JP2005197498A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、直線に沿って分離される第1の領域と第2の領域を有し、第1の領域には行列状に素子が配列され、前記行列は前記直線に沿った行と、前記直線に対して斜めに延びる列とからなる半導体装置の製造方法に関し、特に、前記第2の領域を半導体基板と異なる導電型の不純物拡散領域とするための、ネガ型フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ工程に関するものである。 The present invention has a first region and a second region separated along a straight line, and the first region has elements arranged in a matrix, and the matrix includes rows along the straight line, In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including columns extending obliquely with respect to a straight line, and in particular, photolithography using a negative photoresist for making the second region an impurity diffusion region having a conductivity type different from that of a semiconductor substrate. It relates to the process.
DRAM(Dynamic Randam Access Memory)等の半導体記憶装置は、行列状に密に素子が配列されたメモリーセルとこれに隣接する周辺回路とを備えている。
図2はDRAMの一例を示す部分断面図であり、第1金属配線層形成工程後の状態を示している。このDRAMは、シリコン基板5のメモリーセルを形成する領域と周辺回路を形成する領域の境界に、領域分離酸化膜12が形成されている。この領域分離酸化膜12の幅方向中心を境界にして、P型シリコン基板5のメモリーセル形成領域側にP(P+)ウエル16が、周辺回路形成領域側にNウエル15が形成されている。
A semiconductor memory device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) includes a memory cell in which elements are densely arranged in a matrix and a peripheral circuit adjacent thereto.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of a DRAM and shows a state after the first metal wiring layer forming step. In this DRAM, a region
図2に示す範囲において、メモリーセル形成領域には、Pウエル16にn型不純物を拡散して形成されたソース/ドレイン領域61a,61bを備えたトランジスタ6と、ドレイン領域61bに接続されたビット線71と、ソース領域61aに接続されたキャパシタ72と、トランスファーゲート線73が形成されている。周辺回路形成領域には、Nウエル15にp型不純物を拡散して形成されたソース/ドレイン領域81を備えたトランジスタ8が形成されている。なお、符号91は第1金属配線を示し、符号92は層間絶縁膜を示す。
In the range shown in FIG. 2, in the memory cell formation region, the
近年では、集積度を高くするために、メモリーセルの素子領域10を図3に示すように配列することが行われている。ラインL1は、メモリーセル領域と周辺回路領域とを分離する直線(境界ライン)である。メモリーセル領域1には、ラインL1と平行なラインL2を行とし、ラインL1に対して斜めに延びるラインL3を列とした行列状に、多数の素子領域10が密に形成されている。この素子領域11は、フォトリソグラフィ技術を利用し、シリコン基板の素子領域10以外の部分を熱酸化して素子分離酸化膜11を形成することにより形成される。その際に、メモリーセル領域1と周辺回路領域2とを分離する領域分離酸化膜12も同時に形成する。ラインL4は、この領域分離酸化膜12の周辺回路領域2側の端部を示すラインである。
In recent years, in order to increase the degree of integration, the
この分離酸化膜形成工程の後に、シリコン基板の全面にネガ型フォトレジスト膜を形成して、このレジスト膜に、図4に示すように、周辺回路領域を遮光するフォトマスク30を介して光を照射する。このフォトマスク30の遮光部301は、端部がメモリーセル領域と周辺回路領域との境界ラインL1に沿った直線状に形成されている。
これにより、図5に示すように、シリコン基板5のメモリーセル領域上にレジスト硬化膜4が残るレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターン4を介して不純物拡散を行う。ここではN型不純物(P:リン)をイオン注入する。これにより、図6に示すように、シリコン基板5の周辺回路領域にNウエル15を形成する。
After this isolation oxide film forming step, a negative photoresist film is formed on the entire surface of the silicon substrate, and light is applied to the resist film through a
Thereby, as shown in FIG. 5, a resist pattern in which the resist cured
なお、DRAMのメモリーセル領域と周辺回路領域との関係で生じる問題点に関する文献としては、下記の特許文献1および2が挙げられる。また、下記の特許文献3には、ネガ型フォトレジストのハレーション対策に関する技術が記載されている。しかしながら、いずれの文献にも、素子領域を図3の配列で形成したメモリーセル領域を有し、このメモリーセル領域にネガ型レジストの硬化膜を形成する場合に生じる問題点、およびその解決手段についての記載はない。
しかしながら、メモリーセル領域に図3の配列で素子領域が形成されているDRAMには、上述の方法で製造した場合に、周辺回路のメモリーセルとの境界にあるトランジスタに作動不良が生じることがある。
本発明は、この点に着目してなされたものであり、直線に沿って分離される第1の領域と第2の領域を有し、第1の領域には行列状に素子が配列され、前記行列は前記直線に沿った行と、前記直線に対して斜めに延びる列とからなる半導体装置の製造方法において、第2の領域の第1の領域との境界にある半導体素子に作動不良が生じないようにすることを課題とする。
