JPH1074894A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Abstract
化あるいは高密度化に適する抵抗素子を提供する。 【解決手段】半導体基板上の素子分離絶縁膜に囲まれた
素子活性領域に形成される抵抗素子において、前記素子
活性領域の両端部に高濃度不純物を含有する1対の第1
の拡散層と第1の拡散層に被着するシリサイド層とを有
し、さらに、前記第1の拡散層間の素子活性領域上にお
いて所定の離間距離でもって分離され、且つ前記素子活
性領域に第1の絶縁膜を介して形成される導電体膜を有
し、前記所定の離間距離で分離された導電体膜にセルフ
アラインに前記第2の拡散層が形成され、前記導電体膜
の側壁部のみに第2の絶縁膜が形成され、前記第2の拡
散層上に前記第2の絶縁膜が形成されている。
Description
の製造方法に関し、特に抵抗素子の構造とその製造方法
に関する。
然として精力的に進められており、現在では0.15〜
0.25μmの寸法基準で設計されたメモリデバイスあ
るいはロジックデバイス等の超高集積の半導体デバイス
が開発試作されている。このような半導体デバイスの高
集積化に伴い、拡散層幅の寸法の縮小および半導体素子
を構成する材料の膜厚の低減が特に重要になってきてい
る。
ンジスタの寄生抵抗を増大させ、MOSトランジスタの
駆動能力を低減させるようになる。そこで、微細化され
る半導体素子においては、拡散層の表面あるいはゲート
電極の表面に高融点金属シリサイドを形成する技術が重
要になってくる。特に、高融点金属としてチタン金属を
用いたシリサイド化技術あるいはサリサイド化技術は、
微細なMOSトランジスタにとり必須となる。
や入力保護回路を構成するために抵抗素子を拡散層で形
成することが必要になる。しかし、拡散層の表面がシリ
サイド化あるいはサリサイド化されると拡散層の抵抗は
低減し抵抗素子が形成できなくなる。
イド層が形成される半導体装置においては、抵抗素子の
形成される拡散層上のシリサイド層が選択的に除去され
るようになる。
について説明する。ここで、図7(a)は抵抗素子の平
面図である。また、図7(b)は、図7(a)に記す
A′−B′で切断した抵抗素子の断面図である。
102に囲われた活性領域に不純物拡散層103が形成
されている。ここで、不純物拡散層103上にはシリサ
イド層は形成されていない。そして、この不純物拡散層
103の両端になる領域にシリサイド層104が形成さ
れている。さらに、このシリサイド層104の所定の領
域にコンタク孔105が形成されている。シリサイド層
104はこのコンタクト孔105を通して電極106に
接続されるようになる。
いて説明する。図7(b)に示すように、シリコン基板
101の表面の所定の領域に選択的に素子分離絶縁膜1
02が形成されている。そして、シリコン基板101の
表面であり素子分離絶縁膜102の形成されていない領
域に、不純物拡散層103が形成されるようになる。図
7(b)に示すように、この不純物拡散層103の両端
部にのみシリサイド層104が形成されている。そし
て、層間絶縁膜107が全体を被覆するように形成さ
れ、この層間絶縁膜107のシリサイド層104上領域
にコンタクト孔105が設けられる。さらに、電極10
6が形成され、コンタクト孔105を通してシリサイド
層104に電気接続されている。
抵抗は非常に低い。このため、このような構造の抵抗素
子の値は、その表面にシリサイド層のない領域の不純物
拡散層の抵抗で決定されるようになる。なお、表面にシ
リサイド層のない不純物拡散層領域は、初めに不純物拡
散層の全面にシリサイド用の金属膜が被着された後、シ
リサイド層の形成されない領域の金属膜が選択的に除去
される工程を通して、形成されるようになる。
の場合には、不純物拡散層表面でシリサイド層のない領
域を形成するために、シリサイド層の形成されない領域
のシリサイド用金属膜の選択的除去が必要になる。この
ために、少なくとも1回のフォトリソグラフィ工程とド
