JPH1032266A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents
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- JPH1032266A JPH1032266A JP8187602A JP18760296A JPH1032266A JP H1032266 A JPH1032266 A JP H1032266A JP 8187602 A JP8187602 A JP 8187602A JP 18760296 A JP18760296 A JP 18760296A JP H1032266 A JPH1032266 A JP H1032266A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば高抵抗負
荷型SRAMなどのように、MISトランジスタ(MO
Sトランジスタ含む)と抵抗負荷素子とを有する半導体
装置を製造するための方法に係り、さらに詳しくは、高
抵抗負荷素子の下層に形成する窒化シリコン膜の形成温
度を最適化することにより、下層の酸化シリコン膜の緻
密化のための熱処理工程を削減することができる半導体
装置の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS transistor (MO) such as a high resistance load type SRAM.
More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an S transistor (including an S transistor) and a resistive load element. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device which can reduce a heat treatment step for densifying a silicon oxide film.
【0002】[0002]
【従来の技術】0.35μmSRAMの商品需要として
は、低消費電力タイプよりも高速動作タイプが圧倒的に
多くなっている。従って、負荷素子としてはTFTを用
いる必要は無く、抵抗素子としての機能で充分であり、
コスト削減を行うため従来の高抵抗負荷が再度脚光を浴
びつつある。2. Description of the Related Art The demand for 0.35 μm SRAMs is overwhelmingly higher in high-speed operation types than in low-power consumption types. Therefore, it is not necessary to use a TFT as a load element, and the function as a resistance element is sufficient.
Conventional high resistance loads are re-emerging in the limelight to reduce costs.
【0003】このような高速動作に適したMOSトラン
ジスタの開発と工程削減によるコスト低減の両立は、高
抵抗負荷型SRAMに商品競争力をつけるためには、非
常に重要である。高速SRAMは、高速化のために、電
流駆動能力の高いMOSトランジスタを使用する。した
がって、ゲート長の縮小化や低しきい値電圧化が積極的
に進められた結果、ショートチャネル効果が顕著になっ
ている。ショートチャネル効果を抑制するには、図13
に示すように、MOSトランジスタにかかる合計熱量を
削減することが非常に有効である。[0003] Compatibility between the development of a MOS transistor suitable for such a high-speed operation and cost reduction by reducing the number of steps is very important in order to make the high resistance load type SRAM more competitive. The high-speed SRAM uses a MOS transistor having a high current driving capability for speeding up. Therefore, as a result of aggressive efforts to reduce the gate length and lower the threshold voltage, the short channel effect has become remarkable. To suppress the short channel effect, see FIG.
As shown in (1), it is very effective to reduce the total amount of heat applied to the MOS transistor.
【0004】なお、図13において、横軸がMOSトラ
ンジスタのゲート長であり、縦軸がMOSトランジスタ
のしきい値電圧Vthであり、製造過程での合計熱処理が
少ない程、MOSトランジスタの実効的なゲート長が長
くなり、短チャネル効果に対して強くなる。In FIG. 13, the horizontal axis represents the gate length of the MOS transistor, the vertical axis represents the threshold voltage Vth of the MOS transistor, and the smaller the total heat treatment in the manufacturing process, the more effective the MOS transistor becomes. The gate length becomes longer, and the resistance to the short channel effect becomes stronger.
【0005】高抵抗負荷型SRAMは、一般的にメモリ
・セルを構成する駆動トランジスタ、選択トランジス
タ、周辺回路のMOSトランジスタ等のように、シリコ
ン基板上にソース/ドレイン領域を有するMOSトラン
ジスタが形成され、その上に高抵抗負荷素子となる半導
体層が形成されている。In a high resistance load type SRAM, a MOS transistor having a source / drain region on a silicon substrate, such as a driving transistor, a selection transistor, a MOS transistor of a peripheral circuit, etc., constituting a memory cell is generally formed. A semiconductor layer serving as a high resistance load element is formed thereon.
【0006】この半導体層は、半導体基板に直接接続す
るコンタクト領域を覆って、CVDにより形成するポリ
シリコンで構成されるため、CVD前の前処理として、
半導体基板上に形成された自然酸化膜を除去するための
ライト・エッチングが必要になる。Since this semiconductor layer is made of polysilicon formed by CVD so as to cover a contact region directly connected to the semiconductor substrate, as a pretreatment before CVD,
Light etching for removing a natural oxide film formed on a semiconductor substrate is required.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ライト・エッ
チングにより層間絶縁膜のエッチングを抑制するには、
図14(A)に示すように、ゲート電極と成るポリシリ
コン層4の上に層間絶縁膜5を形成した後に、層間絶縁
膜5を緻密化するためのアニールとして850°C前後
の熱処理が必要であることが知られている。However, in order to suppress the etching of the interlayer insulating film by light etching,
As shown in FIG. 14A, after forming an interlayer insulating film 5 on a polysilicon layer 4 serving as a gate electrode, a heat treatment at about 850 ° C. is necessary as annealing for densifying the interlayer insulating film 5. It is known that
【0008】もしアニールをしないでライト・エッチン
グを行うと、図14(B)に示すように、コンタクトホ
ール領域2の層間絶縁膜5aがエッチングされ、下地の
ポリシリコン層4との耐圧不良が発生するおそれがあ
る。なお、図14(A)は、層間絶縁膜5を緻密化した
後に、コンタクトホール領域2を形成した場合であり、
下層のポリシリコン層4との耐圧が十分である。If light etching is performed without annealing, as shown in FIG. 14B, the interlayer insulating film 5a in the contact hole region 2 is etched, and a breakdown voltage failure with the underlying polysilicon layer 4 occurs. There is a possibility that. FIG. 14A shows a case where the contact hole region 2 is formed after the interlayer insulating film 5 is densified.
