酸化シリコン膜に異方性ドライエッチングを施すことにより、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGPの側壁上、高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPの側壁上、ならびに、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMPの側壁上に酸化シリコン膜からなる側壁絶縁膜SWを形成する。
次に、図1に示す「N半導体領域NSD形成」工程(ステップS9)を実施する。
図10に示すように、LN領域LNRにおいて、低耐圧ゲート電極LGNおよび側壁絶縁膜SWの両端のP型ウェル領域PW内に半導体領域NSDを形成する。同時に、HN領域HNRにおいて、高耐圧ゲート電極HGNおよび側壁絶縁膜SWの両端のP型ウェル領域PW内に半導体領域NSDを形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RR、LP領域LPR、HP領域HPR、を覆い、LN領域LNRおよびHN領域HNRを露出するマスク膜MSK6を形成する。
前記マスク膜MSK6を用いて、LN領域LNRおよびHN領域HNRの半導体基板1の主面に、例えば、ヒ素(As)等のN型不純物を4.0E15/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域NSDを形成する。LN領域LNRにおいて、半導体領域NSDは、低耐圧ゲート電極LGNおよび側壁絶縁膜SWに対して、自己整合で形成される。つまり、低耐圧ゲート電極LGNおよび側壁絶縁膜SWの両端において、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。そして、低耐圧N型トランジスタLTNのソース・ドレイン領域は、それぞれ、半導体領域EXNおよび半導体領域NSDを有している。また、HN領域HNRにおいて、半導体領域NSDは、高耐圧ゲート電極HGNおよび側壁絶縁膜SWに対して、自己整合で形成される。つまり、高耐圧ゲート電極HGNおよび側壁絶縁膜SWの両端において、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。そして、高耐圧ゲート電極HGNのソース・ドレイン領域は、それぞれ、半導体領域NLDおよび半導体領域NSDを有している。
次に、図1に示す「P半導体領域PSD形成」工程(ステップS10)を実施する。
図11に示すように、LP領域LPRにおいて、低耐圧ゲート電極LGPおよび側壁絶縁膜SWの両端のN型ウェル領域NW内に半導体領域PSDを形成する。同時に、HP領域HPRにおいて、高耐圧ゲート電極HGPおよび側壁絶縁膜SWの両端のN型ウェル領域NW内に半導体領域PSDを形成する。さらに、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMPにP型不純物層PIL2を形成する。先ず、半導体基板1の主面上に、R領域RRの抵抗部RSP、LN領域LNR、HN領域HNR、を覆い、R領域RRの端子部TMP、LP領域LPRおよびHP領域HPRを露出するマスク膜MSK7を形成する。
前記マスク膜MSK7を用いて、R領域RRのポリシリコン抵抗PRの端子部TMP、並びに、LP領域LPRおよびHP領域HPRの半導体基板1の主面に、例えば、ボロン(B)等のP型不純物を3.0E15/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域PSDを形成する。
R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMPには、抵抗部RSPよりも低抵抗の領域が形成される。
また、LP領域LPRにおいて、半導体領域NSDは、低耐圧ゲート電極LGPおよび側壁絶縁膜SWに対して、自己整合で形成される。つまり、半導体領域NSDは、低耐圧ゲート電極LGPおよび側壁絶縁膜SWの両端において、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。そして、低耐圧P型トランジスタLTPのソース・ドレイン領域は、それぞれ、半導体領域EXPおよび半導体領域PSDを有している。
また、HP領域HPRにおいて、半導体領域PSDは、高耐圧ゲート電極HGPおよび側壁絶縁膜SWに対して、自己整合で形成される。つまり、半導体領域PSDは、高耐圧ゲート電極HGPおよび側壁絶縁膜SWの両端において、側壁絶縁膜SWと素子分離領域STIとで挟まれた領域に形成される。そして、高耐圧ゲート電極HGPのソース・ドレイン領域は、それぞれ、半導体領域PLDおよび半導体領域PSDを有している。
