JPH0982896A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH0982896A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランジスタ,容量素子,抵抗素子等を混載
した半導体装置において、占有面積を小さく抑制し、か
つ製造コストを安価に抑える。 【解決手段】 MOSトランジスタは、ゲート酸化膜3
と、第1の導電膜4と第2の導電膜7とを積層したゲー
ト電極9と備えている。容量素子は、第1の導電膜4か
ら形成された下部容量電極4bと、ゲート酸化膜3とは
異なる絶縁膜5から形成された容量膜5aと、容量膜5
a上の第2の導電膜7から形成された上部容量電極7b
と、第2の導電膜7から形成された下部容量電極の引き
出し電極7cとを備えている。ゲート酸化膜とは異なる
窒化膜等からなる容量膜5aを介在させながら、ゲート
酸化膜を容量膜とする時と同じ工程数で形成することが
できる。従って、単位面積当りの容量値が大きい容量膜
を用いて占有面積を低減でき、かつ製造コストの増大を
抑制しうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高集積化・低コス
トが要求される容量・抵抗・トランジスタ混載の半導体
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、MOS型トランジスタに加え
て容量素子や抵抗素子が混載された半導体装置(アナロ
グディジタル混載)においては、通常のMOS型トラン
ジスタを形成するための製造工程(ディジタル)に、容
量素子や抵抗素子(アナログ)の製造工程を付加する形
の製造工程で実現される。その場合、容量素子の占める
面積を低減するために、単位面積当たりの容量値が大き
い容量素子を形成することが望ましい。
【0003】ここで、従来のMOSトランジスタと2層
ポリシリコン型容量素子とを混載した半導体装置の構造
および製造工程について説明する。図8a〜図8cは、
nチャネル型MOSトランジスタ及び2層ポリシリコン
型容量素子を搭載した半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
【0004】まず、図8aに示すように、シリコン基板
のpウエル101の一部にLOCOS分離102を形成
する。このpウエル101の表面が露出している領域が
トランジスタ形成領域Rtra であり、LOCOS分離1
02の上が容量素子形成領域Rcap である。
【0005】さらに、図8bに示すように、例えばポリ
シリコン膜を200nmの厚みで堆積してPOCl3 拡
散法等によって不純物を導入した第1の導電膜103
(図示せず)を堆積し、所望のパターンを有する第1の
レジスト膜104を形成した後、ドライエッチング法に
より第1の導電膜103をパターニングして、下部容量
電極103aを形成する。
【0006】さらに、図8cに示すように、ゲート酸化
膜105をパイロ酸化により例えば10nm形成する。
このとき、下部容量電極103aの上に約20nmの酸
化膜が同時に形成されこれが容量膜106となる(単結
晶シリコンよりもポリシリコンの方が酸化されやすいた
めゲート酸化膜105よりも膜厚が厚くなる)。その
後、LOCOS分離102,ゲート酸化膜105及び容
量膜106の上に、第1の導電膜103と同程度の厚み
を有するポリシリコン膜からなる第2の導電膜107
(図示せず)を形成し、第2の導電膜107の上に所望
のパターンを有する第2のレジスト膜109を形成す
る。そして、トランジスタ形成領域Rtra の一部及び容
量素子形成領域Rcao の第1の導電膜103aの一部を
覆う第2のレジスト膜109を用いて、ドライエッチン
グ法により第2の導電膜107をパターニングして、ト
ランジスタ形成領域Rtra にはゲート電極107aを、
容量素子形成領域Rcap の容量膜106の上には上部容
量電極107bをそれぞれ形成する。
【0007】さらに、図8dに示すように、pウエル1
01内にn型不純物を導入してなるソース・ドレイン領
域を形成し、層間絶縁膜113と、コンタクトホール1
14と、金属配線層115とを逐次形成して、nチャネ
ルトランジスタと2層ポリシリコン型容量素子とを混載
した半導体装置が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
8a〜図8dに示す工程で形成される容量素子の容量膜
はMOSトランジスタのゲート酸化膜と同時に形成され
るので、単位面積当たりの容量値は、ゲート酸化膜の材
質や膜厚によって規定される。しかし、シリコン酸化膜
の単位面積当りの容量値は小さいので、容量素子の容量
膜の単位面積当りの容量値のみを大きくすることは困難
である。しかも、この容量膜はポリシリコンの酸化によ
って形成されるが、ポリシリコンの酸化速度はシリコン
単結晶の酸化速度よりも大きいので、容量膜の膜厚はゲ
ート酸化膜に比べかなり厚くなる。従って、容量膜の単
位面積当たりの容量値はどうしても小さくなり、占有面
積の低減を図ることは困難である。
【0009】一方、2層ポリシリコンを用いる場合で
も、上記図8a〜図8dに示す方法とは異なる方法とし
て、ゲート酸化膜と容量素子の容量膜とを異なる材質の
絶縁膜で形成する方法もありうる。その場合には、上記
図8cに示す状態で酸化膜の代わりに別途堆積したシリ
コン窒化膜をパターニングして容量膜106とする方法
がとられる。この場合、単位面積当たりの容量値は、ゲ
ート酸化膜の材質や膜厚によって規定されないために、
占有面積を低減することは可能である。しかし、別途シ
リコン窒化膜をパターニングするためのエッチングマス
クを形成する工程が必要となり、製造工程数が増加する
ために、総合的な製造コストが上昇せざるを得ない。
【0010】また、上述の方法の変形として、ゲート酸
化膜を形成した後、トランジスタのゲート電極及び容量
素子の下部容量電極となる導電膜を堆積し、この上にシ
リコン窒化膜等を形成する方法もある。しかし、ゲート
電極には低抵抗の材料であるシリサイド膜が上部に積層
された導電膜が使われるが、このシリサイド膜などを容
量下部電極に用いた場合は、その上面に形成される容量
膜の耐圧性や信頼性が劣化するという問題がある。な
お、上記図8bに示す状態で第1の導電膜103aの上
にシリコン窒化膜等を先に堆積しておくことも考えられ
るが、そのようにすると、ゲート酸化膜を形成する際に
シリコン窒化膜が酸化されて容量膜の単位面積当りの容
量値が結局小さくなる。
【0011】また、MOSトランジスタのウエルのゲー
ト酸化膜近傍の表面濃度を制御してデプレッション型M
OSトランジスタを形成し、同時にゲート酸化膜を容量
とする容量素子を形成する方法も知られている。この方
法では、製造工程数の増加は比較的少ないが、単位面積
当たりの容量値は比較的小さいので、容量素子の占有面
積が大きくなり、高集積化しにくい。また、容量値の電
圧依存性が大きくなるので、アナログ回路に使用できる
程度の精度が得られていない。
【0012】以上のように、いずれのタイプにおいても
一長一短があり、品質,省面積化,製造コストという総
合的な要求を満足できるものは現在のところ実用化され
ていない。今後、アナログデジタル混載型LSIにおい
ても、いっそうの微細化と高集積化とが要望されている
が、アナログ部に関しては、省面積化と製造工程数の低
減を同時に有効に果たし得るプロセスが提案されていな
いために、アナログデジタル混載型LSIの集積化を実
現する上で大きな課題となっている。
【0013】一方、抵抗素子に関しては、従来、例えば
ポリシリコンにPOCl3 拡散法やイオン注入法によっ
て不純物が導入された導電膜(シート抵抗30〜100
Ω/□)で形成されるが、ゲート電極としては局所的な
配線としても使えるようにポリシリコンとシリサイドが
積層されたポリサイドのような低抵抗な導電膜(シート
抵抗5〜10Ω/□)が使われるようになってきてい
る。しかし、抵抗素子においてある抵抗値を得る場合、
抵抗素子の面積を低減するためには、抵抗膜として比較
的高抵抗値を有する導電膜を使用する必要がある。この
ため、工程数を増大することなく、ゲート電極に用いる
導電膜は低抵抗で、抵抗素子に用いる導電膜は比較的高
抵抗の材料で形成することが課題となっている。