ライエッチング工程とが追加されるようになる。これ
は、半導体装置の製造工程短縮を阻害する要因となる。
散層の形成では、不純物拡散層への不純物の導入は、M
OSトランジスタのソース・ドレイン領域の形成と同時
に行われる。このため、不純物拡散層中の不純物濃度は
一般に高くなる。そこで、抵抗値の高い抵抗素子が必要
になる場合には、不純物拡散層を長く形成することが要
求されるようになる。これは、半導体装置の高集積化あ
るいは高密度化に対する阻害要因となる。
で、MOSトランジスタのソース・ドレインの拡散領域
がLDD(Lightly Doped Drain)
構造に形成される場合には、不純物拡散層中の不純物濃
度を低減できるが、高濃度不純物を導入させないための
マスクが1度不純物拡散層上に形成される必要が生じ
る。ある。このため、この場合にはさらに1回のフォト
リソグラフィ工程の追加されるようになる。
共に高集積化に適する抵抗素子を有する半導体装置及び
製造方法を提供することにある。
体装置では、半導体基板上の素子分離絶縁膜に囲まれた
素子活性領域に形成される抵抗素子において、前記素子
活性領域の両端部に高濃度不純物を含有する1対の第1
の拡散層と前記第1の拡散層に被着するシリサイド層と
を有し、前記1対の第1の拡散層間の素子活性領域に低
濃度不純物を含有する第2の拡散層が形成され、前記第
1の拡散層及びシリサイド層が抵抗素子の端子領域とな
り、前記第2の拡散層が抵抗素子の抵抗体領域となって
いる。
域上において所定の離間距離でもって分離され、且つ前
記素子活性領域に第1の絶縁膜を介して形成される導電
体膜を有し、前記所定の離間距離で分離された導電体膜
にセルフアラインに前記第2の拡散層が形成され、前記
導電体膜の側壁部のみに第2の絶縁膜が形成され、前記
第2の拡散層上であって前記所定の離間距離で分離され
た領域が前記第2の絶縁膜で充填されている。
領域の一部を第1の絶縁膜を介して被覆する導電体膜を
有し、前記素子活性領域の一部にチャネル領域が形成さ
れ、前記抵抗体領域が前記第2の拡散層と前記チャネル
領域とで構成され、前記導電体膜の側壁部のみに第2の
絶縁膜が形成されて前記第2の拡散層上が前記第2の絶
縁膜で被覆されている。
電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域がLDD
構造に形成され、前記第2の拡散層がLDD層と同一工
程で形成されている。
膜がそれぞれ絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート
絶縁膜とゲート電極で形成されている。
護回路を構成しており、前記導電体膜は電位の与えられ
ないフローティング状態になっている。
理回路を構成しており、前記導電体膜には一定電位が与
えられている。
前記第1の拡散層間の素子活性領域上に第1の絶縁膜を
介してパターニングした導電体膜を形成する工程と、前
記導電体膜パターンにセルフアラインにLDD層を形成
し前記第2の拡散層とする工程と、前記導電体膜の側壁
部にサイドウォール絶縁膜を形成し前記第2の絶縁膜と
する工程と、前記導電体膜および第2の絶縁膜にセルフ
アラインに高濃度不純物の拡散層を形成し前記第1の拡
散層とする工程と、前記第1の拡散層上をシリサイド化
し前記シリサイド層を形成する工程とを含む。
ゲート電極にセルフアラインに第2の拡散層あるいはL
DD層が形成され、導電体膜あるいはゲート電極の側壁
に形成されるサイドウォール絶縁膜すなわち第2の絶縁
膜でこの第2の拡散層あるいはLDD層は完全に被覆さ
れる。このため、第1の拡散層を形成するために高濃度
不純物を導入する工程で、このLDD層すなわち第2の
拡散層は自動的に保護される。また、シリサイド層の形
成工程でもこのLDD層は自動的に保護される。このよ
うにして、抵抗素子の抵抗体領域は低濃度不純物を含む
拡散層で形成されるようになる。
は短縮される。また、抵抗体素子の寸法は小さくなり、
半導体装置の高集積化あるいは高密度化が促進される。
を図1及び図2に基づいて説明する。ここで、図1
