JP2021086952A - Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and the semiconductor device.
シリコンなどの半導体基板上に微細な素子が形成される半導体装置のうち、MISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor)、抵抗素子、ヒューズ素子などを組み合わせてアナログ回路が形成されるものがある。 Among semiconductor devices in which fine elements are formed on a semiconductor substrate such as silicon, there are those in which analog circuits are formed by combining MISFETs (Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor), resistance elements, fuse elements, and the like. ..
例えば、ボルテージレギュレータ、ボルテージディテクタ、スイッチングレギュレータなどのアナログ回路が形成される半導体装置では、従来から小型化が求められており、各半導体素子のレイアウト面積の縮小化が重要となっている。 For example, in semiconductor devices in which analog circuits such as voltage regulators, voltage detectors, and switching regulators are formed, miniaturization has been conventionally required, and it is important to reduce the layout area of each semiconductor element.
そこで、レイアウト面積の縮小化を目的に、基板の垂直溝の内壁面に絶縁膜を形成し、垂直溝内に絶縁膜を介在して埋設され、基板の垂直方向に抵抗幅を有すると共に基板の水平方向に抵抗長を有する抵抗体による「縦型」の抵抗素子が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for the purpose of reducing the layout area, an insulating film is formed on the inner wall surface of the vertical groove of the substrate and is embedded in the vertical groove with the insulating film interposed therebetween, and has a resistance width in the vertical direction of the substrate and the substrate. A "vertical" resistance element using a resistor having a resistance length in the horizontal direction has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一つの側面では、レイアウト面積の縮小が容易な抵抗素子であって、抵抗値の精度が高い抵抗素子を有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 On one aspect, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a resistance element having a resistance element whose layout area can be easily reduced and having a high accuracy of resistance value.
一つの実施形態では、半導体装置の製造方法は、
層間絶縁膜内に抵抗素子を形成する半導体装置の製造方法であって、
前記層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜を形成するエッチングストッパ膜形成工程と、
前記エッチングストッパ膜を覆うように前記層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜の上面から前記エッチングストッパ膜に到達する深さまで、前記エッチング処理で線状のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチの形状に沿うように前記抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、
を含む。
In one embodiment, the method of manufacturing a semiconductor device is
A method for manufacturing a semiconductor device in which a resistance element is formed in an interlayer insulating film.
An etching stopper film forming step of forming an etching stopper film which is harder to remove by an etching process than the interlayer insulating film,
An interlayer insulating film forming step of forming the interlayer insulating film so as to cover the etching stopper film, and
A trench forming step of forming a linear trench by the etching process from the upper surface of the interlayer insulating film to a depth reaching the etching stopper film.
A resistance element forming step of forming the resistance element so as to follow the shape of the trench,
including.
一つの側面では、レイアウト面積の縮小が容易な抵抗素子であって、抵抗値の精度が高い抵抗素子を有する半導体装置の製造方法を提供することができる。 On one aspect, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a resistance element whose layout area can be easily reduced and whose resistance value is highly accurate.
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜内に抵抗素子を形成する半導体装置の製造方法であって、層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜を形成するエッチングストッパ膜形成工程と、エッチングストッパ膜を覆うように層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜の上面からエッチングストッパ膜に到達する深さまで、エッチング処理で線状のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、トレンチの形状に沿うように抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。 The method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a resistance element is formed in an interlayer insulating film, and forms an etching stopper film which is more difficult to remove by an etching process than an interlayer insulating film. The etching stopper film forming step, the interlayer insulating film forming step of forming the interlayer insulating film so as to cover the etching stopper film, and the linear trench by the etching process from the upper surface of the interlayer insulating film to the depth reaching the etching stopper film. A trench forming step of forming the above and a resistance element forming step of forming a resistance element along the shape of the trench are included, and if necessary, other steps are included.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、層間絶縁膜内に抵抗素子を有する半導体装置であって、層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜と、エッチングストッパ膜を覆うように形成されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜の上面からエッチングストッパ膜に到達する深さまで形成されているトレンチと、トレンチの形状に沿うように形成されている抵抗素子と、更に必要に応じてその他の部位あるいは部材を有する。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention is a semiconductor device having a resistance element in the interlayer insulating film so as to cover the etching stopper film, which is more difficult to remove by the etching process than the interlayer insulating film, and the etching stopper film. An interlayer insulating film is formed, a trench formed from the upper surface of the interlayer insulating film to a depth reaching the etching stopper film, a resistance element formed along the shape of the trench, and further, if necessary. It has other parts or members.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法により好適に製造することができる。また、エッチングストッパ膜はエッチングストッパ膜形成工程により好適に形成することができ、層間絶縁膜は層間絶縁膜形成工程により好適に形成することができ、トレンチはトレンチ形成工程により好適に形成することができ、抵抗素子は抵抗素子形成工程により好適に形成することができる。このため、以下では、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の説明をしながら、本発明の一実施形態に係る半導体装置についても説明する。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention can be suitably manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. Further, the etching stopper film can be preferably formed by the etching stopper film forming step, the interlayer insulating film can be preferably formed by the interlayer insulating film forming step, and the trench can be preferably formed by the trench forming step. The resistance element can be preferably formed by the resistance element forming step. Therefore, in the following, while explaining the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will also be described.
