JP2001272767A - Photomask and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Photomask and method for manufacturing semiconductor device

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JP2001272767A
JP2001272767A JP2000084853A JP2000084853A JP2001272767A JP 2001272767 A JP2001272767 A JP 2001272767A JP 2000084853 A JP2000084853 A JP 2000084853A JP 2000084853 A JP2000084853 A JP 2000084853A JP 2001272767 A JP2001272767 A JP 2001272767A
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JP
Japan
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region
forming
opening
light
light transmitting
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Application number
JP2000084853A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Nagata
正幸 永田
Takashi Hayashi
敬司 林
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of manufacture processes for a semiconductor device. SOLUTION: The photomask has a first light transmitting region consisting of an opening of a specified size, a second light transmitting region having a plurality of openings periodically repeated, and a third light transmitting region consisting of an opening of a specified size formed to surround the second light transmitting region on a mask substrate. The semiconductor device is manufactured by using this mask.

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、フォトマスク及び
半導体装置の製造方法に関する。更に詳しくは、本発明
は、高耐圧CMOS型の半導体装置の製造方法及びその
製造に好適に使用できるフォトマスクに関する。
The present invention relates to a photomask and a method for manufacturing a semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a high-withstand-voltage CMOS semiconductor device and a photomask that can be suitably used for the manufacture.

【0002】[0002]

【従来の技術】高耐圧CMOS型の半導体装置の製造工
程では、この装置を構成する低耐圧MOSトランジスタ
形成用のウェル領域(不純物拡散層)を、トランジスタ
寸法の縮小の為に、高濃度に不純物をイオン注入して形
成し、高耐圧MOSトランジスタ形成用のウェル領域
(不純物拡散層)を、トランジスタの耐圧を高く確保の
ために、低濃度に不純物をイオン注入して形成する必要
があった。
2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a high breakdown voltage CMOS type semiconductor device, a well region (impurity diffusion layer) for forming a low breakdown voltage MOS transistor constituting the device is heavily doped with impurities in order to reduce the size of the transistor. It is necessary to form a well region (impurity diffusion layer) for forming a high-breakdown-voltage MOS transistor by ion-implanting a low-concentration impurity in order to ensure a high withstand voltage of the transistor.

【0003】また、低耐圧MOSトランジスタ形成用の
ウェル領域と高耐圧MOSトランジスタ形成用のウェル
領域間の中耐圧部には、ロコス酸化膜からなる素子分離
膜が設けられている。この中耐圧部では素子分離耐圧を
確保するために、ロコス酸化膜下の領域に、高濃度の不
純物拡散層を形成する必要があった。
An element isolation film made of a LOCOS oxide film is provided in a medium withstand voltage portion between a well region for forming a low withstand voltage MOS transistor and a well region for forming a high withstand voltage MOS transistor. In this medium-breakdown-voltage portion, it was necessary to form a high-concentration impurity diffusion layer in a region below the LOCOS oxide film in order to secure element isolation withstand voltage.

【0004】上記3つの不純物拡散層には、同一基板上
に異なる濃度で不純物が拡散している。これら不純物拡
散層を形成するには、3種類のフォトマスクを用いて、
3種類のフォトレジストパターンを形成し、パターン毎
に、不純物のイオン注入を行う必要がある。
In the three impurity diffusion layers, impurities are diffused at different concentrations on the same substrate. To form these impurity diffusion layers, using three types of photomasks,
It is necessary to form three types of photoresist patterns and perform ion implantation of impurities for each pattern.

【0005】図5(a)〜(f)に、従来の製造方法の
一例を示している。
FIGS. 5A to 5F show an example of a conventional manufacturing method.

【0006】まず、図5(a)に示すように、P型のシ
リコンからなる半導体基板1上に絶縁膜(第1の酸化
膜)2aを形成する。
First, as shown in FIG. 5A, an insulating film (first oxide film) 2a is formed on a semiconductor substrate 1 made of P-type silicon.

【0007】次に、図5(b)に示すように、低耐圧M
OSトランジスタ形成用のウェル領域を形成するため
に、フォトマスク(図示せず)を用いて、塗布により形
成したフォトレジスト層を選択的に開口させることで、
フォトレジストパターン3aを形成する。このパターン
3aを用いて、低耐圧MOSトランジスタ形成用に要す
る不純物(リン)の高濃度のイオン注入を第1に行う。
[0007] Next, as shown in FIG.
In order to form a well region for forming an OS transistor, a photoresist layer formed by application is selectively opened using a photomask (not shown),
A photoresist pattern 3a is formed. Using this pattern 3a, high-concentration ion implantation of impurities (phosphorus) required for forming a low-breakdown-voltage MOS transistor is performed first.

【0008】次に、第1のイオン注入で使用したフォト
レジストパターン3aを除去する。この後、図5(c)
に示すように、高耐圧MOSトランジスタ形成用のウェ
ル領域を形成するために、フォトマスク(図示せず)を
用いて、塗布により形成したフォトレジスト層を選択的
に開口させることで、フォトレジストパターン3bを形
成する。このパターン3bを用いて、高耐圧MOSトラ
ンジスタ形成用に要する不純物(リン)の低濃度のイオ
ン注入を第2に行う。
Next, the photoresist pattern 3a used in the first ion implantation is removed. Thereafter, FIG.
In order to form a well region for forming a high withstand voltage MOS transistor, a photoresist pattern formed by coating is selectively opened using a photomask (not shown) as shown in FIG. 3b is formed. Using this pattern 3b, low-concentration ion implantation of impurities (phosphorus) required for forming a high-voltage MOS transistor is performed second.

