KR100228462B1 - Semiconductor device and the manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
아날로그 회로에 적합한, 용량비(capacitance ratio)가 높은 커패시터와 저저항인 폴리실리콘 게이트 전극 및 저항체를 가지며, 양산성이 높은 반도체 장치 및 그 제조 방법이 제공된다.Provided are a semiconductor device having a high capacitance ratio, a low resistance polysilicon gate electrode and a resistor suitable for an analog circuit, and a high mass productive semiconductor device and a manufacturing method thereof.
본 발명에 따르면, 다결청 실리콘층과 실리사이트층과의 적층 구조로 이루어진 게이트를 가진 트랜지스터와 다결정 실리콘의 열산화막을 층간 절연막으로 하고, 다결정 실리콘을 양 전극으로 한 커패시터를 형성하고, 전압 계수가 우수한 커패시터와 고저향율이 필요한 저항 소자, 고속성이 요구되는 게이트부 및 배선부를 동일 기판상에 형성하여 신뢰성 높은 반도체 장치를 제공한다. 제1마스크체는 상부 전극의 상면 및 측면을 덮고 있어서 상부 전극에 대한 필요 없는 에칭을 방지할 수 있으며, 제2다결정 실리콘층을 도핑할 때 제1다결정 실리콘으로 형성되는 게이트전극 및 저항체도 저저항화되어 유니트 커패시터의 하부 전극의 시트 저항을 30 내지 1000Ω/?의 범위로 제어하도록 하면 게이트 전극을 저저항으로 유지한 채 유니트 커패시터의 용량비를 저하시키지 않으면서 스위칭 커패시터 필터의 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a transistor having a gate having a laminated structure of a polycrystalline silicon layer and a silicide layer and a thermal oxide film of polycrystalline silicon are formed as an interlayer insulating film, and a capacitor having polycrystalline silicon as a positive electrode is formed, and the voltage coefficient is A highly reliable semiconductor device is formed by forming an excellent capacitor, a resistive element requiring a high low refractive index, a gate portion and a wiring portion requiring high speed on the same substrate. The first mask body covers the upper and side surfaces of the upper electrode, thereby preventing unnecessary etching of the upper electrode, and the gate electrode and the resistor formed of the first polycrystalline silicon when doping the second polycrystalline silicon layer also have low resistance. By controlling the sheet resistance of the lower electrode of the unit capacitor in the range of 30 to 1000 Ω / ?, it is possible to improve the performance of the switching capacitor filter without lowering the capacity ratio of the unit capacitor while keeping the gate electrode low. .
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다결정 실리콘층으로 형성되는 커패시터를 사용한 아날로그 회로, 특히 스위칭 커패시터 회로 등에 적합한 반도체 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
근래, 반도체 집적 회로는 매우 미세화되고 있다. 이런 미세화 양상에 따라, 소자에 이용되는 게이트나 배선의 선 폭이 작아지고 있다. 게이트의 선 폭이 작아짐으로써 생기는 쇼트 채널 효과를 경감하는 것으로서 일본 특공소 62-31506호 공보에는 TEOS(테트라 에톡시 실란)의 열분해 등에 의한 CVD(Chemical Vapor Deposition)로 절연막을 형성하고, 이방성 드라이 에칭에 의해 측벽을 형성해서 소스 및 드레인을 2중 구조로 하는, 이른바 LDD(Lightly Doped Drain) 구조가 기재되어 있다.In recent years, semiconductor integrated circuits have become very fine. According to such a miniaturization aspect, the line width of the gate and wiring used for an element becomes small. In order to reduce the short channel effect caused by decreasing the line width of the gate, Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-31506 discloses an insulating film formed by CVD (Chemical Vapor Deposition) by thermal decomposition of TEOS (tetra ethoxy silane), and anisotropic dry etching. A so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure is described in which sidewalls are formed to form a double structure of a source and a drain.
또한, 미세화에 따라 게이트나 배선의 선폭이 작아지기 때문에 저항이 커져서 신호의 전달 특성이 느려지는 문제가 생긴다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 미합중국 특허 제4,392,299호에는 다결정 실리콘 상에 금속 실리사이드를 퇴적해서 저저항 게이트나 배선을 형성하는 것이 기재되어 있다.In addition, as the miniaturization reduces the line width of the gate and the wiring, the resistance increases, which causes a problem of slowing down the signal transmission characteristics. In order to solve this problem, U.S. Patent No. 4,392,299 describes the deposition of metal silicide on polycrystalline silicon to form a low resistance gate or wiring.
그러나, 아날로그 회로에서는 저항 소자나 커패시터가 많이 사용되고, 상기와 같은 저저항 다결정 실리콘과 실리사이드의 적응 구조에 의한 배선으로 고저항의 저항 소자를 형성하면 배선을 길게 할 필요가 있어서 칩면적 증대를 초래하는 문제가 있었다. 제2도는 일반적인 스위칭 커패시터 필터(이하 SCF로 표기)의 구성을 도시하는 회로도이다. 제2도에서 C1 및 C2는 각각 복수의 유니트 커패시터의 집합체로 구성된다. 이러한 유니트 커패시터를 갖는 반도체 장치의 제조 방법의 한 예를 제4도를 참조하여 설명한다.However, in an analog circuit, a resistive element or a capacitor is used a lot, and when a resistive element having a high resistance is formed by wiring using the adaptive structure of low-resistance polycrystalline silicon and silicide as described above, the wiring needs to be lengthened, resulting in an increase in chip area. There was a problem. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a general switching capacitor filter (hereinafter referred to as SCF). In FIG. 2, C1 and C2 are each composed of a plurality of unit capacitors. An example of a method of manufacturing a semiconductor device having such a unit capacitor will be described with reference to FIG.