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、以下の知見に基づくものである。
特許文献1に記載の「縦型」の抵抗素子を形成する技術では、基板の垂直溝(トレンチ)の開口部が細長い線状となるためレイアウト面積の縮小が容易になるが、トレンチの深さが深いほどエッチング処理による深さの精度が低くなりやすい。このため、トレンチの内壁面に形成する抵抗素子の寸法精度が低下してしまい、抵抗値の精度が低くなるという問題がある。
そこで、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁層の下面に、エッチングの深さを一定にするためのエッチングストッパ膜を形成する工程と、エッチング処理で層間絶縁層内にトレンチを形成する工程と、形成したトレンチの内壁面に「縦型」の抵抗素子を直接形成する工程と、を含む。これにより、本発明の半導体装置の製造方法は、抵抗素子におけるレイアウト面積の縮小を容易にでき、かつトレンチの深さの精度を高めることでトレンチの内壁面に直接形成する抵抗素子の寸法精度が向上するため、抵抗値の精度を高くすることができる。
なお、抵抗値の精度とは、狙い目の抵抗値に対するばらつきの程度を意味する。
The method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is based on the following findings.
In the technique for forming the "vertical" resistance element described in
Therefore, the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a step of forming an etching stopper film on the lower surface of the interlayer insulating layer to make the etching depth constant, and an etching process in the interlayer insulating layer. It includes a step of forming a trench in the etching and a step of directly forming a "vertical" resistance element on the inner wall surface of the formed trench. As a result, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can easily reduce the layout area of the resistance element and increase the accuracy of the depth of the trench to improve the dimensional accuracy of the resistance element directly formed on the inner wall surface of the trench. Since it is improved, the accuracy of the resistance value can be increased.
The accuracy of the resistance value means the degree of variation with respect to the target resistance value.
次に、本発明の半導体装置の例として、半導体基板上に抵抗素子のほかにMOSトランジスタを形成した各実施形態について、図1〜9を参照しながら説明する。
なお、各実施形態では、半導体装置100をMOSトランジスタ及び抵抗素子を有する半導体装置としたが、具体的には、ボルテージレギュレータ、ボルテージディテクタ、スイッチングレギュレータ等のアナログ回路が形成される半導体装置などとしてもよい。
Next, as an example of the semiconductor device of the present invention, each embodiment in which a MOS transistor is formed in addition to the resistance element on the semiconductor substrate will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
In each embodiment, the
なお、図面は模式的なものであり、膜厚と平面寸法との関係、各膜厚の比率などは図面で示した限りではない。また、半導体基板において、半導体製造プロセスを用いて他の膜や層が積層される側の面を「上面」と称し、上面の裏面側の面を「下面」と称する。さらに、下記において、複数の膜やこれらを構造的に組み合わせて得られる半導体素子の数量、位置、形状、構造、大きさなどは、以下に示す実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数量、位置、形状、構造、大きさなどにすることができる。 The drawings are schematic, and the relationship between the film thickness and the plane dimensions, the ratio of each film thickness, etc. are not as shown in the drawings. Further, in a semiconductor substrate, the surface on the side where other films or layers are laminated by using the semiconductor manufacturing process is referred to as "upper surface", and the surface on the back surface side of the upper surface is referred to as "lower surface". Further, in the following, the quantity, position, shape, structure, size, etc. of a plurality of films and semiconductor elements obtained by structurally combining these are not limited to the embodiments shown below, and the present invention is carried out. The preferred quantity, position, shape, structure, size, etc. can be obtained.
