JPH09121024A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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Abstract
ポリシリコンへの水素原子や不純物の拡散により変動さ
れることを防止するために窒化膜を形成すると、窒化膜
の形成時の熱処理によりトランジスタの特性劣化が生じ
る。 【解決手段】 ポリシリコンで構成される抵抗3の上層
に、高周波電界を印加するバイアスCVD法により形成
するシリコン酸化膜8を形成する。このシリコン酸化膜
8の形成により、ポリシリコン抵抗3における水素原子
の濃度が高められる。その後にポリシリコン抵抗3に水
素原子が拡散された場合でも、水素原子の濃度の変動を
小さくでき、ポリシリコン抵抗3の抵抗値の変動を抑制
する。窒化膜を形成する必要がなく、トランジスタの特
性劣化が防止される。
Description
素子を形成した半導体装置に関し、特に抵抗値の安定化
を図った半導体装置とその製造方法に関する。
い、半導体集積回路を構成する抵抗素子をポリシリコン
で構成する装置が提案されている。例えば、負荷抵抗素
子をポリシリコンで構成したスタティックRAM(SR
AM)が提案されている。例えば、シリコン基板上に形
成された絶縁膜上に、不純物を適宜に導入して所望の抵
抗率に設定されたポリシリコンを所要のパターンに形成
し、その上に層間絶縁膜やパッシベーション膜を形成
し、かつこの層間絶縁膜にスルーホールを開設してポリ
シリコンに電気接続されるコンタクトを形成することで
抵抗素子を構成している。
素子として構成した場合、層間絶縁膜やパッシベーショ
ン膜に含まれる水素原子や不純物がポリシリコンに拡散
されることによる抵抗値の変動が問題となる。このた
め、特公平5−16186号公報では、ポリシリコン上
に熱酸化膜とCVD絶縁膜を形成し、上層の絶縁膜に含
まれる不純物がポリシリコンに拡散することを防止する
ことで、不純物の拡散による抵抗値の変動を防止してい
る。しかしながら、この技術ではポリシリコンに水素が
拡散されることによる抵抗値の変動を防止することは困
難である。
では、ポリシリコンの表面に酸化シリコンを主成分とす
る薄膜と、CVD法による窒化シリコン膜を形成するこ
とで、上層の膜からの水素原子がポリシリコンに拡散す
ることを防止した技術が提案されている。同様に、特公
平6−91189号公報では、ポリシリコンの上下を窒
化シリコン膜で被覆して水素原子がポリシリコンに拡散
することを防止した技術が提案されている。
リシリコンを抵抗素子とする半導体装置では、ポリシリ
コンへの水素原子の拡散を防止して抵抗の安定化を図る
ために、水素原子を遮蔽する性質を有する窒化シリコン
膜でポリシリコンを被覆する構成がとられている。しか
しながら、窒化シリコン膜を形成するためには通常70
0℃以上の高温と比較的に長い処理時間が必要とされる
ため、この処理によって半導体装置に種々の不具合を生
じさせてしまう。例えば、ポリシリコンに対して電気接
続用コンタクトをオーミック接合するために通常ではポ
リシリコンに部分的に不純物を導入しているが、この不
純物がその高温処理時にポリシリコンの抵抗領域にまで
拡散され、結果として抵抗値を変動させてしまうことに
なる。また、前記した700℃の長時間処理によって、
前工程で形成されたトランジスタに対してそのソース・
ドレイン拡散領域の不純物が再度拡散される等の影響を
与え、トランジスタ特性が劣化されてしまう。
ことなくポリシリコンへの不純物及び水素の拡散による
抵抗値の変動を防止して、抵抗値の安定化を図った半導
体装置とその製造方法を提供することにある。
基板上に形成されたポリシリコンで構成される抵抗を備
える半導体装置において、前記ポリシリコンの抵抗の上
層の層間絶縁膜として高周波電界を印加する化学気相成