(a)は本発明の抵抗素子の平面図である。また、図2
(a)は、図1に記すA−Bで切断した本発明の抵抗素
子の断面図であり、図2(b)は、図1に記すC−Dで
切断した本発明の抵抗素子の断面図である。
われた素子活性領域3に1対のゲート電極4が互いに対
向して形成されている。そして、1対のゲート電極4に
挟まれる素子活性領域に抵抗拡散層5が形成されてい
る。また、素子活性領域3の両端部にシリサイド層6が
形成されている。さらに、このシリサイド層6の所定の
領域にコンタク孔7が形成されている。シリサイド層6
はこのコンタクト孔7を通して電極8に接続されるよう
になる。
構造について説明する。図2(a)に示すように、シリ
コン基板1の表面の所定の領域に選択的に素子分離絶縁
膜2が形成されている。そして、シリコン基板1の表面
であり素子分離絶縁膜2の形成されていない領域すなわ
ち素子活性領域3の中央部にゲート絶縁膜9とサイドウ
ォール絶縁膜10とが積層して形成されている。
的(セルフアライン)に抵抗拡散層5が形成されるよう
になる。さらに、図2(a)に示すように、素子活性領
域の両端部にのみ不純物拡散層11が形成され、さらに
その上部にのみシリサイド層6が形成されている。ここ
で、この不純物拡散層11及びシリサイド層6は共にサ
イドウォール絶縁膜10にセルフアラインに形成される
ものである。
ように形成され、この層間絶縁膜12のシリサイド層6
上領域にコンタクト孔7が設けられる。さらに、電極8
が形成され、コンタクト孔7を通してシリサイド層6と
電気接続されている。
図2(b)で説明する。図2(b)に示すように、シリ
コン基板1の表面に選択的に素子分離絶縁膜2が形成さ
れている。素子分離絶縁膜2に囲われた素子活性領域上
にゲート絶縁膜9を介して、互いに対向する1対のゲー
ト電極4が形成されている。そして、1対のゲート電極
4に挟まれた領域にサイドウォール絶縁膜10が形成さ
れ、このサイドウォール絶縁膜10の下部のシリコン基
板1表面にのみ抵抗拡散層5が形成されている。なお、
サイドウォール絶縁膜10あるいは10aは、ゲート電
極4のパターンの端部に形成されるものであり、ゲート
電極4パターンの周囲に形成されるようになる。
製造方法を図3乃至図5に基づいて説明する。ここで、
図3は図2(b)で説明した抵抗素子の構造の製造工程
順の断面図である。また、図4及び図5は図2(a)で
説明した抵抗素子ソースの構造の製造工程順の断面図で
ある。
不純物濃度が1016原子/cm3 程度のシリコン基板1
の表面に選択的に素子分離絶縁膜2が形成される。ここ
で、この素子分離絶縁膜2は公知のLOCOS(Loc
al Oxidationof Silicon)方法
で形成される。そして、素子活性領域となるシリコン基
板1の表面にゲート絶縁膜9が形成される。このゲート
絶縁膜9は熱酸化法で形成された膜厚が10nm程度の
シリコン酸化膜である。
向する1対のゲート電極4が、ゲート絶縁膜9上および
素子分離絶縁膜2の一部を被覆するように形成される。
ここで、このゲート電極4はリン不純物を含有する多結
晶シリコン膜あるいはタングステンポリサイド膜等のポ
リサイド膜で構成される。
る。ここで、イオン注入のエネルギーは50keVであ
り、そのドーズ量は1012原子/cm2 〜1014原子/
cm2 の範囲で設定される。そして不純物の活性化のた
めの熱処理が施される。このようにして、抵抗拡散層5
がゲート電極4にセルフアラインに形成されるようにな
る。なお、この抵抗拡散層5は、LDD構造のNチャネ
ル型MOSトランジスタを形成するためのLDD層の形
成と同一の工程で形成されるものである。
4がゲート電極4および素子分離絶縁膜2等の全体を被
覆するように形成される。ここで、絶縁膜4は、化学気
相成長(CVD)法で堆積されるシリコン酸化膜であ
る。
ンエッチング(RIE)で異方性エッチングされる。す
なわち、絶縁膜4のエッチバックがなされる。このよう
にして、図3(d)に示すようにゲート電極4の側壁に
