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JP3550294B2 - Semiconductor capacitor, semiconductor device having the same, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Semiconductor capacitor, semiconductor device having the same, and method of manufacturing the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、平行平板コンデンサおよびこれを備えた半導体装置並びにその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置は、ますます小型化・高集積度化が進んでおり、これに用いられるコンデンサにおいても、優れた周波数特性および高い信頼性が求められている。
【0003】
ここで、従来の技術による半導体コンデンサについて図面を参照しながら説明する。なお、以下の各図において、同一の部分には同一の参照番号を付してその説明は適宜省略する。
【0004】
図11は、従来技術による半導体コンデンサの第1の例を示す略示断面図である。
【0005】
同図に示すとおり、シリコン基板1上に形成された素子分離用酸化膜2の上に、下部電極となる多結晶シリコン層43が形成されている。
【0006】
多結晶シリコン層43上の領域のうち、電荷蓄積領域52には、誘電体としての窒化シリコン膜4が形成され、その周辺部は、絶縁膜49の側面に沿ってその上面の周辺部に達するまで延在している。また、誘電体膜4の上には、この誘電体膜4の全面を覆うように、導電性材料であるアルミニウムが堆積され、上部電極となる金属電極45が形成されている。
【0007】
この多結晶シリコン層43の他の領域上には、電荷蓄積部からわずかに離隔してアルミニウムからなる金属引出電極6が形成され、その下端は、下部電極となる多結晶シリコン層43に接続されることにより電荷蓄積部に接続され、その上端は、図示しない第1層配線と接続されることにより、外部の回路に接続されている。
【0008】
図12は、図11に示す半導体コンデンサ100における電荷蓄積部と金属引出し電極6との位置関係を示す説明図である。
【0009】
同図において、半導体コンデンサ100の下部電極となる多結晶シリコン層43の主要部に点線で示す領域が電荷蓄積部となる電荷蓄積領域52であり、また、この電荷蓄積領域52からわずかに離隔して多結晶シリコン層43の周辺部に金属引出電極7の形成予定領域7’が示されている。
【0010】
図11に示す半導体コンデンサ100では、下部電極における抵抗値が比較的大きいため、信号伝播時のRC遅延により、高周波数帯域における周波数特性が劣るという欠点があった。
【0011】
また、大容量のコンデンサが必要な場合は、この抵抗値の増大を避けるため、複数のコンデンサを並列接続することになるが、各コンデンサの引出電極の数量が多くなり、このため、微細化を妨げるという欠点もあった。
【0012】
図13は、従来の技術による半導体コンデンサの第2の例を示す説明図であり、複数の電荷蓄積部を備えた半導体コンデンサ120の各構成部分の位置関係を示すものである。。
【0013】
図13に示す半導体コンデンサ120は、下部電極となる多結晶シリコン層23の上に4つの電荷蓄積領域53を有し、各電荷蓄積部は、同図において上下に2個ずつ配設されている。
【0014】
各電荷蓄積領域53の周辺には、多数の金属引出電極の形成予定領域となる電極コンタクト領域26が形成され、これにより、各電荷蓄積部53の中心までの距離を小さくして抵抗値の増大を防止している。
【0015】
このように、従来の技術では、下部電極における抵抗値が大きいため、電荷蓄積部を多数設けるためには、多数の電極コンタクトを形成する必要が生じるので、その分コンデンサ全体の面積が大きくなり、集積度を向上させるには限界があるという欠点があった。
【0016】
以上の欠点を解消するため、下部電極の表面の全面に高融点金属シリサイド膜を形成した後、誘電体膜を形成する半導体コンデンサが考案されている。
【0017】
シリサイド膜を形成する高融点金属としては、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、白金等がある。しかし、一般に高融点金属には、幅の狭いシリサイド膜を形成すると抵抗値が高くなるという細線効果を有するものが多い一方、コバルトについては、この細線効果がないため、金属シリサイド膜の形成には、コバルトを用いる場合が多い。
【0018】
図14は、このようなコバルトシリサイド膜を備えた従来技術の第3の例としての半導体コンデンサ110の略示断面図である。
【0019】
図11との対比において明確に分るように、図14に示す半導体コンデンサ110においては、下部電極である多結晶シリコン53の表面部の全面にコバルトシリサイド膜60が形成されている。
【0020】
この半導体コンデンサ110によれば、コバルトシリサイド膜60があるために、下部電極の抵抗が大幅に低減され、高周波特性が改善されるという利点があった。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の半導体コンデンサ110においては、以下のような問題点があった。
【0022】
即ち、コバルトシリサイド膜には、細線効果がないという利点があるが、熱に弱いため、シリサイド膜形成時の高温処理により、表面形状が悪くなるという欠点がある。これにより、高電圧でコンデンサを使用すると、電流のリークが生じる場合がある。また、この熱処理の工程でコバルト原子が誘電体膜である窒化膜の内部に拡散し、回路の誤動作を引き起す場合もある。
【0023】
このように、従来の技術では、信頼性の高い半導体コンデンサの提供が困難であるという問題点があった。
【0024】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、集積度および信頼性が高く、高周波数特性の優れた半導体コンデンサおよびこれを備えた半導体装置並びにその製造方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の手段により上記課題の解決を図る。
【0026】
即ち、本発明によれば、
半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜上に形成された下部電極となるシリコン成長層と、
前記シリコン成長層上の電荷蓄積部形成予定領域に形成された誘電体膜としての窒化膜と、
前記シリコン成長層上の他の一部の領域に形成された引出電極と、
前記シリコン成長層の表面領域のうち、前記窒化膜と前記引出電極との間の領域の表面部のみに形成された高融点金属シリサイド膜と、
前記窒化膜上に形成された上部電極となる導電金属層とを備えた半導体コンデンサが提供される。
【0027】
前記高融点金属シリサイド膜は、前記電荷蓄積部の周辺領域の前記シリコン成長層の表面部の少なくとも一部に延在して形成されていると良い。
【0028】
また、前記高融点金属シリサイド膜は、前記電荷蓄積部を周回するように、前記シリコン成長層の表面部のうち、前記電荷蓄積部の周辺領域の全面に形成されているとさらに良い。
【0029】
また、本発明によれば、
半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜上に形成された下部電極となるシリコン成長層と、
前記シリコン成長層上の電荷蓄積部となる領域に形成された誘電体膜となる複数の窒化膜と、
前記シリコン成長層上の他の領域上に形成された引出電極と、
前記窒化膜上に形成された上部電極となる金属層と、
前記シリコン成長膜の表面部であって、前記電荷蓄積部の周辺の領域を除く領域の表面部のみに形成された高融点金属シリサイド膜とを備えた半導体コンデンサが提供される。
【0030】
前記シリコン成長層は、非晶質シリコンでなるものでも良い。
【0031】
また、本発明によれば、
第1導電型の半導体基板の能動素子形成領域の周辺の表面に形成された素子分離絶縁膜と、
前記能動素子形成領域上の一部に形成された第1の酸化膜上に形成されたゲートとなる第2導電型の第1のポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜の側面に形成された側壁保護膜となる第1の窒化膜と、前記ポリシリコン膜の幅分隔離して前記半導体基板の表面部に形成されたソースまたはドレインとなる第2導電型の不純物拡散領域を備え、前記不純物拡散領域の表面部に高融点金属シリサイド膜を有する第2導電型チャネルのMOS型電界効果トランジスタと、
前記素子分離絶縁膜の一部の領域上に形成された第2導電型の第2のポリシリコン膜と、前記第2のポリシリコン膜上の中心部に形成された第2の窒化膜とを備え、前記第2のポリシリコン膜の電極コンタクト部の表面部に高融点金属シリサイド膜を有する抵抗体と、
前記素子分離絶縁膜の他の領域上に形成された下部電極となる第2導電型の第3のポリシリコン膜と、前記第3のポリシリコン膜上の中心部に形成された誘電体膜としての第3の窒化膜と、前記第3の窒化膜上に形成された上部電極となる金属層とを備え、前記下部電極の周辺部の表面部のみに高融点金属シリサイド膜を有する半導体コンデンサとを備え、
前記第1ないし第3のポリシリコン膜は、同一の膜厚と同一の不純物拡散濃度を有し、
前記高融点金属シリサイド膜は、同一の高融点金属のシリサイド膜であることを特徴とする半導体装置が提供される。
【0032】
また、本発明によれば、
第1導電型の半導体基板の表面に素子分離絶縁膜を形成して能動素子形成領域を画定する工程と、
前記能動素子形成領域の上に酸化膜を形成する工程と、
全面に第2導電型の不純物をドープしつつ多結晶シリコン膜を成長させる工程と、
