JP3363802B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3363802B2
JP3363802B2 JP27184998A JP27184998A JP3363802B2 JP 3363802 B2 JP3363802 B2 JP 3363802B2 JP 27184998 A JP27184998 A JP 27184998A JP 27184998 A JP27184998 A JP 27184998A JP 3363802 B2 JP3363802 B2 JP 3363802B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSLSIの微細加工技術の進展に伴
い、大容量化、チップサイズの小型が進んでいる。
2. Description of the Related Art With the progress of microfabrication technology for MOSLSI, the capacity has been increased and the chip size has been reduced.

【0003】従来のMOSトランジスタの製造方法を図
7から図12を用いて説明する。図7から図12は、M
OSトランジスタ素子の工程断面図である。
A conventional method of manufacturing a MOS transistor will be described with reference to FIGS. 7 to 12 show M
FIG. 6 is a process sectional view of an OS transistor element.

【0004】まず、図7(a)に示す工程において、シ
リコン基板(100)のp型領域上に、熱酸化によりゲ
ート酸化膜(200)を形成する。
First, in a step shown in FIG. 7A, a gate oxide film (200) is formed on a p-type region of a silicon substrate (100) by thermal oxidation.

【0005】続いて図7(b)に示す工程において、ゲ
ート酸化膜(200)上に、低圧CVDによりポリシリ
コンPoly−Si(301)を1000Å程度の厚さ
に成膜し、POCl3の熱拡散によりリンドープを行
う。更に、Poly−Si(301)の上に、低圧CV
DによりタングステンシリサイドWSi2(302)を
1000Å程度の厚さに成膜する。
Subsequently, in a step shown in FIG. 7B, a polysilicon Poly-Si (301) film having a thickness of about 1000 Å is formed on the gate oxide film (200) by low pressure CVD, and thermal diffusion of POCl 3 is performed. To perform phosphorus dope. Furthermore, on the Poly-Si (301), low voltage CV
D is used to form a tungsten silicide WSi2 (302) in a thickness of about 1000Å.

【0006】次に、図7(c)に示す工程において、W
Si2(302)上に、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)の低圧分解によるシリコン酸化膜(400)を10
00〜2000Åの厚みに形成する。この酸化シリコン
膜(400)は、後に、ハードマスクとなる。
Next, in the step shown in FIG.
A silicon oxide film (400) formed by low pressure decomposition of TEOS (tetraethoxysilane) on Si2 (302)
It is formed to a thickness of 00 to 2000Å. This silicon oxide film (400) will later become a hard mask.

【0007】そして、図8(d)に示す工程において、
シリコン酸化膜(400)上に、BARC(bottom anti
reflective coat)膜(500)を形成する。これは、
平坦化作用のある有機膜で、不図示である、フィールド
酸化膜等による表面の凹凸を平坦化するものである。
Then, in the step shown in FIG.
On the silicon oxide film (400), BARC (bottom anti
A reflective coat) film (500) is formed. this is,
An organic film having a flattening action, which flattens surface irregularities (not shown) due to a field oxide film or the like.

【0008】図8(e)に示す工程において、BARC
膜(500)上に、ゲート電極を形成するためのレジス
ト(R1)を形成する。ここで、BARC膜(500)
膜を設けていることにより、表面が平坦化されているの
で、レジスト(R1)の線幅精度が高められている。
In the step shown in FIG. 8 (e), the BARC
A resist (R1) for forming a gate electrode is formed on the film (500). Here, BARC film (500)
Since the surface is flattened by providing the film, the line width accuracy of the resist (R1) is improved.

【0009】図9(f)に示す工程において、このレジ
スト(R1)をマスクにBARC膜(500)及びシリ
コン酸化膜(400)をエッチングすることにより、ハ
ードマスク(401)を形成する。ハードマスク(40
1)上に、同一形状で残ったBARC膜(500)は、
レジスト(R1)の剥離時に、一緒に除去される。
In the step shown in FIG. 9F, the hard mask (401) is formed by etching the BARC film (500) and the silicon oxide film (400) using this resist (R1) as a mask. Hard mask (40
1) The BARC film (500) that remained in the same shape on the
It is removed together when the resist (R1) is peeled off.

