JP2018107235A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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恭一 津幡
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Abstract

【課題】半導体装置の特性を向上させる。【解決手段】MOSトランジスタが形成される活性領域ACを、平面視において、X方向に延在する辺L1と、辺L1と対向する辺L2とを有し、辺L1から突出した引出部(突出部)1Aと、辺L2から後退した切欠き部(後退部)2Aと、を有するように構成する。このように、引出部1Aが設けられている辺L1と対向する辺L2に、切欠き部2Aを設けることにより、ラウンド部R1による活性領域ACの増加分を、ラウンド部R2による活性領域ACの減少分で、相殺することにより、ゲート電極GEが、引出部1Aと近接して配置されても、ゲート幅の変化を抑制することができ、MOSトランジスタの特性を向上させることができる。また、引出部1Aとゲート電極GEとの距離D1を小さく設定することができ、MOSトランジスタの微細化を図ることができる。【選択図】図7

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを有する半導体装置に好適に利用できるものである。
MOSトランジスタの特性を維持しつつ、微細化を図る技術が重要である。例えば、レチクルに描かれたパターン(以下、レチクルパターンという)を、精度良く、半導体デバイスの構成膜に転写するために、光学シミュレーションを用い、レチクルパターンを補正する技術が採用されている。
例えば、特開2006−58413号公報(特許文献1)には、OPC(optical proximity correction)補正したパターンに基づいてマスクの形成を行い、形成したマスクによりウエハプロセスを行う技術が開示されている。
特開2006−58413号公報
本発明者は、MOSトランジスタを有する半導体基板の特性向上について、鋭意検討している。
MOSトランジスタは、分離絶縁領域で区画された活性領域と、この上に、ゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、このゲート電極の両側の半導体基板中に配置されたソース、ドレイン領域と、を有している。そして、このMOSトランジスタの活性領域やゲート電極は、回路レイアウトに対応して、種々の形状に加工される。例えば、活性領域には、ソース、ドレイン領域と接続される引出部が設けられ、また、ゲート電極には、コンタクト領域となる幅広部が設けられる。このような引出部や幅広部のパターンには、平面形状において角部が設けられるものの、追って詳細に説明するように、角部の加工が精度良く行えず、半導体装置の素子特性の劣化に繋がると言う問題があった。
例えば、上記OPC補正のような、加工精度の向上技術もあるが、加工精度には限界があるため、加工精度にかかわらず、半導体装置の特性を維持することができる装置構成やその製造方法の検討が望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、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。
本願において開示される代表的な実施の形態に示される構成の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置は、矩形状の活性領域やゲート電極の平面形状において、一の長辺に設けられた突出部(引出部)に対応して、他の長辺に切欠き部を設ける。
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法は、矩形状の活性領域やゲート電極の形成工程において、一の長辺に設けられた突出部に対応して、他の長辺に切欠き部を設ける。
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置によれば、その特性を向上させることができる。
本願において開示される代表的な実施の形態に示される半導体装置の製造方法によれば、特性の良好な半導体装置を製造することができる。
実施の形態1の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。 実施の形態1の半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の活性領域を示す平面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。 比較例の半導体装置の構成を示す平面図である。 比較例の半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態1の半導体装置の構成を示す平面図である。 切欠き部を設けた場合と設けない場合の実効拡散層幅を示す図である。 切欠き部の大きさ、および引出部とゲート電極と切欠き部との位置関係を示す図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す平面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。 実施の形態2の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。 実施の形態2の半導体装置の活性領域を示す平面図である。 実施の形態3の半導体装置の活性領域を示す平面図である。 実施の形態3の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。 実施の形態4の半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態5の半導体装置の構成を示す平面図である。 実施の形態5の半導体装置の他の構成を示す平面図である。 切欠き部の形状例を示す平面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。