The breakdown voltage with the lower polysilicon layer 4 is sufficient.
【0009】高抵抗負荷型のSRAMとしては、抵抗値
の変動を抑えるために、従来技術である特開昭63−1
28733公報に示すように、スクライブ上のチップ端
部にAl配線を残す技術が必要になる。特に、高抵抗負
荷素子の上にも窒化シリコン膜を形成して高抵抗負荷素
子への水素、水分、可動イオンの侵入を抑制して抵抗値
の変動を抑えている。A high resistance load type SRAM is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1 (1988) in order to suppress the fluctuation of the resistance value.
As disclosed in Japanese Patent No. 28733, a technique for leaving an Al wiring at a chip end on a scribe is required. In particular, a silicon nitride film is also formed on the high-resistance load element to suppress the intrusion of hydrogen, moisture, and mobile ions into the high-resistance load element, thereby suppressing the fluctuation of the resistance value.
【0010】なお、高抵抗負荷素子の下層にも窒化シリ
コン膜を形成することは、高抵抗素子の抵抗値の変動抑
制に非常に有効である。本発明は、このような実状に鑑
みてなされ、高抵抗負荷素子の下層に形成する窒化シリ
コン膜の形成温度を最適化することにより下層酸化シリ
コン膜の緻密化のための熱処理工程を削減することがで
き、しかもコンタクトホールにおいて接続すべきでない
下層のゲート電極に対して十分な耐圧を有する半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。[0010] Forming a silicon nitride film also under the high resistance load element is very effective for suppressing the fluctuation of the resistance value of the high resistance element. The present invention has been made in view of such a situation, and reduces a heat treatment step for densification of a lower silicon oxide film by optimizing a formation temperature of a silicon nitride film formed below a high resistance load element. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can be manufactured and has a sufficient breakdown voltage with respect to a lower gate electrode which should not be connected in a contact hole.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
の上に形成されたトランジスタのゲート電極の上に、酸
化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜上
に窒化シリコン膜を形成することにより、酸化シリコン
膜を緻密化する工程と、前記窒化シリコン膜および酸化
シリコン膜に、半導体基板の表面に臨むコンタクトホー
ルを形成する工程と前記コンタクトホール内に入り込む
ように、前記窒化シリコン膜の上に、抵抗負荷素子層と
なる半導体層を形成する工程とを具備する。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises forming a silicon oxide film on a gate electrode of a transistor formed on a semiconductor substrate. Forming a silicon nitride film on the silicon oxide film to densify the silicon oxide film, and forming a contact hole facing the surface of the semiconductor substrate in the silicon nitride film and the silicon oxide film. Forming a semiconductor layer to be a resistance load element layer on the silicon nitride film so as to enter the contact hole.
【0012】前記窒化シリコン膜の形成温度が700°
C以上、好ましくは730〜800°Cであることが好
ましい。この温度が700°Cよりも小さい場合には、
下層の酸化シリコン膜の膜質の緻密化が十分でなくなる
傾向にあり、一方、800℃より高い温度で熱処理する
ことは、窒化膜のCVD膜厚の制御が困難であることか
ら実用的ではない。The temperature for forming the silicon nitride film is 700 °
C or higher, preferably 730 to 800 ° C. If this temperature is less than 700 ° C,
Density of the lower silicon oxide film tends to be insufficient, while heat treatment at a temperature higher than 800 ° C. is not practical because it is difficult to control the CVD film thickness of the nitride film.
【0013】前記コンタクトホールの底部に露出する半
導体基板の表面に形成された酸化シリコン薄膜を除去す
るために、ライトエッチングを行うことが好ましい。前
記ライトエッチングは、たとえばフッ酸を含む溶液を用
いて行われる。前記コンタクトホールの形成に際して、
シェアード・コンタクトを得るために、前記ゲート電極
の一部も露出するようにコンタクトホールが形成されて
も良い。Preferably, light etching is performed to remove the silicon oxide thin film formed on the surface of the semiconductor substrate exposed at the bottom of the contact hole. The light etching is performed using, for example, a solution containing hydrofluoric acid. In forming the contact hole,
In order to obtain a shared contact, a contact hole may be formed so that a part of the gate electrode is also exposed.
