(57)【要約】【課題】薄膜抵抗である第１の多結晶シリコン膜３と配線用のコンタクト部が接続される第２の多結晶シリコン膜６の接触抵抗およびそのバラツキの増大を防止する。【解決手段】半導体基板１上に第１の絶縁膜２を介して形成された第１の多結晶シリコン膜３と、第１の多結晶シリコン膜３上に形成され、開口窓５を有する第２の絶縁膜４と、第２の絶縁膜４上および開口部５に形成された第２の多結晶シリコン膜６と、第２の多結晶シリコン膜６および第２の絶縁膜４の上に形成された層間絶縁膜８と、層間絶縁膜８に形成され、第２の多結晶シリコン膜６と電気的に接続するプラグ層１０とを備え、第１の多結晶シリコン膜３は、第２の多結晶シリコン膜６より膜厚が薄い高抵抗体であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の絶縁膜を介して形成された第１の多結晶シリコン膜と、
前記第１の多結晶シリコン膜上に形成され、開口窓を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上および前記開口部に形成された第２の多結晶シリコン膜と、
前記第２の多結晶シリコン膜および第２の絶縁膜の上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記第２の多結晶シリコン膜と電気的に接続するプラグ層とを備え、
前記第１の多結晶シリコン膜は、前記第２の多結晶シリコン膜より膜厚が薄い高抵抗体であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記開口窓が前記第１の多結晶シリコン膜の端縁にまで渡って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記開口窓が矩形であって、当該開口窓の少なくとも一辺が前記第１の多結晶シリコン膜の表面を横切るように位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、特に薄膜の抵抗体の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては多結晶シリコン膜による抵抗素子が広く使用されている。素子の微細化や高集積化が進み、半導体装置に使用される抵抗素子もより抵抗値を上げるために多結晶シリコン膜の膜厚を薄くすることが多い。しかしながら、多結晶シリコン膜の薄膜化は、配線の接触抵抗の増大やコンタクト部での配線突き抜けによるショート不良が発生しやすい。そこで、接触抵抗の増大や突き抜けのショートを防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の薄膜の多結晶シリコン抵抗体を有する半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【０００４】
図４において、半導体基板１０１表面に形成された第１の絶縁膜１０２上に、第１の多結晶シリコン膜１０３と第２の絶縁膜１０４を形成して側部のみを露出させる。第１の多結晶シリコン膜１０３の側部露出領域のみ接し、第１の多結晶シリコン膜１０３を覆って第２の多結晶シリコン膜１０５を形成する。第２の多結晶シリコン膜１０５を高抵抗体として、また、第１，第２の多結晶シリコン膜１０３，１０５が重なった領域を配線およびコンタクト開口領域として用いることにより、低抵抗配線と高抵抗体を同時に形成でき、さらにコンタクト部の突き抜け不良を防止することができる。
【特許文献１】特開平６−６９２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、以上に説明した従来の薄膜の多結晶シリコン抵抗体を有する半導体装置は、第１の多結晶シリコン膜１０３の側部露出領域と高抵抗体の第２の多結晶シリコン膜１０５の接触部を介して配線のコンタクト部を設けるため、その配線の接触抵抗は、第１の多結晶シリコン膜１０３と第２の多結晶シリコン膜１０５の接触面積の大きさやバラツキの影響を受ける。接触面積は、第１の多結晶シリコン膜１０３の膜厚と高抵抗体の幅で決定される。
【０００６】
第１の多結晶シリコン膜１０３をゲート電極と兼用するならば、その膜厚は約０．４μｍ程度であることから、従来例は接触面積が小さいため接触抵抗が高いという問題が残る。接触面積を大きくするには、膜厚を大きくしたり、抵抗幅を広げるとよいが、膜厚の増大はプロセス段差が急峻になり平坦化やコンタクトの加工が困難になり、抵抗幅を広げると抵抗の面積が増大し高い抵抗値を設計できなくなる。