次に、図1に示す「シリサイド層SL形成」工程(ステップS11)を実施する。
図12に示すように、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PRの抵抗部RSPを選択的に覆い、端子部TMP、LN領域LNR、LP部LPR、HN部HNR、および、HP領域HPRを露出するマスク膜である絶縁膜SBを形成し、絶縁膜SBから露出した領域にシリサイド層SLを形成する。シリサイド層SLは、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMP、低耐圧N型トランジスタLTNの半導体領域NSDおよび低耐圧ゲート電極LGNの表面(上面)、ならびに、低耐圧P型トランジスタLTPの半導体領域PSDおよび低耐圧ゲート電極LGPの表面(上面)に形成される。シリサイド層SLは、さらに、高耐圧N型トランジスタHTNの半導体領域NSDおよび高耐圧ゲート電極HGNの表面(上面)ならびに高耐圧P型トランジスタHTPの半導体領域PSDおよび高耐圧ゲート電極HGPの表面(上面)に形成される。
なお、シリサイド層SLは、例えば、コバルトシリサイド(CoSi)層、ニッケルシリサイド(NiSi)層、プラチナ(Pt)含有ニッケルシリサイド(NiSi)層等で構成される。
次に、図1に示す「プラグ電極PG、配線WL形成」工程(ステップS12)を実施する。
図13に示すように、ポリシリコン抵抗PR、低耐圧N型トランジスタLTN、低耐圧P型トランジスタLTP、高耐圧N型トランジスタHTN、および、高耐圧P型トランジスタHTPを覆う層間絶縁膜IFを、半導体基板1の主面上に形成する。層間絶縁膜IFは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または、窒化シリコン膜と窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン膜との積層膜等の絶縁膜(無機絶縁膜)からなる。層間絶縁膜IFの開口は、半導体領域PSD、NSDおよび端子部TMPの表面に形成されたシリサイド層SLの上面(表面)を一部露出している。
次に、層間絶縁膜IFの開口内に、金属膜からなるプラグ電極PGを形成する。プラグ電極PGは、窒化タングステン(TiW)膜又は窒化チタン(TiN)膜等のバリア膜と、タングステン(W)との積層構造となっている。シリサイド層SLの表面および開口の側壁にバリア膜が形成され、バリア膜上にタングステン膜が形成されている。
次に、層間絶縁膜IF上面に、プラグ電極PGに接触するように複数の配線WLを形成する。複数の配線WLは、アルミニウム(Al)膜または銅(Cu)膜を主体とする金属膜であるが、微量の不純物を含んでも良い。例えば、銅、シリコンを含有するアルミニウム膜、またはパラジウムを含有する銅膜等も含まれる。
上記の工程を経て、図13に示す半導体装置が完成する。
本実施の形態の半導体装置の製造方法による主な特徴を、以下に述べる。
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、HP領域HPRにP型不純物を第1ドーズ量でイオン注入して、高耐圧P型トランジスタHTPのP半導体領域PLDを形成する工程、LN領域LNRおよびR領域RRにP型不純物を第2ドーズ量でイオン注入して、低耐圧P型トランジスタLTPのP半導体領域EXPおよびポリシリコン抵抗PRのP型不純物層PILを形成する工程、を有する。さらに、ポリシリコン抵抗PRの抵抗部RSPを端子部TMPよりも薄膜化する工程、を有し、第2ドーズ量は、第1ドーズ量よりも高いという特徴を有する。
つまり、抵抗部RSPに、比較的高濃度のP型不純物を注入してポリシリコン抵抗PRを形成することで、温度依存性の小さいポリシリコン抵抗PRとすることができ、抵抗部RSPを薄膜化することで、ポリシリコン抵抗PRの占有面積を縮小できる。言い換えると、半導体装置の信頼性を向上することができ、さらに、高集積化を達成できる。
また、抵抗部RSPにP型不純物を注入して、ポリシリコン抵抗PRを形成することで、N型不純物を注入した場合に比べ、ポリシリコン抵抗PRの占有面積を縮小できる。これは、P型不純物の移動度がN型不純物の移動度に比べて低いためである。
また、抵抗部RSPを選択的に薄膜化し、端子部TMPは薄膜化しないので、端子部TMPに接続するプラグ電極PGを形成するために、層間絶縁膜IFに形成する開口の深さを低減することができ、製造歩留りを向上することができる。