【0014】また、ゲート電極を構成する配線層にもコ
ンタクトホールを開口し、ゲート電極と抵抗素子とを直
接接続するベリッドコンタクトと呼ばれる手法を用いて
もよい。前記半導体基板の上に形成されるトランジスタ
は、たとえばSRAMの駆動トランジスタと選択トラン
ジスタとであり、前記抵抗負荷素子層と成る半導体層
が、SRAMの負荷抵抗である。Further, a method called buried contact may be used in which a contact hole is also opened in the wiring layer constituting the gate electrode and the gate electrode and the resistance element are directly connected. The transistors formed on the semiconductor substrate are, for example, an SRAM driving transistor and a selection transistor, and the semiconductor layer serving as the resistance load element layer is a load resistance of the SRAM.
【0015】本発明に係る半導体装置の製造方法では、
酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜を形成し、その際
に、窒化シリコン膜の形成温度を最適化することによ
り、下層酸化シリコン膜の緻密化のための熱処理を兼ね
させることが可能になる。したがって、別途、酸化シリ
コン膜の緻密化のための熱処理工程を行うことが不要に
なる。その結果、製造工程の削減に寄与すると同時に、
製造時の合計熱処理量が小さくなり、MOSトランジス
タの実効的なゲート長が長くなり、短チャネル効果に対
して強くなる。In the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention,
By forming a silicon nitride film over the silicon oxide film and optimizing the formation temperature of the silicon nitride film, heat treatment for densification of the lower silicon oxide film can be performed. Therefore, it is not necessary to separately perform a heat treatment step for densification of the silicon oxide film. As a result, while contributing to the reduction of the manufacturing process,
The total amount of heat treatment at the time of manufacturing becomes smaller, the effective gate length of the MOS transistor becomes longer, and the resistance to the short channel effect becomes stronger.
【0016】なお、本発明では、酸化シリコン膜が緻密
化されるので、コンタクトホールにおいて接続すべきで
ない下層のゲート電極に対して十分な耐圧を有する。ま
た、本発明では、窒化シリコン膜を高抵抗負荷素子の下
層に形成することで、高抵抗負荷素子の抵抗値の変動抑
制に非常に有効である。According to the present invention, since the silicon oxide film is densified, the silicon oxide film has a sufficient withstand voltage with respect to the lower gate electrode which should not be connected in the contact hole. Further, in the present invention, by forming the silicon nitride film below the high-resistance load element, it is very effective in suppressing the fluctuation of the resistance value of the high-resistance load element.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体装置の
製造方法を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明
する。まず、高抵抗負荷型SRAMのメモリセルの等価
回路図を図10に示す。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the drawings. First, an equivalent circuit diagram of a memory cell of a high resistance load type SRAM is shown in FIG.
【0018】図10に示すように、SRAMのメモリセ
ルは、一対の駆動トランジスタT3,T4 で構成される
フリップフロップ回路と、各駆動トランジスタT3 ,T
4 の記憶ノード部N1 ,N2 にそれぞれ電気的に接続さ
れる一対の負荷抵抗素子R1,R2 とを有する。記憶ノ
ード部N1 ,N2 は、選択トランジスタT1 ,T2 を介
して、それぞれビット線bおよび反転ビット線b’に接
続してある。As shown in FIG. 10, the memory cell of the SRAM, the flip-flop circuit constituted by a pair of drive transistors T 3, T 4, the driving transistor T 3, T
It has a pair of load resistance elements R 1 and R 2 electrically connected to the four storage node units N 1 and N 2 , respectively. The storage node units N 1 and N 2 are connected to a bit line b and an inverted bit line b ′ via selection transistors T 1 and T 2 , respectively.
【0019】選択トランジスタT1 ,T2 のゲート電極
は、ワード線Wを兼ねている。このようなSRAMのメ
モリセルでは、記憶ノード部N1 ,N2 において、高抵
抗負荷素子R1 ,R2 と、トランジスタT1 〜T4 のソ
ース・ドレイン領域と、トランジスタT1 ,T2 のゲー
ト電極とを接続する必要があることから、半導体装置の
製造過程において、後述するようなシェアード・コンタ
クトが採用されている。The gate electrodes of the select transistors T 1 and T 2 also serve as the word line W. In such an SRAM memory cell, in the storage node portions N 1 and N 2 , the high-resistance load elements R 1 and R 2 , the source / drain regions of the transistors T 1 to T 4 , and the transistors T 1 and T 2 Since it is necessary to connect to a gate electrode, a shared contact as described later is employed in a process of manufacturing a semiconductor device.