【0014】本発明の目的は、トランジスタと容量素子
と抵抗素子とのいずれか2つを混載した半導体装置にお
いて、容量素子や抵抗素子の占有面積の低減を図りつ
つ、製造工程数増加によるコストの増大を抑制すること
にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、請求項1〜8に記載される半導体装置
に係る手段と、請求項9〜14に記載される半導体装置
の製造方法に係る手段とを講じている。
【0016】本発明の第1の半導体装置は、請求項1に
記載されるように、半導体基板上に少なくともMISト
ランジスタと容量素子とを搭載した半導体装置を前提と
する。上記MISトランジスタは、上記半導体基板上に
形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に積層
された第1の導電膜と第2の導電膜とからなるゲート電
極とを少なくとも備えている。上記容量素子は、上記第
1の導電膜からなる下部容量電極と、上記下部容量電極
の上に形成され上記ゲート絶縁膜とは材質が異なる絶縁
膜からなる容量膜と、上記容量膜の上に形成され上記第
2の導電膜からなる上部容量電極とを備えている。
【0017】この構成により、MISトランジスタのゲ
ート電極を構成する第1,第2の導電膜によって容量素
子の下部容量電極,上部容量電極が構成されているの
で、第1,第2の導電膜をパターニングすることで、M
ISトランジスタのゲート電極と容量素子の各電極とが
同時に形成可能な構造となる。すなわち、MISトラン
ジスタのみを搭載した半導体装置と比較して、容量膜を
形成するためのマスク工程を追加するだけで済む。ま
た、容量素子の容量膜がMISトランジスタのゲート絶
縁膜とは異なる材質を有する絶縁膜で構成されているの
で、単位面積当りの容量値の高い材質で構成することが
可能となり、容量素子の占有面積の低減が可能となる。
したがって、2層ポリシリコンプロセスを用いて、MI
Sトランジスタと占有面積の小さい容量素子とを混載し
た半導体装置が低コストで得られることになる。
【0018】本発明の第2の半導体装置は、請求項2に
記載されるように、半導体基板上に少なくともMISト
ランジスタと抵抗素子とを搭載した半導体装置を前提と
する。上記MISトランジスタは、上記半導体基板上に
形成されたゲート絶縁膜と、上記ゲート絶縁膜上に積層
された第1の導電膜と第2の導電膜とからなるゲート電
極とを少なくとも備えている。上記抵抗素子は、上記第
1の導電膜からなる抵抗膜と、上記抵抗膜の両端を除く
領域上に形成され上記ゲート絶縁膜とは材質が異なる絶
縁膜からなるエッチング保護膜と、上記エッチング保護
膜の両端部からその外方の抵抗膜に跨って形成され上記
第2の導電膜からなる2つの引き出し電極とを備えてい
る。
【0019】この構成により、抵抗素子の抵抗膜上にエ
ッチング保護膜が形成されているので、抵抗膜の両端の
引き出し電極と抵抗膜の抵抗膜を同時にエッチングする
ことが可能となる。しかも、MISトランジスタのゲー
ト電極を構成する第1,第2の導電膜が抵抗素子の抵抗
膜,引き出し電極とそれぞれ共通の導電膜で構成されて
いるので、第1,第2の導電膜をパターニングすること
で、MISトランジスタのゲート電極と抵抗素子の抵抗
膜,引き出し電極とが同時に形成可能な構造となる。す
なわち、MISトランジスタのみを搭載した半導体装置
と比較して、エッチング保護膜を形成するためのマスク
工程を追加するだけで済む。また、トランジスタのゲー
ト電極が2層構造を有しているので、上層の第2の導電
膜の抵抗値を低くすれば下層の第1の導電膜の抵抗値を
高くしてもよいので、第1の導電膜で構成される抵抗素
子の抵抗率を高くすることができ、抵抗素子の占有面積
の低減が可能となる。したがって、2層ポリシリコンプ
ロセスを用いて、MISトランジスタと占有面積の小さ
い抵抗素子とを混載した半導体装置が低コストで得られ
ることになる。
【0020】本発明の第3の半導体装置は、請求項3に
記載されるように、半導体基板上に少なくとも容量素子
と抵抗素子とを搭載した半導体装置を前提とする。上記
容量素子は、上記半導体基板上に形成された第1の導電
膜からなる下部容量電極と、上記下部容量電極の上に形
成された絶縁膜からなる容量膜と、上記容量膜の上に形
成された第2の導電膜からなる上部容量電極とを備えて
いる。上記抵抗素子は、上記第1の導電膜からなる抵抗
膜と、上記抵抗膜の上に形成され上記容量素子の容量膜
と共通の絶縁膜からなるエッチング保護膜と、上記エッ
チング保護膜の両端部からその外方の抵抗膜に跨って形
成され上記第2の導電膜からなる2つの引き出し電極と
を備えている。
【0021】この構成により、容量素子の容量膜と共通
の絶縁膜により、抵抗素子の抵抗膜上のエッチング保護
膜が形成されているので、抵抗膜の両端の引き出し電極
と抵抗膜の抵抗膜を同時にエッチングすることが可能と
なる。しかも、容量素子の上部容量電極と下部容量電極
とを同時に形成可能な構造となっているので、必要な工
程数が低減される。しかも、上述の作用によって、容量
素子と抵抗素子の占有面積の低減が可能となる。したが
って、占有面積の小さい容量素子と抵抗素子とを混載し
た半導体装置が低コストで得られることになる。
【0022】また、本発明の第4の半導体装置は、請求
項4に記載されるように、上記第1の半導体装置におい
て、上記第1の導電膜からなる抵抗膜と、上記抵抗膜の
上に形成された上記容量素子の容量膜と共通の絶縁膜か
らなる保護膜と、上記エッチング保護膜の両端部からそ
の外方の抵抗膜に跨って形成され上記第2の導電膜から
なる2つの引き出し電極とを有する抵抗素子をさらに備
えている。
【0023】この構成により、上記各請求項の作用が併
せて得られ、MISトランジスタと容量素子と抵抗素子
とを混載した半導体装置が低コストで得られる。
【0024】上記第1〜第4の半導体装置において、請
求項5に記載されるように、上記第1の導電膜をポリシ
リコン膜で構成することが好ましい。
【0025】上記第1〜第4の半導体装置において、請
求項6に記載されるように、上記絶縁膜をシリコン窒化
膜,PZT及びタンタル酸化膜のうちの少なくともいず
れか1つで構成することが好ましい。
【0026】この構成により、単位面積当りの容量値が
高い容量膜と、第1,第2の導電膜のエッチングストッ
パとしての機能の高いエッチング保護膜とが得られるこ
とになる。
【0027】上記第1〜第4の半導体装置において、請
求項7に記載されるように、上記第2の導電膜をポリシ
リコン,チタンシリサイド及びタングステンシリサイド
のうちの少なくともいずれか1つで構成することが好ま
しい。
【0028】この構成により、トランジスタのゲート電
極、容量素子の上部容量電極、容量素子及び抵抗素子の
引き出し電極の抵抗値が低減されて、無駄な消費電力が
低減される。しかも、抵抗素子の抵抗膜の抵抗値は高く
維持しうる。
【0029】上記第1〜第4の半導体装置において、請
求項8に記載されるように、上記第1の導電膜からなる
フローティングゲート電極と、上記絶縁膜からなるフロ
ーティングゲート上絶縁膜と、上記フローティングゲー
ト上絶縁膜の上に形成され上記第2の導電膜からなる制
御ゲート電極とを有するEEPROMのメモリセルをさ
らに備えることができる。
【0030】この構成により、半導体装置の適用範囲が
拡大され、機能性の高い半導体装置が得られる。
【0031】本発明の半導体装置の第1の製造方法は、
請求項9に記載されるように、半導体基板上に容量素子
を搭載した半導体装置の製造方法を前提とし、半導体基
板の上に絶縁部材を介して第1の導電膜を堆積する工程
と、上記第1の導電膜の上に絶縁膜を堆積する工程と、
上記絶縁膜をパターニングして上記容量素子の容量膜を
形成する工程と、上記絶縁膜及び上記第1の導電膜の上
に第2の導電膜を堆積する工程と、上記容量膜の少なく
とも一部を含むエッチングマスクを用いて上記第1及び
第2の導電膜をパターニングして、上記第2の導電膜か
ら上記容量素子の上部容量電極を形成し、上記第1の導
電膜から上記容量素子の下部容量電極を形成する工程と
を備えている。
【0032】この方法により、同じエッチングマスクを
用いて第1,第2の導電膜からそれぞれ上部,下部容量
電極を同時に形成することが可能となる。そして、同じ
基板上にMISトランジスタを形成する際にも、第1,