【０００７】
また、第１の多結晶シリコン膜１０３のエッチング形状の角度が９０度から８５度に変動すると接触面積は約４％程度変化するため、第１の多結晶シリコン膜１０３の側面のエッチング形状が変わることで接触面積のバラツキが大きくなり、従来技術では接触抵抗のバラツキも大きくなるなどの欠点がある。
【０００８】
また、従来技術では、第１の多結晶シリコン膜１０３の側面に形成される自然酸化膜をエッチングや洗浄で除去することが難しいので、第１の多結晶シリコン膜１０３と第２の多結晶シリコン膜１０５の間に自然酸化膜が残ると、接触抵抗が増大する。第１の多結晶シリコン膜１０３を成長させる前に、側壁の自然酸化膜を除去するための洗浄やエッチング処理を長くすると、第１の絶縁膜１０２や他の素子にも使用される酸化膜（ゲート酸化膜や素子分離の絶縁膜）がエッチされて膜減りし、電気特性がシフトしてしまうという問題がある。
【０００９】
さらに、従来技術では、第１の多結晶シリコン膜１０３がリンを１×１０21ｃｍ-3程度含んでおり、その側壁を介して第２の多結晶シリコン膜１０５が接続されている。熱処理工程により、第１の多結晶シリコン膜１０３の高濃度のリン不純物が、側壁を介して第２の多結晶シリコン膜１０５へ再拡散されるので、第２の多結晶シリコン膜１０５の抵抗体は抵抗値が低下するなどの問題が起きる。
【００１０】
本発明は、薄膜抵抗である第１の多結晶シリコン膜と配線用のコンタクト部が接続される第２の多結晶シリコン膜との接触抵抗およびそのバラツキの増大を防止するとともに、高精度で安定した薄膜の高抵抗体を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体装置は、半導体基板上に第１の絶縁膜を介して形成された第１の多結晶シリコン膜と、前記第１の多結晶シリコン膜上に形成され、開口窓を有する第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上および前記開口部に形成された第２の多結晶シリコン膜と、前記第２の多結晶シリコン膜および第２の絶縁膜の上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され、前記第２の多結晶シリコン膜と電気的に接続するプラグ層とを備え、前記第１の多結晶シリコン膜は、前記第２の多結晶シリコン膜より膜厚が薄い高抵抗体であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置によると、第１の多結晶シリコン膜が第２の多結晶シリコン膜より膜厚が薄い高抵抗体であり、薄膜の高抵抗体を有する半導体装置を提供することができる。また、薄膜の抵抗体である第１の多結晶シリコン膜上にある第２の絶縁膜の開口窓を大きく配置することが可能となり、電極部である第２の多結晶シリコン膜との接触抵抗およびそのバラツキを低減することができる。さらに、開口窓が第１の多結晶シリコン膜の表面に形成されるので、第２の多結晶シリコン膜を積層する前に、開口窓に生成される第１の多結晶シリコン膜の自然酸化膜を容易に除去することが可能となり、接触抵抗の増大を防止して高精度で安定した薄膜の高抵抗体を有する半導体装置を提供することができる。
【００１３】
上記の構成において、前記開口窓が前記第１の多結晶シリコン膜の端縁にまで渡って形成されていることが好ましい。
【００１４】
また、前記開口窓が矩形であって、当該開口窓の少なくとも一辺が前記第１の多結晶シリコン膜の表面を横切るように位置していることが好ましい。
【００１５】
このように構成することで、薄膜抵抗素子の電極部において、第１の多結晶シリコン膜上の第２の絶縁膜を除去してなる開口窓を、薄膜抵抗素子の面積を増やすことなく大きく形成することができる。特に、矩形の
開口窓の少なくとも一辺を第１の多結晶シリコン膜の表面を横切るように位置させることにより、薄膜抵抗素子の電極部において、第１の多結晶シリコン膜上の第２の絶縁膜を全て除去した開口窓を配置することが可能であり、薄膜抵抗素子の面積を増やすことなく開口窓の面積を大きくすることが可能であり、チップ面積を拡大することなく、接触抵抗とバラツキが小さい優れた薄膜の高抵抗体の高集積化を実現できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体装置によると、薄膜の高抵抗体である第１の多結晶シリコン膜上に積層された絶縁膜の開口窓を介して、配線用のコンタクト部が接続される電極部である第２の多結晶シリコン膜が形成されており、第１の多結晶シリコン膜と第２の多結晶シリコン膜の接触面積を大きくとることができる。このため、薄膜の高抵抗体である第１の多結晶シリコン膜と電極部である第２の多結晶シリコン膜との接触抵抗およびそのバラツキの増大を抑えることができ、高精度で安定した薄膜の高抵抗体を有する半導体装置を提供することができる。