먼저, 제4(a)도에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(1)상에 필드 산화막(2)을 형성한 후 이 필드 산화막(2)상에 제1다결정실리콘층(3)을 예를 들면, SiH4가스의 열분해 등으로 퇴적한다. 다음으로, 저저항을 유지하기 위해 제1다결정실리곤층(3)에 대해 POCl3등의 확산법으로 불순물로서 인을 고농도로 확산해서 중(重) 도프층(H1)으로 한다. 중 도프층(H1)으로 된 제1다결정실리콘층(3)상에는 제4(b)도에 도시하는 바와 같이 트랜지스터 형성 영역(A) 및 커패시터 형성 영역(B)에 각각 레지스트(8)를 설치한 후 제1다결정실리콘층(3)에 대해서, 예를 들면 포토리소그래피 및 에칭에 의해 패터닝해서 게이트 전극(3A)(H1) 및 커패시터 하부 전극(3B)(H1)을 형성한다[제4(c)도 참조]. 또한, 제4도에서 참조 부호(10)는 게이트 산화막이다.First, as shown in FIG. 4 (a), after forming the
다음으로 중 도프층(H1) 위에 제4(d)도에 도시하는 바와 같이 예를 들면, 열산화 또는 CVD법 등으로 층간 절연막(4)을 피착한다. 이 위에 제2다결정실리콘층(5)을 퇴적시킨다[제4(e)도 참조]. 다음으로 이 제2다결정실리콘층(5)에 대해 제1다결정실리콘층(3)에 대한 도핑과 동일한 방법으로 인을 고농도로 확산해서 이것도 저저항화하기 위해 중도프층(H2)으로 한다[제4(f)도 참조]. 그 다음, 제4(g)도에 도시하는 바와 같이 중 도프층(H2)으로 된 제2다결정실리콘층(5) 위에 레지스트(9)를 설치한 후 제2다결정실리콘층(5)에 대해 예를 들면, 포토리소그래피에 의해 패터닝한다[제4(h)도 참조].Next, an
또한, 제3도는 제2다결정실리콘층(5)을 먼저 패터닝한 후에 제1다결정실리콘층(3)을 패터닝하는 예이다. 상술한 제조 방법에서는 게이트 전극이나 폴리 저항(도면에 기재 않음)을 저저항화하기 위해 제1다결정실리콘층의 불순물 농도가 높아진다. 그러므로, 제1다결정실리콘층으로 형성된 커패시터 하부 전극에서 그 도핑중 또는 도핑 후의 열공정에서 막(3)의 내부에 결정립이 성장하여 막 표면에 요철이 생기게 된다. 이와 같은 요철 표면의 다결정실리콘층 상에 형성되는 유니트 커패시터는 그 용랑비가 저하한다. 이 용량비는 제2도의 커패시터 C1과 C2의 비로서 예를 들면, 적분기의 특성을 결정하고, SCF의 특성도 결정하는 것이다. 따라서, 용랑비가 낮은 커패시터로 구성된 SCF의 특성도 고르지 않은 문제가 있었다.3 shows an example in which the
또한, 게이트 산화막이나 커패시터의 층간 절연막은 금속 실리사이드 등에서 불순물이 혼입됨으로써 내압 저하 등을 일으키기 때문에 게이트 산화막이나 커패시터의 층간 절연막의 형성을 금속 실리사이트 형성 후에 형성하면 신뢰성이 손상되는 문제가 있었다. 또한, 게이트 산화막과 커패시터의 층간 절연막은 독립적으로 형성됨으로써 각각의 막에 적합한 산화 방법을 이용하려는 요구도 있었다.In addition, since the interlayer insulating film of the gate oxide film or the capacitor causes a breakdown voltage due to the incorporation of impurities in the metal silicide or the like, there is a problem that the reliability of the interlayer insulating film of the gate oxide film or the capacitor is formed after the metal silicide is formed. In addition, since the gate oxide film and the interlayer insulating film of the capacitor are formed independently, there has been a demand to use an oxidation method suitable for each film.
