JPH10335491A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH10335491A
JPH10335491A JP9147674A JP14767497A JPH10335491A JP H10335491 A JPH10335491 A JP H10335491A JP 9147674 A JP9147674 A JP 9147674A JP 14767497 A JP14767497 A JP 14767497A JP H10335491 A JPH10335491 A JP H10335491A
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JP
Japan
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film
resistance
layer
amount
semiconductor device
Prior art date
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Application number
JP9147674A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuaki Kurooka
一晃 黒岡
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately obtain a desired resistance after completion for such resistance element as an SRAM device. SOLUTION: A semiconductor device is laminated on a semiconductor substrate 1 at least via an insulation film and has a resistance layer 10 consisting of a semiconductor material where resistance is set according to the amount of introduced impurity and a flattening film (for example, O3 -TEOS film 17) including water being laminated at the upper-layer side of the resistance layer 10. A desired impurity is introduced to the resistance layer 10 so that resistance becomes a desired value after fluctuation by laminating the flattening film 17 at the upper-layer side. In an actual manufacturing process, the amount of fluctuation in resistance of the resistance layer 10 being generated due to the presence or absence of the flattening film 17 is preestimated and the impurity is introduced based on it. The resistance can be adjusted by changing at least either the pattern shape of the resistance layer 10 or thickness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

【0001】本発明は、例えば導電化ポリシリコンなど
からなる高抵抗負荷素子をメモリセル内に有するSRA
M装置等、抵抗化層を有する半導体装置及びその製造方
法にに係り、特に安定動作を確保するための抵抗化層に
対する抵抗値設定に関する。
The present invention relates to an SRA having a high resistance load element made of, for example, conductive polysilicon in a memory cell.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a resistance layer such as an M device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to setting a resistance value of the resistance layer to ensure stable operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体記憶装置の抵抗素子として、半導
体基板内の不純物拡散層のほかに、多結晶ポリシリコン
等を導電化した後にパターンニングして得られる抵抗化
層を用いることがある。たとえばSRAM装置では、導
電化ポリシリコンをメモリセル内の負荷素子として用い
る抵抗負荷型セルが現在の主流であり、これにより極め
て高い(〜テラΩ)負荷抵抗が比較的に小さい面積で実
現できる。また、この高抵抗負荷素子をセルのドライバ
用トランジスタの上層に配置するといった多層ポリシリ
コン構造の採用によって、高集積でデータ保持電流の小
さいメモリセルが達成されている。
2. Description of the Related Art As a resistance element of a semiconductor memory device, in addition to an impurity diffusion layer in a semiconductor substrate, a resistance layer obtained by patterning polycrystalline polysilicon or the like after making it conductive may be used. For example, in an SRAM device, a resistive load type cell using conductive polysilicon as a load element in a memory cell is currently the mainstream, whereby an extremely high (〜TeraΩ) load resistance can be realized in a relatively small area. Also, by adopting a multi-layer polysilicon structure in which this high resistance load element is arranged above the driver transistor of the cell, a memory cell with high integration and a small data holding current has been achieved.

【0003】この抵抗負荷型セルのSRAM装置では、
メモリセルの記憶ノードの電位を限られた動作時間内に
速やかに安定させ、記憶データを確実に書き込み又は読
み出すためには、高抵抗負荷素子の抵抗値が非常に重要
であり、セル動作の安定性確保のためには、この負荷抵
抗値を目的とする値に精度よく設定する必要がある。
In this SRAM device of a resistive load type cell,
In order to quickly stabilize the potential of the storage node of a memory cell within a limited operation time and to reliably write or read stored data, the resistance of a high-resistance load element is very important. In order to ensure the performance, it is necessary to accurately set the load resistance value to a target value.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】高抵抗負荷素子の抵抗
値設定は、SRAM装置の製造過程においてポリシリコ
ン膜の成膜中または成膜後に、例えばリン(P)などの
不純物を精度よくポリシリコン膜に導入することで達成
される。
The resistance value of the high resistance load element is determined by precisely removing impurities such as phosphorus (P) during or after the formation of the polysilicon film in the manufacturing process of the SRAM device. Achieved by introduction into a membrane.

【0005】ところが、このポリシリコン膜の導電化直
後には所望の抵抗値(設計値)が得られているにもかか
わらず、その後の製造工程において抵抗値が変動するこ
とによって完成後の高抵抗負荷素子の抵抗値が目的とし
た設計値からずれてしまうことがある。この負荷抵抗値
が変動すると、セル動作マージンが狭くなり、このため
高速で安定なセル動作が保証できない、誤動作の要因と
なるといったSRAM装置にとって、基本的かつ重大な
不利益をもたらす。
However, despite the fact that a desired resistance value (design value) has been obtained immediately after the polysilicon film is made conductive, the resistance value fluctuates in the subsequent manufacturing process, so that the completed high resistance The resistance value of the load element may deviate from an intended design value. When the load resistance value fluctuates, a cell operation margin is narrowed, and therefore, a high-speed and stable cell operation cannot be guaranteed and a malfunction is caused.

【0006】本発明は上記弊害を是正するためなされた
ものであり、その目的とするところは、完成後に所望の
負荷抵抗値が精度よく得られる半導体装置及びその製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of accurately obtaining a desired load resistance after completion, and a method of manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の解決課題に鑑み、
本発明者は、負荷抵抗値の変動要因を探るため種々検討
を行った結果、金属配線の層間絶縁層に平坦化膜とし
て、例えば、TEOSのオゾンによる酸化を利用してC
VDしたシリコン酸化膜(以下、O3 −TEOS膜)を
堆積する場合に、その後、負荷抵抗値の変動が見られる
ことを突き止めた。そして、この現象は、O3 −TEO
S膜等の水分が含まれる平坦化膜からの水素が高抵抗負
荷素子に何らかの影響を及ぼしていることによるとの知
見を得た。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems,
The present inventor has conducted various studies to find the cause of the variation in the load resistance value. As a result, as a flattening film on the interlayer insulating layer of the metal wiring, for example, C
When depositing a VD silicon oxide film (hereinafter referred to as an O 3 -TEOS film), it was found that the load resistance value fluctuated thereafter. And this phenomenon is caused by O 3 -TEO
It has been found that hydrogen from the flattened film containing moisture such as the S film has some effect on the high resistance load element.

【0008】本発明は、このような経緯を経て考案され
たものであり、負荷抵抗値の変動幅をみこして予め抵抗
化層について不純物の濃度の設定を行うものである。す
なわち、本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に少
なくとも絶縁膜を介して積層され、導入不純物量に応じ
て抵抗値が設定された半導体材料からなる抵抗化層と、
当該抵抗化層の上層側に積層された水分を含む平坦化膜
とを有する半導体装置であって、前記抵抗化層は、その
上層側に前記平坦化膜を積層することにより変動した後
の抵抗値が所望の値となるように、所定量の不純物が導
入されている。
The present invention has been devised in view of such circumstances, and sets the impurity concentration in the resistance layer in advance in consideration of the fluctuation range of the load resistance value. That is, the semiconductor device according to the present invention, a resistance layer formed of a semiconductor material having a resistance value that is stacked on a semiconductor substrate via at least an insulating film and whose resistance value is set according to the amount of introduced impurities,
A planarization film containing moisture laminated on an upper layer side of the resistance layer, wherein the resistance layer has a resistance after changing by laminating the planarization film on the upper layer side. A predetermined amount of impurity is introduced so that the value becomes a desired value.

【0009】具体的に、前記抵抗化層に導入されている
不純物量は、その導電型がn型のときは、前記平坦化膜
がないときに前記所望の抵抗値となる不純物量より少な
く、導電型がp型のときは多い。
Specifically, when the conductivity type is n-type, the amount of impurities introduced into the resistance layer is smaller than the amount of impurities having the desired resistance value in the absence of the flattening film. It is common when the conductivity type is p-type.

