JP5214909B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
容量素子の代表的なものに、MIM(Metal-Insulator-Metal)構造の容量素子(MIMキャパシタ)がある。このMIMキャパシタの単位面積当たりの容量(容量密度)は、たとえば、膜厚38nmの酸化シリコン膜を容量膜として用いたもので、約1fF/μm2程度である。そのため、MIMキャパシタを搭載した集積回路チップ(半導体装置)では、MIMキャパシタが半導体基板上で比較的広い面積を占めており、このことが小型化を妨げる原因の1つとなっている。
容量素子の他の代表的なものに、MOS構造の容量素子(MOSキャパシタ)がある。MOSキャパシタは、MIMキャパシタの容量密度の約10倍の容量密度を有するので、MIMキャパシタに代えて、MOSキャパシタを搭載することにより、高容量化または集積回路チップの小型化を図ることができる。また、MIMキャパシタに代えて、MOSキャパシタを搭載することにより、MIMキャパシタを製造する工程を不要とすることができるので、製造工程数および工程管理の負担を低減することができる。
さらに、容量素子用溝の深さを変更することにより、半導体基板上における容量素子の占有面積を変更することなく、ウェルおよび上部電極の互いに対向する部分の面積(容量膜の表面積)を変更することができ、容量素子の容量を変更することができる。
この構成によれば、半導体素子形成領域には、MOSトランジスタが形成されている。そして、MOSトランジスタのゲート酸化膜と容量素子の容量膜とは、同層の酸化シリコン膜からなる。そのため、MOSトランジスタのゲート酸化膜と容量素子の容量膜とを同一工程で形成することができる。その結果、製造工程の簡素化を図ることができる。
この構成によれば、MOSトランジスタのゲート電極と容量素子の上部電極とは、同層のポリシリコン膜からなる。そのため、MOSトランジスタのゲート電極と容量素子の上部電極とを同一工程で形成することができる。その結果、製造工程の簡素化を図ることができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の図解的な断面図である。
この半導体装置1は、シリコン基板2を備えている。シリコン基板2の表層部には、複数の素子領域分離溝3,4が形成されている。これらの素子領域分離溝3,4は、シリコン基板2をその表面から比較的浅く(たとえば、深さ0.3μm程度)掘り下げて形成されている。素子領域分離溝3,4内には、酸化シリコン5が埋め込まれている。
素子領域分離溝4によって分離(STI)された半導体素子形成領域16には、MOSトランジスタ17が形成されている。具体的には、半導体素子形成領域16には、シリコン基板2の表層部に、N型ウェル18が形成されている。このN型ウェル18の表層部には、チャネル領域19を挟んで、P型ソース拡散層20およびP型ドレイン拡散層21が形成されている。そして、チャネル領域19の表面上には、酸化シリコン膜からなるゲート酸化膜22が形成され、このゲート酸化膜22上には、ポリシリコン膜からなるゲート電極23が積層されている。ゲート酸化膜22およびゲート電極23の側面は、サイドウォール24に取り囲まれて覆われている。
各上部電極コンタクトホール26は、上部電極12上において、絶縁膜25を膜厚方向に貫通している。上部電極12には、各上部電極コンタクトホール26を介して、タングステンなどの金属からなる上部電極プラグ30が接続されている。
ソースコンタクトホール28は、P型ソース拡散層20上において、絶縁膜25を膜厚方向に貫通している。P型ソース拡散層20には、ソースコンタクトホール28を介して、タングステンなどの金属からなるソース電極32が接続されている。
図2A〜図2Hは、半導体装置1の製造方法を工程順に示す図解的な断面図である。
半導体装置1は、シリコン基板2がウエハの状態で以下に説明する各工程が進められ、その最終のスクライブ工程で、ウエハ状態のシリコン基板2がスクライブラインに沿って切断されることにより得られる。
次いで、図2Fに示すように、熱酸化法によって、シリコン基板2の表面上に、酸化シリコン膜43が形成される。
つづいて、酸化シリコン膜43上に、熱CVD法によって、ポリシリコン膜が形成される。その後、酸化シリコン膜43およびポリシリコン膜が選択的にエッチングされて、高濃度不純物拡散層10およびチャネル領域19上にのみ、酸化シリコン膜43およびポリシリコン膜が残される。これにより、図2Gに示すように、高濃度不純物拡散層10上に、容量膜11および上部電極12が形成されるとともに、チャネル領域19上に、ゲート酸化膜22およびゲート電極23が形成される。
その後、図2Iに示すように、N型ウェル18の表層部に、P型不純物(たとえば、ホウ素イオン)が選択的に注入されることにより、P型ソース拡散層20およびP型ドレイン拡散層21が形成される。
さらに、容量素子用溝9の深さを変更することにより、シリコン基板2上における容量素子13の占有面積を変更することなく、N型ウェル7および上部電極12の互いに対向する部分の面積(容量膜11の表面積)を変更することができ、容量素子13の容量を変更することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 シリコン基板(半導体基板)
3 素子領域分離溝
6 容量素子形成領域
7 N型ウェル(下部電極)
8 環状分離溝
9 容量素子用溝
10 高濃度不純物拡散層
11 容量膜
12 上部電極
13 容量素子
16 半導体素子形成領域
17 MOSトランジスタ(半導体素子)
22 ゲート酸化膜
23 ゲート電極
41 レジスト膜(第1レジスト膜)
42 レジスト膜(第2レジスト膜)
43 酸化シリコン膜
Claims (1)
- 半導体基板の表層部に、容量素子用溝、および前記容量素子用溝が形成される容量素子形成領域を半導体素子形成領域から分離するための素子分離溝を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記容量素子用溝を露出させる開口を有する第1レジスト膜を形成する工程と、
前記第1レジスト膜をマスクとして、前記半導体基板に不純物をドープすることにより、高濃度不純物拡散層を形成する工程と、
前記第1レジスト膜を除去し、前記半導体基板上に、前記容量素子形成領域を露出させる開口を有する第2レジスト膜を形成する工程と、
前記第2レジスト膜をマスクとして、前記半導体基板に不純物をドープすることにより、前記容量素子形成領域に、ウェルを形成する工程と、
前記半導体素子形成領域上および前記高濃度不純物拡散層上に酸化シリコン膜を積層することにより、前記半導体素子形成領域にゲート酸化膜を形成するとともに、前記高濃度不純物拡散層上に容量膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜上および前記容量膜上にポリシリコン膜を積層することにより、前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成するとともに、前記容量膜上に上部電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
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