JP2004356386A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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恭 佐々木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the uniformity of temperature of a semiconductor wafer upon heat treatment by preventing a conductive film from remaining in the inhibit region of the semiconductor wafer to reduce the strain of the semiconductor wafer. <P>SOLUTION: When a positive type photoresist film R1 is formed on a polycrystalline silicon film which becomes a lower electrode E1 to transfer sequentially the pattern of a photomask onto the chip region of the semiconductor substrate 1, the transfer is applied on the inhibit region OUT of the semiconductor substrate 1. The development of the photoresist film R1 is effected while the polycrystalline silicon film is etched utilizing the remaining photoresist film R1 as a mask to form the lower electrode E1 on the chip region CA and form a pattern (dummy pattern) E1d having a configuration corresponding to the lower electrode in the chip region in the inhibit region OUT. As a result, the polycrystalline silicon film will not remain in the whole of the inhibit region OUT whereby only the strain of the semiconductor wafer (semiconductor substrate 1) is reduced and the uniformity of temperature of the semiconductor wafer upon heat treatment thereafter can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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技術に関し、特に、導電性膜を有する半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体素子やそれらを接続する配線は、例えば導電性膜と絶縁膜を交互に堆積することにより形成される。
【0003】
また、半導体素子には拡散層や熱酸化膜を有するものも多く、これらの形成の際には半導体ウエハに熱負荷が加わる。
【0004】
このように、膜を積層することによる応力や熱応力が加わると、半導体ウエハが歪みやすく、後々の処理工程に悪影響を及ぼす。
【0005】
例えば、特許文献1には、成膜不良や熱歪を伴うことなく熱処理を行うために、半導体ウエハの中央部に貫通孔を設ける技術が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−47615号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、マイコンやシステムLSI等の半導体装置の研究・開発に従事している。また、これらの装置を大口径(直径300mm以上)の半導体ウエハを用いて形成している。
【0008】
上記研究・開発の中で、半導体ウエハの歪みの発生、また、半導体ウエハ面内の半導体素子の特性のばらつきが見られた。
【0009】
これらの原因について本発明者が検討した結果、半導体ウエハの周辺部における堆積膜の影響であることが判明した。
【0010】
即ち、略円形状の半導体ウエハには、スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域が存在し、この複数のチップ領域を囲むように禁止領域が位置する。この禁止領域は、チップの取得が禁止される領域である。
【0011】
チップ領域には、加工(パターニング)された導電性膜が形成されるが、禁止領域の導電性膜は加工されず、そのまま残存する場合がある。なお、このような工程については、図5および図6を参照しながら追って詳細に説明する。
【0012】
このように、禁止領域に導電性膜が残存すると膜応力により半導体ウエハが変形し、後々の工程に悪影響を及ぼす。例えば、フォトリソグラフィー工程におけるフォーカス不良や各種処理装置での半導体ウエハの吸着不良等の原因となる。
【0013】
また、禁止領域に導電性膜が残存した状態で熱処理を行うと、禁止領域部の温度が半導体ウエハの中心部より高くなり、禁止領域に近いチップ領域と半導体ウエハの中心部のチップ領域とで半導体素子の特性が変化する。例えばMISFETにおいては、閾値がばらつき、また、ソース、ドレイン領域等の拡散層の深さがばらつく。
【0014】
特に、大口径の半導体ウエハは枚葉処理されることが多く、そのスループットを上げるため、急激な昇温を伴う熱処理(RTP:rapid thermal processing、RTA:rapid thermal anneal、RTO:rapid thermal oxidation)を施すことが多い。従って、半導体ウエハの温度が不均一になり易く、その歪みや素子特性のばらつきが生じやすい。
【0015】
また、大口径の半導体ウエハの場合には、上記歪みや素子特性のばらつきによる不良が製品歩留まりに大きく影響し、これらを改善する必要性が大きい。
【0016】
本発明の目的は、半導体ウエハの禁止領域における導電性膜の残存を防止し、半導体ウエハの歪みを低減することにある。また、熱処理時における半導体ウエハの温度の均一性を高めることにある。
【0017】
また、本発明の他の目的は、半導体装置の特性を向上させることにある。また、半導体装置の歩留まりを向上させることにある。
【0018】
本発明の前記目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0020】
本発明の半導体装置の製造方法は、(a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域を有する半導体基板であって、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板を準備する工程と、(b)前記半導体基板の全面に導電性膜を形成する工程と、(c)前記導電性膜を加工することにより前記チップ領域に前記導電性膜よりなる第1パターンを形成し、前記禁止領域に前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンを形成する工程と、を有するものである。
【0021】
本発明の半導体装置(半導体ウエハ)は、(a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域と、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板と、(b)前記半導体基板の前記チップ領域に形成され、導電性膜よりなる第1パターンと、(c)前記半導体基板の前記禁止領域に形成され、前記導電性膜よりなり、前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンと、を有するものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0023】
(実施の形態1)
以下、本実施の形態を、図1〜図16を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
図1に、本実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハの要部平面図を示す。
【0025】
図1に示すように、半導体ウエハWは円形状であり、略矩形状のチップ領域CAを複数有する。チップ領域CA間には、スクライブ領域が形成され、この領域に沿って切断することにより、チップ領域CAが分離される。また、この半導体ウエハWの外周部(複数のチップ領域CAの外側の部分)は、半導体素子等の形成が禁止される禁止領域OUTである。言い換えれば、禁止領域OUTは、チップ領域として使用しない領域である。また、禁止領域は、半導体ウエハの外周部に、複数のチップ領域を囲むように位置する。また、半導体ウエハWには、オリフラと呼ばれる切りかき部が設けられることがある。半導体ウエハWの直径は例えば300mm程度である。
【0026】
なお、チップ領域CAやスクライブ領域は、半導体装置の製造前に外見上、明確になっている必要はない。このチップ領域CAには、種々の半導体素子や配線等が形成される。
【0027】
図2〜図5および図8〜図15は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図および要部平面図である。CAは、チップ領域、OUTは、禁止領域を示す。
【0028】
図2に示すように、p型の単結晶シリコンからなる半導体基板(半導体ウエハ)1の主表面に半導体素子を形成する。半導体素子は、種々あるが、ここでは容量素子Cおよびnチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)Qnを形成する場合について説明する。
【0029】
まず、半導体基板(半導体ウエハ)1をエッチングすることにより溝を形成し、溝の内部に絶縁膜として例えば酸化シリコン膜を埋め込むことにより素子分離5を形成する。
【0030】
次いで、半導体基板1の全面に導電性膜として多結晶シリコン膜9を例えばCVD(Chemical Vapor deposition)法で堆積する。この多結晶シリコン膜9は、容量素子Cの下部電極E1となる。本工程に用いられるCVD装置は枚葉式であり、半導体基板1を1枚ずつ処理する。
【0031】
次いで、多結晶シリコン膜9上に、容量絶縁膜13を形成する。この容量絶縁膜は、例えば薄い酸化シリコン膜、薄い窒化シリコン膜および薄い酸化シリコン膜の積層膜よりなり、例えば多結晶シリコン膜9の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜を形成した後、例えばCVD法で窒化シリコン膜を堆積し、さらに、この窒化シリコン膜の表面を酸化することにより最上層の酸化シリコン膜を形成する。このような膜は、ONO膜と呼ばれる。
【0032】
次いで、多結晶シリコン膜9および容量絶縁膜13上にフォトレジスト膜R1を形成する。このフォトレジスト膜はポジ型であり、光が照射された(露光された)領域が現像液に溶けやすくなる。ポジ型のフォトレジスト膜は微細加工に適する。
【0033】
次いで、フォトマスク(レジストマスク、レチクル)FMを用いて多結晶シリコン膜9等を残したい領域以外を露光する。例えば、露光装置(ステッパ)のステージ上に半導体基板1を搭載し、その上部に配置されたフォトマスクFMのマスクパターンを半導体基板1のチップ領域に順次転写していく。ステージは、XY方向に移動可能である。
【0034】
この際、半導体基板1の禁止領域OUTにも転写を行う。図3に、半導体基板(ウエハW)1と、フォトマスクの転写が行われた領域の関係を示す。図中の白い四角の部分が、フォトマスクの転写が行われた領域である。なお、複数個のチップ領域(禁止領域も含む)毎に転写を繰り返してもよい。
【0035】
次いで、図4に示すように、フォトレジスト膜R1の現像を行い、残存するフォトレジスト膜R1をマスクに多結晶シリコン膜9等をエッチングし、下部電極E1および容量絶縁膜13を形成する。なお、フォトレジスト膜の露光および現像工程をフォトリソグラフィー工程という。
【0036】
この際、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜R1にもマスクパターンが転写されているため、禁止領域OUTにもチップ領域CAの下部電極E1に対応する形状を有するパターン(ダミーパターン)E1dが形成される。もちろん、禁止領域OUTにおいては、単一のチップ領域と同じ面積が確保されないため、場所によっては下部電極E1と全く同じパターンが形成される箇所もあるが、その一部が欠けたパターンが形成される箇所もある。
【0037】
このように、本実施の形態によれば、禁止領域OUTにおいてもチップ領域CAと同様にフォトマスクを転写したので、チップ領域CAの下部電極E1に対応する形状を有するダミーパターンE1dが形成される。図5に、本実施の形態の半導体基板(半導体ウエハ)の断面図を模式的に示す。
【0038】