【0010】図9(g)に示す工程において、ハードマ
スク(401)をマスクに、WSi2(302)/Po
ly−Si(301)をエッチングすることにより、W
Si2/Poly−Si即ちポリサイド層からなるゲー
ト電極(300)を形成する。エッチングガスとして
は、ハロゲン系ガスを用いる。
In the step shown in FIG. 9G, the hard mask (401) is used as a mask and WSi 2 (302) / Po is used.
By etching ly-Si (301), W
A gate electrode (300) made of Si2 / Poly-Si, that is, a polycide layer is formed. A halogen-based gas is used as the etching gas.

【0011】ここで、ハードマスク(401)を用いた
ゲート電極(300)のエッチングは、超微細加工技術
の要素技術の一つである。異方性ドライエッチングで
は、マスク材とエッチングガスとが反応することによ
り、被エッチング膜の側壁にデポ物が生成し、これがエ
ッチング阻止膜として機能することでサイドエッチが小
さく抑えられる。この場合、マスクとして、感光性樹脂
であるレジストを用いた場合よりも、材料を選択したハ
ードマスク(401)を用いる方が、WSi2(30
2)/Poly−Si(301)からなるゲート電極
(300)の側壁デポ物のエッチング阻止効果が大き
く、加工精度が高い。同様に、感光性樹脂のレジストを
用いてゲート電極(300)のエッチングを行うより
も、ハードマスク(401)のエッチングを行う方が、
精度が高い。
Here, the etching of the gate electrode (300) using the hard mask (401) is one of the elemental techniques of the ultrafine processing technique. In the anisotropic dry etching, the mask material reacts with the etching gas to generate a deposit on the side wall of the film to be etched, which functions as an etching stop film to suppress the side etch to a small extent. In this case, WSi2 (30) is better when the hard mask (401) whose material is selected is used as the mask than when the resist which is the photosensitive resin is used.
2) The side wall deposited material of the gate electrode (300) composed of / Poly-Si (301) has a large effect of preventing etching, and the processing accuracy is high. Similarly, etching the hard mask (401) is more effective than etching the gate electrode (300) using a resist of photosensitive resin.
High accuracy.

【0012】図10(h)に示す工程において、これら
ハードマスク(401)及びゲート電極(300)をマ
スクにイオン注入を行う。イオン注入は、例えばn型を
示すリンのイオン打ち込みを10の13乗の低ドーズ量
で行う。これにより、ゲート電極(300)の直下以外
のシリコン基板(100)の領域に低濃度領域(10
1)を形成する。ゲート電極(300)の直下領域は、
p型のチャンネル領域となる。
In the step shown in FIG. 10H, ion implantation is performed using the hard mask (401) and the gate electrode (300) as a mask. Ion implantation is performed, for example, by ion-implanting phosphorus showing an n-type with a low dose amount of 10 <13>. As a result, a low concentration region (10) is formed in a region of the silicon substrate (100) other than directly under the gate electrode (300).
1) is formed. The region directly under the gate electrode (300) is
It becomes a p-type channel region.

【0013】超微細化構造においては、ゲート電極(3
00)は、WSi2(302)/Poly−Si(30
1)の厚みが1000Å/1000Åと薄い。これは、
膜が厚いと、その分、サイドエッチ量が大きくなり、精
度が低下するためと、凹凸を小さくして平平坦性を高め
るためである。このように、ゲート電極(300)が薄
いと、イオン注入時に、イオンがマスクを突き抜ける恐
れがあるが、マスクとして、ゲート電極(300)上に
ハードマスク(401)を積層したものを用いることに
より、イオンがマスクを突き抜けて、シリコン基板(1
00)へ注入されることを防ぐことができる。
In the ultra-miniaturized structure, the gate electrode (3
00) is WSi2 (302) / Poly-Si (30)
The thickness of 1) is as thin as 1000Å / 1000Å. this is,
This is because the thicker the film, the larger the side-etching amount and the lower the accuracy, and the smaller the unevenness and the higher the flatness and flatness. As described above, when the gate electrode (300) is thin, ions may penetrate through the mask during ion implantation. However, by using a hard mask (401) stacked on the gate electrode (300) as a mask, , Ions penetrate the mask, and the silicon substrate (1
00) can be prevented.

