JP2008103629A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高精度が要求される抵抗素子を備える半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a resistance element that requires high accuracy and a method for manufacturing the same.
半導体集積回路に搭載されているアナログ回路を構成する素子のひとつである抵抗素子のひとつに、シリコン膜を用いたシリコン抵抗体がある。近年、微細化にともない、MOSゲート部、コンタクト部に遷移金属とシリコンの合金である金属シリサイドが用いられており、シリコン抵抗素子においても、特許文献1に示すような構造が用いられている。 One of resistive elements, which is one of the elements constituting an analog circuit mounted on a semiconductor integrated circuit, is a silicon resistor using a silicon film. In recent years, with the miniaturization, metal silicide, which is an alloy of transition metal and silicon, is used for the MOS gate portion and the contact portion, and the structure shown in Patent Document 1 is also used for the silicon resistance element.
すなわち、シリコン基板より構成された半導体基板上にシリコン酸化膜により形成されたフィールド酸化膜が形成されている。このフィールド酸化膜上にポリシリコンにより形成された抵抗体が形成されている。抵抗体上には層間絶縁膜が形成されており、その層間絶縁膜には、抵抗体の左右両端部に位置する部分にコンタクトホールを形成する。コンタクトホール内には、コンタクトプラグが形成されており、抵抗体はコンタクトプラグを介して、金属配線と接続されている。 That is, a field oxide film formed of a silicon oxide film is formed on a semiconductor substrate composed of a silicon substrate. A resistor made of polysilicon is formed on the field oxide film. An interlayer insulating film is formed on the resistor, and contact holes are formed in the interlayer insulating film at portions located at the left and right ends of the resistor. A contact plug is formed in the contact hole, and the resistor is connected to the metal wiring via the contact plug.
コンタクトプラグと抵抗体との接触抵抗、すなわちコンタクト抵抗値は小さいほうが望ましい。コンタクト抵抗値を低減させる方法としては、遷移金属とシリコンの合金である金属シリサイド化が一般的に用いられている。金属シリサイドは、シリコンとチタンやコバルト、ニッケル等の高融点の遷移金属とを固相反応させて、抵抗率の低いチタンシリサイドやコバルトシリサイド、ニッケルシリサイドを形成させて、低抵抗化させる技術である。
特許文献1の構成によれば、抵抗体のコンタクト領域及び予備領域のみ、金属シリサイド化させることで、金属シリサイド層の膜質、膜厚のバラツキによるコンタクト抵抗の変動を極力抑制することにより、抵抗素子の抵抗値のバラツキを抑制することができる。 According to the configuration of Patent Document 1, only the contact region and the spare region of the resistor are made into a metal silicide, thereby suppressing the variation of the contact resistance due to the film quality and film thickness variation of the metal silicide layer as much as possible. The variation in resistance value can be suppressed.
本発明者らが、抵抗体のコンタクト領域及び予備領域のみを金属シリサイド化させて、抵抗素子を形成し、抵抗素子の電気特性を評価した結果、コンタクト部を金属シリサイド化させることで、ペア配置の抵抗素子の抵抗値のバラツキ(以下、相対精度と記載する)が悪化することが分かった。また、半導体基板面内での抵抗素子の抵抗値のバラツキ(以下、絶対精度と記載する)に関しては、コンタクト領域及び予備領域の金属シリサイドの有無に依存しないことが分かった。 The inventors of the present invention have formed a resistance element by metalizing only the contact region and the spare region of the resistor, and evaluating the electric characteristics of the resistance element. It was found that the variation in resistance values of the resistance elements (hereinafter referred to as relative accuracy) deteriorated. Further, it was found that the variation in resistance value of the resistance element within the semiconductor substrate surface (hereinafter referred to as absolute accuracy) does not depend on the presence or absence of metal silicide in the contact region and the spare region.
相対精度悪化の原因を調査した結果、コンタクト領域及び予備領域を金属シリサイド化することで、コンタクト抵抗が低減されるが、1〜5Ω/□程度の金属シリサイド層と200〜600Ω/□程度の抵抗体の界面での、接触抵抗が増大していると推測できる。接触抵抗の算出の結果、接触抵抗は20Ω/□以下であることが分かり、数百Ω/□の抵抗素子に対しては、数%の割合となるため、金属シリサイド層の変動により抵抗素子の抵抗値の変動が生じて、相対精度の悪化を引き起こしたと考えられる。 As a result of investigating the cause of the relative accuracy deterioration, the contact resistance is reduced by forming the contact region and the spare region into metal silicide, but the metal silicide layer of about 1 to 5Ω / □ and the resistance of about 200 to 600Ω / □ are obtained. It can be inferred that the contact resistance at the body interface is increasing. As a result of the calculation of the contact resistance, it can be seen that the contact resistance is 20 Ω / □ or less, and for a resistance element of several hundred Ω / □, the ratio is several percent. It is considered that the resistance value fluctuated and the relative accuracy was deteriorated.