これに対し、チップ領域CAのみにフォトマスクを転写した場合は、図6および図7に示すように、禁止領域OUT全体に多結晶シリコン膜9等が残存する。図6は、本実施の形態の効果を説明するための半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図であり、図7は、平面図である。なお、図7のチップ領域CA中の下部電極E1のパターンの記載を省略してある。
【0039】
このように、禁止領域OUT全体に多結晶シリコン膜9が残存すると、膜応力により半導体ウエハ(半導体基板)Wが変形し、後々の工程に悪影響を及ぼす。例えば、以降のフォトリソグラフィー工程におけるフォーカス不良や各種処理装置での半導体ウエハの吸着不良等の原因となる。また、半導体ウエハの変形が進むと割れの原因となる。また、半導体ウエハの変形(歪み)により半導体ウエハを構成する原子(例えばSi)の転位や結晶欠陥が生じ、リーク電流の発生や素子特性の劣化の原因となる。
【0040】
また、禁止領域に導電性膜が残存した状態で熱処理を行うと、禁止領域部の温度が半導体ウエハの中心部より高くなり、禁止領域に近いチップ領域と半導体ウエハの中心部のチップ領域とで半導体素子の特性が変化する。例えば後述するゲート酸化膜15の形成工程やソース、ドレイン領域を構成する不純物の熱拡散工程等においてMISFETの特性のばらつきが生じる。
【0041】
これに対し、本実施の形態では、禁止領域OUTにおいてもチップ領域CAと同様にフォトマスクを転写したので、半導体ウエハの変形(歪み)を低減し、また、熱処理時における半導体ウエハの温度の均一性を高めることができる。その結果、半導体装置の特性を向上させ、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、半導体装置の安定的生産が可能となる。
【0042】
次に、フォトレジスト膜R1を除去し、図8に示すように、半導体基板1にp型不純物をイオン打ち込みした後、熱処理により不純物を拡散させることによって、p型ウエル7を形成する。また、p型ウエル7の表面にMISFETの閾値を調整するための不純物をイオン打ち込みする(チャネルインプラ)。
【0043】
次いで、例えば熱酸化(RTO)によりp型ウエル7の表面にゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)15を形成する。この熱酸化装置(RTO装置)も枚葉式であり、半導体基板1を1枚ずつ処理する。例えば装置内に半導体基板を設置してから2〜3秒で昇温し、装置内を約1000℃とし、その後、1分程度熱処理を施す。このように、RTO装置によれば、ランプ等を用いて急激に装置内を昇温することができる。その結果、半導体基板1枚の処理に要する時間を2分程度とすることができ、処理のスループットを向上させることができる。
【0044】
また、本工程においては、禁止領域OUTには、チップ領域CAと同じダミーパターンE1dが形成されているにすぎないため、半導体ウエハの温度が不均一になることを防止でき、半導体ウエハの歪みや素子特性のばらつき(例えば、既に打ち込んでいる不純物、例えば、チャネルインプラやウエルの不純物濃度、また、図示はしていないが、下部電極E1を形成する前に形成されている各種素子の特性のばらつき)を防止できる。
【0045】
例えば、比熱(c)が小さい物質は暖まりやすい。この比熱(c)は、質量1gの物質を1℃上げるのに必要な熱量であり、単位は[J/g・K]である。例えばシリコン(Si)の比熱は0.71で、多結晶シリコンもほぼ同じである。これに対し、アルミニウム(Al)は、0.90である。従って、SiはAlより暖まり易い。なお、水の比熱は4.22である。
【0046】
一方、熱容量(Q)は、比熱(c)とその質量(M)の積で表せる。従って、禁止領域に残存する膜が多い程、熱容量が大きく、膜の温度が高くなる。
【0047】
従って、図6および図7を参照しながら説明したように、禁止領域OUT全体にの多結晶シリコン膜9が残存していると、チップ領域CAと比較し、その質量が大きくなるため熱容量が大きくなる。従って、禁止領域OUTの温度が高くなるのである。特に、大口径(例えば直径が300mm)の半導体ウエハはその円周が大きい分、禁止領域に残存する膜が多くなる。その結果、半導体ウエハの禁止領域の温度が高くなる。
【0048】
これに対し、本実施の形態によれば、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜にもマスクパターンを転写したので、単位面積当たりの熱容量は、禁止領域もチップ領域とほぼ同じとなる。その結果、半導体ウエハの温度の不均一を抑制できる。
【0049】
次に、図9に示すように、ゲート酸化膜15の上部を含む半導体基板1の全面に導電性膜として多結晶シリコン膜17を例えばCVD法で堆積する。この多結晶シリコン膜17は、nチャネル型MISFETQnのゲート電極Gおよび容量素子Cの上部電極E2となる。本工程に用いられるCVD装置も枚葉式であり、半導体基板1を1枚ずつ処理する。
【0050】
次いで、多結晶シリコン膜17上にポジ型のフォトレジスト膜R2を形成し、フォトマスクを用いて多結晶シリコン膜を残したい領域以外を露光する。この際、半導体基板1の禁止領域にも転写を行う(図3参照)。
【0051】
次いで、フォトレジスト膜R2の現像を行い、残存するフォトレジスト膜R2をマスクに多結晶シリコン膜17をエッチングし、ゲート電極Gおよび上部電極E2を形成する(図10)。
【0052】
この際、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜R2にもマスクパターンが転写されているため、禁止領域OUTにもチップ領域のゲート電極Gに対応する形状を有するパターン(ダミーパターン)Gdおよび上部電極E2に対応する形状を有するパターン(ダミーパターン)E2dが形成される。もちろん、禁止領域OUTにおいては、単一のチップ領域と同じ面積が確保されないため、場所によってはゲート電極Gや上部電極E2と全く同じパターンが形成される箇所もあるが、その一部が欠けたパターンが形成される箇所もある。
【0053】
このように、本実施の形態によれば、禁止領域OUTにおいてもチップ領域CAと同様にフォトマスクを転写したので、チップ領域のゲート電極Gおよび上部電極E2に対応する形状を有するダミーパターンGd、E2dが形成される。
【0054】
このように、ゲート電極G等の形成の際にも、禁止領域OUTにチップ領域CAと同様にフォトマスクを転写したので、下部電極E1等の形成の際と同様に、半導体ウエハの変形(歪み)を低減し、また、熱処理時における半導体ウエハの温度の均一性を高めることができる。その結果、半導体装置の特性を向上させ、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。また、半導体装置の安定的生産が可能となる。
【0055】
これまでの工程により各チップ領域CAには、下部電極E1、容量絶縁膜13および上部電極E2よりなる容量素子Cが形成される。また、禁止領域OUTには、ダミーパターンE1d、容量絶縁膜13およびダミーパターンE2dよりなるダミー容量素子Cdが形成される。
【0056】
次いで、フォトレジスト膜を除去し、ゲート電極Gの両側のp型ウエル7にn型不純物をイオン打ち込みし、後述する熱拡散を行うことによりn型半導体領域21を形成する。
【0057】
次いで、ゲート電極Gおよび容量素子C等の上部を含む半導体基板1の全面に絶縁膜として窒化シリコン膜19を例えばCVD法で堆積した後、図11に示すように、異方的にエッチングを行うことにより、ゲート電極G等の側壁にサイドウォール膜19sを形成する。
【0058】
次いで、p型ウエル7にn型不純物をイオン打ち込みし、RTAにより不純物を熱拡散させることによってn型半導体領域23(ソース、ドレイン)を形成する。ここで、禁止領域OUTにおいては不純物のイオン打ち込みを行わない。
【0059】
この際用いられる熱拡散装置(RTA装置)も枚葉式であり、半導体基板1を1枚ずつ処理する。
【0060】
また、本工程においても、禁止領域OUTには、チップ領域CAと同じダミーパターンE1dおよびダミーパターンGd、E2dが形成されているため、半導体ウエハの温度が不均一になることを防止でき、半導体ウエハの歪みや素子特性のばらつき(例えば、既に打ち込んでいる不純物濃度や各種素子の特性のばらつき)を防止できる。
【0061】
ここまでの工程で、LDD(Lightly Doped Drain)構造のソース、ドレインを備えたnチャネル型MISFETQnが形成される。なお、nチャネル型MISFETQnの他、pチャネル型MISFETも形成してもよい。このpチャネル型MISFETは、nチャネル型MISFETQnの場合と注入する不純物の導電型が異なることを除いては同様に形成することができるためその説明を省略する。
【0062】
次いで、図12に示すように、nチャネル型MISFETQnおよび容量素子C上に絶縁膜として酸化シリコン膜25を例えばCVD法で堆積した後、酸化シリコン膜25の表面を化学的機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法で研磨してその表面を平坦化する。
【0063】
次いで、n型半導体領域23上の酸化シリコン膜25をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることによりn型半導体領域23上にコンタクトホールC1を形成する。
【0064】
次いで、コンタクトホールC1内を含む酸化シリコン膜25上に、バリア膜として窒化チタン(TiN)膜を堆積した後、導電性膜としてタングステン(W)膜を堆積し、これらの膜を酸化シリコン膜25が露出するまでCMP法により研磨することによってコンタクトホールC1内にプラグP1を形成する。この際、禁止領域OUTにおいても同様にダミープラグP1dを形成する。
【0065】
次いで、図13に示すように、プラグP1上を含む酸化シリコン膜25上に導電性膜としてW膜を堆積し、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることにより第1層配線M1を形成する。
【0066】
この際、禁止領域OUTにおいても、チップ領域CA同様にダミー配線M1dを形成する。その結果、下部電極E1等の形成の際と同様に、半導体ウエハの変形(歪み)を低減し、また、熱処理時における半導体ウエハの温度の均一性を高めることができる。
【0067】
次いで、図14に示すように、第1層配線M1等の上部に絶縁膜として酸化シリコン膜27を例えばCVD法で堆積し、その上部をCMP法で研磨することにより平坦化する。
【0068】
次いで、第1層配線M1上にコンタクトホールC2を形成し、その内部にプラグP2を形成する。このプラグP2は、例えばプラグP1と同様に形成する。
【0069】
次いで、プラグP2上にバリア膜として例えばTiN膜を堆積し、さらに、その上部に導電性膜としてアルミニウム(Al)膜を堆積する。次いで、フォトリソグラフィー技術を用いてこれらの膜をエッチングすることにより第2層配線M2を形成する。
【0070】
さらに、図15に示すように、酸化シリコン膜29、プラグP3および第3層配線M3を形成し、さらに、酸化シリコン膜31、プラグP4および第4層配線M4を形成する。酸化シリコン膜29、31は、酸化シリコン膜27等と同様に形成することができ、また、プラグP3、P4も、プラグP1等と同様に形成することができる。また、第3および第4層配線M3、M4も第2層配線M2と同様に形成することができる。
【0071】
ここで、禁止領域OUTにおいては、プラグP2、P3、P4および配線M2、M3、M4の形成を行わない。
【0072】
もちろん、禁止領域OUTにおいて、不純物のイオン注入、プラグや配線の形成を行い、チップ領域と全く同様の処理を行ってもよい。
【0073】
しかしながら、これらの処理にはフォトリソグラフィー工程を伴い、禁止領域においても、露光(ショット)を繰り返すことは、工程のスループットを低下させる。
【0074】
従って、禁止領域OUTにおいては、必要最小限の処理を行うことが望ましい。よって、イオン打ち込み工程は行わない。また、Alを主成分とする第2層配線M2以降の工程においては、高温の熱処理工程が行われないため、本実施の形態においては、禁止領域OUT部の処理を行っていない。
【0075】
特に、禁止領域OUTの処理が必要な工程は、多結晶シリコン膜の加工工程である。多結晶シリコン膜は、前述した通り比熱が小さいため高温となりやすく、半導体基板の歪みが発生しやすい。また、特に、多結晶シリコン膜を用いたゲート電極の加工工程も、禁止領域OUTの処理が必要である。ゲート電極の加工後には、ソース、ドレイン領域を構成する不純物の熱拡散工程などが存在するため、半導体基板温度のばらつきの原因となりやすい。
【0076】
このように、形成される膜自身の応力や比熱、また、その後の熱処理工程の有無等に基づき、禁止領域OUTでの処理の有無を適宜選択することが望ましい。
【0077】
この後、第4層配線M4上に、絶縁膜、プラグおよび配線の形成を繰り返すことによりさらに多層の配線を形成してもよい。
【0078】
また、最上層配線上には、保護膜が形成され、ウエハ状態の半導体基板がスクライブ領域に沿ってダイシングされた後、個々のチップが実装され、製品が完成するが、これらの工程の説明および図示は省略する。
【0079】
なお、本実施の形態においては、MISFETや容量素子Cを形成する場合について詳細に説明したが、この他、情報転送用MISFETおよびこれに直列に接続された情報蓄積用容量素子からなるDRAMメモリセル等を形成してもよい。
【0080】
この場合、例えば第1層配線M1と第2層配線M2との間に情報蓄積用容量素子が形成される。この情報蓄積用容量素子の容量絶縁膜のアニール(熱処理)等の際にも熱負荷が加わり、半導体ウエハの歪みや素子特性のばらつきの原因となる。従って、本実施の形態のように禁止領域にダミーパターンを形成することで、上記不具合を改善できる。