【0014】図10(i)に示す工程において、全面に
シリコン酸化膜を形成し、全面エッチバックを行うこと
により、ゲート電極(300)及びハードマスク(40
1)の側壁にスペーサ(600)を形成する。この時、
ゲート電極(300)及び側壁スペーサ(600)以外
のゲート酸化膜(200)も除去され、シリコン基板
(100)の表面が露出される。
In the step shown in FIG. 10I, a silicon oxide film is formed on the entire surface and the entire surface is etched back, so that the gate electrode (300) and the hard mask (40) are formed.
A spacer (600) is formed on the side wall of 1). This time,
The gate oxide film (200) other than the gate electrode (300) and the sidewall spacers (600) is also removed to expose the surface of the silicon substrate (100).

【0015】図11(j)に示す工程において、全面
に、シリコン酸化膜からなる保護膜(700)を200
Åの厚みに形成した上で、今度は側壁スペーサ(60
0)をマスクに加えて、リンのイオン打ち込みを10の
15乗程度の高ドーズ量で行うことにより、側壁スペー
サ(600)以外の領域に高濃度領域(102)を形成
する。側壁スペーサ(600)の直下領域は、低濃度領
域(101)が残存する。この結果、チャンネル領域
(103)の両側に低濃度領域(101)を挟んで高濃
度領域からなるソース及びドレイン領域(102)が形
成される。このような構造はLDD(lightly doped dra
in)と呼ばれる。なお、保護膜(700)は、リン以外
の不純物によりシリコン基板(100)の表面が汚染さ
れることを防ぐものである。
In the step shown in FIG. 11 (j), a protective film (700) made of a silicon oxide film is formed on the entire surface by 200
After forming to a thickness of Å, this time, the side wall spacer (60
0) is added to the mask, and phosphorus is ion-implanted at a high dose of about 10 15 to form a high concentration region (102) in a region other than the sidewall spacers (600). The low-concentration region (101) remains in the region immediately below the sidewall spacer (600). As a result, source and drain regions (102) composed of high concentration regions are formed on both sides of the channel region (103) with the low concentration region (101) interposed therebetween. Such a structure has an LDD (lightly doped dra
in) is called. The protective film (700) prevents the surface of the silicon substrate (100) from being contaminated by impurities other than phosphorus.

【0016】図11(k)に示す工程において、全面
に、厚さ300Åのシリコン窒化膜(801)及び厚さ
2000Åのシリコン酸化膜(802)を成膜し、層間
絶縁膜を形成する。
In the step shown in FIG. 11K, a silicon nitride film (801) having a thickness of 300Å and a silicon oxide film (802) having a thickness of 2000Å are formed on the entire surface to form an interlayer insulating film.

【0017】図12(l)に示す工程において、層間絶
縁膜(802)上に、コンタクトホール(CT)を形成
するためのレジスト(R2)を形成する。
In the step shown in FIG. 12 (l), a resist (R2) for forming a contact hole (CT) is formed on the interlayer insulating film (802).

