JP2000100965A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000100965A
JP2000100965A JP10271849A JP27184998A JP2000100965A JP 2000100965 A JP2000100965 A JP 2000100965A JP 10271849 A JP10271849 A JP 10271849A JP 27184998 A JP27184998 A JP 27184998A JP 2000100965 A JP2000100965 A JP 2000100965A
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film
gate electrode
etching
layer
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一之 竹川
Tsutomu Imai
勉 今井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a superfine MOS transistor. SOLUTION: A compensating film 51 is formed on a hard mask 41 used for etching a gate electrode 30. The compensating film 51 is formed of poly-Si the same as the gate electrode 30 is formed of Poly-Si, and the compensating film 51 is completely removed off while etching is carried out. The hard mask 41 is not exposed to the etching gas and prevented from being lessened in thickness while etching is carried out. Therefore, the mask 41 is enhanced in masking effect to prevent ions from penetrating through it when ions are injected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSLSIの微細加工技術の進展に伴
い、大容量化、チップサイズの小型が進んでいる。
2. Description of the Related Art With the development of MOS LSI microfabrication technology, large capacity and small chip size have been developed.

【0003】従来のMOSトランジスタの製造方法を図
7から図12を用いて説明する。図7から図12は、M
OSトランジスタ素子の工程断面図である。
A conventional method for manufacturing a MOS transistor will be described with reference to FIGS. FIG. 7 to FIG.
It is a process sectional view of an OS transistor element.

【0004】まず、図7(a)に示す工程において、シ
リコン基板(100)のp型領域上に、熱酸化によりゲ
ート酸化膜(200)を形成する。
First, in a step shown in FIG. 7A, a gate oxide film (200) is formed on a p-type region of a silicon substrate (100) by thermal oxidation.

【0005】続いて図7(b)に示す工程において、ゲ
ート酸化膜(200)上に、低圧CVDによりポリシリ
コンPoly−Si(301)を1000Å程度の厚さ
に成膜し、POCl3の熱拡散によりリンドープを行
う。更に、Poly−Si(301)の上に、低圧CV
DによりタングステンシリサイドWSi2(302)を
1000Å程度の厚さに成膜する。
Subsequently, in a step shown in FIG. 7B, a polysilicon Poly-Si (301) is formed on the gate oxide film (200) to a thickness of about 1000 ° by low pressure CVD, and thermal diffusion of POCl 3 is performed. To do phosphorus doping. Furthermore, a low pressure CV is placed on the Poly-Si (301).
D is used to deposit tungsten silicide WSi2 (302) to a thickness of about 1000 °.

【0006】次に、図7(c)に示す工程において、W
Si2(302)上に、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)の低圧分解によるシリコン酸化膜(400)を10
00〜2000Åの厚みに形成する。この酸化シリコン
膜(400)は、後に、ハードマスクとなる。
Next, in the step shown in FIG.
A silicon oxide film (400) formed by low pressure decomposition of TEOS (tetraethoxysilane) is
It is formed to a thickness of 00 to 2000 mm. This silicon oxide film (400) will later become a hard mask.

【0007】そして、図8(d)に示す工程において、
シリコン酸化膜(400)上に、BARC(bottom anti
reflective coat)膜(500)を形成する。これは、
平坦化作用のある有機膜で、不図示である、フィールド
酸化膜等による表面の凹凸を平坦化するものである。
Then, in the step shown in FIG.
BARC (bottom anti) on the silicon oxide film (400)
reflective coat) to form a film (500). this is,
An organic film having a flattening action, which flattens irregularities on the surface due to a field oxide film or the like (not shown).

【0008】図8(e)に示す工程において、BARC
膜(500)上に、ゲート電極を形成するためのレジス
ト(R1)を形成する。ここで、BARC膜(500)
膜を設けていることにより、表面が平坦化されているの
で、レジスト(R1)の線幅精度が高められている。
In the step shown in FIG.
A resist (R1) for forming a gate electrode is formed on the film (500). Here, the BARC film (500)
Since the surface is flattened by providing the film, the line width accuracy of the resist (R1) is improved.

【0009】図9(f)に示す工程において、このレジ
スト(R1)をマスクにBARC膜(500)及びシリ
コン酸化膜(400)をエッチングすることにより、ハ
ードマスク(401)を形成する。ハードマスク(40
1)上に、同一形状で残ったBARC膜(500)は、
レジスト(R1)の剥離時に、一緒に除去される。
In the step shown in FIG. 9F, a hard mask (401) is formed by etching the BARC film (500) and the silicon oxide film (400) using the resist (R1) as a mask. Hard mask (40
1) The BARC film (500) remaining in the same shape on the
When the resist (R1) is peeled off, it is removed together.