第1のレジストパターンを形成した後、異方性エッチングにより、MOS型電界効果トランジスタのゲートを形成するとともに、前記素子分離絶縁膜上に抵抗体の抵抗と半導体コンデンサの下部電極とを同時に形成する工程と、
前記ゲートをマスクとする第2導電型の不純物イオンの注入および拡散により、MOS型電界効果トランジスタのソースまたはドレインとなる第1の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記第1のレジストパターンを除去した後、全面に窒化膜を形成する工程と、第2のレジストパターンを形成し、これをマスクとして異方性エッチングにより、前記ゲートの側壁保護膜と前記抵抗上の窒化膜と前記下部電極上の誘電体膜とを形成する工程と、
前記第2のレジストパターンをマスクとして第2導電型の不純物イオンを注入し、前記ゲート、ソースおよびドレイン、並びに前記抵抗及び前記誘電体膜の周辺の電極コンタクト領域の各表面部に高濃度の第2の不純物拡散領域を同時に形成する工程と、
高融点金属をスパッタリングした後、熱処理により前記第2の不純物拡散領域の各々の表面部に高融点金属シリサイド膜を同時に形成する工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【0033】
上記高融点金属は、コバルトであることが望ましい。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【0035】
図1は、本発明にかかる半導体コンデンサの第1の実施の形態を示す略示断面図である。本実施形態の特徴は、同図に示すように金属シリサイド10の形状にあり、下部電極の表面部のうち、電荷蓄積領域を除く領域に形成されている点にある。
【0036】
同図に示すように、半導体基板1上に形成された素子分離用シリコン酸化膜2の上に、燐をドープした多結晶シリコン層3が形成され、この多結晶シリコン層3が半導体コンデンサ20の下部電極となっている。
【0037】
この多結晶シリコン層3の上には、図11および図14に示した従来技術による半導体装置と略同一の位置および形状で、電荷蓄積部および引出電極が形成されている。
【0038】
即ち、多結晶シリコン層3の電荷蓄積領域52の上には、誘電体膜としての窒化シリコン膜4が0.05μmの膜厚で形成され、その周辺部は、窒化シリコン膜4の周囲に形成された絶縁膜としての酸化シリコン膜9の側面に沿って酸化シリコン膜9の上面の周縁部に達するまで延在している。さらに、この窒化シリコン膜4の上には、アルミニウム金属層5がこの窒化シリコン膜4の全面を覆うように堆積され、コンデンサの上部電極となっている。
【0039】
また、電荷蓄積部からわずかに離隔した多結晶シリコン膜3の周辺部には、アルミニウム引出電極6が形成され、その下端は、下部電極となる多結晶シリコン層3に接続されることにより電荷蓄積部に接続され、その上端は、図示しない第1層配線と接続されることにより、外部の回路に接続されている。
【0040】
多結晶シリコン層3上の表面部のうち、周縁部3および電荷蓄積部52の領域を除く領域の全面は、本発明において特徴的なコバルトシリサイド膜10が形成されている。
【0041】
図2は、図1に示す半導体装置20の電荷蓄積部とコバルトシリサイド膜10との位置関係を示す説明図である。
【0042】
同図に示すように、多結晶シリコン層3の周縁部および電荷蓄積領域52を除いて多結晶シリコン層3の表面部の全面にコバルトシリサイド膜10が形成されている。なお、同図において電荷蓄積領域52からわずかに離隔し、点線で示す領域は、アルミニウム引出電極6の形成予定領域7’である。
【0043】
図1および図2に示したように、本実施形態における半導体コンデンサ20では、コバルトシリサイド膜10が下部電極の表面部のうち電荷蓄積領域52を除く領域に形成され、電荷蓄積領域52の表面部には、形成されていない。このため、電流は、抵抗値の低いコバルトシリサイド膜10を通って電荷蓄積領域の下部電極に流れるので、信号伝播時のRCの値が小さくなることにより、優れた高周波数特性を有することができる。
【0044】
この一方、下部電極3の表面部のうち、電荷蓄積領域52の表面部には、コバルトシリサイド膜が形成されていないため、窒化シリコン膜4と下部電極との接触面の密着性が良く、また、コバルト原子が窒化シリコン膜4に拡散するおそれもなくなる。これにより、半導体コンデンサの信頼性が維持される。
【0045】
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0046】
本実施形態は、複数の電荷蓄積部を備えた半導体コンデンサに本発明を適用した形態である。
【0047】
図3は、本発明にかかる半導体コンデンサの第2の実施の形態を示す略示断面図である。
【0048】
本実施形態にかかる半導体コンデンサ40の特徴は、並列に接続された複数の電荷蓄積部と、下部電極を第1層配線と接続する単一の引出電極とを備えた点にある。
【0049】
図3に示すように、半導体基板1上に形成されたシリコン酸化膜2の上に燐をドープした多結晶シリコン層23が形成され、下部電極を構成している。
【0050】
多結晶シリコン層23の電荷蓄積領域33a,33bの上には、誘電体膜である窒化シリコン膜14が形成され、その周辺部は、多結晶シリコン層23上に形成された酸化シリコン膜9の側面に沿ってその上面に達するまで延在し、また、電荷蓄積領域33a,33bの間の領域では、酸化シリコン膜9の上面で接合して形成されている。
【0051】
窒化シリコン膜14の上には、アルミニウム金属層15が窒化シリコン膜14の全体を覆うように堆積され、コンデンサ40の上部電極となっている。
【0052】
また、電荷蓄積部からわずかに離隔した多結晶シリコン膜の周辺部には、アルミニウム引出電極26が形成され、その下端は、多結晶シリコン層23に接続されることにより電荷蓄積部に接続され、その上端は、図示しない第1層配線と接続されることにより、外部の回路に接続されている。
【0053】
さらに、下部電極23の領域のうち、電荷蓄積領域33aと33bとの間およびこれらの周辺部の領域の表面部には、コバルトシリサイド膜30が形成され、これにより下部電極の抵抗値が低減されている。
【0054】
図4は、図3に示す半導体装置40の下部電極と電荷蓄積部との関係を示す説明図である。
【0055】
図4に示すように、本実施形態の半導体コンデンサ40は、格子状に配設された4つの電荷蓄積領域33a〜33dを有し、これにより、電荷蓄積部が並列に接続されている。
【0056】
これらの電荷蓄積領域33a〜33dの間およびその周辺の領域の下部電極23の表面部には、コバルトシリサイド膜30が形成されている。
【0057】
また、電荷蓄積領域33aおよび33cの境界部分の紙面左端部に近接して、単一のアルミニウム引出電極26が形成されている。
【0058】
このように、本実施形態における半導体コンデンサ40では、複数の電荷蓄積部が並列に接続するよう配設し、さらに、各電荷蓄積部の間およびその周辺の領域の下部電極の表面部にコバルトシリサイド膜30を形成することにより、コンデンサの全体の電荷蓄積容量を高めるとともに、コバルトシリサイド膜30が形成された領域から各電荷蓄積部の中心までの距離を短縮した構造としている。
【0059】
これにより、面積の大きな大容量のコンデンサにおいても、抵抗値が低く、RCの値が小さいため、高周波数特性の優れた半導体コンデンサが提供される。
【0060】
この一方、図3および図4に示すように、下部電極の表面部のうち、電荷蓄積領域33a〜33dの表面部には、コバルトシリサイド膜が形成されていないため、窒化シリコン膜14と下部電極23との接触面での密着性が良く、また、コバルト原子が窒化シリコン膜14に拡散するおそれもなくなる。これにより、信頼性の高い半導体コンデンサが提供される。
【0061】
さらに、従来技術による半導体コンデンサ120を示す図13との対比において明らかなように、本実施形態における半導体コンデンサ40においては、抵抗値が低いことにより、アルミニウム引出電極を1個にすることができる。これにより、コンデンサ全体の面積を小さくすることができ、集積度の高い半導体コンデンサが提供される。
【0062】
次に、以上の効果を有する半導体コンデンサを備えた半導体装置を本発明にかかる半導体装置の実施の1形態として説明する。
【0063】
図10は、本実施形態にかかる半導体装置80の略示断面図である。
【0064】
同図に示す半導体装置80は、同一のp型シリコン基板上にLDD(LightlyDoped Drain)構造のnチャネルMOS型電界効果トランジスタ(以下、単にMOSトランジスタという)50と、抵抗体60と、本発明にかかる半導体コンデンサ70とを備えている。
【0065】
MOSトランジスタ50は、p型シリコン半導体基板1上に形成された酸化膜25の上に形成されn型の不純物である燐がドープされたポリシリコン膜24でなるゲートと、このゲートの幅分離隔して半導体基板1の表面部に形成されたn− 不純物拡散層37,38と、ゲートの側壁に形成された側壁保護膜27をマスクとしてn型の不純物が高濃度にイオン注入されたn+不純物拡散層13,14でなるソースまたはドレインとを備えている。
【0066】
ポリシリコン膜24と不純物拡散領域37,38の各表面部には、コバルトシリサイド膜10が形成され、ソース、ドレインおよびゲートの各電極は、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜56内にそれぞれ設けられた金属引出電極41,42を介してシリコン酸化膜56上の第1層配線と接続されている。
【0067】
このMOSトランジスタ50の周囲の半導体基板1の表面には、フィールド酸化膜2が形成され、これによりMOSトランジスタ50が素子分離されている。
【0068】
抵抗体60および半導体コンデンサ70は、このフィールド酸化膜2の上に形成されている。
【0069】
抵抗体60は、フィールド酸化膜2の上に形成されポリシリコン膜24と同一の不純物が同一の濃度でドープされた抵抗22と、抵抗22上の中央の領域に形成されたシリコン窒化膜17とを備えている。