【0010】一方、この抵抗値の調整は、不純物濃度に
よる場合のほかに、抵抗化層の形状または厚さを変える
ことによっても達成できる。この場合の前記抵抗化層
は、その上層側に前記平坦化膜を積層することにより変
動した後の抵抗値が所望の値となるように、パターン形
状と厚さの少なくとも何れかが決められている。
On the other hand, the adjustment of the resistance value can be achieved by changing the shape or thickness of the resistance layer, in addition to the case of adjusting the impurity concentration. In this case, the resistive layer has at least one of a pattern shape and a thickness determined so that a resistance value after changing by laminating the planarizing film on the upper layer side becomes a desired value. I have.

【0011】本発明の半導体装置の製造方法では、半導
体基板上に少なくとも絶縁膜を介して半導体膜を成膜
し、当該半導体膜の成膜途中または成膜後に所定量の不
純物を半導体膜中に導入することにより抵抗化した後、
抵抗化後の半導体膜を所定形状にパターンニングして抵
抗化層を形成し、その後、当該抵抗化層の上層側に水分
を含む平坦化膜を積層する半導体装置の製造方法であっ
て、前記平坦化膜の有無により生じる前記抵抗化層の抵
抗値変動量を予め見積もっておき、前記不純物導入の
際、見積もった前記抵抗値変動量を相殺する量の不純物
を前記半導体膜に導入することによって、前記抵抗化層
について前記平坦化膜の積層後に所望の抵抗値を得る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor film is formed on a semiconductor substrate via at least an insulating film, and a predetermined amount of impurities is added to the semiconductor film during or after the formation of the semiconductor film. After resistance by introducing,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a resistance layer by patterning a semiconductor film after resistance formation into a predetermined shape; and thereafter, laminating a planarization film containing moisture on an upper layer side of the resistance layer, By estimating in advance the amount of change in the resistance of the resistive layer caused by the presence or absence of the planarization film, and introducing the impurity into the semiconductor film in an amount that offsets the estimated amount of change in the resistance during the impurity introduction. A desired resistance value is obtained after laminating the planarization film on the resistance layer.

【0012】このような本発明の半導体装置及びその製
造方法では、平坦化膜を積層させることによる抵抗化層
の抵抗値変動をみこして予め抵抗化層の抵抗を決めてい
ることから、完成後の半導体装置について、その抵抗化
層の抵抗値が所望の値、或いは所望の値に極め近いても
のとなっている。
In such a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to the present invention, the resistance of the resistance layer is determined in advance by taking into account the fluctuation of the resistance value of the resistance layer due to the lamination of the planarization film. In the semiconductor device described above, the resistance value of the resistance layer is a desired value or extremely close to the desired value.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置及
びその製造方法を、図面を参照しながら詳細に説明す
る。本発明は、先に記述したごとく、半導体基板上の積
層構造内に不純物導入による抵抗化層と水分を含む平坦
化膜とを有する半導体装置であれば種々適用できるが、
ここでは抵抗値変動の影響が回路的な動作に最も大きい
ものの一つと考えられるSRAM装置を例として、本発
明の実施形態を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings. As described above, the present invention can be applied to various semiconductor devices having a resistive layer formed by introducing impurities and a planarizing film containing moisture in a stacked structure on a semiconductor substrate.
Here, an embodiment of the present invention will be described by taking an SRAM device in which the influence of a resistance value variation is considered to be one of the largest in circuit operation as an example.

【0014】図1は、SRAM装置のメモリセルの概略
構成を示す断面図である。図1中、符号1はシリコンウ
ェーハ等の半導体基板、2は半導体基板内の表面側に形
成されているP型のウェル(pウェル)である。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a memory cell of an SRAM device. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and reference numeral 2 denotes a P-type well (p-well) formed on a front surface side in the semiconductor substrate.

【0015】pウェル2の表面は、フィールド絶縁膜3
によって適宜絶縁分離されている。フィールド絶縁膜3
の間隔内には、SRAMセルのドライブ用トランジスタ
4aと、ゲート電極(ワード線)の印加電圧に応じて選
択されたビット線にドライブ用トランジスタ4aのドレ
インを選択的に接続させる選択トランジスタ4bとが形
成されている。これらのMOSトランジスタ4a,4b
のゲート電極は、図示せぬゲート酸化膜を介して積層さ
れた同じ導電層、例えばポリシリコン層とWSi層との
積層構造を有している。このポリサイド構造では、例え
ば、ポリシリコン層、WSi層ともに70nm〜150
nm程度の膜からなる。
The surface of the p well 2 has a field insulating film 3
Is appropriately separated by insulation. Field insulating film 3
, The drive transistor 4a of the SRAM cell and the select transistor 4b for selectively connecting the drain of the drive transistor 4a to the bit line selected according to the voltage applied to the gate electrode (word line). Is formed. These MOS transistors 4a, 4b
Have the same conductive layer laminated via a gate oxide film (not shown), for example, a laminated structure of a polysilicon layer and a WSi layer. In this polycide structure, for example, both the polysilicon layer and the WSi layer have a thickness of 70 nm to 150 nm.
It is made of a film of about nm.

【0016】これらのMOSトランジスタ4a,4b上
の全面には、第1の層間絶縁層5とエッチング阻止膜6
とが成膜されている。第1の層間絶縁層5は、例えば常
圧CVD法による酸化シリコン(SiO2 )からなり、
エッチング阻止膜6は、例えば窒化シリコン(SiN)
からなる。これらの膜厚は、例えば第1の層間絶縁膜5
が100nm程度、エッチング阻止膜6が20nm〜1
00nm程度である。これら第1の層間絶縁膜5および
エッチング阻止膜6には、ビットコンタクト孔5aおよ
び高抵抗負荷素子用コンタクト孔5bがそれぞれ形成さ
れている。
A first interlayer insulating layer 5 and an etching stop film 6 are formed on the entire surface of these MOS transistors 4a and 4b.
Are formed. The first interlayer insulating layer 5 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ) by a normal pressure CVD method,
The etching stopper film 6 is made of, for example, silicon nitride (SiN).
Consists of These film thicknesses are, for example, the first interlayer insulating film 5.
Is about 100 nm, and the etching stopper film 6 is
It is about 00 nm. A bit contact hole 5a and a contact hole 5b for a high resistance load element are formed in the first interlayer insulating film 5 and the etching stopper film 6, respectively.

【0017】ビットコンタクト孔5a内から両側の選択
トランジスタ4b,4bの上方にかけては、ビット線取
出電極層7が形成されている。ビット線取出電極層7
は、ポリサイド構造を有し、例えば、砒素(As)導入
により導電化されたポリシリコン膜と、WSi層とから
なり、その膜厚はともに50nm〜100nm程度であ
る。このビット線取出電極層7は、ビットコンタクト孔
5aを介して、選択トランジスタ4b,4b間で共通化
された一方のソース・ドレイン領域に接続されている。
また、SRAMセルのドライブ用トランジスタ4aの上
方には、ビット線取出電極層7と同じ導電層からなるG
ND配線層8が配線されている。
A bit line extraction electrode layer 7 is formed from inside the bit contact hole 5a to above the select transistors 4b, 4b on both sides. Bit line extraction electrode layer 7
Has a polycide structure and comprises, for example, a polysilicon film made conductive by arsenic (As) introduction and a WSi layer, and both have a film thickness of about 50 nm to 100 nm. The bit line extraction electrode layer 7 is connected to one of the source / drain regions shared by the select transistors 4b, 4b via the bit contact hole 5a.
Above the driving transistor 4a of the SRAM cell, a G made of the same conductive layer as the bit line extraction electrode layer 7 is formed.
The ND wiring layer 8 is wired.