また、コンタクトプラグ材料である金属材料、例えば、W(タングステン)等の形成には、バリアメタルが必要不可欠である。一般的に用いられるバリアメタルは、TiN、TaN等の遷移金属の金属合金である。これらのバリアメタルは抵抗率が低く、シリコンとの反応性が低いため、金属配線とシリコンの界面に用いられている。コンタクトプラグ材料にWを用いる場合、TiNをバリアメタルとして用いることが多いが、TiNはシリコンとの接触抵抗が高く、TiNとTiの積層膜を成長後、熱処理によりTiとシリコンをシリサイド反応させることで抵抗値を低減させている。したがって、金属シリサイド非形成のコンタクト構造においても、コンタクトプラグのバリアメタルとシリコンにおいてシリサイド反応が生じている。 In addition, a barrier metal is indispensable for forming a metal material that is a contact plug material, such as W (tungsten). Generally used barrier metals are metal alloys of transition metals such as TiN and TaN. Since these barrier metals have low resistivity and low reactivity with silicon, they are used at the interface between metal wiring and silicon. When W is used as a contact plug material, TiN is often used as a barrier metal. However, TiN has a high contact resistance with silicon, and after a TiN / Ti laminated film is grown, Ti and silicon are silicided by heat treatment. The resistance value is reduced. Therefore, even in a contact structure in which no metal silicide is formed, a silicide reaction occurs between the barrier metal of the contact plug and silicon.
このように従来技術では、抵抗体に接続されたコンタクトにおいて、コンタクト領域のみを金属シリサイド化することで、コンタクト抵抗の低減とコンタクト抵抗のバラツキを極力抑制させる方法である。しかしながら、高精度な抵抗素子に対しては、金属シリサイド層の膜質、膜厚の変動による、抵抗値変動により生じる相対精度の変動を抑制しきれないという問題があった。 As described above, in the conventional technique, in the contact connected to the resistor, only the contact region is converted into a metal silicide, thereby reducing the contact resistance and suppressing the variation in the contact resistance as much as possible. However, a high-accuracy resistance element has a problem that fluctuations in relative accuracy caused by fluctuations in resistance value due to fluctuations in the film quality and film thickness of the metal silicide layer cannot be suppressed.
本発明は上記を鑑みて、抵抗体に接続される金属シリサイド非形成のコンタクト構造において、バリアメタルとシリコンとのシリサイド反応を活性化させて、高精度な抵抗素子を備える半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides a semiconductor device including a highly accurate resistance element by activating a silicide reaction between a barrier metal and silicon in a metal silicide non-contact contact structure connected to a resistor, and a method for manufacturing the same The purpose is to provide.
本発明に係る半導体装置は、抵抗体を有する半導体装置において、半導体基板上に絶縁膜を介して形成されたシリコン膜からなる抵抗体と、前記抵抗体上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、前記コンタクトホール内に形成され、前記抵抗体と接続する配線部と、前記層間絶縁膜上に形成され、前記配線部と接続する金属配線とを備え、前記抵抗体は膜中に第1導電型の不純物元素を含み、且つ表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素がドーピングされていることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a resistor, wherein the resistor is a silicon film formed on a semiconductor substrate via an insulating film, the interlayer insulating film formed on the resistor, A contact hole formed in the interlayer insulating film, a wiring portion formed in the contact hole and connected to the resistor, and a metal wiring formed on the interlayer insulating film and connected to the wiring portion; The resistor includes an impurity element of a first conductivity type in the film, and an element having an atomic weight larger than that of silicon is doped on a surface layer side.
上記の半導体装置において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、前記抵抗体の表層から当該抵抗体の膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となる深さにドーピングされていることが好ましい。 In the above semiconductor device, the element having an atomic weight larger than that of silicon is doped from the surface layer of the resistor to a depth that is 1/20 or more and 1/5 or less of the film thickness of the resistor. preferable.
上記の半導体装置において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素のドーズ量は、前記第1導電型の不純物元素のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下であることが好ましい。 In the above semiconductor device, the dose amount of the element having an atomic weight larger than that of silicon is preferably 1/20 or more and 1/10 or less of the dose amount of the impurity element of the first conductivity type.
上記の半導体装置において、前記シリコン膜は、ポリシリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜であることが好ましい。 In the above semiconductor device, the silicon film is preferably a polysilicon film or an amorphous silicon film.