【0070】
また、抵抗22の電極コンタクト部の表面部には、コバルトシリサイド膜10が形成され、その上に形成された金属引出電極43を介してシリコン酸化膜56上の第1層配線と接続されている。
【0071】
また、半導体コンデンサ70は、フィールド酸化膜2の上に形成されポリシリコン膜24と同一の不純物が同一の濃度でドープされた下部電極となるポリシリコン膜23と、このポリシリコン膜23の中央部の領域上に形成された誘電体膜としてのシリコン窒化膜16と、このシリコン窒化膜16上に形成された上部電極となる金属電極15とを備えている。
【0072】
また、ポリシリコン膜23の周辺部の表面部には、コバルトシリサイド膜10が形成され、その上に形成された引出電極43を介してシリコン酸化膜56上の第1層配線と接続されている。
【0073】
本実施形態の半導体装置80は、本発明にかかる半導体コンデンサ70を備えているので、高周波特性に優れ、信頼性の高いコンデンサを備えた半導体装置が提供される。
【0074】
また、MOSトランジスタ50および抵抗体60についても、各電極コンタクト領域にコバルトシリサイド膜10が形成されているので、電極コンタクト部におけるオーミックコンタクトを実現した半導体装置が提供される。
【0075】
次に、本発明にかかる半導体コンデンサの製造方法の実施の形態について図5ないし図10を参照しながら説明する。
【0076】
本実施形態は、MOSトランジスタと、抵抗体と、前述の効果を有する半導体コンデンサとを少ない工程数で同時に形成する点に特徴がある。
【0077】
先ず、図5に示すように、P型のシリコン基板1の表面に約700nmの厚みのシリコン酸化膜を選択的に形成し、素子分離酸化膜2とするとともに、MOSトランジスタ形成領域を画定する。その後、MOSトランジスタ形成領域に約8nmの膜厚のシリコン酸化膜25を形成する。
【0078】
次に、図6に示すように、シリコン基板1上の全面に8×1020cm−3の高濃度の燐を含んだ多結晶シリコンを約200nm堆積し、レジストを用いたパターニングにより、選択的にエッチングを行い、MOSトランジスタのゲートとなる多結晶シリコン膜24と抵抗22とコンデンサの下部電極となる多結晶シリコン膜23とを同時に形成する。
【0079】
次に、多結晶シリコン膜24をマスクとして、燐をドーズ量6.0×1013cm−2、加速エネルギー60kev、でイオン注入し、熱処理を経て低濃度のn不純物拡散領域37,38を形成する。
【0080】
次に、図7に示すように、シリコン基板1上の全面にシリコン窒化膜46を約100nm堆積した後、抵抗体とコンデンサを形成する領域の上にレジストパターン47,48を形成する。
【0081】
次に、図8に示すように、上記レジストパターン47,48をマスクとしてRIE(Reactive Ion Etching)法により異方性エッチングを行い、ポリシリコン膜24の側壁保護膜27、抵抗上の窒化膜17およびコンデンサの誘電体膜16を同時に形成する。
【0082】
その後、上記レジストパターン47,48を残した状態で、燐を加速エネルギー30kev、ドーズ量5×1015cm−2でイオン注入し、熱処理を行って、MOSトランジスタのソースまたはドレインとなるn不純物拡散領域37,38を形成すると同時に、抵抗およびコンデンサ下部電極の電極コンタクト領域に不純物拡散領域を形成する。
【0083】
次に、図9に示すように、レジストパターン47,48を除去した後、シリコン基板1上の全面にスパッタリングによりコバルトを約20nmの厚みになるまで堆積させ、約600℃、約80秒の高温短時間アニールを行うことにより、多結晶シリコンと接しているコバルトのみをシリコンと反応させ、コバルトシリサイド膜10を形成する。未反応のコバルトは、硫酸と過酸化水素水の混合液により、選択的にエッチングして除去する。
【0084】
その後は、図10に示すように、シリコン酸化膜56を約800nmの膜厚で堆積させ、異方性エッチングにより、コンタクトホール31,32,39を形成する。その後、スパッタリングにより、上記コンタクトホール31,32,39内にアルミニウムを堆積させ、各素子の引出電極41〜43を形成した後、シリコン酸化膜56上に配線層を形成して半導体装置80を完成させる。
【0085】
このように、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法によれば、少ない工程数でMOSトランジスタ、抵抗体および本発明にかかる半導体コンデンサを備えた半導体装置を製造することができる。
【0086】
また、上述の各デバイスに金属シリサイド膜を形成する場合は、MOSトランジスタの側壁、抵抗の素子領域およびコンデンサの電荷蓄積部がシリサイド膜化されないように、絶縁膜を形成してこれらの領域をカバーする必要がある。本実施形態によれば、単一のシリコン窒化膜46のみでこれらの絶縁膜カバーを形成するので、製造工程を大幅に簡略化することができる。
【0087】
なお、本実施形態では、LDD構造を有するMOSトランジスタを備えた半導体装置の製造方法について説明したが、LDD構造を有しないMOSトランジスタであれば、ゲートの側壁保護膜を薄く形成し、この側壁保護膜をマスクとしてボロンイオンを注入し熱処理を行うこととすれば、1回だけのイオン注入工程でソース・ドレインの不純物拡散領域と、抵抗体およびコンデンサの各電極コンタクト領域の不純物拡散領域を同時に形成することができ、工程数をさらに減少させることができる。
【0088】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することができる。また、材料、形状等は、仕様に応じて適宜変更することができる。例えば、上述の実施の形態では、金属シリサイド膜としてコバルトシリサイド膜を使用したが、高融点金属であれば、コバルトに限らず、チタン、ニッケル、タングステンまたは白金でも良い。また、半導体コンデンサの下部電極についても、多結晶シリコンに限らず、非晶質シリコンを用いても良い。
【0089】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は以下の効果を奏する。
【0090】
即ち、本発明によれば、シリコン成長膜の表面部のうち、電荷蓄積部を除く領域の表面部に高融点金属シリサイド膜が形成されているので、下部電極の抵抗を低減することができる。これにより、高周波特性の優れた半導体コンデンサが提供される。
【0091】
また、上記シリコン成長膜の表面部のうち、電荷蓄積部の領域の表面部には、金属シリサイド膜が形成されていないので、窒化シリコン膜と下部電極との接触面における密着性が良く、また、コバルトシリサイド膜を用いる場合には、コバルト原子が窒化シリコン膜4に拡散するおそれもなくなる。これにより、信頼性の高い半導体コンデンサを提供することができる。
【0092】
また、本発明によれば、面積の大きな大容量のコンデンサにおいて、並列に接続された複数の電荷蓄積部の間およびその周辺の領域の下部電極の表面部にコバルトシリサイド膜を形成しているので、抵抗値が低く、信号伝播時のRCの値が小さいため、高周波数特性の優れた半導体コンデンサを提供することができる。
【0093】
また、抵抗値が低いため、アルミニウム引出電極を1個にすることができるので、コンデンサ全体の面積を小さくすることができ、集積度の高い半導体コンデンサを提供することができる。
【0094】
また、本発明によれば、MOSトランジスタと、抵抗体と、上記効果を有する半導体コンデンサとを備え、かつ、各素子の各電極は、各電極コンタクト領域に形成された高融点金属シリサイド膜を介して各引出電極と接続されているので、各素子の電極コンタクト部においてオーミックコンタクトを実現した半導体装置を提供することができる。
【0095】
さらに、本発明によれば、MOSトランジスタのゲートと抵抗体の抵抗とコンデンサの下部電極とを同時に形成し、また、ゲートの側壁保護膜と抵抗上の窒化膜とコンデンサの誘電体膜をマスクとして自己整合的にイオン注入と金属シリサイド膜の形成ができるので、上記効果を有する半導体コンデンサを備えた半導体装置を少ない工程数で容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。
【0096】
また、各素子の各電極は、各電極コンタクト領域に形成された高融点金属シリサイド膜を介して各引出電極と接続されているので、各素子の電極コンタクト部においてオーミックコンタクトを実現した半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態である半導体装置を示す略示断面図である。
【図2】図1に示す半導体装置の電荷蓄積部とコバルトシリサイド膜との位置関係を示す説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態である半導体装置を示す略示断面図である。
【図4】図3に示す半導体装置の下部電極と電荷蓄積部との関係を示す説明図である。
【図5】本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する略示断面図である。
【図6】本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する略示断面図である。
【図7】本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する略示断面図である。
【図8】本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する略示断面図である。
【図9】本発明にかかる半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する略示断面図である。
【図10】本発明にかかる半導体装置の第3の実施の形態の略示断面図である。
【図11】従来の技術における半導体コンデンサの第1の例を示す略示平面図である。