【0020】次に、本発明の一実施形態に係る半導体装
置としてのSRAMの製造方法について説明する。以下
の説明では、SRAMのメモリセルのうちの主要部(シ
ェアード・コンタクト周辺部分)のみを図示し、その製
造過程を説明する。Next, a method of manufacturing an SRAM as a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description, only the main part (peripheral part of the shared contact) of the SRAM memory cell will be illustrated, and the manufacturing process thereof will be described.
【0021】図1に示すように、まず、半導体基板10
上に、たとえば350nmの膜厚の素子分離領域12
を、窒化シリコン膜によるLOCOS法を用いて形成す
る。半導体基板10としては、たとえばシリコン単結晶
ウェーハが用いられる。次に、図2に示すように、P型
不純物領域であるPウェル領域13を、ボロンのイオン
注入により形成する。その後、素子分離領域12の間に
位置する半導体基板10の表面に、ゲート絶縁膜14を
形成する。ゲート絶縁膜14は、たとえば酸化シリコン
膜で構成され、熱酸化法などで成膜される。ゲート絶縁
膜14の膜厚は、特に限定されないが、たとえば8nm
程度である。As shown in FIG. 1, first, a semiconductor substrate 10
An element isolation region 12 having a thickness of, for example, 350 nm is formed thereon.
Is formed using a LOCOS method using a silicon nitride film. As the semiconductor substrate 10, for example, a silicon single crystal wafer is used. Next, as shown in FIG. 2, a P well region 13 which is a P type impurity region is formed by boron ion implantation. After that, a gate insulating film 14 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10 located between the element isolation regions 12. The gate insulating film 14 is made of, for example, a silicon oxide film and is formed by a thermal oxidation method or the like. The thickness of the gate insulating film 14 is not particularly limited.
It is about.
【0022】次に、ゲート絶縁膜14の上に、MOSト
ランジスタのゲート電極16となるポリシリコン層を形
成する。本実施形態では、ゲート電極16は、ポリサイ
ド層(ポリシリコン層とシリサイド層との積層構造)で
あり、ポリシリコン層120nmと、タングステン・シ
リサイド層120nmを順次積層させて形成する。Next, a polysilicon layer to be the gate electrode 16 of the MOS transistor is formed on the gate insulating film 14. In the present embodiment, the gate electrode 16 is a polycide layer (laminated structure of a polysilicon layer and a silicide layer), and is formed by sequentially laminating a polysilicon layer 120 nm and a tungsten silicide layer 120 nm.
【0023】本実施形態では、SRAMの例について説
明するので、図10に示すSRAMメモリ・セルの駆動
トランジスタT3 ,T4 および選択トランジスタT1 ,
T2と、図示しない周辺回路のMOSトランジスタのゲ
ート電極を、上記のポリサイド層で形成する。次に、こ
のゲート電極16を所定パターンにエッチング後、ソー
ス・ドレイン領域と成る部分に、ひ素などのN型不純物
をイオン注入してLDD領域(低濃度拡散層)18を形
成する。In this embodiment, since an example of an SRAM will be described, the driving transistors T 3 and T 4 and the selection transistors T 1 and T 1 of the SRAM memory cell shown in FIG.
And T 2, the gate electrode of the MOS transistor of the peripheral circuit (not shown) formed in the polycide layer above. Next, after the gate electrode 16 is etched in a predetermined pattern, an N-type impurity such as arsenic is ion-implanted into a portion serving as a source / drain region to form an LDD region (low-concentration diffusion layer) 18.
【0024】次に、図3に示すように、酸化シリコン膜
からなる層間絶縁膜をたとえば300nmの厚さ形成
し、RIEなどの異方性エッチングにより、ゲート電極
16の側部にサイドウォール19を形成する。その後、
ひ素などのN型不純物をイオン注入してソース/ドレイ
ン領域20(高濃度拡散層)を形成する。このイオン注
入時の条件は特に限定されないが、たとえば注入エネル
ギーは、20keV程度であり、ドーズ量は、2×10
15/cm2 である。Next, as shown in FIG. 3, an interlayer insulating film made of a silicon oxide film is formed to a thickness of, for example, 300 nm, and a side wall 19 is formed on the side of the gate electrode 16 by anisotropic etching such as RIE. Form. afterwards,
N-type impurities such as arsenic are ion-implanted to form source / drain regions 20 (high-concentration diffusion layers). The conditions for this ion implantation are not particularly limited. For example, the implantation energy is about 20 keV and the dose is 2 × 10
15 / cm 2 .
【0025】次に、図4に示すように、酸化シリコン膜
22を約100nmの厚さで形成する。なお、ここで、
従来では、酸化シリコン膜22を緻密化するために、約
850℃、15分のアニールが必要であった。しかし、
本実施形態では、このアニール工程を削減して、酸化シ
リコン膜22の上に、窒化シリコン(Si3 N4 )膜2
4を減圧CVDにより形成する。Si3 N4 膜24は、
水分、水素、可動イオンのストッパーとして効果があ
り、さらに下地の酸化シリコン膜の層間耐圧を保証する
上でも重要である。Next, as shown in FIG. 4, a silicon oxide film 22 is formed with a thickness of about 100 nm. Here,
Conventionally, annealing at about 850 ° C. for 15 minutes was required to densify the silicon oxide film 22. But,
In the present embodiment, this annealing step is omitted, and the silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 2 is formed on the silicon oxide film 22.