以下、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、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材(部位)が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
(実施の形態1)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構造について説明する。
[構造説明]
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成を模式的に示す平面図である。図2は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図2は、例えば、図1のA−A断面部に対応する。
図1および図2に示すように、本実施の形態の半導体装置は、MOSトランジスタを有する。ここでは、MOSトランジスタとして、n型MOSトランジスタ(nチャネル型MOSFETともいう)を有する場合について説明する。
n型MOSトランジスタは、半導体基板S中に設けられたp型ウエル領域(p型拡散層領域ともいう)PWの主表面に形成されている。即ち、n型MOSトランジスタは、p型ウエル領域PW上にゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極GEおよびその両側の半導体基板(p型ウエル領域PW)S中に形成されたソース、ドレイン領域(拡散層)を有する。このソース、ドレイン領域は、低濃度n型半導体領域NMと高濃度n型半導体領域NPよりなる。このような構成を、LDD構造という。ゲート電極GEの両側には、側壁絶縁膜SWが形成され、低濃度n型半導体領域NMは、ゲート電極GEの側面に対して自己整合的に形成され、高濃度n型半導体領域NPは、側壁絶縁膜SWの側面に対して自己整合的に形成されている。
また、高濃度n型半導体領域NPおよびゲート電極GEの上部には、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術などにより、金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SILが形成されている。金属シリサイド層SILは、例えば、コバルトシリサイド層からなる。この金属シリサイド層SIL上には、プラグ(コンタクト部)P1が形成されている。プラグP1は、層間絶縁膜IL1中の接続孔C1内に埋め込まれた導電性膜よりなる。
上記n型MOSトランジスタは、素子分離部STIで囲まれた活性領域ACに形成される(図1)。素子分離部STIは、素子分離溝Tに埋め込まれた絶縁膜よりなる。また、活性領域ACは、例えば、p型ウエル領域PWの露出領域である。ここで、本実施の形態のn型MOSトランジスタは、活性領域ACのうち、トランジスタ領域TAに設けられている。
このトランジスタ領域TAは、X方向に延在する長辺を有する略矩形の領域である。このトランジスタ領域TAを横断するように、Y方向に延在する長辺を有する略矩形のゲート電極GEが配置されている。なお、ゲート電極GEの一端は、幅広部となっており、この上にプラグP1が配置される。また、トランジスタ領域TAにおいて、ゲート電極GEの両側は、ソース、ドレイン領域となっており、図1中、ゲート電極GEの左側の領域は、引出部(突出部ともいう)1Aによって、コンタクト領域(電源接続部ともいう)CAと接続されている。よって、トランジスタ領域TAと引出部1Aとの接続部は、屈曲部となっている。このように、活性領域ACは、トランジスタ領域TAと、引出部1Aと、コンタクト領域CAとを有する。ここで、トランジスタ領域TAには、引出部1Aと対応する位置に、切欠き部2Aを有する。
即ち、トランジスタ領域TAは、X方向に延在する辺(長辺)L1から突出する引出部1Aと、X方向に延在する辺(長辺)L2から後退する切欠き部2Aと、を有する。これらは、少なくともゲート電極GEの一方の側(図1においては左側)のソース、ドレイン領域に、設けられている。引出部1AのX方向の長さはL1AX、Y方向の長さはL1AYであり、切欠き部2AのX方向の長さはL2AX、Y方向の長さはL2AYである。D1は、引出部1Aとゲート電極GEとの距離であり、D2は、切欠き部2Aとゲート電極GEとの距離である。
このように、引出部1Aが設けられている辺L1と対向する辺L2に、切欠き部2Aを設けることにより、半導体装置の微細化を図ることができる。また、半導体装置の特性の向上を図ることができる。
図3は、本実施の形態の半導体装置の活性領域を示す平面図である。図4は、本実施の形態の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。
図1においては、レチクルパターン(マスクパターンとも言う)の形状を反映させ、略90°に交差する辺よりなる角部(コーナー部とも言う)を有する形状に活性領域ACを記載したが、実際には、図3に示すように、角部がラウンド化する。
このようなラウンド化の現象は、以下の原因による。(1)フォトレジスト膜PRの露光や現像の際、光学像のボケなどにより、パターンの角部がラウンド化する。(2)フォトレジストをマスクにエッチングを行う際に、角部がラウンド化する。(3)そもそもレチクルパターンの形成時に、パターンの角部がラウンド化する。このように、活性領域ACのパターンにおいて、例えば、X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部において、略90°に交差する辺よりなる角部を形成することは困難であり、図3に示すように、角部がラウンド化してしまう。
このように、ラウンド化した場合、図5に示すように、X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部の近傍に、ゲート電極GEが配置される場合において、図6(a)に示すように、ゲート電極GEがラウンド化した領域にかからないように、引出部1Aとゲート電極GEとの距離D1を大きくする必要がある。例えば、距離D1を60nm以上とする必要がある。また、このような配慮を行わず、図6(b)に示すように、微細化のため、引出部1Aにゲート電極GEを近接して配置すると、ゲート電極GEがラウンド化した領域と重なり、ゲート幅Wが大きくなってしまう。図5および図6は、比較例の半導体装置の構成を示す平面図である。