【００１７】
また、開口窓が第１の多結晶シリコン膜の表面に形成されるので、第２の多結晶シリコン膜を積層する前に、生成される自然酸化膜を洗浄により容易に取り除くことができる。このため、第１の多結晶シリコン膜と第２の多結晶シリコン膜の接触抵抗を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態の薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の断面図である。
【００１９】
図１において、半導体基板１上に形成された第１の絶縁膜２上に、減圧ＣＶＤ法により１０〜１００ｎｍ程度の厚みの不純物を含まない第１の多結晶シリコン膜３を形成する。第１の多結晶シリコン膜３は、１０Ｋｅｖ、７×１０12ｉｏｎｓ／ｃｍ2のボロンイオンを注入しＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）などで活性化し、高抵抗層に形成されている。
【００２０】
次に、ＣＶＤ法で酸化シリコンなどを用いた１００ｎｍの厚みの第２の絶縁膜４を積層し、第１の多結晶シリコン膜３の表面に第２の絶縁膜４をエッチングしてなる開口窓５を形成する。
【００２１】
さらに、洗浄で開口窓５に形成される自然酸化膜を除去した後、減圧ＣＶＤ法により不純物を含まないもしくは第１の多結晶シリコン膜３に注入された不純物と同じ不純物が１×１０14〜１×１０16ｃｍ-3の低濃度に制御された、１２０〜４００ｎｍ程度の厚みである第２の多結晶シリコン膜６を成長する。第２の多結晶シリコン膜６は、配線のコンタクトの一部として用いられ、ＣＶＤ法や酸化処理により表面に二酸化シリコン膜７が形成されており、第１の多結晶シリコン膜３と同じ不純物であるボロンイオンが１５Ｋｅｖ、２×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2で注入され、活性化されている。
【００２２】
さらに、第１の多結晶シリコン膜３や第２の多結晶シリコン膜６のフィールド上に、酸化シリコン膜を用いた層間絶縁膜８を５００ｎｍ程度の厚みで積層し、エッチングにより第２の多結晶シリコン膜６までに達するコンタクト部９ａを形成する。続いて、コンタクト部９ａとコンタクト部の内壁と底部９ｂに、選択的に薄いチタン（Ｔｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜を積層し、タングステン（Ｗ）層で埋め込むことによりプラグ層１０を形成する。
【００２３】
そして、薄い窒化チタン（ＴｉＮ）膜とアルミの合金を成膜しパターンニングしてなる金属配線層１１を形成する。金属配線層１１は、プラグ層１０を介して電極部である第２の多結晶シリコン膜６と高抵抗体である第１の多結晶シリコン膜３とに電気的に接続される。
【００２４】
このように構成された第１の実施の形態によれば、第１の多結晶シリコン膜３を抵抗体として用いており、薄膜とすることにより高い抵抗値を実現できる。さらに、低濃度の不純物（ボロン）をイオン注入することにより、高い抵抗値を制御できる。
【００２５】
また、第１の多結晶シリコン膜３の表面に形成された開口窓５を介して、配線用のコンタクト部が接続される電極部である第２の多結晶シリコン膜６が形成されており、第１の多結晶シリコン膜３と第２の多結晶シリコン膜６の接触面積を大きくとることができ、薄膜の高抵抗体である第１の多結晶シリコン膜３の接触抵抗およびそのバラツキを抑えることができ、精度の優れた安定した高抵抗体を実現できる。
【００２６】
また、開口窓５が第１の多結晶シリコン膜３の表面に形成されるので、第２の多結晶シリコン膜６を積層する前に、生成される自然酸化膜を洗浄により容易に取り除くことができ、第１の多結晶シリコン膜３と第２の多結晶シリコン膜６の接触抵抗を低減できる。
【００２７】
さらに、金属配線層１１が、第２の多結晶シリコン膜６上のコンタクト部９ａに埋め込まれたプラグ層１０と接続される構造であるため、アルミ系やチタン系のからなる金属配線層１１と第１の多結晶シリコン膜３の合金化を抑制できる。
【００２８】
なお、第１の多結晶シリコン膜３、第２の多結晶シリコン膜６に注入する不純物としては、ボロンイオンに限るものではなく、例えばリン等の不純物を用いても構わない。