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、さらに、ポリシリコン抵抗PRの端子部TMPの表面にシリサイド層SLを形成する工程、を有する。そのため、端子部TMPに接続されるプラグ電極PGとの接触抵抗を低減することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2は、上記実施の形態1の半導体装置の製造方法の変形例であり、上記実施の形態1と異なる部分のみ説明する。
実施の形態1では、図1の「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)で、ポリシリコン抵抗PRを薄膜化したが、実施の形態2では、ポリシリコン抵抗PR1を、N型不純物層とP型不純物層との積層構造としている。
実施の形態2の半導体装置の製造方法も、図1に示すプロセスフロー図に沿うが、「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)は、存在しない。さらに、「N半導体領域NLD形成」工程(ステップS3)および「P半導体領域EXP形成」工程(ステップS6)が異なっている。
図14および図15は、実施の形態2の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、図16は、実施の形態2の半導体装置の要部断面図である。図14は、図4に対応し、図1の「N半導体領域NLD形成」工程(ステップS3)を説明する図面であり、図15は、図7に対応し、図1の「P半導体領域EXP形成」工程(ステップS6)を説明する図面であり、図16は、図13に対応している。
図14に示すように、図1の「N半導体領域NLD形成」工程(ステップS3)では、LN領域LNR、LP領域LPR、および、HP領域HPRを覆い、R領域RRおよびHN領域HNRを露出するマスク膜MSK8を形成する。そして、このマスク膜MSK8を用いて、実施の形態1と同様に、HN領域HNRの半導体基板1の主面に、例えば、リン(P)等のN型不純物を5.0E13/cmのドーズ量でイオン注入し、半導体領域NLDを形成する。同時に、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PR1を構成するシリコン膜に、同様のイオン注入をし、ポリシリコン抵抗PR1にN型不純物層NILを形成する。
図15に示すように、図1の「P半導体領域EXP形成」工程(ステップS6)では、R領域RRにおいて、ポリシリコン抵抗PR1のN型不純物層NILの表面に、P型不純物層PILが形成され、ポリシリコン抵抗PR1は、N型不純物層NILとP型不純物層PILとの積層構造となる。
さらに、図1のステップS8以降の工程を実施することで、図16に示すポリシリコン抵抗PR1が完成する。ポリシリコン抵抗PR1は、N型不純物層NIL上に形成されたP型不純物層PILを有し、このP型不純物層PILが抵抗部RSPを構成している。そして、抵抗部RSPの両端には、P型不純物層PIL2とシリサイド層SLとからなる端子部TMPが形成されている。
実施の形態2では、ポリシリコン抵抗PR1の膜厚は、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGPならびに高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPと等しい。そして、ポリシリコン抵抗PR1を、N型不純物層NILとP型不純物層PILとの積層構造となっている。
実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様に、温度依存性の小さいポリシリコン抵抗PR1を実現出来る。さらに、ポリシリコン抵抗PR1を、N型不純物層NILとP型不純物層PILとの積層構造としたことで、ポリシリコン抵抗PRの占有面積を縮小できる。
また、実施の形態1に比べ、図1の「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)を省略できるため、製造コストの低減および製造歩留りの向上を図れる。
(実施の形態3)
実施の形態3は、上記実施の形態1の半導体装置の製造方法の変形例であり、上記実施の形態1と異なる部分のみ説明する。
実施の形態3の半導体装置の製造方法も、図1に示すプロセスフロー図に沿うが、図1の「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)と「側壁絶縁膜SW形成」工程(ステップS8)の順序が逆転する。つまり、「側壁絶縁膜SW形成」工程(ステップS8)の後に、「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)を実施する。