サイドウォール絶縁膜10および10aが形成されるよ
うになる。なお、この絶縁膜4のエッチバックの工程で
形成されるサイドウォール絶縁膜10は、抵抗拡散層5
上のゲート電極4間を完全に埋設するように形成され
る。このためには、絶縁膜4の膜厚は、対向するゲート
電極4間の間隔より大きくなるように設定される必要が
ある。
拡散層、シリサイド層あるいは層間絶縁膜等が形成さ
れ、図2(b)で説明した抵抗素子構造が完成する。な
お、不純物拡散層、シリサイド層等の形成については図
4及び図5で説明される。
製造方法を説明する。図4(a)に示すように、図3
(a)で説明したシリコン基板1の表面に選択的に素子
分離絶縁膜2が形成される。そして、素子活性領域とな
るシリコン基板1の表面にゲート絶縁膜9が形成され
る。
域となるシリコン基板1の表面に抵抗拡散層5が形成さ
れる。ここで、この抵抗拡散層5は、図3(b)で説明
したようにして形成される。すなわち、LDD構造のM
OSトランジスタのLDD層と同一の工程で形成される
ものである。
層5上の所定の領域にサイドウォール絶縁膜10が形成
される。このサイドウォール絶縁膜10は、図3(c)
および図3(d)で説明したようにして形成されるもの
である。
層11が、サイドウォール絶縁膜10にセルフアライン
にしかも抵抗拡散層5に電気接続するように形成され
る。この不純物拡散層11は、LDD構造MOSトラン
ジスタの高濃度不純物を含有するソース・ドレイン領域
の形成と同一の工程で形成される。すなわち、素子分離
絶縁膜2及びサイドウォール絶縁膜10をマスクにした
ヒ素イオン注入が行われ、熱処理がなされて不純物拡散
層11が形成される。ここで、ヒ素イオン注入の注入エ
ネルギーは60keV程度であり、ドーズ量は5×10
15イオン/cm2程度になるように設定される。
パッタ法などにより50nm程度の膜厚のチタン膜15
が全面に成膜される。そして、常圧のN2 (窒素)雰囲
気中で30〜60秒間熱処理が行われる。ここで、熱処
理装置は通常はランプアニール装置であり、処理温度は
600〜650℃に設定される。このようにして、チタ
ンのシリサイド化が行われる。
5(b)に示すようにシリサイド層6が形成される。こ
れに対し、サイドウォール絶縁膜10及び素子分離絶縁
膜2上には、窒化チタン層と残存する未反応チタン層と
が形成される。そこで、アンモニア水溶液、純水および
過酸化水素水の混合した化学薬液で上記の未反応チタン
層と窒化チタン層が除去される。ここで、チタン膜は化
学薬液に溶出するが窒化チタン層は溶けない。しかし、
窒化チタン層は未反応チタン層の溶出によるリフトオフ
で除去されるようになる。なお、この処理ではシリサイ
ド層6は全くエッチングされない。
5(b)に示すように、不純物拡散層11上にのみセル
フアラインにシリサイド層6が形成されるようになる。
構成されている場合には、ゲート電極4の表面にもチタ
ンシリサイド層が形成されることになる。
絶縁膜2、シリサイド層6及びサイドウォール絶縁膜1
0を被覆するように層間絶縁膜12が形成される。この
層間絶縁膜12はCVD法で堆積されるシリコン酸化膜
である。
タクト孔7が形成され、さらに電極8が形成されて図2
(a)で説明した構造の抵抗素子が完成する。
体装置を構成するMOSトランジスタのLDD領域と同
一の形成方法で、ゲート電極のパターニングを工夫する
だけでLDD層を抵抗拡散層として使用できるようにな
る。このため、製造工程は短縮されると共に半導体装置
の高集積化が容易になる。
子において、抵抗素子を構成するゲート電極4は接地電
位に固定される。これは、図3(d)に示すゲート電極
4下のシリコン基板表面が反転しないようにするためで
ある。もし、この領域が反転しN型になると、抵抗拡散
層5とつながり抵抗値が変化するようになるため、これ
は必要になる。
P型導電層で形成されてもよい。この場合には、Pチャ
ネル型MOSトランジスタのソース・ドレイン領域と同
一の工程で形成されるようになる。なお、この場合に
は、ゲート電極4には電源電圧が印加される。