【0010】図9(g)に示す工程において、ハードマ
スク(401)をマスクに、WSi2(302)/Po
ly−Si(301)をエッチングすることにより、W
Si2/Poly−Si即ちポリサイド層からなるゲー
ト電極(300)を形成する。エッチングガスとして
は、ハロゲン系ガスを用いる。
In the step shown in FIG. 9 (g), using the hard mask (401) as a mask, WSi2 (302) / Po
By etching ly-Si (301), W
A gate electrode (300) made of Si2 / Poly-Si, that is, a polycide layer is formed. As an etching gas, a halogen-based gas is used.

【0011】ここで、ハードマスク(401)を用いた
ゲート電極(300)のエッチングは、超微細加工技術
の要素技術の一つである。異方性ドライエッチングで
は、マスク材とエッチングガスとが反応することによ
り、被エッチング膜の側壁にデポ物が生成し、これがエ
ッチング阻止膜として機能することでサイドエッチが小
さく抑えられる。この場合、マスクとして、感光性樹脂
であるレジストを用いた場合よりも、材料を選択したハ
ードマスク(401)を用いる方が、WSi2(30
2)/Poly−Si(301)からなるゲート電極
(300)の側壁デポ物のエッチング阻止効果が大き
く、加工精度が高い。同様に、感光性樹脂のレジストを
用いてゲート電極(300)のエッチングを行うより
も、ハードマスク(401)のエッチングを行う方が、
精度が高い。
Here, the etching of the gate electrode (300) using the hard mask (401) is one of the elemental technologies of the ultrafine processing technology. In the anisotropic dry etching, a reaction between the mask material and the etching gas generates a deposit on the side wall of the film to be etched, which functions as an etching stopper film, thereby suppressing side etching to a small value. In this case, it is better to use a hard mask (401) of a selected material than to use a resist which is a photosensitive resin as a mask.
2) The gate electrode (300) made of / Poly-Si (301) has a large effect of preventing the deposit on the side wall and has a high processing accuracy. Similarly, etching the hard mask (401) is more effective than etching the gate electrode (300) using a photosensitive resin resist.
High accuracy.

【0012】図10(h)に示す工程において、これら
ハードマスク(401)及びゲート電極(300)をマ
スクにイオン注入を行う。イオン注入は、例えばn型を
示すリンのイオン打ち込みを10の13乗の低ドーズ量
で行う。これにより、ゲート電極(300)の直下以外
のシリコン基板(100)の領域に低濃度領域(10
1)を形成する。ゲート電極(300)の直下領域は、
p型のチャンネル領域となる。
In the step shown in FIG. 10H, ion implantation is performed using the hard mask (401) and the gate electrode (300) as masks. The ion implantation is performed, for example, by implanting n-type phosphorus ions at a low dose of 10 13. As a result, the low-concentration regions (10
Form 1). The region immediately below the gate electrode (300)
It becomes a p-type channel region.

【0013】超微細化構造においては、ゲート電極(3
00)は、WSi2(302)/Poly−Si(30
1)の厚みが1000Å/1000Åと薄い。これは、
膜が厚いと、その分、サイドエッチ量が大きくなり、精
度が低下するためと、凹凸を小さくして平平坦性を高め
るためである。このように、ゲート電極(300)が薄
いと、イオン注入時に、イオンがマスクを突き抜ける恐
れがあるが、マスクとして、ゲート電極(300)上に
ハードマスク(401)を積層したものを用いることに
より、イオンがマスクを突き抜けて、シリコン基板(1
00)へ注入されることを防ぐことができる。
In the ultra-miniaturized structure, the gate electrode (3
00) is WSi2 (302) / Poly-Si (30
The thickness of 1) is as thin as 1000 ° / 1000 °. this is,
If the film is thicker, the amount of side etching becomes larger and the accuracy is reduced, and the unevenness is reduced to improve the flatness. As described above, when the gate electrode (300) is thin, ions may pass through the mask at the time of ion implantation. However, by using a mask in which a hard mask (401) is stacked on the gate electrode (300), the mask is used. , Ions penetrate through the mask and form a silicon substrate (1
00) can be prevented.

【0014】図10(i)に示す工程において、全面に
シリコン酸化膜を形成し、全面エッチバックを行うこと
により、ゲート電極(300)及びハードマスク(40
1)の側壁にスペーサ(600)を形成する。この時、
ゲート電極(300)及び側壁スペーサ(600)以外
のゲート酸化膜(200)も除去され、シリコン基板
(100)の表面が露出される。
In the step shown in FIG. 10I, a silicon oxide film is formed on the entire surface, and the entire surface is etched back to thereby form the gate electrode (300) and the hard mask (40).
A spacer (600) is formed on the side wall of 1). At this time,
The gate oxide film (200) other than the gate electrode (300) and the side wall spacer (600) is also removed, exposing the surface of the silicon substrate (100).