長法(バイアスECR−CVD法)により形成されたシ
リコン酸化膜を有することを特徴とする。また、この場
合、ポリシリコンは抵抗として機能される領域に不純物
が導入されていないノンドープポリシリコンであること
が好ましい。
基板上にポリシリコンを所要のパターンに形成する工程
と、このポリシリコンの上層に層間絶縁膜を形成する工
程とを含み、この層間絶縁膜を形成する工程には、シラ
ン系のガスを用いてバイアスECR−CVD法によりシ
リコン酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
参照して説明する。図1は本発明の基本構造を示す断面
図であり、その製造工程に従って説明する。まず、図1
(a)のように、シリコン基板1の表面にシリコン酸化
膜等の下地絶縁膜2を形成し、その上に熱CVD法によ
り不純物を導入していないノンドープのポリシリコン膜
3を形成する。そして、このポリシリコン膜3を半導体
製造技術で一般に用いられる選択エッチング法によりパ
ターン形成し、所要の抵抗パターンを形成する。そし
て、その上に常圧CVD法によりシリコン酸化膜4を形
成し、さらにその上に常圧CVD法によりBPSG膜5
を形成する。
G膜5とシリコン酸化膜4にわたってポリシリコン膜に
達する開口9を設け、この開口9を通してポリシリコン
膜3の表面部にリン等の不純物を選択的に導入する。そ
して、前記開口9内にタングステン等の金属6を充填
し、前記ポリシリコン膜3に対してオーミック接続を行
う。この金属6の充填は、例えば、開口9内に金属が充
填されるのに十分な厚さに金属膜を被着した後、異方性
エッチングを行うことで、開口9内にのみ金属6を残す
方法が採用できる。そして、全面に配線用の金属膜を形
成し、かつこれを所要の配線パターンにパターン形成す
ることで、前記開口9に充填された金属6に接続される
金属配線7が形成される。しかる上で、全面に高周波電
界を印加するプラズマCVD法の一方法としての、バイ
アスECR−CVD法によりシリコン酸化膜8を形成
し、前記配線を被覆する。
よるシリコン酸化膜(以下、バイアス酸化膜と略称す
る)8の製造では、図2に示すCVD装置が用いられ
る。このCVD装置においては、メインコイル12及び
補助コイル13が周囲に配置されたチャンバ10内にサ
セプタ11が配置され、このサセプタ11上にシリコン
基板1が載置される。そして、チャンバ10内には酸素
ガスを供給しながらマイクロ波を印加することにより、
チャンバ10内にプラズマを発生させ、かつこのプラズ
マとチャンバ10内に供給されるシランガスとによりバ
イアス酸化膜8の成膜を行なう。また、これと同時に、
チャンバ10内に供給されるアルゴンガスとサセプタ1
1に印加される高周波源14からの高周波バイアスとに
より、シリコン基板1上に成長されるバイアス酸化膜8
の角部等のエッチングが行なわれる。例えば、シラン流
量30sccm,酸素流量45sccm,アルゴン流量
70sccm、マイクロ波出力2000W、高周波バイ
アス出力1400W,成長温度350℃の成膜条件で行
う。したがって、このバイアスECR−CVD法では、
表面が比較的に平坦化された膜の形成が可能となる。
リコン抵抗3は一対の開口9のそれぞれにおいて不純物
が導入されて金属9とオーミック接続されるが、開口間
の領域はノンドープ状態であるために高抵抗であり、高
抵抗を得ることができる。しかしながら、ポリシリコン
抵抗3の上層には前記したバイアス酸化膜8が形成され
ているために、ポリシリコン抵抗3中の水素原子の濃度
は通常よりも高いものとなる。すなわち、図3に前記バ
イアス酸化膜を上層層間絶縁膜として有するポリシリコ
ンと、通常のシリコン酸化膜を上層層間絶縁膜として有
するポリシリコンとの水素原子濃度を比較すると、バイ
アス酸化膜を有するポリシリコンでは、その水素原子濃
