JP4375821B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特にコンタクト抵抗の増加を抑制しながら相異なる導電型の不純物領域同士を連結することのできる半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CMOSインバータ回路を含む半導体装置でpMOSトランジスタとnMOSトランジスタの不純物拡散領域同士を電気的に連結する場合がある。相異なる不純物拡散領域、例えばp型不純物拡散領域(以下、p+ 拡散領域とする)とn型不純物拡散領域(以下、n+ 拡散領域とする)とを電気的に連結するに際し、アルミニウム(Al)などのような金属膜を使用することができる。しかしながら、前記金属膜を使用する場合には、漏洩電流を防止するために不純物拡散領域に接続される金属膜の接触面積に一定の間隔のマージンを置いて不純物領域を形成する必要があるため素子の面積が増加するという問題がある。さらに、BPSG膜を使用した平坦化工程などの高温工程が行えない問題もある。
【0003】
前記問題を解消するために、p+ 拡散領域とn+ 拡散領域とをポリサイド膜で連結する方法が提案された(参照、アメリカ特許第4,710,897 号)。
【0004】
図7は、従来の技術によりn+ 拡散領域とp+ 拡散領域とをポリサイド膜で連結した半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【0005】
具体的に、半導体基板1上にNウェル2とPウェル3とが形成されており、半導体基板1の表面の一部にフィールド酸化膜4が形成されていて活性領域を規定する。さらに、前記活性領域にはp+ 拡散領域5とn+ 拡散領域6とが形成されており、前記p+ 拡散領域5とn+ 拡散領域6との一部を露出するコンタクトホールを有する層間絶縁膜7が形成されている。
【0006】
また、前記層間絶縁膜7の上部とコンタクトホールの内側壁及びp+ 拡散領域5とn+ 拡散領域6の上部にn+ ポリシリコン膜9a及びp+ ポリシリコン膜9bが形成されている。また、前記n+ ポリシリコン膜9a及びp+ ポリシリコン膜9b上にタングステン珪化物膜11が形成されている。したがって、図7に示した接続構造は、p+ 拡散領域5とn+ 拡散領域6とをポリシコリン膜9a,9b及びタングステン珪化物膜11よりなるポリサイド膜で連結する構造である。また、基板の全面に絶縁膜15が形成されている。
【0007】
しかしながら、図7に示した接続構造では、後続の高温熱処理においてポリシリコン膜間の相互拡散(lateral diffusion)は無視できる程度に小さいが、ホウ素と砒素の拡散係数が大きいのでタングステン珪化物膜11を通じたホウ素と砒素の拡散現象が発生する。
【0008】
また、タングステン珪化物膜11と後続工程で形成される酸化膜との界面でホウ素の偏析が発生し、結果的にp+ コンタクト抵抗が増える。特に、ホウ素が砒素に比して拡散係数が大きいので、p+ コンタクト抵抗の増加がさらに深刻である。したがって、前述したポリサイド膜を用いた場合にp+ コンタクト抵抗の増加によりn+ コンタクトを連結するに多くの制限がある。
【0009】
図7に示した接続構造の問題を解消するために、タングステン珪化膜11上にp+ ポリシリコン膜を形成する方法が提案された(参照、IEDM,'92, P845〜848,“Dual(n+ /p+ )Polycide Interconnect Technology using poly-Si/WSi2 /poly-Si Structure and Post B+ Implantaion 又は特開平5−251446号公報)。
【0010】
図8は上記文献に開示された技術により、n+ 拡散領域とp+ 拡散領域とをポリサイド膜とp+ ポリシリコン膜との二重構造で連結した半導体装置の接続構造を示した断面図である。図8において、図7と同じ参照符号は同一の部材を示す。
【0011】
具体的に、図8に示した接続構造は図7のタングステン珪化物膜11上にp+ ポリシリコン膜13がさらに形成された構造となっている。p+ ポリシリコン膜13は図7で前述したホウ素の拡散及び酸化膜とタングステン珪化物膜11との界面におけるホウ素の偏析を抑制する。しかしながら、図8に示した接続構造はp+ コンタクト抵抗が50%程度減る効果があるが、n+ 拡散領域6とp+ 拡散領域5とが互いに近くなる場合、p+ 拡散領域5から吸い上げられたホウ素がポリサイド膜を介してn+ 拡散領域6に移動し砒素と中和されてn+ 拡散領域6のコンタクト抵抗が増えるという問題がある。