このように、比較例の半導体装置においては、半導体装置の微細化を図ることができず、また、ゲート幅の変化により、半導体装置の所望の特性を維持することができない。
これに対し、本実施の形態によれば、図7に示すように、引出部1Aと対応する位置に、切欠き部2Aを設けることにより、X方向に延在する辺L2と切欠き部2Aとの交差部がラウンド化され、活性領域ACが減少する。よって、X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部において増加した活性領域ACを、X方向に延在する辺L2と切欠き部2Aとの交差部において減少した活性領域ACにより、調整することができる。X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部において増加した活性領域ACを、ラウンド部R1とし、X方向に延在する辺L2と切欠き部2Aとの交差部において減少した活性領域ACを、ラウンド部R2とする。
このように、ラウンド部R1による活性領域ACの増加分を、ラウンド部R2による活性領域ACの減少分で、相殺することにより、ゲート電極GEが、引出部1Aと近接して配置されても、ゲート幅(W)の変化を抑制することができ、MOSトランジスタの特性を向上させることができる。また、引出部1Aとゲート電極GEとの距離D1を小さく設定することができ、MOSトランジスタの微細化を図ることができる。図7は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。
図8は、切欠き部を設けた場合と設けない場合の実効拡散層幅を示す図である。X方向に延在するトランジスタ領域TAとコンタクト領域CAとが、Y方向に延在する引出部1Aによって接続された形状の活性領域ACにおいて、(a1)に示すように、切欠き部2Aを設けた場合と、(b1)に示すように、切欠き部2Aを設けない場合について検討した。切欠き部2Aを設けた場合のSEM写真を(a2)に、切欠き部2Aを設けない場合のSEM写真を(b2)に示す。なお、図8においては、パターンの対称性を良くするため、切欠き部2Aを2カ所設けてある。
図8の(a2)と(b2)の比較から明らかなように、実効拡散層幅となる活性領域のAB間の距離は、(b2)においては、図中右側から左側へ、引出部1Aに近づくにしたがって大きくなっている。これに対し、切欠き部2Aを設けた(a2)においては、実効拡散層幅(AB間)が上側にずれるものの、図中右側から左側へ、引出部1Aに近づいても、その変化はほとんどない。図8(c)に、X方向の位置に対する実効拡散層幅[nm]を示す。横軸において数値が大きい方が、引出部1A側である。グラフ(b)は、切欠き部2Aを設けていない(b2)に対応し、グラフ(a)は、切欠き部2Aを設けた(a2)に対応する。これらのグラフからも明らかなように、グラフ(b)では、X方向の位置が引出部1Aに近づくにしたがって、実効拡散層幅が大きくなり、グラフ(a)では、X方向の位置が引出部1Aに近づいても実効拡散層幅の増加がほとんどなく、実効拡散層幅の変化が小さい。
このように、本実施の形態によれば、引出部1Aが設けられている辺L1と対向する辺L2に、切欠き部2Aを設けることにより、引出部1Aとゲート電極GEとの間の実効拡散層幅の変化を抑制することができ、ゲート幅のばらつきを低減し、半導体装置の特性の向上を図ることができる。また、引出部1Aとゲート電極GEとの距離を小さくしても、所望の半導体装置の特性を維持でき、半導体装置の微細化を図ることができる。
次いで、切欠き部2Aの大きさ、および引出部1Aとゲート電極GEと切欠き部2Aとの位置関係について説明する。図9は、切欠き部の大きさ、および引出部とゲート電極と切欠き部との位置関係を示す図である。
図9(a)、(b)、(c)に示すように、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)が、L2AY1、L2AY2、L2AY3の順に大きくなると、ラウンド部(X方向に延在する辺L2と切欠き部2Aとの交差部において減少した活性領域AC)R2が順に大きくなる。別の言い方をすれば、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)が、大きくなると、ラウンド部R2の端部(エッジ)の曲率半径r1が大きくなる。また、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)が、大きくなると、ラウンド部R2の端部のカーブが緩やかとなる。また、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)が、大きくなると、ラウンド部R2の端部の曲率が小さくなる。
このように、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)を調整することにより、ラウンド部R2の大きさを調整することができる。この切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)は、例えば、略矩形の切欠き部2AのY方向に延在する辺のうち、ゲート電極GE側の辺の仮想的な長さに対応する。
また、図1においては、引出部1Aとゲート電極GEとの距離D1を、切欠き部2Aとゲート電極GEとの距離D2と同程度としたが、距離D2、即ち、切欠き部2Aの位置はこれに限られるものではない。
例えば、図9(d)に示すように、距離D2が距離D1より大きい場合でも、ラウンド部R2を大きく確保することにより、図7を参照しながら説明したように、ラウンド部R1による活性領域ACの増加分を、ラウンド部R2による活性領域ACの減少分で、相殺することができる。
ここで、引出部1Aとゲート電極GEと切欠き部2Aとの位置関係について、好ましい範囲を以下に示す。
距離D1は、ゲート長Lの2倍以下とすることが好ましい(D1≦2×L)。また、距離D2は、距離D1以上であって、距離D1と引出部1AのX方向の長さ(L2AX)の2倍の和以下とすることが好ましい(D1≦D2≦D1+2×L2AX)。さらに、距離D2は、距離D1以上であって、距離D1と引出部1AのX方向の長さ(L2AX)の和以下とすることがより好ましい(D1≦D2≦D1+L2AX)。この場合、略矩形の切欠き部2AのY方向に延在する辺のうち、ゲート電極GE側の辺が、引出部1Aに対応する位置に配置されることとなる。