図17および図18は、実施の形態3の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、図19は、実施の形態3の半導体装置の要部断面図である。図17は、図9に対応し、図1の「側壁絶縁膜SW形成」工程(ステップS8)を説明する図面であり、図18は、図8に対応し、図1の「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)を説明する図面であり、図19は、図13に対応している。
図17に示すように、図1の「側壁絶縁膜SW形成」工程(ステップS8)においては、ポリシリコン抵抗PR2は、薄膜化されていないので、全体的に等しい膜厚を有しており、そのポリシリコン抵抗PR2の側壁上に側壁絶縁膜SWが形成される。
次に、図1の「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)を実施するが、図18に示すように、ポリシリコン抵抗PR2、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGP、ならびに、高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPの膜厚を、エッチングにより薄くする。従って、ポリシリコン抵抗PR2の主面(上面)は、側壁絶縁膜SWの先端よりも低い。言い換えると、ポリシリコン抵抗PR2の主面(上面)は、側壁絶縁膜SWの先端よりも半導体基板1の主面側に位置している。低耐圧ゲート電極LGNおよびLGP、ならびに、高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPと、その側壁上の側壁絶縁膜SWとについても、同様の関係がある。
さらに、図1のステップS9以降の工程を実施することで、図19に示すポリシリコン抵抗PR2が完成する。ポリシリコン抵抗PR2は、P型不純物層PILからなる抵抗部RSPと、抵抗部RSPの両端に配置された、P型不純物層PIL2とシリサイド層SLとからなる端子部TMPとを有する。
実施の形態3では、ポリシリコン抵抗PR2の膜厚は、低耐圧ゲート電極LGNおよびLGPならびに高耐圧ゲート電極HGNおよびHGPと等しい。そして、ポリシリコン抵抗PR2の抵抗部RSPの上面(抵抗部RSPと絶縁膜SBとの界面)は、ポリシリコン抵抗PR2の側壁上に形成された側壁絶縁膜SWの先端より低い。
実施の形態3の半導体装置の製造方法によれば、「抵抗部RSP形成」工程(ステップS7)におけるマスク膜を省略することができるため、製造コストの低減を図ることができる。
(実施の形態4)
図20は、実施の形態4の半導体装置の要部断面図を示している。
実施の形態4の半導体装置は、メモリセルMCと、低耐圧P型トランジスタLTPと、高耐圧P型トランジスタHTPと、ポリシリコン抵抗PR3と、を有している。
低耐圧P型トランジスタLTPおよび高耐圧P型トランジスタHTPは、実施の形態1の低耐圧P型トランジスタLTPおよび高耐圧P型トランジスタHTPと同様の構造および製造方法を有する。
メモリセルMCは、浮遊ゲート型の不揮発性メモリであり、電荷を蓄積する浮遊ゲート電極FGと、制御ゲート電極CGと、積層された浮遊ゲート電極FGおよび制御ゲート電極CGの両側に配置されたソース・ドレイン領域となるN半導体領域NSDと、を有する。ここで、浮遊ゲート電極FGおよび制御ゲート電極CGは、シリコン膜(ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜)で構成されており、浮遊ゲート電極FGの膜厚は、制御ゲートCGの膜厚よりも薄く、かつ、低耐圧ゲート電極LGPおよび高耐圧ゲート電極HGPの膜厚よりも薄い。
ポリシリコン抵抗PR3は、シリコン膜(ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜)で構成されており、抵抗部RSPを構成するP型不純物層PILと、端子部TMPを構成するP型不純物層PIL2およびシリサイド層SLと、を有する。実施の形態1と同様に、ポリシリコン抵抗PR3のP型不純物層PILは、低耐圧P型トランジスタLTPのP半導体領域EXPと同一のイオン注入工程で形成されており、P型不純物層PILの不純物濃度は、低耐圧P型トランジスタLTPのP半導体領域EXPの不純物濃度と等しい。また、ポリシリコン抵抗PR3の膜厚は、浮遊ゲート電極FGの膜厚と等しい。
実施の形態1と同様に、ポリシリコン抵抗PR3の抵抗部RSPに、比較的高濃度のP型不純物を注入しているので、温度依存性の小さいポリシリコン抵抗PR3とすることができる。さらに、ポリシリコン抵抗PR3の膜厚を、比較的薄膜である浮遊ゲート電極FGと等しい膜厚としたことで、ポリシリコン抵抗PR3の占有面積を縮小できる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
1 半導体基板