4 is formed by low pressure CVD. The Si 3 N 4 film 24 is
It is effective as a stopper for moisture, hydrogen and mobile ions, and is also important in guaranteeing the interlayer breakdown voltage of the underlying silicon oxide film.
【0026】本実施形態では、窒化シリコン膜24は、
低圧(LP)- CVDにより、2〜5時間わたって70
0℃以上の熱を加えて、約5〜30nmの厚さで形成さ
れる。このような熱を加えて窒化シリコン膜24を成膜
することで、下層の酸化シリコン膜22の緻密化が達成
される。In the present embodiment, the silicon nitride film 24 is
Low pressure (LP) -CVD for 2-5 hours
The film is formed with a thickness of about 5 to 30 nm by applying heat of 0 ° C. or more. By forming the silicon nitride film 24 by applying such heat, densification of the lower silicon oxide film 22 is achieved.
【0027】次に、図5に示すように、図10に示す記
憶ノードN1 ,N2 となるソース・ドレイン領域20に
向けて、窒化シリコン膜22および酸化シリコン膜22
を所定パターンでエッチングし、コンタクトホール26
を形成する。本実施形態では、このコンタクトホール2
6は、図10に示す記憶ノードN1 ,N2 の部分に形成
されるコンタクトホールであり、選択トランジスタ
T3 ,T4 のゲート電極に対して接続されなければなら
ないことから、シェアード・コンタクトである。なお、
ソース・ドレイン20に対するコンタクトホールとワ−
ド線に対するコンタクトホールを同時に形成し、これら
を接続するようにしてもよい。Next, as shown in FIG. 5, the silicon nitride film 22 and the silicon oxide film 22 are directed toward the source / drain regions 20 to be the storage nodes N 1 and N 2 shown in FIG.
Is etched in a predetermined pattern to form contact holes 26.
To form In the present embodiment, the contact hole 2
Reference numeral 6 denotes a contact hole formed in the storage nodes N 1 and N 2 shown in FIG. 10, which must be connected to the gate electrodes of the selection transistors T 3 and T 4 , and are shared contacts. is there. In addition,
Contact hole and wire for source / drain 20
Alternatively, contact holes for the lead lines may be formed at the same time, and these may be connected.
【0028】次に、コンタクトホール26の内部、特
に、半導体基板10上の自然酸化膜を除去するためにラ
イト・エッチングを行う。このライト・エッチング時
に、下地の酸化シリコン膜22の緻密化熱処理が充分で
ないと、図12に示すように、窒化シリコン膜24の下
の酸化シリコン膜がサイド・エッチングされ、ゲート電
極16aに対して層間耐圧不良を起こす危険性がある。
たとえば図11に示すように、酸化シリコン膜22の熱
処理温度(横軸)と、バッファードフッ酸(HF:NH
4 Fとの比が1:400)による酸化シリコン膜22の
エッチング速度(縦軸)とは、一定の関係があり、アニ
ール時間を一定とした場合に(図11の場合アニール時
間は10分)熱処理温度が高くなるほど、エッチング速
度が低下する。これは、酸化シリコン膜の膜質が緻密化
するためと考えられる。したがって、酸化シリコン膜2
2が十分に熱処理されていない場合には、図12に示す
ように、窒化シリコン膜24の下の酸化シリコン膜がサ
イド・エッチングされ、ゲート電極16aに対して層間
耐圧不良を起こす危険性がある。なお、ライトエッチン
グで用いることができるのは、例えば弗酸を含む溶液で
あり、その濃度はHF:H2 O=1:100〜1:20
0程度でも良く、制限されるものではない。Next, light etching is performed to remove the inside of the contact hole 26, particularly, the natural oxide film on the semiconductor substrate 10. If the heat treatment for densification of the underlying silicon oxide film 22 is not sufficient during this light etching, the silicon oxide film below the silicon nitride film 24 is side-etched as shown in FIG. There is a risk of causing an interlayer breakdown voltage failure.
For example, as shown in FIG. 11, the heat treatment temperature (horizontal axis) of the silicon oxide film 22 and the buffered hydrofluoric acid (HF: NH
The etching rate (vertical axis) of the silicon oxide film 22 when the ratio with 4 F is 1: 400) has a fixed relationship, and when the annealing time is constant (the annealing time in FIG. 11 is 10 minutes). The higher the heat treatment temperature, the lower the etching rate. This is considered because the quality of the silicon oxide film is increased. Therefore, the silicon oxide film 2
If the silicon oxide film 2 is not sufficiently heat-treated, the silicon oxide film under the silicon nitride film 24 is side-etched as shown in FIG. . A solution that can be used in the light etching is, for example, a solution containing hydrofluoric acid, and its concentration is HF: H 2 O = 1: 100 to 1:20.