【0081】
図16に、本実施の形態の半導体装置の半導体基板を模式的に示した平面図を示す。図示するように、禁止領域OUTには、ダミーパターンが形成されたダミーチップDCが形成される。
【0082】
(実施の形態2)
実施の形態1においては、下部電極E1の形成時に、禁止領域OUTにおいてもチップ領域CAと同様にフォトマスクを転写し、ダミーパターンE1dを形成したが、禁止領域OUTにフォトマスクを転写せず、禁止領域の半導体ウエハの端部から所定の距離に位置する多結晶シリコン膜を除去してもよい。
【0083】
なお、実施の形態1と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【0084】
図17に示すように、実施の形態1と同様に、素子分離5を形成し、半導体基板1の全面に導電性膜として多結晶シリコン膜9を例えばCVD法で堆積した後、絶縁膜としてONO膜よりなる容量絶縁膜13を形成し、これらの膜上にポジ型のフォトレジスト膜R1を形成し、フォトマスクFMのパターンを半導体基板1のチップ領域CAに順次転写していく。
【0085】
この際、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜R1に、レチクルのパターンの転写を行わないと、図6および図7を参照しながら説明したように、禁止領域OUT全体に多結晶シリコン膜9が残存してしまう。
【0086】
そこで、チップ領域CAの露光が終わった後、例えば図18に示すように、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜の端部に露光光を照射しながら半導体ウエハWを回転させることにより、禁止領域の半導体ウエハの端部から所定の距離(禁止領域の外周部)に位置するフォトレジスト膜を露光する。例えば直径300mmの半導体ウエハの場合、その端部から少なくとも3mmは禁止領域であるため、3mmの幅で露光を行うことができる。
【0087】
その結果、禁止領域OUTの端部のフォトレジスト膜R1が除去され(図17参照)、このフォトレジスト膜R1をマスクに多結晶シリコン膜9等をエッチングする。このエッチングによって、図19および図20に示すように、禁止領域OUTの端部から約3mmの幅で多結晶シリコン膜9等が除去され、膜応力が低減される。また、以降のゲート酸化膜の形成工程や不純物の熱拡散工程等における半導体ウエハの温度ばらつきを低減できる。なお、図18は、本実施の形態の半導体装置の禁止領域の露光の様子を模式的に示した斜視図である。また、図19は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図であり、図20は、その平面図である。
【0088】
また、上部電極E2およびゲート電極Gの形成時に、禁止領域OUTにレチクルパターンを転写せず、下部電極E1の形成時と同様に、禁止領域の外周部に位置する多結晶シリコン膜を除去してもよい。言い換えれば、前記外周部以外の禁止領域にのみ多結晶シリコン膜を残存させてもよい。
【0089】
(実施の形態3)
本実施の形態は、半導体ウエハの裏面にも多結晶シリコン膜等を堆積することによって、膜応力や半導体ウエハ温度のばらつき等の低減を図るものである。なお、実施の形態1と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【0090】
図21は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図である。
【0091】
図示するように、半導体ウエハWの表面に例えば多結晶シリコン膜PSを成膜した後、裏面にも多結晶シリコン膜PSを成膜する。
【0092】
具体的には、実施の形態1のゲート電極Gおよび上部電極E2の形成のため多結晶シリコン膜17を形成した後、レチクルのパターンを半導体基板1のチップ領域に順次転写していく。この際、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜には、レチクルのパターンの転写を行わない。
【0093】
その後、図22に示すように、実施の形態1と同様に、多結晶シリコン膜17をエッチングし、ゲート電極Gおよび上部電極E2を形成し、さらに、サイドウォール膜19sとなる窒化シリコン膜19を半導体基板1の全面に形成する。
【0094】
次いで、半導体ウエハの窒化シリコン膜19の形成面(表面)を下側とし、半導体ウエハの裏面に多結晶シリコン膜17Rを形成する。
【0095】
その後、半導体ウエハの窒化シリコン膜19の形成面(表面)を上側とし、窒化シリコン膜19を異方的にエッチングすることによりゲート電極G等の側壁にサイドウォール膜19sを形成する(図23)。なお、図22および図23は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【0096】
このように、本実施の形態によれば、半導体ウエハの裏面にも多結晶シリコン膜17Rを形成したので、半導体ウエハの表面および裏面における膜応力の差を低減でき、また、以降の熱処理工程(例えば、熱酸化工程や熱拡散工程など)においても、裏面の多結晶シリコン膜17Rによって半導体ウエハの温度ばらつきを低減できる。その結果、半導体ウエハの歪みやその主表面に形成される素子特性のばらつきを低減できる。
【0097】
なお、枚葉処理においては、その裏面に膜が形成され難いため、半導体ウエハの裏面を上側とし、あえて膜形成を行う必要がある。
【0098】
また、多結晶シリコン膜17Rの形成は、多結晶シリコン膜17の形成の前であっても良いし、また、多結晶シリコン膜17の形成の直後であってもよい。しかしながら、多結晶シリコン膜17は、ゲート電極Gおよび上部電極E2となる膜であるため、その形成面を下側とし処理を行うとその表面が汚染される恐れがある。従って、上記のように、その表面が絶縁膜等で覆われているタイミングで多結晶シリコン膜17Rの形成を行うことが望ましい。
【0099】
また、下部電極E1の形成時に、禁止領域OUTにフォトマスクを転写せず、ゲート電極Gの形成時と同様に、半導体ウエハの裏面に多結晶シリコン膜を形成してもよい。
【0100】
(実施の形態4)
実施の形態3においては、半導体ウエハの裏面に多結晶シリコン膜を形成したが、この膜を表面の多結晶シリコン膜と同様に加工してもよい。なお、実施の形態3等と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【0101】
図24は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の半導体基板(半導体ウエハ)を模式的に示した断面図である。
【0102】
図示するように、半導体ウエハWの表面に例えば多結晶シリコン膜を成膜し、パターンPを形成した後、裏面にも多結晶シリコン膜を成膜し、この裏面の多結晶シリコン膜を表面の多結晶シリコン膜と同様にパターニングする。言い換えれば、半導体ウエハの裏面のチップ領域に対応する箇所にダミーパターンDPを形成する。なお、PSは、禁止領域OUTに残存する多結晶シリコン膜を示す。
【0103】
具体的には、実施の形態3において説明したように、多結晶シリコン膜17Rを形成した後、レチクルのパターンを半導体基板1の裏面のチップ領域に順次転写していく。この際、禁止領域OUT上のフォトレジスト膜には、レチクルのパターンの転写を行わない。その後、フォトレジスト膜を現像し、それをマスクに多結晶シリコン膜17Rをエッチングし、ダミーパターンDPを形成する。
【0104】
このように、本実施の形態によれば、半導体ウエハの裏面にもその表面と同じ形状のパターン(DP)を形成したので、半導体ウエハの表面および裏面における膜応力の差を低減でき、また、以降の熱処理工程(例えば、熱酸化工程や熱拡散工程など)においても、裏面のパターン(DP)によって半導体ウエハの温度ばらつきを低減できる。その結果、半導体ウエハの歪みやその主表面に形成される素子特性のばらつきを低減できる。なお、さらに半導体ウエハの温度ばらつきを低減するためには禁止領域OUT上のフォトレジスト膜に、レチクルのパターンの転写を行った方がよい。
【0105】
なお、枚葉処理においては、その裏面に膜が形成され難いため、半導体ウエハの裏面を上側とし、あえてパターン(DP)形成を行う必要がある。
【0106】
また、下部電極E1の形成時においても、前述したように、半導体ウエハの裏面に多結晶シリコン膜よりなるダミーパターンを形成してもよい。
【0107】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0108】
特に、前記実施の形態においては、多結晶シリコン膜を例に説明したが、膜応力や熱容量が大きくなるその他の膜(特に、導電性膜)に広く適用可能である。また、熱処理工程として熱酸化や熱拡散工程を例に説明したが、この他熱負荷が加わる処理に広く適用可能である。
【0109】
また、前記実施の形態においては、ダミーパターンとして、チップ領域と全く同じパターンを用いたが、膜応力や熱容量が同程度である異なるパターンを用いてもよい。
【0110】
また、前記実施の形態においては、MISFETを例に説明したが、これを用いたDRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)等にも適用可能である。また、不揮発性メモリ等、膜応力や熱容量が大きくなる膜(特に、導電性膜)を用いる半導体装置に広く適用可能である。
【0111】
また、複数層の導電性膜を有する半導体装置について、各実施の形態を組み合わせて適用してもよい。
【0112】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0113】
半導体ウエハの禁止領域における導電性膜の残存を低減することにより、半導体ウエハの歪みを低減することができる。また、熱処理時における半導体ウエハの温度の均一性を高めることができる。
【0114】
また、半導体装置の特性を向上させることができる。また、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1である半導体装置が形成される半導体ウエハの要部平面図である。
【図2】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図3】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部平面図である。
【図4】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図5】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図6】本発明の実施の形態1の効果を説明するための半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図である。
【図7】本発明の実施の形態1の効果を説明するための半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した平面図である。
【図8】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図9】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図10】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図11】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図12】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図13】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図14】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図15】本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図16】本発明の実施の形態1である半導体装置の半導体基板を模式的に示した平面図である。
【図17】本発明の実施の形態2である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図18】本発明の実施の形態2である半導体装置の禁止領域の露光の様子を模式的に示した斜視図である。
【図19】本発明の実施の形態2である半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図である。
【図20】本発明の実施の形態2である半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した平面図である。
【図21】本発明の実施の形態3である半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図である。
【図22】本発明の実施の形態3である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図23】本発明の実施の形態3である半導体装置の製造方法を示す半導体基板(半導体ウエハ)の要部断面図である。
【図24】本発明の実施の形態4である半導体装置の製造工程中の半導体基板を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板
5 素子分離
7 p型ウエル
9 多結晶シリコン膜
13 容量絶縁膜