However, in a DRAM in which the element region is formed in the memory cell region in the arrangement shown in FIG. 3, malfunction may occur in the transistor at the boundary with the memory cell of the peripheral circuit when manufactured by the method described above. .
The present invention has been made paying attention to this point, and has a first region and a second region separated along a straight line, and elements are arranged in a matrix in the first region, In the method of manufacturing a semiconductor device, in which the matrix includes a row along the straight line and a column extending obliquely with respect to the straight line, the semiconductor element at the boundary of the second region with the first region has a malfunction. The problem is to prevent it from occurring.
上記課題を解決するために、本発明は、直線に沿って分離される第1の領域と第2の領域を有し、第1の領域には行列状に素子が配列され、前記行列は前記直線に沿った行と、前記直線に対して斜めに延びる列とからなる半導体装置の製造方法であって、半導体基板の前記各領域に、各素子配列に対応させた素子分離酸化膜を形成するとともに、前記両領域の境界に領域分離酸化膜を形成する分離酸化膜形成工程と、この分離酸化膜形成工程の後に、前記半導体基板の全面にネガ型フォトレジスト膜を形成し、前記第2の領域を遮光するフォトマスクを介して光を照射することにより、前記第1の領域上にレジスト硬化膜が残るレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、このフォトリソグラフィ工程の後に、前記レジストパターンを介した前記半導体基板に対する不純物拡散を行うことにより、前記半導体基板の前記第2の領域に前記半導体基板と異なる導電型の不純物を拡散させる工程と、を有し、前記フォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスクの遮光部は、前記境界より第1の領域側に突出する凸部を、前記行方向で隣り合う各素子領域間と対向する位置に有することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention has a first region and a second region separated along a straight line, and elements are arranged in a matrix in the first region. A method of manufacturing a semiconductor device comprising a row along a straight line and a column extending obliquely with respect to the straight line, wherein an element isolation oxide film corresponding to each element arrangement is formed in each region of the semiconductor substrate. In addition, an isolation oxide film forming step for forming a region isolation oxide film at the boundary between the two regions, and after the isolation oxide film forming step, a negative photoresist film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, By irradiating light through a photomask that shields the region, a photolithography process for forming a resist pattern in which a resist cured film remains on the first region, and after the photolithography step, the resist pattern is formed. Diffusing impurities of a different conductivity type from the semiconductor substrate into the second region of the semiconductor substrate by performing impurity diffusion on the semiconductor substrate via an impurity, and used in the photolithography process The method of manufacturing a semiconductor device according to
本発明の方法で好適に製造される半導体装置として、第1の領域としてメモリーセル領域を有し、第2の領域として周辺回路領域を有するDRAMが挙げられる。
次に、本発明の方法の作用および効果を、前述の製造方法と対比しながら説明する。
第1の領域(DRAMの場合のメモリーセル領域)1に図3の配列で素子領域10が配列されていると、素子領域11のラインL1と対向する外形ラインL5が、境界ラインL1に対して傾斜している状態となる。また、素子領域10と素子分離酸化膜11および領域分離酸化膜12とでは反射率が異なり、素子領域10は高い反射率を有する。
As a semiconductor device suitably manufactured by the method of the present invention, a DRAM having a memory cell region as a first region and a peripheral circuit region as a second region can be cited.