[第1の実施形態]
(半導体装置の製造方法及び半導体装置)
図1は、本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の断面を示す説明図である。図2は、図1に示した半導体装置の上面を示す説明図であり、説明に必要な構成のみを示している。
なお、図1は、図2に示すA−A線の断面を模式的に示した図である。また、図2において、MOSトランジスタ形成領域Mの点線領域は、MOSトランジスタが形成されている領域を示している。
[First Embodiment]
(Manufacturing method of semiconductor devices and semiconductor devices)
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing the upper surface of the semiconductor device shown in FIG. 1, and shows only the configuration necessary for the explanation.
Note that FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of line AA shown in FIG. Further, in FIG. 2, the dotted line region of the MOS transistor forming region M indicates a region in which the MOS transistor is formed.
図1及び図2に示すように、本実施形態における半導体装置100の製造方法は、アクティブ領域であるMOSトランジスタ形成領域MにMOSトランジスタを形成した後、フィールド領域である抵抗素子形成領域Rに抵抗素子23を形成するための、エッチングストッパ膜形成工程と、層間絶縁膜形成工程と、トレンチ形成工程と、抵抗素子形成工程と、を含む。
本実施形態における半導体装置100は、ウエハ状の第1導電型半導体基板1と、第1導電型拡散領域2と、フィールド絶縁膜3と、ゲート絶縁膜4と、ゲート電極5と、第2導電型ソース領域6と、第2導電型ドレイン領域7と、第1の層間絶縁膜11と、第1の金属配線12と、配線金属層13,16と、第2の層間絶縁膜14(層間絶縁膜)と、第2の金属配線15と、コンタクトホール17と、エッチングストッパ膜21と、トレンチ22と、抵抗素子23と、を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the method of manufacturing the
The
本実施形態における半導体装置100の製造方法としては、まず、図3に示すように、第1導電型半導体基板1上に第1導電型拡散領域2を形成する。この第1導電型拡散領域2は、第1導電型半導体基板1に第1導電型の不純物としてリンを注入することにより形成する。
なお、本実施形態では、第1導電型の不純物をリンとしたが、これに限ることはない。また、本実施形態では、第1導電型をN型とし、後述する第2導電型をP型とするが、これに限ることなく、第1導電型をP型とし、第2導電型をN型としてもよい。
As a method for manufacturing the
In the present embodiment, the first conductive type impurity is phosphorus, but the present invention is not limited to this. Further, in the present embodiment, the first conductive type is N type and the second conductive type described later is P type, but the present invention is not limited to this, the first conductive type is P type and the second conductive type is N type. It may be a mold.
次に、MOSトランジスタ形成領域M以外の第1導電型拡散領域2の上面の一部に、STI(Shallow Trench Isolation)による素子分離構造を設ける。本実施形態では、STIのフィールド絶縁膜3は、CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成されるシリコン酸化膜である。
なお、本実施形態では、STIによる素子分離構造を設けたが、これに限ることはなく、例えば、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)などによる素子分離構造を設けるようにしてもよい。また、本実施形態では、フィールド絶縁膜3をCVDにより形成されるシリコン酸化膜としたが、これに限ることはない。
Next, an element separation structure by STI (Shallow Trench Isolation) is provided on a part of the upper surface of the first
In the present embodiment, the element separation structure by STI is provided, but the present invention is not limited to this, and for example, an element separation structure by LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) may be provided. Further, in the present embodiment, the
次に、MOSトランジスタ形成領域Mにおける第1導電型拡散領域2の上面の中央部に、シリコン酸化膜であるゲート絶縁膜4を形成した後、ゲート絶縁膜4の上に多結晶シリコン膜であるゲート電極5を形成する。
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜4をシリコン酸化膜とし、ゲート電極5を多結晶シリコン膜としたが、これに限ることはない。
Next, a
In the present embodiment, the
次に、第1導電型拡散領域2の上面において、ゲート絶縁膜4の一端と、この一端に対向するフィールド絶縁膜3との間にボロンを注入して、第2導電型ソース領域6を形成する。また、第2導電型ソース領域6の形成と合わせて、ゲート絶縁膜4の他端と、この他端に対向するフィールド絶縁膜3との間にもボロンを注入して、第2導電型ドレイン領域7を形成する。
なお、本実施形態では、第2導電型の不純物をボロンとしたが、これに限ることなく、例えば、BF2などとしてもよい。
以上により、MOSトランジスタ形成領域MにMOSトランジスタを形成する。
Next, on the upper surface of the first
In the present embodiment, the second conductive type impurity is boron, but the present invention is not limited to this, and may be, for example, BF 2 .