15 ゲート酸化膜
17 多結晶シリコン膜
17R 多結晶シリコン膜
19 窒化シリコン膜
19s サイドウォール膜
21 n型半導体領域
23 n型半導体領域
25 酸化シリコン膜
27 酸化シリコン膜
29 酸化シリコン膜
31 酸化シリコン膜
C 容量素子
C1 コンタクトホール
C2 コンタクトホール
CA チップ領域
Cd ダミー容量素子
DC ダミーチップ
DP ダミーパターン
E1 下部電極
E1d ダミーパターン
E2 上部電極
E2d ダミーパターン
FM フォトマスク
G ゲート電極
Gd ダミーパターン
M1 第1層配線
M1d ダミー配線
M2 第2層配線
M3 第3層配線
M4 第4層配線
OUT 禁止領域
P パターン
P1 プラグ
P1d ダミープラグ
P2 プラグ
P3 プラグ
P4 プラグ
PS 多結晶シリコン膜
Qn nチャネル型MISFET
R1 フォトレジスト膜
R2 フォトレジスト膜
FM フォトマスク
W 半導体ウエハ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a technique effective when applied to a method of manufacturing a semiconductor device having a conductive film.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor element such as a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and a wiring connecting them are formed, for example, by alternately depositing a conductive film and an insulating film.
[0003]
In addition, many semiconductor elements have a diffusion layer or a thermal oxide film, and a thermal load is applied to the semiconductor wafer when these elements are formed.
[0004]
As described above, when stress or thermal stress due to the lamination of the films is applied, the semiconductor wafer is easily distorted, which adversely affects a later processing step.
[0005]
For example, Patent Literature 1 discloses a technique in which a through hole is provided in a central portion of a semiconductor wafer in order to perform heat treatment without causing a film formation defect or thermal distortion.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-47615
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors are engaged in research and development of semiconductor devices such as microcomputers and system LSIs. Further, these devices are formed using a semiconductor wafer having a large diameter (300 mm or more in diameter).
[0008]
During the above research and development, the occurrence of distortion of the semiconductor wafer and the dispersion of the characteristics of the semiconductor elements in the surface of the semiconductor wafer were observed.
[0009]
As a result of an examination by the present inventors about these causes, it has been found that the influence is due to the deposited film in the peripheral portion of the semiconductor wafer.
[0010]
That is, a plurality of chip regions partitioned by the scribe region exist on the substantially circular semiconductor wafer, and the forbidden region is located so as to surround the plurality of chip regions. This prohibited area is an area where chip acquisition is prohibited.
[0011]
A processed (patterned) conductive film is formed in the chip region, but the conductive film in the forbidden region is not processed and may remain as it is. Note that such a process will be described later in detail with reference to FIGS.
[0012]
As described above, when the conductive film remains in the forbidden region, the semiconductor wafer is deformed by the film stress, which adversely affects a subsequent process. For example, it causes a focus failure in a photolithography process, a suction failure of a semiconductor wafer in various processing apparatuses, and the like.
[0013]
Further, if the heat treatment is performed in a state where the conductive film remains in the forbidden region, the temperature of the forbidden region becomes higher than the central portion of the semiconductor wafer, and the chip region near the forbidden region and the chip region at the central portion of the semiconductor wafer become different. The characteristics of the semiconductor element change. For example, in a MISFET, the threshold value varies, and the depths of diffusion layers such as source and drain regions vary.
[0014]
In particular, large-diameter semiconductor wafers are often subjected to single-wafer processing, and in order to increase the throughput, rapid thermal processing (RTP: rapid thermal anneal, RTO: rapid thermal oxidation) is required. Often applied. Therefore, the temperature of the semiconductor wafer tends to be non-uniform, and distortion and device characteristics are likely to occur.
[0015]
In the case of a large-diameter semiconductor wafer, defects due to the above-described distortion and variations in element characteristics greatly affect the product yield, and there is a great need to improve these.
[0016]
An object of the present invention is to prevent a conductive film from remaining in a forbidden region of a semiconductor wafer and reduce distortion of the semiconductor wafer. Another object of the present invention is to improve the temperature uniformity of the semiconductor wafer during the heat treatment.
[0017]
Another object of the present invention is to improve the characteristics of a semiconductor device. Another object is to improve the yield of semiconductor devices.
[0018]
The above objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0020]
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided (a) a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region and having a forbidden region on an outer peripheral portion not used as the chip region. (B) forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate, and (c) forming a first pattern of the conductive film in the chip region by processing the conductive film; Forming a second pattern having a shape corresponding to the first pattern in the forbidden area.
[0021]
The semiconductor device (semiconductor wafer) of the present invention includes: (a) a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region, and a prohibition region not used as the chip region on an outer peripheral portion thereof; And (c) a first pattern formed in the forbidden region of the semiconductor substrate and formed of the conductive film and having a shape corresponding to the first pattern. And two patterns.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
[0023]
(Embodiment 1)
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
[0024]
FIG. 1 is a plan view of a main part of a semiconductor wafer on which the semiconductor device of the present embodiment is formed.