【図12】図11に示す半導体コンデンサにおける電荷蓄積部と金属引出し電極との位置関係を示す説明図である。
【図13】従来の技術における半導体コンデンサの第2の例を示す説明図である。
【図14】従来の技術における半導体コンデンサの第3の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基板
2 フィールド酸化膜
3,23,43,53 下部電極となる多結晶シリコン層
4,16 誘電体膜としての窒化シリコン膜
5,15 上部電極となるアルミニウム金属層
6,26,41〜43 金属引出電極
7,31,32,39 コンタクトホール
9 酸化シリコン膜
10,30,60 コバルトシリサイド膜
13,14,37,38 不純物拡散領域
16,17,46 シリコン窒化膜
20,40,70 本発明にかかる半導体コンデンサ
22 抵抗
25 酸化膜
27 側壁保護膜
33,52,53 電荷蓄積領域
47,48 レジストパターン
49 絶縁膜
50 MOSトランジスタ
60 抵抗体
80 本発明にかかる半導体装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a parallel plate capacitor, a semiconductor device including the same, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Semiconductor integrated circuit devices are becoming smaller and more highly integrated, and capacitors used therein are required to have excellent frequency characteristics and high reliability.
[0003]
Here, a conventional semiconductor capacitor will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0004]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a semiconductor capacitor according to the related art.
[0005]
As shown in FIG. 1, a polycrystalline silicon layer 43 serving as a lower electrode is formed on an oxide film 2 for element isolation formed on a silicon substrate 1.
[0006]
Among the regions on the polycrystalline silicon layer 43, the silicon nitride film 4 as a dielectric is formed in the charge storage region 52, and its peripheral portion reaches the peripheral portion of the upper surface along the side surface of the insulating film 49. Extends to On the dielectric film 4, aluminum as a conductive material is deposited so as to cover the entire surface of the dielectric film 4, and a metal electrode 45 serving as an upper electrode is formed.
[0007]
On the other region of the polycrystalline silicon layer 43, a metal extraction electrode 6 made of aluminum is formed slightly apart from the charge storage portion, and the lower end thereof is connected to the polycrystalline silicon layer 43 serving as a lower electrode. Thus, the upper end is connected to an external circuit by being connected to a first-layer wiring (not shown).
[0008]
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the charge storage portion and the metal extraction electrode 6 in the semiconductor capacitor 100 shown in FIG.
[0009]
In the figure, a region indicated by a dotted line in a main portion of the polycrystalline silicon layer 43 serving as a lower electrode of the semiconductor capacitor 100 is a charge storage region 52 serving as a charge storage portion, and is slightly separated from the charge storage region 52. Thus, a region 7 ′ where the metal extraction electrode 7 is to be formed is shown around the polycrystalline silicon layer 43.
[0010]
The semiconductor capacitor 100 shown in FIG. 11 has a disadvantage that the frequency characteristic in a high frequency band is inferior due to the RC delay during signal propagation because the resistance value of the lower electrode is relatively large.
[0011]
If a large-capacity capacitor is required, multiple capacitors must be connected in parallel to avoid this increase in resistance.However, the number of lead-out electrodes for each capacitor increases, and therefore miniaturization is required. There was also the disadvantage of hindering.
[0012]
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a second example of a semiconductor capacitor according to the related art, and shows a positional relationship between components of a semiconductor capacitor 120 having a plurality of charge storage units. .
[0013]
A semiconductor capacitor 120 shown in FIG. 13 has four charge storage regions 53 on a polycrystalline silicon layer 23 serving as a lower electrode, and each charge storage portion is provided two vertically in FIG. .
[0014]
Around each charge storage region 53, an electrode contact region 26, which is a region where a large number of metal extraction electrodes are to be formed, is formed, thereby reducing the distance to the center of each charge storage portion 53 and increasing the resistance value. Has been prevented.
[0015]
As described above, in the conventional technique, since the resistance value of the lower electrode is large, it is necessary to form a large number of electrode contacts in order to provide a large number of charge accumulation portions. There is a drawback that there is a limit in improving the degree of integration.
