JP2624369B2 - 半導体装置の製造方法及びこれに用いるイオン注入マスク材料 - Google Patents

半導体装置の製造方法及びこれに用いるイオン注入マスク材料

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JP2624369B2 JP2303463A JP30346390A JP2624369B2 JP 2624369 B2 JP2624369 B2 JP 2624369B2 JP 2303463 A JP2303463 A JP 2303463A JP 30346390 A JP30346390 A JP 30346390A JP 2624369 B2 JP2624369 B2 JP 2624369B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置の製造方法及びこれに用いるイオ
ン注入用マスク材料に関し、特に高ドーズ量のイオン注
入工程を有する半導体装置の製造方法及びこれに用いる
イオン注入用マスク材料に関する。
〔従来の技術〕
近年半導体装置の製造方法においてイオン注入はなく
てはならない技術となっている。特にCMOSLSIプロセス
において、イオン注入はウェルの形成,チャンネルスト
ッパーの形成,VTコントロール,ソース・ドレイン形
成,その他必要に応じて抵抗の形成というように不純物
の拡散はほとんどイオン注入になっている。従来イオン
注入のマスク材料は、イオン注入ドーズ量が少ないこと
もあってフォトリソグラフィで用いたレジストそのもの
であることが多かった。しかしながらMOSのソース・ド
レイン形成のようにドーズ量が1015〜1016cm-2程度にな
るとマスク材料は金属材料、主にアルミニウム(Al)で
あることが必要になった。その理由として、高ドーズ量
であるためにレジストが硬化し、イオン注入後のレジス
ト除去が難しかったこと,またレジストマスクの場合,
ウェーハ表面全体が絶縁物であるためチャージアップが
生じ,ゲート酸化膜破壊やイオン注入ドーズ量不足(結
果としてイオン注入抵抗の増加)になる問題があったこ
とがあげられる。
ここ最近ではレジストアッシング技術の改良,イオン
注入装置のチャージアップ防止機能(エレクトロフラッ
ドガン,エレクトロシャワー等)追加により、高ドーズ
量のイオン注入においてもレジストが用いられる傾向に
あるが、条件出しに多大な時間を費やし、また技術的に
もまだまだ問題があるためなかなか量産化が難しい状況
にある。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来MOSのソース・ドレイン形成のイオン注入のマス
ク材料はアルミニウム(Al)であるが、アルミニウムで
あるために次のような欠点がある。第3図(a)〜
(c),第4図(a)〜(c)はCMOSLSIの製造工程中
特にNチャンネルMOSトランジスタのソース・ドレイン
(N+層)形成時の様子を示したものである。第3図
(a)は平面図であり、PチャンネルMOSトランジスタ1
01とNチャンネルトランジスタ102が左右に並んでお
り、ゲート電極(ゲートポリシリコン)103が共通電位
となっている。また全面にはアルミニウム104が覆って
おり、PチャンネルMOSトランジスタ101領域はポジレジ
スト105で覆われている。
第3図(b),(c)は上記第3図(a)においてそ
れぞれA−A1,B−B1から見たところの断面図である。
第4図(a)は上記第3図(a)において前記ポジレ
ジスト105をマスクにNチャンネルMOSトランジスタ102
領域のアルミニウム104をホットリン酸等でウェットエ
ッチングを行なった後、ポジレジスト105を除去した様
子を表わしている。
第4図(b),(c)は第4図(a)においてそれぞ
れA−A1,B−B1から見たところの断面図である。
以上の工程において第3図(a)〜(c)および第4
図は(a)〜(c)からわかるようにゲート電極(ゲー
トポリシリコン)103上のアルミニウム104のカバレッジ
が悪いため、第4図(a)のようにアルミニウム104の
ウェットエッチングによりゲート電極(ゲートポリシリ
コン)103の側面に沿ってアルミニウムのエッチングが
異常に進む現象が起こる。アルミニウムの異常エッチン
グ(アルミニウムくさび106)はPチャンネルMOSトラン
ジスタ101の活性領域を露出させ次のヒ素イオン注入に
おいてヒ素イオンがPチャンネルMOSトランジスタ101の
活性領域に入り込み、結果としてMOSトランジスタのリ
ーク不良を引き起こす問題がある。特に微細化の進んだ
LSIに顕著に見られ、製造歩留りを著しく低下させるこ
とになる。
本発明の目的は、従来のアルミニウムマスクのウェッ
トエッチングで見られたアルミニウムくさびによるリー
ク問題が解決され、微細化に対応できる半導体装置の製
造方法およびその製造方法に使用するイオン注入用のマ
スク材料を提供することにある。
また高ドーズ量のイオン注入でレジスト単層のマスク
で問題となったチャージアップによるゲート酸化膜破壊
やイオン注入ドーズ量不足という課題についても同様解
決できる半導体装置の製造方法およびイオン注入用マス