【0018】このGND配線層8上には、第2の層間絶
縁層9を介してポリシリコン層10による高抵抗負荷素
子11が配置され、この高抵抗負荷素子11は、前記第
1の層間絶縁層5の高抵抗負荷素子用コンタクト孔5b
に連通した第2の層間絶縁層9のコンタクトを介して、
選択トランジスタ4bの他方のソース・ドレイン領域
と、SRAMセルのドライブ用トランジスタ4aのゲー
ト電極に接続されている。第2の層間絶縁層9は、例え
ばSiO2 からなり、その膜厚は100nm〜200n
m程度である。
A high resistance load element 11 of a polysilicon layer 10 is arranged on the GND wiring layer 8 with a second interlayer insulation layer 9 interposed therebetween. High resistance load element contact hole 5b of layer 5
Through the contact of the second interlayer insulating layer 9 communicating with
The other source / drain region of the selection transistor 4b is connected to the gate electrode of the driving transistor 4a of the SRAM cell. The second interlayer insulating layer 9 is made of, for example, SiO 2 and has a thickness of 100 nm to 200 n.
m.

【0019】ポリシリコン層10は、MOSトランジス
タ4a,4bへの接続箇所を除き、そこからGND配線
層8上方の一部が高抵抗化(低濃度イオン注入)されて
高抵抗負荷素子11をなし、それより外側のセル間を結
ぶ領域は低抵抗化(高濃度イオン注入)されて電源電圧
DDの供給配線12をなしている。また、MOSトラン
ジスタ4a,4bとの接続箇所も、同様に低抵抗化され
ている。SRAM装置における高抵抗負荷素子11は抵
抗変化を防止する必要があり、水分、特に水素の進入防
止膜として、例えば第2の層間絶縁層9上面のSiN膜
10aとポリシリコン層10上のSiN膜10bといっ
た薄い保護膜によってポリシリコン層10の上下を挟ん
だ積層構造が採用されている。なお、高抵抗負荷素子1
1の導入不純物濃度については、後述する。
In the polysilicon layer 10, a portion above the GND wiring layer 8 is increased in resistance (low-concentration ion implantation) from there except for the connection portion to the MOS transistors 4 a and 4 b, forming the high resistance load element 11. The region connecting the cells outside of this region is reduced in resistance (high-concentration ion implantation) to form the supply line 12 for the power supply voltage V DD . Also, the connection points with the MOS transistors 4a and 4b are similarly reduced in resistance. It is necessary to prevent the resistance change of the high resistance load element 11 in the SRAM device. For example, the SiN film 10a on the upper surface of the second interlayer insulating layer 9 and the SiN film on the polysilicon layer 10 are used as a film for preventing the intrusion of moisture, particularly hydrogen. A laminated structure sandwiching the upper and lower portions of the polysilicon layer 10 with a thin protective film such as 10b is employed. The high resistance load element 1
The introduced impurity concentration of 1 will be described later.

【0020】高抵抗負荷素子11上には、第3の層間絶
縁層13が形成され、この第3の層間絶縁層13、及び
下層側のSiN膜10bと第2の層間絶縁層9には、ビ
ット線取出電極層7の上面に接続するかたちで金属プラ
グ14が埋め込まれている。第3の層間絶縁層13は、
例えばBPSG(boro-phosphosillcate glass)からな
り、金属プラグ14は、コンタクト内壁および底面に接
するTiN/Ti等の薄い密着層と、タングステン
(W)等の充填金属材で構成されている。第3の層間絶
縁層13上には、金属プラグ14に接続したかたちで第
1の金属配線層15が配線されている。第1の金属配線
層15は、主配線金属(Al)膜の上下に、それぞれT
iN等のバリアメタルを有し、これらで3層の積層構造
を形成している。バリアメタルは、AlとWとの高温耐
性を向上させるために介在させたものである。
On the high resistance load element 11, a third interlayer insulating layer 13 is formed. The third interlayer insulating layer 13, the lower SiN film 10b and the second interlayer insulating layer 9 A metal plug 14 is buried so as to be connected to the upper surface of the bit line extraction electrode layer 7. The third interlayer insulating layer 13 is
For example, the metal plug 14 is made of BPSG (boro-phosphosillcate glass), and is formed of a thin adhesive layer made of TiN / Ti or the like in contact with the inner wall and bottom surface of the contact, and a filled metal material such as tungsten (W). On the third interlayer insulating layer 13, a first metal wiring layer 15 is wired so as to be connected to the metal plug. The first metal wiring layer 15 is provided above and below the main wiring metal (Al) film, respectively.
It has a barrier metal such as iN and forms a three-layer laminated structure. The barrier metal is interposed in order to improve the high-temperature resistance between Al and W.

【0021】第1の金属配線層15上には、多層膜構造
の層間絶縁層が積層されている。具体的に図1に例示す
るSRAM装置において、第1の金属配線層15上の多
層膜構造の層間絶縁層は、第1の金属配線層15を覆う
TEOS−O2 系またはTEOSの熱分解によるプラズ
マCVDのシリコン酸化膜(以下、P−TEOS膜)1
6、P−TEOS膜16による凹部に埋め込まれ表面を
平坦化するO3 −TEOS膜17、P−TEOS膜1
8、SOG(Spin on Glass) 膜19、P−TEOS膜2
0がこの順に積層されてなる。ここで、O3 −TEOS
膜17は、TEOS(Tetraethyloxysilane又はTetraeth
ylorthosilicate,Si(OC2 5 4 )とO3 を原料
ガスとし、TEOSのO3 による酸化を用いた常圧プラ
ズマCVD法により堆積されたシリコン酸化膜である。
On the first metal wiring layer 15, an interlayer insulating layer having a multilayer structure is laminated. Specifically, in the SRAM device illustrated in FIG. 1, an interlayer insulating layer having a multilayer structure on the first metal wiring layer 15 is formed by TEOS-O 2 or TEOS covering the first metal wiring layer 15 by thermal decomposition. Silicon oxide film of plasma CVD (hereinafter, P-TEOS film) 1
6. O 3 -TEOS film 17 buried in the recess by P-TEOS film 16 to planarize the surface, P-TEOS film 1
8. SOG (Spin on Glass) film 19, P-TEOS film 2
0 are stacked in this order. Where O 3 -TEOS
The film 17 is made of TEOS (Tetraethyloxysilane or Tetraeth
ylorthosilicate, Si (OC 2 H 5 ) 4 ), and a silicon oxide film deposited by a normal pressure plasma CVD method using O 3 as a source gas and oxidation of TEOS by O 3 .

【0022】本発明に係る半導体装置の特徴の一つは、
水分を含む平坦化膜を高抵抗負荷素子の上層側に有する
ことである。この平坦化膜としては、水分を含む段差被
膜性がよい膜であれば種類は問わず、例えばO3 −TE
OS膜、SOG(Spin on Glass) 膜、FOX(Flowable
Oxide)膜等が該当する。本実施形態に係るSRAM装
置において、本発明の水分を含む平坦化膜としては、第
1の金属配線層15上の多層膜構造の層間絶縁層内に設
けた前記O3 −TEOS膜17が該当する。その他、本
発明の水分を含む平坦化膜として、例えば、高抵抗負荷
素子11の直ぐ上の前記第3の層間絶縁層13をO3
TEOS等の水分を含む膜から構成させてもよい。
One of the features of the semiconductor device according to the present invention is that
That is, a planarizing film containing water is provided on the upper layer side of the high resistance load element. As the flattening film, any film may be used as long as it is a film having good step coverage containing water, and for example, O 3 -TE
OS film, SOG (Spin on Glass) film, FOX (Flowable
Oxide) film and the like. In the SRAM device according to the present embodiment, the O 3 -TEOS film 17 provided in the interlayer insulating layer having a multilayer structure on the first metal wiring layer 15 corresponds to the planarizing film containing water of the present invention. I do. In addition, as the planarizing film containing water of the present invention, for example, the third interlayer insulating layer 13 immediately above the high-resistance load element 11 is formed of O 3 −.
It may be composed of a film containing moisture such as TEOS.