Next, the operation and effect of the method of the present invention will be described in comparison with the aforementioned manufacturing method.
When the
これらのことから、図7に示すように、遮光部301の端部がラインL1に沿って直線状に形成されている従来のフォトマスク30を使用すると、図7に符号Sで示すような波線状の集光が生じ易くなる。すなわち、フォトマスク30を介して上側から、レジスト膜のラインL1よりメモリーセル領域1側に照射した光が、レジスト膜内を横に移動してラインL1より周辺回路領域(第2の領域)側2まで至り、ラインL1とラインL4との間の、行方向(ラインL1と平行な方向)で隣り合う各素子領域10間と対向する位置に集まり易くなる。
From these facts, as shown in FIG. 7, when a
そして、ネガ型のレジストを使用していることから、この集光に伴ってレジスト硬化膜の端部が波線状になる。すなわち、図6に二点鎖線で示すように、レジスト硬化膜4の端部4aが部分的に(平面視で図7の集光ラインSに沿って)、領域分離酸化膜12の幅方向中心よりも周辺回路領域側まで存在することになる。
この状態で不純物拡散工程を行うと、周辺回路領域側のレジスト硬化膜4が存在している領域分離酸化膜12の下側部分15aに、不純物が拡散されなくなる。この周辺回路領域は半導体基板と異なる導電型の不純物拡散領域とされるが、不純物が拡散されない部分15aは半導体基板と同じ導電型のままとなる。そのため、この不純物拡散領域15に形成された半導体素子が、半導体基板やその後にメモリーセル領域に形成される不純物拡散層(半導体基板と同じ導電型で濃度の高い不純物拡散層)と電気的に分離されなくなる。
And since the negative resist is used, the edge part of a resist cured film becomes wavy shape with this condensing. That is, as shown by a two-dot chain line in FIG. 6, the
When the impurity diffusion step is performed in this state, impurities are not diffused into the
本発明の方法によれば、前記境界より第1の領域側に突出する凸部を、前記行方向で隣り合う各素子領域間と対向する位置に有する遮光部を備えたフォトマスクを、前記フォトリソグラフィ工程で使用することにより、図7に示す集光され易い部分より第1の領域側の面が前記凸部で遮光されるため、図7に示すような波線状の集光が生じないようにすることができる。 According to the method of the present invention, a photomask including a light-shielding portion having a convex portion protruding from the boundary toward the first region side at a position facing each element region adjacent in the row direction is provided on the photomask. By using it in the lithography process, the surface on the first region side is shielded by the convex portion from the portion that is easily condensed as shown in FIG. 7, so that wavy line condensing as shown in FIG. 7 does not occur. Can be.
よって、レジスト硬化膜の端部が波線状にならないようにできるため、第1の領域を全て覆い、且つ第2の領域の領域分離酸化膜の下側部分を含む全体に不純物を拡散させることができるようになる。その結果、第2の領域の領域分離酸化膜近傍の不純物拡散領域に形成された半導体素子が、半導体基板やその後に第1の領域に形成される不純物拡散層(基板と同じ導電型で濃度の高い不純物拡散層)と電気的に分離されるため、前記半導体素子に作動不良が生じることを防止できる。 Therefore, since the end portion of the resist cured film can be prevented from becoming wavy, the impurity can be diffused over the entire first region and including the lower portion of the region isolation oxide film in the second region. become able to. As a result, the semiconductor element formed in the impurity diffusion region in the vicinity of the region isolation oxide film in the second region has a semiconductor substrate and an impurity diffusion layer formed in the first region thereafter (the same conductivity type as the substrate and having a concentration). Therefore, the semiconductor element can be prevented from malfunctioning because it is electrically separated from the high impurity diffusion layer.