【0012】
ホウ素についてポリシリコン膜9bに対するタングステン珪化物膜11の偏析係数が非常に大きく、p+ 拡散領域5からタングステン珪化物膜11中へボロンが吸い上げられp+ 拡散領域5とのコンタクト抵抗が高くなってしまうという問題点をより完全に解消する技術として、例えば、特開平2−241031号公報や特開平4−6828号公報に開示された技術が知られている。
【0013】
この技術によれば、n+ 拡散領域の上面のみに金属シリサイド膜を残存させ、p+ 拡散領域の上面には金属シリサイド膜を形成しないか除去するようにして、p+ コンタクト抵抗の上昇を防止している。しかし、このような技術を用いてもn+ 拡散領域とp+ 拡散領域とが互いに近くなった場合のn+ 拡散領域のコンタクト抵抗の上昇を抑制することは困難である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的はコンタクト抵抗の増加を防止しながら、p+ 拡散領域とn+ 拡散領域とが連結できる半導体装置を提供するにある。
【0015】
本発明の他の目的は上記半導体装置の製造に適合な製造方法を提供するにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明の半導体装置は、相異なる導電型の不純物拡散領域を電気的に連結する半導体装置において、主表面上の所定部位にP型第1不純物拡散領域とN型第2不純物拡散領域とを形成してなる半導体基板と、前記第1及び第2不純物拡散領域のそれぞれの少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを有する前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、ポリシリコン膜とその上に形成された珪化物膜で構成され、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面を除く前記層間絶縁膜上に形成されたポリサイド膜と、ポリシリコン膜で構成され、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面及び前記ポリサイド膜上の全面に形成され、前記第1及び第2不純物拡散領域上ではそれぞれ前記第1及び第2不純物拡散領域に含まれる不純物と同一型の不純物を含む第2導電膜とを備えている。
【0017】
前記珪化物膜はタングステン珪化物膜またはチタン珪化物膜で構成することができる。
【0018】
前記の目的を達成するために本発明の製造方法は、相異なる導電型の不純物拡散領域を電気的に連結する半導体装置において、半導体基板の主表面上の所定部位にP型第1不純物拡散領域とN型第2不純物拡散領域とを形成する第1段階と、前記第1段階後、前記半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成し、さらに、ポリシリコン膜とその上に形成される珪化物膜でなるポリサイド膜を前記層間絶縁膜上に形成する第2段階と、前記第2段階後、前記ポリサイド膜および層間絶縁膜を食刻して、前記第1及び第2不純物拡散領域のそれぞれの少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成する第3段階と、前記第3段階後、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面及び前記ポリサイド膜上の全面にポリシリコン膜からなる第2導電膜を形成し、前記第1及び第2不純物拡散領域上ではそれぞれ前記第1及び第2不純物拡散領域に含まれる不純物と同一型の不純物を前記第2導電膜に注入する第4段階とを備えている。
【0019】
前記珪化物膜をタングステン珪化物膜またはチタン珪化物膜で形成することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に説明する。
【0024】
図1は本発明の第1実施例に係るn+ 拡散領域及びp+ 拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【0025】
具体的に、半導体基板100上にNウェル120とPウェル130が形成されており、半導体基板100の表面の一部にフィールド酸化膜140が形成されていて活性領域を規定する。また、前記活性領域にはp+ 拡散領域150とn+ 拡散領域160が形成されており、p+ 拡散領域150とn+ 拡散領域160との一部を露出するコンタクトホールを有する層間絶縁膜170が形成されている。
