JPS5910581B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS5910581B2
JPS5910581B2 JP52144335A JP14433577A JPS5910581B2 JP S5910581 B2 JPS5910581 B2 JP S5910581B2 JP 52144335 A JP52144335 A JP 52144335A JP 14433577 A JP14433577 A JP 14433577A JP S5910581 B2 JPS5910581 B2 JP S5910581B2
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silicon
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多結晶半導体層を抵抗素子に用いる半導体装置
において、この抵抗素子上に絶縁膜を介して多結晶半導
体層を設けて抵抗素子長を定めた半導体装置及びその製
造方法に関するものである。
半導体集積回路は半導体基板表面に全ての回路素子を形
成したもので、機能素子としては、バイポーラ形または
MOSを代表とする単極型のトランジスタがある。受動
素子としては拡散抵抗、コンデンサが作り得る。半導体
集積回路は安価に製造するためには回路素子の集積度を
向上することが必要であつて、それぞれの回路素子をで
きるだけ小面積で半導体基板表面上に作成する努力が払
われている。同時に、集積化に適した回路配置も目的に
応じて考案されている。更に、集積化に適した回路素子
の選択についても考慮が払われている。例えばMOSト
ランジスタを用いてフリップフロップを構成したスタテ
ィックのランダム アクセス・メモリーでは、抵抗負荷
として集積度の上からMOSトランジスタのチャンネル
抵抗を利用することによつて、全トランジスタ型のメモ
リーセルが構成されるのが一般的であつた。
これは、通常の拡散抵抗では比較的長く形成する必要が
あつたことによるものである。しかしながら最近では、
多結晶シリコンの気相成長技術及びその他の技術の改良
により高抵抗の多結晶シリコンを再現性よく形成できる
ようになつたので、先のメモリセルの負荷トランジスタ
をこの高抵抗シリコンで置換する動きにある。
この場合、抵抗素子は集積度を低下させることなく、他
の素子及び配線から絶縁して形成されるj ことが必要
であり、また製造面からすれば抵抗の形成が容易であつ
て、所定抵抗値に正確に定め得るものでなければならな
い。ここにおいて、本発明は斯種高抵抗素子を集積化す
る半導体装置において、高密度化に適した構j 造の半
導体装置とその製造方法を提供することを目的とするも
のである。
更に本発明では抵抗素子と配線を重畳した構造として高
密度化が可能の半導体装置を提供することを目的とする
ものである。
更に本発明では高抵抗素子と絶縁ゲート形トランジスタ
を簡単に作り得る半導体装置の製造方法を提供するもの
である。
更に本発明では、高抵抗素子と配線層との絶縁に極めて
薄い絶縁膜が使い得る半導体装置の製造方法を提供する
ものである。
これらの目的を達成するため、本発明によれば、多結晶
半導体層を用いた抵抗素子を有する半導体装置の製造方
法において、半導体基板表面の絶縁膜上に抵抗素子用の
第1の多結晶半導体層を一方向に延在して形成し、該第
1の多結晶半導体層の一部を絶縁膜で被覆し、該絶縁膜
で覆われずに露出している部分の該第1の多結晶半導体
層に接触し且つ該絶縁膜上に前記一方向に延在する第2
の多結晶半導体層を形成し、該絶縁膜と該第2の多結晶
半導体層との両者により被覆されている領域以外の前記
第1の多結晶半導体層部分、及び該第2の多結晶半導体
層に不純物を導入することにより、前記領域の第1の多
結晶半導体層を抵抗素子とすることを特徴とする半導体
装置の製造方法が提供される。
次に本発明を図面に示した実施例に基いて説明する。
第1図は本発明により製作される4トランジスタセル1
0の回路図であつて、このセル10は1対のビツト線1
1,12とワード線13の交又個所にて形成されるもの
で、交又接続された記憶保持用のトランジスタ対Q,と
Q2を含む。
これらQ1とQ2の負荷がR,とR2で本発明により高
抵抗の多結晶半導体層で構成される。
Q3とαはワード線13によりゲート制御されるトラン
ジスタで、Q,とQ2のドレイン端子を対応するビツト
線11と12に接続している。この4トランジ 3スタ
セル10は従来の6トランジスタセルの変形であつて、
これらのセルが、半導体基板上にてマトリツクス状に配
置される。同時にワード線13の群、ビツト線11と1
2の群の選択のため、デコーダ回路が配置される。各ビ
ツト線対には、そ 4の間に、各々検出のためのプリセ