[0016]
In order to solve the above drawbacks, a semiconductor capacitor in which a refractory metal silicide film is formed on the entire surface of the lower electrode and then a dielectric film is formed has been devised.
[0017]
Examples of the high melting point metal forming the silicide film include titanium, cobalt, nickel, tungsten, platinum and the like. However, in general, many refractory metals have a fine line effect that a resistance value is increased when a narrow silicide film is formed, while cobalt does not have this fine line effect, so that forming a metal silicide film is difficult. And cobalt are often used.
[0018]
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor capacitor 110 as a third example of the related art provided with such a cobalt silicide film.
[0019]
As is clear from comparison with FIG. 11, in the semiconductor capacitor 110 shown in FIG. 14, a cobalt silicide film 60 is formed on the entire surface of the polycrystalline silicon 53 as the lower electrode.
[0020]
According to the semiconductor capacitor 110, the presence of the cobalt silicide film 60 has the advantage that the resistance of the lower electrode is greatly reduced and the high-frequency characteristics are improved.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described semiconductor capacitor 110 has the following problems.
[0022]
That is, although the cobalt silicide film has an advantage that there is no thin wire effect, it has a disadvantage that since it is weak to heat, the surface shape is deteriorated by high-temperature treatment when forming the silicide film. As a result, when a capacitor is used at a high voltage, current leakage may occur. Also, in this heat treatment step, cobalt atoms may diffuse into the nitride film which is a dielectric film, causing a circuit malfunction.
[0023]
As described above, the conventional technique has a problem that it is difficult to provide a highly reliable semiconductor capacitor.
[0024]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor capacitor having high integration and reliability, excellent in high frequency characteristics, a semiconductor device having the same, and a method of manufacturing the same. It is in.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present invention aims to solve the above problems by the following means.
[0026]
That is, according to the present invention,
A silicon growth layer serving as a lower electrode formed on a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate,
A nitride film as a dielectric film formed in a region where a charge storage portion is to be formed on the silicon growth layer;
An extraction electrode formed in another partial region on the silicon growth layer,
A refractory metal silicide film formed only on the surface of the region between the nitride film and the extraction electrode in the surface region of the silicon growth layer;
A semiconductor capacitor comprising: a conductive metal layer serving as an upper electrode formed on the nitride film;
[0027]
The refractory metal silicide film may be formed so as to extend to at least a part of a surface portion of the silicon growth layer in a peripheral region of the charge storage portion.
[0028]
Further, it is more preferable that the refractory metal silicide film is formed on the entire surface of the silicon growth layer in the peripheral region of the charge storage portion so as to go around the charge storage portion.
[0029]
According to the present invention,
A silicon growth layer serving as a lower electrode formed on a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate,
A plurality of nitride films serving as dielectric films formed in a region serving as a charge storage portion on the silicon growth layer;
An extraction electrode formed on another region on the silicon growth layer,
A metal layer serving as an upper electrode formed on the nitride film,
There is provided a semiconductor capacitor comprising a refractory metal silicide film formed only on a surface portion of the silicon growth film except for a region around the charge storage portion.
[0030]
The silicon growth layer may be made of amorphous silicon.
[0031]
According to the present invention,
An element isolation insulating film formed on a surface around an active element formation region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
A first polysilicon film of a second conductivity type serving as a gate formed on a first oxide film formed on a part of the active element formation region, and a side wall formed on a side surface of the polysilicon film A first nitride film serving as a protective film and a second conductivity type impurity diffusion region serving as a source or a drain formed on a surface portion of the semiconductor substrate separated by a width of the polysilicon film; A MOS field effect transistor having a second conductivity type having a refractory metal silicide film on the surface of the region;
A second conductivity type second polysilicon film formed on a partial region of the element isolation insulating film; and a second nitride film formed at a central portion on the second polysilicon film. A resistor having a refractory metal silicide film on the surface of the electrode contact portion of the second polysilicon film;
A third polysilicon film of a second conductivity type serving as a lower electrode formed on another region of the element isolation insulating film; and a dielectric film formed at a central portion on the third polysilicon film. A semiconductor capacitor comprising: a third nitride film; a metal layer serving as an upper electrode formed on the third nitride film; and a refractory metal silicide film only on a surface of a periphery of the lower electrode. With
The first to third polysilicon films have the same thickness and the same impurity diffusion concentration;
A semiconductor device is provided in which the refractory metal silicide films are the same refractory metal silicide films.
[0032]
According to the present invention,
Forming an element isolation insulating film on the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type to define an active element formation region;
Forming an oxide film on the active element forming region;
Growing a polycrystalline silicon film while doping the entire surface with an impurity of the second conductivity type;
After forming the first resist pattern, the gate of the MOS field effect transistor is formed by anisotropic etching, and the resistance of the resistor and the lower electrode of the semiconductor capacitor are simultaneously formed on the element isolation insulating film. Process and
Forming a first impurity diffusion region serving as a source or a drain of a MOS field effect transistor by implanting and diffusing a second conductivity type impurity ion using the gate as a mask;
After the first resist pattern is removed, a step of forming a nitride film on the entire surface, and forming a second resist pattern, and using this as a mask, anisotropic etching is performed to form a gate protection film on the gate sidewall protection film and the resistor. Forming a nitride film and a dielectric film on the lower electrode,
Impurity ions of the second conductivity type are implanted using the second resist pattern as a mask. Forming two impurity diffusion regions simultaneously;
Forming a refractory metal silicide film simultaneously on each surface of the second impurity diffusion region by heat treatment after sputtering the refractory metal, thereby providing a method of manufacturing a semiconductor device.
[0033]
The refractory metal is desirably cobalt.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of a semiconductor capacitor according to the present invention. The feature of the present embodiment lies in the shape of the metal silicide 10 as shown in the figure, which is formed in a region other than the charge accumulation region in the surface portion of the lower electrode.
[0036]
As shown in FIG. 1, a polycrystalline silicon layer 3 doped with phosphorus is formed on an element isolation silicon oxide film 2 formed on a semiconductor substrate 1. It is the lower electrode.
[0037]
On the polycrystalline silicon layer 3, a charge storage portion and an extraction electrode are formed at substantially the same position and shape as the semiconductor device according to the conventional technique shown in FIGS.
[0038]
That is, a silicon nitride film 4 as a dielectric film is formed with a thickness of 0.05 μm on the charge storage region 52 of the polycrystalline silicon layer 3, and its peripheral portion is formed around the silicon nitride film 4. It extends along the side surface of the silicon oxide film 9 serving as the insulating film until it reaches the periphery of the upper surface of the silicon oxide film 9. Further, an aluminum metal layer 5 is deposited on the silicon nitride film 4 so as to cover the entire surface of the silicon nitride film 4, and serves as an upper electrode of the capacitor.
[0039]
Further, an aluminum extraction electrode 6 is formed on the periphery of the polycrystalline silicon film 3 slightly separated from the charge storage portion, and the lower end thereof is connected to the polycrystalline silicon layer 3 serving as a lower electrode, thereby storing the charge. And an upper end thereof is connected to an external circuit by being connected to a first-layer wiring (not shown).
[0040]
The cobalt silicide film 10 characteristic of the present invention is formed on the entire surface of the polycrystalline silicon layer 3 except for the peripheral portion 3 and the region of the charge storage portion 52.
[0041]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the charge storage portion and the cobalt silicide film 10 of the semiconductor device 20 shown in FIG.
[0042]
As shown in the figure, a cobalt silicide film 10 is formed on the entire surface of the polycrystalline silicon layer 3 except for the peripheral portion of the polycrystalline silicon layer 3 and the charge storage region 52. In the figure, a region slightly separated from the charge storage region 52 and indicated by a dotted line is a region 7 ′ where the aluminum extraction electrode 6 is to be formed.