【0026】
特に、層間絶縁膜170上にそれぞれポリシリコン膜200及び珪化物膜210よりなる第1導電膜200,210が形成されている。また、第1導電膜200,210とコンタクトホールの内側壁及びp+ 拡散領域150とn+ 拡散領域160の露出面上にp+ ポリシリコン膜220a及びn+ ポリシリコン膜220bよりなる第2導電膜220a,220bが形成されており、従来の図7と図8とは異なり珪化物膜が形成されていない。基板100の全面に絶縁膜230が形成されている。
【0027】
したがって、接続膜としてポリシリコン膜と珪化物膜とを使用する本発明の接続構造は後続の高温工程に適用でき、コンタクト部にはシリサイド膜が形成されないため相互拡散によるコンタクト抵抗の増大を防止することができる。また、p+ ポリシリコン膜220a及びn+ ポリシリコン膜220bよりなる第2導電膜220a,220bが第2導電膜220a,220bの下部に形成された不純物領域と同一型の不純物でドーピングされていて従来の技術とは異なりコンタクト抵抗の増える問題を解消する。
【0028】
図2は本発明の第2実施例に係るn+ 拡散領域及びp+ 拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。第2実施例において、前記第1実施例と同じ参照番号は同一の部材を示す。
【0029】
具体的に、図2に示した接続構造は図1に示した接続構造において、ポリシリコン膜200の形成されないことを除いては同様の構造となっている。即ち、第1実施例のポリシリコン膜200を形成しなくても従来の技術の問題を解決することができる。
【0030】
図3ないし図6は図1に示した半導体装置の接続構造の製造方法を示した断面図である。
【0031】
図3はNウェル120とPウェル130の形成された半導体基板100にn+ 拡散領域160、p+ 拡散領域150、層間絶縁膜170、第1ポリシリコン膜200及び珪化物膜210を形成する段階を示す。具体的に、半導体基板100上にNウェル120とPウェル130を形成し素子分離工程を用いてフィールド酸化膜140を形成する。pチャネルMOSトランジスタのソース又はドレイン領域の形成される部分にp+ 拡散領域150、nチャネルMOSトランジスタのソース又はドレイン領域の形成される部分にn+ 拡散領域160を形成する。次いで、基板の全面に層間絶縁膜170、第1導電膜用の第1ポリシリコン膜200及び珪化物膜210を順に積層する。珪化物膜210はタングステン珪化物膜又はチタン珪化物膜で形成することができる。また、第1ポリシリコン膜200は不純物を含む導電膜や、又は含まない導電膜で形成することもできる。
【0032】
図4はp+ 拡散領域150とn+ 拡散領域160との一部が露出されるコンタクトホールと第2ポリシリコン膜220とを形成する段階を示す。具体的に、珪化物膜210上にフォトレジストパターン(図示せず)を形成した後、これをマスクとして珪化物膜210、第1ポリシリコン膜200及び層間絶縁膜170を食刻してp+ 拡散領域150とn+ 拡散領域160との一部が露出されるようにコンタクトホールを形成する。このようになると、第1ポリシリコン膜200と珪化物膜210とにより構成された第1導電膜200,210が形成される。次いで、前記コンタクトホールの形成された基板100の全面に第2導電膜用の第2ポリシリコン膜220を形成する。
【0033】
図5は第2ポリシリコン膜220に不純物をイオン注入する段階を示す。具体的に、写真工程を用いてpチャネルMOSトランジスタ領域のポリシリコン膜220にホウ素イオンを1015/cm2 以上のドーズ量に注入してp+ ポリシリコン膜220aを形成する。そして、写真工程を用いてnチャネルMOSトランジスタ領域のポリシリコン膜220に砒素イオンを1015/cm2 以上に注入してn+ ポリシリコン膜220bを形成する。このようになると、p+ ポリシリコン膜220aとn+ ポリシリコン膜220bとよりなる第2導電膜が形成される。
【0034】
図6はシリコン酸化膜230を形成する工程を示す。具体的に、前記p+ ポリシリコン膜220aとn+ ポリシリコン膜220bの形成された基板の全面にシリコン酸化膜230を形成する。
【0035】
【発明の効果】
前述したように本発明によると、ポリサイド膜で相異なる拡散領域を電気的に連結するに際して、n+ 拡散領域とp+ 拡散領域の一部が露出されるコンタクトホールの内側壁とn+ 拡散領域とp+ 拡散領域との露出表面にのみポリシリコン膜を形成し、残り配線領域にはポリサイド膜形成しているため、コンタクト抵抗の増加を防止することができる。