【0015】図11(j)に示す工程において、全面
に、シリコン酸化膜からなる保護膜(700)を200
Åの厚みに形成した上で、今度は側壁スペーサ(60
0)をマスクに加えて、リンのイオン打ち込みを10の
15乗程度の高ドーズ量で行うことにより、側壁スペー
サ(600)以外の領域に高濃度領域(102)を形成
する。側壁スペーサ(600)の直下領域は、低濃度領
域(101)が残存する。この結果、チャンネル領域
(103)の両側に低濃度領域(101)を挟んで高濃
度領域からなるソース及びドレイン領域(102)が形
成される。このような構造はLDD(lightly doped dra
in)と呼ばれる。なお、保護膜(700)は、リン以外
の不純物によりシリコン基板(100)の表面が汚染さ
れることを防ぐものである。
In the step shown in FIG. 11 (j), a protective film (700) made of a silicon oxide film
厚 み, and then the side wall spacer (60
0) is added to the mask, and phosphorus ion implantation is performed at a high dose of about 10 15 to form a high-concentration region (102) in a region other than the sidewall spacer (600). The low concentration region (101) remains in the region directly below the sidewall spacer (600). As a result, source and drain regions (102) composed of high concentration regions are formed on both sides of the channel region (103) with the low concentration region (101) interposed therebetween. Such a structure is called LDD (lightly doped dra
in). The protective film (700) prevents the surface of the silicon substrate (100) from being contaminated by impurities other than phosphorus.

【0016】図11(k)に示す工程において、全面
に、厚さ300Åのシリコン窒化膜(801)及び厚さ
2000Åのシリコン酸化膜(802)を成膜し、層間
絶縁膜を形成する。
In the step shown in FIG. 11 (k), a 300 nm thick silicon nitride film (801) and a 2000 mm thick silicon oxide film (802) are formed on the entire surface to form an interlayer insulating film.

【0017】図12(l)に示す工程において、層間絶
縁膜(802)上に、コンタクトホール(CT)を形成
するためのレジスト(R2)を形成する。
In the step shown in FIG. 12 (l), a resist (R2) for forming a contact hole (CT) is formed on the interlayer insulating film (802).

【0018】図12(m)に示す工程において、レジス
ト(R2)をマスクとして層間絶縁膜(801,80
2)のエッチングを行うことにより、コンタクトホール
(CT)を形成した後、Al等をスパッタリングにより
成膜し、これをエッチングすることにより、ソース・ド
レイン領域(102)に接続する配線電極(900)を
形成する。コンタクトホール(CT)は大きめに形成さ
れる。コンタクトホール(CT)の形成は、シリコン酸
化膜からなる層間絶縁膜(802)、シリコン窒化膜か
らなる層間絶縁膜(801)及びシリコン酸化膜からな
る保護膜(700)とのエッチング選択比を利用して行
われる。即ち、エッチング中、保護膜(700)の谷底
部が露出されるまでの間、ゲート電極(300)を覆う
側壁スペーサ(600)やハードマスク(401)が、
保護膜(700)により保護された状態で、残存する。
その後、保護膜(700)がエッチング除去され、ソー
ス及びドレイン領域(102)が露出される。
In the step shown in FIG. 12 (m), the interlayer insulating films (801, 80) are formed using the resist (R2) as a mask.
After the contact hole (CT) is formed by performing the etching of 2), a film of Al or the like is formed by sputtering, and this is etched to form the wiring electrode (900) connected to the source / drain region (102). To form The contact hole (CT) is formed relatively large. The formation of the contact hole (CT) utilizes the etching selectivity of an interlayer insulating film (802) made of a silicon oxide film, an interlayer insulating film (801) made of a silicon nitride film, and a protective film (700) made of a silicon oxide film. It is done. That is, during the etching, until the valley bottom of the protective film (700) is exposed, the side wall spacer (600) and the hard mask (401) covering the gate electrode (300) are removed.
It remains in a state protected by the protective film (700).
After that, the protective film (700) is removed by etching to expose the source and drain regions (102).