度は6×1018個/cm3 であり、通常のシリコン酸化
膜に比較して極めて高いものとなる。これは、ECRプ
ラズマによりシランガスが分解されて発生した活性な水
素イオンが、シリコン基板1に印加されている高周波バ
イアスによる高電界によって加速され、BPSG膜5及
びシリコン酸化膜4を通ってポリシリコン抵抗3に達す
るためである。
は、バイアス酸化膜8の形成が完了された時点において
含有される水素原子濃度が極めて高いものとなり、この
高濃度の水素原子の影響を受けた抵抗値の抵抗として形
成される。このため、その後において、既に形成され、
或いは後に形成される層間絶縁膜やパッシベーション膜
に含まれる水素原子がポリシリコン抵抗8に拡散された
場合でも、この拡散された水素原子がポリシリコン抵抗
8の抵抗値に与える影響は小さなものとなり、抵抗値の
変動を小さなものとすることができる。また、BPSG
膜5からのリンやボロンの拡散はポリシリコンの直上の
常圧CVD法によるシリコン酸化膜4により防止され
る。
予め前記した水素原子の含有濃度を考慮して所定の高抵
抗値が得られるようにポリシリコン抵抗3の膜厚やパタ
ーン寸法を設定してその形成を行っておくことにより、
後工程におけるポリシリコン抵抗3の抵抗値の変動を有
効に防止でき、安定した高抵抗値を得ることが可能とな
る。
としてノンドープのポリシリコンを用いているが、前記
したようにポリシリコンで抵抗を形成し、そのバイアス
酸化膜を形成した時点で水素原子が比較的高濃度に含ま
れた状態にあるため、その後に拡散される水素原子の影
響が少ないことを鑑みれば、本発明は不純物が導入され
たポリシリコンを用いて抵抗を構成する場合でも同様に
適用することが可能である。ただし、図4に示すよう
に、ポリシリコン中の不純物濃度が低いほど、水素原子
が拡散される前と後では抵抗値の変動が大きく、ノンド
ープのポリシリコンではその抵抗値の変動が極めて零に
近いことをみれば、本発明におけるポリシリコンの抵抗
の抵抗値を安定化する上ではノンドープのポリシリコン
で形成することが好ましい。
ンの上層に常圧CVD法によりシリコン酸化膜を形成し
た後、この直上にバイアス酸化膜を形成した場合には、
ポリシリコン中の水素原子の濃度は8×1018個/cm
3 であった。これは、ポリシリコンとバイアス酸化膜と
の間にBPSG膜が存在していないため、ポリシリコン
中への水素原子の拡散が多くされたことによるものと思
われる。したがって、層間絶縁膜としてBPSG膜を用
いる必要がない半導体装置においては、このように構成
すれば、後工程における水素原子の拡散による抵抗値の
変動を更に抑制し、安定化する上で有利となる。
ス酸化膜を形成した場合には、ポリシリコン中の水素原
子の濃度は1.0×1019個/cm3 に増加された。こ
れは、ポリシリコンとバイアス酸化膜との間に常圧CV
D法のシリコン酸化膜が存在していないため、ポリシリ
コン中への水素原子の拡散が更に多くされたことによる
ものと思われる。したがって、層間絶縁膜としてBPS
G膜やシリコン酸化膜を用いる必要がない半導体装置に
おいては、このように構成すれば、後工程における水素
原子の拡散による抵抗値の変動を更に抑制し、安定化す
る上で有利となる。
態の断面図である。この実施形態では、p型シリコン基
板21にフィールド酸化膜22とゲート酸化膜23をそ
れぞれ形成し、その上に所要のパターンにポリシリコン
を形成する。そして、ゲート電極24としてのポリシリ
コンには不純物を導入して低抵抗化し、負荷抵抗25と
してのポリシリコンには不純物を導入しない。そして、
ゲート電極24を利用した自己整合法によりシリコン基
板21にn型不純物を導入してソース・ドレイン領域2
6を形成し、その上で常圧CVD法によるシリコン酸化
膜27、BPSG膜28を順次形成して層間絶縁膜を形
成する。
ドレイン領域26やポリシリコン抵抗25に達する開口