It may be about 0 and is not limited.
【0029】一方、酸化シリコン膜22の緻密化のため
の熱処理工程と、抵抗負荷の抵抗値変動および耐圧確保
のために窒化シリコン膜24の形成工程との両方の工程
を別々に行うことは、図13に示すように、合計熱処理
量が多くなり、短チャネル効果に対して非常に不利であ
る。一方、コスト削減という観点からも得策では無い。On the other hand, performing both the heat treatment step for densification of the silicon oxide film 22 and the formation step of the silicon nitride film 24 separately for the purpose of securing the resistance value fluctuation and the breakdown voltage of the resistance load is performed separately. As shown in FIG. 13, the total amount of heat treatment increases, which is extremely disadvantageous for the short channel effect. On the other hand, it is not a good idea from the viewpoint of cost reduction.
【0030】本実施形態では、酸化シリコン膜22の上
に窒化シリコン膜24を形成し、その際に、窒化シリコ
ン膜24の形成温度を最適化することにより、下層酸化
シリコン膜22の緻密化のための熱処理を兼ねさせるこ
とが可能になる。したがって、別途、酸化シリコン膜2
2の緻密化のための熱処理工程を行うことが不要にな
る。その結果、製造工程の削減に寄与すると同時に、製
造時の合計熱処理量が小さくなり、MOSトランジスタ
の実効的なゲート長が長くなり、短チャネル効果に対し
て強くなる。In the present embodiment, the silicon nitride film 24 is formed on the silicon oxide film 22, and at this time, the formation temperature of the silicon nitride film 24 is optimized to reduce the density of the lower silicon oxide film 22. Heat treatment for the purpose. Therefore, the silicon oxide film 2
It is not necessary to perform a heat treatment step for densification of Step 2. As a result, at the same time as contributing to a reduction in the number of manufacturing steps, the total heat treatment amount during manufacturing is reduced, the effective gate length of the MOS transistor is increased, and the MOS transistor is more resistant to the short channel effect.
【0031】なお、本実施形態では、酸化シリコン膜2
2が緻密化されるので、図12のようには成らず、図5
に示すようになり、コンタクトホール26において接続
すべきでない下層のゲート電極16aに対して十分な耐
圧を有する。また、本発明では、窒化シリコン膜を高抵
抗負荷素子の下層に形成することで、高抵抗負荷素子の
抵抗値の変動抑制に非常に有効である。In this embodiment, the silicon oxide film 2
2 is densified, so that the result is not as shown in FIG.
, And has a sufficient breakdown voltage with respect to the lower gate electrode 16a which should not be connected in the contact hole 26. Further, in the present invention, by forming the silicon nitride film below the high-resistance load element, it is very effective in suppressing the fluctuation of the resistance value of the high-resistance load element.
【0032】次に、本実施形態では、図6に示すよう
に、ライト・エッチングの後に高抵抗負荷素子となる半
導体層としてのポリシリコン層28を、例えば50nm
の厚さでCVDにより形成する。次に、高抵抗負荷素子
の抵抗値を決定するAsをポリシリコン層28の全面に
イオン注入する。その後、図7に示すように、RIEに
よりポリシリコン層28をパターニングし、レジスト・
パターンを形成して選択的にAsをポリシリコン層28
にイオン注入して電源ラインVcc(図10参照)を形
成する。Next, in this embodiment, as shown in FIG. 6, a polysilicon layer 28 as a semiconductor layer which becomes a high resistance load element after light etching is formed, for example, by 50 nm.
The thickness is formed by CVD. Next, As for determining the resistance value of the high resistance load element is ion-implanted on the entire surface of the polysilicon layer 28. Thereafter, as shown in FIG. 7, the polysilicon layer 28 is patterned by RIE,
A pattern is formed to selectively apply As to the polysilicon layer 28.
To form a power supply line Vcc (see FIG. 10).
【0033】図8に示すように、層間絶縁膜としてシリ
コン酸化膜30を成膜し、その上に、水分、水素、可動
イオンのストッパーとして働く窒化シリコン膜を、約5
〜30nmの厚さでCVDなどで形成する。その後、図
9に示すように、平坦化膜としてBPSG層34を50
0nm程度の厚さで形成した後、リフローにより平坦化
した後、図示はしないが金属配線層のコンタクト領域を
形成した後、金属配線層36を形成する。この金属配線
層36は例えば、バリヤメタル層とCuを含有するAl
配線層で形成する。この金属配線層36が、ビット線な
どになる。As shown in FIG. 8, a silicon oxide film 30 is formed as an interlayer insulating film, and a silicon nitride film serving as a stopper for moisture, hydrogen, and mobile ions is deposited thereon for about 5 minutes.
