JP2024059850A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体基板1と、半導体基板1上に配置され、かつアナログ回路に用いられ、P型ゲート電極7を備える電界効果トランジスタ120と、電界効果トランジスタ120上に配置されている層間絶縁膜8と、層間絶縁膜8上であってP型ゲート電極7の上方の近傍に配置され、水素を遮断する水素遮断金属膜10と、を有する半導体装置100である。【選択図】図1[Problem] To provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of defects due to hydrogen without increasing the number of films formed. [Solution] A semiconductor device 100 having a semiconductor substrate 1, a field effect transistor 120 disposed on the semiconductor substrate 1 and used in an analog circuit, the field effect transistor 120 having a P-type gate electrode 7, an interlayer insulating film 8 disposed on the field effect transistor 120, and a hydrogen barrier metal film 10 disposed on the interlayer insulating film 8 in the vicinity of the upper part of the P-type gate electrode 7, for blocking hydrogen. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a 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、ヒューズ素子などの半導体素子を組み合わせたアナログ用半導体装置がある。 Among the semiconductor devices in which minute elements are formed on a semiconductor substrate such as silicon, there are analog semiconductor devices that combine semiconductor elements such as MISFETs (Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistors), resistor elements, and fuse elements.
アナログ用半導体装置としては、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が挙げられる。これらのアナログ用半導体装置では、ウェアラブルデバイスやIoT(Internet of the Things)の発展に伴い、二次電池などにより低電圧・低消費電流で長時間駆動可能なものが開発されている。特にボルテージレギュレータなどのパワーマネジメントICで基準電圧発生回路を備えている場合には、基準電圧のばらつき低減や長期の安定性が重要となっている。
しかしながら、このような基準電圧発生回路に用いるMISFETは、ゲート酸化膜とシリコン基板との界面に存在するダングリングボンド(非結合手)に、パッシベーション膜などから発生する水素が結合してしまい、しきい値電圧が製造時にばらつく場合や経時で変化する場合がある。
Examples of analog semiconductor devices include voltage regulators, voltage detectors, and switching regulators. With the development of wearable devices and the Internet of Things (IoT), these analog semiconductor devices have been developed that can be driven for long periods of time at low voltages and low current consumption using secondary batteries or the like. In particular, when a power management IC such as a voltage regulator is equipped with a reference voltage generation circuit, it is important to reduce the variation in the reference voltage and to ensure long-term stability.
However, in the MISFETs used in such reference voltage generating circuits, dangling bonds (non-bonding hands) present at the interface between the gate oxide film and the silicon substrate can bind to hydrogen generated from the passivation film or the like, causing the threshold voltage to vary during manufacturing or to change over time.
そこで、例えば、NチャネルMOSトランジスタなどに水素が拡散しないように、NチャネルMOSトランジスタなどの上に水素遮へい用のシリコン窒化膜が形成されている半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, for example, a semiconductor device has been proposed in which a silicon nitride film for blocking hydrogen is formed on N-channel MOS transistors, etc., to prevent hydrogen from diffusing into the N-channel MOS transistors, etc. (see, for example, Patent Document 1).
本発明の一つの側面では、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to provide a semiconductor device that can suppress the occurrence of defects caused by hydrogen without increasing the number of films formed.
本発明の一実施形態における半導体装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に配置され、かつアナログ回路に用いられ、P型ゲート電極を備える電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタ上に配置されている層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上であって前記P型ゲート電極の上方の近傍に配置され、水素を遮断する水素遮断金属膜と、
を有する。
The semiconductor device according to an embodiment of the present invention comprises:
A semiconductor substrate;
a field effect transistor disposed on the semiconductor substrate, used in an analog circuit, and having a P-type gate electrode;
an interlayer insulating film disposed on the field effect transistor;
a hydrogen barrier metal film disposed on the interlayer insulating film and in the vicinity above the P-type gate electrode, the hydrogen barrier metal film blocking hydrogen;
has.
本発明の一つの側面によると、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる半導体装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device that can suppress the occurrence of defects caused by hydrogen without increasing the number of films formed.