As described above, the MOS transistor is formed in the MOS transistor forming region M.
次に、図4に示すように、フィールド絶縁膜3、ゲート電極5、第2導電型ソース領域6、及び第2導電型ドレイン領域7の上面をそれぞれ覆うように、BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜である第1の層間絶縁膜11を形成する。
なお、本実施形態では、第1の層間絶縁膜11をBPSG膜としたが、これに限ることなく、例えば、NSG(None-doped Silicate Glass)膜とBPSG膜の積層構造、TEOS(Tetraethoxysilane)膜とBPSG膜の積層構造などとしてもよい。また、第1の層間絶縁膜11にトレンチを形成するために、第1の層間絶縁膜11の下面にエッチングストッパ膜を形成する場合には、第1の層間絶縁膜11は、当該エッチングストッパ膜よりもエッチング処理で除去しやすい絶縁膜が好ましい。
Next, as shown in FIG. 4, BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) covers the upper surfaces of the
In the present embodiment, the first
次に、図5に示すように、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化された第1の層間絶縁膜11の上面から、ゲート電極5、第2導電型ソース領域6、及び第2導電型ドレイン領域7の上面までそれぞれ貫通するように、ドライエッチングで各コンタクトホールを設ける。そして、各コンタクトホールの内部をタングステンで埋め込んで形成した第1の金属配線12の上面に、配線金属層13を形成する。
なお、本実施形態では、CMPにより第1の層間絶縁膜11の上面を平坦化したが、これに限ることはない。また、本実施形態では、第1の金属配線12の材質をタングステンとしたが、これに限ることはない。
Next, as shown in FIG. 5, from the upper surface of the first
In the present embodiment, the upper surface of the first
<エッチングストッパ膜形成工程及びエッチングストッパ膜>
エッチングストッパ膜形成工程では、図6に示すように、抵抗素子形成領域Rにおいて、フィールド絶縁膜3の上方の第1の層間絶縁膜11の上面に、エッチングストッパ膜21を形成する。
このエッチングストッパ膜21は、シリコン窒化膜であり、シリコン酸化膜である第2の層間絶縁膜14よりもドライエッチングでのエッチングレートが低い。このため、エッチングストッパ膜21は、詳細を後述するトレンチ形成工程において第2の層間絶縁膜14にドライエッチングでトレンチ22を形成する際に、トレンチ22の深さを一定にするようなエッチングストッパとして機能する。
すなわち、エッチングストッパ膜形成工程は、第2の層間絶縁膜14よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜21を形成する工程である。
<Etching stopper film forming process and etching stopper film>
In the etching stopper film forming step, as shown in FIG. 6, the
The
That is, the etching stopper film forming step is a step of forming the
エッチングストッパ膜21の平面視形状としては、トレンチ22を形成する範囲を全て含むような形状であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
なお、平面視形状とは、ウエハ状の第1導電型半導体基板1上に形成される半導体装置100を平面視したときの形状を意味する。また、平面視とは、第1導電型半導体基板1の上方(第1導電型半導体基板1の法線方向)から第1導電型半導体基板1の上面側を視ることを意味する。
The shape of the
The plan view shape means a shape when the
エッチングストッパ膜21の膜厚としては、トレンチ形成工程のエッチング処理でトレンチ22の深さが一定になるようにすることができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The film thickness of the
エッチングストッパ膜21の材質としては、詳細を後述する第2の層間絶縁膜14よりもエッチング処理で除去しにくく、かつ絶縁性を有していれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、本実施形態のように第2の層間絶縁膜14がシリコン酸化膜であれば、エッチングストッパ膜21をシリコン酸化膜よりもエッチング処理で除去しにくくエッチングレートが低いシリコン窒化膜などとしてもよい。
The material of the
エッチング処理としては、エッチングストッパ膜21のほうが第2の層間絶縁膜14よりもエッチングレートが低い処理であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。例えば、エッチング処理としては、アンダーカットを生じることなくトレンチ22を安定して形成できる点で、本実施形態のようにドライエッチングが好ましい。