[0043]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the semiconductor capacitor 20 according to the present embodiment, the cobalt silicide film 10 is formed on the surface of the lower electrode except for the charge storage region 52, and the surface of the charge storage region 52 is formed. Is not formed. For this reason, a current flows through the cobalt silicide film 10 having a low resistance value to the lower electrode of the charge storage region, so that the value of RC at the time of signal propagation becomes small, so that excellent high frequency characteristics can be obtained. .
[0044]
On the other hand, since the cobalt silicide film is not formed on the surface of the charge storage region 52 of the surface of the lower electrode 3, the contact surface between the silicon nitride film 4 and the lower electrode has good adhesion. In addition, there is no fear that cobalt atoms diffuse into the silicon nitride film 4. Thereby, the reliability of the semiconductor capacitor is maintained.
[0045]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0046]
This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor capacitor having a plurality of charge storage units.
[0047]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the semiconductor capacitor according to the present invention.
[0048]
The feature of the semiconductor capacitor 40 according to the present embodiment is that the semiconductor capacitor 40 includes a plurality of charge storage units connected in parallel and a single extraction electrode connecting the lower electrode to the first layer wiring.
[0049]
As shown in FIG. 3, a polycrystalline silicon layer 23 doped with phosphorus is formed on a silicon oxide film 2 formed on a semiconductor substrate 1 to form a lower electrode.
[0050]
A silicon nitride film 14, which is a dielectric film, is formed on the charge storage regions 33a, 33b of the polycrystalline silicon layer 23, and a peripheral portion of the silicon nitride film 14 is formed of the silicon oxide film 9 formed on the polycrystalline silicon layer 23. It extends along the side surface until reaching the upper surface thereof, and is formed by bonding on the upper surface of the silicon oxide film 9 in a region between the charge storage regions 33a and 33b.
[0051]
An aluminum metal layer 15 is deposited on the silicon nitride film 14 so as to cover the entire silicon nitride film 14, and serves as an upper electrode of the capacitor 40.
[0052]
Further, an aluminum extraction electrode 26 is formed on the periphery of the polycrystalline silicon film slightly separated from the charge storage portion, and the lower end thereof is connected to the charge storage portion by being connected to the polycrystalline silicon layer 23, The upper end is connected to an external circuit by being connected to a first-layer wiring (not shown).
[0053]
Further, in the region of the lower electrode 23, a cobalt silicide film 30 is formed between the charge storage regions 33a and 33b and on the surface of the peripheral region, thereby reducing the resistance value of the lower electrode. ing.
[0054]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the lower electrode and the charge storage unit of the semiconductor device 40 shown in FIG.
[0055]
As shown in FIG. 4, the semiconductor capacitor 40 of the present embodiment has four charge storage regions 33a to 33d arranged in a lattice, and thereby the charge storage units are connected in parallel.
[0056]
A cobalt silicide film 30 is formed between the charge accumulation regions 33a to 33d and on the surface of the lower electrode 23 in the peripheral region.
[0057]
A single aluminum extraction electrode 26 is formed near the left end of the paper at the boundary between the charge accumulation regions 33a and 33c.
[0058]
As described above, in the semiconductor capacitor 40 according to the present embodiment, the plurality of charge storage units are disposed so as to be connected in parallel. By forming the film 30, the overall charge storage capacity of the capacitor is increased, and the distance from the region where the cobalt silicide film 30 is formed to the center of each charge storage portion is shortened.
[0059]
Thus, even in a large-capacity capacitor having a large area, a semiconductor capacitor having excellent high-frequency characteristics is provided because the resistance value is low and the RC value is small.
[0060]
On the other hand, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, since the cobalt silicide film is not formed on the surface portions of the charge accumulation regions 33a to 33d among the surface portions of the lower electrode, the silicon nitride film 14 and the lower electrode The adhesion on the contact surface with the silicon nitride film 23 is good, and there is no danger of cobalt atoms diffusing into the silicon nitride film 14. Thereby, a highly reliable semiconductor capacitor is provided.
[0061]
Further, as is apparent from comparison with FIG. 13 showing the semiconductor capacitor 120 according to the related art, in the semiconductor capacitor 40 of the present embodiment, since the resistance value is low, one aluminum extraction electrode can be used. Thus, the area of the entire capacitor can be reduced, and a highly integrated semiconductor capacitor can be provided.
[0062]
Next, a semiconductor device provided with a semiconductor capacitor having the above effects will be described as one embodiment of a semiconductor device according to the present invention.
[0063]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 80 according to the present embodiment.
[0064]
The semiconductor device 80 shown in the figure includes an n-channel MOS field-effect transistor (hereinafter simply referred to as a MOS transistor) 50 having an LDD (Lightly Doped Drain) structure on the same p-type silicon substrate, a resistor 60, The semiconductor capacitor 70 is provided.
[0065]
The MOS transistor 50 has a gate formed of a polysilicon film 24 formed on an oxide film 25 formed on a p-type silicon semiconductor substrate 1 and doped with phosphorus, which is an n-type impurity, and a width separation gap of the gate. The n + impurity diffusion layers 37 and 38 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and the n + impurity ion-implanted at a high concentration using the sidewall protective film 27 formed on the sidewall of the gate as a mask. A source or a drain composed of diffusion layers 13 and 14;
[0066]
A cobalt silicide film 10 is formed on each surface of the polysilicon film 24 and the impurity diffusion regions 37 and 38. Source, drain and gate electrodes are provided in a silicon oxide film 56 which is an interlayer insulating film. It is connected to the first layer wiring on the silicon oxide film 56 via the metal extraction electrodes 41 and 42.
[0067]
A field oxide film 2 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 around the MOS transistor 50, thereby isolating the MOS transistor 50.
[0068]
Resistor 60 and semiconductor capacitor 70 are formed on field oxide film 2.
[0069]
Resistor 60 includes a resistor 22 formed on field oxide film 2 and doped with the same impurity as polysilicon film 24 at the same concentration, and a silicon nitride film 17 formed in a central region on resistor 22. It has.
[0070]
A cobalt silicide film 10 is formed on the surface of the electrode contact portion of the resistor 22, and is connected to the first layer wiring on the silicon oxide film 56 via a metal lead electrode 43 formed thereon. .
[0071]
The semiconductor capacitor 70 includes a polysilicon film 23 formed on the field oxide film 2 and serving as a lower electrode doped with the same impurity as the polysilicon film 24 at the same concentration, and a central portion of the polysilicon film 23. And a metal electrode 15 serving as an upper electrode formed on the silicon nitride film 16 as a dielectric film.
[0072]
A cobalt silicide film 10 is formed on the surface of the peripheral portion of the polysilicon film 23, and is connected to the first layer wiring on the silicon oxide film 56 via the lead electrode 43 formed thereon. .
[0073]
Since the semiconductor device 80 of the present embodiment includes the semiconductor capacitor 70 according to the present invention, a semiconductor device having a capacitor with excellent high-frequency characteristics and high reliability is provided.
[0074]
In addition, since the cobalt silicide film 10 is formed in each electrode contact region also for the MOS transistor 50 and the resistor 60, a semiconductor device that realizes ohmic contact in the electrode contact portion is provided.
[0075]
Next, an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor capacitor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0076]
This embodiment is characterized in that a MOS transistor, a resistor, and a semiconductor capacitor having the above-described effects are simultaneously formed in a small number of steps.
[0077]
First, as shown in FIG. 5, a silicon oxide film having a thickness of about 700 nm is selectively formed on the surface of a P-type silicon substrate 1 to form an element isolation oxide film 2 and define a MOS transistor formation region. Thereafter, a silicon oxide film 25 having a thickness of about 8 nm is formed in the MOS transistor formation region.