[0025]
As shown in FIG. 1, the semiconductor wafer W is circular and has a plurality of substantially rectangular chip areas CA. A scribe area is formed between the chip areas CA, and the chip area CA is separated by cutting along the area. The outer peripheral portion of the semiconductor wafer W (portion outside the plurality of chip areas CA) is a prohibited area OUT in which formation of semiconductor elements and the like is prohibited. In other words, the prohibited area OUT is an area that is not used as a chip area. The forbidden region is located on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer so as to surround the plurality of chip regions. The semiconductor wafer W may be provided with a cutout portion called an orientation flat. The diameter of the semiconductor wafer W is, for example, about 300 mm.
[0026]
Note that the chip area CA and the scribe area need not be apparently clear before manufacturing the semiconductor device. Various semiconductor elements, wirings, and the like are formed in the chip area CA.
[0027]
FIGS. 2 to 5 and FIGS. 8 to 15 are a main part sectional view and a main part plan view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) showing a method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment. CA indicates a chip area, and OUT indicates a prohibited area.
[0028]
As shown in FIG. 2, a semiconductor element is formed on a main surface of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1 made of p-type single crystal silicon. Although there are various types of semiconductor elements, a case where a capacitor C and an n-channel type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) Qn is formed will be described here.
[0029]
First, a groove is formed by etching a semiconductor substrate (semiconductor wafer) 1, and an element isolation 5 is formed by embedding, for example, a silicon oxide film as an insulating film inside the groove.
[0030]
Next, a polycrystalline silicon film 9 is deposited as a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by, for example, a CVD (Chemical Vapor deposition) method. This polycrystalline silicon film 9 becomes the lower electrode E1 of the capacitive element C. The CVD apparatus used in this step is of a single wafer type, and processes the semiconductor substrates 1 one by one.
[0031]
Next, the capacitor insulating film 13 is formed on the polycrystalline silicon film 9. This capacitive insulating film is formed of, for example, a laminated film of a thin silicon oxide film, a thin silicon nitride film, and a thin silicon oxide film. For example, after the surface of the polycrystalline silicon film 9 is thermally oxidized to form a silicon oxide film, A silicon nitride film is deposited by a method, and the surface of the silicon nitride film is oxidized to form the uppermost silicon oxide film. Such a film is called an ONO film.
[0032]
Next, a photoresist film R1 is formed on the polycrystalline silicon film 9 and the capacitor insulating film 13. This photoresist film is of a positive type, and a region irradiated with light (exposed) is easily dissolved in a developing solution. A positive photoresist film is suitable for fine processing.
[0033]
Next, using a photomask (resist mask, reticle) FM, an area other than the area where the polycrystalline silicon film 9 or the like is to be left is exposed. For example, the semiconductor substrate 1 is mounted on a stage of an exposure apparatus (stepper), and the mask pattern of the photomask FM disposed thereon is sequentially transferred to a chip region of the semiconductor substrate 1. The stage is movable in XY directions.
[0034]
At this time, the transfer is also performed to the prohibited area OUT of the semiconductor substrate 1. FIG. 3 shows the relationship between the semiconductor substrate (wafer W) 1 and the area where the photomask has been transferred. The white square in the figure is the area where the photomask was transferred. The transfer may be repeated for each of a plurality of chip areas (including the prohibited area).
[0035]
Next, as shown in FIG. 4, the photoresist film R1 is developed, and the polysilicon film 9 and the like are etched using the remaining photoresist film R1 as a mask to form the lower electrode E1 and the capacitor insulating film 13. Note that the exposure and development steps of the photoresist film are referred to as a photolithography step.
[0036]
At this time, since the mask pattern is also transferred to the photoresist film R1 on the forbidden region OUT, a pattern (dummy pattern) E1d having a shape corresponding to the lower electrode E1 of the chip region CA is also formed on the forbidden region OUT. You. Of course, in the forbidden region OUT, the same area as the single chip region is not ensured. Therefore, in some places, the same pattern as the lower electrode E1 may be formed in some places, but a pattern in which a part thereof is missing is formed. In some places.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, since the photomask is transferred also in the forbidden region OUT in the same manner as the chip region CA, a dummy pattern E1d having a shape corresponding to the lower electrode E1 in the chip region CA is formed. . FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) of the present embodiment.
[0038]
On the other hand, when the photomask is transferred only to the chip area CA, as shown in FIGS. 6 and 7, the polycrystalline silicon film 9 and the like remain over the entire forbidden area OUT. FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of a semiconductor device for explaining the effect of the present embodiment, and FIG. 7 is a plan view. Note that the description of the pattern of the lower electrode E1 in the chip area CA in FIG. 7 is omitted.
[0039]
As described above, when the polycrystalline silicon film 9 remains over the entire forbidden region OUT, the semiconductor wafer (semiconductor substrate) W is deformed due to the film stress, which adversely affects a later process. For example, this may cause a focus failure in a subsequent photolithography process or a suction failure of a semiconductor wafer in various processing apparatuses. Further, as the deformation of the semiconductor wafer progresses, it may cause cracking. In addition, deformation (strain) of the semiconductor wafer causes dislocations and crystal defects of atoms (for example, Si) constituting the semiconductor wafer, which causes a leak current and deteriorates device characteristics.
[0040]
Further, if the heat treatment is performed in a state where the conductive film remains in the forbidden region, the temperature of the forbidden region becomes higher than the central portion of the semiconductor wafer, and the chip region near the forbidden region and the chip region at the central portion of the semiconductor wafer become different. The characteristics of the semiconductor element change. For example, variations in the characteristics of the MISFET occur in a step of forming a gate oxide film 15 described later, a step of thermally diffusing impurities forming the source and drain regions, and the like.
[0041]
On the other hand, in the present embodiment, since the photomask is transferred also in the forbidden region OUT in the same manner as in the chip region CA, the deformation (distortion) of the semiconductor wafer is reduced, and the temperature of the semiconductor wafer during the heat treatment is made uniform. Can be enhanced. As a result, characteristics of the semiconductor device can be improved, and the yield of the semiconductor device can be improved. Further, stable production of semiconductor devices can be achieved.
[0042]
Next, the photoresist film R1 is removed, and as shown in FIG. 8, a p-type impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate 1, and then the impurity is diffused by heat treatment to form a p-type well 7. Further, an impurity for adjusting the threshold value of the MISFET is ion-implanted into the surface of the p-type well 7 (channel implantation).
[0043]
Next, a gate oxide film (gate insulating film) 15 is formed on the surface of the p-type well 7 by, for example, thermal oxidation (RTO). This thermal oxidation device (RTO device) is also a single wafer type, and processes the semiconductor substrate 1 one by one. For example, the temperature is raised in about 2 to 3 seconds after the semiconductor substrate is set in the apparatus, the temperature in the apparatus is set to about 1000 ° C., and then heat treatment is performed for about 1 minute. As described above, according to the RTO apparatus, the temperature inside the apparatus can be rapidly increased using a lamp or the like. As a result, the time required for processing one semiconductor substrate can be reduced to about 2 minutes, and the processing throughput can be improved.
[0044]
Further, in this step, since the same dummy pattern E1d as that of the chip area CA is merely formed in the forbidden area OUT, it is possible to prevent the temperature of the semiconductor wafer from becoming non-uniform, and to prevent the semiconductor wafer from being deformed or deformed. Variation in element characteristics (for example, the impurity already implanted, for example, the impurity concentration of channel implants or wells, and, although not shown, the variation in the characteristics of various elements formed before forming the lower electrode E1) ) Can be prevented.
[0045]
For example, a substance having a small specific heat (c) tends to warm. The specific heat (c) is the amount of heat required to raise a substance having a mass of 1 g by 1 ° C., and the unit is [J / g · K]. For example, the specific heat of silicon (Si) is 0.71, which is almost the same for polycrystalline silicon. In contrast, aluminum (Al) is 0.90. Therefore, Si is easier to warm than Al. The specific heat of water is 4.22.
[0046]
On the other hand, the heat capacity (Q) can be represented by the product of the specific heat (c) and its mass (M). Therefore, as the number of films remaining in the forbidden area increases, the heat capacity increases and the temperature of the film increases.
[0047]
Therefore, as described with reference to FIG. 6 and FIG. 7, when the polycrystalline silicon film 9 remains over the entire forbidden region OUT, its mass becomes larger than that of the chip region CA, so that the heat capacity becomes larger. Become. Therefore, the temperature of the forbidden area OUT increases. In particular, a semiconductor wafer having a large diameter (for example, a diameter of 300 mm) has a larger circumference, so that more films remain in the forbidden area. As a result, the temperature of the forbidden area of the semiconductor wafer increases.
[0048]
On the other hand, according to the present embodiment, since the mask pattern is also transferred to the photoresist film on the forbidden region OUT, the heat capacity per unit area is substantially the same for the forbidden region and the chip region. As a result, unevenness in the temperature of the semiconductor wafer can be suppressed.
[0049]
Next, as shown in FIG. 9, a polycrystalline silicon film 17 is deposited as a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the upper portion of the gate oxide film 15 by, for example, a CVD method. This polycrystalline silicon film 17 becomes the gate electrode G of the n-channel MISFET Qn and the upper electrode E2 of the capacitive element C. The CVD apparatus used in this step is also a single wafer type, and processes the semiconductor substrates 1 one by one.