【0019】ここに挙げた構造は、SAC(self align
contact)と呼ばれ、チャンネル長が0.35μm程度の
超微細構造において採用される。コンタクトホール(C
T)は大きめに開口され、図12(l)に示す工程にお
いて、図に示すように、レジスト(R2)の位置がずれ
て、コンタクトホール(CT)の位置がずれても、ソー
ス・ドレイン領域(102)から完全に外れることな
く、配線電極(900)とソース・ドレイン領域(10
2)とのコンタクトが得られるようにされている。
The structure described here is based on SAC (self align).
This is used in an ultrafine structure having a channel length of about 0.35 μm. Contact hole (C
T) is opened large, and in the step shown in FIG. 12 (l), even if the position of the resist (R2) is shifted and the position of the contact hole (CT) is shifted as shown in the figure, the source / drain region Without completely deviating from (102), the wiring electrode (900) and the source / drain region (10
2) can be obtained.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】図9(g)に示すエッ
チング工程において、ハードマスク(401)を用いた
エッチングでは、被エッチング膜であるゲート電極(3
00)を高精度にパターニングすることができるが、ハ
ードマスク(401)がエッチングガスと反応して縮小
し、膜減りを起こす。即ち、レジストに比べて、ハード
マスク(401)と、被エッチング膜であるWSi2
(302)/Poly−Si(301)のエッチング選
択比が小さい。ハードマスク(401)は、図10
(h)や図11(j)に示すイオン注入工程におけるマ
スクを兼ねており、ハードマスク(401)の膜減りが
生じると、リンイオンがマスクを突き抜けて、チャンネ
ル領域(103)にカウンタドープされ、閾値の変動、
オン/オフ比の低減等、素子特性を変化させてしまう。
In the etching step shown in FIG. 9 (g), in the etching using the hard mask (401), the gate electrode (3) which is a film to be etched is formed.
00) can be patterned with high precision, but the hard mask (401) reacts with the etching gas and shrinks, resulting in film thinning. That is, as compared with the resist, the hard mask (401) and the WSi2
The etching selectivity of (302) / Poly-Si (301) is small. The hard mask (401) is shown in FIG.
(H) and also serves as a mask in the ion implantation step shown in FIG. 11 (j). When the film thickness of the hard mask (401) is reduced, phosphorus ions penetrate the mask and are counter-doped into the channel region (103). Fluctuation of the threshold,
Device characteristics such as a reduction in on / off ratio are changed.

【0021】また、SAC構造においては、図12
(m)に示すように、ハードマスク(401)は、ゲー
ト電極(300)と配線電極(900)との層間絶縁層
を兼ねており、ハードマスク(401)の膜厚が低減す
ると、ゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間のショー
トをもたらす。
In the SAC structure, FIG.
As shown in (m), the hard mask (401) also serves as an interlayer insulating layer between the gate electrode (300) and the wiring electrode (900). This causes a short circuit between the source and the gate / drain.

【0022】更に、これらの問題を解決するために、ハ
ードマスク(401)を厚くすると、その分、今度は、
ハードマスク(401)のサイドエッチ量が多くなり、
ハードマスク(401)形成の精度が低下する。
Further, in order to solve these problems, when the hard mask (401) is made thicker, this time,
The side etch amount of the hard mask (401) increases,
The precision of forming the hard mask (401) is reduced.

【0023】また、図8(e)に示すレジスト(R1)
形成工程において、BARC膜(500)上に形成され
るため、線幅精度は良い。しかしながら、BARC膜
(500)は酸素を用いてエッチングさるが、この際、
サイドエッチが生じるので、BARC膜(501)はマ
スクパターンよりも小さく形成される。従って、マスク
パターンをあらかじめ大きめに形成することで、目標の
線幅を得ているが、超微細構造においては、このように
マスクパターンを大きめに形成するための余地が無い場
合が多い。また、BARC膜(501)を用いない場合
は、下層のシリコン酸化膜(400)が透明であるた
め、露光時に、レジスト(R1)の下層で光散乱が生
じ、レジスト(R1)のエッジがぼけ、超微細加工の妨
げになる。
The resist (R1) shown in FIG.
In the forming process, the line width accuracy is good because the film is formed on the BARC film (500). However, the BARC film (500) is etched using oxygen,
Since side etching occurs, the BARC film (501) is formed smaller than the mask pattern. Therefore, a target line width is obtained by forming a large mask pattern in advance, but there is often no room for forming a large mask pattern in an ultrafine structure. When the BARC film (501) is not used, since the underlying silicon oxide film (400) is transparent, light scattering occurs at the lower layer of the resist (R1) during exposure, and the edge of the resist (R1) is blurred. Hamper ultra-fine processing.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するためになされ、基板上の半導体層と、ゲート絶縁
膜を挟んで半導体層に対向して形成されたゲート電極と
を有する半導体装置の製造方法において、前記ゲート電
極となる導電膜層上に第1のマスク層と第2のマスク層
を形成する工程と、前記第1のマスク層と前記第2のマ
スク層をマスクに、前記導電膜層をエッチングすること
により前記ゲート電極を形成する工程と、前記第1のマ
スク層と前記ゲート電極をマスクに不純物のイオン注入
を行うことにより、前記半導体層中に不純物注入領域を
形成する工程とを有する構成である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has been made in order to solve the above-mentioned problem, and has a semiconductor having a semiconductor layer on a substrate and a gate electrode formed opposite to the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween. In the method for manufacturing a device, a step of forming a first mask layer and a second mask layer on a conductive film layer serving as the gate electrode; and using the first mask layer and the second mask layer as masks, Forming the gate electrode by etching the conductive film layer and forming an impurity-implanted region in the semiconductor layer by performing impurity ion implantation using the first mask layer and the gate electrode as a mask; And a step of performing