第2導電膜を利用してゲート電極を形成できる。しか
も、第1導電膜上に容量膜が形成されるので、同じ基板
上にMISトランジスタを形成する際にも、容量膜を形
成する工程はゲート酸化工程とは独立して行われること
から、要求に応じて単位面積当りの容量値の高い材料で
容量膜を形成することが可能となる。したがって、MI
Sトランジスタを搭載した半導体装置の製造工程に対
し、わずかの工程の追加で容量素子を形成する工程を組
み込むことが可能となり、安価にかつ占有面積の小さい
容量素子を各種素子と混載するための基本的な容量素子
形成用プロセスとなる。
【0033】上記半導体装置の第1の製造方法におい
て、請求項10に記載されるように、上記上部容量電極
及び上記下部容量電極を形成する工程では、上記容量膜
の所定領域を覆う第1領域と上記容量膜の一端部から外
方に亘る領域を覆う第2領域とを少なくとも有するレジ
スト膜と上記容量膜とをエッチングマスクとして用いる
ことにより、上記第1領域の下方に残存する第2の導電
膜からなる上部容量電極を形成し、上記第2領域の下方
に残存する第2の導電膜からなる下部容量電極の引き出
し電極を形成し、上記容量膜及び上記レジスト膜のうち
少なくともいずれか一方で覆われる領域に亘って残存す
る第1の導電膜からなる下部容量電極を形成することが
できる。
【0034】この方法により、レジスト膜と容量膜とを
エッチングマスクとして用いたエッチングによって、第
1,第2の導電膜から下部容量電極,上部容量電極及び
引き出し電極が同時に形成され、マスク工程の低減と占
有面積の小さい容量素子の形成とを極めて容易に実現す
ることができる。
【0035】本発明の半導体装置の第2の製造方法は、
請求項11に記載されるように、半導体基板上に抵抗素
子を搭載した半導体装置の製造方法を前提とし、半導体
基板の上に絶縁部材を介して第1の導電膜を堆積する工
程と、上記第1の導電膜の上に絶縁膜を堆積する工程
と、上記絶縁膜をパターニングしてエッチング保護膜を
形成する工程と、上記エッチング保護膜及び上記第1の
導電膜の上に第2の導電膜を堆積する工程と、上記第2
導電膜の上に上記エッチング保護膜の両端部から外方に
亘る領域を覆う2つの領域からなるレジスト膜及び上記
エッチング保護膜をエッチングマスクとして、上記エッ
チング保護膜及びレジスト膜のうちいずれか一方で覆わ
れた領域に亘って残存する第1導電膜からなる抵抗膜を
形成し、上記レジスト膜のみにより覆われた領域に残存
する第2導電膜からなる上記抵抗膜の引き出し電極を形
成する工程とを備えている。
【0036】この方法により、第1,第2の導電膜をエ
ッチングする工程で、抵抗素子の抵抗膜と引き出し電極
とが同時に形成され、少ない工程数で抵抗素子が形成さ
れる。しかも、抵抗素子を形成する際に、抵抗膜がエッ
チング保護膜で覆われているので、抵抗値のバラツキが
小さい抵抗膜が形成され、特性も向上する。したがっ
て、少ない工程数で特性の良好な抵抗素子を製造できる
とともにMISトランジスタ等のプロセスに適合した基
本的な抵抗素子製造プロセスとなる。
【0037】上記半導体装置の第1又は第2の製造方法
において、請求項12に記載されるように、上記第1の
導電膜を堆積する工程の前に半導体基板の活性領域上に
ゲート絶縁膜を形成する工程を設け、上記第1の導電膜
を堆積する工程では上記ゲート絶縁膜上にも第1の導電
膜を堆積し、上記絶縁膜をパターニングする工程では上
記活性領域上の絶縁膜を除去し、上記第2の導電膜を堆
積する工程では上記活性領域上で第1の導電膜の上に第
2の導電膜を積層し、上記第1及び第2の導電膜をパタ
ーニングする工程では上記活性領域上、第1の導電膜及
び第2の導電膜からなるゲート電極を形成することがで
きる。
【0038】この方法により、MISトランジスタ形成
のための工程数に対しわずかのマスク工程数の追加によ
って、上記各請求項の製造方法による容量素子や抵抗素
子とMISトランジスタとが同じ半導体基板上に搭載さ
れる。特に、抵抗素子の抵抗膜とMISトランジスタの
ゲート電極の下層を抵抗値の高い第1の導電膜で構成
し、抵抗素子の引き出し電極とMISトランジスタのゲ
ート電極の上層とを抵抗値の低い第2の導電膜で形成す
ることも可能となる。しかも、半導体基板全体が第1の
導電膜で覆われた状態で絶縁膜のパターニングのための
エッチングが行われるので、MISトランジスタの活性
領域がエッチング工程によって汚染される虞れも極めて
少なくて済む。したがって、占有面積の小さい容量素子
や占有面積の小さい特性の高い抵抗素子と特性の良好な
MISトランジスタとを混載した半導体装置が安価に製
造されることになる。
【0039】さらに、上記請求項12の方法において、
請求項13に記載されるように、上記絶縁膜をパターニ
ングする工程では一部の活性領域における上記絶縁膜の
一部をEEPROMのフローティングゲート上絶縁膜と
して残し、上記第2の導電膜を堆積する工程では上記一
部の活性領域上で上記第1の導電膜及びフローティング
ゲート上絶縁膜の上に第2の導電膜を積層し、上記第1
及び第2の導電膜をパターニングする工程では上記一部
の活性領域上で上記フローティングゲート上絶縁膜の一
部を覆うレジスト膜を用いて上記レジスト膜の下方に残
存する第2の導電膜からなるEEPROMの制御ゲート
電極を形成し、上記フローティングゲート上絶縁膜の下
方に残存する第1の導電膜からなるEEPROMのフロ
ーティングゲート電極を形成することができる。
【0040】この方法により、EEPROMのメモリセ
ルがMISトランジスタ、容量素子,抵抗素子等と同時
に半導体装置に形成される。しかも、EEPROMのメ
モリセルの各要素を形成するための特別のマスク工程は
不要である。したがって、占有面積の小さい容量素子や
抵抗素子を混載したEEPROMが低コストで製造でき
ることになる。
【0041】上記請求項9〜12の方法において、請求
項14に記載されるように、上記絶縁膜をパターニング
する工程の前に、素子分離を形成しようとする領域の上
記絶縁膜,上記第1の導電膜及び半導体基板を順次除去
して、素子分離溝を形成する工程と、上記素子分離溝内
を埋め込みかつ上記絶縁膜上を覆う素子分離用絶縁膜堆
積する工程と、上記絶縁膜をマスクとして、上記素子分
離用絶縁膜を平坦化する工程とを設けることができる。
【0042】この方法により、容量素子の容量膜や抵抗
素子の抵抗膜となる絶縁膜をエッチングストッパとして
利用して、トレンチ分離構造の素子分離溝が形成され
る。したがって、わずかの工程の追加だけで、容量素
子,抵抗素子,MISトランジスタ,EEPROMのメ
モリセル等を搭載した半導体装置に素子分離機能の高い
トレンチ構造の素子分離が形成されることになる。
【0043】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)まず、第1の実施形態に係る半導体
装置びその製造方法について、図1a〜図1d,図2a
及び図2bを参照しながら説明する。図1a〜図1d,
図2a及び図2bは、nチャネルトランジスタと容量素
子とを搭載した半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【0044】図1aに示すように、シリコン基板のpウ
エル1に例えばLOCOS法により形成したLOCOS
分離2を形成する。このPウエル1がトランジスタ形成
領域Rtra であり、LOCOS分離2上が容量素子形成
領域Rcap である。
【0045】さらに、図1bに示すように、トランジス
タ形成領域Rtra のシリコン基板表面にゲート酸化膜3
をパイロ酸化により例えば10nmの厚みで形成した
後、例えばポリシリコンを200nmの厚みで堆積し、
POCl3 拡散法によって不純物を導入した第1の導電
膜4を形成する。続いて、第1の導電膜4の上面に、酸
化シリコンより単位体積当たりの容量が大きい材料例え
ば窒化シリコンからなる絶縁膜である窒化膜5をCVD
法により10nmの厚みで堆積する。
【0046】さらに、図1cに示すように、窒化膜5の
うち少なくとも容量膜として残したい部分を覆うレジス
ト膜6を形成し、これを用いて熱リン酸による窒化膜5
のエッチングを行い、一部が容量膜となる容量膜5aを
形成する。このとき、第1のレジスト膜6は、トランジ
スタ形成領域Rtra の上では全て開口されているので、