本発明に係る半導体装置によると、コンタクト領域の金属シリサイド化によるシリサイド層の膜質、膜厚変動によるコンタクト抵抗変動を抑制するため、抵抗体には第1導電型の不純物を含み、かつ表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素が注入されており、接続されるコンタクトを金属シリサイド非形成として、積層バリアメタルのTiとシリコンとの金属シリサイド反応が活性化することにより、高精度な抵抗素子を備える半導体装置を提供することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the resistor includes the first conductivity type impurity and suppresses the contact resistance variation due to the film quality and film thickness variation of the silicide layer due to the metal silicidation of the contact region, and on the surface layer side. An element having an atomic weight larger than that of silicon is implanted, and a metal silicide reaction between Ti and silicon of the laminated barrier metal is activated by forming the contact to be connected without metal silicide, thereby providing a highly accurate resistance element. A semiconductor device can be provided.
上記の半導体装置において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、前記第1導電型の不純物元素と同族の元素であることが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素が前記第1導電型の不純物元素を相殺することがなく、実質的な不純物量は増加してシリコン表層部の抵抗値を低減するので、コンタクト抵抗値はより低減されてコンタクト抵抗値の変動を抑制することが可能となり、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the semiconductor device described above, the element having an atomic weight larger than that of silicon is preferably an element in the same group as the impurity element of the first conductivity type. As a result, an element having an atomic weight larger than that of silicon does not cancel out the impurity element of the first conductivity type, and the substantial impurity amount increases to reduce the resistance value of the silicon surface layer portion. Therefore, it is possible to suppress the variation of the contact resistance value, and it is possible to form a highly accurate resistance element.
上記の半導体装置において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、シリコンと同族の元素、あるいは電気的に不活性な元素であることが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素が前記第1導電型の不純物元素を相殺することがなく、シリコン表層部の実質的な不純物量は変動しないから、抵抗体の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the above semiconductor device, the element having an atomic weight larger than that of silicon is preferably an element belonging to the same family as silicon or an electrically inactive element. As a result, an element having an atomic weight larger than that of silicon does not cancel out the impurity element of the first conductivity type, and the substantial impurity amount of the silicon surface layer portion does not vary, so the resistance value of the resistor does not vary. Therefore, it becomes possible to form a more accurate resistance element.
上記の半導体装置において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、前記抵抗体のコンタクト領域にドーピングされていることが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は前記抵抗体のコンタクト領域のみに選択的に注入されるから、抵抗体の本体部の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the above semiconductor device, it is preferable that an element having an atomic weight larger than that of silicon is doped in a contact region of the resistor. Thereby, an element having an atomic weight larger than that of the silicon is selectively injected only into the contact region of the resistor, so that the resistance value of the main body of the resistor does not fluctuate, thereby forming a more accurate resistance element. It becomes possible.
また本発明に係る半導体装置の製造方法は、抵抗体を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上に絶縁膜を介してシリコン膜からなる抵抗体を形成する工程と、イオン注入により前記抵抗体に第1導電型の不純物元素をドーピングする工程と、熱処理により前記抵抗体中の前記第1導電型の不純物元素を活性化する工程と、前記抵抗体上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホール内に前記抵抗体と接続する配線部を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に前記配線部と接続する金属配線を形成する工程とを含み、前記熱処理の後で前記層間絶縁膜を形成する前に、イオン注入により前記抵抗体の表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素をドーピングすることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a resistor, the step of forming a resistor made of a silicon film over an insulating film on a semiconductor substrate, and the resistor by ion implantation. Doping a first conductivity type impurity element, activating the first conductivity type impurity element in the resistor by heat treatment, forming an interlayer insulating film on the resistor, Forming a contact hole in the interlayer insulating film; forming a wiring portion connected to the resistor in the contact hole; and forming a metal wiring connecting to the wiring portion on the interlayer insulating film. And before forming the interlayer insulating film after the heat treatment, doping the surface layer side of the resistor with an element having an atomic weight larger than that of silicon by ion implantation And butterflies.
上記の半導体装置の製造方法において、前記熱処理の前に、前記抵抗体の表面に絶縁被膜を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, it is preferable that an insulating film is formed on the surface of the resistor before the heat treatment.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素の注入深さは、前記抵抗体の膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるような加速エネルギでイオン注入することが好ましい。 In the semiconductor device manufacturing method, ions are implanted with an acceleration energy such that an implantation depth of an element having an atomic weight larger than that of silicon is 1/20 or more and 1/5 or less of the film thickness of the resistor. It is preferable.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素のドーズ量は、前記第1導電型の不純物元素のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下でイオン注入することが好ましい。 In the method for manufacturing a semiconductor device, the dose of an element having an atomic weight larger than that of silicon may be ion-implanted so that the dose is 1/20 or more and 1/10 or less of the dose of the first conductivity type impurity element. preferable.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコン膜は、ポリシリコン膜もしくはアモルファスシリコン膜であることが好ましい。 In the semiconductor device manufacturing method, the silicon film is preferably a polysilicon film or an amorphous silicon film.