【0023】このように構成された多層膜構造の層間絶
縁層によって第1の金属配線層15による表面段差が平
坦化され、その最上層(P−TEOS膜20)上には、
必要に応じて他の金属配線層が積層されている。図1
は、金属配線層をもう一層設けた場合であり、第1の金
属配線層15と同じ3層構造の第2の金属配線層21が
形成されている。また、全面がオーバーコート22で覆
われ、さらにメモリアレイ上のみソフトエラー防止のた
めにPIX膜23が形成されている。
The surface step caused by the first metal wiring layer 15 is flattened by the interlayer insulating layer having the multilayer structure having the above-described structure, and the uppermost layer (P-TEOS film 20) is
Other metal wiring layers are laminated as necessary. FIG.
Is a case where one more metal wiring layer is provided, in which a second metal wiring layer 21 having the same three-layer structure as the first metal wiring layer 15 is formed. Further, the entire surface is covered with an overcoat 22, and a PIX film 23 is formed only on the memory array to prevent a soft error.

【0024】つぎに、高抵抗負荷素子の導入不純物濃度
について述べる。
Next, the impurity concentration introduced into the high resistance load element will be described.

【0025】図2は、高抵抗負荷素子の抵抗値(以下、
HR抵抗値)を、N型およびP型不純物の広範な導入不
純物濃度範囲において、水分を含む平坦化膜(O3 −T
EOS膜17)の形成前後で調べた結果を示すグラフで
ある。図2は、横軸にN型不純物イオン(P+ )および
P型不純物イオン(B+ )のドーズ量を示し、縦軸にH
R抵抗値を示す。また、HR抵抗値の測定は、当該SR
AM装置のウェーハ製造工程途中で、同一ウェーハ内に
設けられたTEG(Test Elements Group) 内の測定パタ
ーンを用いて行った。
FIG. 2 shows the resistance value of the high resistance load element (hereinafter referred to as the resistance value).
The HR resistance is adjusted to a leveling film containing water (O 3 -T) in a wide range of impurity concentration of N-type and P-type impurities.
It is a graph which shows the result of having investigated before and after formation of the EOS film 17). FIG. 2 shows the doses of the N-type impurity ions (P + ) and the P-type impurity ions (B + ) on the horizontal axis, and shows the H amount on the vertical axis.
The R resistance value is shown. In addition, the measurement of the HR resistance value
During the wafer manufacturing process of the AM device, the measurement was performed using a measurement pattern in a TEG (Test Elements Group) provided in the same wafer.

【0026】図2に示すように、平坦化膜としてO3
TEOS膜17を形成することにより、HR抵抗値を示
すカーブが、全体としてP型不純物のドース量が大きく
なる方向(図2の左方向)にシフトしている。この抵抗
値シフトに関し、平坦化膜を他の材料(SOG、FOX
等)で構成した場合も、程度の差はあれ、その材料が水
分を多く含んでいる限り同じ挙動を示すことが確認され
ている。この抵抗値シフトの原因について、その詳細は
全て明らではないが、平坦化膜からの水分が何らかのか
たちで影響しているためと考えられる。たとえば、Si
表面の未結合手(ダングリングボンド)、或いはSi中
の点欠陥(空孔および割り込み等)に、平坦化膜からの
水素が取り込まれることによって不純物がドナー或いは
アクセプタとして機能しなくなる不動態化が起こり、こ
の不動態化によって高抵抗負荷素子の抵抗値が変動する
ものと考えられる。
As shown in FIG. 2, O 3
By forming the TEOS film 17, the curve indicating the HR resistance value is shifted in the direction in which the dose of the P-type impurity is increased as a whole (to the left in FIG. 2). Regarding this resistance value shift, the flattening film is made of another material (SOG, FOX).
, Etc.), it has been confirmed that the same behavior is exhibited as long as the material contains a large amount of moisture. Although the details of the cause of the resistance value shift are not completely clear, it is considered that the moisture from the flattening film has some influence. For example, Si
Passivation in which impurities do not function as donors or acceptors due to the incorporation of hydrogen from the flattening film into dangling bonds on the surface or point defects (vacancies and interruptions) in Si causes incorporation. It is considered that this passivation causes the resistance value of the high resistance load element to fluctuate.

【0027】このため、水分を多く含む平坦化膜を上層
側に形成する必要があるプロセスでは、当該平坦化膜を
形成しない通常の場合と同じように抵抗化層の不純物ド
ーズ量を設定すると、N型不純物の場合、HR抵抗値が
所望の値よりも小さくなってしまう。したがって、目的
とするHR抵抗値を得るためには、そのイオン注入時の
ドーズ量を通常よりも少なくしなければならない。逆
に、P型不純物の場合、そのイオン注入時のドーズ量を
通常よりも多くしなければ、HR抵抗値が所望の値より
大きくなってしまう。
For this reason, in a process in which a flattening film containing a large amount of water needs to be formed on the upper layer side, if the impurity dose of the resistance layer is set in the same manner as in a normal case where the flattening film is not formed, In the case of an N-type impurity, the HR resistance value becomes smaller than a desired value. Therefore, in order to obtain a desired HR resistance value, the dose at the time of ion implantation must be smaller than usual. Conversely, in the case of a P-type impurity, the HR resistance value becomes larger than a desired value unless the dose at the time of ion implantation is made larger than usual.

【0028】本発明の半導体装置では、高抵抗負荷素子
の抵抗値変動を相殺する一手法として、その不純物導入
の際に、抵抗値変動分を予めみこして(即ち、プロセス
条件出し時に求め)不純物の導入量を調整することとし
ている。たとえば、図1に示す本例のSRAM装置で
は、高抵抗負荷素子11に導入する不純物がN型であ
り、その目標とするHR抵抗値が1TΩとすると、従来
の1.2×1014atoms /cm2 から0.8×1014at
oms /cm2 にドーズ量を予め低減することによって、
完成後のHR抵抗値を目標とする値に近づけている。
In the semiconductor device of the present invention, as one method of canceling the resistance value fluctuation of the high resistance load element, when introducing the impurity, the amount of the resistance value fluctuation is preliminarily recorded (that is, obtained at the time of setting the process conditions). It is decided to adjust the introduction amount. For example, in the SRAM device of this example shown in FIG. 1, if the impurity introduced into the high resistance load element 11 is N-type and its target HR resistance is 1 TΩ, the conventional 1.2 × 10 14 atoms / 0.8 × 10 14 at cm 2
By pre-reducing the dose to oms / cm 2
The HR resistance value after completion is close to the target value.

【0029】一方、本発明における抵抗値変動を相殺す
る他の手法としては、高抵抗負荷素子のパターン形状ま
たは厚さを変える方法がある。たとえば、平坦化膜を形
成することによってHR抵抗値が1桁低下するようであ
れば、高抵抗負荷素子を構成するポリシリコン膜厚を予
め1/10程度に薄くしておく、高抵抗負荷素子のパタ
ーンを細長くしておく、又はパターン形状と厚さの両方
を変えてHR抵抗値を10倍程度に高めておくと、完成
後のHR抵抗値を目標とする値に近づけることができ
る。
On the other hand, as another method for canceling the resistance value fluctuation in the present invention, there is a method of changing the pattern shape or the thickness of the high resistance load element. For example, if the HR resistance value is reduced by one digit by forming the flattening film, the thickness of the polysilicon forming the high resistance load element is reduced to about 1/10 in advance. If the HR resistance value is increased to about 10 times by changing the pattern of the above to be elongated or changing both the pattern shape and the thickness, the HR resistance value after completion can be made closer to the target value.

