JP3263870B2 - 微細パターン導電層を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

微細パターン導電層を有する半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微細パターン導電層を
有する半導体装置の製造方法に係り、さらに詳しくは、
一般的な露光装置を用いて導電層を微細間隔でパターン
加工することが可能であり、たとえばSRAM(Static
Random Access Memory)用メモリセルのセル面積の
縮小化および高集積化が可能な半導体装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】ランダムに高速アクセスが可能で、DR
AMと異なりリフレッシュが不要な半導体記憶装置とし
て広く用いられているSRAMでは、記憶データの入出
力時の安定性(ノイズマージン)が高いことと、優れた
記憶保持特性とが望まれている。このような要望を満足
するSRAMとして、1メモリセルに対して2本のワー
ド線を持ち、駆動トランジスタおよびワードトランジス
タのゲート電極を構成する導電層が点対象パターン形状
を有するSRAMが開発されている。このSRAMで
は、導電層のパターンが単純で対象性を有していること
などの理由から、記憶データの入出力時の安定性(ノイ
ズマージン)が高く、記憶保持特性に優れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
SRAMでは、駆動トランジスタのゲート電極用導電層
と、ワードトランジスタのゲート電極となるワード線を
構成する導電層との間隔を、現在のホトリソグラフィ技
術の解像力で規定される寸法以上に設計する必要があ
り、たとえばその間隔を0.4μmまたは0.35μm
以下にすることはできなかった。しかも、1メモリセル
毎に2本のワード線を有するSRAMでは、ワード線と
駆動トランジスタのゲート電極との隙間を、各ワード線
毎に必要とする。このため、このSRAMでは、1メモ
リセルに対して1本のワード線を有するSRAMに比較
し、同一設計ルール(たとえば0.4μmまたは0.3
5μmルール)を採用した場合には、セル面積が増大
し、高集積化に適さないという課題を有している。
【0004】また、SRAM以外の半導体装置でも、高
集積化を図るためには、導電層を微細間隔でパターン加
工する必要がある。ところが、通常のg線またはi線を
用いる露光装置を用いたホトリソグラフィ技術では、
0.4ないし0.35μm以下の微細間隔に導電層をパ
ターン加工することはできなかった。
【0005】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、一般的な露光装置を用いて導電層を微細間隔でパタ
ーン加工することが可能であり、たとえばSRAM用メ
モリセルのセル面積の縮小化および高集積化が可能な半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置の製造方法は、パターン加工す
べき導電層の上に、この導電層をエッチング加工する際
のレジスト膜の一部として機能するレジスト補助層を成
膜する工程と、このレジスト補助層を、第1レジスト膜
により所定の第1パターンにエッチング加工する工程
と、レジスト補助層が取り除かれた導電層の表面に、レ
ジスト補助層の第1パターンに近接して、所定の第2パ
ターンの第2レジスト膜を成膜する工程と、上記第1パ
ターンのレジスト補助層と第2パターンの第2レジスト
膜をマスクとして、上記導電層をエッチング加工する工
程とを有する微細パターン導電層を有する。
【0007】本発明では、上記導電層は、たとえば半導
体基板の表面にゲート絶縁層を介して積層されたSRA
M用駆動トランジスタおよびワードトランジスタのゲー
ト電極となる。また、本発明では、上記駆動トランジス
タおよびワードトランジスタのゲート電極用導電層のパ
ターンが、SRAM用1メモリセル内で、点対象形状を
有し、上記駆動トランジスタのゲート電極用導電層のパ