【００２９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の変形例について図面を参照して説明する。
【００３０】
図２は本実施の形態に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の断面図、図３は本実施の形態に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の部分平面図を示す。ここで、図１に示した例と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、詳しい説明は省略する。
【００３１】
図１の例との相違は、図３の平面図に示されているように、矩形の開口窓５の一辺５ａが、第１の多結晶シリコン膜３の表面を横切るように位置していることである。なお、図３中、Ｌ１は、第１の多結晶シリコン膜３と第２の多結晶シリコン膜６との接続部の間の長さ、すなわち電極部間における高抵抗体の長さを表しており、Ｗ１は、第１の多結晶シリコン膜３の幅を表している。
【００３２】
図１の例の場合、図４に示すように、開口窓５は第１の多結晶シリコン膜３の内側に位置している。これに対して、図２，３の例の場合、図５に示すように、開口窓５の一辺５ａが、第１の多結晶シリコン膜３の表面を横切るように位置しており、図４に比べ開口窓５の面積が大きくなる。このように、図４，５のいずれの第１の多結晶シリコン膜３も同じ面積であるのに対し、開口窓５の面積は図５の方が大きくなる。
【００３３】
図６に示すように、開口窓５を第１の多結晶シリコン膜３の内側に位置させるものにおいて、開口窓５の面積を図５と同じ面積になるように大きくすると、第１の多結晶シリコン膜３の幅がＷ２＞Ｗ１と大きくなり、高抵抗体の抵抗値が低下する。そこで、図５と同じ抵抗値となるようにすると、図７に示すように、第１の多結晶シリコン膜３の長さがＬ２＞Ｌ１と大きくなり、高抵抗体面積が増大してしまう。また、図８に示すように、開口窓５の周りの第１の多結晶シリコン膜３のみを拡大しても、その部分の面積が増大してしまう。
【００３４】
このように、開口窓５の一辺５ａが第１の多結晶シリコン膜３の表面を横切るように位置していることで、薄膜抵抗素子の電極部において、第１の多結晶シリコン膜３上の第２の絶縁膜４を全て除去した開口窓５を配置することが可能であり、薄膜抵抗素子の面積を増やすことなく開口窓５の面積を大きくでき、チップ面積を拡大することなく、接触抵抗とバラツキが小さい優れた薄膜の高抵抗体の高集積化を実現できる。
【００３５】
なお、矩形の開口窓５の二辺以上が第１の多結晶シリコン膜３の表面を横切るように位置していてもよい。また、開口窓５が第１の多結晶シリコン膜３の表面を横切らず、例えば開口窓５の一辺の一端が第１の多結晶シリコン膜３の端縁にまで渡って形成されているものでも、開口窓５の面積を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の薄膜の高抵抗体を有する半導体装置は、半導体装置に集積された高抵抗体である薄膜の多結晶シリコン膜の接触抵抗とそのバラツキを低減できる効果があり、通信機器用やＡＶ機器用などの高集積・高精度が要求される半導体装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態の変形例に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の部分平面図
【図４】高抵抗体面積と開口窓面積の関係を示す説明図
【図５】高抵抗体面積と開口窓面積の関係を示す説明図
【図６】高抵抗体面積と開口窓面積の関係を示す説明図
【図７】高抵抗体面積と開口窓面積の関係を示す説明図
【図８】高抵抗体面積と開口窓面積の関係を示す説明図
【図９】従来例に係る薄膜の高抵抗体を有する半導体装置の断面図
【符号の説明】
【００３８】
１  半導体基板
２  第１の絶縁膜
３  第１の多結晶シリコン膜（高抵抗体）
４  第２の絶縁膜
５  開口窓
６  第２の多結晶シリコン膜（電極部）
７  二酸化シリコン膜
８  層間絶縁膜
９ａ  コンタクト部
９ｂ  コンタクト部の内壁と底部
１０  プラグ層
１１  金属配線層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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