JP2008227205A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ上にnチャネル型MOSトランジスタ及びpチャネル型MOSトランジスタを備えた半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device including an n-channel MOS transistor and a p-channel MOS transistor on a semiconductor wafer and a method for manufacturing the same.
近年、デジタル化社会が進展するに従って、半導体装置の微細化、高機能化、及び高速動作化の要望が強まっており、半導体装置は大規模高集積化してきている。半導体装置の高速化を目的としてMOSトランジスタの微細化が進む一方で、ゲート長が短くなることによる高電界効果及び短チャネル効果の影響により、トランジスタの駆動能力の低下が問題となっている。 In recent years, with the progress of the digital society, there is an increasing demand for miniaturization, high functionality, and high speed operation of semiconductor devices, and semiconductor devices have been integrated on a large scale. While the miniaturization of MOS transistors is progressing for the purpose of increasing the speed of semiconductor devices, there is a problem that the driving ability of the transistors is lowered due to the influence of the high electric field effect and the short channel effect due to the shortening of the gate length.
この問題を解決するために、nチャネル型MOSトランジスタ及びpチャネル型MOSトランジスタを備えた半導体装置において、各MOSトランジスタにおけるチャネル方向が<110>方向にこれまで形成されていたものを、<100>方向になるように形成することにより、駆動能力が向上したpチャネル型MOSトランジスタを備えた半導体装置を実現していた(例えば、特許文献1参照)。この従来の半導体装置は、半導体(シリコン)の正孔における有効質量に異方性があり、<100>方向の方が<110>方向に比べて有効質量が軽く、キャリアの移動度が大きくなるという性質を利用したものである。
例えば、図9(a)及び(b)に示すように、半導体ウエハの拡散工程における位置決めに用いられるノッチ141の方向(以下、ノッチ方向という)若しくはオリエンテーションフラットの方向(以下、オリフラ方向という)を<100>方向に設定した半導体ウエハ11を用いて、領域C1に示すように、各チップ12上に形成された各nチャネル型MOSトランジスタN及びpチャネル型MOSトランジスタPにおけるチャネル方向を<100>方向に設定した場合、半導体ウエハ11におけるスクライブライン13の方向(以下、後述で定義する「スクライブ方向」と記載する)は<100>方向となり、当該方向は半導体ウエハ(シリコン)の劈開面{110}に対して45°の方向をなすため、半導体ウエハのダイシングの際にチッピングが発生しやすくなり、組み立ての際のクラックの発生又は信頼性の低下を引き起こすという問題があった。
For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the direction of the
一方で、ダイシングの際のチッピングを防ぐために、例えば、図10(a)及び(b)に示すように、半導体ウエハ11におけるノッチ方向(ノッチ141の方向)を<110>方向に設定し、スクライブ方向(スクライブライン13の方向)を<110>方向に設定し、さらに、領域B1に示すように、各チップ12上に形成された各nチャネル型MOSトランジスタN及びpチャネル型MOSトランジスタPにおけるチャネル方向を<100>方向に設定する方法が考えられる。しかしながら、この場合、図10(a)に示すように、ウエハ固定ステージ27及び縮小露光機28からなるステッパを利用してフォトリソグラフィを行う際に、回路設計パターンを形成したレチクル26にレーザー光を透過させてレンズ29を通じて半導体ウエハ11上に露光するが、図示するようにレチクル26のレチクル方向及びウエハ固定ステージ27の移動方向は、共に<110>方向となっている。ここで、ステッパは、ノッチ方向及びその90°方向にて補正を行うため、ノッチ方向に対して45°の<100>方向の位置精度は悪くなる。したがって、図10(b)に示すように、従来の半導体装置において、MOSトランジスタの形成方向がノッチ方向に対して45°の方向になるため、位置精度が悪くなり、特性ばらつきによる信頼性の低下や、隣接したMOSトランジスタ同士のショートなどによる不良が発生する確率が増大するという問題が生じる。
On the other hand, in order to prevent chipping at the time of dicing, for example, as shown in FIGS. 10A and 10B, the notch direction (direction of the notch 141) in the
前記に鑑み、本発明の目的は、pチャネル型MOSトランジスタの駆動能力の向上と、ダイシングによるチッピングの防止と、MOSトランジスタの形成時における位置精度向上とを実現できる構造を有する半導体装置及びその製造方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a structure capable of realizing improvement in driving capability of a p-channel MOS transistor, prevention of chipping by dicing, and improvement in positional accuracy during formation of the MOS transistor, and its manufacture Is to provide a method.
本発明の一形態に係る半導体装置は、{001}面を主面とし、且つ、<100>方向を示す位置決定部を有する半導体ウエハを備えた半導体装置であって、半導体ウエハに形成された、複数のpチャネル型MOSトランジスタおよび複数のnチャネル型MOSトランジスタを備え、半導体ウエハ上に設けられたスクライブラインの方向は<110>方向であり、pチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向は、<100>方向であることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device including a semiconductor wafer having a {001} plane as a main surface and a position determining unit indicating a <100> direction, and is formed on the semiconductor wafer. A plurality of p-channel MOS transistors and a plurality of n-channel MOS transistors, the direction of the scribe line provided on the semiconductor wafer is the <110> direction, and the channel direction in the p-channel MOS transistor is <100 > Direction.