The etching treatment is not particularly limited as long as the
<層間絶縁膜形成工程及び層間絶縁膜>
層間絶縁膜形成工程は、図7に示すように、第1の層間絶縁膜11及びエッチングストッパ膜21の全体を覆うように、シリコン酸化膜である第2の層間絶縁膜14を形成する工程である。
<Interlayer insulating film forming process and interlayer insulating film>
As shown in FIG. 7, the interlayer insulating film forming step is a step of forming a second
第2の層間絶縁膜14の形状、構造、及び大きさとしては、エッチングストッパ膜21を底面とするトレンチ22が形成できるように、エッチングストッパ膜21を覆うように形成されていれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The shape, structure, and size of the second
第2の層間絶縁膜14の膜厚としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、この膜厚により第2の層間絶縁膜14内に形成される抵抗素子23の断面積が変化するため、狙い目の抵抗値に応じた膜厚にすることが好ましい。
The film thickness of the second
第2の層間絶縁膜14の材質としては、エッチングストッパ膜21よりもエッチング処理で除去しやすいものであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、本実施形態のようにエッチングストッパ膜21がシリコン窒化膜であれば、第2の層間絶縁膜14をシリコン窒化膜よりもエッチングレートが高いシリコン酸化膜などとしてもよい。
The material of the second
次に、第1の層間絶縁膜11と同様に、CMPにより第2の層間絶縁膜14の上面を平坦化する。
なお、本実施形態では、CMPにより第2の層間絶縁膜14の上面を平坦化するが、これに限ることはない。
Next, as with the first
In the present embodiment, the upper surface of the second
<トレンチ形成工程及びトレンチ>
トレンチ形成工程は、図8に示すように、第2の層間絶縁膜14の上面からエッチングストッパ膜21に到達する深さまで、エッチング処理でトレンチ22を形成する工程である。
エッチング処理で形成したトレンチ22の深さのばらつきのほうが膜厚のばらつきよりも大きい場合が多いことから、本実施形態では、トレンチ22の底面となる位置にエッチングストッパ膜21を形成する。これにより、本実施形態のトレンチ形成工程では、第2の層間絶縁膜14の上面からエッチングストッパ膜21に到達する深さまで、エッチング処理でトレンチ22を形成することでエッチング量を過不足なく略一定にすることができるため、トレンチ22の深さの精度を高めることができる。
<Trench formation process and trench>
As shown in FIG. 8, the trench forming step is a step of forming the
Since the variation in the depth of the
トレンチ22の平面視形状、即ちトレンチ22の開口部の形状としては、線状であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、レイアウト形状に合わせるように、直線状、曲線状、巻線状、つづら折れ線状などが挙げられる。
なお、線状のトレンチ22の線幅としては、レイアウト面積を縮小する点から、第2の層間絶縁膜14の上面からエッチングストッパ膜21に到達する深さよりも狭いことが好ましい。
The plan view shape of the
The line width of the
トレンチ22の深さとしては、第2の層間絶縁膜14の上面からエッチングストッパ膜21に到達する深さであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The depth of the
<抵抗素子形成工程及び抵抗素子>
抵抗素子形成工程は、図9に示すように、線状のトレンチ22の形状に沿うように、抵抗素子23を「縦型」に形成する工程である。この工程でトレンチ22の形状に沿うように抵抗素子23を形成すると、エッチングストッパ膜21によりトレンチ22の深さの精度が高められているため、トレンチ22に形成される抵抗素子23の寸法ばらつきを低減することができ、抵抗値の精度が高い抵抗素子23を得ることができる。
また、第2の層間絶縁膜14の上面からのエッチングストッパ膜21の深さ、即ち本実施形態では第2の層間絶縁膜14の膜厚を変えることにより、抵抗素子の断面積が変化するため、多様な抵抗値を高精度で実現することができる。
<Resistance element forming process and resistance element>
As shown in FIG. 9, the resistance element forming step is a step of forming the
Further, the depth of the