本発明の一実施形態における半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に配置され、かつアナログ回路に用いられ、P型ゲート電極を備える電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタ上に配置されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜上であってP型ゲート電極の上方の近傍に配置され、水素を遮断する水素遮断金属膜と、を有する。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a field effect transistor disposed on the semiconductor substrate and used in an analog circuit, the field effect transistor having a P-type gate electrode, an interlayer insulating film disposed on the field effect transistor, and a hydrogen barrier metal film disposed on the interlayer insulating film adjacent to and above the P-type gate electrode, for blocking hydrogen.
本発明の一実施形態における半導体装置は、以下の知見に基づくものである。
アナログ用半導体装置に要求される特性は、2値の信号を扱うロジック用半導体装置とは大きく異なる。たとえば、リチウムイオン電池などの二次電池の充放電制御回路では、モバイル機器などで用いる二次電池の放電を極力低減するために、ここ数年においてμV単位の規格を求められる場合が多くなっている。この充放電制御回路に用いられる基準電圧発生回路においてもμV単位の信頼性が求められている。このため、基準電圧発生回路が備える電界効果トランジスタ(以下、「MOSトランジスタ」と称する)のしきい値電圧のばらつきや、長期信頼性試験で示し得る経時の変化を低減する必要がある。
The semiconductor device according to one embodiment of the present invention is based on the following findings.
The characteristics required for analog semiconductor devices are significantly different from those required for logic semiconductor devices that handle binary signals. For example, in charge/discharge control circuits for secondary batteries such as lithium ion batteries, in recent years, there have been many cases where specifications in μV units are required in order to minimize discharge of secondary batteries used in mobile devices and the like. Reliability in μV units is also required for the reference voltage generation circuits used in these charge/discharge control circuits. For this reason, it is necessary to reduce the variation in threshold voltage of field effect transistors (hereinafter referred to as "MOS transistors") included in the reference voltage generation circuits and the changes over time that may be shown in long-term reliability tests.
このMOSトランジスタを形成する際には、ボロン、リン、ヒ素などの不純物をポリシリコン膜に注入してゲート電極を形成する場合が多い。不純物として注入するボロンは、リンやヒ素よりもポリシリコン膜に拡散しやすく、ポリシリコン膜の下のゲート酸化膜まで拡散してしまう。すると、このゲート酸化膜は、リンやヒ素を注入した場合に比べて膜質が低下しやすくなり、水素のような微小な原子を通過させやすくなると考えられる。このとき、ゲート酸化膜とシリコン基板との界面に存在するダングリングボンド(非結合手)に、パッシベーション膜などから発生する水素が微量でも結合してしまうと、μV単位で調整が必要なアナログ用半導体装置においては、しきい値電圧が製造時にばらついたり経時で変化したりする場合がある。 When forming this MOS transistor, impurities such as boron, phosphorus, and arsenic are often injected into the polysilicon film to form the gate electrode. Boron, which is injected as an impurity, diffuses more easily into the polysilicon film than phosphorus or arsenic, and can even diffuse into the gate oxide film underneath the polysilicon film. This makes the quality of the gate oxide film more likely to deteriorate than when phosphorus or arsenic is injected, and it is thought that it becomes easier for tiny atoms such as hydrogen to pass through. If even a small amount of hydrogen generated from a passivation film or the like bonds with the dangling bonds (non-bonding hands) that exist at the interface between the gate oxide film and the silicon substrate, in analog semiconductor devices that require adjustment in μV units, the threshold voltage may vary during manufacturing or change over time.