このように、本発明の一形態に係る半導体装置によると、位置決定部の示す方向が<100>方向で、且つ、pチャネル型MOSトランジスタのチャネル方向が<100>方向に設定されているため、pチャネル型MOSトランジスタにおける正孔の移動度が効率よく向上する。したがって、pチャネル型MOSトランジスタの駆動能力を向上することができる。さらに、スクライブラインの方向が<110>方向であるため、半導体ウエハの劈開方向へのダイシングが可能となり、切削時のチッピングを防止することができる。 Thus, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the direction indicated by the position determining unit is the <100> direction, and the channel direction of the p-channel MOS transistor is the <100> direction. The hole mobility in the p-channel MOS transistor is improved efficiently. Therefore, the driving capability of the p-channel MOS transistor can be improved. Furthermore, since the direction of the scribe line is the <110> direction, the semiconductor wafer can be diced in the cleavage direction, and chipping during cutting can be prevented.
本発明の一形態に係る半導体装置において、pチャネル型MOSトランジスタとnチャネル型MOSトランジスタとから構成された単位セルを複数備え、複数の単位セルが<110>方向に平行に、繰り返して配置されていることが好ましい。これにより、スクライブ方向<110>と等しい方向に単位セルを配置しているため、チップ上における単位セルの面積率(占有率)を向上することができると共に、設計効率を向上させることができる。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a plurality of unit cells each including a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor, and the plurality of unit cells are repeatedly arranged in parallel to the <110> direction. It is preferable. Thereby, since the unit cells are arranged in the direction equal to the scribe direction <110>, the area ratio (occupancy) of the unit cells on the chip can be improved and the design efficiency can be improved.
本発明の一形態に係る半導体装置において、nチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向が、<100>方向に設定されていることが好ましい。これにより、pチャネル型MOSトランジスタ及びnチャネル型MOSトランジスタのチャネル方向が全て<100>方向となるため、チップの面積率を効率よく縮小することができる。 In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the channel direction in the n-channel MOS transistor is preferably set to the <100> direction. As a result, the channel directions of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor are all in the <100> direction, so that the chip area ratio can be efficiently reduced.
本発明の一形態に係る半導体装置の製造方法は、{001}面を主面とし、且つ、<100>方向を示す位置決定部と、<110>方向のスクライブラインを有する半導体ウエハを備えた半導体装置の製造方法であって、半導体ウエハに、複数のpチャネル型MOSトランジスタを形成する工程と、複数のnチャネル型MOSトランジスタを形成する工程とを備え、pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、pチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向が<100>方向となるように、pチャネル型MOSトランジスタを形成することを特徴とする。 A manufacturing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor wafer having a {001} plane as a main surface and a position determining unit indicating a <100> direction and a scribe line in a <110> direction. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a plurality of p-channel MOS transistors on a semiconductor wafer; and forming a plurality of n-channel MOS transistors, and forming a p-channel MOS transistor Is characterized in that the p-channel MOS transistor is formed so that the channel direction of the p-channel MOS transistor is the <100> direction.
このような半導体装置の製造方法によると、位置決定部が<100>方向で、且つ、pチャネル型MOSトランジスタのチャネル方向が<100>に設定されていることにより、正孔の移動度は、チャネル方向が<110>方向に設定されていた従来例に比べて向上するため、pチャネル型MOSトランジスタの駆動能力が向上する。さらに、スクライブ方向が<110>方向に設定されていることにより、半導体ウエハの劈開方向へのダイシングが可能となるため、チッピングを防止することができる。 According to such a method for manufacturing a semiconductor device, the position determining unit is set in the <100> direction and the channel direction of the p-channel MOS transistor is set to <100>, so that the hole mobility is Since the channel direction is improved as compared with the conventional example in which the <110> direction is set, the driving capability of the p-channel MOS transistor is improved. Furthermore, since the scribe direction is set to the <110> direction, the semiconductor wafer can be diced in the cleavage direction, so that chipping can be prevented.
本発明の一形態に係る半導体装置の製造方法において、pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程及びnチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、レチクルを備えたステッパを用いる工程であって、レチクルのレチクル方向および半導体ウエハを搭載するステージの移動方向はそれぞれ等しく、<100>方向であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the step of forming a p-channel MOS transistor and the step of forming an n-channel MOS transistor are steps using a stepper provided with a reticle, The direction is the same as that of the stage on which the semiconductor wafer is mounted, and the direction is <100>.