ターン加工が、上記レジスト補助層および第2レジスト
膜のいずれか一方により行なわれ、上記ワードトランジ
スタのゲート電極用導電層のパターン加工が、上記レジ
スト補助層および第2レジスト膜のいずれか他方により
行なわれることが好ましい。
【0008】
【作用】本発明では、同一層内の導電層をエッチング加
工して微細間隔に配置された少なくとも二種類のパター
ンを得る際に、一方の第1パターンを有するレジスト補
助層を、第1レジスト膜によるエッチング加工により得
る。その後、レジスト補助層が取り除かれた導電層の表
面に、レジスト補助層の第1パターンに近接して、所定
の第2パターンの第2レジスト膜を成膜する。その後、
レジスト補助層と第2レジスト膜とをマスクとして、エ
ッチング加工を行なうことにより、従来のホトリソグラ
フィ技術で得られる間隔よりも狭い間隔で、第1パター
ンの導電層と、その第1パターンに近接する第2パター
ンの導電層とを形成することができる。たとえば、従来
では、露光装置の解像度上の制限から、0.35μm以
下の間隔で導電層をパターン加工することができなかっ
たのに対し、本発明では、同じ露光装置を用い、0.2
5μm以下の間隔で導電層をパターン加工することが可
能になる。
【0009】その結果、本発明では、半導体装置の高集
積化と、チップサイズの縮小化とが可能になり、生産性
の向上および高密度実装を達成できる。特に、本発明の
方法を用いて、1メモリセル毎に2本のワード線を有す
る点対象形状の導電層パターンを有する高性能SRAM
を製造すれば、メモリセルのセル面積を、5〜10%程
度縮小することが可能であり、より一層の高集積化、あ
るいはチップサイズの縮小化による生産性の向上および
高密度実装化が可能になる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る半導体装置の製
造方法について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図
1は本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法によ
り得られるSRAM用メモリセルの導電層パターンを示
す平面図、図2(A),(B),(C)は本発明の一実
施例に係る半導体装置の製造過程を示し、図1のii−ii
線に沿う断面図、図3はSRAMのメモリセルの等価回
路図である。
【0011】図1に示すように、本発明の一実施例に係
る製造方法により得られるSRAMでは、1メモリセル
内で、2本のワード線W1 ,W2 を有し、一対の駆動ト
ランジスタTrd1 ,Trd2 および一対のワードトランジ
スタTrw1 ,Trd2 のゲート電極用導電層2a,2b,
4a,4bのパターンが、点対象形状を有する。
【0012】この点対象形状パターンを有するSRAM
の一例を図3に示す。図3に示すSRAMでは、負荷ト
ランジスタTrl1 ,Trl2 として薄膜トランジスタ(T
FT)を用いている。図1では、負荷トランジスタT
rl1 ,Trl2 の図示を省略してある。負荷トランジスタ
rl1 ,Trl2 は、図1に示すパターン回路の上に、層
間絶縁層を介して立体的に配置される。
【0013】負荷トランジスタとしてTFTを用いたS
RAMのメモリセルは、図3に示すように、フリップフ
ロップ回路を構成する一対の駆動トランジスタTrd1
rd 2 と、メモリセルの選択用のワードトランジスタT
rw1 ,Trw2 と、TFTで構成される負荷トランジスタ
rl1 ,Trl2 とを有する。ワードトランジスタT
rw 1 ,Trw2 は、図1に示すワード線W1 ,W2 に生じ
るゲート電圧に応じて、トランジスタをオン状態とし、
駆動トランジスタTrd1 ,Trd2 で構成されるフリップ
フロップ回路に記憶してある情報をビット線bおよび反
転ビット線b’に送信するようになっている。
【0014】図1に示すように、一対の駆動トランジス
タTrd1 ,Trd2 をそれぞれ構成するゲート電極用導電
層4a,4bは、図3に示す回路を構成するために、コ
ンタクト6a,6bを通じて下層側のソース・ドレイン
領域用不純物拡散層8a,8bに接続される。なお、図