このように、切欠き部2Aの大きさや、引出部1Aとゲート電極GEと切欠き部2Aとの位置関係については、種々の状態を取り得る。例えば、レチクルパターンやラウンド部R1、R2の形状について、リソグラフィ・シミュレータや実験データをもとに、切欠き部2Aの形状や位置を調整することができる。
[製法説明]
次いで、図10〜図21を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するとともに、その構成を明確にする。図10、図11、図13、図15〜図21は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。図12は、本実施の形態の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。図14は、本実施の形態の半導体装置の製造工程を示す平面図である。
まず、図10に示すように、半導体基板Sとして、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンからなる基板を準備する。
次いで、図11に示すように、半導体基板上に、ハードマスクHM(例えば、酸化シリコン膜とその上の窒化シリコン膜よりなる積層膜)を形成し、さらに、ハードマスクHM上に、フォトレジスト膜PRを形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて露光・現像することにより、素子分離領域(分離絶縁領域ともいう)のフォトレジスト膜PRを除去する。例えば、図12に示す、レチクルパターンをフォトレジスト膜PRに転写(露光)し、素子分離領域以外の領域(活性領域)のフォトレジスト膜PRを硬化させる。そして、フォトレジスト膜PRを現像することにより、素子分離領域のフォトレジスト膜PRを除去する。レチクルパターンRPは、トランジスタ領域TA、引出部1A、コンタクト領域CAおよび切欠き部2Aに対応する各部位(RTA、R1A、RCA、R2A)を有する。なお、レチクルパターンRPと、これを用いて加工されるパターンの大きさは、1:1である必要はなく、縮小されている場合がある。
この際、前述したように、レチクルパターンRPの角部のラウンド化により(図12参照)、対応するフォトレジスト膜PRの角部がラウンド化し得る。また、フォトレジスト膜PRの感光性によっても、角部がラウンド化し得る。また、フォトレジスト膜PRの現像の際にも、角部がラウンド化し得る。
次いで、フォトレジスト膜(マスク膜)PRをマスクとして、ハードマスクHMをエッチングした後、フォトレジスト膜PRをアッシングなどにより除去する。このハードマスクHMのエッチングの際にも、角部がラウンド化し得る。なお、上記のようなフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いた膜(この場合、ハードマスクHM)の加工を、パターニングと言う。
次いで、図13に示すように、ハードマスク(マスク膜)HMをマスクとして、半導体基板Sをエッチングすることにより、素子分離溝Tを形成する。別の言い方をすれば、素子分離溝Tで区画された活性領域ACを形成する(図14参照)。この際、活性領域ACの平面形状(パターン)は、図14に示すように、角部がラウンド化している。しかしながら、ラウンド部R1による活性領域ACの増加分は、ラウンド部R2による活性領域ACの減少分で、調整されており(図7参照)、引出部1Aの近傍の活性領域ACの幅Wの変化が抑制されている。
次いで、素子分離溝Tの内部を含むハードマスクHM上に、CVD法などを用いて酸化シリコン膜を堆積し、素子分離溝の外部の酸化シリコン膜を、CMP法などを用いて除去する。このようにして、素子分離溝の内部に酸化シリコン膜などの絶縁膜を埋め込み、素子分離部STIを形成する。このような素子分離法は、STI(Shallow Trench Isolation)法と呼ばれる。次いで、ハードマスクHMを除去するとともに、素子分離部STIの高さを調整する(図15)。
次いで、図16に示すように、半導体基板(活性領域AC)S中に、p型ウエル領域PWを形成する。例えば、p型ウエル領域PWの形成領域を開口したフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして半導体基板(活性領域AC)S中にp型の不純物をイオン注入することによって、p型ウエル領域PWを形成する。次いで、上記フォトレジスト膜(図示せず)をアッシング処理などにより除去する。
次いで、図17に示すように、ゲート絶縁膜GIおよびゲート電極GEを形成する。例えば、半導体基板Sを熱処理(熱酸化処理)することなどによって、p型ウエル領域PWの表面に、酸化シリコン膜などからなるゲート絶縁膜GIを形成する。ゲート絶縁膜GIは、熱酸化膜に代えて、CVD法で形成した膜を用いてもよい。また、酸化膜のみならず、窒化膜や高誘電率膜(High−k膜)を用いてもよい。次いで、ゲート絶縁膜GI上に、導電性膜として、CVD法などにより多結晶シリコン膜(ゲート電極層)を堆積する。これをフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いてパターニングすることにより、ゲート電極GEを形成する。
次いで、図18、図19に示すように、ゲート電極GEの両側のp型ウエル領域PW中にLDD構造のソース、ドレイン領域を形成する。例えば、図18に示すように、ゲート電極GEの両側のp型ウエル領域PW中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物(n型の不純物イオン)を注入することで、n型半導体領域NMを形成する。この際、n型半導体領域NMは、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。次いで、図19に示すように、ゲート電極GEの側壁部に、側壁絶縁膜SWを形成する。例えば、ゲート電極GE上を含む半導体基板S上に酸化シリコン膜などの絶縁膜を堆積し、この絶縁膜をエッチバックすることによって、ゲート電極GEの側壁部に側壁絶縁膜SWを形成する。側壁絶縁膜SWとしては、単層の酸化シリコン膜の他、単層の窒化シリコン膜や酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜などの絶縁膜を用いてもよい。