この「縦型」の抵抗素子23は、トレンチ22の形状を埋めるように多結晶シリコン膜で形成される。多結晶シリコン膜は、抵抗体としての低濃度不純物領域と、その抵抗体の両端の上面に配置される電極としての高濃度不純物領域と、を有する。低濃度不純物領域は、不純物濃度及びサイズにより所望の抵抗値に調整される。また、抵抗素子23の電極は、図示しない配線金属膜に接続されている。
The "vertical"
「縦型」の抵抗素子23は、第2の層間絶縁膜14に形成されたトレンチ22内に埋設され、第1導電型半導体基板1の垂直方向(法線方向)に抵抗幅を有し、第1導電型半導体基板1の水平方向(面内方向)に膜厚及び抵抗長を有する抵抗素子といえる。
また、この「縦型」の抵抗素子23は、「横型」の抵抗素子と比較して体積が変わらないようにすると、多結晶シリコンの結晶性による抵抗値のばらつきを「横型」の抵抗素子と同等にすることができる。
The "vertical"
Further, if the volume of the "vertical"
なお、本実施形態では、抵抗素子23を多結晶シリコン膜で形成したが、これに限ることはなく、例えば、CrSiO、CrSiN、TiNなどの膜で形成してもよい。また、本実施形態では、高濃度不純物領域は線状のトレンチ22の形状の両端に設けられるとしたが、これに限ることなく、例えば、トレンチ22の形状にかかわらず、電極としてコンタクトしやすくするために所定の寸法などとしてもよい。
In the present embodiment, the
次に、抵抗素子形成工程の後、図1に示したように、各配線金属層13の上に形成したコンタクトホールの内部をタングステンで埋め込んで第2の金属配線15を形成した後、この第2の金属配線15の上面に配線金属層16を形成する。そして最後に、保護膜としてのパッシベーション膜を第2の層間絶縁膜14及び第2の金属配線15の上面全面に形成して、本実施形態の半導体装置100を製造する。
なお、本実施形態では、第2の金属配線15をタングステンとしたが、これに限ることはない。
Next, after the resistance element forming step, as shown in FIG. 1, after the inside of the contact hole formed on each
In the present embodiment, the
このように、半導体装置100の製造方法は、抵抗素子23を「縦型」に形成することにより、抵抗素子23のレイアウト面積の縮小を容易にすることができる。また、半導体装置100の製造方法では、第2の層間絶縁膜14の下面にエッチングストッパ膜21を形成することによりトレンチ22の深さの精度を高め、トレンチ22の内壁面に直接形成することで抵抗素子の寸法精度が向上するため、抵抗値の精度を高くすることができる。
As described above, in the method of manufacturing the
[第2の実施形態]
図10は、本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の断面を示す説明図である。
図10に示すように、第2の実施形態の半導体装置200は、図1に示した第1の実施形態の半導体装置100と比較すると、第1の実施形態のエッチングストッパ膜21よりも第2の実施形態のエッチングストッパ膜24のほうが厚く形成されている。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is an explanatory view showing a cross section of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, the
これにより、第1の実施形態の抵抗素子23の断面積よりも第2の実施形態の抵抗素子26の断面積のほうが小さくなるため、抵抗素子23よりも抵抗素子26を高抵抗化することができる。
As a result, the cross-sectional area of the
[第3の実施形態]
図11は、本発明の第3の実施形態における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の断面を示す説明図である。
図11に示すように、第3の実施形態に係る半導体装置300は、エッチングストッパ膜27がフィールド絶縁膜3の上面に形成されている。また、半導体装置300は、トレンチ28が第2の層間絶縁膜14の上面から貫通して第1の層間絶縁膜11の下面に配置されているエッチングストッパ膜27まで形成されている。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is an explanatory view showing a cross section of a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, in the
これにより、図1に示した第1の実施形態のトレンチ22よりも第3の実施形態のトレンチ28のほうが深く形成されるため、第1の実施形態の抵抗素子23よりも第3の実施形態の抵抗素子29のほうが断面積、即ち体積を大きくすることができる。よって、第3の実施形態の抵抗素子29は、第1の実施形態の抵抗素子23よりも体積が大きいことで多結晶シリコン膜の結晶性のばらつきを抑制することができ、抵抗素子23よりも抵抗値を高精度化することができる。
As a result, the
[第4の実施形態]
例えば、半導体装置がボルテージディテクタであると、基準電圧回路から発生させた基準電圧と分圧回路で分圧させた分圧電圧とを誤差増幅器で比較することにより電圧の検出が行われるため、分圧電圧の精度が重要となる。