It is formed with a thickness of about 30 nm by CVD or the like. Thereafter, as shown in FIG. 9, the BPSG layer 34 is
After forming with a thickness of about 0 nm, flattening by reflow, a metal wiring layer 36 is formed after forming a contact region of a metal wiring layer (not shown). The metal wiring layer 36 is made of, for example, a barrier metal layer and Al containing Cu.
The wiring layer is formed. This metal wiring layer 36 becomes a bit line or the like.
【0034】次に、層間絶縁膜38の形成後、図示はし
ないが2層目のAl配線層を形成後、プラズマCVDに
よりオーバーコート膜となる窒化シリコン膜(SiN
膜)を形成する。本実施形態では、前述したように、酸
化シリコン膜の緻密化のための熱処理工程と、抵抗負荷
の抵抗値変動および耐圧確保のための窒化シリコン膜の
形成工程との両方の工程を別々には行わないので、ショ
ートチャネル効果(短チャネル効果)に対して非常に有
利である。一方、コスト削減という観点からも非常に有
利である。そのため、ターンアラウンドタイム(TA
T)も短縮可能である。Next, after forming the interlayer insulating film 38, although not shown, after forming a second Al wiring layer, a silicon nitride film (SiN film) to be an overcoat film is formed by plasma CVD.
Film). In the present embodiment, as described above, both the heat treatment step for densification of the silicon oxide film and the formation step of the silicon nitride film for securing the resistance value variation of the resistance load and the withstand voltage are separately performed. Since it is not performed, it is very advantageous for the short channel effect (short channel effect). On the other hand, it is very advantageous from the viewpoint of cost reduction. Therefore, the turnaround time (TA
T) can also be shortened.
【0035】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。たとえば、上述した実施形態では、抵抗
負荷は高抵抗負荷の例で説明したが、薄膜トランジスタ
(TFT)を抵抗素子として用いてもよい。また、SR
AMの製造方法として説明したが、SRAM以外にも、
MISトランジスタ(MOSトランジスタ含む)と抵抗
負荷素子とを有する半導体装置を製造する際の技術とし
て広く適用することができる。また、上述した実施形態
の半導体不純物の導電型や製造条件は、あくまでも一例
であり、本発明では、種々に改変することができる。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the example in which the resistance load is a high resistance load has been described, but a thin film transistor (TFT) may be used as the resistance element. Also, SR
Although described as a method of manufacturing an AM, in addition to the SRAM,
It can be widely applied as a technique for manufacturing a semiconductor device having a MIS transistor (including a MOS transistor) and a resistance load element. In addition, the conductivity types and manufacturing conditions of the semiconductor impurities in the above-described embodiments are merely examples, and can be variously modified in the present invention.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
半導体装置の製造方法によれば、酸化シリコン膜の上に
窒化シリコン膜を形成し、その際に、窒化シリコン膜の
形成温度を最適化することにより、下層酸化シリコン膜
の緻密化のための熱処理を兼ねさせることが可能にな
る。したがって、別途、酸化シリコン膜の緻密化のため
の熱処理工程を行うことが不要になる。その結果、製造
工程の削減に寄与すると同時に、製造時の合計熱処理量
が小さくなり、MOSトランジスタの実効的なゲート長
が長くなり、短チャネル効果に対して強くなる。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a silicon nitride film is formed on a silicon oxide film, and at this time, the temperature for forming the silicon nitride film is optimized. This makes it possible to also serve as a heat treatment for densifying the lower silicon oxide film. Therefore, it is not necessary to separately perform a heat treatment step for densification of the silicon oxide film. As a result, at the same time as contributing to a reduction in the number of manufacturing steps, the total heat treatment amount during manufacturing is reduced, the effective gate length of the MOS transistor is increased, and the MOS transistor is more resistant to the short channel effect.
【0037】なお、本発明では、酸化シリコン膜が緻密
化されるので、コンタクトホールにおいて接続すべきで
ない下層のゲート電極に対して十分な耐圧を有する。ま
た、本発明では、窒化シリコン膜を高抵抗負荷素子の下
層に形成することで、高抵抗負荷素子の抵抗値の変動抑
制に非常に有効である。In the present invention, since the silicon oxide film is densified, it has a sufficient withstand voltage with respect to the lower gate electrode which should not be connected in the contact hole. Further, in the present invention, by forming the silicon nitride film below the high-resistance load element, it is very effective in suppressing the fluctuation of the resistance value of the high-resistance load element.
【図1】図1は本発明の一実施形態に係るSRAMの製
造過程を示す要部断面図である。FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view showing a manufacturing process of an SRAM according to an embodiment of the present invention;
【図2】図2は図1の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 2 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 1;
【図3】図3は図2の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 3 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 2;
【図4】図4は図3の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 3;
【図5】図5は図4の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 5 is an essential part cross sectional view showing a step continued from FIG. 4;
【図6】図6は図5の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 6 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 5;
【図7】図7は図6の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 7 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 6;
【図8】図8は図7の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 8 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 7;
【図9】図9は図8の続きの工程を示す要部断面図であ
る。FIG. 9 is an essential part cross sectional view showing a step that follows the step shown in FIG. 8;
【図10】図10はSRAMのメモリセルの等価回路図
である。FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of an SRAM memory cell.