ク材料を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の第1の発明の半導体装置の製造方法は、半導
体基板上に素子形成領域を区画するフィールド絶縁膜と
前記素子形成領域表面にゲート絶縁膜とをそれぞれ形成
する工程と、前記ゲート絶縁膜の所定部にゲート電極材
料層を選択的に形成したのちその表面を絶縁膜で覆う工
程と、全面に厚い有機樹脂膜,その上に薄い酸化シリコ
ンおよび金属膜を形成する工程と、前記金属膜上の所定
領域にフォトレジストをパターニングする工程と、前記
フォトレジストをマスクに前記金属膜および薄い酸化シ
リコンをエッチングする工程と、前記フォトレジストを
除去した後、前記金属膜および薄い酸化シリコンをマス
クに、前記厚い有機樹脂膜をエッチングする工程と、前
記フィールド絶縁膜,前記絶縁膜で覆われたゲート電極
材料層及び前記金属膜,薄い酸化シリコンおよび有機樹
脂膜をマスクに、不純物を前記半導体基板の所定領域に
注入する工程とを含んで構成される。
また、本発明の第2の発明の半導体装置の製造方法に
用いるイオン注入のマスク材料は、上層部に金属膜,中
間部に酸化シリコン膜,下層部に有機樹脂膜の三層構造
を有し、半導体装置製造時の高ドーズ量のイオン注入に
用いることを特徴として構成される。
また、本発明の第3の発明の半導体装置の製造方法に
用いるイオン注入のマスク材料は、上層部に金属膜,下
層部にポリイミド膜の二層構造を有し、半導体装置製造
時の高ドーズ量のイオン注入に用いることを特徴として
構成される。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。第1図
(a)〜(d)は本発明の一実施例を説明するための工
程順に配置した半導体集積回路装置の断面図である。先
ず、第1図(a)に示すように、P型シリコンからなる
半導体基板1の一主面の所定の領域にリン注入を行な
い、N2雰囲気中で長時間ドライブイン(押込み拡散)さ
せ、N型導電層(Nウェル)2を形成し、周知の選択酸
化技術により、フィールド領域に8000Å程度の厚い酸化
膜からなるフィールド絶縁膜4を形成して素子形成領域
を区画し、素子形成領域上に比較的薄い200〜500Å程度
の酸化膜からなるゲート絶縁膜5を形成する。次に約65
0℃のN2ないしAr雰囲気中でSiH4(モノシラン)の熱分
解により多結晶シリコン層を4000〜6000Å程度の厚さに
形成し、約920℃のリンの熱拡散により多結晶シリコン
層の抵抗を20Ω/□程度に下げる。次にゲート絶縁膜5
の所定部にゲート電極となる多結晶シリコン層6,7を選
択的に形成したのち、その表面を950℃程度で熱酸化さ
せ、500〜700Åの多結晶シリコンの酸化膜からなる絶縁
膜8を形成する。
次に、第1図(b)に示すように、全面に厚さ1.5μ
m程度のポジ型フォトレジスト9を塗布し、それを200
℃以上に加熱(ハードベーク)する。前記レジスト層の
上に、SOG(Spin on glass)を塗布し、薄い酸化シリコ
ン膜10を形成したのち、低温スパッタによりTi等の金属
膜11を約2000Å形成する。次に、前記金属膜11の上に、
パターン形成用のレジストを塗布し、それを露光し、現
像して、レジストパターン12とする。
次に、第1図(c)に示すように、前記レジストパタ
ーン12をマスクとして、金属膜11および酸化シリコン膜
10をそれぞれ反応性イオンエッチング(RIE:reactive i
on etching)によってエッチングする。この場合金属膜
11と酸化シリコン膜10は薄く、垂直方向のみにエッチン
グされるので、レジストのパターンが正確に転写され
る。
次にレジストパターン12を除去したのち、前記金属膜
11をマスクして、ポジ型フォトレジスト9を酸素を用い
たRIEでエッチングする。この場合にもエッチングは基
板面に対して垂直な方向にだけ進行するので、はじめの
パターンを正確に再現し、しかも垂直な壁を持ったレジ
ストパターンができ上がる。
以上上層部に金属膜11,中間層部に酸化シリコン膜10,
下層部にポジ型フォトレジスト9の三層構造を有するマ
スクに、ヒ素(As)13の高濃度イオン注入を例えば70ke
V,0.5〜1.0×1016cm-2程度行ない、NチャンネルMOSト
ランジスタのソース,ドレインを形成する。
次に第1図(d)に示すように金属膜11,酸化シリコ
ン膜10,ポジ型フォトレジスト9をそれぞれ除去したの
ち、洗浄を通して、約970℃程度のN2雰囲気の熱処理に
よりヒ素(As)を活性化させ、NチャンネルMOSトラン
ジスタのソース,ドレインとなるN+拡散層14を形成し、
一連の工程が完了する。
第2図(a),(b)は本発明の第2の実施例を説明
するための工程順に配置した半導体集積回路装置の断面
図である。
第2図(a)は本発明の第1の実施例における第1図
(a)の状態からイオン注入マスクとして、まず全面に
ポリイミド樹脂15を1.5〜2.0μm塗布したのち、約400
℃のポリイミドキュアを行ない、次に酸化シリコン膜を
介することなく、直接低温スパッタでTi等の金属膜11を
約2000Å形成する下地が耐熱性に優れたポリイミド樹脂
であるため、酸化シリコン膜を介することなく金属膜を
形成できる。
次に前記金属膜11の上にパターン形成用のレジストを