[0050]
Next, a positive photoresist film R2 is formed on the polycrystalline silicon film 17, and a region other than the region where the polycrystalline silicon film is to be left is exposed using a photomask. At this time, the transfer is also performed on the prohibited area of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 3).
[0051]
Next, the photoresist film R2 is developed, and the polycrystalline silicon film 17 is etched using the remaining photoresist film R2 as a mask to form a gate electrode G and an upper electrode E2 (FIG. 10).
[0052]
At this time, since the mask pattern is also transferred to the photoresist film R2 on the forbidden region OUT, a pattern (dummy pattern) Gd having a shape corresponding to the gate electrode G in the chip region and the upper electrode E2 are also formed on the forbidden region OUT. A pattern (dummy pattern) E2d having a shape corresponding to the above is formed. Of course, in the forbidden region OUT, the same area as the single chip region is not ensured, and there are some places where exactly the same pattern as the gate electrode G and the upper electrode E2 is formed, but a part thereof is missing. There are also places where patterns are formed.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, the photomask is transferred also in the forbidden region OUT in the same manner as in the chip region CA, so that the dummy pattern Gd having a shape corresponding to the gate electrode G and the upper electrode E2 in the chip region, E2d is formed.
[0054]
As described above, since the photomask was transferred to the forbidden region OUT in the same manner as the formation of the gate electrode G in the same manner as in the formation of the chip region CA, the deformation (distortion) of the semiconductor wafer was similar to the formation of the lower electrode E1 and the like. ), And the temperature uniformity of the semiconductor wafer during the heat treatment can be improved. As a result, characteristics of the semiconductor device can be improved, and the yield of the semiconductor device can be improved. Further, stable production of semiconductor devices can be achieved.
[0055]
Through the steps so far, the capacitive element C including the lower electrode E1, the capacitive insulating film 13, and the upper electrode E2 is formed in each chip area CA. In the forbidden region OUT, a dummy capacitance element Cd composed of the dummy pattern E1d, the capacitance insulating film 13, and the dummy pattern E2d is formed.
[0056]
Next, the photoresist film is removed, an n-type impurity is ion-implanted into the p-type well 7 on both sides of the gate electrode G, and thermal diffusion described later is performed to perform n-type impurity. A type semiconductor region 21 is formed.
[0057]
Next, after a silicon nitride film 19 is deposited as an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the upper portion of the gate electrode G and the capacitor C by, for example, a CVD method, anisotropic etching is performed as shown in FIG. As a result, the side wall film 19s is formed on the side wall of the gate electrode G and the like.
[0058]
Next, an n-type impurity is ion-implanted into the p-type well 7 and the impurity is thermally diffused by RTA to thereby form n-type impurity. + The type semiconductor region 23 (source, drain) is formed. Here, in the forbidden region OUT, ion implantation of impurities is not performed.
[0059]
The heat diffusion device (RTA device) used at this time is also a single wafer type, and processes the semiconductor substrates 1 one by one.
[0060]
Also in this step, since the same dummy pattern E1d and the same dummy patterns Gd and E2d as the chip area CA are formed in the forbidden area OUT, the temperature of the semiconductor wafer can be prevented from becoming uneven, and the semiconductor wafer can be prevented from becoming uneven. And variations in element characteristics (for example, variations in the impurity concentration already implanted and the characteristics of various elements) can be prevented.
[0061]
Through the steps so far, an n-channel MISFET Qn having a source and a drain having an LDD (Lightly Doped Drain) structure is formed. Note that a p-channel MISFET may be formed in addition to the n-channel MISFET Qn. The p-channel MISFET can be formed in the same manner as the n-channel MISFET Qn except that the conductivity type of the impurity to be implanted is different, and therefore the description thereof is omitted.
[0062]
Next, as shown in FIG. 12, after a silicon oxide film 25 is deposited as an insulating film on the n-channel MISFET Qn and the capacitor C by, for example, a CVD method, the surface of the silicon oxide film 25 is subjected to chemical mechanical polishing (CMP; Chemical). The surface is flattened by polishing by a mechanical polishing method.
[0063]
Then, n + Etching the silicon oxide film 25 on the semiconductor region 23 using photolithography + A contact hole C1 is formed on the mold semiconductor region 23.
[0064]
Next, after a titanium nitride (TiN) film is deposited as a barrier film on the silicon oxide film 25 including the inside of the contact hole C1, a tungsten (W) film is deposited as a conductive film. The plug P1 is formed in the contact hole C1 by polishing by a CMP method until the metal is exposed. At this time, the dummy plug P1d is similarly formed in the forbidden region OUT.
[0065]
Next, as shown in FIG. 13, a W film is deposited as a conductive film on the silicon oxide film 25 including the plug P1, and the first layer wiring M1 is formed by etching using a photolithography technique.
[0066]
At this time, also in the prohibited area OUT, the dummy wiring M1d is formed as in the chip area CA. As a result, similarly to the formation of the lower electrode E1 and the like, the deformation (strain) of the semiconductor wafer can be reduced, and the temperature uniformity of the semiconductor wafer during the heat treatment can be increased.
[0067]
Next, as shown in FIG. 14, a silicon oxide film 27 is deposited as an insulating film on the first layer wiring M1 and the like by, for example, a CVD method, and the upper part is planarized by polishing by a CMP method.
[0068]
Next, a contact hole C2 is formed on the first layer wiring M1, and a plug P2 is formed therein. The plug P2 is formed, for example, similarly to the plug P1.
[0069]
Next, a TiN film, for example, is deposited as a barrier film on the plug P2, and an aluminum (Al) film is deposited thereon as a conductive film. Next, the second layer wiring M2 is formed by etching these films using photolithography technology.
[0070]
Further, as shown in FIG. 15, a silicon oxide film 29, a plug P3 and a third layer wiring M3 are formed, and further, a silicon oxide film 31, a plug P4 and a fourth layer wiring M4 are formed. The silicon oxide films 29 and 31 can be formed similarly to the silicon oxide film 27 and the like, and the plugs P3 and P4 can be formed similarly to the plug P1 and the like. Also, the third and fourth layer wirings M3 and M4 can be formed in the same manner as the second layer wiring M2.
[0071]
Here, in the prohibited area OUT, the plugs P2, P3, P4 and the wirings M2, M3, M4 are not formed.
[0072]
Needless to say, in the forbidden region OUT, ion implantation of impurities, formation of plugs and wiring, and the same processing as in the chip region may be performed.
[0073]
However, these processes involve a photolithography process, and repetition of exposure (shot) even in the prohibited area lowers the throughput of the process.
[0074]
Therefore, it is desirable to perform the minimum necessary processing in the prohibited area OUT. Therefore, the ion implantation step is not performed. Further, in the steps after the second layer wiring M2 containing Al as a main component, a high-temperature heat treatment step is not performed, and thus, in this embodiment, the processing of the prohibited region OUT is not performed.
[0075]
In particular, a process that requires processing of the forbidden region OUT is a processing step of the polycrystalline silicon film. As described above, the polycrystalline silicon film has a low specific heat and thus tends to be heated to a high temperature, and the semiconductor substrate is likely to be distorted. Further, in particular, the processing of the gate electrode using the polycrystalline silicon film also requires the processing of the forbidden region OUT. After the processing of the gate electrode, there is a step of thermally diffusing the impurities constituting the source and drain regions and the like, which tends to cause a variation in the temperature of the semiconductor substrate.
[0076]
As described above, it is desirable to appropriately select the presence or absence of the processing in the forbidden region OUT based on the stress and specific heat of the formed film itself, the presence or absence of the subsequent heat treatment step, and the like.
[0077]
Thereafter, a multilayer wiring may be formed on the fourth-layer wiring M4 by repeating the formation of the insulating film, the plug, and the wiring.
[0078]
In addition, a protective film is formed on the uppermost layer wiring, and after a semiconductor substrate in a wafer state is diced along the scribe area, individual chips are mounted and a product is completed. Illustration is omitted.
[0079]
In this embodiment, the case where the MISFET and the capacitor C are formed has been described in detail. In addition, a DRAM memory cell including an information transfer MISFET and an information storage capacitor connected in series to the MISFET is described. Etc. may be formed.
[0080]
In this case, for example, an information storage capacitor is formed between the first layer wiring M1 and the second layer wiring M2. A thermal load is also applied during annealing (heat treatment) of the capacitive insulating film of the information storage capacitor element, which causes distortion of the semiconductor wafer and variation in element characteristics. Therefore, by forming a dummy pattern in the forbidden area as in the present embodiment, the above-mentioned problem can be solved.
[0081]
FIG. 16 is a plan view schematically showing a semiconductor substrate of the semiconductor device of the present embodiment. As shown, a dummy chip DC on which a dummy pattern is formed is formed in the prohibited area OUT.
[0082]
(Embodiment 2)
In the first embodiment, when the lower electrode E1 is formed, the photomask is transferred to the forbidden region OUT in the same manner as the chip region CA to form the dummy pattern E1d. However, the photomask is not transferred to the forbidden region OUT. The polycrystalline silicon film located at a predetermined distance from the edge of the semiconductor wafer in the prohibited area may be removed.
[0083]
Note that detailed description of the same steps as those in Embodiment 1 is omitted.
[0084]
As shown in FIG. 17, similar to the first embodiment, an element isolation 5 is formed, a polycrystalline silicon film 9 is deposited as a conductive film over the entire surface of the semiconductor substrate 1 by, for example, a CVD method, and then ONO is formed as an insulating film. A capacitive insulating film 13 made of a film is formed, a positive photoresist film R1 is formed on these films, and the pattern of the photomask FM is sequentially transferred to the chip area CA of the semiconductor substrate 1.