【0009】次に、第2のイオン注入で使用したフォト
レジストパターン3bを除去する。この後、半導体基板
1を高温熱処理に付して、注入した不純物を拡散させる
ことにより、必要な濃度と必要な深さのウェル領域(不
純物拡散層)4及び6を形成する(図5(d)参照)。
Next, the photoresist pattern 3b used in the second ion implantation is removed. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is subjected to a high-temperature heat treatment to diffuse the implanted impurities, thereby forming well regions (impurity diffusion layers) 4 and 6 having a necessary concentration and a necessary depth (FIG. 5D )reference).

【0010】続いて、図5(e)に示すように、MOS
トランジスタ間の素子分離工程を行う。即ち、第1の酸
化膜2aを除去した後、第2の酸化膜2bを形成し、そ
の上にシリコン窒化膜8を積層する。次いで、素子分離
領域の第2の酸化膜2b上のシリコン窒化膜8を除去す
る。次に、高耐圧MOSトランジスタ形成用のウェル領
域6に開口を有するフォトマスクを用いて、塗布により
形成したフォトレジスト層を選択的に開口させること
で、フォトレジストパターン3cを形成する。その後、
このパターン3cを用いて、素子分離耐圧を確保し、シ
リコン窒化膜8を突き抜けない程度の注入エネルギーと
ドーズ量で不純物(リン)の低濃度のイオン注入を第3
に行う。
Subsequently, as shown in FIG.
An element isolation step between transistors is performed. That is, after removing the first oxide film 2a, a second oxide film 2b is formed, and a silicon nitride film 8 is stacked thereon. Next, the silicon nitride film 8 on the second oxide film 2b in the element isolation region is removed. Next, using a photomask having an opening in a well region 6 for forming a high withstand voltage MOS transistor, a photoresist layer formed by coating is selectively opened to form a photoresist pattern 3c. afterwards,
By using this pattern 3c, the element isolation withstand voltage is ensured, and the low-concentration ion implantation of the impurity (phosphorus) is performed with the implantation energy and the dose amount that do not penetrate the silicon nitride film 8.
To do.

【0011】第3のイオン注入で使用したフォトレジス
トパターン3cを除去する。この後、図5(f)に示す
ようにロコス酸化を行うことで、ロコス酸化膜7と共
に、ロコス酸化膜下で、ウェル領域6内に素子分離用の
不純物拡散層5が形成される。
The photoresist pattern 3c used in the third ion implantation is removed. Thereafter, as shown in FIG. 5F, the LOCOS oxidation is performed, so that the impurity diffusion layer 5 for element isolation is formed in the well region 6 under the LOCOS oxide film together with the LOCOS oxide film 7.

【0012】ここでは、不純物としてリンを使用するこ
とでNウェル領域を形成したが、Pウェル領域の形成時
も同様のフローで形成できる。
Here, the N well region is formed by using phosphorus as an impurity, but the same flow can be formed when forming the P well region.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の高耐圧
CMOS型の半導体装置の製造方法では、低耐圧と高耐
圧のトランジスタ耐圧を確保するために必要とされる異
なる濃度のウェル領域の形成工程と、素子分離用の不純
物拡散層の形成工程が必要となる。これら形成工程で
は、それぞれ異なる量で不純物を注入することで不純物
拡散層を形成するために、フォトマスク数、フォトレジ
ストパターン形成工程数及びイオン注入回数が多くな
る。そのため、チップコストや製造工程のコストが増大
するという問題があった。
In the above-mentioned conventional method of manufacturing a high-breakdown-voltage CMOS semiconductor device, a step of forming well regions having different concentrations required to secure low-breakdown-voltage and high-breakdown-voltage transistor breakdown voltages. In addition, a step of forming an impurity diffusion layer for element isolation is required. In these forming steps, the number of photomasks, the number of steps of forming a photoresist pattern, and the number of times of ion implantation increase because impurity diffusion layers are formed by injecting impurities in different amounts. Therefore, there has been a problem that the chip cost and the cost of the manufacturing process increase.

【0014】また、特開平11−111855号公報に
は、濃度の異なる2種類のウェル領域の形成を1度に行
う方法が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-111855 describes a method in which two types of well regions having different concentrations are formed at once.

【0015】上記公報に記載されている製造方法を図6
(a)及び(b)に示す。
The manufacturing method described in the above publication is shown in FIG.
(A) and (b).