このような本発明の半導体装置の製造方法によると、半導体ウエハの位置決定部を<100>方向に変化させるだけでよく、従来から用いている半導体製造装置であるステッパをそのまま本発明のために利用することができる。そのため、新規設備の開発費用及び時間を削減することができる。さらに、半導体ウエハの<100>方向がレチクル方向となるレチクルを用いてウエハ工程ステージを<100>方向に移動させることによってpチャネル型MOSトランジスタPを形成するため、ステッパの精度補正方向すなわち位置決定部の方向<100>にMOSトランジスタの形成が可能となり、位置精度を向上させることができる。 According to such a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is only necessary to change the position determining portion of the semiconductor wafer in the <100> direction, and a stepper which is a semiconductor manufacturing apparatus conventionally used for the present invention is used as it is. Can be used. Therefore, the development cost and time for new equipment can be reduced. Further, since the p-channel MOS transistor P is formed by moving the wafer process stage in the <100> direction using a reticle in which the <100> direction of the semiconductor wafer is the reticle direction, the stepper accuracy correction direction, that is, the position determination is determined. The MOS transistor can be formed in the direction <100> of the portion, and the positional accuracy can be improved.
本発明の一形態に係る半導体装置の製造方法において、pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程及びnチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、レチクルを備えたステッパを用いる工程であって、レチクルのレチクル方向を<110>方向に設定すると共に、半導体ウエハを搭載するステージの移動方向を<100>方向とすることを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the step of forming a p-channel MOS transistor and the step of forming an n-channel MOS transistor are steps using a stepper provided with a reticle, The direction is set to the <110> direction, and the moving direction of the stage on which the semiconductor wafer is mounted is set to the <100> direction.
このような方法によると、レチクル方向と半導体チップの配置方向及び辺の方向と平行になるため、レチクルを有効利用することができると共に、同じ大きさのレチクルを用いた場合には露光対象とできるチップ数が増えて露光回数を低減し、効率良く露光ができる。さらに、半導体ウエハの<100>方向がレチクル方向となるレチクルを用いてウエハ工程ステージを<100>方向に移動させることによってpチャネル型MOSトランジスタを形成するため、ステッパの精度補正方向すなわち位置決定部の方向<100>にMOSトランジスタの形成が可能となり、位置精度を向上させることができる。 According to such a method, the reticle direction is parallel to the arrangement direction of the semiconductor chip and the direction of the side, so that the reticle can be used effectively and can be an exposure target when the same size reticle is used. The number of chips increases to reduce the number of exposures, and the exposure can be performed efficiently. Further, since the p-channel MOS transistor is formed by moving the wafer process stage in the <100> direction using a reticle whose <100> direction is the reticle direction, the stepper accuracy correction direction, that is, the position determination unit The MOS transistor can be formed in the direction <100>, and the positional accuracy can be improved.
本発明の一形態に係る半導体装置及びその製造方法によると、半導体ウエハの位置決定部が<100>方向であり、且つ、pチャネル型MOSトランジスタのチャネル方向が<100>方向であることにより、キャリアの移動度が上がり、pチャネル型MOSトランジスタの駆動能力を向上させることができる。さらに、スクライブ方向が<110>方向に設定されていることにより、半導体ウエハの劈開方向へのダイシングが可能となるため、チッピングを防止することができる。その結果、高機能化と信頼性の向上とを実現できる半導体装置を提供することができる。 According to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to an aspect of the present invention, the position determination unit of the semiconductor wafer is in the <100> direction, and the channel direction of the p-channel MOS transistor is in the <100> direction. Carrier mobility is increased, and the driving capability of the p-channel MOS transistor can be improved. Furthermore, since the scribe direction is set to the <110> direction, the semiconductor wafer can be diced in the cleavage direction, so that chipping can be prevented. As a result, it is possible to provide a semiconductor device that can realize high functionality and improved reliability.
以下に、本発明の一実施形態について説明する前提として、本願で用いる用語の定義について、図1(a)及び(b)、図2、並びに図3を参照しながら説明する。 Hereinafter, as a premise for explaining an embodiment of the present invention, definitions of terms used in the present application will be described with reference to FIGS. 1 (a) and (b), FIG. 2, and FIG.
一般的に、半導体装置は、例えばシリコンなどの半導体ウエハ上に、複数の素子から構成され且つ所定の機能を有する多数のIC回路をマトリクス状に配置することによって作られる。 In general, a semiconductor device is manufactured by arranging a large number of IC circuits composed of a plurality of elements and having a predetermined function in a matrix on a semiconductor wafer such as silicon.