次いで、例えば、ゲート電極GEおよび側壁絶縁膜SWをマスクとして、p型ウエル領域PW中に、ヒ素(As)またはリン(P)などのn型不純物を注入することで、n型半導体領域NPを形成する。この際、n型半導体領域NPは、ゲート電極GEの側壁の側壁絶縁膜SWに自己整合して形成される。このようにして、n型半導体領域NMとn型半導体領域NPとからなるLDD構造のソース、ドレイン領域が形成される。n型半導体領域NPは、n型半導体領域NMよりも不純物濃度が高く、接合の深さが深い。
次に、ソース、ドレイン領域に導入された不純物を活性化するための熱処理(活性化処理)を行う。
以上の工程により、n型MOSトランジスタを形成することができる。なお、不純物の導電型を逆導電型とすることで、p型MOSトランジスタを形成することができる。
この後、図20に示すように、サリサイド技術を用いて、ソース、ドレイン領域(n型半導体領域NP)およびゲート電極GEの上部に、それぞれ金属シリサイド層SILを形成する。この金属シリサイド層SILにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。例えば、ゲート電極GE上を含む半導体基板S上に、金属膜として、例えばCo膜を形成し、半導体基板に対して熱処理を施すことによって、ソース、ドレイン領域と上記金属膜とを反応させ、また、ゲート電極GEと上記金属膜とを反応させる。これにより、ソース、ドレイン領域(n型半導体領域NP)およびゲート電極GEの上部に、それぞれ金属シリサイド層SILとしてCoSi(コバルトシリサイド)を形成することができる。次いで、未反応の金属膜を除去する。
次いで、図21に示すように、層間絶縁膜IL1を形成する。例えば、半導体基板S上に、窒化シリコン膜などからなる絶縁膜IL1aをCVD法などを用いて形成し、次いで、絶縁膜IL1a上に、比較的厚い酸化シリコン膜などからなる絶縁膜IL1bをCVD法などを用いて形成する。これにより、絶縁膜IL1aと絶縁膜IL1bの積層膜よりなる層間絶縁膜IL1を形成する。次いで、プラグP1の形成領域に開口を有するフォトレジスト膜(図示せず)をマスクとして用いて、層間絶縁膜IL1(IL1a、IL1b)をエッチングし、接続孔C1を形成する。次いで、上記フォトレジスト膜(図示せず)を除去し、接続孔C1の内部を含む層間絶縁膜IL1上に導電性膜として、バリア膜(図示せず)と金属膜(例えば、タングステン膜)との積層膜を堆積する。次いで、堆積した導電性膜のうち、接続孔C1以外の導電性膜をCMP法などを用いて除去する。このように、接続孔C1内に導電性膜を埋め込むことにより、プラグP1を形成する(図1、図2参照)。
この後、プラグP1上を含む層間絶縁膜IL1上に、配線(図示せず)を形成する。例えば、プラグP1上を含む層間絶縁膜IL1上に、Al膜などの導電性膜を堆積し、パターニングすることにより配線を形成する。なお、ダマシン法により配線を形成してもよい。例えば、層間絶縁膜IL1上に絶縁膜を形成し、パターニングすることにより配線溝を形成した後、この配線溝内に、銅膜などの導電性膜を埋め込むことにより、配線を形成する。
さらに、層間絶縁膜、プラグおよび配線の形成を繰り返すことにより多層の配線を形成してもよい。そして、例えば、最上層配線上に、保護膜を形成し、最上層配線の一部(パッド電極)が露出するように最上層配線上の保護膜を除去する。
以上の工程により、本実施の形態の半導体装置を形成することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、OPC補正と切欠き部を組み合わせたレチクルパターンを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
図22は、本実施の形態の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。図23は、本実施の形態の半導体装置の活性領域を示す平面図である。
図22に示すように、レチクルパターンRPは、トランジスタ領域TA、引出部1A、コンタクト領域CAおよび切欠き部2Aに対応する各部位(RTA、R1A、RCA、R2A)を有する。ここで、図22に示すレチクルパターンRPにおいては、トランジスタ領域TAに対応する部位RTAと、引出部1Aに対応する部位R1Aとの交差部において、OPC補正に基づく補正パターンRCPが形成されている。ここでは、上記交差部に、略L字状の切欠きパターンが補正パターンRCPとして設けられている。
このような補正パターンRCPを有するレチクルを用いて、フォトレジスト膜やハードマスクHMまたは半導体基板Sを加工した場合、これらの平面形状において、交差部におけるラウンド化が緩和される。別の言い方をすれば、より急なカーブとなり、より直角に近い角部となる(図23)。
例えば、図23において、補正パターンRCPに対応する活性領域ACの角部であるラウンド部R1と、活性領域ACの角部であるが補正パターンRCPと対応していない角部であるラウンド部R3とを比較する。ラウンド部R1は、X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部のうち、ゲート電極(GE)の配置側であり、ラウンド部R3は、X方向に延在する辺L1と引出部1Aとの交差部のうち、ゲート電極(GE)の配置側と逆側である。ラウンド部R1の端部の曲率半径r1は、ラウンド部R3の端部の曲率半径r3より、小さい。また、ラウンド部R1の端部の曲率は、ラウンド部R3の端部の曲率より、大きい。また、ラウンド部R1の端部は、ラウンド部R3の端部より、カーブが急である。このように、補正パターンRCPの効果により、ゲート電極(GE)の配置側のラウンド部R1の曲率半径r1を小さくすることができる。
そして、補正パターンRCPを用いて、ラウンド部R1の曲率半径r1を小さくした場合、切欠き部2Aによるラウンド部R2の曲率半径は小さくてよい。即ち、前述したように、切欠き部2AのY方向の長さ(L2AY)を小さくすることができる。