【0016】具体的には、1つの開口部からなる第1光
透過領域と特定周期で繰り返したメッシュ状の複数の開
口部からなる第2光透過領域を備えたフォトマスクを形
成する。次に、ロコス酸化膜7が形成された半導体基板
1上にフォトレジスト層を塗布により形成する。フォト
マスクを用いて、フォトレジスト層を露光及び現像する
ことでフォトレジストパターン3を形成する(図6
(a)参照)。図中、3−1はメッシュ状の複数の開口
部からなる第2光透過領域に対応する第2領域のフォト
レジストパターンを意味し、高耐圧MOSトランジスタ
形成用のウェル領域を形成するために使用される。
Specifically, a photomask having a first light transmitting region having one opening and a second light transmitting region having a plurality of mesh-shaped openings repeated at a specific period is formed. Next, a photoresist layer is formed on the semiconductor substrate 1 on which the LOCOS oxide film 7 has been formed by coating. A photoresist pattern 3 is formed by exposing and developing the photoresist layer using a photomask.
(A)). In the figure, reference numeral 3-1 denotes a photoresist pattern in a second region corresponding to a second light transmission region formed of a plurality of openings in a mesh shape, and is used for forming a well region for forming a high breakdown voltage MOS transistor. Is done.

【0017】フォトレジストパターン3を用いて、不純
物(ボロン)をイオン注入する。フォトレジストパター
ン3を除去した後、不純物を熱拡散させることで、2種
類のトランジスタの所望のしきい値を実現しうる濃度の
異なる2種類のウェル領域の形成を1度に行うことがで
きる(図6(b)参照)。
Using the photoresist pattern 3, an impurity (boron) is ion-implanted. By removing the photoresist pattern 3 and then thermally diffusing the impurities, two types of well regions having different concentrations capable of realizing desired threshold values of the two types of transistors can be formed at a time ( FIG. 6 (b)).

【0018】しかしながら、上記方法でもウェル領域の
形成工程と、素子分離用の不純物拡散層の形成工程で、
2回のフォトレジストパターン形成及びイオン注入が必
要となる。そのために、チップコストや製造工程のコス
トが増大する問題は避けられなかった。
However, even in the above method, the well region forming step and the element separating impurity diffusion layer forming step involve the following steps.
Two times of photoresist pattern formation and ion implantation are required. Therefore, the problem that the cost of the chip and the cost of the manufacturing process increase is inevitable.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、マスク基板上に、所定の大きさの開口部からなる第
1光透過領域と、規則的に繰り返された複数の開口部を
備えた第2光透過領域と、第2光透過領域の周辺を囲む
ように設けられた所定の大きさの開口部からなる第3光
透過領域とを有することを特徴とするフォトマスクが提
供される。
Thus, according to the present invention, a first light transmitting region having an opening of a predetermined size and a plurality of openings repeated regularly are provided on a mask substrate. There is provided a photomask having a second light transmitting region and a third light transmitting region having an opening of a predetermined size provided to surround the periphery of the second light transmitting region.

【0020】更に、本発明によれば、半導体基板上に絶
縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に所定の大きさの開口
部からなる第1領域と、第1領域とは異なる領域に規則
的に繰り返された複数の開口部を備えた第2領域と、第
2領域の周囲を囲むように所定の大きさの開口部からな
る第3領域とを含むフォトレジストパターンを形成する
工程と、フォトレジストパターンをマスクとして、半導
体基板に不純物をイオン注入する工程と、絶縁膜を除去
する工程と、半導体基板を熱処理することで、イオン注
入された不純物を拡散させ、第1領域、第2領域及び第
3領域に対応する不純物拡散層を同時に形成する工程を
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供され
る。上記方法によれば、半導体基板上に1回のイオン注
入を行ったのち熱処理を行うことで、同時に異なる3種
類濃度の不純物拡散層を形成することが可能となる。ま
た、本発明によれば、上記方法により得られた半導体装
置が提供される。
Further, according to the present invention, a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a first region having an opening of a predetermined size on the insulating film and a region different from the first region. Forming a photoresist pattern including a second region having a plurality of openings that are repeatedly repeated, and a third region including openings having a predetermined size so as to surround the periphery of the second region; Using the photoresist pattern as a mask, a step of ion-implanting impurities into the semiconductor substrate, a step of removing the insulating film, and a heat treatment of the semiconductor substrate, thereby diffusing the ion-implanted impurities into the first region and the second region. And a step of simultaneously forming an impurity diffusion layer corresponding to the third region. According to the above method, it is possible to form impurity diffusion layers having three different concentrations at the same time by performing heat treatment after performing one ion implantation on the semiconductor substrate. Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor device obtained by the above method.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】図1は、本発明のフォトマスクの一例を示
す概略平面図である。図1中、15、16及び17は、
第1光透過領域、第2光透過領域及び第3光透過領域を
それぞれ意味している。また、18は遮光部を意味して
いる。この図1では、第2光透過領域は、遮光部18に
より区画されたメッシュ状の規則的に繰り返された複数
の開口部を有している。
FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the photomask of the present invention. In FIG. 1, 15, 16 and 17 are:
It means the first light transmission region, the second light transmission region, and the third light transmission region, respectively. Reference numeral 18 denotes a light shielding portion. In FIG. 1, the second light transmission region has a plurality of mesh-shaped regularly repeated openings defined by the light shielding portions 18.

【0023】図1では、第2光透過領域はメッシュ状の
複数の開口部からなるが、これに限定されず、市松模様
状やスリット状の複数の開口部からなっていてもよい。
In FIG. 1, the second light transmitting region is constituted by a plurality of openings in a mesh shape, but is not limited to this, and may be constituted by a plurality of openings in a checkered pattern or a slit shape.