[0078]
Next, as shown in FIG. 20 cm -3 About 200 nm of polycrystalline silicon containing high-concentration phosphorus is selectively deposited by patterning using a resist, and a polycrystalline silicon film 24 serving as a gate of a MOS transistor, a resistor 22, and a lower electrode of a capacitor are formed. And a polycrystalline silicon film 23 to be formed.
[0079]
Next, using the polycrystalline silicon film 24 as a mask, phosphorus is dosed to 6.0 × 10 Thirteen cm -2 Ion implantation at an acceleration energy of 60 keV and a low concentration of n through a heat treatment. The impurity diffusion regions 37 and 38 are formed.
[0080]
Next, as shown in FIG. 7, after a silicon nitride film 46 is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 to a thickness of about 100 nm, resist patterns 47 and 48 are formed on regions where resistors and capacitors are to be formed.
[0081]
Next, as shown in FIG. 8, using the resist patterns 47 and 48 as masks, anisotropic etching is performed by RIE (Reactive Ion Etching) to form a sidewall protection film 27 of the polysilicon film 24 and a nitride film 17 on the resistor. And a dielectric film 16 of the capacitor are simultaneously formed.
[0082]
Then, phosphorus is accelerated at an energy of 30 keV and a dose of 5 × 10 5 while the resist patterns 47 and 48 are left. Fifteen cm -2 And heat treatment is performed, and n becomes the source or drain of the MOS transistor. + At the same time as forming the impurity diffusion regions 37 and 38, the impurity diffusion regions are formed in the electrode contact regions of the resistor and the lower electrode of the capacitor.
[0083]
Next, as shown in FIG. 9, after removing the resist patterns 47 and 48, cobalt is deposited on the entire surface of the silicon substrate 1 by sputtering until the thickness becomes about 20 nm, and a high temperature of about 600 ° C. and about 80 seconds is applied. By performing annealing for a short time, only cobalt in contact with the polycrystalline silicon is reacted with silicon, and a cobalt silicide film 10 is formed. Unreacted cobalt is selectively etched and removed by a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.
[0084]
Thereafter, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film 56 is deposited to a thickness of about 800 nm, and contact holes 31, 32, and 39 are formed by anisotropic etching. Thereafter, aluminum is deposited in the contact holes 31, 32, and 39 by sputtering, and lead electrodes 41 to 43 of each element are formed. Then, a wiring layer is formed on the silicon oxide film 56 to complete the semiconductor device 80. Let it.
[0085]
As described above, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, a semiconductor device including a MOS transistor, a resistor, and the semiconductor capacitor according to the present invention can be manufactured with a small number of steps.
[0086]
When a metal silicide film is formed in each of the above-described devices, an insulating film is formed to cover these regions so that the side wall of the MOS transistor, the element region of the resistor, and the charge storage portion of the capacitor are not formed into silicide films. There is a need to. According to this embodiment, since these insulating film covers are formed only by the single silicon nitride film 46, the manufacturing process can be greatly simplified.
[0087]
In the present embodiment, a method of manufacturing a semiconductor device including a MOS transistor having an LDD structure has been described. However, in the case of a MOS transistor having no LDD structure, a gate side wall protective film is formed thin, and the side wall protective film is formed. If heat treatment is performed by implanting boron ions using the film as a mask, the impurity diffusion regions of the source / drain and the impurity diffusion regions of the electrode contact regions of the resistor and the capacitor are simultaneously formed by a single ion implantation process. And the number of steps can be further reduced.
[0088]
As described above, the embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and applied without departing from the gist thereof. In addition, materials, shapes, and the like can be appropriately changed according to specifications. For example, in the above-described embodiment, the cobalt silicide film is used as the metal silicide film. However, as long as the metal is a high melting point metal, it is not limited to cobalt, but may be titanium, nickel, tungsten, or platinum. Also, the lower electrode of the semiconductor capacitor is not limited to polycrystalline silicon, but may be amorphous silicon.
[0089]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention has the following effects.
[0090]
That is, according to the present invention, since the refractory metal silicide film is formed on the surface of the silicon growth film except for the charge storage portion, the resistance of the lower electrode can be reduced. Thereby, a semiconductor capacitor having excellent high-frequency characteristics is provided.
[0091]
In addition, since the metal silicide film is not formed on the surface portion of the charge accumulation portion in the surface portion of the silicon growth film, the adhesion at the contact surface between the silicon nitride film and the lower electrode is good, and When a cobalt silicide film is used, there is no danger that cobalt atoms diffuse into the silicon nitride film 4. Thereby, a highly reliable semiconductor capacitor can be provided.
[0092]
Further, according to the present invention, in a large-capacity capacitor having a large area, the cobalt silicide film is formed between the plurality of charge storage units connected in parallel and on the surface of the lower electrode in a region around the charge storage units. Since the resistance value is low and the value of RC at the time of signal propagation is small, a semiconductor capacitor having excellent high frequency characteristics can be provided.
[0093]
Further, since the resistance value is low, the number of aluminum extraction electrodes can be reduced to one, so that the area of the entire capacitor can be reduced, and a highly integrated semiconductor capacitor can be provided.
[0094]
Further, according to the present invention, a MOS transistor, a resistor, and a semiconductor capacitor having the above-described effects are provided, and each electrode of each element is interposed via a high melting point metal silicide film formed in each electrode contact region. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device in which ohmic contact is realized in the electrode contact portion of each element.
[0095]
Further, according to the present invention, the gate of the MOS transistor, the resistance of the resistor, and the lower electrode of the capacitor are simultaneously formed, and the side wall protective film, the nitride film on the resistor, and the dielectric film of the capacitor are used as masks. Since the ion implantation and the formation of the metal silicide film can be performed in a self-aligned manner, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can easily manufacture a semiconductor device having a semiconductor capacitor having the above-described effects with a small number of steps. .
[0096]
In addition, since each electrode of each element is connected to each extraction electrode via the refractory metal silicide film formed in each electrode contact region, an ohmic contact is realized at the electrode contact portion of each element. A manufacturing method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a charge storage portion and a cobalt silicide film of the semiconductor device shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a lower electrode and a charge storage unit of the semiconductor device illustrated in FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic sectional view for explaining an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view for explaining an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic sectional view for explaining an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic sectional view for explaining an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view of a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic plan view showing a first example of a semiconductor capacitor according to the related art.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a charge storage portion and a metal extraction electrode in the semiconductor capacitor shown in FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a second example of a semiconductor capacitor according to the related art.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a third example of a semiconductor capacitor according to the related art.
[Explanation of symbols]
1 Silicon semiconductor substrate
2 Field oxide film
3,23,43,53 Polycrystalline silicon layer to be lower electrode
4,16 Silicon nitride film as dielectric film
5,15 Aluminum metal layer to be upper electrode
6,26,41-43 Metal extraction electrode
7, 31, 32, 39 Contact hole
9 Silicon oxide film
10,30,60 Cobalt silicide film
13, 14, 37, 38 Impurity diffusion region
16,17,46 Silicon nitride film
20, 40, 70 Semiconductor capacitor according to the present invention
22 Resistance
25 oxide film
27 Sidewall protective film
33, 52, 53 charge storage region
47,48 resist pattern
49 Insulating film
50 MOS transistor
60 resistor
80 Semiconductor Device According to Present Invention

Claims (9)

半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜上に形成された下部電極となるシリコン成長層と、
前記シリコン成長層上の電荷蓄積部形成予定領域に形成された誘電体膜としての窒化膜と、
前記シリコン成長層上の他の一部の領域に形成された引出電極と、
前記シリコン成長層の表面領域のうち、前記窒化膜と前記引出電極との間の領域の表面部のみに形成された高融点金属シリサイド膜と、
前記窒化膜上に形成された上部電極となる導電金属層とを備えた半導体コンデンサ。
A silicon growth layer serving as a lower electrode formed on a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate,
A nitride film as a dielectric film formed in a region where a charge storage portion is to be formed on the silicon growth layer;
An extraction electrode formed in another partial region on the silicon growth layer,
A refractory metal silicide film formed only on the surface of the region between the nitride film and the extraction electrode in the surface region of the silicon growth layer;
And a conductive metal layer serving as an upper electrode formed on the nitride film.