이상의 점을 고려해서 본 발명은 아날로그 회로에 적합한 반도체 장차 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 특히, 용량비가 높은 커패시터와 저저항인 폴리실리콘 게이트 전극 및 저항체를 가지며, 또한 양산성이 높은 반도체 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above, this invention makes it a subject to provide the semiconductor future suitable for an analog circuit, and its manufacturing method. In particular, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a high capacitance ratio, a low-resistance polysilicon gate electrode and a resistor, and also having high mass productivity.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 청구항 1은 반도체 기판상에 설치되고 다결정 실리콘층과 금속 실리사이드층으로 이루어지는 게이트 전극을 갖는 MOS트랜지스터와, 하부 전극층을 형성하고 있는 제1다결정 실리콘층 및 층간 절연층과 상부 전극층을 형성하고 있는 제2다결정 실리콘층으로 이루어지는 커패시터를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다.In order to solve the above problems, claim 1 of the present invention is a MOS transistor having a gate electrode formed on a semiconductor substrate and consisting of a polysilicon layer and a metal silicide layer, and a first polycrystalline silicon layer and interlayer insulation forming a lower electrode layer. A semiconductor device comprising a capacitor comprising a second polycrystalline silicon layer forming a layer and an upper electrode layer.
본 발명의 청구항 2는 상기 커패시터는 절연층에 의해 상기 상부 전극층 및 그 측면이 덮여 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 3은 상기 금속 실리사이드는 WSi, MoSi2, TiSi2, TaSi2, CoSi2에서 선택된 적어도 하나 이상의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 4는 상기 층간 절연층이 SiO2인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 5는 상기 제2다결정 실리콘층을 덮는 절연층이 SiO2인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 6은 상기 제2다결정 실리콘층을 덮는 절연층이 SiN인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.Claim 6 of the present invention is the semiconductor device according to
본 발명의 청구항 7은 상기 제1다결정 실리콘층의 시트 저항이 30 내지 1000Ω/?인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.Claim 7 of this invention is a semiconductor device of
본 발명의 청구항 8은 상기 커패시터는 유니트 커패시터인 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 9는 하부 전극층 부분의 저항이 다른 다결정 실리콘층의 저항보다 높은 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 반도체 장치이다.Claim 9 of the present invention is the semiconductor device according to
본 발명의 청구항 10은 반도체 기판상에 설치되며 다결정 실리콘층과 금속 실리사이드층으로 이루어지는 게이트 전극을 갖는 MOS 트랜지스터, 하부 전극층을 형성하고 있는 제1다결정 실리콘층과 층간 절연막 및 상부 전극층을 형성하고 있는 제2다결정 실리콘층으로 이루어지는 커패시터, 다결정 실리콘층 단층으로 이루어지는 저항체를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다.
본 발명의 청구항 11은 다결정 실리콘으로 구성되는 커패시터의 하부 전극의 불순물 농도가 그 주변의 불순물 농도보다 상대적으로 낮고, 시트 저항값이 30 내지 1000Ω/? 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다.
예를 틀어, 실리콘 기판 능의 반도체 기판상에 소자간 분리를 위한 필드 산화막을 형성한다. 이어서, 반도체 기판의 필드 산화막이 형성되어 있지 않은 부분에 게이트 산화막을 형성하고, 게이트 산화막과 필드 산화막 상에 제1다결정 실리콘층을 퇴적해서 불순물로서 예를 틀면, 인을 확산한다. 제1다결정 실리콘층의 표면을 예를 들면, 산화 분위기 중에서의 열산화에 의해 산화하던가 또는 CVD에 의해 SiN이나 SiO2의 절연층을 형성해서 절연층 상에 제2다결정 실리콘층을 형성한다. 예를 들면, 레지스트를 이용해서 커패시터의 상부 전극층으로 되는 부분을 남기고 상기 제2다결정 실리콘층을 에칭하여 상기 상부 전극층 및 그 측면을 덮는 제1마스크체를 선택적으로 피착한다. 제1마스크체는 CVD에 의해 형성되는 SiN이나 SiO2의 절연층을 이용할 수 있다.For example, a field oxide film for separation between elements is formed on a semiconductor substrate of silicon substrate capability. Subsequently, a gate oxide film is formed in a portion where the field oxide film of the semiconductor substrate is not formed, and a first polycrystalline silicon layer is deposited on the gate oxide film and the field oxide film to form phosphorus as an impurity. The surface of the first polycrystalline silicon layer is oxidized, for example, by thermal oxidation in an oxidizing atmosphere, or an insulating layer of SiN or SiO 2 is formed by CVD to form a second polycrystalline silicon layer on the insulating layer. For example, a resist is used to etch the second polycrystalline silicon layer, leaving a portion of the capacitor as the upper electrode layer, and selectively deposit the first mask body covering the upper electrode layer and its side surface. As the first mask body, an insulating layer of SiN or SiO 2 formed by CVD can be used.
이어서, 금속 실리사이드층을 형성한 후 MOS 트랜지스터의 게이트 전극으로 되는 부분에 레지스트 등의 제2마스크체를 형성하고, 상기 제1다결정 실리콘층과 상기 금속 실리사이드층을 에칭한다. 금속 실리사이드로서는 고융점 금속 실리사이드 예를 들면, 텅스텐 실리사이트(WSi), 몰리브텐 실리사이드(MoSi2), 티탄 실리사이드(TiSi2), 탄탈 실리사이드(TaSi2), 코발트 실리사이드(CoSi2)에서 선택된 적어도 하나 이상의 층으로 이루어지는 층을 사용할 수 있다.Subsequently, after forming the metal silicide layer, a second mask body such as a resist is formed on the portion of the MOS transistor to serve as a gate electrode, and the first polycrystalline silicon layer and the metal silicide layer are etched. As the metal silicide, at least one selected from high melting point metal silicide, for example, tungsten silicide (WSi), molybdenum silicide (MoSi 2 ), titanium silicide (TiSi 2 ), tantalum silicide (TaSi 2 ), and cobalt silicide (CoSi 2 ) Layers consisting of one or more layers can be used.