【0030】このような構成のSRAM装置は、高抵抗
負荷素子11の導入不純物量(又は、パターン形状と厚
さの少なくとも何れか)を予め調整することによって、
平坦化膜17の有無による抵抗値変動が相殺されること
から、完成後の高抵抗負荷素子11の抵抗値として目標
とする値、或いは目標とする値に極めて近いものが得ら
れる。このため、メモリセルの記憶ノードの電位が安定
化し、従来のようにセル動作マージンが狭くなることが
ないことから、高速で安定なセルの動作が保証される。
In the SRAM device having such a configuration, the amount of impurities introduced into the high resistance load element 11 (or at least one of the pattern shape and the thickness) is adjusted in advance.
Since the resistance value variation due to the presence or absence of the flattening film 17 is canceled, a target value or a value very close to the target value is obtained as the resistance value of the completed high-resistance load element 11 after completion. For this reason, the potential of the storage node of the memory cell is stabilized, and the cell operation margin is not narrowed unlike the related art, so that high-speed and stable cell operation is guaranteed.

【0031】つぎに、上述した構成のSRAM装置を例
として、本発明の半導体装置の製造方法を、図3〜図8
を参照しながら説明する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG.

【0032】まず、図3に示すように、シリコンウェー
ハ等の半導体基板1を用意し、その表面に、例えばLO
COS法を用いて、膜厚が400nmほどのフィールド
絶縁膜3を選択的に形成する。フィールド絶縁膜3を形
成するには、特に図示しないが、まずパッド用酸化膜と
窒化シリコン膜などの酸化阻止膜をこの順に積層し、こ
れらをドライエッチングにより所定パターンに加工した
後、LOCOS酸化を行う。この酸化阻止膜を除去し薄
いパッド用酸化膜が残った状態で、所定のレジストパタ
ーンを形成し、これをマスクにボロン(B)等のP型不
純物を半導体基板1に選択的にイオン注入する。これに
より、少なくともメモリアレイを含む領域の基板表面に
pウェル2が形成される。
First, as shown in FIG. 3, a semiconductor substrate 1 such as a silicon wafer is prepared.
The field insulating film 3 having a thickness of about 400 nm is selectively formed by using the COS method. In order to form the field insulating film 3, although not particularly shown, first, an oxide film for a pad and an oxidation prevention film such as a silicon nitride film are laminated in this order, these are processed into a predetermined pattern by dry etching, and then LOCOS oxidation is performed. Do. A predetermined resist pattern is formed in a state where the oxidation preventing film is removed and the thin pad oxide film remains, and a P-type impurity such as boron (B) is selectively ion-implanted into the semiconductor substrate 1 using the resist pattern as a mask. . As a result, the p-well 2 is formed at least on the surface of the substrate including the memory array.

【0033】続いて、LDD構造のMOSトランジスタ
を形成する。このMOSトランジスタの形成は、まず、
図示せぬゲート酸化膜を成膜後、ポリシリコン層を70
nm〜150nm程度CVD法により成膜し、不純物の
導入後、WSi等のシリサイド層を70nm〜150n
m程度スパッタリング法等により成膜し、この積層膜を
フォトリソグラフィ加工技術を用いて所定形状にパター
ンニングする。これらゲート電極およびフィールド絶縁
膜3をマスクとして、砒素(As)をイオン注入してN
型の低濃度不純物領域(LDD領域)を、pウェル2の
表面に選択的に形成する。また、全面にSiO2 等から
なるサイドウォール膜材を成膜し、RIE等の異方性エ
ッチングによりゲート電極側壁にサイドウォールを形成
した後、このサイドウォール、ゲート電極およびフィー
ルド絶縁膜3をマスクとして、高濃度のAsをイオン注
入してN型のソース・ドレイン領域を形成する。これに
より、SRAMセルのドライブ用トランジスタ4a、選
択トランジスタ4bを得る。
Subsequently, a MOS transistor having an LDD structure is formed. First, the formation of this MOS transistor
After forming a gate oxide film (not shown), the polysilicon layer is
After the introduction of impurities, a silicide layer of WSi or the like is formed to a thickness of 70 nm to 150 nm.
A film is formed by sputtering method or the like, and the laminated film is patterned into a predetermined shape by using a photolithography processing technique. Using these gate electrode and field insulating film 3 as a mask, arsenic (As) is ion-implanted into N
A low-concentration impurity region (LDD region) of a type is selectively formed on the surface of p well 2. Further, a sidewall film material made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface, a sidewall is formed on the side wall of the gate electrode by anisotropic etching such as RIE, and then the sidewall, the gate electrode and the field insulating film 3 are masked. Then, high-concentration As is ion-implanted to form N-type source / drain regions. Thus, the driving transistor 4a and the selection transistor 4b of the SRAM cell are obtained.

【0034】図4に示す工程では、形成したMOSトラ
ンジスタ4aおよび4b上の全面に、第1の層間絶縁層
5として、例えばSiO2 膜を100nm程度、さらに
エッチング阻止膜6として、例えばSiN膜を20nm
〜100nm程度、順にCVD法により堆積する。堆積
した第1の層間絶縁層5およびエッチング阻止膜6につ
いて、所定位置(選択トランジスタ4b,4bに共通な
一方のソース・ドレイン領域の上方)に開口するビット
コンタクト孔5aを、フォトリソグラフィ加工技術を用
いて形成する。
In the step shown in FIG. 4, over the formed MOS transistors 4a and 4b, a SiO 2 film, for example, of about 100 nm as a first interlayer insulating layer 5, and a SiN film, for example, as an etching stopper film 6, are formed. 20nm
It is deposited by a CVD method in order of about 100 nm. For the deposited first interlayer insulating layer 5 and the etching stopper film 6, a bit contact hole 5a opening at a predetermined position (above one source / drain region common to the select transistors 4b, 4b) is formed by photolithography. It is formed by using.

【0035】続いて、ビット線取出電極層7とGND配
線層8とを同時形成する。具体的には、まず、ビットコ
ンタクト孔5aによるソース・ドレイン領域の表出面を
塞ぐように、ポリシリコン層を例えば50nm〜100
nm程度、CVD法により堆積する。堆積膜の全面に砒
素(As)をイオン注入して導電化した後、希フッ酸に
よるライトエッチングを施し、直ぐにWSi等のシリサ
イド層を、例えば50nm〜100nm程度CVD法等
により形成する。この希フッ酸によるライトエッチング
は、ポリシリコン層表面の自然酸化膜を除去するために
行うものであるが、ポリシリコン層の下地にエッチング
阻止膜6が介在していることから、ライトエッチングを
充分に行っても下層側の第1の層間絶縁層5に穴が空い
てMOSトランジスタのゲート電極に対し絶縁不良を起
こすことがない。
Subsequently, the bit line extraction electrode layer 7 and the GND wiring layer 8 are formed simultaneously. Specifically, first, the polysilicon layer is formed to a thickness of, for example, 50 nm to 100 nm so as to block the exposed surface of the source / drain region by the bit contact hole 5a.
It is deposited by a CVD method to a thickness of about nm. After arsenic (As) is ion-implanted into the entire surface of the deposited film to make it conductive, light etching with dilute hydrofluoric acid is performed, and a silicide layer of WSi or the like is immediately formed by, for example, a CVD method of about 50 nm to 100 nm. The light etching using the diluted hydrofluoric acid is performed to remove a natural oxide film on the surface of the polysilicon layer. However, since the etching stopper film 6 is interposed under the polysilicon layer, the light etching is sufficiently performed. Does not cause a hole in the first interlayer insulating layer 5 on the lower layer side to cause insulation failure with respect to the gate electrode of the MOS transistor.