ACT 活性領域
CG 制御ゲート電極
EXN N半導体領域
EXP P半導体領域
FG 浮遊ゲート電極
GIH 高耐圧ゲート絶縁膜
GIL 低耐圧ゲート絶縁膜
HGN、HGN1、HGP、HGP1 高耐圧ゲート電極
HTN 高耐圧N型トランジスタ
HTP 高耐圧P型トランジスタ
HNR 高耐圧N型トランジスタ形成領域
HPR 高耐圧P型トランジスタ形成領域
IF 層間絶縁膜
LGN、LGN1、LGP、LGP1 低耐圧ゲート電極
LTN 低耐圧N型トランジスタ
LTP 低耐圧P型トランジスタ
LNR 低耐圧N型トランジスタ形成領域
LPR 低耐圧P型トランジスタ形成領域
MC メモリセル
MCR メモリセル形成領域
MSK1、MSK2、MSK3、MSK4、MSK5 マスク膜
MSK1、MSK2、MSK3、MSK9 マスク膜
NIL N型不純物層
NLD N半導体領域
NSD N半導体領域
NW N型ウェル領域
PG プラグ電極
PIL、PIL2 P型不純物層
PLD P半導体領域
PR、PR1、PR2、PR3 ポリシリコン抵抗
PSD P半導体領域
PW P型ウェル領域
RSP 抵抗部
RR 抵抗素子形成領域
SB 絶縁膜
SL シリサイド層
STI 素子分離領域
SW 側壁絶縁膜
TMP 端子部
WL 配線

Claims (15)

  1. 第1ゲート電極と、第1ソース領域および第1ドレイン領域と、を有する第1トランジスタと、第2ゲート電極と、第2ソース領域および第2ドレイン領域と、を有する第2トランジスタと、抵抗部と、その両端に位置する第1端子部および第2端子部と、を有するポリシリコン抵抗と、を含む半導体装置の製造方法であって、
    (a)その主面に、前記第1トランジスタを形成する第1領域と、前記第2トランジスタを形成する第2領域と、前記ポリシリコン抵抗を形成する第3領域と、を有する半導体基板を準備する工程、
    (b)前記第1領域の前記半導体基板の主面上に、第1ゲート絶縁膜を形成し、前記第2領域の前記半導体基板の主面上に、第2ゲート絶縁膜を形成する工程、
    (c)前記第1ゲート絶縁膜上に前記第1ゲート電極形成用の第1多結晶シリコン膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜上に前記第2ゲート電極形成用の第2多結晶シリコン膜を形成し、前記第3領域の前記半導体基板の主面上に、前記ポリシリコン抵抗形成用の第3多結晶シリコン膜を形成する工程、
    (d)前記第1領域を露出し、前記第2領域および前記第3領域を覆う第1マスク膜を用いて、前記第1領域に第1導電型の第1不純物をイオン注入して、前記第1ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第1半導体領域を形成する工程、
    (e)前記第2領域および前記第3領域を露出し、前記第1領域を覆う第2マスク膜を用いて、前記第2領域および前記第3領域に前記第1導電型の第2不純物をイオン注入して、前記第2ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第2半導体領域を形成し、前記第3多結晶シリコン膜に前記第1導電型の不純物層を形成する工程、
    (f)前記第3多結晶シリコン膜を選択的にエッチングし、前記抵抗部の前記第3多結晶シリコン膜の膜厚を、前記第1端子部および前記第2端子部の前記第3多結晶シリコン膜の膜厚より薄くする工程、
    (g)前記第2領域を露出し、前記第3領域の前記抵抗部を覆う第3マスク膜を用いて、前記第2領域に前記第1導電型の第3不純物をイオン注入し、前記第2ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第3半導体領域を形成する工程、
    (h)前記第1端子部および前記第2端子部に、それぞれ、第1電極および第2電極を接続する工程、
    を有し、
    前記第1半導体領域は、前記第1ソース領域または第1ドレイン領域を構成し、
    前記第2半導体領域および前記第3半導体領域は、前記第2ソース領域または前記第2ドレイン領域を構成し、
    前記第2不純物のドーズ量は、前記第1不純物のドーズ量よりも高い、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電型は、P型である、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1ゲート電極の両端の前記第1半導体領域を結ぶ方向における前記第1ゲート電極のゲート長は、前記第2ゲート電極の両端の前記第2半導体領域を結ぶ方向における前記第2ゲート電極のゲート長よりも長い、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(g)工程において、