トランジスタ形成領域Rtra の窒化膜5は全て除去され
る。この工程では、半導体基板の活性領域も第1の導電
膜4で覆われているので、窒化膜5のエッチングによる
半導体基板内の汚染を防止することができる。
【0047】さらに、図1dに示すように、ポリシリコ
ン膜で構成される第2の導電膜7を上記第1の導電膜4
及び容量膜5aの上に第1の導電膜4と同じ程度の厚み
で堆積する。ただし、第2の導電膜7は低抵抗のポリサ
イドで構成してもよい。
【0048】さらに、図2aに示すように、第2の導電
膜7の上に、トランジスタ形成領域Rtra ではゲート電
極となる部分のみを、容量素子形成領域Rcap では上部
容量電極と下部容量電極からの引き出し電極となる部分
をそれぞれ覆う第2のレジスト膜8を形成する。このと
き、容量素子形成領域Rcap において、第2のレジスト
膜8は、容量膜5aの大部分を覆う第1領域8aと、容
量膜5aの他端付近とその側方に露出する第1の導電膜
5とに亘る領域を覆う第2領域8bとに分割して形成さ
れている。そして、この第2のレジスト膜8と容量膜5
aとをエッチングマスクとして用い、第1の導電膜4及
び第2の導電膜7のドライエッチングを行う。このドラ
イエッチングによって、第2の導電膜7及び第1の導電
膜4を逐次エッチングし、2層ポリシリコン型の下部容
量電極4b、上部容量電極7b及びゲート電極9を形成
する。
【0049】このとき、トランジスタ形成領域Rtra で
は、前の工程で窒化膜5が除去されているので、第2の
レジスト膜8のみがエッチングマスクとして機能し、第
2のレジストマスク8下方の第1の導電膜のゲート部4
aと第2の導電膜のゲート部7aが残置され、両者から
なるトランジスタのゲート電極9が形成される。一方、
容量素子形成領域Rcap では、第2のレジスト膜8の上
記第1領域8aで覆われた第2の導電膜が残置されて上
部容量電極7bとなり、第2のレジスト膜8の上記第2
領域8bで覆われた第2の導電膜が残置されて引き出し
電極7cとなり、第2のレジスト膜8又は容量膜4bの
いずれかによって覆われた第1の導電膜4が残置されて
下部容量電極4bとなる。上記引き出し電極7cは、容
量膜5aの外方となる部分で下部容量電極4bに接続さ
れている。
【0050】すなわち、ドライエッチング工程におい
て、第2の導電膜7に対しては第2のレジスト膜8のみ
がマスクとして機能するので、第2のレジスト膜8のパ
ターンに対応した形状の上部容量電極7bと引き出し電
極7cとが形成される。一方、第1の導電膜4に対して
は、第2のレジスト膜8と容量膜5aとがマスクとして
機能する。いいかえると、第2のレジスト膜8の開口部
では容量膜5aはエッチングストッパとして機能する。
したがって、容量素子形成領域Rcap では、下部容量電
極4bの一方の端部は容量膜5aの一方の端部に一致
し、下部容量膜4bの他方の端部は第2のレジスト膜8
の第2領域8b1つの端部に一致する。
【0051】次に、図2bに示すように、第2のレジス
ト膜8を除去した後、シリコン基板内及びポリシリコン
膜内に不純物イオンの注入を行って、ソース・ドレイン
領域12を形成すると同時に、ゲート電極9,上部容量
電極7b及び引き出し電極7cを低抵抗化する。その
後、全面上に層間絶縁膜13を堆積し、層間絶縁膜13
にソース・ドレイン領域12,上部容量電極7b及び引
き出し電極7cに到達するコンタクトホール14を形成
した後、上方から金属膜を堆積してコンタクトホールを
埋め込むと共に金属配線層15を形成する。
【0052】ここで、本実施例の製造工程で形成される
容量素子の容量膜5aと従来の容量膜の構造とを比較す
ると、従来の容量膜は、ポリシリコン膜の熱酸化によっ
て形成されるためゲート酸化膜よりも厚い厚みが20n
m程度の酸化膜である。それに対し、本発明の半導体装
置及びその製造方法を用いれば、例えば厚みが10nm
の窒化膜の形成が可能となる。したがって、本実施例の
容量膜5aは、窒化膜の誘電率が酸化膜の約2倍である
ことと、厚みがほぼ1/2に低減できることとによっ
て、従来の容量膜に比べ単位面積当たりの容量値を約4
倍に向上させることができる。すなわち、半導体装置に
おける容量素子の占有面積を従来の容量素子に比べて4
分の1に縮小することができる。
【0053】下記表1は、従来の2層ポリシリコンプロ
セスによる方式でゲート酸化膜と同時に容量膜(酸化膜
使用)を形成する場合と、従来の2層ポリシリコンプロ
セスによる方式でゲート酸化膜とは異なる材質の容量膜
(窒化膜使用)を形成した場合と、本実施形態の2層ポ
リシリコンプロセスを用いて容量膜(窒化膜使用)を形
成する場合とで、基本的なトランジスタのみの製造工程
に必要なマスク工程に対して追加すべきマスク工程の数
と厚みが同じとしたときの容量素子の容量密度(F/c
2 )とを比較した結果を示すものであり、上述の効果
が明確に示されている。
【0054】
【表1】 なお、第1の実施形態では、容量膜として窒化膜を使用
した場合について説明したが、ゲート酸化膜の膜厚より
も薄い酸化膜や他の高誘電膜材料を適用しても同様の効
果が期待できる。
【0055】(第2の実施形態)次に、第2の実施形態
に係る半導体装置の製造方法について、図3a〜図3d
及び図4a〜図4dを参照しながら説明する。図3a〜
図3d及び図4a〜図4dは、本実施例に係るnチャネ
ルトランジスタと容量素子とを搭載した半導体装置の製
造工程を示す断面図である。本実施形態では、容量素子
の容量膜をトレンチ分離形成時のエッチングストッパと
して用いている。
【0056】まず、図3aに示すように、シリコン基板
のpウエル21上に、ゲート酸化膜等となる酸化膜22
をパイロ酸化により例えば10nmの厚みで形成した
後、ポリシリコン膜を200nmの厚みで堆積した後P
OCl3 拡散法によって不純物を導入した第1の導電膜
23を形成する。次に、第1の導電膜23の表面部分を
例えばパイロ酸化して、厚みが10nm程度のシリコン
酸化膜24を形成した後、アンモニアガス中の急速加熱
(RTA)によってシリコン酸化膜24の表面部分を窒
化して、厚みが5nm程度のシリコン窒化膜25を形成
する。
【0057】さらに、図3bに示すように、所望のパタ
ーンを有する第1のレジスト膜26を用いて、ドライエ
ッチング法により、シリコン窒化膜25、シリコン酸化
膜24、ゲート酸化膜22及びpウエル21の一部を除
去して、素子分離溝27を形成する。この素子分離溝2
7により、図3bに示すトランジスタ形成領域Rtraと
容量素子形成領域Rcap とが分離される。すなわち、酸
化膜22,第1の導電膜23,シリコン酸化膜24及び
シリコン窒化膜25がそれぞれ2つの酸化膜22a,2
2bと、2つの第1の導電膜23a,23bと、2つの
シリコン酸化膜24a,24bと、2つのシリコン窒化
膜25a,25bとに分離される。
【0058】さらに、図3cに示すように、第1のレジ
スト膜26を除去した後、素子分離溝27の中及びシリ
コン窒化膜25a,25bの上に酸化膜からなる素子分
離用絶縁膜28を例えば500nm程度の厚みで堆積す
る。このとき、素子分離溝27には酸化膜が埋め込まれ
た状態となり、それ以外の領域は素子分離用絶縁膜28
が500nm程度の厚みで堆積された状態となる。
【0059】さらに、図3dに示すように、例えばエッ
チバック法により、素子分離用絶縁膜28を最終的にシ
リコン窒化膜25a,25bの表面と同じ高さになるま
で除去する。このとき、シリコン窒化膜25a,25b
のような酸化膜に対するエッチング選択比の高い材料か
らなる膜を形成しておくことによって、第1の導電膜2
3a,23bがエッチングされることなく所定の膜厚を
維持することができる。ただし、シリコン窒化膜25
a,25bが若干エッチングされている場合があるの
で、シリコン酸化膜24a,24bの表面部分を再度窒
化しておくとより安定した容量が形成できる。この工程
によって、半導体基板上を複数の活性領域に区画するト
レンチ分離28aが形成される。
【0060】さらに、図4aに示すように、所望のパタ
ーンを有する第2のレジスト膜30を形成する。この第
2のレジスト膜30は、トランジスタ形成領域Rtra の
上方で開口され、容量素子形成領域Rcap の一部のみを
覆うパターンを有する。そして、この第2のレジスト膜
30を用いて、例えば熱リン酸によって窒化膜からなる