【0036】その後、このポリサイド構造の積層膜を、
下地のエッチング阻止膜6をストッパとしてフォトリソ
グラフィ加工技術を用いて所定形状にパターンニングす
ると、ビット線取出電極層7がビットコンタクト孔5a
を埋め、選択トランジスタ4b,4bの上方にかけて形
成されるとともに、GND配線層8が、SRAMセルの
ドライブ用トランジスタ4aの上方位置に形成される。
Thereafter, the laminated film having the polycide structure is
When patterning into a predetermined shape using photolithography processing technology with the underlying etching stopper film 6 as a stopper, the bit line extraction electrode layer 7 becomes a bit contact hole 5a.
Is formed over the select transistors 4b, 4b, and the GND wiring layer 8 is formed above the drive transistor 4a of the SRAM cell.

【0037】図5に示す工程では、第2の層間絶縁層9
を例えば100nm〜200nm程度、またSiN膜1
0aを例えば5nm〜30nm程度、それぞれCVD法
により堆積する。そして、フォトリソグラフィ加工技術
を用いて、SiN膜10a、第2の層間絶縁膜9、エッ
チング阻止膜6および第1の層間絶縁層5を順にエッチ
ングし、メモリセルの選択トランジスタ4bの他方のソ
ース・ドレイン領域上に開口する高抵抗負荷素子用コン
タクト孔5bを形成する。
In the step shown in FIG. 5, the second interlayer insulating layer 9 is formed.
For example, about 100 nm to 200 nm, and the SiN film 1
Oa is deposited by, for example, about 5 nm to 30 nm by a CVD method. Then, the SiN film 10a, the second interlayer insulating film 9, the etching stopper film 6, and the first interlayer insulating layer 5 are sequentially etched by using a photolithography technique, and the other source / source of the select transistor 4b of the memory cell is etched. A high resistance load element contact hole 5b opening on the drain region is formed.

【0038】続いて、図6に示すように、ポリシリコン
層による高抵抗負荷素子11の形成を行う。具体的に
は、まず、例えば100nm程度のポリシリコン膜10
をCVD法により成膜し、この成膜途中に不純物導入ガ
スを混合させるか成膜後にイオン注入することによりポ
リシリコン膜10を導電化する。このときの導入不純物
の量は、予め調べておいた検量線(例えば、図2参照)
にもとづいて決定される。決定された導入不純物量は、
N型不純物の場合、先に説明した上層側の平坦化膜の有
無による抵抗値低下を考慮し通常より少なく、P型不純
物では逆に通常より多いものとなる。図2において具体
的な数値を例示すれば、目標とするHR抵抗値を1TΩ
とすると、抵抗値変動を考慮しない通常の場合のP+
ース量が1.2×1014atoms /cm2 であるのに対
し、ここでは0.8×1014atoms /cm2 にまでドー
ス量を小さくする。同様に、目標とするHR抵抗値を5
00GΩとすると、通常の1.4×1014atoms /cm
2 から1.0×1014atoms /cm2 にまでドース量を
小さくする。
Subsequently, as shown in FIG. 6, a high resistance load element 11 is formed by a polysilicon layer. Specifically, first, for example, a polysilicon film 10 of about 100 nm is formed.
Is formed by a CVD method, and the polysilicon film 10 is made conductive by mixing an impurity introduction gas during the film formation or by ion implantation after the film formation. At this time, the amount of the introduced impurities is determined by a calibration curve previously checked (for example, see FIG. 2).
Determined based on the The determined amount of introduced impurities is
In the case of the N-type impurity, the amount is smaller than usual in consideration of the decrease in the resistance value due to the presence or absence of the flattening film on the upper layer described above. In FIG. 2, if a specific numerical value is shown as an example, the target HR resistance value is 1 TΩ.
Then, while the P + dose amount in a normal case without considering the variation in resistance value is 1.2 × 10 14 atoms / cm 2 , the dose amount in this case is 0.8 × 10 14 atoms / cm 2. Smaller. Similarly, the target HR resistance value is set to 5
Assuming 00 GΩ, the normal 1.4 × 10 14 atoms / cm
The dose is reduced from 2 to 1.0 × 10 14 atoms / cm 2 .

【0039】つぎに、例えばレジストパターンをマスク
として用いた選択的なイオン注入法により、高抵抗負荷
素子11以外のセル間を結ぶ領域に追加的に不純物導入
を行い、この領域を低抵抗化して電源電圧VDDの供給配
線12を形成する。このとき、同時に高抵抗負荷素子用
コンタクト孔5b周囲の接続領域にも不純物の追加導入
を行い、低抵抗化する。続いて、このポリシリコン膜1
0を下地のSiN膜10aとともにフォトリソグラフィ
加工技術を用いてパターンニングする。これにより、高
抵抗負荷素子11が、第2の層間絶縁層20上に、高抵
抗素子用コンタクト孔5bを介して選択トランジスタ4
bおよびドライブ用トランジスタ4aに接続するかたち
で形成される。なお、このポリシリコン膜10のパター
ンニングは、検量線に基づく不純物導入(イオン注入)
に先立って行ってもよい。
Next, an impurity is additionally introduced into a region connecting the cells other than the high resistance load element 11 by, for example, a selective ion implantation method using a resist pattern as a mask. The supply wiring 12 for the power supply voltage V DD is formed. At this time, impurities are additionally introduced into the connection region around the high resistance load element contact hole 5b at the same time to lower the resistance. Subsequently, the polysilicon film 1
0 is patterned using the photolithography processing technique together with the underlying SiN film 10a. Thereby, the high-resistance load element 11 is placed on the second interlayer insulating layer 20 through the high-resistance element contact hole 5b.
b and the drive transistor 4a. The patterning of the polysilicon film 10 is performed by introducing impurities (ion implantation) based on a calibration curve.
May be performed prior to

【0040】図7に示す工程では、まず、全面にSiN
膜10bをCVD法により成膜し、高抵抗負荷素子11
および電源電圧VDDの供給配線12を被膜する。このS
iN膜10bは、下地のSiN膜10aとともにポリシ
リコン膜10を保護するための膜である。また、CVD
法により全面に第3の層間絶縁層13として、例えばB
PSG膜を厚く堆積し、リフローを行って表面を平坦化
する。
In the step shown in FIG. 7, first, SiN
The film 10b is formed by the CVD method, and the high resistance load element 11 is formed.
And the supply wiring 12 for the power supply voltage V DD is coated. This S
The iN film 10b is a film for protecting the polysilicon film 10 together with the underlying SiN film 10a. Also, CVD
A third interlayer insulating layer 13 is formed on the entire surface by, for example, B
A PSG film is deposited thick and reflowed to flatten the surface.

【0041】つぎに、通常のフォトリソグラフィ加工技
術を用いて、形成した第3の層間絶縁層13の表面から
ビット線取出電極層7に達するコンタクト孔を形成し、
このコンタクト孔を埋め込むかたちでタングステン
(W)等からなる金属プラグ14を形成する。具体的に
は、TiN/Ti等の密着層に続いて、W膜をCVD法
により厚めに形成し、これらの膜をエッチバックする
と、ビット線取出電極層7に接続する金属プラグ14が
形成される。そして、上下にバリヤメタルを有し、中間
のAl層にCu等を含有する3層構造のAl配線層を成
膜し、このAl配線層をフォトリソグラフィ加工技術を
用いてパターンニングする。これにより、第1の金属配
線層15が形成される。
Next, a contact hole reaching the bit line extraction electrode layer 7 from the surface of the formed third interlayer insulating layer 13 is formed by using a usual photolithography processing technique.
A metal plug 14 made of tungsten (W) or the like is formed by filling the contact hole. Specifically, a W film is formed thicker by the CVD method following the adhesion layer of TiN / Ti or the like, and when these films are etched back, a metal plug 14 connected to the bit line extraction electrode layer 7 is formed. You. Then, an Al wiring layer having a three-layer structure including a barrier metal on the upper and lower sides and containing Cu or the like on an intermediate Al layer is formed, and the Al wiring layer is patterned by using a photolithography processing technique. Thus, the first metal wiring layer 15 is formed.