本実施の形態の半導体装置において、図23に示す活性領域ACの平面形状以外の構成は、図1、図2および図7等を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様である。また、本実施の形態の半導体装置の製造工程は、図22に示すレチクルパターンを用いてハードマスクHM上のフォトレジスト膜PR(図11参照)を形成する他は、実施の形態1の場合(図10〜図21参照)と同様である。
なお、本実施の形態においては、補正パターンRCPとして略L字状の切欠きパターンを例示したが、補正パターンRCPの形状に制限はない。OPC補正では、光の回折現象などを考慮して、レチクルパターンの図形の角部などに補正用のパターンを追加する。例えば、あらかじめリソグラフィ・シミュレータや実験データをもとに決定した補正ルール(形状や補正量)に基づき、レイアウト検証ツール(DRC)の図形演算機能などを用いて補正パターンの形状が決められる。
(実施の形態3)
本実施の形態においては、切欠き部(後退部)2Aを有する活性領域ACに、突出部1Aを設けることにより、ゲート電極GEの近傍の活性領域ACの幅の変化を抑制する。
図24は、本実施の形態の半導体装置の活性領域を示す平面図である。図25は、本実施の形態の半導体装置の製造工程で用いるレチクルパターンを示す平面図である。
本実施の形態においては、図24に示すように、活性領域ACに、X方向に延在する辺L1から後退した切欠き部(後退部)2Aが設けられている。そして、この切欠き部2Aと対応する位置に、突出部1Aを設けている。また、ゲート電極GEは、切欠き部(後退部)2Aや突出部1Aの近傍において、活性領域ACを横切るように配置されている。また、図25に示すレチクルパターンRPにおいては、切欠き部(後退部)2Aに対応する部位R2Aと、突出部1Aに対応する部位R1Aが設けられている。
この場合も、切欠き部(後退部)2Aが設けられている辺L1と対向する辺L2に、突出部1Aを設けることにより、X方向に延在する辺L1と切欠き部(後退部)2Aとの交差部において減少した活性領域(ラウンド部R2)ACを、X方向に延在する辺L2と突出部1Aとの交差部において増加した活性領域(ラウンド部R1)ACにより、調整することができる。よって、ゲート電極GEが、切欠き部(後退部)2Aと近接して配置されても、ゲート幅の変化を抑制することができ、MOSトランジスタの特性を向上させることができる。また、切欠き部(後退部)2Aとゲート電極GEとの距離を小さく設定することができ、MOSトランジスタの微細化を図ることができる。
本実施の形態の半導体装置において、ゲート電極GE近傍の断面形状を、図2等を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様とすることができる。また、本実施の形態の半導体装置は、図25に示すレチクルパターンを用いて、実施の形態1の場合(図10〜図21参照)と同様に形成することができる。
(実施の形態4)
上記実施の形態1〜3においては、活性領域ACの形状を工夫することにより、ゲート電極GEに近接する角部のラウンド化によりゲート幅が変化することを抑制したが、ゲート長の変化が問題となる場合がある。例えば、ゲート電極GEの幅広部(コンタクト部、ゲートパッド)において、活性領域ACに近接する角部のラウンド化によりゲート長が変化し得る。本実施の形態においては、ゲート電極GEの形状を工夫することにより、ゲート長が変化することを抑制する。
図26は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。本実施の形態においては、図26に示すように、X方向に延在する長辺を有する略矩形の活性領域ACを横断するように、Y方向に延在する長辺を有する略矩形のゲート電極GEが配置されている。このゲート電極GEの一端(図26においては、下側)は、幅広部GWPとなっており、この上にプラグP1が配置される。なお、活性領域ACにおいて、ゲート電極GEの両側は、ソース、ドレイン領域となっており、これらの領域上にもプラグP1が配置される。
ここで、本実施の形態において、ゲート電極GEの幅広部GWPは、Y方向に延在する辺L1から突出した突出部を有することとなる。そして、幅広部GWPは、Y方向に延在する辺L2から後退する切欠き部2Aを有する。なお、このゲート電極GEを加工する際のレチクルパターン(RP)においては、幅広部(上記突出部を含む)GWPに対応する部位と、切欠き部2Aに対応する部位とが設けられている。
このように、突出部の近傍の辺L1と対向する辺L2に、切欠き部2Aを設けることにより、Y方向に延在する辺L1と幅広部(突出部)GWPとの交差部において増加したゲート電極(ラウンド部R1)GEを、Y方向に延在する辺L2と切欠き部2Aとの交差部において減少したゲート電極(ラウンド部R2)GEにより、調整することができる。
よって、活性領域ACと幅広部GWPとが近接して配置され、これらの距離D2が小さくなった場合においても、ゲート長Lの変化を抑制することができる。このように、MOSトランジスタの特性を向上させることができる。また、上記距離D2を小さく設定することができ、MOSトランジスタの微細化を図ることができる。
本実施の形態の半導体装置において、ゲート電極GE近傍の断面形状は、図2等を参照しながら説明した実施の形態1の場合と同様とすることができる。また、本実施の形態の半導体装置は、前述したレチクルパターンを用いて、実施の形態1の場合(図10〜図21参照)と同様に形成することができる。
(実施の形態5)
上記実施の形態1(図1)においては、1つのn型MOSトランジスタを設けた半導体装置を例に説明したが、前述したようにp型MOSトランジスタを設けてもよく、また、n型MOSトランジスタとp型MOSトランジスタ(CMOS(complementary metal oxide semiconductor)トランジスタ)を設けてもよい。
また、実施の形態1の図1等に示す1つのn型MOSトランジスタを単位セル(プリミティブセルとも言う)として、複数のセル(n型MOSトランジスタ)を設けてもよい。