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に相当する半導体装置の製造方法を構成するフォトリソグラフィ工程を説明する図である。
この実施形態は、背景技術の項で説明した図3に示す配列で素子領域が形成されているDRAMの製造方法であり、フォトリソグラフィ工程以外については、従来より公知の方法が採用できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating a photolithography process that constitutes a semiconductor device manufacturing method corresponding to an embodiment of the present invention.
This embodiment is a method for manufacturing a DRAM in which element regions are formed in the arrangement shown in FIG. 3 described in the background art section, and conventionally known methods can be adopted except for the photolithography process.
先ず、P型のシリコン基板に、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法等により、素子分離酸化膜および領域分離酸化膜を形成する。メモリーセル領域1においては、素子領域10が図3に示す形状および配列となるように素子分離酸化膜11を形成し、メモリーセル領域1と周辺回路領域2との境界に領域分離酸化膜12を形成する。
First, an element isolation oxide film and a region isolation oxide film are formed on a P-type silicon substrate by a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method or the like. In the
次に、シリコン基板の全面にネガ型フォトレジスト膜を形成し、その上に、図1に示すようにフォトマスク3を配置して光照射を行う。
このフォトマスク3は、メモリーセル領域1と周辺回路領域2との境界ラインL1に合わせたライン31Lからメモリーセル領域1側に、長方形の凸部31aが所定間隔で複数個突出した形状の遮光部31を有している。これらの凸部31aは、行方向で(ラインL1と平行なラインに沿って)隣り合う各素子領域10の間と対向する位置に配置されている。このフォトマスク3は、透明基板に前記遮光部31の形状でクロムパターンを形成することにより得られる。このフォトマスク3の遮光部31のライン31Lを、シリコン基板のラインL1に合わせて配置して、光照射を行う。
Next, a negative photoresist film is formed on the entire surface of the silicon substrate, and a
This
これにより、図7に示すような波線状の集光が生じないため、レジスト硬化膜の端部が波線状にならない。よって、図5に示すように、レジスト硬化膜4でメモリーセル領域を全て覆い、レジスト硬化膜4の端部を直線状として、領域分離酸化膜12の幅方向中心位置に合わせることができる。
次に、図5に示すように、このレジスト硬化膜(レジストパターン)4を介して、P型ののシリコン基板5にN型不純物であるリン(P)をイオン注入する(不純物拡散を行う)。これにより、周辺回路領域にNウエルを形成する。ここで、図6に示すように、レジスト硬化膜4の端部4aが、二点鎖線でなく実線で示すように形成されるため、周辺回路領域の領域分離酸化膜12の下側部分を含めた全体に不純物を拡散させて、設計通りのNウエル15を形成することができる。
Thereby, since wavy line condensing like FIG. 7 does not arise, the edge part of a resist cured film does not become wavy line shape. Therefore, as shown in FIG. 5, the entire memory cell region can be covered with the resist cured
Next, as shown in FIG. 5, phosphorus (P), which is an N-type impurity, is ion-implanted into the P-
次に、レジスト硬化膜(レジストパターン)4を除去した後に、周辺回路領域側を覆うレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンを介して、シリコン基板5のメモリーセル領域1にP型不純物であるホウ素(B)をイオン注入することにより、図2に示すPウエル16を形成する。以下、従来より公知の方法に従って、各半導体素子の形成および金属配線層の形成等を行うことにより、DRAMを完成させる。
Next, after removing the resist cured film (resist pattern) 4, a resist pattern covering the peripheral circuit region side is formed. Next, boron (B), which is a P-type impurity, is ion-implanted into the
この実施形態では、図2に示すように、周辺回路領域の領域分離酸化膜12近傍のNウエル15にトランジスタ8のソース/ドレイン領域を形成するが、前述のようにNウエル15が設計通りに形成されるため、このソース/ドレイン領域は、P型のシリコン基板5やP(P+)ウエル16と電気的に分離される。したがって、従来の課題であったトランジスタ8に作動不良が生じることを防止できる。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the source / drain regions of the