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、コンタクト領域の金属シリサイド化によるシリサイド層の膜質、膜厚変動によるコンタクト抵抗変動を抑制するため、抵抗体には第1導電型の不純物を含み、かつ表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素が注入されており、接続されるコンタクトを金属シリサイド非形成として、積層バリアメタルのTiとシリコンとの金属シリサイド反応が活性化することにより、高精度な抵抗素子を備える半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the resistor includes a first conductivity type impurity in order to suppress contact resistance fluctuation due to film quality and film thickness fluctuation of the silicide layer due to metal silicidation in the contact region, and An element having an atomic weight larger than that of silicon is implanted on the surface layer side, and the metal silicide reaction between Ti and silicon of the laminated barrier metal is activated by making the contact to be connected not to form a metal silicide. A method for manufacturing a semiconductor device including an element can be provided.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、前記第1導電型の不純物元素と同族の元素であることが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素が前記第1導電型の不純物元素を相殺することがなく、実質的な不純物量は増加してシリコン表層部の抵抗値を低減するので、コンタクト抵抗値はより低減されてコンタクト抵抗値の変動を抑制することが可能となり、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the method for manufacturing a semiconductor device, the element having an atomic weight larger than that of silicon is preferably an element in the same group as the impurity element of the first conductivity type. As a result, an element having an atomic weight larger than that of silicon does not cancel out the impurity element of the first conductivity type, and the substantial impurity amount increases to reduce the resistance value of the silicon surface layer portion. Therefore, it is possible to suppress the variation of the contact resistance value, and it is possible to form a highly accurate resistance element.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、シリコンと同族の元素、あるいは電気的に不活性な元素であることが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素が前記第1導電型の不純物元素を相殺することがなく、シリコン表層部の実質的な不純物量は変動しないから、抵抗体の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the above method for manufacturing a semiconductor device, the element having an atomic weight larger than that of silicon is preferably an element belonging to the same family as silicon or an electrically inactive element. As a result, an element having an atomic weight larger than that of silicon does not cancel out the impurity element of the first conductivity type, and the substantial impurity amount of the silicon surface layer portion does not vary, so the resistance value of the resistor does not vary. Therefore, it becomes possible to form a more accurate resistance element.
上記の半導体装置の製造方法において、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は、前記抵抗体にマスクを形成することにより、前記抵抗体のコンタクト領域のみにイオン注入することが好ましい。これにより、前記シリコンよりも原子量の大きな元素は前記抵抗体のコンタクト領域のみに選択的に注入されるから、抵抗体の本体部の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 In the semiconductor device manufacturing method, it is preferable that an element having an atomic weight larger than that of silicon is ion-implanted only in a contact region of the resistor by forming a mask on the resistor. Thereby, an element having an atomic weight larger than that of the silicon is selectively injected only into the contact region of the resistor, so that the resistance value of the main body of the resistor does not fluctuate, thereby forming a more accurate resistance element. It becomes possible.
本発明に係る半導体装置およびその製造方法によると、バリアメタルであるTiNはシリコンとの接触抵抗が大きく、一般的にTiN/Tiの積層構造膜が用いられており、TiN/Ti積層バリアメタル膜の成長後に、RTN(Rapid Thermal Nitridation)処理を行うことで、Tiとシリコンとにシリサイド反応を生じさせている。バリアメタルTiとシリコンとの金属シリサイド形成においては、シリコンよりも原子量の大きな元素を抵抗体の表層側に注入することで、シリコン表層がアモルファス化し、バリアメタルTiとのシリサイド反応が活性されるため、抵抗体に接続された金属シリサイド非形成のコンタクト構造においても、バリアメタルとシリコンとのシリサイド反応が活性化し、コンタクト抵抗値の変動の抑制が可能となり、高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, TiN which is a barrier metal has a large contact resistance with silicon, and generally a TiN / Ti laminated structure film is used, and a TiN / Ti laminated barrier metal film is used. After the growth, a rapid thermal nitride (RTN) process is performed to cause a silicide reaction between Ti and silicon. In the formation of a metal silicide between the barrier metal Ti and silicon, an element having an atomic weight larger than that of silicon is injected into the surface layer of the resistor, so that the silicon surface layer becomes amorphous and the silicide reaction with the barrier metal Ti is activated. Even in a contact structure in which a metal silicide is not formed connected to a resistor, the silicide reaction between the barrier metal and silicon is activated, and the fluctuation of the contact resistance value can be suppressed, and a highly accurate resistance element can be formed. It becomes possible.