【0025】これにより、第1のマスク層は、第2のマ
スク層により保護されているので、ゲート電極のエッチ
ング中に、第1のマスク層が、エッチングガスにより縮
小することが無く、従って、第1のマスク層を用いてゲ
ート電極をエッチングすることにより、高精度パターニ
ングが可能となる。
Thus, since the first mask layer is protected by the second mask layer, the first mask layer is not reduced by the etching gas during the etching of the gate electrode. By etching the gate electrode using the first mask layer, highly accurate patterning becomes possible.

【0026】特に、前記導電膜層のエッチング時に、前
記第2のマスク層が除去される構成である。
In particular, the second mask layer is removed when the conductive film layer is etched.

【0027】これにより、装置の完成後に、不要な第2
のマスク層が残存することが無くなる。
Thus, after completion of the apparatus, unnecessary second
No mask layer remains.

【0028】特に、前記導電膜層はポリサイド層からな
り、前記第2のマスク層はポリシリコン層からなる構成
である。
In particular, the conductive film layer is composed of a polycide layer, and the second mask layer is composed of a polysilicon layer.

【0029】これにより、第2のマスク層が光を反射す
るので、第2のマスク層を形成するための、レジスト
が、明確なエッジを有して形成される。
As a result, since the second mask layer reflects light, a resist for forming the second mask layer is formed with a clear edge.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかるMO
Sトランジスタ素子の製造方法を図1から図6の工程断
面図を用いて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS MO according to an embodiment of the present invention
A method for manufacturing the S transistor element will be described with reference to the process sectional views of FIGS.

【0031】まず、図1(a)に示す工程において、シ
リコン基板(10)のp型領域上に、熱酸化によりゲー
ト酸化膜(20)を形成する。
First, in the step shown in FIG. 1A, a gate oxide film (20) is formed on a p-type region of a silicon substrate (10) by thermal oxidation.

【0032】続いて図1(b)に示す工程において、ゲ
ート酸化膜(20)上に、低圧CVDによりポリシリコ
ンPoly−Si(31)を1000Å程度の厚さに成
膜し、POCl3の熱拡散によりリンドープを行う。更
に、Poly−Si(31)の上に、低圧CVDにより
タングステンシリサイドWSi2(32)を1000Å
程度の厚さに成膜する。
Subsequently, in the step shown in FIG. 1B, a polysilicon Poly-Si (31) is formed on the gate oxide film (20) to a thickness of about 1000 ° by low pressure CVD, and thermal diffusion of POCl 3 is performed. To do phosphorus doping. Further, tungsten silicide WSi2 (32) is deposited on the poly-Si (31) by low pressure CVD at 1000Å.
The film is formed to a thickness of about the same.

【0033】次に、図1(c)に示す工程において、W
Si2(32)上に、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)の低圧分解によりシリコン酸化膜(40)を100
0〜2000Åの厚みに形成する。このシリコン酸化膜
(40)は、後に、ハードマスクとなる。
Next, in the step shown in FIG.
A silicon oxide film (40) is formed on Si2 (32) by low pressure decomposition of TEOS (tetraethoxysilane).
It is formed to a thickness of 0 to 2000 mm. This silicon oxide film (40) will later become a hard mask.

【0034】そして、図2(d)に示す工程おいて、シ
リコン酸化膜(40)上に、本発明の補償膜(51)と
なるPoly−Si(50)を2000Å以下、例え
ば、1000Åの厚みに形成する。このPoly−Si
(50)は、ゲート電極であるPoly−Si(31)
と同じ低圧CVDにより成膜することができるが、リン
ドープは不要である。
Then, in the step shown in FIG. 2D, a poly-Si (50) serving as a compensating film (51) of the present invention is formed on the silicon oxide film (40) to a thickness of 2000 ° or less, for example, 1000 °. Formed. This Poly-Si
(50) Poly-Si (31) as a gate electrode
Can be formed by the same low-pressure CVD as described above, but phosphorus doping is not required.