ンスアンプが配置される。所望のビツト線対11,12
とワード線13がこのデコーダ回路によつて選択される
と、フリツプフロツプを構成しているトランジスタ対Q
1とQ2のそれぞれのドレイン電位が、駆動されるQ3
とQ4を介してそれぞれのビツト線11と12へ伝達さ
れ、それらの電位差が、このプリセンスアンプによつて
その状態を維持され、出力段のセンスアンプにて最終的
に記憶状態が読み出されるものである。第2図は、本発
明によつて高集積化を達成したランダムアクセスメモリ
ーの表面パターンを示すものであり、無地の表面が、半
導体基板上の比較的厚いフイールド酸化膜20の部分で
ある。
右斜めの斜線を施した線21は電源線DDであつて、多
結晶シリコンから形成される第一層のものであつて、近
接して上下に延びる二本の配線部分21a,21b,2
1c,21dがあるが、第1図の一個のメモリーセルを
構成しているのは、この内の21bと21cである。こ
れらの配線部分に連続して、ドープ量が調整されて高抵
抗となつている抵抗素子R1とR2がある。これらの先
端部は同じくフイールド酸化膜20上にあつてその表面
が露出されている。
それ以外のR,とR2上の部分は、薄い酸化膜に覆われ
ている。本発明によりこの酸化膜が従来のものより極め
て薄くてよいのが特長であつて、これは後に詳しく述べ
る。ここに、抵抗素子R,,R2これらの先端部、配線
部分21b,c,電源線VDDは全て多結晶シリコンの
同一体から形成されるが、R1とR2はそのドープ量を
低く制御することによつて形成されるものである。
R,とR2の先端が、窓22,23の内部に延びており
、その部分で第2層の多結晶シリコンの配線24,25
と接続している。
この第2層の多結晶シリコンには左斜めの斜線を施して
ある。本発明により、この配線24が下層のR,の上に
、配線25がR2の上に配置されており、その重畳部分
では図示されない薄い酸化膜によつて相互に電気的に絶
縁されている。かかる重ね合わせ構造によつて、セル面
積が低減されていることが特に指適される所である。ま
た、配線24は図示の如くコの字状であつて、これに対
する配線25がT字状であつて相互に入り組んだ表面形
状であることもセル面積の低減に関与している。R1と
R2の間で、その方向と同一方向にMOSトランジスタ
Q1とQ2が形成されている。Q,とQ2のソースは共
通で接地されるので、単一の領域26で構成される。領
域26は拡散又はイオン注入で形成されることは周知で
ある。この領域26内に、接地用の縦方向に延びる接地
線(図示されず)との接続のためのコンタクト窓27が
設けられる。Q,のドレイン28は端29まで延びてい
る。その端29を含んでドレイン28より大きな幅の窓
30が設けられ、配線24の先端がドレイン28と接触
している。Q1のゲート31が配線25から突出してい
て前記のT字状となつている。コの字状配線24の他方
の先端がQ2のゲート32を構成している。Q2のドレ
インはQ4の一方の領域と共通であるので一つの領域3
3として形成される。領域33は窓23内に延び配線2
5との重畳部分にて接触している。Q4の他方の領域3
4はコンタクト窓35を横切るX軸にて対称の隣接セル
内にある同様のゲート制御トランジスタの他方の領域と
共通に形成され、コンタクト窓35を通して、縦方向に
延びるビツト線12と接続される。
Q3の一方の領域38も窓22内に延びており、配線2
4との重畳部分にて互いに接触している。
Q3の他方の領域36はコンタクト窓37を横切る前記
X軸にて対称の前記隣接セル内にある同様のゲート制御
トランジスタの他方の領域と共通に形成され、コンタク
ト窓37を通して縦方向に延びるビツト線11と接続さ
れる。横方向に延びるワード線13は、Q3とQ4のゲ
ートをも構成している。
下段のワード線13aは下段の前記隣接セルのワード線
である。上記の第2層配線24,25はゲートを構成し
ている前記ワード線13と同時に形成され得るもので、
前記第1層の多結晶シリコンと違つて、最初から比較的
高濃度に不純物をドープした多結晶シリコン層として形
成することができる。
上記構造及び接続関係を明らかにするため、第2図での
切断線−,−にてみた断面図を第3図、第4図に示す。
第3図及び第4図にて、P型のシリコン基板には周知の
選択酸化によつて、厚いフイールド酸化膜20が形成さ
れ、その表面に第1層の多結晶シリコン層が公知の気相
成長法により形成される。
気相成長時不純物のドーピングを行なわなければ、数千
MΩ/口の面積抵抗が得られる。抵抗値の調フ整のため
イオン注入を適用して精密にコントロールするのがよい
表面酸化膜40が残されている部分の長さが所望の高抵
抗R1を与える。窓22はこの酸化膜40の除去部分の
段差として現われる。不純物が高度にドープされた第2
層の多結晶シリコン層が同じ気相成長法により生成され