図27は、本実施の形態の半導体装置の構成を示す平面図である。本実施の形態においては、実施の形態1において、図1等を参照しながら説明した1つのn型MOSトランジスタ(単位セル)が、4個(2×2)配置されている。即ち、図中右上の単位セルが、Y軸に対して対称に配置され、さらに、これら2つの単位セルが、X軸に対して対称に配置されている。なお、単位セルの個数に制限はなく、4個より多くてもよい。
本実施の形態においても、引出部1Aが設けられている辺L1と対向する辺L2に、切欠き部2Aを設けることにより、半導体装置の微細化を図ることができる。また、半導体装置の特性の向上を図ることができる。
さらに、本実施の形態のように、複数の単位セルを有する半導体装置においては、単位セルの微細化や、その各単位セルの特性のばらつきの抑制による効果が大きい。
また、図28に示すように、単位セルにおいて、活性領域ACに切欠き部2Aを設ける構成のみならず、ゲート電極GEの幅広部GWPに切欠き部2AGを設けてもよい。図28は、本実施の形態の半導体装置の他の構成を示す平面図である。図28に示す半導体装置によれば、単位セルにおいてX方向およびY方向のピッチを縮小することができる。また、各単位セルにおいて、ゲート長およびゲート幅のばらつきを抑制することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上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言うまでもない。
例えば、図1等においては、切欠き部2Aの平面形状を略矩形(矩形状)としたが、三角形状や凸形状としてもよい。図29は、切欠き部の形状例を示す平面図である。図29(a)に示すように、ラウンド部R2の形状は、例えば、辺L2と、辺L2と交差する仮想辺LLの長さによって定まる。このため、切欠き部2Aの平面形状としては、辺L2と交差する仮想辺LLを有する形状であれば、例えば、図29(b)に示すように、三角形状でもよい。また、五角形状以上の多角形でもよい。
また、図29(c)に示すように、切欠き部2Aの平面形状を、凸形状としてもよい。このように、切欠き部2Aと辺L2との交差領域の平面形状が、階段形状部を有していてもよい。
また、例えば、ラウンド部R2の端部(エッジ)は、真円の円弧である必要はなく、例えば、楕円の一部であってもよい。また、上記実施の形態においては、活性領域とゲート電極を例示したが、類似の位置関係にある他のパターンに上記実施の形態の構成を適用してもよい。
[付記1]
(a)半導体基板の活性領域を区画する素子分離領域を形成する工程、
(b)第1方向に延在する前記活性領域上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程であって、前記活性領域上を横切るように、前記第1方向と交差する第2方向に延在するゲート電極を形成する工程、
(c)前記ゲート電極の両側の前記半導体基板中にソース、ドレイン領域を形成する工程、
を有し、
前記(b)工程は、
(b1)前記半導体基板上の導電性膜上にマスク膜を形成し、前記マスク膜を、レチクルパターンを用いて加工する工程、
(a2)前記マスク膜をマスクとして、前記導電性膜を加工することにより、前記ゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(b)工程で形成される前記ゲート電極は、平面視において、前記第2方向に延在する第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺とを有し、前記第1辺から突出した突出部と、前記第2辺から後退した切欠き部と、を有する、半導体装置の製造方法。
[付記2]
付記1記載の半導体装置の製造方法において、
前記レチクルパターンは、平面視において、前記第2方向に延在する第1レチクル辺と、前記第1レチクル辺と対向する第2レチクル辺とを有し、前記第1レチクル辺から突出したレチクル突出部と、前記第2レチクル辺から後退したレチクル切欠き部と、を有する、半導体装置の製造方法。
1A 引出部(突出部)
2A 切欠き部(後退部)
2AG 切欠き部
AC 活性領域
C1 接続孔
CA コンタクト領域
GE ゲート電極
GI ゲート絶縁膜
GWP 幅広部(突出部)
HM ハードマスク
IL1 層間絶縁膜
IL1a 絶縁膜
IL1b 絶縁膜
L ゲート長
LL 仮想辺
NM 低濃度n型半導体領域
NP 高濃度n型半導体領域
P1 プラグ
PR フォトレジスト膜
PW p型ウエル領域
R1 ラウンド部
R2 ラウンド部
R3 ラウンド部
RCP 補正パターン
S 半導体基板
SIL 金属シリサイド層
STI 素子分離部
SW 側壁絶縁膜
T 素子分離溝
TA トランジスタ領域
W ゲート幅

Claims (20)

  1. 分離絶縁領域で区画された活性領域を有する半導体基板と、
    前記活性領域上に、ゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、
    前記ゲート電極の両側の前記半導体基板中に配置されたソース、ドレイン領域と、
    を有し、
    前記ゲート電極は、第1方向に延在する前記活性領域上を横切るように、前記第1方向と交差する第2方向に延在し、
    前記活性領域は、平面視において、前記第1方向に延在する第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺とを有し、前記第1辺から突出した突出部と、前記第2辺から後退した切欠き部と、を有する、半導体装置。
  2. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記突出部と前記第1辺との交差領域は、ラウンド化しており、
    前記切欠き部と前記第2辺との交差領域は、ラウンド化している、半導体装置。
  3. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記突出部は、前記第1辺との交差領域に、前記第1辺から突出した第1曲率よりなるエッジを有する第1ラウンド部を有し、
    前記切欠き部は、前記第2辺との交差領域に、前記第2辺から後退した第2曲率よりなるエッジを有する第2ラウンド部を有する、半導体装置。