この点、特許文献1に記載の半導体装置では、P型ゲート電極の上に、水素遮へい用のシリコン窒化膜を配置するようにしているが、シリコン窒化膜を形成するための工程が増えるだけでなく、P型ゲート電極の近傍に配置されたシリコン窒化膜の応力によりしきい値電圧が変化してしまう場合がある。
In this regard, in the semiconductor device described in
そこで、本発明の一実施形態における半導体装置は、MOSトランジスタの上に配置される金属配線層の面積を広げて水素遮断金属膜として用いる。すなわち、この半導体装置は、しきい値電圧が変化しやすいP型ゲート電極の上方の近傍に、金属配線層を兼ねた水素遮断金属膜を配置することで、パッシベーション膜などから発生する水素を遮断できるため、形成する膜を増やすことなく水素による不具合の発生を抑制することができる。 In one embodiment of the present invention, the semiconductor device uses a hydrogen barrier metal film by expanding the area of the metal wiring layer disposed above the MOS transistor. In other words, this semiconductor device can block hydrogen generated from passivation films and the like by disposing a hydrogen barrier metal film that also serves as a metal wiring layer in the vicinity of the upper part of the P-type gate electrode, where the threshold voltage is easily changed, thereby suppressing the occurrence of defects caused by hydrogen without increasing the number of films formed.
次に、本発明の一実施形態における半導体装置の一例として、アナログ回路をED型基準電圧発生回路とした実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Next, as an example of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, an embodiment in which the analog circuit is an ED-type reference voltage generating circuit will be described with reference to the drawings.
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とおりではない。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、上面に対向する側の面を「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 film thickness and planar dimensions, the ratio of each film thickness, etc. are not as shown in the drawings. In addition, in a semiconductor substrate, the surface on which other films or layers are stacked using a semiconductor manufacturing process is referred to as the "top surface," and the surface opposite the top surface is referred to as the "bottom surface." Furthermore, in the following, the number, position, shape, structure, size, etc. of multiple films and semiconductor elements obtained by structurally combining these are not limited to the embodiments shown below, and can be any number, position, shape, structure, size, etc. that is preferable for implementing the present invention.
[第1の実施形態]
(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アナログ回路を示す回路図である。図1に示すように、本実施形態における半導体装置100は、アナログ回路であるED型基準電圧発生回路が備えられており、デプレッション型Nチャネル電界効果トランジスタ110と、エンハンスメント型Nチャネル電界効果トランジスタ120と、を有する。
なお、以下では「デプレッション型Nチャネル電界効果トランジスタ」を「D型NMOSトランジスタ」と称することがあり、「エンハンスメント型Nチャネル電界効果トランジスタ」を「E型NMOSトランジスタ」と称することがある。
[First embodiment]
(Semiconductor device)
1 is a circuit diagram showing an analog circuit of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG 1, a
In the following, a "depletion type N-channel field effect transistor" may be referred to as a "D-type NMOS transistor", and an "enhancement type N-channel field effect transistor" may be referred to as an "E-type NMOS transistor".