図1(a)及び(b)は、一般的な半導体ウエハ11の平面図を示している。図1(a)及び(b)に示すように、半導体ウエハ11上における多数の半導体チップ(チップ領域)12は、網目状に設けられたスクライブライン13によって互いに離間している。半導体製造工程を経て1枚の半導体ウエハ11上に多数の半導体チップ12を形成した後、該半導体ウエハ11はスクライブライン13に沿って個々のチップにダイシングされることで、半導体装置が形成される。
FIGS. 1A and 1B are plan views of a
また、半導体ウエハ11の外周部には、図1(a)に示すノッチ141、又は、図1(b)に示すオリエンテーションフラット142が設けられており、リソグラフィ若しくはエッチングなどの拡散工程、ウエハレベルでの検査工程、又はダイシング工程などの際におけるウエハ方向の位置合わせのための目印の役割を果たしている。なお、本発明では、位置決定部と称する。
Further, a
次に、本発明における「ウエハ方向」、「ノッチ方向」、「オリフラ方向」、及び「スクライブ方向」について説明する。「ウエハ方向」、「ノッチ方向」、及び「オリフラ方向」とは、いずれも同じ方向を意味しており、具体的には、図1(a)及び(b)に示すように、半導体ウエハ11の中心からノッチ141又はオリエンテーションフラット142の中央に向かう方向を意味する。また、「スクライブ方向」とは、図1(a)及び(b)に示すように、スクライブライン13の方向であって、方形状の半導体チップ12の各辺に平行な方向を意味し、ダイシング工程の際におけるダイシングブレードなどの切断装置が半導体ウエハ11上を走査する方向に一致する。
Next, the “wafer direction”, “notch direction”, “orientation flat direction”, and “scribe direction” in the present invention will be described. “Wafer direction”, “notch direction”, and “orientation flat direction” all mean the same direction. Specifically, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
なお、上記のように、「ウエハ方向」、「ノッチ方向」、「オリフラ方向」、及び「スクライブ方向」を定義しているが、図2を用いて後述するように、(001)面を主面とする半導体ウエハ(を構成するシリコン結晶)は90°回転対称であるため、上記の「ウエハ方向」、「ノッチ方向」、「オリフラ方向」、及び「スクライブ方向」には、それぞれ等価な方向が存在することは言うまでもない。また、「レチクル方向」については後述で定義するが、それに付いても同様である。 As described above, the “wafer direction”, “notch direction”, “orientation flat direction”, and “scribe direction” are defined. As will be described later with reference to FIG. Since the semiconductor wafer (the silicon crystal constituting the surface) is 90 ° rotationally symmetric, the above “wafer direction”, “notch direction”, “orientation flat direction”, and “scribe direction” are equivalent directions. Needless to say, there exists. The “reticle direction” is defined later, but the same applies to the “reticle direction”.
図2は、半導体ウエハ11として一般的に使用されているシリコンの結晶構造とその結晶方位を説明するための模式図である。図2に示すように、シリコン結晶はいわゆるダイヤモンド構造を有しており、シリコン原子を起点とする面心立方格子状に並ぶような方向を定めた場合、X方向、Y方向、及びZ方向とは、それぞれ[100]方向、[010]方向、及び[001]方向と定義される。また、ある平面を考えた場合、物性物理学において、その法線の結晶方向は面方位と定義され、例えば図2の斜線で示された面は、(001)面と定義される。そして、[100]方向と[010]方向とに対して45°をなす方向は、[110]方向と定義される。当該[110]方向は、シリコン結晶の劈開方向であり、劈開が容易な方向である一方で亀裂が容易に形成される方向でもある。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the crystal structure and crystal orientation of silicon generally used as the
ここで、上記ダイヤモンド構造を持つシリコン結晶は、90°回転対称な構造であるため、[100]方向、[010]方向、[001]方向及びこれらのマイナス方向を含めた6方向は互いに同義であって、総称して<100>方向という。また、[110]方向、[101]方向、[011]方向及びこれらのマイナス方向を含めた12方向もまた互いに同義であり、総称して<110>方向という。 Here, since the silicon crystal having the diamond structure has a 90 ° rotationally symmetric structure, the [100] direction, the [010] direction, the [001] direction, and the six directions including these minus directions are synonymous with each other. Therefore, it is collectively referred to as the <100> direction. Also, the [110] direction, the [101] direction, the [011] direction, and the 12 directions including these minus directions are also synonymous with each other, and are collectively referred to as the <110> direction.
また同様に、本願では、上述した物性物理学に準じた手法にて結晶面を定義し、{001}面と言うときは、(001)面、(010)面、(100)面及びこれらのマイナス方向を含めた6面を表す。 Similarly, in the present application, the crystal plane is defined by a method according to the above-described physical physics, and the {001} plane is referred to as the (001) plane, the (010) plane, the (100) plane, and these. 6 faces including the minus direction.