、トランジスタのゲート即ちワード線および配線24,
25を残すようパターニングされる。配線24は窓22
内においてR1の端子部に接し、又基板にも接している
。ソース、ドレインの形成および配線への導電性の付与
のため拡散又はイオン注入法が適用される。
こうして、電源線21、配線部分21cおよび窓22内
に露出するR,の端子部が所望の低抵抗値にされる。表
面保護膜39は特に第2図に示さなかつたが、これは燐
シリケートガラス層であつて、気相成長法によつて生成
されるものであつて、層間絶縁膜としての機能をはたす
窓37及び27(これは図示されていない)が、このガ
ラス層39に設けられる。ここにR,とQ3の一方の領
域38とは、第1図に示す通りの接続が必要であるが、
直接接触せず、第2層のシリコン配線層24を介して導
電接続されていることが注目される。
R1より低い抵抗値は、単に窓22の縦方向の長さを調
節することにより制御できる。上記のランダムアクセス
メモリーは次の製造方法により製作される。
例示のため、第3図と同一位置でみた製造過程を次の図
面に示す。第5図にて、所定比抵抗のP型シリコン基板
50を用意し、熱酸化により厚さ500人の二酸化シリ
コン膜51を生成する。
次いで、モノシランとアンモニアとの気相反応によりそ
の表面に厚さ1000λの窒化シリコン膜52を生成す
る。
フオトエツチングを適用し、この二層膜をエツチングし
て、ソース、ドレインを形成すべき表面領域にまたがつ
て二層膜が残るようにする。再び熱酸化により、厚さ6
000人のフイールド酸化膜20を選択的に生成する。
第6図にて、モノシランの熱分解により厚さ3000へ
の多結晶シリコンを被着する。
この多結晶シリコンは、被着後の表面抵抗で数千MΩ/
口が得られ、目的のKΩ/口乃至MΩ/口の表面抵抗と
するため、このポリシリコンのフオトエツチングの前後
において、砒素のイオン注入を適用し、抵抗値の調整を
行なう。このイオン注入量は微量であつて、イオン注入
後においてもシリコンのパターニングが困難となるよう
なことはない。
イオン注入の前後において、このシリコン層を第2図に
て右斜めの斜線を施した第1層ポリシリコンの形状に残
す。この後で酸化性雰囲気の炉にてこのポリシリコン表
面を酸化し、およそ2000人のシリコン酸化膜40を
生成する。シリコン酸化膜40は、本発明ではこの上に
ポリシリコンが再び形成されるので、電気的絶縁のため
には100λ以上の厚さであればよくその厚さを任意の
値に設定することができる。
先の如く、2000λの酸化膜40を生成したときは、
基板を燐酸溶液中にて、窒化シリコン膜52を除去し、
続いて弗酸系溶液にて酸化膜51を除去する。
二この後、酸化膜
40は層間絶縁に十分な1000λ以上の酸化膜として
残る。従つて、窒化シリコンのエツチングの際1層目の
ポリシリコンの表面が荒れる現象も防止される。
第7図にて、ゲート酸化膜53を形成するため2熱酸化
を行ない厚さ400λのシリコン酸化膜を、前記の窒化
シリコン膜52が残された表面領域にて生成する。第8
図にて、窓22で囲まれた部分を露出して他を覆うレジ
スト膜54を被着し、窓22内に露3出するシリコン酸
化膜53と40を除去する。
この際、厚い酸化膜20の一部がエツチングされるが、
これは何等差しつかえない。第9図にて、レジスト膜5
4を除去した後、全表面に気相成長法により燐をドープ
した多結晶シ3リコンを厚さ4000λの厚さに被着す
る。
被着しただけの表面抵抗は100Ω/口であり、引続く
アニールで30Ω/口に低下する。ワード線13、配線
パターン24,25の形状にフオトレジスト55を被着
し、表面に露出する 4この多結晶シリコンをエツチン
グ除去する。
このときの状態を第9図に示す。引続いて、レジスト5
5及びパターニングされた多結晶シリコン13,24,
25をマスクとして、露出する薄い酸化膜即ち、400
λのゲート酸化膜及び1000λの層間絶縁膜40をエ
ツチングする。ゲート13下では、その両端からそれぞ
れ約1000λのサイドエツチングが生ずるが、3μ幅
のゲートを作成したとき何等障害が起きていない。ここ
でレジスト55を除去し、ソース、ドレインの形成、配
線の導電化のためイオン注入工程に移る。
第10図にて、多結晶シリコンをマスクとしてイオン注
入を行なう。
ドーピング材料は砒素であつて、100Keの注入エネ
ルギーのときの突入深さ(プロジエタテ ドレンジRp
)は500λである。配線24は4000λであるから
配線24(及び25)下の第1層目の多結晶シリコンに
は何等イオンの注入はなく、高表面抵抗は低下されるこ
とがない。引続くアニール処理で注入された砒素が内部
に再分布され、所定深さにPN接合が形成される。同時
に電源線21、配線部分21a〜21dこれと反対側の