D型NMOSトランジスタ110は、電源端子100aと接続されているドレインに電源電圧VDDが印加されると、電源電圧VDDに依存しない定電流をソースからE型NMOSトランジスタ120に供給する定電流源として機能する。E型NMOSトランジスタ120は、D型NMOSトランジスタ110から供給される定電流に基づいて、基準電圧端子100cに基準電圧Vrefを発生させる。このように、ED型基準電圧発生回路は、D型NMOSトランジスタ110とE型NMOSトランジスタ120とを組み合わせることにより形成されている。
When a power supply voltage VDD is applied to the drain connected to the
D型NMOSトランジスタ110のソースには、D型NMOSトランジスタ110のゲート、バックゲート、基準電圧端子100c、並びにE型NMOSトランジスタ120のゲート及びドレインが接続されており、これらを同電位としている。また、E型NMOSトランジスタ120のソースには、バックゲート及び接地端子100bが接続されており、これらを同電位としている。
The source of the D-
ここで、D型NMOSトランジスタ110のドレイン電流Id1を求めると、非飽和動作時あるいは飽和動作時の相互コンダクタンスをgmDとすれば、以下の式(1)のように示すことができる。なお、上記のように、D型NMOSトランジスタ110のゲートとソースが接続されているので、下記の式(1)においてゲート・ソース間電圧Vg1は0Vとなる。このため、D型NMOSトランジスタ110の出力電流であるドレイン電流Id1は、しきい値電圧Vtdに依存するものとなる。
Id1=1/2・gmD・(Vg1-Vtd)2
=1/2・gmD・(|Vtd|)2 ・・・(1)
Here, if the drain current I d1 of the D-
I d1 = 1/2 · gmD · (V g1 - V td ) 2
= 1/2 · gmD · (| Vtd |) 2 ... (1)
次に、E型NMOSトランジスタ120のドレイン電流Id2を求めると、飽和動作時の相互コンダクタンスをgmEとすれば、以下の式(2)のように示すことができる。なお、上述のように、E型NMOSトランジスタ120のゲートとドレインが接続され、更にこれらと基準電圧端子100cが接続されているので、下記の式(2)においてゲート・ソース間電圧Vg2は基準電圧Vrefとなる。このため、ドレイン電流Id2は、しきい値電圧Vte及び基準電圧Vrefに依存するものとなる。
Id2=1/2・gmE・(Vg2-Vte)2
=1/2・gmE・(Vref-Vte)2 ・・・(2)
Next, the drain current Id2 of the
I d2 = 1/2 gmE (V g2 - V te ) 2
= 1/2 gmE ( Vref - Vte ) 2 (2)
以上より、基準電圧Vrefは、上記の式(1)のId1が上記の式(2)のId2に等しくなることから、下記の式(3)のようになる。
Vref≒Vte+(gmD/gmE)1/2・|Vtd| ・・・(3)
From the above, since I d1 in the above formula (1) is equal to I d2 in the above formula (2), the reference voltage V ref is expressed by the following formula (3).
Vref≈Vte +( gmD /gmE)1/2·| Vtd | ... (3)
図2は、本発明の第1の実施形態における半導体装置を示す概略平面図であり、半導体基板上に形成されているED型基準電圧発生回路を平面視した図である。図2では、半導体装置100の構造のうち、N型ゲート電極6と、P型ゲート電極7と、金属配線層の機能を兼ねる水素遮断金属膜10と、水素遮断金属膜10と接続されている金属配線9a~9fとを示す。また、図2中の破線は、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120のアクティブ領域をそれぞれ示す。
なお、平面視した図とは、半導体基板をその法線方向から上面を見たときの図(上面図)を意味する。
Fig. 2 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, showing an ED type reference voltage generating circuit formed on a semiconductor substrate. Fig. 2 shows, of the structure of the
Note that a plan view refers to a view (top view) of a semiconductor substrate as viewed from its normal direction.
半導体基板の上方(基板の法線方向)から平面視したときにおいて、E型NMOSトランジスタ120側の破線で示すアクティブ領域上の水素遮断金属膜10は、P型ゲート電極7の面積よりも広く、P型ゲート電極7を覆うように配置されている。
When viewed from above the semiconductor substrate (in the direction normal to the substrate), the hydrogen
ここで、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120の断面について、図3及び図4を参照しながら説明する。
Here, the cross sections of the D-
図3は、図2におけるA-A線の断面を示す説明図である。図4は、図2におけるB-B線の断面を示す説明図である。
図3及び図4に示すように、半導体基板1と、分離用酸化膜2と、ゲート酸化膜3と、P型ウェル領域4と、ソース・ドレイン領域5と、N型ゲート電極6と、P型ゲート電極7と、燐及びホウ素を添加したシリコン酸化膜(以下、「BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜」と称する)8と、金属配線9と、水素遮断金属膜10と、パッシベーション膜11と、を有する。D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120は、半導体基板1上に、分離用酸化膜2と、ゲート酸化膜3と、P型ウェル領域4と、ソース・ドレイン領域5と、N型ゲート電極6と、P型ゲート電極7とを構造的に組み合わせることにより形成されている。
Fig. 3 is an explanatory diagram showing a cross section taken along line AA in Fig. 2. Fig. 4 is an explanatory diagram showing a cross section taken along line BB in Fig. 2.