図3は、MOSトランジスタの概略平面図及び断面図を示している。図3に示すように、MOSトランジスタは、pチャネル型MOSトランジスタであってもnチャネル型MOSトランジスタであっても、半導体ウエハ11上にゲート絶縁膜24を介して形成されたゲート電極21と、半導体ウエハ11におけるゲート電極21の側方下に形成されたソース領域22(pチャネル型MOSトランジスタであればp型にドープされたp型ソース領域、nチャネル型MOSトランジスタであればn型にドープされたn型ソース領域)及びドレイン領域23(pチャネル型MOSトランジスタであればp型にドープされたp型ドレイン領域、nチャネル型MOSトランジスタであればn型にドープされたn型ドレイン領域)とを備えた構成を有している。
FIG. 3 shows a schematic plan view and a cross-sectional view of the MOS transistor. As shown in FIG. 3, whether the MOS transistor is a p-channel MOS transistor or an n-channel MOS transistor, a
上記構成を有するMOSトランジスタにおいて、「チャネル方向」とは、pチャネル型MOSトランジスタであってもnチャネル型MOSトランジスタであっても、ソース領域22からドレイン領域23に向かう方向を意味している。なお、チャネル方向についても上述と同様に、等価な方向が存在することは言うまでもない。
In the MOS transistor having the above configuration, the “channel direction” means a direction from the
(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図4を参照しながら説明する。
(First embodiment)
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図4(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の要部平面図であって、図4(a)は半導体ウエハを示しており、図4(b)は図4(a)における所定の領域(A1)の拡大図である。 FIGS. 4A and 4B are plan views of main parts of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a semiconductor wafer, and FIG. FIG. 5 is an enlarged view of a predetermined area (A1) in FIG.
図4(a)に示すように、{001}面を主面とする半導体ウエハ11には、複数の半導体チップ12がマトリクス状に設けられており、複数の半導体チップ12を離間させるようにスクライブライン13が設けられており、さらに、半導体ウエハ11の位置を決定するために用いられるノッチ141(本発明の位置決定部)が設けられている。また、図4(b)に示すように、半導体チップ12は、図3に示した一般的な構造のpチャネル型MOSトランジスタPとnチャネル型MOSトランジスタNとを複数個備えている。
As shown in FIG. 4A, a
ここで、図4(a)及び(b)に示すように、本実施形態において、ノッチ141の方向(ノッチ方向)が[100]方向に設定されており、スクライブライン13の方向(スクライブ方向)が[110]方向に設定されている。 Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, in this embodiment, the direction of the notch 141 (notch direction) is set to the [100] direction, and the direction of the scribe line 13 (scribe direction). Is set in the [110] direction.
なお、前述したように、ノッチ方向は[100]方向と等価な<100>方向であってよく、同様に、スクライブ方向は[110]方向と等価な<110>方向であってもよい。 As described above, the notch direction may be the <100> direction equivalent to the [100] direction, and similarly, the scribe direction may be the <110> direction equivalent to the [110] direction.
また、図4(a)では、ノッチ141を用いた場合を説明したが、ノッチ141の代わりに、図1(b)に示したように、オリエンテーションフラットを設けた場合も上述同様に、オリフラ方向を<100>方向に設定する。
4A illustrates the case where the
さらに、図4(b)に示すように、pチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNのチャネル方向が[100]方向又は[010]方向に設定されている。つまり、各MOSトランジスタのチャネル方向が<100>方向を有している。 Further, as shown in FIG. 4B, the channel directions of the p-channel MOS transistor P and the n-channel MOS transistor N are set to the [100] direction or the [010] direction. That is, the channel direction of each MOS transistor has a <100> direction.
ここで、各半導体チップ12において、駆動能力を向上させたいpチャネル型MOSトランジスタPのみをチャネル方向が<100>方向になるように配置することができる。ただし、全てのpチャネル型MOSトランジスタPをチャネル方向が<100>方向になるように配置することがより好ましく、駆動能力をさらに向上することができる。
Here, in each
また、nチャネル型MOSトランジスタNのチャネル方向については、本実施形態では<100>方向に設定されているが、例えば<110>方向などの異なる方向であってもかまわないし、全てが同一の方向であっても異なる方向を含むものであってもよい。 Further, the channel direction of the n-channel MOS transistor N is set to the <100> direction in the present embodiment, but may be a different direction such as the <110> direction, for example. Or may include different directions.
以上のように、本発明の一実施形態に係る半導体装置によると、ノッチ方向が<100>方向で、且つ、pチャネル型MOSトランジスタPのチャネル方向が<100>方向に設定されていることにより、キャリア(ここでは正孔)の移動度は、チャネル方向が<110>方向に設定されていた従来の半導体装置に比べて向上するため、pチャネル型MOSトランジスタPの駆動能力が向上する。さらに、スクライブ方向が<110>方向に設定されていることにより、半導体ウエハの劈開面方向へのダイシングが可能となり、チッピングを防止することができる。 As described above, according to the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the notch direction is set to the <100> direction and the channel direction of the p-channel MOS transistor P is set to the <100> direction. Since the mobility of carriers (here, holes) is improved as compared with the conventional semiconductor device in which the channel direction is set to the <110> direction, the driving capability of the p-channel MOS transistor P is improved. Furthermore, since the scribe direction is set to the <110> direction, dicing in the cleavage plane direction of the semiconductor wafer can be performed, and chipping can be prevented.