[0085]
At this time, if the reticle pattern is not transferred to the photoresist film R1 on the forbidden region OUT, the polycrystalline silicon film 9 remains on the entire forbidden region OUT as described with reference to FIGS. Resulting in.
[0086]
Therefore, after the exposure of the chip area CA is completed, for example, as shown in FIG. 18, the semiconductor wafer W is rotated while irradiating the end of the photoresist film on the forbidden area OUT with exposure light, thereby forming the forbidden area. The photoresist film located at a predetermined distance from the edge of the semiconductor wafer (the outer peripheral portion of the prohibited area) is exposed. For example, in the case of a semiconductor wafer having a diameter of 300 mm, at least 3 mm from the end of the semiconductor wafer is a prohibited area, so that exposure can be performed with a width of 3 mm.
[0087]
As a result, the photoresist film R1 at the end of the forbidden region OUT is removed (see FIG. 17), and the polysilicon film 9 and the like are etched using the photoresist film R1 as a mask. By this etching, as shown in FIGS. 19 and 20, the polycrystalline silicon film 9 and the like are removed with a width of about 3 mm from the end of the forbidden region OUT, and the film stress is reduced. Further, it is possible to reduce the temperature variation of the semiconductor wafer in the subsequent step of forming a gate oxide film, the step of diffusing impurities, and the like. FIG. 18 is a perspective view schematically showing a state of exposure of the forbidden area of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate in a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 20 is a plan view thereof.
[0088]
Also, when the upper electrode E2 and the gate electrode G are formed, the reticle pattern is not transferred to the forbidden region OUT, and the polycrystalline silicon film located on the outer peripheral portion of the forbidden region is removed in the same manner as when the lower electrode E1 is formed. Is also good. In other words, the polycrystalline silicon film may be left only in the forbidden region other than the outer peripheral portion.
[0089]
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a polycrystalline silicon film or the like is deposited on the back surface of a semiconductor wafer to reduce film stress and variations in the temperature of the semiconductor wafer. Note that detailed description of the same steps as those in Embodiment 1 is omitted.
[0090]
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
[0091]
As shown in the figure, for example, after a polycrystalline silicon film PS is formed on the front surface of the semiconductor wafer W, the polycrystalline silicon film PS is also formed on the back surface.
[0092]
Specifically, after forming the polycrystalline silicon film 17 for forming the gate electrode G and the upper electrode E2 of the first embodiment, the reticle pattern is sequentially transferred to the chip region of the semiconductor substrate 1. At this time, the reticle pattern is not transferred to the photoresist film on the prohibited area OUT.
[0093]
Thereafter, as shown in FIG. 22, the polysilicon film 17 is etched to form the gate electrode G and the upper electrode E2, and the silicon nitride film 19 serving as the sidewall film 19s is formed as in the first embodiment. It is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1.
[0094]
Next, a polycrystalline silicon film 17R is formed on the back surface of the semiconductor wafer, with the surface (front surface) of the semiconductor wafer on which the silicon nitride film 19 is formed facing downward.
[0095]
Thereafter, the silicon nitride film 19 is anisotropically etched with the formation surface (front surface) of the silicon nitride film 19 of the semiconductor wafer facing upward to form a sidewall film 19s on the side wall of the gate electrode G and the like (FIG. 23). . 22 and 23 are cross-sectional views of main parts of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment.
[0096]
As described above, according to the present embodiment, since the polycrystalline silicon film 17R is also formed on the back surface of the semiconductor wafer, the difference in film stress between the front surface and the back surface of the semiconductor wafer can be reduced. For example, also in the thermal oxidation process and the thermal diffusion process, the temperature variation of the semiconductor wafer can be reduced by the polycrystalline silicon film 17R on the back surface. As a result, it is possible to reduce the distortion of the semiconductor wafer and the variation in element characteristics formed on the main surface.
[0097]
In the single-wafer processing, since it is difficult to form a film on the back surface, the film needs to be formed with the back surface of the semiconductor wafer facing upward.
[0098]
Further, the formation of the polysilicon film 17R may be performed before the formation of the polysilicon film 17 or may be performed immediately after the formation of the polysilicon film 17. However, since the polycrystalline silicon film 17 is a film that becomes the gate electrode G and the upper electrode E2, the surface may be contaminated if the processing is performed with the formed surface on the lower side. Therefore, as described above, it is desirable to form the polycrystalline silicon film 17R at the timing when the surface is covered with the insulating film or the like.
[0099]
Further, when the lower electrode E1 is formed, the photomask may not be transferred to the forbidden region OUT, and a polycrystalline silicon film may be formed on the back surface of the semiconductor wafer as in the case of forming the gate electrode G.
[0100]
(Embodiment 4)
In the third embodiment, the polycrystalline silicon film is formed on the back surface of the semiconductor wafer. However, this film may be processed in the same manner as the polycrystalline silicon film on the front surface. Note that detailed description of the same steps as those in Embodiment 3 and the like is omitted.
[0101]
FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate (semiconductor wafer) during a manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment.
[0102]
As shown in the drawing, for example, a polycrystalline silicon film is formed on the front surface of the semiconductor wafer W, and after forming a pattern P, a polycrystalline silicon film is also formed on the back surface. Patterning is performed similarly to the polycrystalline silicon film. In other words, the dummy pattern DP is formed at a position corresponding to the chip region on the back surface of the semiconductor wafer. Note that PS indicates a polycrystalline silicon film remaining in the forbidden region OUT.
[0103]
Specifically, as described in the third embodiment, after the polycrystalline silicon film 17R is formed, the reticle pattern is sequentially transferred to the chip region on the back surface of the semiconductor substrate 1. At this time, the reticle pattern is not transferred to the photoresist film on the prohibited area OUT. Thereafter, the photoresist film is developed, and the polysilicon film 17R is etched using the photoresist film as a mask to form a dummy pattern DP.
[0104]
As described above, according to the present embodiment, since the pattern (DP) having the same shape as the front surface is formed on the back surface of the semiconductor wafer, the difference in film stress between the front surface and the back surface of the semiconductor wafer can be reduced. In a subsequent heat treatment step (for example, a thermal oxidation step or a thermal diffusion step), the temperature variation of the semiconductor wafer can be reduced by the pattern (DP) on the back surface. As a result, it is possible to reduce the distortion of the semiconductor wafer and the variation in element characteristics formed on the main surface. In order to further reduce the temperature variation of the semiconductor wafer, it is better to transfer the reticle pattern to the photoresist film on the prohibited area OUT.
[0105]
In the single-wafer processing, since it is difficult to form a film on the back surface, it is necessary to intentionally form a pattern (DP) with the back surface of the semiconductor wafer facing upward.
[0106]
Also, when forming the lower electrode E1, as described above, a dummy pattern made of a polycrystalline silicon film may be formed on the back surface of the semiconductor wafer.
[0107]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.
[0108]
In particular, in the above-described embodiment, a polycrystalline silicon film has been described as an example. However, the present invention can be widely applied to other films (especially, conductive films) in which film stress and heat capacity increase. In addition, the thermal oxidation process and the thermal diffusion process have been described as examples of the heat treatment process, but the present invention can be widely applied to processes in which a thermal load is applied.
[0109]
Further, in the above-described embodiment, the same pattern as the chip area is used as the dummy pattern, but a different pattern having the same film stress and heat capacity may be used.
[0110]
In the above embodiment, the MISFET has been described as an example. However, the present invention can be applied to a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an SRAM (Static Random Access Memory) using the MISFET. Further, the present invention can be widely applied to a semiconductor device using a film (especially, a conductive film) having a large film stress or heat capacity, such as a nonvolatile memory.
[0111]
Further, a semiconductor device having a plurality of layers of conductive films may be applied in combination with each embodiment.
[0112]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0113]
The distortion of the semiconductor wafer can be reduced by reducing the remaining conductive film in the prohibited area of the semiconductor wafer. Further, the temperature uniformity of the semiconductor wafer during the heat treatment can be improved.