(第1の実施形態)
第1の実施形態の半導体装置およびその製造方法について図1を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
図1(a)に示す様に、半導体基板100上に形成された絶縁膜となるフィールド酸化膜101上に、シリコン膜となるポリシリコンもしくはアモルファスシリコン膜を成長させる。シリコン膜の成長膜厚は、300nmとする。但し、MOSゲート部や他素子と共通化のため、他膜厚を選択することも可能である。その後、周知のイオン注入法により、膜中に第1導電型の不純物となる第一不純物としてIII族元素のB(ホウ素)をドーピングした後、周知の方法により抵抗体形状にパターニングする。注入とパターニングの順序は逆としても問題はない。Bの注入において、加速エネルギ5〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1016cm-2とする。イオン注入法によりドーピングすることでP型抵抗体102とする。このときの注入深さは抵抗体膜厚の1/2よりも表層側に注入ピークが分布するように加速エネルギを選択し、また、ドーズ量は、目的の抵抗値となるように選択する。
As shown in FIG. 1A, a polysilicon or amorphous silicon film to be a silicon film is grown on a
図1(b)に示す様に、アウトデフィージョン(out diffusion)を抑制するため抵抗体102上に数十〜数百nmの絶縁被膜103を成長させる。絶縁被膜103の膜厚はデバイス構造に適した膜厚を選択する。その後、850℃、45minのファーネスアニールを行った後、第二不純物として、シリコン元素よりも原子量の大きな元素であるV族元素であるAs(ヒ素)を加速エネルギ5〜80keV、ドーズ量1×1012〜1×1015cm-2にてイオン注入法によりドーピングする。前記第二不純物はシリコン表層側から、抵抗体膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるように加速エネルギを選択し、ドーズ量は、前記第一不純物のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下となるように選択する。
As shown in FIG. 1B, an insulating
図1(c)に示す様に、周知の技術により層間絶縁膜104を成長した後、エッチング法によりコンタクトホールを形成し、コンタクトバリアメタルとなるTi/TiNを成長させて、N2雰囲気中にて650℃、30secの急速熱処理により、Tiとシリコンのシリサイド反応を生じさせて、その後、配線部となるコンタクトプラグ105及び金属配線106を形成する。
As shown in FIG. 1C, after the
第1の実施形態によると、シリコンよりも原子量の大きな元素であるAsを抵抗体102のシリコン表層側に注入することで、シリコン表層がアモルファス化し、バリアメタルTiとのシリサイド反応が活性されるため、抵抗体102に接続された金属シリサイド非形成のコンタクト構造においても、バリアメタルとシリコンとのシリサイド反応が活性化し、コンタクト抵抗値の変動の抑制が可能となり、高精度な抵抗素子を形成することができる。
According to the first embodiment, by implanting As, which is an element having an atomic weight larger than that of silicon, into the silicon surface layer side of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態の半導体装置およびその製造方法について図2を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
図2(a)に示す様に、半導体基板200上に形成された絶縁膜となるフィールド酸化膜201上に、シリコン膜となるポリシリコンもしくはアモルファスシリコン膜を成長させる。シリコン膜の成長膜厚は、300nmとする。但し、MOSゲート部や他素子と共通化のため、他膜厚を選択することも可能である。その後、周知のイオン注入法により、膜中に第1導電型の不純物となる第一不純物としてV族元素のP(リン)をドーピングした後、周知の方法により抵抗体形状にパターニングする。注入とパターニングの順序は逆としても問題はない。Pの注入において、加速エネルギ5〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1016cm-2とする。イオン注入法によりドーピングすることでN型抵抗体202とする。このときの注入深さは抵抗体膜厚の1/2よりも表層側に注入ピークが分布するように加速エネルギを選択し、また、ドーズ量は、目的の抵抗値となるように選択する。
As shown in FIG. 2A, a polysilicon or amorphous silicon film to be a silicon film is grown on a
図2(b)に示す様に、アウトデフィージョンを抑制するため抵抗体202上に数十〜数百nmの絶縁被膜203を成長させる。絶縁被膜203の膜厚はデバイス構造に適した膜厚を選択する。その後、850℃、45minのファーネスアニールを行った後、第二不純物として、シリコン元素よりも原子量の大きな元素であるV族元素のAsを加速エネルギ5〜80keV、ドーズ量1×1012〜1×1015cm-2にてイオン注入法によりドーピングする。前記第二不純物はシリコン表層側から、抵抗体膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるように加速エネルギを選択し、ドーズ量は、前記第一不純物のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下となるように選択する。尚、第一不純物としてIII族元素のBを用いた場合は、第二不純物としては同族のIn(インジウム)を用いることができる。
As shown in FIG. 2B, an insulating