【図11】図11はアニール熱処理と酸化シリコン膜の
エッチング速度との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between annealing heat treatment and the etching rate of a silicon oxide film.
【図12】図12は酸化シリコン膜の緻密化が不十分な
場合の要部断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a principal part when the densification of the silicon oxide film is insufficient.
【図13】図13は合計熱処理とMOSトランジスタの
ゲート長とVthとの関係を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the total heat treatment, the gate length of the MOS transistor, and Vth.
【図14】図14(A),(B)は従来例に係るSRA
Mの製造過程を示す要部断面図である。14 (A) and (B) are SRA according to a conventional example.
It is principal part sectional drawing which shows the manufacturing process of M.
10… 半導体基板、12… 素子分離領域、16…
ゲート電極、20… ソース・ドレイン領域、22…
酸化シリコン膜、24… 窒化シリコン膜、26… コ
ンタクトホール、28… ポリシリコン層(半導体
層)。10 semiconductor substrate 12 element isolation region 16
Gate electrode, 20 ... source / drain region, 22 ...
Silicon oxide film, 24 silicon nitride film, 26 contact hole, 28 polysilicon layer (semiconductor layer).
Claims (7)
タのゲート電極の上に、酸化シリコン膜を形成する工程
と、 前記酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成すること
により、酸化シリコン膜を緻密化する工程と、 前記窒化シリコン膜および酸化シリコン膜に、半導体基
板の表面に臨む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入り込むように、前記窒化シ
リコン膜の上に、抵抗負荷素子層となる半導体層を形成
する工程とを具備する半導体装置の製造方法。A step of forming a silicon oxide film over a gate electrode of a transistor formed over a semiconductor substrate; and forming a silicon nitride film over the silicon oxide film to form a dense silicon oxide film. Forming a contact hole facing the surface of a semiconductor substrate in the silicon nitride film and the silicon oxide film; and forming a resistive load element layer on the silicon nitride film so as to enter the contact hole. Forming a semiconductor layer to be a semiconductor device.
°C以上である請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein the forming temperature of the silicon nitride film is 700.
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is not lower than ° C.
負荷素子層を形成する前に、前記コンタクトホールの底
部に露出する半導体基板の表面に形成された酸化シリコ
ン薄膜を除去するために、ライトエッチングを行う工程
を有する請求項1記載の半導体装置の製造方法。3. After the contact hole forming step and before forming a resistance load element layer, light etching is performed to remove a silicon oxide thin film formed on the surface of the semiconductor substrate exposed at the bottom of the contact hole. 2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of:
液を用いて行われることを特徴とする請求項3に記載の
半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 3, wherein the light etching is performed using a solution containing hydrofluoric acid.
シェアード・コンタクトを得るために、前記ゲート電極
の一部も露出するようにコンタクトホールが形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方
法。5. When forming the contact hole,
2. The method according to claim 1, wherein a contact hole is formed such that a part of the gate electrode is also exposed in order to obtain a shared contact.
を形成すると共に、ゲート電極を構成する配線層表面に
挑むコンタクトホールを形成する工程を有する請求項1
記載の半導体装置の製造方法。6. The method according to claim 1, further comprising the step of forming a contact hole in the surface of the semiconductor substrate and forming a contact hole in the surface of the wiring layer forming the gate electrode.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
ジスタが、SRAMの駆動トランジスタと選択トランジ
スタとであり、前記抵抗負荷素子層と成る半導体層が、
SRAMの負荷抵抗である請求項1に記載の半導体装置
の製造方法。7. A transistor formed on the semiconductor substrate is a drive transistor and a selection transistor of an SRAM, and the semiconductor layer serving as the resistance load element layer is
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is a load resistance of an SRAM.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8187602A JPH1032266A (en) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8187602A JPH1032266A (en) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | Manufacture of semiconductor device |
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JP (1) | JPH1032266A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6933565B2 (en) | 2000-06-08 | 2005-08-23 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
KR100669838B1 (en) * | 2000-01-31 | 2007-01-18 | 챠터드 세미컨덕터 매뉴팩춰링 리미티드 | Method of manufacturing integrated circuit device using poly cap mask |
-
1996
- 1996-07-17 JP JP8187602A patent/JPH1032266A/en not_active Abandoned
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100669838B1 (en) * | 2000-01-31 | 2007-01-18 | 챠터드 세미컨덕터 매뉴팩춰링 리미티드 | Method of manufacturing integrated circuit device using poly cap mask |
US6933565B2 (en) | 2000-06-08 | 2005-08-23 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7393731B2 (en) | 2000-06-08 | 2008-07-01 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
US7838349B2 (en) | 2000-06-08 | 2010-11-23 | Renesas Electronics Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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