(第1の変形例)
以下に、上述した本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第1の変形例について、図5を参照しながら説明する。図5(a)は、本第1の変形例に係る半導体ウエハの平面図を示しており、図5(b)は図5(a)における所定の領域(A2)の拡大図である。
(First modification)
Hereinafter, a first modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention described above will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows a plan view of the semiconductor wafer according to the first modification, and FIG. 5B is an enlarged view of a predetermined region (A2) in FIG. 5A.
図4(b)に示す第1の実施形態に係る半導体装置と異なり、本第1の変形例では、図5(b)に示すように、pチャネル型MOSトランジスタPとnチャネル型MOSトランジスタNとから構成された方形状の複数の単位セル31を<110>方向に平行に行列状に繰り返して配置していることを特徴とする。
Unlike the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 4B, in the first modification, as shown in FIG. 5B, a p-channel MOS transistor P and an n-channel MOS transistor N are used. A plurality of
さらに、全てのpチャネル型トランジスタP及びnチャネル型トランジスタNのチャネル方向が同一の方向([010])にそろっていることである。 Furthermore, the channel directions of all p-channel transistors P and n-channel transistors N are aligned in the same direction ([010]).
図5(a)及び(b)に示すように、第1の変形例では、半導体ウエハ11上の領域A2における半導体チップ12に示すように、pチャネル型MOSトランジスタPとnチャネル型MOSトランジスタNとの組み合わせであって、インバーター若しくはNANDなどのロジック回路又はSRAMなどのメモリ回路によって構成される長方形状又は正方形状の単位セル31を複数備えており、各単位セル31は<110>方向に繰り返して配置されている。
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the first modification, as shown in the
このような構成のため、図4(b)と比較して、多くのMOSトランジスタを半導体チップ12上に配置することができるため、コアセル単位あるいはロジックセル単位での効率的な設計が可能となると共にデッドスペースのない緻密なMOSトランジスタの配置が可能になる。
Due to such a configuration, a larger number of MOS transistors can be arranged on the
特に、pチャネル型MOSトランジスタPとnチャネル型MOSトランジスタN(のチャネル方向)を半導体チップ12の各辺に対して45°傾くように配置しているため、図5(b)に示した単位セル31を45°回転したものを半導体チップ12に配置した場合には生じるデッドスペースをなくすことができる。また、デッドスペースをなくそうとすると別の異なる形状のセルがさらに必要となることによる設計効率の悪さを回避することができる。また、LSIトータルのpチャネル型MOSトランジスタの駆動能力が効率的に向上することが可能となる。
In particular, since the p-channel MOS transistor P and the n-channel MOS transistor N (in the channel direction) are arranged so as to be inclined by 45 ° with respect to each side of the
なお、pチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNのチャネル方向は、pチャネル型MOSトランジスタPの駆動力が向上するように、<100>方向に設定されている。さらに、nチャネル型トランジスタNのチャネル方向も<100>方向となるように設定することにより、面積効率があがり、かつNチャネル型トランジスタの加工精度を向上することができる。 The channel directions of the p-channel MOS transistor P and the n-channel MOS transistor N are set to the <100> direction so that the driving power of the p-channel MOS transistor P is improved. Further, by setting the channel direction of the n-channel transistor N to be the <100> direction, the area efficiency can be improved and the processing accuracy of the N-channel transistor can be improved.
(第2の変形例)
次に、上述の第1の実施形態に係る半導体装置の第2の変形例について、図6を参照しながら説明する。図6(a)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の第2の変形例における半導体ウエハの平面図を示しており、図6(b)は図6(a)における所定の領域(A3)の拡大図である。ただし、第1の実施形態及び第1の変形例と同一部分については、説明を省略する。
(Second modification)
Next, a second modification of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a plan view of a semiconductor wafer in a second modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a predetermined view in FIG. It is an enlarged view of a field (A3). However, the description of the same parts as those of the first embodiment and the first modification is omitted.
図6(a)及び(b)に示すように、本第2の変形例は上述の第1の変形と異なり、半導体ウエハ11上の領域A3における半導体チップ12に示すように、pチャネル型MOSトランジスタPのチャネル方向は、全て<100>方向に設定されている一方で、nチャネル型MOSトランジスタNのチャネル方向は、全て<110>方向に設定されていることを特徴とする。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the second modification is different from the first modification described above, as shown in the
このようにすると、pチャネル型MOSトランジスタでは、チャネル方向が<100>方向であるため、キャリアである正孔の移動度が最も大きくなると共に、nチャネル型MOSトランジスタでは、チャネル方向が<110>方向の方が<100>方向に比べてキャリアである電子の移動度が大きくなる。したがって、第2の変形例によると、pチャネル型MOSトランジスタ及びnチャネル型MOSトランジスタの駆動能力を最も効率良く向上させることができると共に、通常、pチャネル型MOSトランジスタに対して面積が小さいnチャネル型MOSトランジスタの駆動能力をも向上させることで微細化にも資することが可能となる。 In this case, since the channel direction is the <100> direction in the p-channel MOS transistor, the mobility of holes as carriers is maximized, and in the n-channel MOS transistor, the channel direction is <110>. The direction has higher mobility of electrons as carriers than the <100> direction. Therefore, according to the second modification, the driving capability of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor can be improved most efficiently, and the n-channel generally has a smaller area than the p-channel MOS transistor. It is possible to contribute to miniaturization by improving the driving capability of the MOS transistor.