シリコン窒化膜25a,25bを選択的に除去し、引き
続きフッ酸(HF:H2O=1:20)の20秒ウエッ
トエッチによりシリコン酸化膜24a,24bを選択的
に除去する。この工程によって、トランジスタ形成領域
Rtra においてはシリコン窒化膜25a及びシリコン酸
化膜24aが全て除去され、容量素子形成領域Rcap に
おいてはシリコン窒化膜25b及びシリコン酸化膜24
bの一部が残置されて第1の容量膜24c及び第2の容
量膜25cが形成される。このとき、同時にトレンチ分
離28aも第1の導電膜23a,23bとほぼ同じ高さ
まで除去される。
【0061】さらに、図4bに示すように、第2のレジ
スト膜30を除去した後、全面上に、図3aに示す第1
の導電膜23と同程度の厚みのポリシリコンからなる第
2の導電膜31を堆積する。このとき、第2の導電膜と
しては低抵抗のポリサイドを用いてもよい。
【0062】さらに、図4cに示すように、所望のパタ
ーンを有する第3のレジスト膜32を形成する。この第
3のレジスト膜32の形状は上記第1の実施形態におけ
る第2のレジスト膜6の形状と基本的に同じである。す
なわち、第3のレジスト膜32,第2の容量膜25c及
び第1の容量膜24cをマスクとして、ドライエッチン
グ法により、第2の導電膜31及び第1の導電膜23
a,23bを逐次エッチングする。この工程により、ト
ランジスタ形成領域Rtra においては、第1の導電膜2
3a及び第2の導電膜31の一部23c,31aが残置
されて両者からなるゲート電極33が形成される。一
方、容量素子形成領域Rcap においては、第1の導電膜
23b全体が下部容量電極となり、酸化膜22bが下部
容量電極23bの下敷き膜となって、下部容量電極23
b上の第1,第2容量膜24c,25cの上に第2の導
電膜31からパターニングされた上部容量電極31bが
形成され、下部容量電極23bと第1,第2の容量膜2
4c,25cとの上に跨がって第2の導電膜31からパ
ターニングされた引き出し電極31cが形成される。こ
のとき、第1,第2の容量膜24c,25cがエッチン
グマスク(エッチングストッパ)として機能し、下部容
量電極23bの一部が除去されるのを有効に防止してい
る。
【0063】次に、図4dに示すように、上記第1の実
施形態における図2bに示す工程と同様の処理を行っ
て、ソース・ドレイン領域36,層間絶縁膜37,コン
タクトホール38及び金属配線層39を形成する。
【0064】本実施例では、分離機能の高いトレンチ分
離構造を採りながら、図3dに示すエッチバック工程に
おいて、シリコン窒化膜25a,25bがエッチングス
トッパとして機能することで、第1の導電膜23a,2
3bがエッチングされることなく所定の膜厚を維持する
ことができるので、ゲート電極33の膜厚がばらつくこ
とによる信頼性の劣化や、ゲート配線の抵抗ばらつきを
抑制できる。そして、一般的なトレンチ分離の形成方法
では、このシリコン窒化膜25a,25bは全て除去さ
れるが、本実施例では、容量素子形成領域Rcap におけ
るシリコン窒化膜25bをさらにパターニングして容量
素子の第2容量膜25cとして利用することができ、工
程の増大を有効に防止することができる。
【0065】(第3の実施形態)次に、MOSトランジ
スタと容量素子に加えて、EEPROMのセルを形成し
た例である第3の実施形態について説明する。図5a〜
図5d及び図6a〜図6dは、本実施形態に係る半導体
装置の製造工程を示す断面図である。
【0066】まず、図5aに示すように、上記第2実施
形態における図3aと同様の処理を行って、シリコン基
板のpウエル21上に酸化膜22,第1の導電膜23,
シリコン酸化膜24及びシリコン窒化膜25を順次形成
した後、図5bに示すように、所望のパターンを有する
第1のレジスト膜26を用いて、素子分離溝27を形成
する。このとき、本実施形態では、上記第2の実施形態
とは異なり、素子分離溝27によって、pウエル1をト
ランジスタ形成領域Rtra と容量素子形成領域Rcap と
EEPROM形成領域Repr とに区画する。
【0067】ここで、図5c,図5d及び図6a〜図6
dに示す工程において、トランジスタ形成領域Rtra 及
び容量素子形成領域Rcap における処理は、上記第2実
施形態で説明したとおりである。したがって、以下の説
明では、EEPROM形成領域Repr における処理を中
心として説明する。
【0068】図5bに示す工程では、素子分離溝27に
よって、酸化膜22,第1の導電膜23,シリコン酸化
膜24及びシリコン窒化膜25がそれぞれ3つの酸化膜
22a,22b,22dと、3つの第1の導電膜23
a,23b,23dと、3つのシリコン酸化膜24a,
24b,24dと、3つのシリコン窒化膜25a,25
b,25dとに分離される。
【0069】さらに、図5cに示すように、第1のレジ
スト膜26を除去した後、素子分離溝27の中及びシリ
コン窒化膜25a,25b、25dの上に酸化膜からな
る素子分離用絶縁膜28を例えば500nm程度の厚み
で堆積する。このとき、素子分離溝27には酸化膜が埋
め込まれた状態となり、それ以外の領域は素子分離用絶
縁膜28が500nm程度の厚みで堆積された状態とな
る。
【0070】さらに、図5dに示すように、エッチバッ
ク法により、素子分離用絶縁膜28を最終的にシリコン
窒化膜25a,25b、25dの表面と同じ高さになる
まで除去する。この工程によって、互いに孤立したトレ
ンチ分離28aが形成される。
【0071】さらに、図6aに示すように、所望のパタ
ーンを有する第2のレジスト膜30を形成する。この第
2のレジスト膜30は、トランジスタ形成領域Rtra の
上方で開口され、容量素子形成領域Rcap 及びEEPR
OM形成領域Repr の一部のみを覆うパターンを有す
る。そして、この第2のレジスト膜30を用いて、上記
第2実施形態と同様のエッチングを行うことにより、ト
ランジスタ形成領域Rtra においてはシリコン窒化膜2
5a及びシリコン酸化膜24aが全て除去され、容量素
子形成領域Rcap においてはシリコン窒化膜25b及び
シリコン酸化膜24bの一部が残置されて第1の容量膜
24c及び第2の容量膜25cとなり、EEPROM形
成領域では、シリコン酸化膜24d及びシリコン窒化膜
25dから第1,第2のゲート上絶縁膜24e,25e
がパターニングされる。
【0072】さらに、図6bに示すように、第2のレジ
スト膜30を除去した後、全面上に、図3aに示す第1
の導電膜23と同じ厚み及び同じ材質(ポリシリコン)
からなる第2の導電膜31を堆積する。
【0073】さらに、図6cに示すように、所望のパタ
ーンを有する第3のレジスト膜32を形成する。この第
3のレジスト膜32の形状は、トランジスタ形成領域R
traと容量素子形成領域Rcap とにおいては、上記第2
の実施形態における第2のレジスト膜6の形状と同じ形
状を有する。一方、EEPROM形成領域Repr におい
ては、第1,第2のゲート上絶縁膜の一部を覆うように
形成されている。この第3のレジスト膜30を用いてド
ライエッチングを行うことにより、トランジスタ形成領
域Rtra においては、上記第2の実施形態と同様にゲー
ト電極33が形成され、容量素子形成領域Rcap におい
ては、上記第2の実施形態と同様に、下部容量電極23
bと、下敷き膜22bと、上部容量電極31bと、引き
出し電極31cとが形成される。EEPROM形成領域
Repr では第1の導電膜24dからパターニングされた
フローティングゲート電極23eと、シリコン酸化膜2
4d及びシリコン窒化膜25dからパターニングされた
第1,第2のゲート上絶縁膜24e,25eと、第2の
導電膜31からパターニングされた制御ゲート電極31
dとが形成される。なお、酸化膜22dはEEPROM
のセルトランジスタのゲート酸化膜として機能する。こ
のとき、第1,第2の容量膜24c,25cがフローテ
ィングゲート電極23eを形成する際のエッチングマス
クとして機能している。
【0074】次に、図6dに示すように、上記第1の実
施形態における図2bに示す工程と同様の処理を行っ
て、ソース・ドレイン領域36,層間絶縁膜37,コン
タクトホール38及び金属配線層39を形成する。
【0075】本実施例では、上記第2の実施形態と同様
の効果に加え、EEPROMをも同時に形成できる利点
がある。