  4. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記突出部と前記ゲート電極との第1距離は、前記ゲート電極の前記第1方向の長さであるゲート長の2倍以下である、半導体装置。
  5. 請求項4記載の半導体装置において、
    前記切欠き部と前記ゲート電極との第2距離は、前記突出部と前記ゲート電極との前記第1距離以上で、且つ前記第1距離と前記突出部の前記第1方向の長さの2倍との和以下である、半導体装置。
  6. 請求項4記載の半導体装置において、
    前記切欠き部と前記ゲート電極との第2距離は、前記突出部と前記ゲート電極との前記第1距離以上で、且つ前記第1距離と前記突出部の前記第1方向の長さとの和以下である、半導体装置。
  7. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記切欠き部の平面形状は、矩形状である、半導体装置。
  8. 請求項1記載の半導体装置において、
    前記切欠き部と前記第2辺との交差領域の平面形状が、階段形状部を有する、半導体装置。
  9. (a)半導体基板の活性領域を区画する素子分離領域を形成する工程、
    (b)第1方向に延在する前記活性領域上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程であって、前記活性領域上を横切るように、前記第1方向と交差する第2方向に延在するゲート電極を形成する工程、
    (c)前記ゲート電極の両側の前記半導体基板中にソース、ドレイン領域を形成する工程、
    を有し、
    前記(a)工程は、
    (a1)前記半導体基板上にマスク膜を形成し、前記マスク膜を、レチクルパターンを用いて加工する工程、
    (a2)前記マスク膜をマスクとして、前記素子分離領域を形成する工程、
    を有し、
    前記(a)工程で形成される前記活性領域は、平面視において、前記第1方向に延在する第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺とを有し、前記第1辺から突出した突出部と、前記第2辺から後退した切欠き部と、を有する、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
    前記レチクルパターンは、平面視において、前記第1方向に延在する第1レチクル辺と、前記第1レチクル辺と対向する第2レチクル辺とを有し、前記第1レチクル辺から突出したレチクル突出部と、前記第2レチクル辺から後退したレチクル切欠き部と、を有する、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
    前記突出部と前記第1辺との交差領域は、ラウンド化しており、
    前記切欠き部と前記第2辺との交差領域は、ラウンド化している、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
    前記突出部は、前記第1辺との交差領域に、前記第1辺から突出した第1曲率よりなるエッジを有する第1ラウンド部を有し、
    前記切欠き部は、前記第2辺との交差領域に、前記第2辺から後退した第2曲率よりなるエッジを有する第2ラウンド部を有する、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
    前記突出部と前記ゲート電極との第1距離は、前記ゲート電極の前記第1方向の長さであるゲート長の2倍以下である、半導体装置の製造方法。
  14. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記切欠き部と前記ゲート電極との第2距離は、前記突出部と前記ゲート電極との前記第1距離以上で、且つ前記第1距離と前記突出部の前記第1方向の長さとの和以下である、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項13記載の半導体装置の製造方法において、
    前記切欠き部と前記ゲート電極との第2距離は、前記突出部と前記ゲート電極との前記第1距離以上で、且つ前記第1距離と前記突出部の前記第1方向の長さの2倍との和以下である、半導体装置の製造方法。
  16. 請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
    前記レチクル突出部は、前記第1レチクル辺との交差領域に、補正パターンを有する、半導体装置の製造方法。
  17. 請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
    前記補正パターンは、前記レチクル突出部と前記第1レチクル辺との交差領域に設けられた、L字状の切欠きパターンである、半導体装置の製造方法。
  18. 分離絶縁領域で区画された活性領域を有する半導体基板と、
    前記活性領域上に、ゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極と、
    前記ゲート電極の両側の前記半導体基板中に配置されたソース、ドレイン領域と、
    を有し、
    前記活性領域は、平面視において、第1方向に延在し、
    前記ゲート電極は、前記第1方向に延在する前記活性領域上を横切るように、前記第1方向と交差する第2方向に延在し、前記第2方向に延在する第1辺と、前記第1辺と対向する第2辺と、前記第1辺から突出した突出部と、前記第2辺から後退した切欠き部と、を有する、半導体装置。
  19. 請求項18記載の半導体装置において、
    前記突出部と前記第1辺との交差領域は、ラウンド化しており、
    前記切欠き部と前記第2辺との交差領域は、ラウンド化している、半導体装置。
  20. 請求項18記載の半導体装置において、
    前記突出部は、前記第1辺との交差領域に、前記第1辺から突出した第1曲率よりなるエッジを有する第1ラウンド部を有し、
    前記切欠き部は、前記第2辺との交差領域に、前記第2辺から後退した第2曲率よりなるエッジを有する第2ラウンド部を有する、半導体装置。
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