【0042】図8に示す工程では、まず、P−TEOS
膜16で第1の金属配線層15を覆った後、本発明の平
坦化膜に該当するO3 −TEOS膜17を、P−TEO
S膜16の表面凹部に埋め込むかたちで形成する。この
平坦化の方法は、化学的機械研磨法等の他の方法でもよ
いが、ここでは、いわゆるダミーパターンプロセスを用
いている。ダミーパターンプロセスは、特に図示しない
が、Al配線層のスペース幅がある一定以上の箇所にレ
ジストのダミーパターンを形成し、UVキュア後、2層
目のレジストを塗布し、この2層レジストのエッチング
速度の違いを利用してエッチバックにより下地のTEO
S膜を平坦化する方法である。
In the step shown in FIG. 8, first, P-TEOS
After covering the first metal wiring layer 15 with the film 16, the O 3 -TEOS film 17 corresponding to the flattening film of the present invention is changed to a P-TEO film.
It is formed in such a manner as to be buried in a concave portion on the surface of the S film 16. This flattening method may be another method such as a chemical mechanical polishing method, but here, a so-called dummy pattern process is used. In the dummy pattern process, although not particularly shown, a resist dummy pattern is formed at a place where the space width of the Al wiring layer is equal to or more than a certain value, UV curing is performed, a second resist is applied, and etching of the two-layer resist is performed. TEO of the base by etch back using the difference in speed
This is a method of flattening the S film.

【0043】その後は、図1に示すように、P−TEO
S膜18を成膜した後、SOG膜19を回転塗布してエ
ッチバックし、更に他のP−TEOS膜20を堆積する
ことにより、層間絶縁層を形成途中で平坦化しながら積
み増しする。そして、この層間絶縁層を構成している各
種膜16〜20に適宜、コンタクト孔(不図示)を形成
し、このコンタクト孔を介して下層側の第1の金属配線
層15に接続させたかたちで2層目のAl配線層からな
る第2の金属配線層21を形成する。さらに、オーバコ
ート膜22として例えばSiN膜を、プラズマCVDに
より全面に被膜する。その後、特に図示しないが、オー
バコート膜22に対するパッド窓明工程、およびメモリ
アレイのみにソフトエラー防止のPIX膜23を形成す
る工程を経て、当該SRAM装置が完成する。
Thereafter, as shown in FIG.
After the S film 18 is formed, the SOG film 19 is spin-coated and etched back, and another P-TEOS film 20 is deposited, so that the interlayer insulating layer is added while flattening during the formation. Then, a contact hole (not shown) is appropriately formed in each of the films 16 to 20 constituting the interlayer insulating layer, and connected to the lower first metal wiring layer 15 through the contact hole. To form a second metal wiring layer 21 composed of a second Al wiring layer. Further, a SiN film, for example, is coated as the overcoat film 22 over the entire surface by plasma CVD. Thereafter, although not particularly shown, the SRAM device is completed through a pad windowing step for the overcoat film 22 and a step of forming a PIX film 23 for preventing soft errors only in the memory array.

【0044】このSRAM装置の製造方法では、高負荷
抵抗素子11について、上層側に水分を多く含むO3
TEOS膜17の有無により生じる抵抗値変動量を、予
め異なる2つの検量線(図2のHR抵抗値カーブ)とし
て所定の不純物濃度範囲において見積もっておき、高負
荷抵抗素子を構成するポリシリコン膜10(抵抗化層)
に不純物を導入する際、その量を加減して、積もった抵
抗値変動量を相殺することから、完成後の抵抗値を所望
の値、或いは所望の値に極めて近いものとすることがで
きる。この抵抗値の調整は、抵抗化層のパターン形状と
厚さの少なくとも何れかを変えることによっても可能で
ある。これら何れの方法を用いても、本発明では何ら付
加工程を要しないことから、容易にメモリセルの動作を
安定させ、高速で動作信頼性が高いSRAM装置を実現
できる利点を有する。
In this method of manufacturing the SRAM device, the O 3 − − containing high moisture in the upper layer side of the high load resistance element 11.
The resistance variation caused by the presence or absence of the TEOS film 17 is estimated in advance in a predetermined impurity concentration range as two different calibration curves (HR resistance curves in FIG. 2), and the polysilicon film 10 constituting the high load resistance element is estimated. (Resistance layer)
When the impurities are introduced into the semiconductor device, the amount thereof is adjusted to offset the accumulated amount of change in the resistance value, so that the completed resistance value can be made a desired value or extremely close to the desired value. The resistance value can be adjusted by changing at least one of the pattern shape and the thickness of the resistance layer. Either of these methods has the advantage that the present invention does not require any additional steps, so that the operation of the memory cell can be easily stabilized, and a high-speed and highly reliable SRAM device can be realized.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置は、抵抗化層へ
の導入不純物量(又は、パターン形状と厚さの少なくと
も何れか)が、平坦化膜形成といったその後の工程での
抵抗変動をみこして予め調整されており、完成後の抵抗
値が所望の値、或いは所望の値に極めて近いものである
ことから、抵抗化層の抵抗が関与する特性および動作性
能が良好である。例えばSRAM装置の場合、メモリセ
ルの記憶ノードの電位が安定化し、従来のようにセル動
作マージンが狭くなることがないことから、高速で安定
なセルの動作が保証される。
According to the semiconductor device of the present invention, the amount of impurities (or at least one of the pattern shape and the thickness) introduced into the resistive layer detects a change in resistance in a subsequent step such as formation of a flattening film. Since the resistance value after completion is adjusted to a desired value or very close to the desired value, the characteristics and operation performance involving the resistance of the resistive layer are good. For example, in the case of an SRAM device, since the potential of the storage node of the memory cell is stabilized and the cell operation margin is not narrowed unlike the related art, high-speed and stable cell operation is guaranteed.

【0046】本発明に係る半導体装置の製造方法は、予
め抵抗変動量を見積もっておくだけで、繰り返し行う通
常の製造工程中には何ら付加工程を要することなく、上
記良好な特性および動作性能を容易に得ることができ
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the above-mentioned good characteristics and operational performance can be obtained without estimating the amount of resistance variation in advance and without any additional steps during the normal manufacturing steps to be repeated. Can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るSRAM装置のメモリ
アレイについて、その概略構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a memory array of an SRAM device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の高抵抗負荷素子の抵抗値を、N型および
P型不純物の広範な導入不純物濃度範囲において、水分
を含む平坦化膜(O3 −TEOS膜)の形成前後で調べ
た結果を示すグラフである。
FIG. 2 shows the resistance of the high-resistance load element of FIG. 1 before and after the formation of a planarizing film containing water (O 3 -TEOS film) in a wide range of impurity concentrations of N-type and P-type impurities. It is a graph which shows a result.

【図3】本発明の実施形態(製造方法)に係る図1のS
RAM装置の製造過程を示す断面図であり、MOSトラ
ンジスタの形成までを示すものである。
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention (a manufacturing method);
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing the RAM device, which shows steps up to the formation of a MOS transistor.