1中、符号10a,10bは、ビット線コンタクトであ
る。また、図3中、ccは電源電圧、Vw はワードトラ
ンジスタTrw1 ,Trw2 のゲートに印加される電圧であ
る。
【0015】次に、本実施例に係るSRAMの製造方法
について説明する。本実施例では、まず図2(A)に示
すように、半導体基板10を準備する。半導体基板10
は、シリコンウェーハなどで構成され、駆動トランジス
タおよびワードトランジスタをN型MOSトランジスタ
で構成する場合には、基板10の表面は、少なくともP
型にする。
【0016】次に、半導体基板10の表面に、窒化シリ
コン膜を用いた選択酸化法(LOCOS法)などで、素
子分離領域12を形成する。素子分離領域12の形成パ
ターンは、半導体基板10の表面に形成される不純物拡
散層のパターンに対応して決定される。次に、素子分離
領域12が形成されていない半導体基板10の表面に、
ゲート絶縁層14を形成する。
【0017】ゲート絶縁層14は、たとえば半導体基板
の表面を熱酸化することにより形成され、SiO2 など
で構成される。素子分離領域12の膜厚は、特に限定さ
れないが、たとえば800〜1000nm程度である。
ゲート絶縁層14の膜厚も特に限定されないが、たとえ
ば約40nm程度である。
【0018】次に、ゲート絶縁層14および素子分離領
域12の表面に、駆動トランジスタTrd1 ,Trd2 と、
ワードトランジスタTrw1 ,Trw2 のゲート電極層と成
る導電層16を成膜する。この導電層16は、たとえば
CVD法により成膜されたポリシリコン膜、あるいはシ
リサイドとポリシリコンとの積層構造であるポリサイド
膜などで構成される。この導電層16の膜厚も特に限定
されないが、たとえば200nm程度である。
【0019】次に、この導電層16の表面に、レジスト
補助層18を成膜する。レジスト補助層18は、その下
層側に位置する導電層16に対してエッチングレートが
相違する材質で構成され、たとえば、CVD法により成
膜される酸化シリコン層あるいは窒化シリコン層などの
絶縁膜で構成される。レジスト補助層18の膜厚は、特
に限定されないが、たとえば150nm程度である。
【0020】次に、レジスト補助層18の表面に、第1
レジスト膜20を成膜する。本実施例では、第1レジス
ト膜20は、図1に示す駆動トランジスタTrd1 ,T
rd2 用ゲート電極と成る導電層4a,4bのパターンに
加工される。次に、本実施例では、第1レジスト膜20
を用いて、レジスト補助層18を、RIEなどでエッチ
ング加工する。その結果、レジスト補助層18は、図1
に示す導電層4a,4bのパターンを有する。
【0021】その後、図2(B)に示すように、レジス
ト補助層18で覆われていない導電層16の表面に、レ
ジスト補助層18に近接して第2レジスト膜22を成膜
する。第2レジスト膜22の形成パターンは、図1に示
すワード線W1 ,W2 と成る導電層2a,2bを形成す
るパターンである。
【0022】次に、この第2レジスト膜22およびレジ
スト補助層18を用い、導電層16をRIEなどでエッ
チング加工すれば、図2(C)に示すように、ワード線
1,W2 と成る導電層2a,2bと、駆動トランジス
タTrd1 ,Trd2 用ゲート電極と成る導電層4a,4b
とを、きわめて狭間隔Lで作り込むことができる。
【0023】たとえば従来の技術では、間隔Lは、0.
4μm程度が限界であったのに対し、本実施例の方法に
よれば、0.25μm程度まで縮小することができる。
そのため、8.0μm2 のセル面積で、メモリセルの安
定性を示すセル・レシオ(駆動トランジスタとワードト
ランジスタとの能力比)が設計上4.0になり、十分に
大きい値を取る。従来の技術では、間隔Lを0.4μm
以下にすることができなかったため、同じセル・レシオ
を得ようとすると、セル面積が8.6μm2 となる。す
なわち、本実施例によれば、セル面積を7%程度縮小す
ることができる。
【0024】なお、本実施例では、間隔Lは、ホトリソ
グラフィ装置のアライメント精度と線幅加工精度との許
容する限り縮小することができ、場合によっては、0.