R,の端子部にて注入不純物の活性化が行われ、所望の
低抵抗となる。
最後の工程は、全表面に燐シリケートガラスの表面絶縁
膜を形成することであり、フオトエツチングによつて、
コンタクト窓37,34,27がこのガラス層39に形
成される。
ビツト線11,12への接続が、前述の如くこれらのコ
ンタクト窓を通してなされる。このようにして第3図示
の断面構造をもつ装置が完成される。以上の工程で特長
的な事項は第6図の工程にて、選択酸化に用いた窒化シ
リコン膜52を除去せず、残したままの状態で第1層の
ポリシリコンを表面酸化する点にある。
仮に、窒化シリコン膜52を除去した後にポリシリコン
の表面酸化を行なうならば、ポリシリコンの表面酸化膜
を形成する際、ゲート形成部での基板の酸化が進行し、
改めて、所定膜厚のゲート酸化膜を形成する工程が必要
となる。又、上記の工程で特長的なことは、約2000
λの酸化膜40を形成しておけば、窒化シリコン膜52
と酸化膜51を、エツチング液中に浸漬して除去する工
程の後、第1層と第2層のポリシリコンの絶縁に十分な
膜厚、およそ1000λで残る点である。
更に、第3の特長は、酸化膜40が1000λとなつて
もソース、ドレイン形成、導電化のたのの唯一回のイオ
ン注入の際、第2層のポリシリコンがマスクとなること
であつて、これは燐シリケートガラスからの固相拡散で
も同様に生ずる利点がある。
仮に、第2層のポリシリコンが第1層の上に重畳されて
いないときは、注入が少量であるが発生し、特に前記の
固相拡散中、ガラスは酸化膜と溶融し、全くマスク性が
なくなる。これは、素子面積の減少のために施した高抵
抗層と配線用ポリシリコンの重畳に伴なつて生ずる効果
である。上記においては、特定の実施例をもつて本発明
を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載した半導体装置とその製
造方法にその特徴を有するものであるO
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例により作製される4トランジス
タセルの回路図、第2図はこの実施例のランダムアクセ
スメモリセルの表面パターンを示す上面図、第3図は第
2図にて−lでみた断面フ図、第4図は第2図にて−で
みた断面図、第5図は本発明製造方法におけるシリコン
基板を選択酸化したときの断面図、第6図は第5図の酸
化膜上に高抵抗の第1層多結晶シリコンを形成し、表面
酸化したときの断面図、第7図はゲート酸化膜を形成し
たときの断面図、第8図は酸化膜の工ツチングのための
レジストマスクを施した基板の断面図、第9図はゲート
電極、配線の第2層多結晶シリコンを形成したときの断
面図、第10図はシリコン基板、第1と第2の多結晶シ
リコン層に素子形成のためのイオン注入を行つたときの
断面図を示す。 図中、Q,乃至Q2はMOSトランジスタ素子、R,及
びR2は高抵抗、11及び12はビツト線、13はワー
ド線、20はフイールド酸化膜、21は電源線、24及
び25は第2層の多結晶シリコンの配線、36はN型ソ
ース領域、38はN型ドレイン領域、39は燐シリケー
トガラス層40は第1層多結晶シリコンの表面酸化膜で
ある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多結晶半導体層を用いた抵抗素子を有する半導体装
    置の製造方法において、半導体基板表面の絶縁膜上に抵
    抗素子用の第1の多結晶半導体層を一方向に延在して形
    成し、該第1の多結晶半導体層の一部を絶縁膜で被覆し
    、該絶縁膜で覆われずに露出している部分の該第1の多
    結晶半導体層に接触し且つ該絶縁膜上に前記一方向に延
    在する第2の多結晶半導体層を形成し、該絶縁膜と該第
    2の多結晶半導体層との両者により被覆されている領域
    以外の前記第1の多結晶半導体層部分、及び該第2の多
    結晶半導体層に不純物を導入することにより前記領域の
    第1の多結晶半導体層を抵抗素子とすることを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
JP52144335A 1977-12-01 1977-12-01 半導体装置の製造方法 Expired JPS5910581B2 (ja)

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EP78300699A EP0002364B1 (en) 1977-12-01 1978-11-30 Integrated semiconductor device and process for producing it
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