【0024】なお、上記フォトマスクは、当該分野で公
知のマスク基板上に形成される。また、遮光部は、クロ
ム等の遮光材料から構成されていてもよい。
The photomask is formed on a mask substrate known in the art. Further, the light shielding portion may be made of a light shielding material such as chrome.

【0025】また、フォトマスクの用途によっても異な
るが、第2光透過領域は、25〜55%の開口率を有す
ることが好ましい。このような開口率を有するフォトマ
スクを例えばCMOS型の半導体装置のイオン注入用の
フォトレジストパターン形成用のマスクとして使用した
場合、濃度の異なる2つの不純物拡散層を形成すること
ができる。更に、このイオン注入時に、第3光透過領域
に由来する不純物拡散層も同時に形成することができ
る。
Although it depends on the use of the photomask, the second light transmitting region preferably has an aperture ratio of 25 to 55%. When a photomask having such an aperture ratio is used as a mask for forming a photoresist pattern for ion implantation of a CMOS semiconductor device, for example, two impurity diffusion layers having different concentrations can be formed. Further, at the time of this ion implantation, an impurity diffusion layer derived from the third light transmitting region can be formed at the same time.

【0026】更に、第2光透過領域の開口部は、正方形
の平面形状を有することが好ましい。また、正方形の一
辺が1〜1.8μmの場合、遮光部は0.4〜1μmの
範囲のライン幅を有することが好ましい。正方形の一辺
が0.3〜1μmの場合、遮光部は0.1〜1μmの範
囲のライン幅を有することが好ましい。
Furthermore, the opening of the second light transmitting region preferably has a square planar shape. When one side of the square is 1 to 1.8 μm, the light-shielding portion preferably has a line width in the range of 0.4 to 1 μm. When one side of the square is 0.3 to 1 μm, the light shielding portion preferably has a line width in a range of 0.1 to 1 μm.

【0027】次に、本発明の半導体装置の製造方法を、
図2(a)〜(e)を用いて説明する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS.

【0028】まず、半導体基板1上に、イオン注入時の
ダメージ低減用の絶縁膜(第1の酸化膜)2aを形成す
る(図2(a)参照)。ここで、半導体基板は、特に限
定されずシリコン基板のような公知の基板をいずれも使
用することができる。更に、半導体基板は、P又はN型
の導電型を有していてもよい。
First, an insulating film (first oxide film) 2a for reducing damage during ion implantation is formed on the semiconductor substrate 1 (see FIG. 2A). Here, the semiconductor substrate is not particularly limited, and any known substrate such as a silicon substrate can be used. Further, the semiconductor substrate may have a P or N conductivity type.

【0029】次に、全面にフォトレジスト膜を塗布す
る。次に、フォトマスクを用いて、フォトレジスト膜を
露光及び現像することで、所定の大きさの開口部からな
る第1領域と、第1領域とは異なる領域に規則的に繰り
返された複数の開口部を備えた第2領域と、第2領域の
周囲を囲むように所定の大きさの開口部からなる第3領
域とを備えたフォトレジストパターンを形成する(図2
(b)参照)。各領域を構成する開口部の大きさは、後
のイオン注入により形成される不純物拡散層の大きさ及
び不純物濃度に応じて適宜設定される。図2(b)中、
3−1は第2領域を構成するフォトレジストパターンを
意味する。
Next, a photoresist film is applied on the entire surface. Next, by exposing and developing the photoresist film using a photomask, a first region including an opening having a predetermined size, and a plurality of regularly repeated regions different from the first region. A photoresist pattern including a second region having an opening and a third region having an opening having a predetermined size is formed so as to surround the periphery of the second region (FIG. 2).
(B)). The size of the opening constituting each region is appropriately set according to the size and impurity concentration of the impurity diffusion layer formed by the subsequent ion implantation. In FIG. 2B,
3-1 indicates a photoresist pattern forming the second region.

【0030】ここで、上記フォトマスクは、図1のフォ
トマスクを用いることが好ましい。フォトマスクの第2
光透過領域は、例えば、一辺が1〜1.6μmの正方形
の開口部と、0.5〜1.0μmのライン幅の遮光部か
らなるメッシュ状にパターンニングされていてもよい。
Here, it is preferable to use the photomask of FIG. 1 as the photomask. Photomask second
The light transmitting region may be patterned in a mesh shape including, for example, a square opening having a side of 1 to 1.6 μm and a light shielding portion having a line width of 0.5 to 1.0 μm.