25μmよりさらに小さくすることも可能である。SR
AMを完成させる場合には、図2(C)に示す導電層2
aおよびレジスト補助層18の表面全体に、層間絶縁層
を成膜し、その上に、図3に示すSRAM回路を構成す
るために、TFTで構成される負荷トランジスタT
rl1 ,Trl2 およびビット線となるアルミニウムなどの
金属配線層を形成する。
【0025】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、上述した実施例のSRAMで
は、負荷トランジスタとしてTFTを用いたが、TFT
以外の通常のトランジスタあるいはポリシリコン膜を用
いた負荷抵抗などを用いることができる。
【0026】また、上述した実施例では、本発明の製造
方法を用いてSRAMを製造する場合について説明した
が、本発明の方法により製造される半導体装置は、SR
AMに限定されず、高集積化が必要とされる半導体装置
全てに対して適用することが可能である。
【0027】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、従来では、露光装置の解像度上の制限から、0.3
5μm以下の間隔で導電層をパターン加工することがで
きなかったのに対し、同じ露光装置を用い、0.25μ
m以下の間隔で導電層をパターン加工することが可能に
なる。
【0028】その結果、本発明では、半導体装置の高集
積化と、チップサイズの縮小化とが可能になり、生産性
の向上および高密度実装を達成できる。特に、本発明の
方法を用いて、1メモリセル毎に2本のワード線を有す
る点対象形状の導電層パターンを有する高性能SRAM
を製造すれば、メモリセルのセル面積を、5〜10%程
度縮小することが可能であり、より一層の高集積化、あ
るいはチップサイズの縮小化による生産性の向上および
高密度実装化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例に係る半導体装置の製
造方法により得られるSRAM用メモリセルの導電層パ
ターンを示す平面図である。
【図2】図2(A),(B),(C)は本発明の一実施
例に係る半導体装置の製造過程を示し、図1のii−ii線
に沿う断面図である。
【図3】図3はSRAMのメモリセルの等価回路図であ
る。
【符号の説明】
2a,2b,4a,4b… 導電層 6a,6b… コンタクト 8a,8b… ソース・ドレイン領域用不純物拡散層 10a,10b… コンタクト W1 ,W2 … ワード線 Trd1 ,Trd2 … 駆動トランジスタ Trw1 ,Trd2 … ワードトランジスタ Trl1 ,Trl2 … 負荷トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3065 H01L 27/11 H01L 21/8244

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パターン加工すべき導電層の上に、この
    導電層をエッチング加工する際のレジスト膜の一部とし
    て機能するレジスト補助層を成膜する工程と、 このレジスト補助層を、第1レジスト膜により所定の第
    1パターンにエッチング加工する工程と、 レジスト補助層が取り除かれた導電層の表面に、レジス
    ト補助層の第1パターンに近接して、所定の第2パター
    ンの第2レジスト膜を成膜する工程と、 上記第1パターンのレジスト補助層と第2パターンの第
    2レジスト膜をマスクとして、上記導電層をエッチング
    加工する工程とを有する微細パターン導電層を有する半
    導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記導電層が、半導体基板の表面にゲー
    ト絶縁層を介して積層されたSRAM用駆動トランジス
    タおよびワードトランジスタのゲート電極となることを
    特徴とする請求項1に記載の微細パターン導電層を有す
    る半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記駆動トランジスタおよびワードトラ
    ンジスタのゲート電極用導電層のパターンが、SRAM
    用1メモリセル内で、点対象形状を有し、上記駆動トラ
    ンジスタのゲート電極用導電層のパターン加工が、上記
    レジスト補助層および第2レジスト膜のいずれか一方に
    より行なわれ、上記ワードトランジスタのゲート電極用
    導電層のパターン加工が、上記レジスト補助層および第
    2レジスト膜のいずれか他方により行なわれることを特
    徴とする請求項2に記載の微細パターン導電層を有する
    半導体装置の製造方法。
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