(第2の実施形態)
以下に、第2の実施形態として、上述した第1の実施形態における半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。ただし、第1の実施形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, as a second embodiment, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. However, detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
図7(a)及び(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、図7(a)は本実施形態に係るステッパの模式図であり、図7(b)は図7(a)における所定の領域(B1)の拡大平面図である。 FIGS. 7A and 7B are views for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 7A is a schematic diagram of the stepper according to the present embodiment. FIG. 7B is an enlarged plan view of a predetermined region (B1) in FIG.
図7(a)に示すように、縮小露光機28とウエハ固定ステージ27からなるステッパによるフォトリソグラフィ技術を用いることにより、ノッチ方向が[100]方向に設定されている半導体ウエハ11の例えば領域B1(レチクル投影領域26a)の半導体チップ12上に、pチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNを形成する。ここで、領域B1には、図4(b)に示す半導体チップ12を複数個含んでいる。
As shown in FIG. 7A, by using a photolithography technique using a stepper including a
具体的には、回路設計パターンを形成したレチクル26にレーザー光を透過させ、レンズ29を介して半導体ウエハ11上に露光することにより、pチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNを形成する。ウエハ固定ステージ27を移動させていくことにより、pチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNを順次形成する。ここで、pチャネル型MOSトランジスタPのチャネル方向がノッチ方向すなわち[100]方向になるように、pチャネル型MOSトランジスタPを形成する。また、レチクル26の方向(レチクル方向)とウエハ固定ステージ27の移動方向とは共に<100>方向に設定されている。さらに、スクライブ方向がノッチ方向に対して45°方向すなわち<110>方向になるように、スクライブライン13のパターンを形成する。
Specifically, a laser beam is transmitted through a
なお、レチクル方向とは、方形状の四辺のうち互いに向かい合う一対の辺同士を結ぶ方向のことを言う。 Note that the reticle direction refers to a direction connecting a pair of sides facing each other among the four sides of a square shape.
本実施形態によると、半導体装置を製造する際に用いている既存のステッパをそのまま利用することができるため、新規設備納入によるコスト低減と開発に要する期間を短縮できると共に、半導体ウエハ11の<100>方向がレチクル方向となるレチクル26を用いてウエハ工程ステージ27を<100>方向に移動させることによってpチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNを形成するため、ステッパの精度補正方向すなわちステージの移動方向の<100>方向にMOSトランジスタの形成が可能となり、位置精度を維持することができる。
According to the present embodiment, since an existing stepper used for manufacturing a semiconductor device can be used as it is, it is possible to reduce the cost and time required for development by supplying new equipment, and to reduce the
なお、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、前述の第1および第2の変形例に係る半導体装置に対しても上述同様に適用できることは説明するまでもない。 It goes without saying that the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment can be applied to the semiconductor devices according to the first and second modifications as described above.
(変形例)
以下に、上述した第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例について、図8を参照しながら説明する。図8(a)は、本変形例に係るステッパの模式図であり、図8(b)は図8(a)における所定の領域(B2)の拡大平面図である。ただし、第2の実施形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。
(Modification)
Hereinafter, a modification of the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8A is a schematic diagram of a stepper according to this modification, and FIG. 8B is an enlarged plan view of a predetermined region (B2) in FIG. 8A. However, detailed description of the same parts as those in the second embodiment will be omitted.
図8(a)に示すように、本変形例においても同様に、縮小露光機28とウエハ固定ステージ27からなるステッパによるフォトリソグラフィ技術を用いることにより、ノッチ方向が<100>方向に設定されている半導体ウエハ11の例えば領域B2(レチクル投影領域26a)の半導体チップ12上に、複数個のpチャネル型MOSトランジスタP及びnチャネル型MOSトランジスタNを形成する。それにより、図7と比較して、所定のレチクル投影領域内に多くのトランジスタを配置することができる。
As shown in FIG. 8A, in this modification as well, the notch direction is set to the <100> direction by using a photolithography technique with a stepper including a
本変形例が上述した第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なるのは、図8(a)及び(b)に示すように、レチクル方向が<110>方向に設定されていることである。 This modification differs from the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment described above in that the reticle direction is set to the <110> direction as shown in FIGS. 8A and 8B. It is.