【0076】(第4の実施形態)次に、トランジスタと
抵抗素子とを同時に搭載した例に係る第4の実施形態に
ついて説明する。図7a〜図7dは、本実施例に係る半
導体装置の製造工程を示す断面図である。本実施形態
は、上記第2実施形態における第1の導電膜を抵抗膜と
して用いるものである。
【0077】本実施形態においても、説明は省略する
が、上記第2の実施形態における図3a〜図3dに示す
工程をまったく同じ工程を行っており、その後、図7a
に示す工程を行う。
【0078】図7aに示す工程では、所望のパターンを
有する第2のレジスト膜30をマスクとして、例えば熱
リン酸によってシリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の選
択的エッチングを行う(エッチング条件は、上記第2の
実施形態と同様である)。本実施例では、第2のレジス
ト膜30は、抵抗素子形成領域Rres の一部のみを覆っ
ており、トランジスタ形成領域Rtra におけるシリコン
酸化膜24a及びシリコン窒化膜25aは全て除去され
る一方、抵抗素子形成領域Rres において、2つの第
1,第2の保護膜24f,25fが形成される。その
際、各保護膜24f,25fの両側には、第1の導電膜
23bの表面が十分なスペースを持って露出している。
【0079】さらに、図7bに示すように、第2のレジ
スト膜30を除去した後、全面上に、図3aに示す第1
の導電膜23と同じ厚み及び同じ材質(ポリシリコン)
からなる第2の導電膜31を堆積する。第2の導電膜3
1を第1の導電膜23と同様に堆積する。このとき第2
の導電膜31としては低抵抗のポリサイドを用いてもよ
い。
【0080】さらに、図7cに示すように、所望のパタ
ーンを有する第3のレジスト膜32を形成する。この第
3のレジスト膜32の形状は、トランジスタ形成領域R
traにおいては上記第2の実施形態における形状と同じ
であるが、抵抗素子形成領域Rres においては上記第2
の実施形態における形状とは異なる。すなわち、抵抗素
子形成領域Rres においては、各保護膜24f,25f
の両端部とその側方の第1の導電膜23bとに亘る領域
をそれぞれ覆う2つの部分に分割して形成されている。
そして、第3のレジスト膜32と、2つの保護膜24
f,25fをマスクとして、ドライエッチング法によ
り、第2の導電膜31及び第1の導電膜23aを逐次エ
ッチングする。この工程により、トランジスタ形成領域
Rtra においては、第1の導電膜23a及び第2の導電
膜31の一部23c,31aが残置されて両者からなる
ゲート電極33が形成される。一方、容量素子形成領域
Rcapにおいては、第1の導電膜23f全体が比較的高
抵抗の抵抗膜となり、酸化膜22bが抵抗膜23fの下
敷き膜となる。また、抵抗膜23f及び第1,第2の保
護膜24f,25fの上に、第2の導電膜31からパタ
ーニングされた2つの引き出し電極31f,31gが形
成される。このとき、第1,第2の保護膜24f,25
fがエッチングマスク(エッチングストッパ)として機
能し、抵抗膜23fの一部が除去されるのを有効に防止
している。
【0081】次に、図7dに示すように、上記第1の実
施形態における図2bに示す工程と同様の処理を行っ
て、ソース・ドレイン領域36,層間絶縁膜37,コン
タクトホール38及び金属配線層39を形成する。
【0082】本実施形態においては、抵抗素子の抵抗膜
23fがMOSトランジスタのゲート電極33の下層2
3cと共通のポリシリコン膜で構成されている。その場
合、ゲート電極33には上層31aが積層されているの
で、上層31aが低抵抗であれば下層23cは高抵抗と
できる。従って、抵抗素子の抵抗膜23fを比較的高抵
抗名材料で構成することが可能となり、抵抗素子の占有
面積の低減を図ることができるのである。
【0083】また、第2の実施形態と同様に、分離機能
の高いトレンチ分離構造を採りながら、エッチバック工
程において、シリコン窒化膜がエッチングストッパとし
て機能することで第1の導電膜がエッチングされること
なく所定の膜厚を維持することができるので、ゲート電
極33の膜厚がばらつくことによる信頼性の劣化や、ゲ
ート配線の抵抗ばらつきを抑制できる。そして、一般的
なトレンチ分離の形成方法では、このシリコン窒化膜は
全て除去されるが、本実施例では、抵抗素子形成領域R
res におけるシリコン窒化膜25fを引き出し電極31
f,31gのパターニング時における抵抗膜23fに対
するエッチングストッパとして利用することができ、工
程の増大を有効に防止することができる。
【0084】なお、ゲート電極33は、2つの導電膜2
3,31の積層構造となっているので、上層である第2
の導電膜31を局所的な配線としても使えるようにポリ
シリコンとシリサイドが積層されたポリサイドのような
低抵抗な導電膜(シート抵抗5〜10Ω/□)を用いて
もよい。この場合、抵抗素子はポリシリコンにPOCl
3 拡散法やイオン注入法によって不純物が導入された導
電膜(シート抵抗30〜100Ω/□)で形成される第
1の導電膜23を用いているので、抵抗素子の面積が大
きくなることはない。
【0085】(その他の実施形態)上記第2,第3,第
4の実施形態では、容量膜や保護膜をシリコン窒化膜と
シリコン酸化膜との積層構造で構成したが、ゲート酸化
膜の窒化膜単層や他の高誘電膜材料を適用しても同様の
効果が期待できる。
【0086】また、上記各実施形態では、トランジスタ
形成領域Rtra にはnチャネルトランジスタを形成した
が、nチャネルトランジスタ,pチャネルトランジスタ
を共に形成することもでき、あるいはバイポーラトラン
ジスタを形成してもよいことはいうまでもない。
【0087】さらに、上記各実施形態と同様の工程を用
いて、容量素子と抵抗素子とを共に搭載し、あるいはト
ランジスタ,容量素子及び抵抗素子を共に搭載した半導
体装置を形成することもできる。
【0088】
【発明の効果】請求項1によれば、MISトランジスタ
と容量素子とを混載した半導体装置において、MISト
ランジスタをゲート絶縁膜と第1,第2の導電膜からな
るゲート電極とで構成し、容量素子を第1の導電膜から
なる下部容量電極とゲート絶縁膜とは材質が異なる容量
膜と第2の導電膜からなる上部容量電極とで構成したの
で、工程数の増大を抑制しながら、容量素子の容量膜の
占有面積を低減することが可能となり、MISトランジ
スタと占有面積の小さい容量素子とを混載した安価な半
導体装置の提供を図ることができる。
【0089】請求項2によれば、MISトランジスタと
抵抗素子とを混載した半導体装置において、MISトラ
ンジスタをゲート絶縁膜と第1,第2の導電膜からなる
ゲート電極とで構成し、抵抗素子を第1の導電膜からな
る抵抗膜とゲート絶縁膜とは材質が異なる絶縁膜からな
るエッチング保護膜と第2の導電膜からなる2つの引き
出し電極とで構成したので、工程数の増大を抑制しなが
ら、抵抗値の高い抵抗膜を有する抵抗素子を設けること
ができ、MISトランジスタと占有面積の小さい抵抗素
子とを混載した安価な半導体装置の提供を図ることがで
きる。
【0090】請求項3によれば、容量素子と抵抗素子と
を混載した半導体装置として、容量素子を第1の導電膜
からなる下部容量電極と絶縁膜からなる容量膜と第2の
導電膜からなる上部容量電極とで構成し、抵抗素子を第
1の導電膜からなる抵抗膜と容量素子の容量膜と共通の
絶縁膜からなるエッチング保護膜と第2の導電膜からな
る2つの引き出し電極とで構成したので、工程数の低減
と容量素子及び抵抗素子の占有面積の低減が可能とな
り、占有面積の小さい容量素子及び抵抗素子を混載した
安価な半導体装置の提供を図ることができる。
【0091】請求項4によれば、上記構成を有するMI
Sトランジスタ,容量素子及び抵抗素子を混載した半導
体装置を構成したので、上記各請求項の効果を併せて発
揮することができる。
【0092】請求項5〜7によれば、上記各請求項にお
ける各要素を各要素の機能を最大限発揮しうる材料で構
成したので、著効を発揮することができる。
【0093】請求項8によれば、上記各請求項におい
て、第1,第2の導電膜及び絶縁膜で構成されフローテ
ィングゲート電極、フローティングゲート上絶縁膜及び
制御ゲート電極を備えたEEPROMのメモリセルをさ
らに混載するようにしたので、半導体装置の応用分野の
拡大を図り、機能性の高い半導体装置の提供を図ること