分圧電圧の精度を高めるために、従来では図12に示すような抵抗回路510を形成し、抵抗素子群61〜64に並列にそれぞれ接続されている各ヒューズを選択的に切断することにより、端子C1〜C2までの抵抗回路510全体の抵抗値を調整する場合がある。この場合、各抵抗素子51の狙い目の抵抗値Rに対するばらつきが小さいことが必要であるため、図13に示すように、同じ線幅のマスクで形成するなどにより抵抗値の相対誤差を小さくした複数の隣接する「横型」の抵抗素子51を形成する。そして、配線金属層52を抵抗素子51の両端に適宜配置して抵抗回路510を形成するが、「横型」の抵抗素子51を9つも必要とするため、レイアウト面積が大きくなるという問題がある。
[Fourth Embodiment]
For example, if the semiconductor device is a voltage detector, the voltage is detected by comparing the reference voltage generated from the reference voltage circuit and the divided voltage divided by the voltage dividing circuit with an error amplifier. The accuracy of the pressure voltage is important.
In order to improve the accuracy of the voltage dividing voltage, conventionally, a
そこで、第4の実施形態に係る半導体装置400の製造方法では、図14に示すように、エッチングストッパ膜27,30を第1の層間絶縁膜11及び第2の層間絶縁膜14の下面にそれぞれ形成する。言い換えると、第4の実施形態の半導体装置の製造方法は、エッチングストッパ膜形成工程において、第2の層間絶縁膜14の上面からの深さが異なる2つ以上のエッチングストッパ膜27,30を形成し、トレンチ形成工程において、それぞれのエッチングストッパ膜27,30に対する深さまで、トレンチ28,31をそれぞれ形成し、抵抗素子形成工程において、それぞれのトレンチ28,31の形状に沿うように2つ以上の抵抗素子29,32を形成する。つまり、トレンチ28,31以外にも他のトレンチを有するようにしてもよいが、半導体装置400は、線幅が略同一である複数の線状のトレンチ28,31を有するようにし、少なくとも2つの線状のトレンチ28,31の深さが異なるようにした。そして、これらのトレンチの形状に沿うように抵抗素子をそれぞれ形成する。
これにより、第4の実施形態に係る半導体装置400の製造方法では、異なる抵抗値を有する「縦型」の抵抗素子29,32の抵抗値を高精度化することができる。
Therefore, in the method for manufacturing the
As a result, in the method for manufacturing the
また、各層間絶縁膜の膜厚がほぼ同じであれば、各抵抗体の断面積から、抵抗素子29の抵抗値をRとし、抵抗素子32の抵抗値を2Rとすることが容易になる。これにより、半導体装置400の製造方法では、抵抗値をR及び2Rとする2種の抵抗素子を高精度で形成することができるため、図12に示した従来の抵抗回路510を、図15の抵抗回路410のように6つの「縦型」の抵抗素子だけで形成することができる。すると、図15の抵抗回路410の抵抗素子は、図16に示すようなレイアウトとなり、図13で示した従来のレイアウトと比較すると抵抗回路のレイアウト面積を縮小することができる。
Further, if the thickness of each interlayer insulating film is substantially the same, it becomes easy to set the resistance value of the
なお、本実施形態では、抵抗回路に用いるために異なる抵抗値を有する2つの抵抗素子を形成するとしたが、これに限ることなく、他の回路に用いるために少なくともいずれかが異なる抵抗値を有する3つ以上の抵抗素子を形成してもよい。 In the present embodiment, two resistance elements having different resistance values are formed for use in a resistance circuit, but the present invention is not limited to this, and at least one of them has a different resistance value for use in another circuit. Three or more resistance elements may be formed.
また、上述以外の態様としては、トレンチ形成工程において、1つのエッチングストッパ膜に対し、2つ以上のトレンチをそれぞれ形成するようにしてもよい。これにより、高精度で同等の抵抗値を有する抵抗素子を2つ以上形成することができる。 Further, as an aspect other than the above, in the trench forming step, two or more trenches may be formed for each etching stopper film. As a result, it is possible to form two or more resistance elements having high accuracy and the same resistance value.