【0018】図12(m)に示す工程において、レジス
ト(R2)をマスクとして層間絶縁膜(801,80
2)のエッチングを行うことにより、コンタクトホール
(CT)を形成した後、Al等をスパッタリングにより
成膜し、これをエッチングすることにより、ソース・ド
レイン領域(102)に接続する配線電極(900)を
形成する。コンタクトホール(CT)は大きめに形成さ
れる。コンタクトホール(CT)の形成は、シリコン酸
化膜からなる層間絶縁膜(802)、シリコン窒化膜か
らなる層間絶縁膜(801)及びシリコン酸化膜からな
る保護膜(700)とのエッチング選択比を利用して行
われる。即ち、エッチング中、保護膜(700)の谷底
部が露出されるまでの間、ゲート電極(300)を覆う
側壁スペーサ(600)やハードマスク(401)が、
保護膜(700)により保護された状態で、残存する。
その後、保護膜(700)がエッチング除去され、ソー
ス及びドレイン領域(102)が露出される。
In the step shown in FIG. 12 (m), the resist (R2) is used as a mask to form the interlayer insulating films (801, 80).
By forming the contact hole (CT) by performing the etching of 2), a film of Al or the like is formed by sputtering, and by etching this, a wiring electrode (900) connected to the source / drain region (102). To form. The contact hole (CT) is formed larger. The contact hole (CT) is formed by utilizing the etching selection ratio of the interlayer insulating film (802) made of a silicon oxide film, the interlayer insulating film (801) made of a silicon nitride film, and the protective film (700) made of a silicon oxide film. Done. That is, during etching, the sidewall spacer (600) and the hard mask (401) covering the gate electrode (300) are exposed until the valley bottom of the protective film (700) is exposed.
It remains while being protected by the protective film (700).
Then, the protective film (700) is removed by etching to expose the source and drain regions (102).

【0019】ここに挙げた構造は、SAC(self align
contact)と呼ばれ、チャンネル長が0.35μm程度の
超微細構造において採用される。コンタクトホール(C
T)は大きめに開口され、図12(l)に示す工程にお
いて、図に示すように、レジスト(R2)の位置がずれ
て、コンタクトホール(CT)の位置がずれても、ソー
ス・ドレイン領域(102)から完全に外れることな
く、配線電極(900)とソース・ドレイン領域(10
2)とのコンタクトが得られるようにされている。
The structures given here are SAC (self align
contact) and is used in an ultrafine structure with a channel length of about 0.35 μm. Contact hole (C
T) is slightly opened, and even if the position of the resist (R2) is displaced and the position of the contact hole (CT) is displaced in the step shown in FIG. The wiring electrode (900) and the source / drain regions (10) are not completely separated from (102).
The contact with 2) is made possible.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】図9(g)に示すエッ
チング工程において、ハードマスク(401)を用いた
エッチングでは、被エッチング膜であるゲート電極(3
00)を高精度にパターニングすることができるが、ハ
ードマスク(401)がエッチングガスと反応して縮小
し、膜減りを起こす。即ち、レジストに比べて、ハード
マスク(401)と、被エッチング膜であるWSi2
(302)/Poly−Si(301)のエッチング選
択比が小さい。ハードマスク(401)は、図10
(h)や図11(j)に示すイオン注入工程におけるマ
スクを兼ねており、ハードマスク(401)の膜減りが
生じると、リンイオンがマスクを突き抜けて、チャンネ
ル領域(103)にカウンタドープされ、閾値の変動、
オン/オフ比の低減等、素子特性を変化させてしまう。
In the etching process shown in FIG. 9 (g), in the etching using the hard mask (401), the gate electrode (3) which is the film to be etched is formed.
00) can be patterned with high precision, but the hard mask (401) reacts with the etching gas and shrinks, causing film loss. That is, compared to the resist, the hard mask (401) and the film to be etched, WSi2
The etching selectivity of (302) / Poly-Si (301) is small. The hard mask (401) is shown in FIG.
(H) and also as a mask in the ion implantation step shown in FIG. 11 (j), when the film thickness of the hard mask (401) is reduced, phosphorus ions penetrate the mask and are counter-doped into the channel region (103), Change in threshold,
The element characteristics are changed, such as reduction of the on / off ratio.

【0021】また、SAC構造においては、図12
(m)に示すように、ハードマスク(401)は、ゲー
ト電極(300)と配線電極(900)との層間絶縁層
を兼ねており、ハードマスク(401)の膜厚が低減す
ると、ゲート・ソース間、ゲート・ドレイン間のショー
トをもたらす。
Further, in the SAC structure, FIG.
As shown in (m), the hard mask (401) also serves as an interlayer insulating layer between the gate electrode (300) and the wiring electrode (900), and when the film thickness of the hard mask (401) is reduced, This causes a short circuit between the sources and between the gate and drain.