1にシリサイド層6が形成される場合で、抵抗素子の端
子すなわち電極8に過大電圧が印加される場合には、ゲ
ート絶縁膜9の絶縁破壊が生じやすい。そこで、ゲート
電極4に電圧を印加せずゲート電極が浮遊する状態にな
るようにするとよい。このようなゲート電圧構成は、本
発明の抵抗素子が半導体装置の保護回路を構成する場合
に非常に効果的な手法となる。
図6に基づいて説明する。ここで、図6(a)は本発明
の抵抗素子の平面図である。また、図6(b)は、図6
(a)に記すE−Fで切断した本発明の抵抗素子の断面
図である。これらの図の説明において、第1の実施の形
態で説明したものと同一のものは同一の符号で説明され
る。
2に囲われた素子活性領域の一部を中央部で被覆するゲ
ート電極4aが形成されている。そして、この素子活性
領域の一部を被覆するゲート電極4aで抵抗拡散層5が
2領域に分離されている。また、素子活性領域の両端部
にシリサイド層6が形成されている。さらに、このシリ
サイド層6の所定の領域にコンタク孔7が形成されてい
る。シリサイド層6はこのコンタクト孔7を通して電極
8に接続されるようになる。
いて説明する。図6(b)に示すように、シリコン基板
1の表面の所定の領域に選択的に素子分離絶縁膜2が形
成されている。そして、シリコン基板1の表面であり素
子分離絶縁膜2の形成されていない領域すなわち素子活
性領域の中央部のシリコン基板1上に、ゲート絶縁膜9
を介してゲート電極4aが形成され、その両側にゲート
絶縁膜9とサイドウォール絶縁膜10とが積層して形成
されている。
セルフアラインに2つの抵抗拡散層5が形成されるよう
になる。そして、2つの抵抗拡散層5の間にチャネル領
域16が形成されている。ここで、チャネル領域16は
ゲート電極4aを持つMOSトランジスタのチャネルで
構成される。
して、抵抗拡散層5に接続する不純物拡散層11が素子
活性領域の両端部にのみ形成され、さらにその上部にの
みシリサイド層6が形成されている。ここで、この不純
物拡散層11及びシリサイド層6は、ともにサイドウォ
ール絶縁膜10にセルフアラインに形成されるものであ
る。さらに、層間絶縁膜12が全体を被覆するように形
成され、この層間絶縁膜12のシリサイド層6上領域に
コンタクト孔7が設けられる。さらに、電極8が形成さ
れ、コンタクト孔7を通してシリサイド層6と電気接続
されている。
となる領域は抵抗拡散層5とチャネル領域16とで構成
される。MOSトランジスタのチャネルは、抵抗として
は非常に高くなる。このため、この場合の抵抗素子の抵
抗値は非常に高くなるように設定できるようになる。
電極4aにはチャネル領域16が反転するような電圧が
印加される。
が、LDD構造のMOSトランジスタのソース・ドレイ
ン領域と同一の工程で形成される場合について説明され
た。この場合に、抵抗拡散層がLDD層で形成され、こ
の領域への高濃度不純物の導入を防止するためにサイド
ウォール絶縁膜10がマスクとして使用された。
ためのマスクは、これに限定されるものでない。ロジッ
ク回路の搭載されるような半導体装置では、キャパシタ
が必要になる。そして、このようなキャパシタは、ゲー
ト電極とその上の誘電体膜とさらにその上部の対向電極
とで構成される場合がある。このような場合には、キャ
パシタの対向電極が上記マスクとして用いられてもよ
い。
構造のMOSトランジスタのソース・ドレイン領域の形
成工程と同一の工程で行われる。この場合に、抵抗拡散
層に高濃度不純物が導入されないようにするために、半
導体素子を構成するパターン例えばゲート電極パターン
がそのまま利用されて不純物導入のマスクにされる。
るシリサイド層は、抵抗素子の抵抗拡散層上に選択的に
形成されないようになる。この場合も、上記の半導体素
子を構成するパターンがそのまま利用される。
導体装置の製造工程が、従来の技術に比べ非常に短縮す
るようになる。
不純物濃度が低くなるように容易に制御できるようにな
る。そして、抵抗素子の寸法が短くなるようにできる。
このため、半導体装置の高集積化あるいは高密度化が促