이와 같이 해서 동일 반도체 기판상에 다결정 실리콘과 금속 실리사이드의 적층 구조로 이루어지는 게이트 전극과 다결정 실리콘층의 전극 및 실리콘 산화막의 층간 절연막으로 이루어지는 커패시터를 얻을 수 있다. 따라서, 배선 부분이나 게이트 전극 부분은 저저항으로 되고, 커패시터 부분은 내압이 높고, 용랑비가 높아진다.In this manner, a capacitor including a gate electrode having a laminated structure of polycrystalline silicon and a metal silicide, an electrode of a polycrystalline silicon layer, and an interlayer insulating film of a silicon oxide film can be obtained on the same semiconductor substrate. Therefore, the wiring portion and the gate electrode portion become low resistance, the capacitor portion has high breakdown voltage and high melt ratio.
제1다결정 실리콘층에 시트 저항이 30 내지 1000Ω/Ω로 되도록 불순물을 확산하면, 그 전극 부분에서의 실리콘 결정립의 성장을 억제할 수 있어서 전극 표면의 요철 발생을 줄일 수 있다. 따라서, 유니트 커패시터의 정밀도비(precision ratio)를 저하시키지 않는다.If the impurity is diffused into the first polycrystalline silicon layer so as to have a sheet resistance of 30 to 1000 Ω / Ω, growth of silicon crystal grains in the electrode portion can be suppressed and the occurrence of irregularities on the electrode surface can be reduced. Therefore, the precision ratio of the unit capacitors is not lowered.
또한, 상부 전극층 및 그 측면을 제1마스크로 덮음과 동시에 다결정 실리콘층 단층의 저항체로 되는 부분을 덮어서 다결정 실리콘층과 금속 실리사이드층과의 적층 구조로 이루어지는 게이트 전극과 다결정 실리콘층의 전극 및 실리콘 산화막의 층간 절연막으로 이루어지는 커패시터와 다결정 실리콘층 단층으로 이루어지는 저항체를 형성할 수 있다. 따라서, 상술한 커패시터 및 게이트 전극 외에 고저항의 저항 소자를 형성할 수 있으므로 칩 크기를 축소할 수 있다.In addition, the upper electrode layer and its side surface are covered with a first mask, and a portion of the polycrystalline silicon layer monolayer, which becomes a resistor, is formed of a laminated structure of a polycrystalline silicon layer and a metal silicide layer, and an electrode and a silicon oxide film of the polycrystalline silicon layer. A capacitor composed of an interlayer insulating film and a resistor composed of a single layer of a polycrystalline silicon layer can be formed. Therefore, a high resistance resistor can be formed in addition to the above-described capacitor and gate electrode, so that the chip size can be reduced.
또한, 제2다결정 실리콘층을 에칭함과 동시에 제1다결정 실리콘층상의 절연층을 에칭하고, 이어서 불순물을 확산해서 제2다결정 실리콘층과 제2다결정 실리콘층으로 덮여 있지 않는 제1다결정 실리콘층과의 저항을 낮춤으로써 제2다결정 실리콘층을 도핑할 때 제1다결정 실리콘층으로 형성되는 게이트 전극 및 저항체도 저저항화된다. 따라서, 본 발명에 의해 게이트 전극 등을 저저항으로 유지한 채 유니트 커패시터의 정밀도비를 저하시키지 않고 SCF의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the second polycrystalline silicon layer is etched and the insulating layer on the first polycrystalline silicon layer is etched, and then the first polycrystalline silicon layer is not covered with the second polycrystalline silicon layer and the second polycrystalline silicon layer by diffusing impurities. When the second polycrystalline silicon layer is doped by lowering the resistance of the gate electrode and the resistor formed of the first polycrystalline silicon layer, the resistance is also reduced. Therefore, according to the present invention, the performance of the SCF can be improved without lowering the precision ratio of the unit capacitor while keeping the gate electrode or the like at low resistance.
또한, 본 발명은 제1 및 제2다결정 실리콘층에 대한 도핑을 열확산법으로 처리하면 양산성을 유지한채 실시 가능하다.In addition, the present invention can be carried out while maintaining the mass productivity if the doping to the first and second polycrystalline silicon layer is treated by thermal diffusion method.
제1도는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 제1실시예를 설명하기 위한 공정도로, 제1(a)도 내지 제1(f)도는 각각의 공정 후의 반도체 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도.1 is a process diagram for explaining a first embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, and FIGS. 1 (a) to 1 (f) are schematic cross-sectional views showing the structure of a semiconductor device after each process.
제2도는 일반적인 SCF의 구성을 도시하는 회로도.2 is a circuit diagram showing the configuration of a typical SCF.
제3도는 종래의 반도체 장치 제조 방법의 한 예를 설명하기 위한 공정도로, 제3(a)도 내지 제3(i)도는 각 공정 후의 반도체 장치의 구실을 도시하는 개락 단면도.3 is a process diagram for explaining an example of a conventional semiconductor device manufacturing method, and FIGS. 3 (a) to 3 (i) are cross-sectional views showing an excavation of the semiconductor device after each step.