【0036】
本発明は前記の実施例に限定されず、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野での通常の知識を持つ者により可能なことは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る相異なる型の不純物拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【図2】本発明の他の実施例に係る相異なる型の不純物拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【図3】図1に示した半導体装置の接続構造を製造する方法を示した断面図である。
【図4】図1に示した半導体装置の接続構造を製造する方法を示した断面図である。
【図5】図1に示した半導体装置の接続構造を製造する方法を示した断面図である。
【図6】図1に示した半導体装置の接続構造を製造する方法を示した断面図である。
【図7】従来の技術により相異なる型の不純物拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【図8】従来の他の技術により相異なる型の不純物拡散領域を有する半導体装置の接続構造を示した断面図である。
【符号の説明】
100:半導体基板
120:Nウェル
130:Pウェル
140:フィールド酸化膜
150:p+ 拡散領域
160:n+ 拡散領域
170:層間絶縁膜
200:ポリシリコン膜
210:珪化物膜
220a:p+ ポリシリコン膜
220b:n+ ポリシリコン膜
220:第2導電膜
230:絶縁膜
Claims (4)
- 相異なる導電型の不純物拡散領域を電気的に連結する半導体装置において、
主表面上の所定部位にP型第1不純物拡散領域とN型第2不純物拡散領域とを形成してなる半導体基板と、
前記第1及び第2不純物拡散領域のそれぞれの少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを有する前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
ポリシリコン膜とその上に形成された珪化物膜で構成され、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面を除く前記層間絶縁膜上に形成されたポリサイド膜と、
ポリシリコン膜で構成され、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面及び前記ポリサイド膜上の全面に形成され、前記第1及び第2不純物拡散領域上ではそれぞれ前記第1及び第2不純物拡散領域に含まれる不純物と同一型の不純物を含む第2導電膜とを備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記珪化物膜はタングステン珪化物膜またはチタン珪化物膜で構成することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 相異なる導電型の不純物拡散領域を電気的に連結する半導体装置を製造する方法において、
半導体基板の主表面上の所定部位にP型第1不純物拡散領域とN型第2不純物拡散領域とを形成する第1段階と、
前記第1段階後、前記半導体基板上の全面に層間絶縁膜を形成し、さらに、ポリシリコン膜とその上に形成される珪化物膜でなるポリサイド膜を前記層間絶縁膜上に形成する第2段階と、
前記第2段階後、前記ポリサイド膜および層間絶縁膜を食刻して、前記第1及び第2不純物拡散領域のそれぞれの少なくとも一部を露出させるコンタクトホールを形成する第3段階と、
前記第3段階後、前記コンタクトホールの内壁面及び前記第1、第2不純物拡散領域の露出面及び前記ポリサイド膜上の全面にポリシリコン膜からなる第2導電膜を形成し、前記第1及び第2不純物拡散領域上ではそれぞれ前記第1及び第2不純物拡散領域に含まれる不純物と同一型の不純物を前記第2導電膜に注入する第4段階とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記珪化物膜をタングステン珪化物膜またはチタン珪化物膜で形成することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
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