ができる。
【0094】請求項9によれば、半導体基板上に容量素
子を搭載した半導体装置の製造方法として、第1の導電
膜の上に絶縁膜を堆積し、絶縁膜をパターニングして容
量素子の容量膜を形成してから、第2の導電膜を堆積
し、容量膜の少なくとも一部を含むエッチングマスクを
用いて第1及び第2の導電膜をパターニングして第2の
導電膜から上部容量電極を、第1の導電膜から下部容量
電極をそれぞれ形成するようにしたので、少ない工程数
で単位面積当りの容量値の高い材料で容量膜を形成する
ことが可能となり、安価にかつ占有面積の小さい容量素
子を各種素子と混載するための基本的な容量素子形成用
プロセスの提供を図ることができる。
【0095】請求項10によれば、請求項9において、
上部容量電極及び下部容量電極を形成する工程では、レ
ジスト膜と容量膜とをエッチングマスクとして用い、レ
ジスト膜のパターンに応じた上部容量電極と下部容量電
極の引き出し電極とを形成する一方、レジスト膜及び容
量膜のパターンに応じた下部容量電極を形成するように
したので、第1,第2の導電膜から下部容量電極,上部
容量電極及び引き出し電極が同時に形成され、マスク工
程の低減と占有面積の小さい容量素子の形成とを極めて
容易に実現することができる。
【0096】請求項11によれば、半導体基板上に抵抗
素子を搭載した半導体装置の製造方法として、第1の導
電膜,絶縁膜を順次堆積してから絶縁膜をパターニング
してエッチング保護膜を形成し、エッチング保護膜及び
第1の導電膜の上に第2の導電膜を堆積した後、エッチ
ング保護膜の両端部から外方に亘る領域を覆う2つの領
域からなるレジスト膜及びエッチング保護膜をエッチン
グマスクとして用い、第1,第2導電膜をパターニング
して、エッチング保護膜及びレジスト膜のパターンから
第1導電膜で抵抗膜を形成する一方、レジスト膜のパタ
ーンから第2導電膜で抵抗膜の2つの引き出し電極を形
成するようにしたので、抵抗素子の抵抗膜と引き出し電
極とを同時にかつ抵抗値のバラツキを抑制しながら形成
することができ、少ない工程数で特性の良好な抵抗素子
を製造できるとともにMISトランジスタ等のプロセス
に適合した基本的な抵抗素子製造プロセスの提供を図る
ことができる。
【0097】請求項12によれば、請求項9又は11に
おいて、容量素子や抵抗素子と同じ基板上に第1,第2
の導電膜をゲート電極とするMISトランジスタを同時
に形成するようにしたので、占有面積の小さい容量素子
や抵抗素子と特性の良好なMISトランジスタとを混載
した半導体装置が安価に製造されることになる。
【0098】請求項13によれば、請求項12におい
て、半導体基板の一部の活性領域上では、第1,第2の
導電膜及び絶縁膜を利用して、EEPROMのメモリセ
ルを形成するようにしたので、新たなマスク工程を追加
することなくEEPROMのメモリセルとMISトラン
ジスタとを容量素子や抵抗素子と同じ半導体基板上に搭
載することができ、占有面積の小さい容量素子や抵抗素
子を混載したEEPROMを低コストで製造することが
できる。
【0099】請求項14によれば、請求項9〜12にお
いて、絶縁膜をパターニングする工程の前に、第1の導
電膜及び絶縁膜をエッチングマスクとして用いた平坦化
工程を導入して、トレンチ構造の素子分離を形成するよ
うにしたので、わずかの工程の追加だけで、容量素子,
抵抗素子,MISトランジスタ,EEPROMのメモリ
セル等を搭載した半導体装置に素子分離機能の高いトレ
ンチ構造の素子分離を形成しうるプロセスの提供を図る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るMOSFETと容量素子
とを混載した半導体装置の製造工程のうち第2の導電膜
を堆積するまでの工程を示す半導体装置の断面図であ
る。
【図2】第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うち第1及び第2の導電膜をパターニングした後の工程
を示す半導体装置の断面図である。
【図3】第2の実施形態に係るトレンチ分離構造を有し
MOSFETと容量素子とを混載した半導体装置の製造
工程のうちトレンチ分離を形成するまでの工程を示す半
導体装置の断面図である。
【図4】第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うち絶縁膜から容量膜をパターニングした後の工程を示
す半導体装置の断面図である。
【図5】第3の実施形態に係るMOSFETとEEPR
OMのメモリセルセルと容量素子とを混載した半導体装
置の製造工程のうちトレンチ分離を形成するまでの工程
を示す半導体装置の断面図である。
【図6】第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程の
うち絶縁膜から容量膜をパターニングした後の工程を示
す半導体装置の断面図である。
【図7】第4の実施例に係るトレンチ分離構造を有しM
OSFETと抵抗素子とを混載した半導体装置の製造工
程のうちトレンチ分離を形成した後の工程を示す半導体
装置の断面図である。
【図8】従来のMOSFETと容量素子とを混載した半
導体装置の製造工程を示す半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 pウエル 2 LOCOS分離 3 ゲート酸化膜 4 第1の導電膜 4b 下部容量電極 5 窒化膜(絶縁膜) 5a 容量膜 6 第1のレジスト膜 7 第2の導電膜 7b 上部容量電極 7c 引き出し電極 8 第2のレジスト膜 9 ゲート電極 12 ソース・ドレイン領域 15 金属配線 21 pウエル 22 酸化膜 22b ゲート酸化膜 23 第1の導電膜 23b 下部容量電極 23e フローティングゲート電極 23f 抵抗膜 24 シリコン酸化膜 25 シリコン窒化膜 26 第1のレジスト膜 27 素子分離溝 28 素子分離用絶縁膜 28a トレンチ分離 30 第2のレジスト膜 31 第2の導電膜 31b 上部容量電極 31c 引き出し電極 31d 制御ゲート電極 31f,31g 引き出し電極 32 第2のレジスト膜 37 層間絶縁膜 39 金属配線 Rtra トランジスタ形成領域 Rcap 容量素子形成領域 Rres 抵抗素子形成領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/43 H01L 29/78 301Y 29/78 371 21/336 21/8247 29/788 29/792 (72)発明者 中林 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山下 恭司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 受田 高明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 荒井 雅利 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山田 隆順 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に少なくともMISトラン
    ジスタと容量素子とを搭載した半導体装置であって、 上記MISトランジスタは、 上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に積層された第1の導電膜と第2の
    導電膜とからなるゲート電極とを少なくとも備えてお
    り、 上記容量素子は、 上記第1の導電膜からなる下部容量電極と、 上記下部容量電極の上に形成され上記ゲート絶縁膜とは
    材質が異なる絶縁膜からなる容量膜と、 上記容量膜の上に形成され上記第2の導電膜からなる上
    部容量電極とを備えていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 半導体基板上に少なくともMISトラン
    ジスタと抵抗素子とを搭載した半導体装置であって、 上記MISトランジスタは、 上記半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、 上記ゲート絶縁膜上に積層された第1の導電膜と第2の
    導電膜とからなるゲート電極とを少なくとも備えてお