제4도는 종래 반도체 장치의 제조 방법의 다른 예를 설명하기 위한 공정도로, 제4(a)도 내지 제4(h)도는 각 공정 후의 반도체 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도.4 is a process diagram for explaining another example of a conventional method for manufacturing a semiconductor device, and FIGS. 4A to 4H are schematic sectional views showing the structure of the semiconductor device after each process.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
50 : 반도체 기판 51 : 필트 산화막50
52 : 제1다결정 실리콘층 53 : 층간 절연막52: first polycrystalline silicon layer 53: interlayer insulating film
54 : 제2다결정 실리콘층 55 : 게이트 산화막54 second
56,58 : 레지스트 57 : 제1마스크체(절연층)56,58: Resist 57: First Mask Body (Insulation Layer)
59 : 금속 실리사이드층 60 : 제2마스크체(레지스트)59
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다. 도면에서 동일한 것에는 동일 번호를 붙이고 반복 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are assigned to the same numbers, and repetitive descriptions are omitted.
[제1실시예][First Embodiment]
제1도는 본 발명의 반도체 장치 및 그 제조 방법의 공정을 도시하는 공정도로 CMOS 아날로그 회로에 중요한 커패시터를 형성하는 예이다. CMOS 아날로그 회로에서는 전압 특성이나 온도 특성에 우수한 다결정 실리콘을 양전극으로 해서 실리콘 산화막을 층간 절연막으로 한 커패시터를 이용하는 것이 좋다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 층간 절연막을 고속성이 좋은 고융점 실리사이드막을 배선 및 게이트 재료로 이용한 MOS 트랜지스터와 동일 기판상에 실현하는 방법을 제공하는 것이다. 또 알루미늄 등의 배선이나 패시베이션막 등은 생략하고 도시한다.1 is an example of forming an important capacitor in a CMOS analog circuit with a process diagram showing a process of the semiconductor device of the present invention and a manufacturing method thereof. In a CMOS analog circuit, it is preferable to use a capacitor having polysilicon excellent in voltage characteristics and temperature characteristics as a positive electrode and a silicon oxide film as an interlayer insulating film. Therefore, the present embodiment provides a method of realizing the interlayer insulating film on the same substrate as the MOS transistor using the high melting point silicide film having high speed as the wiring and gate material. In addition, wiring, a passivation film, etc., such as aluminum, are abbreviate | omitted and shown.
제1도에서 참조 부호(50)는 반도체 기판, (51)은 필드 산화막, (55)는 게이트산화막, (56)은 제1다결정 실리콘층, (53)은 층간 절연막, (54)는 제2다결정 실리콘층, (56)은 레지스트, (57)은 제1마스크체로 되는 절연층, (58)은 제1마스크체를 형성하기 위한 레지스트, (59)는 금속 실리사이드층, (60)은 제2마스크체이다.In FIG. 1,
제1(a)도에서 공지된 방법으로 실리콘 기판(50) 표면에 필드 산화막(51)을 형성하고, 액티브 영역에 제1절연막으로서 게이트 산화막(55)을 예를 들면 250두께로 형성한다. 또 다결정 실리콘층(52)을 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 등으로 예를 들면, 3000두께로 형성한다. 다결정 실리콘층(52)은 커패시터의 하부 전극이 됨과 동시에 게이트나 배선에 사용되는 고융점 금속 실리사이드막과 다결정 실리콘막의 적층 구조의 하부측이 된다. 이어서, 다결정 실리콘층(53)에 불순물로서 인을 기상 확산 방법에 의해 도핑한다.The
다음으로, 산화 분위기 중에서 다결정 실리콘층(52)의 표면을 열산화해서 절연층인 층간 절연막(53)을 형성한다. 층간 절연막(53)의 두께는 예를 들면 450이다. 또, 층간 절연막(53)상에 제2다결정 실리콘막(54)을 형성해서 인을 도핑한다. 다결정 실리콘층(54)은 커패시터의 상부 전극으로 되는 부분이다. 형성 조건은 다결정 실리콘층(52)의 형성 조건과 동일하면 된다.Next, in the oxidizing atmosphere, the surface of the
다음에, 제1(b)도에 도시되는 바와 같이 커패시터의 상부 전극으로 되어야 할 부분에 레지스트(56)를 형성해서 다결정 실리콘층(54)을 에칭한다. 절연층(53)도 에칭해도 좋다.Next, as shown in FIG. 1 (b), a resist 56 is formed on the portion of the capacitor that is to be the upper electrode, and the
다음에, 레지스트(56)를 제거한 후, 제1(c)도에 도시하는 바와 같이 TEOS(테트라 에톡시 실란)의 열분해에 의한 실리콘 산화층(57)을 예를 들면, 1000두께로 형성해서 절연층으로 한다. 실리콘 산화층(57)은 다결정 실리콘층(52)과 에칭 선택비가 충분히 큰 것이면 되고 실리콘 산화층(57) 대신 예를 들면, 질화실리콘(SiN)이라도 좋다.Next, after removing the resist 56, as shown in FIG. 1 (c), the