【図4】図3に続く製造過程で、ビット線取出電極層お
よびGND配線層の形成までを示す同断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing up to formation of a bit line extraction electrode layer and a GND wiring layer in a manufacturing process following FIG. 3;

【図5】図4に続く製造過程で、高抵抗負荷素子用コン
タクト孔の形成までを示す同断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing up to the formation of a contact hole for a high-resistance load element in a manufacturing process following FIG. 4;

【図6】図5に続く製造過程で、高抵抗負荷素子の形成
までを示す同断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing up to the formation of a high-resistance load element in a manufacturing process following FIG. 5;

【図7】図6に続く製造過程で、第1の金属配線層の形
成までを示す同断面図である。
FIG. 7 is a cross sectional view showing the process of forming the first metal wiring layer in the manufacturing process following FIG. 6;

【図8】図7に続く製造過程で、O3 −TEOS膜によ
る第1の金属配線層上方の段差を平坦化までを示す同断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a process of flattening a step above a first metal wiring layer by an O 3 -TEOS film in a manufacturing process following FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…pウェル、3…フィールド絶縁
膜、4a…SRAMセルのドライブ用トランジスタ、4
b…SRAMセルの選択トランジスタ、5…第1の層間
絶縁層、5a…ビットコンタクト孔、5b…高抵抗負荷
素子用コンタクト孔、6…エッチング阻止膜、7…ビッ
ト線取出電極層、8…GND配線層、9…第2の層間絶
縁層、10…導電化ポリシリコン膜(抵抗化層)、10
a,10a…SiN膜、11…高抵抗負荷素子、12…
電源電圧VDDの供給配線、13…第3の層間絶縁層、1
4…金属プラグ、15…第1の金属配線層、16,1
8,20…P−TEOS膜、17…O3 −TEOS膜
(平坦化膜)、19…SOG膜、21…第2の金属配線
層、22…オーバーコート、23…PIX膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... p well, 3 ... field insulating film, 4a ... SRAM cell drive transistor, 4
b ... Selection transistor of SRAM cell, 5 ... First interlayer insulating layer, 5a ... Bit contact hole, 5b ... Contact hole for high resistance load element, 6 ... Etching stop film, 7 ... Bit line extraction electrode layer, 8 ... GND Wiring layer, 9: second interlayer insulating layer, 10: conductive polysilicon film (resistance layer), 10
a, 10a: SiN film, 11: high resistance load element, 12:
Supply wiring for power supply voltage V DD , 13... Third interlayer insulating layer, 1
4 metal plug, 15 first metal wiring layer, 16, 1
8, 20 ... P-TEOS film, 17 ... O 3 -TEOS film (planarizing film), 19 ... SOG film, 21 ... second metal wiring layer, 22 ... overcoat, 23 ... PIX film.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に少なくとも絶縁膜を介して
積層され、導入不純物量に応じて抵抗値が設定された半
導体材料からなる抵抗化層と、 当該抵抗化層の上層側に積層された水分を含む平坦化膜
とを有する半導体装置であって、 前記抵抗化層は、その上層側に前記平坦化膜を積層する
ことにより変動した後の抵抗値が所望の値となるよう
に、所定量の不純物が導入されている半導体装置。
A resistive layer formed of a semiconductor material having a resistance value set according to an amount of introduced impurities, the resistive layer being laminated on a semiconductor substrate at least via an insulating film, and being laminated on an upper layer side of the resistive layer; A planarizing film containing moisture, wherein the resistance layer has a desired value such that a resistance value after changing by laminating the planarizing film on the upper layer side becomes a desired value. A semiconductor device into which a fixed amount of impurities has been introduced.
【請求項2】前記抵抗化層に導入されている不純物は、
その導電型がn型であり、 当該n型の導入不純物の量は、前記平坦化膜がないとき
に前記所望の抵抗値となる不純物量より少ない請求項1
に記載の半導体装置。
2. The method according to claim 2, wherein the impurity introduced into the resistance layer is:
The conductivity type is n-type, and the amount of the n-type introduced impurity is smaller than the amount of impurity that has the desired resistance value when the flattening film is not provided.
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】前記抵抗化層に導入されている不純物は、
その導電型がp型であり、 当該p型の導入不純物の量は、前記平坦化膜がないとき
に前記所望の抵抗値となる不純物量より多い請求項1に
記載の半導体装置。
3. The method according to claim 1, wherein the impurity introduced into the resistance layer is:
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductivity type is p-type, and the amount of the p-type introduced impurities is larger than the amount of impurities having the desired resistance value when the planarization film is not provided.
【請求項4】前記平坦化膜は、TEOSのオゾンによる
酸化を利用した化学的気相成長法により堆積されたシリ
コン酸化膜からなる請求項1に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said flattening film comprises a silicon oxide film deposited by a chemical vapor deposition method utilizing oxidation of TEOS by ozone.
【請求項5】前記平坦化膜は、回転塗布法により形成さ
れた酸化シリコンの塗布膜からなる請求項1に記載の半
導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said flattening film comprises a coating film of silicon oxide formed by a spin coating method.
【請求項6】前記半導体装置は、高抵抗化ポリシリコン
からなる高抵抗負荷素子を前記抵抗化層としてメモリセ
ル内に具備するSRAM装置である請求項1に記載の半
導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor device is an SRAM device including a high resistance load element made of high resistance polysilicon as said resistance layer in a memory cell.
【請求項7】半導体基板上に少なくとも絶縁膜を介して
積層され、導入不純物量に応じて抵抗値が設定された半
導体材料からなる抵抗化層と、 当該抵抗化層の上層側に積層された水分を含む平坦化膜
とを有する半導体装置であって、 前記抵抗化層は、その上層側に前記平坦化膜を積層する
ことにより変動した後の抵抗値が所望の値となるよう
に、パターン形状と厚さの少なくとも何れかが決められ
ている半導体装置。
7. A resistive layer made of a semiconductor material having a resistance value set in accordance with an amount of introduced impurities and laminated on a semiconductor substrate with at least an insulating film interposed therebetween, and a resistive layer laminated on an upper layer side of the resistive layer. A planarization film containing water, wherein the resistance layer is patterned so that the resistance value after changing by laminating the planarization film on the upper layer side becomes a desired value. A semiconductor device in which at least one of a shape and a thickness is determined.
【請求項8】半導体基板上に少なくとも絶縁膜を介して
半導体膜を成膜し、 当該半導体膜の成膜途中または成膜後に所定量の不純物
を半導体膜中に導入することにより抵抗化した後、 抵抗化後の半導体膜を所定形状にパターンニングして抵
抗化層を形成し、 その後、当該抵抗化層の上層側に水分を含む平坦化膜を
積層する半導体装置の製造方法であって、 前記平坦化膜の有無により生じる前記抵抗化層の抵抗値
変動量を予め見積もっておき、 前記不純物導入の際、見積もった前記抵抗値変動量を相
殺する量の不純物を前記半導体膜に導入することによっ
て、前記抵抗化層について前記平坦化膜の積層後に所望
の抵抗値を得る半導体装置の製造方法。
8. After a semiconductor film is formed over a semiconductor substrate with at least an insulating film interposed therebetween, and after a predetermined amount of impurities are introduced into the semiconductor film during or after the formation of the semiconductor film, resistance is changed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a resistance layer by patterning a semiconductor film after resistance formation into a predetermined shape; and thereafter, laminating a planarization film containing moisture on the upper side of the resistance layer, Estimating in advance the amount of change in the resistance value of the resistive layer caused by the presence or absence of the flattening film, and introducing the impurity into the semiconductor film in an amount that offsets the estimated amount of change in the resistance value during the impurity introduction. A method of manufacturing a semiconductor device that obtains a desired resistance value after laminating the flattening film on the resistance layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011070950A1 (en) 2009-12-11 2011-06-16 日本精工株式会社 Steering device
KR20150032657A (en) * 2012-06-15 2015-03-27 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 Manufacturing method for solid-state imaging device and solid-state imaging device

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