[0114]
Further, characteristics of the semiconductor device can be improved. Further, the yield of the semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part plan view of a semiconductor wafer on which a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention is formed;
FIG. 2 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a plan view of a main part of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device for describing the effect of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device, for describing an effect of the first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor substrate (semiconductor wafer) illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a plan view schematically showing a semiconductor substrate of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) for illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 18 is a perspective view schematically showing a manner of exposing a forbidden region of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 20 is a plan view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 22 is an essential part cross sectional view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) for illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 23 is a fragmentary cross-sectional view of a semiconductor substrate (semiconductor wafer) for illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to Third Embodiment of the present invention;
FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor substrate during a manufacturing step of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1 semiconductor substrate
5 Element separation
7 p-type well
9 Polycrystalline silicon film
13 Capacitive insulating film
15 Gate oxide film
17 Polycrystalline silicon film
17R Polycrystalline silicon film
19 Silicon nitride film
19s Side wall film
21 n Type semiconductor region
23 n + Type semiconductor region
25 Silicon oxide film
27 Silicon oxide film
29 Silicon oxide film
31 Silicon oxide film
C capacitance element
C1 contact hole
C2 contact hole
CA chip area
Cd dummy capacitance element
DC dummy chip
DP dummy pattern
E1 Lower electrode
E1d dummy pattern
E2 Upper electrode
E2d dummy pattern
FM photo mask
G gate electrode
Gd dummy pattern
M1 First layer wiring
M1d dummy wiring
M2 Second layer wiring
M3 Third layer wiring
M4 4th layer wiring
OUT prohibited area
P pattern
P1 plug
P1d dummy plug
P2 plug
P3 plug
P4 plug
PS Polycrystalline silicon film
Qn n-channel type MISFET
R1 photoresist film
R2 photoresist film
FM photo mask
W semiconductor wafer

Claims (22)

(a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域を有する半導体基板であって、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板を準備する工程と、
(b)前記半導体基板の全面に導電性膜を形成する工程と、
(c)前記導電性膜を加工することにより前記チップ領域に前記導電性膜よりなる第1パターンを形成し、前記禁止領域に前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) preparing a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region and having a forbidden region not used as the chip region on an outer peripheral portion thereof;
(B) forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a first pattern of the conductive film in the chip region by processing the conductive film, and forming a second pattern having a shape corresponding to the first pattern in the forbidden region; When,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程は、(c1)前記導電性膜上にポジ型のフォトレジスト膜を形成する工程と、(c2)前記(c1)工程の後、所定のフォトマスクを用いて前記チップ領域および前記禁止領域の前記フォトレジスト膜にマスクパターンを転写する工程と、(c3)前記(c2)工程の後、前記フォトレジスト膜を現像する工程と、(c4)前記(c3)工程の後、前記フォトレジスト膜をマスクに前記導電性膜をエッチングする工程と、を有す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。The step (c) includes: (c1) a step of forming a positive photoresist film on the conductive film; and (c2) after the step (c1), using a predetermined photomask to form the chip region and (C3) after the step (c2), developing the photoresist film; and (c4) after the step (c3), 2. The method according to claim 1, further comprising the step of etching the conductive film using a photoresist film as a mask. 前記(c)工程の後、(d)熱処理工程を有す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, further comprising (d) a heat treatment step after the step (c). 前記(d)工程は、前記半導体基板を1枚ずつ処理する工程であ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 the step (d) is a step of processing the semiconductor substrates one by one. 前記導電性膜は、シリコン膜もしくはシリコンより比熱の低い膜であ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 the conductive film is a silicon film or a film having a lower specific heat than silicon. 前記導電性膜は、多結晶シリコン膜であり、前記(d)工程は、MISFETのゲート酸化膜を形成する工程、もしくは前記MISFETのソース、ドレイン領域を構成する不純物の拡散工程であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。The conductive film is a polycrystalline silicon film, and the step (d) is a step of forming a gate oxide film of a MISFET or a step of diffusing impurities forming source and drain regions of the MISFET. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3. 前記導電性膜は、多結晶シリコン膜であり、前記第1パターンは、MISFETのゲート電極であ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 the conductive film is a polycrystalline silicon film, and the first pattern is a gate electrode of a MISFET. 前記半導体基板は、略円形であり、その直径は300mm以上であ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 the semiconductor substrate has a substantially circular shape and a diameter of 300 mm or more. (a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域を有する半導体基板であって、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板を準備する工程と、
(b)前記半導体基板の全面に導電性膜を形成する工程と、
(c)前記導電性膜を加工することにより前記チップ領域に前記導電性膜よりなる第1パターンを形成し、前記禁止領域上の前記半導体基板の端部から所定の距離に位置する前記導電性膜を除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) preparing a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region and having a forbidden region not used as the chip region on an outer peripheral portion thereof;
(B) forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a first pattern of the conductive film in the chip region by processing the conductive film, and forming the first pattern at a predetermined distance from an end of the semiconductor substrate on the forbidden region; Removing the film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程は、(c1)前記導電性膜上にポジ型のフォトレジスト膜を形成する工程と、(c2)前記(c1)工程の後、所定のフォトマスクを用いて前記チップ領域の前記フォトレジスト膜にマスクパターンを転写する工程と、(c3)前記禁止領域上の前記半導体基板の端部から前記所定の距離に位置する前記フォトレジスト膜を露光する工程と、(c4)前記(c2)および(c3)工程の後、前記フォトレジスト膜を現像する工程と、(c5)前記(c4)工程の後、前記フォトレジスト膜をマスクに前記導電性膜をエッチングする工程と、を有することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。The step (c) includes (c1) a step of forming a positive photoresist film on the conductive film, and (c2) after the step (c1), using a predetermined photomask to form the chip region. Transferring a mask pattern onto the photoresist film; (c3) exposing the photoresist film located at the predetermined distance from an end of the semiconductor substrate on the forbidden area; (c4) exposing the ( after the steps c2) and (c3), a step of developing the photoresist film; and (c5) after the step (c4), etching the conductive film using the photoresist film as a mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein: 前記(c)工程の後、(d)熱処理工程を有することを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。The method according to claim 9, further comprising: (d) a heat treatment step after the step (c). (a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域を有する半導体基板であって、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板を準備する工程と、
(b)前記半導体基板の表面の全面に第1導電性膜を形成する工程と、
(c)前記第1導電性膜を加工することにより前記チップ領域に第1パターンを形成する工程と、
(d)前記半導体基板の裏面の全面に第2導電性膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(A) preparing a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region and having a forbidden region not used as the chip region on an outer peripheral portion thereof;
(B) forming a first conductive film over the entire surface of the semiconductor substrate;
(C) forming a first pattern in the chip region by processing the first conductive film;
(D) forming a second conductive film on the entire back surface of the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記(c)工程の後、(d)熱処理工程を有することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。13. The method according to claim 12, further comprising (d) a heat treatment step after the step (c). 前記第1導電性膜は、多結晶シリコン膜であり、前記第1パターンは、MISFETのゲート電極であり、
前記(c)工程と(d)工程の間には、前記ゲート電極上を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程を有し、
前記(d)工程の後には、前記絶縁膜を異方的にエッチングすることにより前記ゲート電極の側壁に前記絶縁膜よりなる側壁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The first conductive film is a polycrystalline silicon film, the first pattern is a gate electrode of a MISFET,
A step of forming an insulating film on the semiconductor substrate including on the gate electrode, between the steps (c) and (d);
13. The method according to claim 12, further comprising, after the step (d), forming a side wall film made of the insulating film on a side wall of the gate electrode by anisotropically etching the insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2導電性膜を加工することにより前記半導体基板の裏面に前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項12〜14のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。15. The method according to claim 12, further comprising: forming a second pattern having a shape corresponding to the first pattern on the back surface of the semiconductor substrate by processing the second conductive film. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to the above item. (a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域と、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板と、
(b)前記半導体基板の前記チップ領域に形成され、導電性膜よりなる第1パターンと、
(c)前記半導体基板の前記禁止領域に形成され、前記導電性膜よりなり、前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンと、
を有することを特徴とする半導体装置。
(A) a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region, and a forbidden region on the outer periphery that is not used as the chip region;
(B) a first pattern formed in the chip region of the semiconductor substrate and made of a conductive film;
(C) a second pattern formed in the forbidden region of the semiconductor substrate, made of the conductive film, and having a shape corresponding to the first pattern;
A semiconductor device comprising:
前記導電性膜は、シリコン膜もしくはシリコンより比熱の低い膜であることを特徴とする請求項16記載の半導体装置。17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the conductive film is a silicon film or a film having a lower specific heat than silicon. 前記導電性膜は、多結晶シリコン膜であり、前記第1パターンは、MISFETのゲート電極であることを特徴とする請求項16記載の半導体装置。17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the conductive film is a polycrystalline silicon film, and the first pattern is a gate electrode of a MISFET. 前記半導体基板は、略円形であり、その直径は300mm以上であることを特徴とする請求項16記載の半導体装置。17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the semiconductor substrate is substantially circular and has a diameter of 300 mm or more. (a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域と、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板と、
(b)前記半導体基板の前記チップ領域に形成され、導電性膜よりなる第1パターンと、
(c)前記半導体基板の前記禁止領域に形成され、前記禁止領域上であって、前記半導体基板の端部から所定の距離の前記外周部以外の領域に形成された前記導電性膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(A) a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region, and a forbidden region on the outer periphery that is not used as the chip region;
(B) a first pattern formed in the chip region of the semiconductor substrate and made of a conductive film;
(C) the conductive film formed in the forbidden region of the semiconductor substrate and formed on the forbidden region and in a region other than the outer peripheral portion at a predetermined distance from an end of the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising:
(a)スクライブ領域によって区画された複数のチップ領域と、その外周部に前記チップ領域として使用しない禁止領域を有する半導体基板と、
(b)前記半導体基板の表面の前記チップ領域に形成され、第1導電性膜よりなる第1パターンと、
(c)前記半導体基板の裏面に形成された第2導電性膜と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(A) a semiconductor substrate having a plurality of chip regions partitioned by a scribe region, and a forbidden region on the outer periphery that is not used as the chip region;
(B) a first pattern formed in the chip region on the surface of the semiconductor substrate and made of a first conductive film;
(C) a second conductive film formed on the back surface of the semiconductor substrate;
A semiconductor device comprising:
前記第2導電性膜は、前記第1パターンに対応する形状を有する第2パターンであることを特徴とする請求項21記載の半導体装置。22. The semiconductor device according to claim 21, wherein the second conductive film is a second pattern having a shape corresponding to the first pattern.
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