【0022】更に、これらの問題を解決するために、ハ
ードマスク(401)を厚くすると、その分、今度は、
ハードマスク(401)のサイドエッチ量が多くなり、
ハードマスク(401)形成の精度が低下する。
Further, in order to solve these problems, if the hard mask (401) is thickened, this time,
The side etch amount of the hard mask (401) increases,
The accuracy of forming the hard mask (401) decreases.

【0023】また、図8(e)に示すレジスト(R1)
形成工程において、BARC膜(500)上に形成され
るため、線幅精度は良い。しかしながら、BARC膜
(500)は酸素を用いてエッチングさるが、この際、
サイドエッチが生じるので、BARC膜(501)はマ
スクパターンよりも小さく形成される。従って、マスク
パターンをあらかじめ大きめに形成することで、目標の
線幅を得ているが、超微細構造においては、このように
マスクパターンを大きめに形成するための余地が無い場
合が多い。また、BARC膜(501)を用いない場合
は、下層のシリコン酸化膜(400)が透明であるた
め、露光時に、レジスト(R1)の下層で光散乱が生
じ、レジスト(R1)のエッジがぼけ、超微細加工の妨
げになる。
Further, the resist (R1) shown in FIG.
Since the BARC film (500) is formed in the forming step, the line width accuracy is good. However, although the BARC film (500) is etched using oxygen,
Since the side etch occurs, the BARC film (501) is formed smaller than the mask pattern. Therefore, although the target line width is obtained by forming the mask pattern in advance in a large size, there is often no room for forming the mask pattern in such a large size in the ultrafine structure. When the BARC film (501) is not used, since the lower silicon oxide film (400) is transparent, light scattering occurs in the lower layer of the resist (R1) during exposure, and the edge of the resist (R1) is blurred. , Hinders ultra-fine processing.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解
決するためになされ、基板上の半導体層と、ゲート絶縁
膜を挟んで半導体層に対向して形成されたゲート電極と
を有する半導体装置の製造方法において、前記ゲート電
極となる導電膜層上に第1のマスク層と第2のマスク層
を形成する工程と、前記第1のマスク層と前記第2のマ
スク層をマスクに、前記導電膜層をエッチングすること
により前記ゲート電極を形成する工程と、前記第1のマ
スク層と前記ゲート電極をマスクに不純物のイオン注入
を行うことにより、前記半導体層中に不純物注入領域を
形成する工程とを有する構成である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem and is a semiconductor having a semiconductor layer on a substrate and a gate electrode formed facing the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween. In the method of manufacturing a device, a step of forming a first mask layer and a second mask layer on the conductive film layer to be the gate electrode, and using the first mask layer and the second mask layer as a mask, A step of forming the gate electrode by etching the conductive film layer, and ion implantation of impurities using the first mask layer and the gate electrode as a mask to form an impurity implantation region in the semiconductor layer. And a step of performing.

【0025】これにより、第1のマスク層は、第2のマ
スク層により保護されているので、ゲート電極のエッチ
ング中に、第1のマスク層が、エッチングガスにより縮
小することが無く、従って、第1のマスク層を用いてゲ
ート電極をエッチングすることにより、高精度パターニ
ングが可能となる。
As a result, since the first mask layer is protected by the second mask layer, the first mask layer does not shrink due to the etching gas during the etching of the gate electrode, and therefore, By etching the gate electrode using the first mask layer, highly precise patterning becomes possible.

【0026】特に、前記導電膜層のエッチング時に、前
記第2のマスク層が除去される構成である。
In particular, the second mask layer is removed when the conductive film layer is etched.

【0027】これにより、装置の完成後に、不要な第2
のマスク層が残存することが無くなる。
As a result, after the completion of the device, the unnecessary second
No mask layer remains.

【0028】特に、前記導電膜層はポリサイド層からな
り、前記第2のマスク層はポリシリコン層からなる構成
である。
In particular, the conductive film layer is made of a polycide layer, and the second mask layer is made of a polysilicon layer.