    前記第3不純物を、前記ポリシリコン抵抗の前記第1端子部および前記第2端子部に注入し、
    前記第3不純物のドーズ量は、前記第2不純物および前記第1不純物のドーズ量よりも高い、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(f)と前記工程(g)との間に、さらに、
    (i)前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(g)と前記工程(h)との間に、さらに、
    (j)前記第3半導体領域の表面、ならびに、前記第1端子部および前記第2端子部の表面にシリサイド層を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  8. 第1ゲート電極と、第1ソース領域および第1ドレイン領域と、を有する第1トランジスタと、第2ゲート電極と、第2ソース領域および第2ドレイン領域と、を有する第2トランジスタと、第3ゲート電極と、第3ソース領域および第3ドレイン領域と、を有する第3トランジスタと、抵抗部と、その両端に位置する第1端子部および第2端子部と、を有するポリシリコン抵抗と、を含む半導体装置の製造方法であって、
    (a)その主面に、前記第1トランジスタを形成する第1領域と、前記第2トランジスタを形成する第2領域と、前記第3トランジスタを形成する第3領域と、前記ポリシリコン抵抗を形成する第4領域と、を有する半導体基板を準備する工程、
    (b)前記第1領域の前記半導体基板の主面上に、第1ゲート絶縁膜を形成し、前記第2領域の前記半導体基板の主面上に、第2ゲート絶縁膜を形成し、前記第3領域の前記半導体基板の主面上に、第3ゲート絶縁膜を形成する工程、
    (c)前記第1ゲート絶縁膜上に前記第1ゲート電極形成用の第1多結晶シリコン膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜上に前記第2ゲート電極形成用の第2多結晶シリコン膜を形成し、前記第3ゲート絶縁膜上に前記第3ゲート電極形成用の第3多結晶シリコン膜を形成し、前記第4領域の前記半導体基板の主面上に、前記ポリシリコン抵抗形成用の第4多結晶シリコン膜を形成する工程、
    (d)前記第1領域および前記第4領域を露出し、前記第2領域および前記第3領域を覆う第1マスク膜を用いて、前記第1領域および前記第4領域に第1導電型の第1不純物をイオン注入して、前記第1ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第1半導体領域を形成し、前記第4多結晶シリコン膜に第1不純物層を形成する工程、
    (e)前記第2領域を露出し、前記第1領域、前記第3領域および前記第4領域を覆う第2マスク膜を用いて、前記第2領域に前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2不純物をイオン注入して、前記第2ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第2半導体領域を形成する工程、
    (f)前記第3領域および前記第4領域を露出し、前記第1領域および前記第2領域を覆う第3マスク膜を用いて、前記第3領域および前記第4領域に前記第2導電型の第3不純物をイオン注入して、前記第3ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第3半導体領域を形成し、前記第4多結晶シリコン膜の前記第1不純物層の表面に第2不純物層を形成する工程、
    (g)前記第3ゲート電極の側壁上の側壁絶縁膜を形成する工程、
    (h)前記第3領域ならびに前記ポリシリコン抵抗の前記第1端子部および前記第2端子部を露出し、前記ポリシリコン抵抗の前記抵抗部を覆う第4マスク膜を用い、前記第3領域および前記第4領域に前記第2導電型の第4不純物をイオン注入して、前記第3ゲート電極および前記側壁絶縁膜の両端の前記半導体基板の主面に第4半導体領域を形成し、前記第1端子部および前記第2端子部に第3不純物層を形成する工程、
    (i)前記第1端子部および前記第2端子部に、それぞれ接続する第1電極および第2電極を形成する工程、
    を有し、
    前記第1半導体領域は、前記第1ソース領域または第1ドレイン領域を構成し、
    前記第2半導体領域は、前記第2ソース領域または前記第2ドレイン領域を構成し、
    前記第3半導体領域および前記第4半導体領域は、前記第3ソース領域または前記第3ドレイン領域を構成し、