또한, 실리콘 산화층(57)상에 다결정 실리콘층(52) 중 커패시터의 하부 전극으로 되어야 할 부분에 레지스트(58)를 형성하고, 실리콘 산화층(57) 및 층간 절연막(53)을 에칭하고 이어서 레지스트(58)를 제거해서 제1(d)도에 도시하는 바와 같이 제1마스크체(57)가 형성된다. 제1마스크체(57)는 상부 전극층으로 되는 제2다결정 실리콘층의 상면 및 그 측면을 덮도록 피착되어 있다. 제2마스크체(60)는 후술하는 바와 같이 금속 실리사이드를 에칭할 때의 마스크로 됨과 동시에 금속 실리콘층을 에칭할 때 비상하는 금속 입자에 의한 오염을 방지한다. 또한, 상부 전극과 하부 전극의 단락 방지 역할을 한다. 또한, 도시하지는 않으나 제2다결정 실리콘층(54) 중 저항 소자로 되는 부분의 상부에 제1마스크체(57), 즉 실리콘 산화층(57)을 선택적으로 남김으로써 해당 부분을 고저항의 저항 소자로 할 수 있다.Further, a resist 58 is formed on a portion of the
다음에, 제1(e)도에 도시하는 바와 같이, 텅스텐 실리사이드(59)를 예를 들면, 2000두께로 형성한다. 다결정 실리콘층과 실리사이드층과의 적층 구조로되어야 할 부분에 제2마스크체인 레지스트(60)를 형성하고, 플라즈마 에칭법을 이용해서 텅스텐 실리사이드와 다결정 실리콘을 에칭한다. 이때, 레지스트(60)부분은 에칭되지 않고 다결정 실리콘층과 실리사이드층의 적층 구조로 된다. 이러한 적층 구조는 MOS 트랜지스터의 게이트 전극이 된다.Next, as shown in FIG. 1 (e), the
실리콘 산화층(57)의 부분은 그 위의 텅스텐 실리사이드가 에칭되나, 실리콘산화층(57) 하부의 다결정 실리콘층(52), 층간 절연막(53), 다결정 실리콘층(54)은 실리콘 산화층(57)이 마스크로서 기능해서 다결정 실리콘층(52 및 54)과 층간 절연막(53)으로 이루어지는 커패시터를 형성할 수 있다. 또, 제1다결정 실리콘층(52)상에 형성된 마스크체에 의해 해당 부분은 텅스텐 실리사이드가 피착되지 않은 고저항영역으로 되어 저항 소자로 이용할 수 있다.The portion of the
이어서, 게이트 전극을 마스크로 해서 액티브 영역에 불순물을 확산시켜서 소스 드레인 확산층을 형성한다[제1(f)도 참조].Subsequently, impurities are diffused into the active region using the gate electrode as a mask to form a source drain diffusion layer (see also first (f)).
이와 같이 해서 얻어진 본 실시예에 대한 커패시터는 그의 층간 절연막이 다른 막 예를 들면, 게이트 산화막과는 별개로 형성될 수 있으므로 다결정 실리콘을 산화하는데 적당한 조건으로 행할 수 있음과 동시에 실리사이드 형성 이전에 행하기 때문에 실리사이드 오염을 방지할 수 있어서 신뢰성이 높은 층간 절연막이 될 수 있다.The capacitor according to the present embodiment thus obtained can be formed under conditions suitable for oxidizing polycrystalline silicon because its interlayer insulating film can be formed separately from other films, for example, gate oxide films. Therefore, silicide contamination can be prevented, resulting in a highly reliable interlayer insulating film.
또한, 트랜지스터는 그 게이트 부분이 텅스텐 실리사이드와 다결정 실리사이드막으로 이루어지는 적층 구조로 되어 저저항에서 고속 동작할 수 있고, 게이트 산화막은 다결정 실리콘층이나 실리사이드층을 형성하기 전에 독립적으로 형성 가능해서 신뢰성이 높은 게이트 산화막이 될 수 있다.In addition, the transistor has a laminated structure in which the gate portion is composed of a tungsten silicide and a polycrystalline silicide film, so that the transistor can operate at high speed at low resistance, and the gate oxide film can be formed independently before the polycrystalline silicon layer or the silicide layer is formed, thereby providing high reliability. It can be a gate oxide film.
이상과 같이, 본 실시예에 따르면 게이트 산화막과 커패시터의 층간 절연막을 다결정 실리콘층이나 실리사이드층을 형성하기 이전에 형성할 수 있고, 게이트산화막과 커패시터의 층간 절연막을 별개의 조건에서 형성할 수 있다. 또 제1마스크체가 상부 전극의 상면 및 측면을 덮고 있으므로 금속 실리사이드의 에칭시 오염을 방지할 수 있고, 상부 전극의 필요 없는 에칭을 방지할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the interlayer insulating film of the gate oxide film and the capacitor can be formed before forming the polycrystalline silicon layer or the silicide layer, and the interlayer insulating film of the gate oxide film and the capacitor can be formed under separate conditions. In addition, since the first mask body covers the upper and side surfaces of the upper electrode, contamination during the etching of the metal silicide can be prevented, and unnecessary etching of the upper electrode can be prevented.