【0029】これにより、第2のマスク層が光を反射す
るので、第2のマスク層を形成するための、レジスト
が、明確なエッジを有して形成される。
As a result, since the second mask layer reflects light, a resist for forming the second mask layer is formed with a clear edge.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかるMO
Sトランジスタ素子の製造方法を図1から図6の工程断
面図を用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION MO according to an embodiment of the present invention
A method of manufacturing the S transistor element will be described with reference to process sectional views of FIGS.

【0031】まず、図1(a)に示す工程において、シ
リコン基板(10)のp型領域上に、熱酸化によりゲー
ト酸化膜(20)を形成する。
First, in the step shown in FIG. 1A, a gate oxide film (20) is formed on a p-type region of a silicon substrate (10) by thermal oxidation.

【0032】続いて図1(b)に示す工程において、ゲ
ート酸化膜(20)上に、低圧CVDによりポリシリコ
ンPoly−Si(31)を1000Å程度の厚さに成
膜し、POCl3の熱拡散によりリンドープを行う。更
に、Poly−Si(31)の上に、低圧CVDにより
タングステンシリサイドWSi2(32)を1000Å
程度の厚さに成膜する。
Then, in the step shown in FIG. 1B, a polysilicon Poly-Si (31) film is formed on the gate oxide film (20) by low pressure CVD to a thickness of about 1000 Å, and POCl 3 is thermally diffused. To perform phosphorus dope. Furthermore, a tungsten silicide WSi2 (32) of 1000 Å is formed on the Poly-Si (31) by low pressure CVD.
The film is formed to a thickness of about.

【0033】次に、図1(c)に示す工程において、W
Si2(32)上に、TEOS(テトラエトキシシラ
ン)の低圧分解によりシリコン酸化膜(40)を100
0〜2000Åの厚みに形成する。このシリコン酸化膜
(40)は、後に、ハードマスクとなる。
Next, in the step shown in FIG.
A silicon oxide film (40) of 100 is formed on the Si2 (32) by low pressure decomposition of TEOS (tetraethoxysilane).
It is formed to a thickness of 0 to 2000Å. This silicon oxide film (40) will later become a hard mask.

【0034】そして、図2(d)に示す工程おいて、シ
リコン酸化膜(40)上に、本発明の補償膜(51)と
なるPoly−Si(50)を2000Å以下、例え
ば、1000Åの厚みに形成する。このPoly−Si
(50)は、ゲート電極であるPoly−Si(31)
と同じ低圧CVDにより成膜することができるが、リン
ドープは不要である。
Then, in the step shown in FIG. 2D, on the silicon oxide film (40), Poly-Si (50) which is the compensation film (51) of the present invention is 2000 Å or less, for example, 1000 Å in thickness. To form. This Poly-Si
(50) is Poly-Si (31) which is a gate electrode
It can be formed by the same low-pressure CVD method as described above, but phosphorus doping is unnecessary.

【0035】図2(e)に示す工程において、Poly
−Si(50)上に、ゲート電極を形成するためのレジ
スト(R1)を形成する。Poly−Si(50)は光
を反射するため、レジスト(R1)の露光時に、レジス
ト(R1)の下層における光干渉が抑えられるので、得
られるレジスト(R1)のエッジが明確になり、パター
ンの精度が高い。
In the step shown in FIG. 2 (e), Poly
A resist (R1) for forming a gate electrode is formed on -Si (50). Since the Poly-Si (50) reflects light, the light interference in the lower layer of the resist (R1) is suppressed during the exposure of the resist (R1), so that the edge of the obtained resist (R1) becomes clear and the pattern of High accuracy.