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜内に抵抗素子を形成する半導体装置の製造方法であって、層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜を形成するエッチングストッパ膜形成工程と、エッチングストッパ膜を覆うように層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜の上面からエッチングストッパ膜に到達する深さまで、エッチング処理で線状のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、トレンチの形状に沿うように抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、を含む。
これにより、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、レイアウト面積の縮小が容易な抵抗素子であって、抵抗値の精度が高い抵抗素子を有する半導体装置を製造することができる。
As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a resistance element is formed in an interlayer insulating film, and the interlayer insulating film is removed by an etching process. An etching stopper film forming step for forming a difficult etching stopper film, an interlayer insulating film forming step for forming an interlayer insulating film so as to cover the etching stopper film, and etching from the upper surface of the interlayer insulating film to a depth reaching the etching stopper film. The process includes a trench forming step of forming a linear trench and a resistance element forming step of forming a resistance element along the shape of the trench.
Thereby, the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention can manufacture a semiconductor device having a resistance element whose layout area can be easily reduced and whose resistance value is highly accurate.
1 第1導電型半導体基板
2 第1導電型拡散領域
3 フィールド絶縁膜
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 第2導電型ソース領域
7 第2導電型ドレイン領域
11 第1の層間絶縁膜
12 第1の金属配線
13,16,52 配線金属層
14 第2の層間絶縁膜(層間絶縁膜)
15 第2の金属配線
17 コンタクトホール
21,24,27,30 エッチングストッパ膜
22,25,28,31 トレンチ
23,26,29,32,51 抵抗素子
61〜64 抵抗素子群
100,200,300,400 半導体装置
410,510 抵抗回路
R 抵抗素子形成領域
M MOSトランジスタ形成領域
1 1st conductive
15
Claims (7)
前記層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜を形成するエッチングストッパ膜形成工程と、
前記エッチングストッパ膜を覆うように前記層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
前記層間絶縁膜の上面から前記エッチングストッパ膜に到達する深さまで、前記エッチング処理で線状のトレンチを形成するトレンチ形成工程と、
前記トレンチの形状に沿うように前記抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、
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 in which a resistance element is formed in an interlayer insulating film.
An etching stopper film forming step of forming an etching stopper film that is more difficult to remove by the etching process than the interlayer insulating film.
An interlayer insulating film forming step of forming the interlayer insulating film so as to cover the etching stopper film, and
A trench forming step of forming a linear trench by the etching process from the upper surface of the interlayer insulating film to a depth reaching the etching stopper film.
A resistance element forming step of forming the resistance element so as to follow the shape of the trench,
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises.
前記トレンチ形成工程において、それぞれの前記エッチングストッパ膜に対する深さまで、前記トレンチをそれぞれ形成し、
前記抵抗素子形成工程において、それぞれの前記トレンチの形状に沿うように2つ以上の前記抵抗素子を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。 In the etching stopper film forming step, two or more etching stopper films having different depths from the upper surface of the interlayer insulating film are formed.
In the trench forming step, each of the trenches is formed to a depth with respect to each of the etching stopper films.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein in the resistance element forming step, two or more resistance elements are formed so as to follow the shape of each of the trenches.
前記層間絶縁膜よりもエッチング処理で除去しにくいエッチングストッパ膜と、
前記エッチングストッパ膜を覆うように形成されている前記層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の上面から前記エッチングストッパ膜に到達する深さまで形成されている線状のトレンチと、
前記線状のトレンチの形状に沿うように形成されている前記抵抗素子と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a resistance element in the interlayer insulating film.
An etching stopper film that is more difficult to remove by etching than the interlayer insulating film,
The interlayer insulating film formed so as to cover the etching stopper film and the interlayer insulating film.
A linear trench formed from the upper surface of the interlayer insulating film to a depth reaching the etching stopper film, and
The resistance element formed along the shape of the linear trench and
A semiconductor device characterized by having.
少なくとも2つの前記線状のトレンチの前記深さが異なることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 It has a plurality of the linear trenches having substantially the same line width, and has a plurality of the linear trenches.
The semiconductor device according to claim 6, wherein the depths of at least two of the linear trenches are different.
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