또한 본 실시예에서는 층간 절연막을 열산화에 의해 형성했으나 CVD로 형성해도 좋다.In this embodiment, the interlayer insulating film is formed by thermal oxidation, but may be formed by CVD.
[제2실시예]Second Embodiment
본 실시예는 제1도에 도시한 반도체 장치의 제조 방법에 거의 그대로 대응하고 있다. 단, 본 실시예는 제1다결정실리곤층(3) 내로의 인도프량을 특정값으로 제어한 결과, 그 시트 저항값을 30 내지 1000Ω/?, 바람직하게는 35 내지 1000Ω/?의 범위로 제어해서 제1다결정 실리콘층(52)을 경도프층으로 하는 공정을 행하는 점 및 제2다결정 실리콘층(54)에 대한 도핑을 패터닝한 후에 행하는 점에서 다르다.This embodiment corresponds almost to the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. However, in the present embodiment, the sheet resistance value is controlled in the range of 30 to 1000 Ω / ?, preferably 35 to 1000 Ω /? As a result of controlling the amount of indoping into the first
상기 시트 저항값 제어 공정에 대해서 설명하면, 막 두께 3500의 제1다결정 실리콘층(52)을 형성한 후, 제1다결정 실리콘층(52)에 대해 특정 조건에서 도핑한다. 이러한 도핑은 예를 들면, N2가스(5ℓ/분), O2가스(0.5ℓ/분) 및 POCl3가스(120mg/분)로 이루어지는 혼합 가스를 온도 1000℃ 정도로 가열한 반응실 내로 유입하여 4분간 행한다. 이러한 조건에 따름으로써, 제1다결정 실리콘층(52)의 시트 저항값을 상술한 특정 범위 내로 제어할 수 있다. 이러한 특정 범위의 시트 저항값을 나타내는 다결정 실리콘층에서는 도핑 중의 열 또는 도핑 후의 열공정에서의 열에 노출되어도 막 내부에서 결정립이 발생하지 않기 때문에 막 표면에 요철이 생기지 않는다.Referring to the sheet resistance value control process, the film thickness 3500 After the first
상기 제1다결정 실리콘층(52)에 대한 시트 저항값 제어 공정 후에는 제1(b)도에 도시하는 바와 같이 불순물(dopant)이 확산되어 있지 않은 제2다결정 실리콘층(54)상에 레지스트(56)를 설치하여 제2다결정 실리콘층(54)에 대해 패터닝한다. 이때, 그 하층의 층간 절연막(53)에 대해 패터닝해도 좋다. 다음에, 제2다결정 실리콘층(54)에 덮여 있지 않은 제1다결정 실리콘막(51)의 표면 및 제2다결정 실리콘층(54)에 대한 도핑 시간을 9분간으로 하는 것 이외는 앞서의 시트 저항값 제어공정에 있어서의 도핑과 동일 조건에서 도핑한다. 이 공정에 따라, 이미 패터닝된 제2다결정실리콘층(54)에 대해서는 도펀트(인) 농도가 높아져서 중도프층으로 된다. 또한, 제2다결정 실리콘층(54)에 덮여 있지 않은 제1다결정 실리콘층(52)의 노출 부분에 대해서는 도핑전의 도펀트(인) 농도를 초과하여 고농도로 되어 이것도 중도프층으로 된다. 제2다결정 실리콘층(54)으로 덮여 있는 제1다결정 실리콘층(52)부분에 대해서는 도핑전의 도펀트(인) 농도인 채로 경도핑층으로 된다. 이어서, 제1(c)도 내지 제1(f)도와 마찬가지로 목적하는 유니트 커패시터 구조와 게이트 전극 및 저항소자를 갖는 반도체를 갖는 반도체 장치를 얻는다.After the sheet resistance value control process for the first
이와 같은 반도체 장치에 있어서는 상기 중도프층으로 둘러싸인 제1다결정 실리콘층(52) 부분은 도펀트 농도가 소정 범위로 유지되어 있고 경도프층으로 남아 있다. 경도프층은 커패시터의 하부 전극으로서 가능하고, 경도프층의 상측의 중도프층은 커패시터의 상부 전극으로서 가능하며, 양 도프층은 층간 절연막(53)을 개재하여 유니트 커패시터를 구성한다. 복수의 유니트 커패시터를 집합해서 제3도에서 SCF의 C1 또는 C2를 구성한다. 본 실시예에서는 커패시터의 하부 전극으로서의 경도프층의 시트 저항이 특정 범위 내에서 제어되어 그 표면에 요철이 생기지 않아서 경도프층이 유니트 커패시터의 정밀도비를 저하시키지 않는다. 표면에 요철이적은 경도프층을 한 쪽의 전극으로 해서 유니트 커패시터에 이용하므로 그 정밀도비를 용이하게 높일 수 있고, 나아가 SCF의 성능도 향상시킬 수도 있다.In such a semiconductor device, the portion of the first
상기 실시예에서는 패터닝된 제2다결정 실리콘층(54)을 중도프층으로 하기 위한 도핑 시간을 9분간으로 했으나 이것은 4 내지 9분간으로 해서 임의로 도핑량을 변경해도 좋다. 이 경우에는 패터닝된 제2다결정 실리콘층(54)은 중도프층으로 되지 않고, 그 하측 부분의 제1다결정 실리콘층(52)과 마찬가지로 경도프층으로 된다. 그러나, 이 경우에도 경도프층인 제1다결정 실리콘층(52)에 인접하는 부분은 불순물 농도가 높기 때문에 중도프층으로 된다. 이 경우에 있어서도 제1다결정 실리콘층(52) 중 경도프층인 부분이 커패시터의 하부 전극으로서 기능하는 것은 상기 실시예의 경우와 동일하다.In the above embodiment, the doping time for setting the patterned second
또한, 본 실시예에서도 제1다결정 실리콘층(52) 뿐만 아니라 제2다결정 실리콘층(54)에 대해서도 경도프층으로 하기 위한 도핑을 할 수도 있다. 또 상기 각 실시예에서는 어느 것이나 종래의 박막 퇴적 기술, 불순물 확산 기술 등을 이용해서 제조할 수 있으므로 양산성이 우수한 효과가 있다. 상기 각 실시예에서는 불순물로서 인을 사용했으나 이것으로 한정되는 것은 아니다.In addition, in the present embodiment, not only the first