したがって、本変形例では、レチクル方向と半導体チップ12の配置方向及びレチクル投影領域26aの辺の方向と平行になるため、レチクル26を有効利用することができると共に、同じ大きさのレチクルを用いた場合には露光対象とできるチップ数が増えて露光回数を低減し、効率良く露光ができる。一方、第2の実施形態では、レチクル方向に対するスクライブ方向、すなわちレチクル方向に対する半導体チップ12が形成される方向が45°の傾きを有していることから、レチクル投影領域26aの角部にデットスペースができ、レチクル26(レチクル投影領域26a)に無駄領域が発生するとことになるが、本変形例によれば、このデッドスペースを解消することができる。
Therefore, in the present modification, the reticle direction is parallel to the arrangement direction of the
なお、レチクル26を作成する際には、レチクル製造装置自体も45°回転させた上で、レチクル26を作製することが好ましく、このことにより、レチクルの製造過程で、レチクル製造装置のアライメント方向とレチクル内ソースドレイン方向が一致するため、レチクル自体の作成精度が向上する。
When the
なお、上述した本発明は、ダイシング時にチップングが発生しやすいLow−k膜などの脆弱な配線層間膜を用いた半導体装置に効果的である。 The present invention described above is effective for a semiconductor device using a fragile wiring interlayer film such as a low-k film that is likely to cause chipping during dicing.
本発明は、pチャネル型MOSトランジスタを備え、特に短チャネル効果により駆動能力が低下する微細化プロセスを用いる半導体装置にとって有用である。 The present invention is useful for a semiconductor device that includes a p-channel MOS transistor and uses a miniaturization process in which driving capability is reduced due to the short channel effect.
11 半導体ウエハ
12 半導体チップ
13 スクライブライン
141 ノッチ
142 オリエンテーションフラット
21 ゲート電極
22 ソース領域
23 ドレイン領域
24 ゲート絶縁膜
26 レチクル
26a レチクル投影領域
27 ウエハ固定ステージ
28 縮小露光機
29 レンズ
N nチャネル型MOSトランジスタ
P pチャネル型MOSトランジスタ
31 繰り返し単位セル
Claims (6)
前記半導体ウエハに形成された、複数のpチャネル型MOSトランジスタおよび複数のnチャネル型MOSトランジスタを備え、
前記半導体ウエハ上に設けられたスクライブラインの方向は<110>方向であり、
前記pチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向は、<100>方向であることを特徴とする、半導体装置。 A semiconductor device including a semiconductor wafer having a {001} plane as a main surface and a position determining unit indicating a <100> direction,
A plurality of p-channel MOS transistors and a plurality of n-channel MOS transistors formed on the semiconductor wafer;
The direction of the scribe line provided on the semiconductor wafer is the <110> direction,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a channel direction in the p-channel MOS transistor is a <100> direction.
前記pチャネル型MOSトランジスタと前記nチャネル型MOSトランジスタとから構成された単位セルを複数備え、
前記複数の単位セルは、<110>方向に平行に、繰り返して配置されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A plurality of unit cells composed of the p-channel MOS transistor and the n-channel MOS transistor;
The semiconductor device, wherein the plurality of unit cells are repeatedly arranged in parallel to the <110> direction.
前記nチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向は、<100>方向に設定されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device in which a channel direction in the n-channel MOS transistor is set to a <100> direction.
前記半導体ウエハに、複数のpチャネル型MOSトランジスタを形成する工程と、複数のnチャネル型MOSトランジスタを形成する工程とを備え、
前記pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、前記pチャネル型MOSトランジスタにおけるチャネル方向が<100>方向となるように、前記pチャネル型MOSトランジスタを形成することを特徴とする、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising a semiconductor wafer having a {001} plane as a main surface and a position determining unit indicating a <100> direction and a scribe line in a <110> direction,
Forming a plurality of p-channel MOS transistors on the semiconductor wafer; and forming a plurality of n-channel MOS transistors.
The step of forming the p-channel MOS transistor includes forming the p-channel MOS transistor so that a channel direction of the p-channel MOS transistor is a <100> direction. Method.
前記pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程及び前記nチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、
レチクルを備えたステッパを用いる工程であって、
前記レチクルのレチクル方向および前記半導体ウエハを搭載するステージの移動方向はそれぞれ等しく、<100>方向であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The step of forming the p-channel MOS transistor and the step of forming the n-channel MOS transistor include:
Using a stepper with a reticle,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a reticle direction of the reticle and a moving direction of a stage on which the semiconductor wafer is mounted are equal to each other and are <100> directions.
前記pチャネル型MOSトランジスタを形成する工程及び前記nチャネル型MOSトランジスタを形成する工程は、
レチクルを備えたステッパを用いる工程であって、
前記レチクルのレチクル方向を<110>方向に設定すると共に、
前記半導体ウエハを搭載するステージの移動方向を<100>に設定することを特徴とする、半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The step of forming the p-channel MOS transistor and the step of forming the n-channel MOS transistor include:
Using a stepper with a reticle,
While setting the reticle direction of the reticle to the <110> direction,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a moving direction of a stage on which the semiconductor wafer is mounted is set to <100>.
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