    り、 上記抵抗素子は、 上記第1の導電膜からなる抵抗膜と、 上記抵抗膜の両端を除く領域上に形成され上記ゲート絶
    縁膜とは材質が異なる絶縁膜からなるエッチング保護膜
    と、 上記エッチング保護膜の両端部からその外方の抵抗膜に
    跨って形成され上記第2の導電膜からなる2つの引き出
    し電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上に少なくとも容量素子と抵
    抗素子とを搭載した半導体装置であって、 上記容量素子は、 上記半導体基板上に形成された第1の導電膜からなる下
    部容量電極と、 上記下部容量電極の上に形成された絶縁膜からなる容量
    膜と、 上記容量膜の上に形成された第2の導電膜からなる上部
    容量電極とを備えており、 上記抵抗素子は、 上記第1の導電膜からなる抵抗膜と、 上記抵抗膜の上に形成され上記容量素子の容量膜と共通
    の絶縁膜からなるエッチング保護膜と、 上記エッチング保護膜の両端部からその外方の抵抗膜に
    跨って形成され上記第2の導電膜からなる2つの引き出
    し電極とを備えていることを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、 上記第1の導電膜からなる抵抗膜と、 上記抵抗膜の上に形成された上記容量素子の容量膜と共
    通の絶縁膜からなるエッチング保護膜と、 上記エッチング保護膜の両端部からその外方の抵抗膜に
    跨って形成され上記第2の導電膜からなる2つの引き出
    し電極とを有する抵抗素子をさらに備えていることを特
    徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1,2,3又は4記載の半導体装
    置において、 上記第1の導電膜は、ポリシリコン膜で構成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1,2,3又は4記載の半導体装
    置において、 上記絶縁膜は、シリコン窒化膜,PZT及びタンタル酸
    化膜のうちの少なくともいずれか1つで構成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  7. 【請求項7】 請求項1,2,3又は4記載の半導体装
    置において、 上記第2の導電膜は、ポリシリコン,チタンシリサイド
    及びタングステンシリサイドのうちの少なくともいずれ
    1つで構成されていることを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項8】 請求項1,2,3又は4記載の半導体装
    置において、 上記第1の導電膜からなるフローティングゲート電極
    と、 上記絶縁膜からなるフローティングゲート上絶縁膜と、 上記フローティングゲート上絶縁膜の上に形成され上記
    第2の導電膜からなる制御ゲート電極とを有するEEP
    ROMのメモリセルをさらに備えていることを特徴とす
    る半導体装置。
  9. 【請求項9】 半導体基板上に容量素子を搭載した半導
    体装置の製造方法であって、 半導体基板の上に絶縁部材を介して第1の導電膜を堆積
    する工程と、 上記第1の導電膜の上に絶縁膜を堆積する工程と、 上記絶縁膜をパターニングして上記容量素子の容量膜を
    形成する工程と、 上記絶縁膜及び上記第1の導電膜の上に第2の導電膜を
    堆積する工程と、 上記容量膜の少なくとも一部を含むエッチングマスクを
    用いて上記第1及び第2の導電膜をパターニングして、
    上記第2の導電膜から上記容量素子の上部容量電極を形
    成し、上記第1の導電膜から上記容量素子の下部容量電
    極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の半導体装置の製造方法
    において、 上記上部容量電極及び上記下部容量電極を形成する工程
    では、上記容量膜の所定領域を覆う第1領域と上記容量
    膜の一端部から外方に亘る領域を覆う第2領域とを少な
    くとも有するレジスト膜と上記容量膜とをエッチングマ
    スクとして用いることにより、上記第1領域の下方に残
    存する第2の導電膜からなる上部容量電極を形成し、上
    記第2領域の下方に残存する第2の導電膜からなる下部
    容量電極の引き出し電極を形成し、上記容量膜及び上記
    レジスト膜のうち少なくともいずれか一方で覆われる領
    域に亘って残存する第1の導電膜からなる下部容量電極
    を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 半導体基板上に抵抗素子を搭載した半
    導体装置の製造方法であって、 半導体基板の上に絶縁部材を介して第1の導電膜を堆積
    する工程と、 上記第1の導電膜の上に絶縁膜を堆積する工程と、 上記絶縁膜をパターニングしてエッチング保護膜を形成
    する工程と、 上記エッチング保護膜及び上記第1の導電膜の上に第2
    の導電膜を堆積する工程と、 上記第2導電膜の上に上記エッチング保護膜の両端部か
    ら外方に亘る領域を覆う2つの領域からなるレジスト膜
    及び上記エッチング保護膜をエッチングマスクとして、
    上記エッチング保護膜及びレジスト膜のうちいずれか一
    方で覆われた領域に亘って残存する第1導電膜からなる
    抵抗膜を形成し、上記レジスト膜のみにより覆われた領
    域に残存する第2導電膜からなる上記抵抗膜の引き出し
    電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項9又は11記載の半導体装置の
    製造方法において、 上記第1の導電膜を堆積する工程の前に、半導体基板の
    活性領域上にゲート絶縁膜を形成する工程を備え、 上記第1の導電膜を堆積する工程では、上記ゲート絶縁
    膜上にも第1の導電膜を堆積し、 上記絶縁膜をパターニングする工程では、上記活性領域
    上の絶縁膜を除去し、 上記第2の導電膜を堆積する工程では、上記活性領域上
    で第1の導電膜の上に第2の導電膜を積層し、 上記第1及び第2の導電膜をパターニングする工程で
    は、上記活性領域上で、第1の導電膜及び第2の導電膜
    からなるゲート電極を形成することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の半導体装置の製造方
    法において、 上記絶縁膜をパターニングする工程では、一部の活性領
    域における上記絶縁膜の一部をEEPROMのフローテ
    ィングゲート上絶縁膜として残し、 上記第2の導電膜を堆積する工程では、上記一部の活性
    領域上で上記第1の導電膜及びフローティングゲート上
    絶縁膜の上に第2の導電膜を積層し、 上記第1及び第2の導電膜をパターニングする工程で
    は、上記一部の活性領域上で、上記フローティングゲー
    ト上絶縁膜の一部を覆うレジスト膜を用いて、上記レジ
    スト膜の下方に残存する第2の導電膜からなるEEPR
    OMの制御ゲート電極を形成し、上記フローティングゲ
    ート上絶縁膜の下方に残存する第1の導電膜からなるE
    EPROMのフローティングゲート電極を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項9,10,11,12又は13
    記載の半導体装置の製造方法において、 上記絶縁膜をパターニングする工程の前に、 素子分離を形成しようとする領域の上記絶縁膜,上記第
    1の導電膜及び半導体基板を順次除去して、素子分離溝
    を形成する工程と、 上記素子分離溝内を埋め込みかつ上記絶縁膜上を覆う素
    子分離用絶縁膜堆積する工程と、 上記絶縁膜をマスクとして、上記素子分離用絶縁膜を平
    坦化する工程とを備えていることを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
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