図2(c)に示す様に、周知の技術により層間絶縁膜204を成長した後、エッチング法によりコンタクトホールを形成し、コンタクトバリアメタルとなるTi/TiNを成長させて、N2雰囲気中にて650℃、30secの急速熱処理により、Tiとシリコンのシリサイド反応を生じさせて、その後、配線部となるコンタクトプラグ205及び金属配線206を形成する。
As shown in FIG. 2C, after the
第2の実施形態によると、第1の実施形態と同じ効果に加えて、抵抗体202を形成する第一不純物と、シリコンよりも原子量の大きな元素である第二不純物とは同族の元素であるから、第二不純物が第一不純物を相殺することがなく、実質的な不純物量は増加してシリコン表層部の抵抗値を低減するので、コンタクト抵抗値はより低減されてコンタクト抵抗値の変動を抑制することが可能となり、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。
According to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the first impurity forming the
(第3の実施形態)
第3の実施形態の半導体装置およびその製造方法について図3を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
図3(a)に示す様に、半導体基板300上に形成された絶縁膜となるフィールド酸化膜301上に、シリコン膜となるポリシリコンもしくはアモルファスシリコン膜を成長させる。シリコン膜の成長膜厚は、300nmとする。但し、MOSゲート部や他素子と共通化のため、他膜厚を選択することも可能である。その後、周知のイオン注入法により、膜中に第1導電型の不純物となる第一不純物としてIII族元素のBをドーピングした後、周知の方法により抵抗体形状にパターニングする。注入とパターニングの順序は逆としても問題はない。Bの注入において、加速エネルギ5〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1016cm-2とする。イオン注入法によりドーピングすることでP型抵抗体302とする。このときの注入深さは抵抗体膜厚の1/2よりも表層側に注入ピークが分布するように加速エネルギを選択し、また、ドーズ量は、目的の抵抗値となるように選択する。
As shown in FIG. 3A, a polysilicon or amorphous silicon film to be a silicon film is grown on a
図3(b)に示す様に、アウトデフィージョンを抑制するため抵抗体302上に数十〜数百nmの絶縁被膜303を成長させる。絶縁被膜303の膜厚はデバイス構造に適した膜厚を選択する。その後、850℃、45minのファーネスアニールを行った後、第二不純物として、シリコン元素よりも原子量の大きな元素であるGe(ゲルマニウム)、Kr(クリプトン)等を加速エネルギ5〜80keV、ドーズ量1×1012〜1×1015cm-2にてイオン注入法によりドーピングする。前記第二不純物はシリコン表層側から、抵抗体膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるように加速エネルギを選択し、ドーズ量は、前記第一不純物のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下となるように選択する。
As shown in FIG. 3B, an insulating
図3(c)に示す様に、周知の技術により層間絶縁膜304を成長した後、エッチング法によりコンタクトホールを形成し、コンタクトバリアメタルとなるTi/TiNを成長させて、N2雰囲気中にて650℃、30secの急速熱処理により、Tiとシリコンのシリサイド反応を生じさせて、その後、配線部となるコンタクトプラグ305及び金属配線306を形成する。
As shown in FIG. 3C, after the
第3の実施形態によると、第1の実施形態と同じ効果に加えて、シリコンよりも原子量の大きな元素である第二不純物としてシリコンと同じIV族の元素、あるいは電気的に不活性なVIII族の元素を用いるから、第二不純物が第一不純物を相殺することがなく、シリコン表層部の実質的な不純物量は変動しないから、抵抗体302の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。
According to the third embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the same group IV element as silicon as the second impurity, which is an element having a larger atomic weight than silicon, or the electrically inactive group VIII Since the second impurity does not cancel out the first impurity and the substantial impurity amount of the silicon surface layer portion does not vary, the resistance value of the
(第4の実施形態)
第4の実施形態の半導体装置およびその製造方法について図4を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
図4(a)に示す様に、半導体基板400上に形成された絶縁膜となるフィールド酸化膜401上に、シリコン膜となるポリシリコンもしくはアモルファスシリコン膜を成長させる。シリコン膜の成長膜厚は、300nmとする。但し、MOSゲート部や他素子と共通化のため、他膜厚を選択することも可能である。その後、周知のイオン注入法により、膜中に第1導電型の不純物となる第一不純物としてIII族元素のBをドーピングした後、周知の方法により抵抗体形状にパターニングする。注入とパターニングの順序は逆としても問題はない。Bの注入において、加速エネルギ5〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1016cm-2とする。イオン注入法によりドーピングすることでP型抵抗体402とする。このときの注入深さは抵抗体膜厚の1/2よりも表層側に注入ピークが分布するように加速エネルギを選択し、また、ドーズ量は、目的の抵抗値となるように選択する。