【0035】図2(e)に示す工程において、Poly
−Si(50)上に、ゲート電極を形成するためのレジ
スト(R1)を形成する。Poly−Si(50)は光
を反射するため、レジスト(R1)の露光時に、レジス
ト(R1)の下層における光干渉が抑えられるので、得
られるレジスト(R1)のエッジが明確になり、パター
ンの精度が高い。
In the step shown in FIG.
-A resist (R1) for forming a gate electrode is formed on the Si (50). Since the Poly-Si (50) reflects light, the light interference in the lower layer of the resist (R1) is suppressed when exposing the resist (R1), so that the edge of the obtained resist (R1) becomes clear, and High accuracy.

【0036】図3(f)に示す工程において、このレジ
スト(R1)をマスクにPoly−Si(50)及びシ
リコン酸化膜(40)をエッチングすることにより、ハ
ードマスク(41)及びその補償膜(51)を形成す
る。Poly−Si(50)のエッチングガスはハロゲ
ン系ガスを用い、シリコン酸化膜(40)のエッチング
ガスはフッ素系ガスを用い、サイドエッチがない。従っ
て、これら補償膜(51)/ハードマスク(41)が高
精度で形成される。特に、ハードマスク(41)は、ゲ
ート電極(30)の加工精度に直接影響を及ぼすが、膜
厚を大きくしていないので、高精度にパターニングされ
る。
In the step shown in FIG. 3F, the poly-Si (50) and the silicon oxide film (40) are etched using the resist (R1) as a mask, thereby forming a hard mask (41) and its compensation film ( 51) is formed. The etching gas for the Poly-Si (50) uses a halogen-based gas, and the etching gas for the silicon oxide film (40) uses a fluorine-based gas, and there is no side etching. Therefore, the compensation film (51) and the hard mask (41) are formed with high precision. In particular, the hard mask (41) directly affects the processing accuracy of the gate electrode (30), but is patterned with high precision because the thickness is not increased.

【0037】図3(g)に示す工程において、ハードマ
スク(41)及び補償膜(51)をマスクに、WSi2
(32)/Poly−Si(31)をエッチングするこ
とにより、ポリサイドのゲート電極(30)を形成す
る。エッチングガスは、ハロゲンガスを用い、サイドエ
ッチが無く、ゲート電極(30)が高精度に形成され
る。
In the step shown in FIG. 3 (g), the hard mask (41) and the compensation film (51) are used as masks to form WSi2
(32) / Poly-Si (31) is etched to form a polycide gate electrode (30). As the etching gas, a halogen gas is used, there is no side etching, and the gate electrode (30) is formed with high precision.

【0038】この工程で、補償膜(51)は、エッチン
グガスによりエッチングされ、かつ、ゲート電極(3
0)膜よりも薄く形成されているので、ゲート電極(3
0)以外のWSi2(32)/Poly−Si(31)
とともに完全に除去される。このエッチングの大部分の
間、ハードマスク(41)は、補償膜(51)により保
護され、エッチングガスにさらされることがないので、
膜減りが防がれる。
In this step, the compensation film (51) is etched by the etching gas and the gate electrode (3) is etched.
0) Since it is formed thinner than the film, the gate electrode (3
WSi2 (32) other than 0) / Poly-Si (31)
It is completely removed with. During most of this etching, the hard mask (41) is protected by the compensation film (51) and is not exposed to the etching gas,
Film loss is prevented.

【0039】図4(h)に示す工程において、これらハ
ードマスク(41)及びゲート電極(30)をマスクに
イオン注入を行う。イオン注入は、例えばn型を示すリ
ンのイオン打ち込みを10の13乗の低ドーズ量で行
う。これにより、ゲート電極(30)の直下以外のシリ
コン基板(10)の領域にn-型の低濃度領域(11)
を形成する。ゲート電極(30)の直下領域は、p-型
のチャンネル領域となる。
In the step shown in FIG. 4H, ion implantation is performed using the hard mask (41) and the gate electrode (30) as masks. The ion implantation is performed, for example, by implanting n-type phosphorus ions at a low dose of 10 13. Thereby, the n − -type low-concentration region (11) is formed in the region of the silicon substrate (10) other than immediately below the gate electrode (30).
To form The region immediately below the gate electrode (30) becomes a p-type channel region.

【0040】超微細化構造においては、ゲート電極(3
0)は、WSi2(32)/Poly−Si(31)の
厚みが1000Å/1000Åと薄く、イオン注入時
に、イオンがマスクを通過する恐れがあるが、マスクと
して、ゲート電極(30)上にハードマスク(41)を
積層したものを用いることにより、イオンがマスクを突
き抜けて、シリコン基板(10)へ注入されることを防
ぐことができる。特に、本発明では、ハードマスク(4
1)は、前述の図3(g)の工程において、膜減りが防
がれており、十分な厚みを有しているので、突き抜け防
止の効果が顕著になる。
In the ultra-miniaturized structure, the gate electrode (3
In (0), the thickness of WSi2 (32) / Poly-Si (31) is as thin as 1000/1000, and ions may pass through the mask during ion implantation. The use of a stacked mask (41) can prevent ions from penetrating through the mask and being implanted into the silicon substrate (10). In particular, in the present invention, the hard mask (4
In the case of 1), since the film is prevented from being reduced in the step of FIG. 3G and has a sufficient thickness, the effect of preventing penetration is remarkable.