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다결정 실리콘층과 실리사이드층과의 적층 구조의 게이트를 가진 고속 동작이 우수한 트랜지스터와 다결정 실리콘의 열산화막을 층간 절연막으로 하고, 다결정 실리콘을 양전극으로 한 전압 특성이 우수한 커패시터를 형성할 수 있다. 또한 다결정 실리콘으로의 고농도 불순물을 주입하기 전에 트랜지스터의 게이트 산화막을 형성하고, 실리사이드층 형성 이전에 커패시더의 층간 절연막을 형성함으로써 불순물이나 실리사이드의 오염으로부터 각각의 절연막을 보호함과 동시에 게이트 산화막의 산화와 층간 절연막의 산화를 별개로 행할 수 있기 때문에, 각각에 적합한 산화 조건에서 형성할 수 있고, 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, a transistor having a high speed operation having a stacked structure of a polysilicon layer and a silicide layer and a thermal oxide film of a polycrystalline silicon are used as an interlayer insulating film, and the voltage characteristics using polycrystalline silicon as a positive electrode are excellent. Capacitors can be formed. In addition, the gate oxide film of the transistor is formed before the injection of high concentration impurities into the polycrystalline silicon, and the interlayer insulating film of the capacitor is formed before the silicide layer is formed, thereby protecting each insulating film from contamination of impurities or silicides, Since oxidation and oxidation of an interlayer insulation film can be performed separately, it can form on the oxidation conditions suitable for each, and can provide a highly reliable semiconductor device.
또한, 제1마스크체가 상부 전극의 상면 및 측면을 덮고 있으므로 금속 실리사이드 에칭시의 오염을 방지할 수 있고 상부 전극의 필요 없는 에칭을 방지할 수 있다.In addition, since the first mask body covers the upper and side surfaces of the upper electrode, contamination during metal silicide etching can be prevented and unnecessary etching of the upper electrode can be prevented.
상기 트랜지스터와 커패시터 외에 고저항의 다결정 실리콘의 단층 구조를 동일 기판에 형성할 수 있다. 따라서, 전압 계수가 우수한 커패시터와 고저항율이 필요한 저항 소자, 고속성이 요구되는 게이트부 및 배선부를 동일 기판상에 형성할 수 있다.In addition to the transistor and the capacitor, a single layer structure of high resistance polycrystalline silicon can be formed on the same substrate. Therefore, a capacitor having excellent voltage coefficient, a resistance element requiring high resistivity, a gate portion and a wiring portion requiring high speed can be formed on the same substrate.
또한, 유니트 커패시터의 하부 전극의 시트 저항을 30 내지 1000Ω/?의 범위로 제어하도록 하면 유니트 커패시터의 정밀도비를 저하시키지 않고 본 발명이 적용되는 SCF의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2다결정 실리콘층을 도핑할 때 제1다결정 실리콘으로 형성되는 게이트 전극 및 저항체도 저저항화된다. 따라서, 본 발명에 의해 게이트 전극 등을 저저항으로 유지한 채 유니트 커패시터의 정밀도비를 저하시키지 않고 SCF의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, by controlling the sheet resistance of the lower electrode of the unit capacitor in the range of 30 to 1000 Ω /? It is possible to improve the performance of the SCF to which the present invention is applied without lowering the precision ratio of the unit capacitor. In addition, when the second polycrystalline silicon layer is doped, the gate electrode and the resistor formed of the first polycrystalline silicon are also reduced in resistance. Therefore, according to the present invention, the performance of the SCF can be improved without lowering the precision ratio of the unit capacitor while keeping the gate electrode or the like at low resistance.
또한 본 발명은 제1 및 제2다결정 실리콘층의 도핑을 열확산법으로 처리함으로써 양산성을 유지한 채 실시 가능하다.In addition, the present invention can be implemented while maintaining mass productivity by treating the doping of the first and second polycrystalline silicon layers by thermal diffusion method.
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