【0031】なお、図2(a)〜(e)では、第1領域
は、低耐圧なMOSトランジスタ形成用の高濃度ウェル
形成領域4aに形成され、第2領域は、高耐圧なMOS
トランジスタ形成用の高濃度ウェル形成領域6aに形成
され、第3領域は、第2領域の周囲に隣接して高濃度な
素子分離用の不純物拡散層の形成領域5aに形成されて
いる。また、図1のフォトマスクを使用した場合、第1
領域、第2領域及び第2領域は、第1光透過領域、第2
光透過領域及び第3光透過領域によりそれぞれ同時に形
成される。
2A to 2E, the first region is formed in a high-concentration well forming region 4a for forming a low-breakdown-voltage MOS transistor, and the second region is formed in a high-breakdown-voltage MOS transistor.
The third region is formed in the high-concentration well formation region 6a for transistor formation, and the third region is formed in the formation region 5a of the high-concentration impurity diffusion layer for element isolation adjacent to the periphery of the second region. When the photomask of FIG. 1 is used, the first
The region, the second region, and the second region are a first light transmitting region, a second light
The light transmitting region and the third light transmitting region are formed simultaneously.

【0032】次に、不純物のイオン注入を行う。ここ
で、半導体基板がP型の場合、不純物はリンであること
が好ましい。リンのイオン注入は、注入エネルギー40
0keV程度、ドーズ量1×1013atoms/cm2
程度の条件で行うことが好ましい。なお、半導体基板が
N型の場合、不純物はボロンであることが好ましい。
Next, ion implantation of impurities is performed. Here, when the semiconductor substrate is a P-type, the impurity is preferably phosphorus. Phosphorus ion implantation has an implantation energy of 40
About 0 keV, dose amount 1 × 10 13 atoms / cm 2
It is preferable to carry out the reaction under the following conditions. Note that when the semiconductor substrate is an N-type, the impurity is preferably boron.

【0033】このイオン注入により、低耐圧なMOSト
ランジスタ用のウェル領域及び素子分離用の不純物拡散
層の形成領域は注入量に応じて高濃度に、メッシュ状の
フォトレジストパターン3−1が存在する高耐圧なMO
Sトランジスタ用のウェル領域には開口部の面積に応じ
て注入量が低減され低濃度に不純物が注入される。
As a result of this ion implantation, a mesh-shaped photoresist pattern 3-1 exists at a high concentration in the well region for the MOS transistor having a low breakdown voltage and the region for forming the impurity diffusion layer for element isolation in accordance with the implantation amount. High withstand voltage MO
In the well region for the S transistor, the amount of implantation is reduced according to the area of the opening, and impurities are implanted at a low concentration.

【0034】次に、イオン注入で使用したフォトレジス
トパターン及び第1の酸化膜2aを除去する。この後、
通常、既知の方法によりロコス酸化膜形成のための酸化
が行われるが、それに先立って次のような処理を行うこ
とが好ましい。即ち、第2の酸化膜2bを形成し、その
上にシリコン窒化膜8を形成する。更に、低耐圧MOS
トランジスタ用ウェル形成領域4a及び素子分離用の不
純物拡散層の形成領域5aに、シリコン窒化膜8が残る
ように、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を
経ることでパターニングする(図2(c)参照)。
Next, the photoresist pattern used for the ion implantation and the first oxide film 2a are removed. After this,
Usually, oxidation for forming a LOCOS oxide film is performed by a known method, but it is preferable to perform the following processing prior to the oxidation. That is, the second oxide film 2b is formed, and the silicon nitride film 8 is formed thereon. Furthermore, low voltage MOS
Patterning is performed through a photolithography step and an etching step so that the silicon nitride film 8 remains in the transistor well formation region 4a and the impurity diffusion layer formation region 5a for element isolation (see FIG. 2C).

【0035】次に、図2(d)に示すように、ロコス酸
化を行って、ロコス酸化膜7が形成される。この酸化膜
7の形成と同時に、酸化時のアニール効果によって、所
定の深さを有し、均一な不純物の濃度分布を有するウェ
ル領域4及び6、素子分離用の不純物拡散層5が形成さ
れる。
Next, as shown in FIG. 2D, LOCOS oxidation is performed to form a LOCOS oxide film 7. Simultaneously with the formation of the oxide film 7, the well regions 4 and 6 having a predetermined depth and a uniform impurity concentration distribution and the impurity diffusion layer 5 for element isolation are formed by the annealing effect at the time of oxidation. .

【0036】上記ロコス酸化膜7の膜厚は、350〜4
00nm程度であることが好ましい。また、ロコス酸化
は、例えば、1100℃程度の温度で、8時間程度行う
ことが好ましい。
The LOCOS oxide film 7 has a thickness of 350 to 4
It is preferably about 00 nm. Further, it is preferable that the Locos oxidation is performed, for example, at a temperature of about 1100 ° C. for about 8 hours.

【0037】ロコス酸化後のウェル領域4及び6、不純
物拡散層5の深さは、上記条件の場合、3μm程度であ
ることが好ましい。また、不純物拡散層5の形成後の幅
は、0.6〜1.2μm(設計値は0.6〜1.2μ
m)であることが好ましい。なお、これら深さ及び幅
は、所望する半導体装置の特性に応じて適宜設定するこ
とができる。なお、本マスクを用いた注入は、ロコス酸
化膜に行い、1100℃程度の温度で8時間の熱処理を
追加することで所望の効果が得られる。
Under the above conditions, the depths of the well regions 4 and 6 and the impurity diffusion layer 5 after the LOCOS oxidation are preferably about 3 μm. The width after the formation of the impurity diffusion layer 5 is 0.6 to 1.2 μm (design value is 0.6 to 1.2 μm).
m) is preferred. Note that the depth and the width can be set as appropriate depending on the desired characteristics of the semiconductor device. The implantation using this mask is performed on the LOCOS oxide film, and a desired effect can be obtained by adding a heat treatment at a temperature of about 1100 ° C. for 8 hours.