As shown in FIG. 4A, a polysilicon or amorphous silicon film to be a silicon film is grown on a
図4(b)に示す様に、アウトデフィージョンを抑制するため抵抗体402上に数十〜数百nmの絶縁被膜403を成長させる。絶縁被膜403の膜厚はデバイス構造に適した膜厚を選択する。その後、850℃、45minのファーネスアニールを行った後、第二不純物として、シリコン元素よりも原子量の大きな元素であるV族元素であるAsを加速エネルギ5〜80keV、ドーズ量1×1012〜1×1015cm-2にてイオン注入法によりドーピングする。前記第二不純物はシリコン表層側から、抵抗体膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるように加速エネルギを選択し、ドーズ量は、前記第一不純物のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下となるように選択する。このとき、工程増加となるがフォトレジストマスク404を形成することにより、抵抗体402のコンタクト領域のみに第二不純物を注入打ち分けすることで、抵抗値変動及び温度特性変動を抑制することが出来る。
As shown in FIG. 4B, an insulating
図4(c)に示す様に、フォトレジストマスク404をアッシングや洗浄等のフォトレジスト除去技術により除去し、周知の技術により層間絶縁膜405を成長した後、エッチング法によりコンタクトホールを形成し、コンタクトバリアメタルとなるTi/TiNを成長させて、N2雰囲気中にて650℃、30secの急速熱処理により、Tiとシリコンのシリサイド反応を生じさせて、その後、配線部となるコンタクトプラグ406及び金属配線407を形成する。
As shown in FIG. 4C, the
第4の実施形態によると、第1の実施形態と同じ効果に加えて、シリコンよりも原子量の大きな元素である第二不純物はコンタクト領域のみに選択的に注入するから、抵抗体402の本体部の抵抗値は変動しないので、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 According to the fourth embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, the second impurity, which is an element having an atomic weight larger than that of silicon, is selectively injected only into the contact region. Therefore, it is possible to form a more accurate resistance element.
(第5の実施形態)
第5の実施形態の半導体装置およびその製造方法について図5を参照しながら説明する。
(Fifth embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
図5(a)に示す様に、半導体基板500上に形成された絶縁膜となるフィールド酸化膜501上に、シリコン膜となるポリシリコンもしくはアモルファスシリコン膜を成長させる。シリコン膜の成長膜厚は、300nmとする。但し、MOSゲート部や他素子と共通化のため、他膜厚を選択することも可能である。その後、周知のイオン注入法により、膜中に第1導電型の不純物となる第一不純物としてIII族元素のBをドーピングした後、周知の方法により抵抗体形状にパターニングする。注入とパターニングの順序は逆としても問題はない。Bの注入において、加速エネルギ5〜40keV、ドーズ量1×1013〜1×1016cm-2とする。イオン注入法によりドーピングすることでP型抵抗体502とする。このときの注入深さは抵抗体膜厚の1/2よりも表層側に注入ピークが分布するように加速エネルギを選択し、また、ドーズ量は、目的の抵抗値となるように選択する。
As shown in FIG. 5A, a polysilicon or amorphous silicon film that becomes a silicon film is grown on a
図5(b)に示す様に、アウトデフィージョンを抑制するため抵抗体502上に数十〜数百nmの絶縁被膜503を成長させる。絶縁被膜503の膜厚はデバイス構造に適した膜厚を選択する。その後、850℃、45minのファーネスアニールを行った後、第二不純物として、シリコン元素よりも原子量の大きな元素であるV族元素であるAsを加速エネルギ5〜80keV、ドーズ量1×1012〜1×1015cm-2にてイオン注入法によりドーピングする。前記第二不純物はシリコン表層側から、抵抗体膜厚の1/20以上でかつ1/5以下となるように加速エネルギを選択し、ドーズ量は、前記第一不純物のドーズ量の1/20以上でかつ1/10以下となるように選択する。このとき、工程増加となるが酸化膜や窒化膜等のハードマスク504を形成することにより、抵抗体のコンタクト領域のみに第二不純物を注入打ち分けすることで、抵抗値変動及び温度特性変動を抑制することが出来る。
As shown in FIG. 5B, an insulating
図5(c)に示す様に、周知の技術により層間絶縁膜505を成長した後、エッチング法によりコンタクトホールを形成し、コンタクトバリアメタルとなるTi/TiNを成長させて、N2雰囲気中にて650℃、30secの急速熱処理により、Tiとシリコンのシリサイド反応を生じさせて、その後、配線部となるコンタクトプラグ506及び金属配線507を形成する。
As shown in FIG. 5C, after the
第5の実施形態によると、第1の実施形態と同じ効果に加えて、第4の実施形態と同様にして、より高精度な抵抗素子を形成することが可能となる。 According to the fifth embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, a highly accurate resistance element can be formed in the same manner as in the fourth embodiment.