なお、この実施形態では、遮光部31の凸部31aが長方形であるフォトマスク3を使用しているが、これに代えて、図8に示すフォトマスク3を使用してもよい。
このフォトマスク3は、メモリーセル領域1と周辺回路領域2との境界ラインL1に合わせたライン31Lからメモリーセル領域1側に、三角形の凸部32aが所定間隔で複数個突出した形状の遮光部32を有している。これらの凸部32aは、行方向で(ラインL1と平行なラインに沿って)隣り合う各素子領域10の間と対向する位置に配置されている。
In this embodiment, the
This
このフォトマスク3を用いた場合にも、シリコン基板の全面にネガ型フォトレジスト膜を形成し、その上に、図8に示すように、シリコン基板のラインL1に遮光部32のライン32Lを合わせてフォトマスク3を配置して、光照射を行う。これにより、図7に示すような集光が生じないため、レジスト硬化膜の端部が波線状にならない。よって、図5に示すように、レジスト硬化膜4でメモリーセル領域を全て覆い、レジスト硬化膜4の端部を直線状として、領域分離酸化膜12の幅方向中心位置に合わせることができる。
Even when this
1…メモリーセル領域(第1の領域)、10…素子領域、11…素子分離酸化膜、12…領域分離酸化膜、15…Nウエル、16…P(P+)ウエル、2…周辺回路領域(第2の領域)、3…フォトマスク、31…遮光部、31a…遮光部の凸部、4…レジスト硬化膜(レジストパターン)、5…シリコン基板、6…トランジスタ、71…ビット線、72…キャパシタ、73…トランスファーゲート線、8…トランジスタ、91…第1金属配線、92…層間絶縁膜、L1…メモリーセル領域と周辺回路領域との境界ライン(第1の領域と第2の領域を分離する直線)、L2…素子領域の行列の行を示すライン、L3…素子領域の行列の列を示すライン、L4…領域分離酸化膜の周辺回路領域(第2の領域)側の端部を示すライン、L5…素子領域の外形ライン。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
半導体基板の前記各領域に、各素子配列に対応させた素子分離酸化膜を形成するとともに、前記両領域の境界に領域分離酸化膜を形成する分離酸化膜形成工程と、
この分離酸化膜形成工程の後に、前記半導体基板の全面にネガ型フォトレジスト膜を形成し、前記第2の領域を遮光するフォトマスクを介して光を照射することにより、前記第1の領域上にレジスト硬化膜が残るレジストパターンを形成するフォトリソグラフィ工程と、
このフォトリソグラフィ工程の後に、前記レジストパターンを介した前記半導体基板に対する不純物拡散を行うことにより、前記半導体基板の前記第2の領域に前記半導体基板と異なる導電型の不純物を拡散させる工程と、
を有し、
前記フォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスクの遮光部は、前記境界より第1の領域側に突出する凸部を、前記行方向で隣り合う各素子領域間と対向する位置に有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first region and a second region separated along a straight line, and elements are arranged in a matrix in the first region, the matrix being arranged along a line along the straight line and the straight line A method of manufacturing a semiconductor device comprising diagonally extending rows,
Forming an isolation oxide film corresponding to each element arrangement in each region of the semiconductor substrate, and forming an isolation oxide film at a boundary between the two regions; and
After this isolation oxide film formation step, a negative photoresist film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and light is irradiated through a photomask that shields the second region, thereby allowing the first region to be exposed on the first region. A photolithography process for forming a resist pattern in which a resist cured film remains on
A step of diffusing impurities having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate into the second region of the semiconductor substrate by performing impurity diffusion on the semiconductor substrate through the resist pattern after the photolithography step;
Have
The light-shielding portion of the photomask used in the photolithography process has a convex portion that protrudes toward the first region from the boundary at a position facing each element region adjacent in the row direction. A method for manufacturing a semiconductor device.
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