進されるようになる。
抗素子の平面図である。
抗素子の断面図である。
工程順の断面図である。
工程順の断面図である。
工程順の断面図である。
の平面図と断面図である。
と断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体基板上の素子分離絶縁膜に囲まれ
た素子活性領域に形成される抵抗素子において、前記素
子活性領域の両端部に高濃度不純物を含有する1対の第
1の拡散層と前記第1の拡散層に被着するシリサイド層
とを有し、前記1対の第1の拡散層間の素子活性領域に
低濃度不純物を含有する第2の拡散層が形成され、前記
第1の拡散層及びシリサイド層が抵抗素子の端子領域と
なり、前記第2の拡散層が抵抗素子の抵抗体領域となっ
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記第1の拡散層間の素子活性領域上に
おいて所定の離間距離でもって分離され、且つ前記素子
活性領域に第1の絶縁膜を介して形成される導電体膜を
有し、前記所定の離間距離で分離された導電体膜にセル
フアラインに前記第2の拡散層が形成され、前記導電体
膜の側壁部のみに第2の絶縁膜が形成され、前記第2の
拡散層上であって前記所定の離間距離で分離された領域
が前記第2の絶縁膜で充填されていることを特徴とする
請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記第1の拡散層間の素子活性領域の一
部を第1の絶縁膜を介して被覆する導電体膜を有し、前
記素子活性領域の一部にチャネル領域が形成され、前記
抵抗体領域が前記第2の拡散層と前記チャネル領域とで
構成され、前記導電体膜の側壁部のみに第2の絶縁膜が
形成されて前記第2の拡散層上が前記第2の絶縁膜で被
覆されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項4】 半導体装置を構成する絶縁ゲート電界効
果トランジスタのソース・ドレイン領域がLDD構造に
形成され、前記第2の拡散層がLDD層と同一工程で形
成されていることを特徴とする請求項1、請求項2また
は請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記第1の絶縁膜および導電体膜がそれ
ぞれ絶縁ゲート電界効果トランジスタのゲート絶縁膜と
ゲート電極で形成されていることを特徴とする請求項
2、請求項3または請求項4記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記抵抗素子は半導体装置の保護回路を
構成しており、前記導電体膜は電位の与えられないフロ
ーティング状態になっていることを特徴とする請求項2
記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記抵抗素子は半導体装置の論理回路を
構成しており、前記導電体膜には一定電位が与えられて
いることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記第1の拡散層間の素子活性領域上に
第1の絶縁膜を介してパターニングした導電体膜を形成
する工程と、前記導電体膜パターンにセルフアラインに
LDD層を形成し前記第2の拡散層とする工程と、前記
導電体膜の側壁部にサイドウォール絶縁膜を形成し前記
第2の絶縁膜とする工程と、前記導電体膜および第2の
絶縁膜にセルフアラインに高濃度不純物の拡散層を形成
し前記第1の拡散層とする工程と、前記第1の拡散層上
をシリサイド化し前記シリサイド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項1、請求項2、請求項
3、請求項4または請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
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