【0041】図4(i)に示す工程において、全面にシ
リコン酸化膜を形成し、全面エッチバックを行うことに
より、ゲート電極(30)及びハードマスク(41)の
側壁にスペーサ(60)を形成する。この時、ゲート電
極(30)及び側壁スペーサ(60)以外のゲート酸化
膜(20)も除去され、シリコン基板(10)の表面が
露出される。
In the step shown in FIG. 4I, a spacer (60) is formed on the side walls of the gate electrode (30) and the hard mask (41) by forming a silicon oxide film on the entire surface and performing etch back on the entire surface. I do. At this time, the gate oxide film (20) other than the gate electrode (30) and the side wall spacer (60) is also removed, exposing the surface of the silicon substrate (10).

【0042】図5(j)に示す工程において、全面に、
シリコン酸化膜からなる保護膜(70)を200Åの厚
みに形成した上で、今度は側壁スペーサ(50)をマス
クに加えて、リンのイオン打ち込みを10の15乗程度
の高ドーズ量で行うことにより、ゲート電極(30)、
側壁スペーサ(50)以外の領域にn+型の高濃度領域
(12)を形成する。側壁スペーサ(50)の直下領域
は、低濃度領域(11)が残存する。この結果、チャン
ネル領域(13)の両側に低濃度領域(11)を挟んで
高濃度領域(12)からなるソース及びドレイン領域が
形成される。
In the step shown in FIG.
After a protective film (70) made of a silicon oxide film is formed to a thickness of 200 °, a sidewall spacer (50) is added to a mask, and phosphorus ion implantation is performed at a high dose of about 10 15. Thereby, the gate electrode (30),
An n + type high concentration region (12) is formed in a region other than the side wall spacer (50). The low concentration region (11) remains in the region directly below the side wall spacer (50). As a result, source and drain regions composed of the high concentration region (12) are formed on both sides of the channel region (13) with the low concentration region (11) interposed therebetween.

【0043】図5(k)に示す工程において、全面に、
厚さに300Åのシリコン窒化膜(81)及び厚さ20
00Åのシリコン酸化膜(82)を成膜し、層間絶縁膜
を形成する。
In the step shown in FIG.
Silicon nitride film (81) having a thickness of 300 ° and a thickness of 20
A silicon oxide film (82) of 00 ° is formed, and an interlayer insulating film is formed.

【0044】図6(l)に示す工程において、層間絶縁
膜(82)上に、コンタクトホール(CT)を形成する
ためのレジスト(R2)を形成する。
In the step shown in FIG. 6 (l), a resist (R2) for forming a contact hole (CT) is formed on the interlayer insulating film (82).

【0045】図6(m)に示す工程において、レジスト
(R2)をマスクとして層間絶縁膜(81,82)のエ
ッチングを行うことにより、コンタクトホール(CT)
を形成した後、Al等をスパッタリングにより成膜し、
これをエッチングすることにより、ソース・ドレイン領
域(12)に接続する配線電極(90)を形成する。
In the step shown in FIG. 6 (m), the interlayer insulating films (81, 82) are etched using the resist (R2) as a mask to form contact holes (CT).
After forming, a film of Al or the like is formed by sputtering,
By etching this, a wiring electrode (90) connected to the source / drain region (12) is formed.

【0046】コンタクトホール(CT)の形成は、シリ
コン酸化膜からなる層間絶縁膜(82)、シリコン窒化
膜からなる層間絶縁膜(81)及びシリコン酸化膜から
なる保護膜(70)の間のエッチング選択比を利用して
行われる。即ち、エッチング中、保護膜(70)の底部
が露出されるまでの間、ゲート電極(30)を覆う側壁
スペーサ(60)やハードマスク(41)が、保護膜
(70)により保護された状態で、残存する。その後、
保護膜(70)がエッチング除去される。
The contact hole (CT) is formed by etching between an interlayer insulating film (82) made of a silicon oxide film, an interlayer insulating film (81) made of a silicon nitride film, and a protective film (70) made of a silicon oxide film. This is performed using the selection ratio. That is, the sidewall spacer (60) and the hard mask (41) covering the gate electrode (30) are protected by the protective film (70) until the bottom of the protective film (70) is exposed during the etching. And survive. afterwards,
The protective film (70) is removed by etching.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
より、ゲート電極のエッチングにハードマスクを用いた
超微細加工の半導体装置の製造方法において、ゲート電
極のエッチング時に、イオン注入時のマスクを兼ねるハ
ードマスクの膜厚が低減することなくなったので、イオ
ンの突き抜けにより、チャンネル領域がカウンタドープ
されることが防がれ、得られるの半導体素子の電気特性
が改善された。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device of ultra-fine processing using a hard mask for etching a gate electrode, a mask for ion implantation is used for etching a gate electrode. Since the thickness of the hard mask also serving as a mask is not reduced, the channel region is prevented from being counter-doped due to the penetration of ions, and the electrical characteristics of the obtained semiconductor device are improved.