3 and 4, the semiconductor device includes a
半導体基板1は、ウエハ状のP型シリコン半導体基板である。
なお、本実施形態では、半導体基板1としてウエハ状のP型シリコン半導体基板としたが、これに限ることなく、半導体基板1の形状、構造、大きさ、材質、及び極性は、目的に応じて適宜選択することができる。
The
In this embodiment, the
分離用酸化膜2は、半導体基板1上に形成されているLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)である。分離用酸化膜2は、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120を分離するために、各アクティブ領域の外縁に設けられている。
なお、本実施形態では、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120を分離するためにLOCOSを形成したが、これに限ることなく、例えば、STI(Shallow Trench Isolation)などを形成して分離するようにしてもよい。
The
In this embodiment, LOCOS is formed to isolate the D-
D型NMOSトランジスタ110は、ゲート酸化膜3と、P型ウェル領域4と、ソース・ドレイン領域5と、ポリシリコン膜にリンを注入したN型ゲート電極6と、を有する。
The D-
D型NMOSトランジスタ110は、P型ウェル領域4とN型ゲート電極6との仕事関数の差が大きくなるように不純物濃度が調整されていることから、P型の半導体基板1の表面に反転する向きの電界が印加されるため、低いしきい値電圧になる。さらに、N型のチャネルドープ領域によりしきい値電圧を低くすることができることから、N型ゲート電極6及びチャネルドープ領域への不純物注入は、D型NMOSトランジスタ110がデプレション型になるよう適宜制御され、しきい値電圧Vtdを0V以下にすることができる。これにより、ゲートの電位が0Vであってもドレイン電圧を印加することで、チャネルを介してドレイン電流を流すことができる。
また、バックゲートは、高濃度のP型不純物を含む領域(不図示)を介してP型ウェル領域4に接続されており、ソースに接続されている。
In the D-
The back gate is connected to the P-
E型NMOSトランジスタ120は、BF2を注入して形成されたP型ゲート電極7を有しており、しきい値電圧Vteが0V以上になるように、P型ゲート電極7及びチャネルドープ領域の不純物濃度が調整されている。また、このP型ゲート電極7の上方に水素遮断金属膜10が配置されている。E型NMOSトランジスタ120は、これら以外は、D型NMOSトランジスタ110と同様である。
なお、P型ゲート電極7の形状、構造、大きさ、材質、並びに不純物の種類及び濃度としては、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。
The
The shape, structure, size, material, and type and concentration of impurities of the P-
D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120の上面には、層間絶縁膜としてのBPSG膜8が表面を平坦化されて形成されている。このBPSG膜8には、ソース・ドレイン領域5まで貫通するようにそれぞれ形成されたコンタクトホールに金属配線9a~9dがそれぞれ埋め込まれており、ソース・ドレイン領域5からの導通経路が形成されている。
なお、本実施形態では、層間絶縁膜をBPSG膜8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(Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate)膜とBPSG膜の積層構造などとしてもよい。
A
In this embodiment, the interlayer insulating film is the
金属配線9a~9dの上部と電気的に接続されている水素遮断金属膜10は、AlSiCuにより形成されている。この水素遮断金属膜10は、P型ゲート電極7の上方に存在することから、パッシベーション膜11などを発生源とする水素が上方からの移動を阻害し、P型ゲート電極7を有するE型NMOSトランジスタ120の近傍に侵入させないように遮断することができる。すなわち、本実施形態の半導体装置100は、P型ゲート電極7の上方に金属配線層の機能を兼ねる水素遮断金属膜10が存在することにより、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる。
The hydrogen
水素遮断金属膜10の材質としては、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、水素遮断金属膜10が金属配線層を兼ねる点で、アルミニウム合金が好ましい。アルミニウム合金としては、例えば、AlSiCuのほか、AlNd、AlCu、AlSiなどが挙げられる。また、下地のチタンの上にタングステンが膜状に形成される態様にしてもよい。この下地のチタンの上にタングステンが膜状に形成される態様であると、タングステンにより水素の侵入を阻むとともに、下地のチタンにより水素を吸収できる点で有利である。