前記高融点金属シリサイド膜は、前記電荷蓄積部の周辺領域の前記シリコン成長層の表面部の少なくとも一部に延在して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体コンデンサ。2. The semiconductor capacitor according to claim 1, wherein the refractory metal silicide film is formed to extend over at least a part of a surface portion of the silicon growth layer in a peripheral region of the charge storage unit. 3. 前記高融点金属シリサイド膜は、前記電荷蓄積部を周回するように、前記シリコン成長層の表面部のうち、前記電荷蓄積部の周辺領域の全面に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体コンデンサ。2. The refractory metal silicide film is formed on the entire surface of the silicon growth layer in a peripheral region of the charge storage portion so as to go around the charge storage portion. Or the semiconductor capacitor according to 2. 半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜上に形成された下部電極となるシリコン成長層と、
前記シリコン成長層上の電荷蓄積部となる領域に形成された誘電体膜となる複数の窒化膜と、
前記シリコン成長層上の他の領域上に形成された引出電極と、
前記窒化膜上に形成された上部電極となる金属層と、
前記シリコン成長膜の表面部であって、前記電荷蓄積部の周辺の領域を除く領域の表面部のみに形成された高融点金属シリサイド膜とを備えた半導体コンデンサ。
A silicon growth layer serving as a lower electrode formed on a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate,
A plurality of nitride films serving as dielectric films formed in a region serving as a charge storage portion on the silicon growth layer;
An extraction electrode formed on another region on the silicon growth layer,
A metal layer serving as an upper electrode formed on the nitride film,
A semiconductor capacitor, comprising: a refractory metal silicide film formed only on a surface portion of the silicon growth film, excluding a region around the charge storage portion.
前記高融点金属は、コバルトであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体コンデンサ。The semiconductor capacitor according to claim 1, wherein the refractory metal is cobalt. 前記シリコン成長層は、非晶質シリコンでなることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の半導体コンデンサ。6. The semiconductor capacitor according to claim 1, wherein said silicon growth layer is made of amorphous silicon. 第1導電型の半導体基板の能動素子形成領域の周辺の表面に形成された素子分離絶縁膜と、
前記能動素子形成領域上の一部に形成された第1の酸化膜上に形成されたゲートとなる第2導電型の第1のポリシリコン膜と、前記ポリシリコン膜の側面に形成された側壁保護膜となる第1の窒化膜と、前記ポリシリコン膜の幅分隔離して前記半導体基板の表面部に形成されたソースまたはドレインとなる第2導電型の不純物拡散領域を備え、前記不純物拡散領域の表面部に高融点金属シリサイド膜を有する第2導電型チャネルのMOS型電界効果トランジスタと、
前記素子分離絶縁膜の一部の領域上に形成された第2導電型の第2のポリシリコン膜と、前記第2のポリシリコン膜上の中心部に形成された第2の窒化膜とを備え、前記第2のポリシリコン膜の電極コンタクト部の表面部に高融点金属シリサイド膜を有する抵抗体と、
前記素子分離絶縁膜の他の領域上に形成された下部電極となる第2導電型の第3のポリシリコン膜と、前記第3のポリシリコン膜上の中心部に形成された誘電体膜としての第3の窒化膜と、前記第3の窒化膜上に形成された上部電極となる金属層とを備え、前記下部電極の周辺部の表面部のみに高融点金属シリサイド膜を有する半導体コンデンサとを備え、
前記第1ないし第3のポリシリコン膜は、同一の膜厚と同一の不純物拡散濃度を有し、
前記高融点金属シリサイド膜は、同一の高融点金属のシリサイド膜であることを特徴とする半導体装置。
An element isolation insulating film formed on a surface around an active element formation region of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
A first polysilicon film of a second conductivity type serving as a gate formed on a first oxide film formed on a part of the active element formation region, and a side wall formed on a side surface of the polysilicon film A first nitride film serving as a protective film and a second conductivity type impurity diffusion region serving as a source or a drain formed on a surface portion of the semiconductor substrate separated by a width of the polysilicon film; A MOS field effect transistor having a second conductivity type having a refractory metal silicide film on the surface of the region;
A second conductivity type second polysilicon film formed on a partial region of the element isolation insulating film; and a second nitride film formed at a central portion on the second polysilicon film. A resistor having a refractory metal silicide film on the surface of the electrode contact portion of the second polysilicon film;
A third polysilicon film of a second conductivity type serving as a lower electrode formed on another region of the element isolation insulating film; and a dielectric film formed at a central portion on the third polysilicon film. A semiconductor capacitor comprising: a third nitride film; a metal layer serving as an upper electrode formed on the third nitride film; and a refractory metal silicide film only on a surface of a periphery of the lower electrode. With
The first to third polysilicon films have the same thickness and the same impurity diffusion concentration;
The semiconductor device, wherein the refractory metal silicide films are the same refractory metal silicide films.
第1導電型の半導体基板の表面に素子分離絶縁膜を形成して能動素子形成領域を画定する工程と、
前記能動素子形成領域の上に酸化膜を形成する工程と、
全面に第2導電型の不純物をドープしつつ多結晶シリコン膜を成長させる工程と、
第1のレジストパターンを形成した後、異方性エッチングにより、MOS型電界効果トランジスタのゲートを形成するとともに、前記素子分離絶縁膜上に抵抗体の抵抗と半導体コンデンサの下部電極とを同時に形成する工程と、
前記ゲートをマスクとする第2導電型の不純物イオンの注入および拡散により、MOS型電界効果トランジスタのソースまたはドレインとなる第1の不純物拡散領域を形成する工程と、
前記第1のレジストパターンを除去した後、全面に窒化膜を形成する工程と、第2のレジストパターンを形成し、これをマスクとして異方性エッチングにより、前記ゲートの側壁保護膜と前記抵抗上の窒化膜と前記下部電極上の誘電体膜とを形成する工程と、
前記第2のレジストパターンをマスクとして第2導電型の不純物イオンを注入し、前記ゲート、ソースおよびドレイン、並びに前記抵抗及び前記誘電体膜の周辺の電極コンタクト領域の各表面部に高濃度の第2の不純物拡散領域を同時に形成する工程と、
高融点金属をスパッタリングした後、熱処理により前記第2の不純物拡散領域の各々の表面部に高融点金属シリサイド膜を同時に形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
Forming an element isolation insulating film on the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type to define an active element formation region;
Forming an oxide film on the active element forming region;
Growing a polycrystalline silicon film while doping the entire surface with an impurity of the second conductivity type;
After forming the first resist pattern, the gate of the MOS field effect transistor is formed by anisotropic etching, and the resistance of the resistor and the lower electrode of the semiconductor capacitor are simultaneously formed on the element isolation insulating film. Process and
Forming a first impurity diffusion region serving as a source or a drain of a MOS field effect transistor by implanting and diffusing a second conductivity type impurity ion using the gate as a mask ;
After the first resist pattern is removed, a step of forming a nitride film on the entire surface, and forming a second resist pattern, and using this as a mask, anisotropic etching is performed to form a gate protection film on the gate sidewall protection film and the resistor. Forming a nitride film and a dielectric film on the lower electrode,
Impurity ions of the second conductivity type are implanted using the second resist pattern as a mask. Forming two impurity diffusion regions simultaneously;
Forming a refractory metal silicide film simultaneously on each surface of the second impurity diffusion region by heat treatment after sputtering the refractory metal.
前記高融点金属は、コバルトであることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。9. The method according to claim 8, wherein the refractory metal is cobalt.
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