【0048】また、配線電極とのコンタクトをセルフア
ラインにより形成した構造においても、配線電極とゲー
ト電極との層間絶縁層を兼ねるハードマスクの膜厚が低
減することが無いので、配線電極とゲート電極とのショ
ートが防止された。
Also in the structure in which the contact with the wiring electrode is formed by self-alignment, the thickness of the hard mask serving also as the interlayer insulating layer between the wiring electrode and the gate electrode is not reduced, so that the wiring electrode and the gate electrode are not reduced. Short circuit was prevented.

【0049】更に、これらの効果は、ハードマスクを厚
くすることなく実現されたので、いっそうの微細化が可
能となった。
Furthermore, since these effects were realized without increasing the thickness of the hard mask, further miniaturization became possible.

【0050】また、補償膜を、反射率を有するPoly
−Siにより形成することで、補償膜をエッチングする
ためのレジストのエッジが明確になり、精度が更に上が
る。
Further, the compensation film is made of Poly having a reflectance.
By forming with -Si, the edge of the resist for etching the compensation film becomes clear, and the accuracy is further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 3 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 4 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 5 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図7】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
FIG. 7 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図8】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
FIG. 8 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図9】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
FIG. 9 is a process sectional view showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図10】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 10 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図11】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 11 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図12】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 12 is a process sectional view illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 20 ゲート酸化膜 30 ゲート電極 40 ハードマスク 50 補償膜 60 スペーサ 70 保護膜 81,82 層間絶縁膜 90 配線電極 Reference Signs List 10 silicon substrate 20 gate oxide film 30 gate electrode 40 hard mask 50 compensation film 60 spacer 70 protective film 81, 82 interlayer insulating film 90 wiring electrode

フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA04 DA00 DB02 DB03 DB17 EA03 EA06 EA33 EB02 FA02 5F040 DA18 DA28 DB03 DC01 EC01 EC09 EC11 EF02 EF03 EH07 FA05 FA12 FA17 FA19 FB02 FB04 FC11 FC21 FC22 5F048 AA01 AA07 AC03 BA01 BB05 BB06 BB08 BC06 BF02 BF16 DA18 DA20 DA25 Continued on the front page F term (reference) 5F004 AA04 DA00 DB02 DB03 DB17 EA03 EA06 EA33 EB02 FA02 5F040 DA18 DA28 DB03 DC01 EC01 EC09 EC11 EF02 EF03 EH07 FA05 FA12 FA17 FA19 FB02 FB04 FC11 FC21 FC22 5F048 AA01 BB03 BB02 BF16 DA18 DA20 DA25

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上の半導体層と、ゲート絶縁膜を挟
んで半導体層に対向して形成されたゲート電極とを有す
る半導体装置の製造方法において、 前記ゲート電極となる導電膜層上に第1のマスク層と第
2のマスク層を形成する工程と、 前記第1のマスク層と前記第2のマスク層をマスクに、
前記導電膜層をエッチングすることにより前記ゲート電
極を形成する工程と、 前記第1のマスク層と前記ゲート電極をマスクに不純物
のイオン注入を行うことにより、前記半導体層中に不純
物注入領域を形成する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer on a substrate and a gate electrode formed to face the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween, a method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: Forming a first mask layer and a second mask layer; and using the first mask layer and the second mask layer as masks,
Forming the gate electrode by etching the conductive film layer; and performing ion implantation of impurities using the first mask layer and the gate electrode as a mask to form an impurity implantation region in the semiconductor layer. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 前記導電膜層のエッチング時に、前記第
2のマスク層が除去されることを特徴とする請求項1記
載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said second mask layer is removed when said conductive film layer is etched.
【請求項3】 前記導電膜層はポリサイド層からなり、
前記第2のマスク層はポリシリコン層からなることを特
徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置の製
造方法。
3. The conductive film layer comprises a polycide layer,
3. The method according to claim 1, wherein the second mask layer is made of a polysilicon layer.
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