なお、本実施形態では、水素遮断金属膜10をP型ゲート電極7のアクティブ領域の面積よりも広くしたが、P型ゲート電極7のアクティブ領域に対して拡散する水素を遮断することができれば、これに限ることはなく、水素遮断金属膜10の面積がP型ゲート電極7のアクティブ領域よりも同等か狭くなってもよい。
The material of the hydrogen
In this embodiment, the hydrogen
水素遮断金属膜10の厚さとしては、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、水素を遮断可能な厚みを確保できる観点から300nm以上500nm以下が好ましい。
There are no particular limitations on the thickness of the hydrogen-blocking
水素遮断金属膜10の大きさとしては、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、平面視したときにアクティブ領域においてP型ゲート電極7よりも大きいことが好ましい。
There is no particular limit to the size of the hydrogen
半導体装置100の最上面には、パッシベーション膜11が設けられている。
パッシベーション膜11としては、シリコン窒化膜が好ましい。シリコン窒化膜の形成方法としては、減圧CVD(Chemical Vaper Deposition)を用いると金属配線9a~9dが融解してしまう場合があるため、プラズマCVDを用いることが好ましい。
なお、本実施形態では、パッシベーション膜11をシリコン窒化膜の単層構造としたが、これに限ることなく、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との二層構造としてもよい。また、パッシベーション膜11の形状、構造、及び大きさとしては、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。
A
A silicon nitride film is preferable as the
In this embodiment, the
このように、本実施形態の半導体装置100は、半導体基板1上に、ED型基準電圧発生回路に用いられ、P型ゲート電極7を備えるE型NMOSトランジスタ120と、E型NMOSトランジスタ120上に配置されているBPSG膜8と、BPSG膜8上であってP型ゲート電極7の上方の近傍に配置され水素を遮断する水素遮断金属膜10とを有する。これにより、半導体装置100は、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる。
In this way, the
次に、本実施形態の半導体装置100の製造方法について、図5Aから図5Cを参照しながら説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、半導体基板1を用意してLOCOS形成処理を行い、半導体基板1上に分離用酸化膜2を形成する。
次に、図5Aに示すように、ゲート酸化膜形成処理、ソース・ドレイン領域形成処理、ポリシリコンによるゲート電極形成処理など、従来のMOSFET製造技術により、ゲート酸化膜3、P型ウェル領域4、ソース・ドレイン領域5、N型ゲート電極6、及びP型ゲート電極7を半導体基板1上に形成する。これにより、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120を形成する。
First, a
5A, a
具体的には、D型NMOSトランジスタ110を形成するには、まず各アクティブ領域の一部にボロンを注入してP型ウェル領域4を形成し、P型ウェル領域4の表面の一部にN型のチャネルドープ領域を形成する。次に、このチャネルドープ領域の上にゲート酸化膜3を形成した後、ゲート酸化膜3の上に形成したポリシリコン膜に5×1016以上1×1018/cm3以下の低濃度のリンを注入してN型ゲート電極6を形成する。そして、ゲート酸化膜3の下のチャネルドープ領域を挟み込む位置に、1×1019/cm3以上の高濃度のN型のソース・ドレイン領域5をP型ウェル領域4の表面に形成する。
なお、これらは必要な部分にフォトマスク処理を行うことにより形成する。
また、ポリシリコン膜の厚さとしては、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、100nm以上500nm以下が好ましい。
Specifically, to form the D-
These are formed by performing a photomask treatment on the necessary parts.
The thickness of the polysilicon film is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 100 nm or more and 500 nm or less.