【0038】次に、図2(e)に示すように、ウェル領
域4及び6に、例えばP型のMOSトランジスタ(1
0,11,12)を既存の方法を用いて形成することが
できる。図中、13はソース、14はドレインを意味す
る。
Next, as shown in FIG. 2E, for example, a P-type MOS transistor (1) is formed in the well regions 4 and 6.
0, 11, 12) can be formed using existing methods. In the figure, 13 indicates a source and 14 indicates a drain.

【0039】この後、既知の方法を用いて半導体基板上
に、層間絶縁膜の形成、メタル配線の形成、カバー絶縁
膜の形成等の工程を実施して、半導体装置を形成するこ
とができる。
Thereafter, steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of a metal wiring, formation of a cover insulating film, and the like are performed on the semiconductor substrate using a known method, whereby a semiconductor device can be formed.

【0040】次に、図1のフォトマスクを、低耐圧なM
OSトランジスタ形成用の高濃度ウェル領域、高耐圧な
MOSトランジスタ形成用の高濃度ウェル領域、高濃度
な素子分離用の不純物拡散層を形成するために使用する
場合において、第2光透過領域の開口率と高耐圧なMO
Sトランジスタ形成用の高濃度ウェル領域の不純物濃度
との関係を調べる。なお、本明細書において、開口率
は、第2光透過領域の全面積に対する正方形の開口部の
面積の和の比率を意味している。
Next, the photomask of FIG.
When used to form a high-concentration well region for forming an OS transistor, a high-concentration well region for forming a high-withstand-voltage MOS transistor, and a high-concentration impurity diffusion layer for element isolation, an opening in the second light transmission region is used. MO with high efficiency
The relationship with the impurity concentration of the high concentration well region for forming the S transistor is examined. In this specification, the aperture ratio means a ratio of the sum of the areas of the square openings to the entire area of the second light transmission region.

【0041】結果を図3に示す。なお、ウェル領域形成
のための不純物のイオン注入条件は不純物としてリンを
使用し、注入エネルギー400kev、ドーズ量1×1
13atoms/cm2としている。
FIG. 3 shows the results. The ion implantation conditions of the impurity for forming the well region are as follows. Phosphorus is used as the impurity, the implantation energy is 400 keV, and the dose is 1 × 1.
0 13 atoms / cm 2 .

【0042】更に、図4に素子分離耐圧と高耐圧MOS
トランジスタ形成用のウェル領域6の濃度の関係を示し
ている。ここで、素子分離耐圧は、図2(e)に示すよ
うに、P型のMOSトランジスタ10のソース13とP
型のMOSトランジスタ11のドレイン14のP+/P
+間の耐圧を意味している。
FIG. 4 shows an element isolation withstand voltage and a high withstand voltage MOS.
The relation of the concentration of the well region 6 for forming a transistor is shown. Here, as shown in FIG. 2E, the element isolation withstand voltage is equal to the source 13 of the P-type MOS transistor 10 and the P-type MOS transistor 10.
+ / P of the drain 14 of the MOS transistor 11
It means the breakdown voltage between +.

【0043】図3及び4から以下のことが判る。The following can be seen from FIGS.

【0044】まず、不純物拡散層5の存在のもとで、ウ
ェル領域6の濃度を減少するに伴って、素子分離耐圧を
高くすることが可能になる。ウェル領域6の濃度は、図
3に示すように、開口率を小さくすることによって実現
することができる。
First, in the presence of the impurity diffusion layer 5, as the concentration of the well region 6 decreases, it becomes possible to increase the element isolation withstand voltage. The concentration of the well region 6 can be realized by reducing the aperture ratio, as shown in FIG.

【0045】例えば、素子分離耐圧を15V〜30V程
度に設定し、素子分離用の不純物拡散層の幅を1μmに
する場合、図4より、ウェル領域6の不純物濃度は3×
10 16〜5×1016atom/cm3程度が必要であ
る。この不純物濃度は、図3より25〜55%の開口率
に相当する。
For example, the element isolation withstand voltage is about 15 V to 30 V.
And set the width of the impurity diffusion layer for element isolation to 1 μm.
4, the impurity concentration of the well region 6 is 3 ×
10 16~ 5 × 1016atom / cmThreeNeed a degree
You. The impurity concentration is 25 to 55% as shown in FIG.
Is equivalent to