塗布し、それを露光し、現像して、レジストパターン12
とする。
次に第2図(b)に示すように前記レジストパターン
12をマスクとして、金属膜11をRIEによってエッチング
する。次にレジストパターン12を除去したのち、前記金
属膜11をマスクにして、前記ポリイミド樹脂を酸素に一
部四フッ化炭素(CF4)を添加し、RIEでエッチングして
マスクのパターニングを完了させる。その後の工程は第
1の実施例で示したように、ヒ素(As)の高濃度イオン
注入を行ない、マスクを除去したのち熱処理によりNチ
ャンネルMOSトランジスタのソース,ドレインとなるンN
+拡散層を形成する。
第2の実施例は第1の実施例に比較して、マスクの中
間層に酸化シリコン膜を介しないため、工程が短かくな
る利点がある。
第1の実施例および第2の実施例ともにMOSトランジ
スタのソース,ドレイン特にヒ素イオン注入のマスクの
例について述べたがあらゆる半導体集積回路装置に利用
でき、またイオン種もヒ素の他にリン(P),ボロン
(B,BF2)等のマスクに使用することができることは言
うまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、イオン注入のマスク形
成をRIEによりはじめのパターンを正確に転写し、しか
も垂直な壁を持ったマスクパターンができるので、従来
アルミニウムマスクのウェットエッチングで見られたア
ルミニウムくさびによるリークという問題は解決され、
微細化に対応したイオン注入のマスクを提供するもので
ある。
また高ドーズ量のイオン注入においてレジスト単層で
問題となったチャージアップによるゲート酸化膜破壊や
イオン注入ドーズ量不足という課題についても、本発明
のマスクは上層部が金属膜が形成されているため、チャ
ージアップが起こらない効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例を製造工
程順に示す断面図、第2図(a),(b)は本発明の第
2の実施例を製造工程順に示す断面図、第3図(a)〜
(c),第4図(a)〜(c)は従来方法を製造工程順
に示す図で第3図(a),第4図(a)は平面図、およ
び第3図(a),第4図(a)のそれぞれのA−A1,B−
B1の断面図である。 1……P型シリコン基板、2……Nウェル、3……P+
ャンネルストッパー、4……フィールド絶縁膜、5……
ゲート絶縁膜、6,7……多結晶シリコン層、8……多結
晶シリコン絶縁膜、9……ポジレジスト、10……酸化シ
リコン膜(SOG)、11……金属膜、12……パターン形成
用レジスト、13……ヒ素イオン、14……N+拡散層、15…
…ポリイミド樹脂、101〜PチャンネルMOSトランジス
タ、102〜NチャンネルMOSトランジスタ、103……ゲー
ト電極(ゲートポリシリコン)、104……アルミニウ
ム、105……ポジレジスト、106……アルミニウムくさ
び、107……ヒ素イオン(N+拡散層)。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に素子形成領域を区画するフ
    ィールド絶縁膜と前記素子形成領域表面にゲート絶縁膜
    とをそれぞれ形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の所定
    部にゲート電極材料層を選択的に形成したのちその表面
    を絶縁膜で覆う工程と、全面に厚い有機樹脂膜、その上
    に薄い酸化シリコンおよび金属膜を形成する工程と、前
    記金属膜上の所定領域にフォトレジストをパターニング
    する工程と、前記フォトレジストをマスクに前記金属膜
    および薄い酸化シリコン膜をエッチングする工程と、前
    記フォトレジストを除去した後、前記金属膜および薄い
    酸化シリコンをマスクに、前記厚い有機樹脂膜をエッチ
    ングする工程と、前記フィールド絶縁膜、前記絶縁膜で
    覆われたゲート電極材料層並びに前記金属膜、薄い酸化
    シリコン及び有機樹脂膜をマスクに、不純物を前記半導
    体基板の所定領域に注入する工程とを含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】上層部に金属膜、中間層部に酸化シリコン
    膜、下層部に有機樹脂膜の三層構造を有し半導体装置製
    造時の高ドーズ量のイオン注入に用いることを特徴とす
    るイオン注入用マスク材料。
  3. 【請求項3】上層部に金属膜、下層部にポリイミド樹脂
    膜の二層構造を有し半導体装置製造時の高ドーズ量のイ
    オン注入に用いることを特徴とするイオン注入用マスク
    材料。
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JPS61141126A (ja) * 1984-12-13 1986-06-28 Nec Corp イオン注入方法
JPH0282523A (ja) * 1988-09-19 1990-03-23 Nec Corp 半導体装置の製造方法

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