    前記第3不純物のドーズ量は、前記第2不純物のドーズ量よりも高い、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電型は、N型であり、前記第2導電型は、P型である、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第3不純物のドーズ量は、前記第1不純物のドーズ量よりも高い、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2ゲート絶縁膜の膜厚は、前記第3ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項11に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第2ゲート電極の両端の前記第2半導体領域を結ぶ方向における前記第2ゲート電極のゲート長は、前記第3ゲート電極の両端の前記第3半導体領域を結ぶ方向における前記第3ゲート電極のゲート長よりも長い、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記工程(h)と前記工程(i)との間に、さらに、
    (j)前記ポリシリコン抵抗の前記抵抗部を第4マスク膜で覆った状態で、前記第1端子部および前記第2端子部の表面にシリサイド層を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  14. 第1ゲート電極と、第1ソース領域および第1ドレイン領域と、を有する第1トランジスタと、第2ゲート電極と、第2ソース領域および第2ドレイン領域と、を有する第2トランジスタと、抵抗部と、その両端に位置する第1端子部および第2端子部と、を有するポリシリコン抵抗と、を含む半導体装置の製造方法であって、
    (a)その第1主面に、前記第1トランジスタを形成する第1領域と、前記第2トランジスタを形成する第2領域と、前記ポリシリコン抵抗を形成する第3領域と、を有する半導体基板を準備する工程、
    (b)前記第1領域の前記半導体基板の第1主面上に、第1ゲート絶縁膜を形成し、前記第2領域の前記半導体基板の第1主面上に、第2ゲート絶縁膜を形成する工程、
    (c)前記第1ゲート絶縁膜上に前記第1ゲート電極形成用の第1多結晶シリコン膜を形成し、前記第2ゲート絶縁膜上に前記第2ゲート電極形成用の第2多結晶シリコン膜を形成し、前記第3領域の前記半導体基板の第1主面上に、前記ポリシリコン抵抗形成用の第3多結晶シリコン膜を形成する工程、
    (d)前記第1領域を露出し、前記第2領域および前記第3領域を覆う第1マスク膜を用いて、前記第1領域に第1導電型の第1不純物をイオン注入して、前記第1ゲート電極の両端の前記半導体基板の第1主面に第1半導体領域を形成する工程、
    (e)前記第2領域および前記第3領域を露出し、前記第1領域を覆う第2マスク膜を用いて、前記第2領域および前記第3領域に前記第1導電型の第2不純物をイオン注入して、前記第2ゲート電極の両端の前記半導体基板の第1主面に第2半導体領域を形成し、前記第3多結晶シリコン膜に前記第1導電型の不純物層を形成する工程、
    (f)前記第1多結晶シリコン膜、前記第2多結晶シリコン膜、および、前記第3多結晶シリコン膜の側壁上に、その先端が、前記第1多結晶シリコン膜、前記第2多結晶シリコン膜、および、前記第3多結晶シリコン膜の第2主面と等しい高さを有する側壁絶縁膜を形成する工程、
    (g)前記第1多結晶シリコン膜、前記第2多結晶シリコン膜、および、前記第3多結晶シリコン膜にエッチング処理を施し、前記第1多結晶シリコン膜、前記第2多結晶シリコン膜、および、前記第3多結晶シリコン膜に、前記側壁絶縁膜の前記先端よりも低い第3主面を形成する工程、
    (h)前記第2領域を露出し、前記第3領域の前記抵抗部を覆う第3マスク膜を用いて、前記第2領域に前記第1導電型の第3不純物をイオン注入し、前記第2ゲート電極の両端の前記半導体基板の主面に第3半導体領域を形成する工程、
    (i)前記第1端子部および前記第2端子部に、それぞれ、第1電極および第2電極を接続する工程、
    を有し、
    前記第1半導体領域は、前記第1ソース領域または第1ドレイン領域を構成し、
    前記第2半導体領域および前記第3半導体領域は、前記第2ソース領域または前記第2ドレイン領域を構成し、
    前記第2不純物のドーズ量は、前記第1不純物のドーズ量よりも高い、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1導電型は、P型である、半導体装置の製造方法。
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