本発明は、高精度な抵抗素子を備える半導体装置等に有用である。 The present invention is useful for a semiconductor device provided with a highly accurate resistance element.
100,200,300,400,500 半導体基板
101,201,301,401,501 フィールド酸化膜(絶縁膜)
102,202,302,402,502 抵抗体
103,203,303,403,503 層間絶縁膜(絶縁被膜)
104,204,304,405,505 層間絶縁膜
105,205,305,406,506 コンタクトプラグ(配線部)
106,206,306,407,507 金属配線
404 フォトレジストマスク
504 ハードマスク
100, 200, 300, 400, 500
102, 202, 302, 402, 502
104, 204, 304, 405, 505
106, 206, 306, 407, 507
Claims (11)
半導体基板上に絶縁膜を介して形成されたシリコン膜からなる抵抗体と、
前記抵抗体上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内に形成され、前記抵抗体と接続する配線部と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記配線部と接続する金属配線とを備え、
前記抵抗体は膜中に第1導電型の不純物元素を含み、且つ表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素がドーピングされている
ことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device having a resistor,
A resistor made of a silicon film formed on a semiconductor substrate via an insulating film;
An interlayer insulating film formed on the resistor;
Contact holes formed in the interlayer insulating film;
A wiring portion formed in the contact hole and connected to the resistor;
Metal wiring formed on the interlayer insulating film and connected to the wiring portion,
The resistor includes a first conductivity type impurity element in the film, and an element having an atomic weight larger than that of silicon is doped on a surface layer side.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the element having an atomic weight larger than that of silicon is an element of the same family as the impurity element of the first conductivity type.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the element having an atomic weight larger than that of silicon is an element belonging to the same group as silicon or an electrically inactive element.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein an element having an atomic weight larger than that of silicon is doped in a contact region of the resistor.
ことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the silicon film is a polysilicon film or an amorphous silicon film.
半導体基板上に絶縁膜を介してシリコン膜からなる抵抗体を形成する工程と、
イオン注入により前記抵抗体に第1導電型の不純物元素をドーピングする工程と、
熱処理により前記抵抗体中の前記第1導電型の不純物元素を活性化する工程と、
前記抵抗体上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホール内に前記抵抗体と接続する配線部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に前記配線部と接続する金属配線を形成する工程とを含み、
前記熱処理の後で前記層間絶縁膜を形成する前に、イオン注入により前記抵抗体の表層側にシリコンよりも原子量の大きな元素をドーピングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor device having a resistor,
Forming a resistor made of a silicon film on a semiconductor substrate via an insulating film;
Doping the resistor with a first conductivity type impurity element by ion implantation;
Activating the impurity element of the first conductivity type in the resistor by heat treatment;
Forming an interlayer insulating film on the resistor;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film;
Forming a wiring portion connected to the resistor in the contact hole;
Forming a metal wiring connected to the wiring part on the interlayer insulating film,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: doping an element having a larger atomic weight than silicon on a surface layer side of the resistor by ion implantation before forming the interlayer insulating film after the heat treatment.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein an insulating film is formed on a surface of the resistor before the heat treatment.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the element having an atomic weight larger than that of silicon is an element in the same group as the impurity element of the first conductivity type.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the element having an atomic weight larger than that of silicon is an element belonging to the same group as silicon or an electrically inactive element.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 7. The ion implantation is performed with an acceleration energy such that an implantation depth of an element having an atomic weight larger than that of silicon is 1/20 or more and 1/5 or less of a film thickness of the resistor. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 7. The ion implantation is performed according to claim 6, wherein a dose amount of an element having an atomic weight larger than that of silicon is 1/20 or more and 1/10 or less of a dose amount of the impurity element of the first conductivity type. A method for manufacturing a semiconductor device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006286502A JP2008103629A (en) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| JP2011243920A (en) * | 2010-05-21 | 2011-12-01 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Method for manufacturing semiconductor device |
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