を開設し、この開口内にタングステン等の金属を充填
し、コンタクトホール29を構成する。この場合、ポリ
シリコン抵抗25には開口を通して不純物を導入し、充
填金属とのオーミック接続を行う。また、層間絶縁膜上
には前記コンタクトホール29を構成する充填金属を相
互に接続するためのアルミニウム配線30を所要のパタ
ーンで形成してトランジスタとポリシリコン抵抗とを電
気接続し、さらにその上にバイアス酸化膜31を形成
し、トランジスタやポリシリコン抵抗25を被覆する。
リシリコン抵抗25には、その上層にバイアス酸化膜3
1が形成されることで、ポリシリコン抵抗25中の水素
原子の濃度が高められる。このため、その後において水
素原子がポリシリコン抵抗25中に拡散されて、その抵
抗値が変動される場合でも、拡散された水素原子による
ポリシリコン抵抗25の全体の水素原子の濃度の変動は
小さくなり、その結果としてポリシリコン抵抗25にお
ける抵抗値の変動を抑制し、安定した抵抗値のポリシリ
コン負荷抵抗として構成されることになる。これによ
り、記憶したデータを保持し、かつ誤りなく読み出すこ
とが可能なSRAMが実現される。
Mの負荷抵抗に用いた場合を示しているが、これに限ら
れるものではなく、ポリシリコンを抵抗として利用する
半導体集積回路の全てに適用することができる。
コンの抵抗の上層にバイアス酸化膜を有しているので、
ポリシリコンにおける水素原子濃度が極めて高いものと
され、その後において水素原子がポリシリコンに拡散さ
れた場合でも、この拡散された水素原子がポリシリコン
の抵抗値に与える影響は小さなものとなり、抵抗値の変
動を小さなものとすることができ、安定した高抵抗値を
得ることが可能となる。したがって、窒化膜を形成する
必要がなく、窒化膜を形成する際の熱処理が原因とされ
るトランジスタの特性劣化や、ポリシリコンへの不純物
の拡散により抵抗値の変動をも防止することができる。
めの断面図である。
図である。
図である。
子の導入前後の抵抗値の変化を示す図である。
である。
酸化膜)
Claims (6)
- 【請求項1】 基板上に形成されたポリシリコンで構成
される抵抗を備える半導体装置において、前記ポリシリ
コンの抵抗の上層の層間絶縁膜として高周波電界を印加
する化学気相成長法(バイアスECR−CVD法)によ
り形成されたシリコン酸化膜を有することを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項2】 ポリシリコンの抵抗と前記バイアスEC
R−CVD法により形成されたシリコン酸化膜との間
に、常圧化学気相成長法(CVD法)により形成された
シリコン酸化膜、或いはこのシリコン酸化膜とBPSG
膜とが積層された層間絶縁膜が介挿される請求項1の半
導体装置。 - 【請求項3】 ポリシリコンは抵抗として機能される領
域に不純物が導入されていないノンドープポリシリコン
である請求項1または2の半導体装置。 - 【請求項4】 基板上にポリシリコンを所要のパターン
に形成する工程と、このポリシリコンの上層に層間絶縁
膜を形成する工程とを含み、この層間絶縁膜を形成する
工程には、シラン系のガスを用いてバイアスECR−C
VD法によりシリコン酸化膜を形成する工程を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 ポリシリコンは所定の水素原子濃度の状
態で所望の抵抗値となるようにパターン形成される請求
項4の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 所定の水素原子濃度は、バイアスECR
−CVD法によりシリコン酸化膜を形成したときのポリ
シリコンの水素原子濃度である請求項5の半導体装置の
製造方法。
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