【0046】これらの結果より、フォトマスクの正方形
の開口部の一辺と遮光部のライン幅の組み合わせは、下
記のように所望の素子分離耐圧が得られるように適宜選
択することができる。 1:正方形の一辺が1〜1.8μmの場合、ライン幅
0.4〜1μm 2:正方形の一辺が0.3〜1μmの場合、ライン幅
0.1〜1μm より具体的には、以下のように組み合わせることができ
る。 a:正方形の一辺が1.8μmの場合、ライン幅0.7
〜1μm b:正方形の一辺が1.5μmの場合、ライン幅0.6
〜1μm c:正方形の一辺が1.25μmの場合、ライン幅0.
5〜1μm d:正方形の一辺が1μmの場合、ライン幅0.4〜1
μm e:正方形の一辺が0.6μmの場合、ライン幅0.2
〜0.6μm f:正方形の一辺が0.3μmの場合、ライン幅0.1
〜0.3μm また、ウェル領域4の不純物濃度は、図3における開口
率が100%の場合に相当し、1017atom/cm3
である。この濃度における素子分離耐圧は、図4より約
8Vである。この耐圧は、図4に示すように、不純物濃
度を減少させることで上げられることが判る。
From these results, the combination of one side of the square opening of the photomask and the line width of the light-shielding portion can be appropriately selected so as to obtain a desired element isolation breakdown voltage as described below. 1: Line width of 0.4 to 1 μm when one side of square is 1 to 1.8 μm 2: Line width of 0.1 to 1 μm when one side of square is 0.3 to 1 μm More specifically, Can be combined as follows. a: When one side of the square is 1.8 μm, the line width is 0.7
11 μm b: line width 0.6 when one side of a square is 1.5 μm
11 μm c: When one side of the square is 1.25 μm, the line width is 0.1 μm.
5-1 μm d: When one side of the square is 1 μm, the line width is 0.4-1.
μm e: line width 0.2 when one side of a square is 0.6 μm
.About.0.6 .mu.m f: line width 0.1 when one side of a square is 0.3 .mu.m
The impurity concentration of the well region 4 corresponds to the case where the aperture ratio in FIG. 3 is 100%, and is 10 17 atoms / cm 3.
It is. The element isolation breakdown voltage at this concentration is about 8 V from FIG. It can be seen that this withstand voltage can be increased by reducing the impurity concentration, as shown in FIG.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明のフォトマスクを、半導体装置の
ウェル領域及び素子分離用の不純物拡散層の形成に使用
した場合、これらを形成するためのイオン注入を一度に
行なうことができる。また、不純物の拡散のための熱処
理とロコス酸化膜形成のための熱処理を一工程で行うこ
とも可能である。従って、従来と比べて、大幅にフォト
マスク数を低減できると共に、製造工程数を削減するこ
とができる。
When the photomask of the present invention is used for forming a well region of a semiconductor device and an impurity diffusion layer for element isolation, ion implantation for forming these can be performed at once. Further, heat treatment for diffusing impurities and heat treatment for forming a LOCOS oxide film can be performed in one step. Therefore, the number of photomasks can be greatly reduced and the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the related art.

【0048】具体的には、本発明によれば、これまで3
回のフォトリソグラフィ工程及び3回のイオン注入工程
を行っていたが、1回のフォトリソグラフィ工程と1回
のイオン注入工程に減らすことができる。また、これま
でイオン注入毎に行っていた不純物を拡散させるための
熱処理を、ロコス酸化時に同時に行うことができる。従
って、熱処理工程も減らすことができる。
Specifically, according to the present invention,
Although one photolithography step and three ion implantation steps have been performed, the number can be reduced to one photolithography step and one ion implantation step. Further, the heat treatment for diffusing the impurities, which has been performed for each ion implantation, can be performed simultaneously with the LOCOS oxidation. Therefore, the number of heat treatment steps can be reduced.

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

【図1】本発明のフォトマスクの概略平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a photomask of the present invention.

【図2】本発明の半導体装置の製造方法の概略工程断面
図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a process in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図3】フォトマスクの開口率とウェル領域の不純物濃
度との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between an aperture ratio of a photomask and an impurity concentration of a well region.

【図4】素子分離耐圧とウェル領域の不純物濃度との関
係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an element isolation breakdown voltage and an impurity concentration in a well region.

【図5】従来の半導体装置の製造方法の概略工程断面図
である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a process in a method for manufacturing a conventional semiconductor device.

【図6】従来の半導体装置の製造方法の概略工程断面図
である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a process in a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2a 絶縁膜(第1の酸化膜) 2b 第2の酸化膜 3、3a、3b、3c フォトレジストパターン 3−1 第2領域のフォトレジストパターン 4、6 ウェル領域(不純物拡散層) 4a、6a 高濃度ウェル形成領域 5 素子分離用の不純物拡散層 5a 素子分離用の不純物拡散層の形成領域 7 ロコス酸化膜 8 シリコン窒化膜 10、11、12 MOSトランジスタ 13 ソース 14 ドレイン 15 第1光透過領域 16 第2光透過領域 17 第3光透過領域 18 遮光部 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2a insulating film (first oxide film) 2b second oxide film 3, 3a, 3b, 3c photoresist pattern 3-1 second region photoresist pattern 4, 6 well region (impurity diffusion layer) 4a , 6a High-concentration well formation region 5 Element isolation impurity diffusion layer 5a Element isolation impurity diffusion layer formation region 7 Locos oxide film 8 Silicon nitride film 10, 11, 12 MOS transistor 13 Source 14 Drain 15 First light transmission Region 16 Second light transmitting region 17 Third light transmitting region 18 Light shielding portion