次に、図5Bに示すように、BPSG膜8を表面全域に形成して平坦化する。
BPSG膜8の形成方法としては、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。
BPSG膜8の平坦化方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、リフロー法、エッチバック法、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などが挙げられる。リフロー法は、具体的には、リン又はボロンを含む酸化膜を形成した後、850℃以上の熱処理で平坦化するようにしてもよい。
Next, as shown in FIG. 5B, a
The method for forming the
The method for planarizing the
次に、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりBPSG膜8にコンタクトホールを開口してチタンを下地としてタングステンを埋め込み、金属配線9a~9dを形成する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングにより水素遮断金属膜10を形成する。この水素遮断金属膜10は、金属配線層を兼ねているため、金属配線9a~9dの上部に電気的に接続する箇所が存在する。
Next, contact holes are opened in the
次に、BPSG膜8を形成して平坦化した後、BPSG膜8及び水素遮断金属膜10の上に、プラズマCVDによりシリコン窒化膜であるパッシベーション膜11を形成する。
Next, a
このように、本実施形態の半導体装置100は、半導体基板1上に配置され、かつED型基準電圧発生回路に用いられ、P型ゲート電極7を備えるE型NMOSトランジスタ120を形成する工程と、E型NMOSトランジスタ120上に、BPSG膜8を形成する工程と、BPSG膜8上であってP型ゲート電極7の上方の近傍に、水素を遮断する水素遮断金属膜10を形成する工程と、を含む。これにより、製造された半導体装置100は、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる。
In this way, the
なお、本実施形態においては、図6に示すように、E型NMOSトランジスタ120のソース端子と水素遮断金属膜10とを一体化するようにしてもよい。これにより、水素遮断金属膜10の面積を広くでき、またソース端子と水素遮断金属膜10との間に間隙がなくなるため、P型ゲート電極7を備えるE型NMOSトランジスタ120に対し、水素がより拡散しにくくなる点で好ましい。
In this embodiment, the source terminal of the
[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態における半導体装置の断面を示す説明図である。図7に示すように、第2の実施形態は、図3に示した第1の実施形態に加えて、水素遮断金属膜10の上にBPSG膜12を介して広域水素遮断金属膜13が配置されている。
広域水素遮断金属膜13は、水素遮断金属膜10と同様に、AlSiCuにより形成されている。この広域水素遮断金属膜13は、P型ゲート電極7及び水素遮断金属膜10の上方に存在することから、水素遮断金属膜10に加えて広域水素遮断金属膜13によりP型ゲート電極7を有するE型NMOSトランジスタ120に対して水素の侵入を遮断できるため、水素による不具合の発生を更に抑制することができる。
Second Embodiment
7 is an explanatory diagram showing a cross section of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. As shown in Fig. 7, in the second embodiment, in addition to the first embodiment shown in Fig. 3, a global hydrogen
The global hydrogen
また、本実施形態の半導体装置100において複数の電界効果トランジスタを有する場合には、広域水素遮断金属膜13は、複数の電界効果トランジスタの全体を覆うように水素遮断金属膜10の上方に配置されることが好ましい。
In addition, when the
[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態における半導体装置の断面を示す説明図である。
図8に示すように、第3の実施形態は、図3に示した第1の実施形態に加えて、P型ゲート電極7の上部及びソース・ドレイン領域5の上部に、CoSiの金属シリサイド膜14、15が形成されている。これにより、本実施形態の半導体装置100は、水素遮断金属膜10に加えて金属シリサイド膜14、15によりP型ゲート電極7を有するE型NMOSトランジスタ120の近傍で水素の侵入を遮断できるため、水素による不具合の発生を更に抑制することができる。
なお、本実施形態では、金属シリサイド膜14、15をCoSiとしたが、これに限ることなく、例えば、WSi、TiSi、NiSiなどとすることができる。
[Third embodiment]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a cross section of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
8, in the third embodiment, in addition to the first embodiment shown in FIG 3, CoSi
In this embodiment, the
以上説明したように、本発明の一実施形態における半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に配置され、かつアナログ回路に用いられ、P型ゲート電極を備える電界効果トランジスタと、電界効果トランジスタ上に配置されている層間絶縁膜と、層間絶縁膜上であってP型ゲート電極の上方の近傍に配置され、水素を遮断する水素遮断金属膜と、を有する。
これにより、本発明の一実施形態における半導体装置は、形成する膜を増やすことなく、水素による不具合の発生を抑制することができる。
As described above, a semiconductor device in one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a field effect transistor disposed on the semiconductor substrate, used in an analog circuit, and having a P-type gate electrode, an interlayer insulating film disposed on the field effect transistor, and a hydrogen barrier metal film disposed on the interlayer insulating film in the vicinity of and above the P-type gate electrode, which blocks hydrogen.