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マスク基板上に、所定の大きさの開口部
からなる第1光透過領域と、規則的に繰り返された複数
の開口部を備えた第2光透過領域と、第2光透過領域の
周辺を囲むように設けられた所定の大きさの開口部から
なる第3光透過領域とを有することを特徴とするフォト
マスク。
1. A first light transmission region having a predetermined size of an opening, a second light transmission region having a plurality of regularly repeated openings, and a second light transmission on a mask substrate. A third light transmitting region having an opening of a predetermined size provided so as to surround the periphery of the region.
【請求項2】 第2光透過領域が、遮光部によりメッシ
ュ状に形成された複数の開口部を備えている請求項1に
記載のフォトマスク。
2. The photomask according to claim 1, wherein the second light transmitting region has a plurality of openings formed in a mesh shape by a light shielding portion.
【請求項3】 第2光透過領域が、25〜55%の開口
率を有する請求項2に記載のフォトマスク。
3. The photomask according to claim 2, wherein the second light transmitting region has an aperture ratio of 25 to 55%.
【請求項4】 第2光透過領域の開口部が、正方形の平
面形状を有し、正方形の一辺が1〜1.8μmの場合、
遮光部が0.4〜1μmの範囲のライン幅を有し、正方
形の一辺が0.3〜1μmの場合、遮光部が0.1〜1
μmの範囲のライン幅を有する請求項1又は2に記載の
フォトマスク。
4. When the opening of the second light transmitting region has a square planar shape, and one side of the square is 1 to 1.8 μm,
When the light-shielding portion has a line width in the range of 0.4 to 1 μm and one side of the square is 0.3 to 1 μm, the light-shielding portion is 0.1 to 1 μm.
3. The photomask according to claim 1, having a line width in a range of μm.
【請求項5】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 絶縁膜上に所定の大きさの開口部からなる第1領域と、
第1領域とは異なる領域に規則的に繰り返された複数の
開口部を備えた第2領域と、第2領域の周囲を囲むよう
に所定の大きさの開口部からなる第3領域とを含むフォ
トレジストパターンを形成する工程と、 フォトレジストパターンをマスクとして、半導体基板に
不純物をイオン注入する工程と、 絶縁膜を除去する工程と、 半導体基板を熱処理することで、イオン注入された不純
物を拡散させ、第1領域、第2領域及び第3領域に対応
する不純物拡散層を同時に形成する工程を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
5. A step of forming an insulating film on a semiconductor substrate; a first region having an opening of a predetermined size on the insulating film;
A second region having a plurality of openings regularly repeated in a region different from the first region, and a third region having an opening of a predetermined size so as to surround the periphery of the second region; A step of forming a photoresist pattern, a step of ion-implanting impurities into a semiconductor substrate using the photoresist pattern as a mask, a step of removing an insulating film, and a step of heat-treating the semiconductor substrate to diffuse the ion-implanted impurities. And simultaneously forming impurity diffusion layers corresponding to the first region, the second region, and the third region.
【請求項6】 フォトレジストパターンが、マスク基板
上に、第1領域に対応し所定の大きさの開口部からなる
第1光透過領域と、第2領域に対応し規則的に繰り返さ
れた複数の開口部を備えた第2光透過領域と、第3領域
に対応し第2光透過領域の周辺を囲むように設けられた
所定の大きさの開口部からなる第3光透過領域とを有す
るフォトマスクを用いて、半導体基板上に形成されたフ
ォトレジスト層を露光及び現像することで形成される請
求項5に記載の製造方法。
6. A photo-resist pattern formed on a mask substrate, a first light-transmitting region corresponding to a first region and having an opening having a predetermined size, and a plurality of regularly-repeated regions corresponding to a second region. And a third light transmitting region having an opening of a predetermined size provided corresponding to the third region and surrounding the periphery of the second light transmitting region. The method according to claim 5, wherein the photoresist is formed by exposing and developing a photoresist layer formed on a semiconductor substrate using a photomask.
【請求項7】 第1領域が、低耐圧なMOSトランジス
タ形成用の高濃度ウェル形成領域に形成され、第2領域
が、高耐圧なMOSトランジスタ形成用の高濃度ウェル
形成領域に形成され、第3領域が、第2領域の周囲に隣
接して高濃度な素子分離用の不純物拡散層の形成領域に
形成される請求項5又は6に記載の製造方法。
7. A first region is formed in a high-concentration well formation region for forming a low breakdown voltage MOS transistor, and a second region is formed in a high-concentration well formation region for forming a high breakdown voltage MOS transistor. 7. The method according to claim 5, wherein the three regions are formed adjacent to the periphery of the second region in a region where a high-concentration impurity diffusion layer for element isolation is formed.
【請求項8】 第2領域の半導体基板に複数のP型MO
Sトランジスタが形成され、それらトランジスタ間の素
子分離耐圧が15V〜30Vである請求項5〜7のいず
れか1つに記載の製造方法。
8. A plurality of P-type MOs are formed on a semiconductor substrate in a second region.
The method according to any one of claims 5 to 7, wherein S transistors are formed, and a device isolation breakdown voltage between the transistors is 15V to 30V.
【請求項9】 請求項5〜8のいずれか1つの製造方法
により得られた半導体装置。
9. A semiconductor device obtained by the method according to claim 5.
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