As a result, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can suppress the occurrence of defects due to hydrogen without increasing the number of films to be formed.
なお、上記の各実施形態では、D型NMOSトランジスタ110がN型ゲート電極6を備え、E型NMOSトランジスタ120がP型ゲート電極を備えているとしたが、これに限ることはなく、D型NMOSトランジスタ110がP型ゲート電極を備えていてもよい。
また、本実施形態では、D型NMOSトランジスタ110及びE型NMOSトランジスタ120の両方をNMOSトランジスタとしたが、これに限ることなく、両方をPMOSトランジスタとしてもよい。
In each of the above embodiments, the D-
In addition, in this embodiment, both the D-
なお、上記の各実施形態では、アナログ回路をED型基準電圧発生回路としたが、これに限ることはなく、例えば、ED型でない基準電圧発生回路、ED型又はED型でない基準電圧発生回路の出力がコンパレータの非反転入力端子及び反転入力端子の少なくともいずれかに接続されている回路、並びにカレントミラー回路などが挙げられる。 In the above embodiments, the analog circuit is an ED-type reference voltage generating circuit, but this is not limited to this. For example, a non-ED-type reference voltage generating circuit, a circuit in which the output of an ED-type or non-ED-type reference voltage generating circuit is connected to at least one of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of a comparator, a current mirror circuit, etc. can be used.
1 半導体基板
2 分離用酸化膜
3 ゲート酸化膜
4 P型ウェル領域
5 ソース・ドレイン領域
6 N型ゲート電極
7 P型ゲート電極
8 BPSG膜(層間絶縁膜)
9 金属配線
10 水素遮断金属膜
11 パッシベーション膜
12 BPSG膜(層間絶縁膜)
13 広域水素遮断金属膜
14、15 金属シリサイド膜
100 半導体装置
110 デプレッション型NMOSトランジスタ
120 エンハンスメント型NMOSトランジスタ
1. Semiconductor substrate
2. Separation oxide film
3. Gate oxide film
4 P-type well region
5. Source/drain region
6 N-type gate electrode
7 P-type gate electrode
8 BPSG film (interlayer insulating film)
9
13 Wide-area hydrogen
Claims (8)
前記半導体基板上に配置され、かつアナログ回路に用いられ、P型ゲート電極を備える電界効果トランジスタと、
前記電界効果トランジスタ上に配置されている層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上であって前記P型ゲート電極の上方の近傍に配置され、金属配線層を兼ねるとともにその広い配線面積で水素を遮断する水素遮断金属膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
a field effect transistor disposed on the semiconductor substrate, used in an analog circuit, and having a P-type gate electrode;
an interlayer insulating film disposed on the field effect transistor;
a hydrogen barrier metal film disposed on the interlayer insulating film and in the vicinity of an upper portion of the P-type gate electrode, the hydrogen barrier metal film also serving as a metal wiring layer and blocking hydrogen with a wide wiring area;
A semiconductor device comprising:
前記デプレッション型電界効果トランジスタ及び前記エンハンスメント型電界効果トランジスタの少なくともいずれかは、前記P型ゲート電極を備える電界効果トランジスタである請求項4に記載の半導体装置。 the reference voltage generating circuit includes a depletion type field effect transistor that generates a constant current, and an enhancement type field effect transistor that generates a voltage based on the constant current,
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein at least one of the depletion type field effect transistor and the enhancement type field effect transistor is a field effect transistor having the P-type gate electrode.
前記電界効果トランジスタ上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上であって前記P型ゲート電極の上方の近傍に、金属配線層を兼ねるとともにその広い配線面積で水素を遮断する水素遮断金属膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
forming a field effect transistor disposed on a semiconductor substrate and used in an analog circuit, the field effect transistor having a P-type gate electrode;
forming an interlayer insulating film on the field effect transistor;
forming a hydrogen barrier metal film on the interlayer insulating film in the vicinity of an upper portion of the P-type gate electrode, the hydrogen barrier metal film also serving as a metal wiring layer and blocking hydrogen over a wide wiring area;
2. A method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
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