【0036】図3(f)に示す工程において、このレジ
スト(R1)をマスクにPoly−Si(50)及びシ
リコン酸化膜(40)をエッチングすることにより、ハ
ードマスク(41)及びその補償膜(51)を形成す
る。Poly−Si(50)のエッチングガスはハロゲ
ン系ガスを用い、シリコン酸化膜(40)のエッチング
ガスはフッ素系ガスを用い、サイドエッチがない。従っ
て、これら補償膜(51)/ハードマスク(41)が高
精度で形成される。特に、ハードマスク(41)は、ゲ
ート電極(30)の加工精度に直接影響を及ぼすが、膜
厚を大きくしていないので、高精度にパターニングされ
る。
In the step shown in FIG. 3F, the Poly-Si (50) and the silicon oxide film (40) are etched by using the resist (R1) as a mask to thereby form the hard mask (41) and its compensation film (41). 51) is formed. A halogen-based gas is used as the etching gas for the Poly-Si (50), and a fluorine-based gas is used as the etching gas for the silicon oxide film (40), and there is no side etching. Therefore, these compensation film (51) / hard mask (41) are formed with high accuracy. In particular, the hard mask (41) directly affects the processing accuracy of the gate electrode (30), but since the film thickness is not large, it is patterned with high accuracy.

【0037】図3(g)に示す工程において、ハードマ
スク(41)及び補償膜(51)をマスクに、WSi2
(32)/Poly−Si(31)をエッチングするこ
とにより、ポリサイドのゲート電極(30)を形成す
る。エッチングガスは、ハロゲンガスを用い、サイドエ
ッチが無く、ゲート電極(30)が高精度に形成され
る。
In the step shown in FIG. 3G, WSi 2 is used with the hard mask (41) and the compensation film (51) as masks.
A gate electrode (30) of polycide is formed by etching (32) / Poly-Si (31). A halogen gas is used as an etching gas, and there is no side etching, and the gate electrode (30) is formed with high precision.

【0038】この工程で、補償膜(51)は、エッチン
グガスによりエッチングされ、かつ、ゲート電極(3
0)膜よりも薄く形成されているので、ゲート電極(3
0)以外のWSi2(32)/Poly−Si(31)
とともに完全に除去される。このエッチングの大部分の
間、ハードマスク(41)は、補償膜(51)により保
護され、エッチングガスにさらされることがないので、
膜減りが防がれる。
In this step, the compensation film (51) is etched by the etching gas and the gate electrode (3
Since it is formed thinner than the (0) film, the gate electrode (3
WSi2 (32) / Poly-Si (31) other than 0)
Is completely removed together with. During most of this etching, the hard mask (41) is protected by the compensation film (51) and is not exposed to the etching gas,
Film loss is prevented.

【0039】図4(h)に示す工程において、これらハ
ードマスク(41)及びゲート電極(30)をマスクに
イオン注入を行う。イオン注入は、例えばn型を示すリ
ンのイオン打ち込みを10の13乗の低ドーズ量で行
う。これにより、ゲート電極(30)の直下以外のシリ
コン基板(10)の領域にn-型の低濃度領域(11)
を形成する。ゲート電極(30)の直下領域は、p-型
のチャンネル領域となる。
In the step shown in FIG. 4H, ion implantation is performed using the hard mask (41) and the gate electrode (30) as masks. Ion implantation is performed, for example, by ion-implanting phosphorus showing an n-type with a low dose amount of 10 <13>. As a result, the n − -type low concentration region (11) is formed in the region of the silicon substrate (10) other than directly under the gate electrode (30).
To form. The region directly under the gate electrode (30) becomes a p-type channel region.

【0040】超微細化構造においては、ゲート電極(3
0)は、WSi2(32)/Poly−Si(31)の
厚みが1000Å/1000Åと薄く、イオン注入時
に、イオンがマスクを通過する恐れがあるが、マスクと
して、ゲート電極(30)上にハードマスク(41)を
積層したものを用いることにより、イオンがマスクを突
き抜けて、シリコン基板(10)へ注入されることを防
ぐことができる。特に、本発明では、ハードマスク(4
1)は、前述の図3(g)の工程において、膜減りが防
がれており、十分な厚みを有しているので、突き抜け防
止の効果が顕著になる。
In the ultra-miniaturized structure, the gate electrode (3
In 0), the thickness of WSi2 (32) / Poly-Si (31) is as thin as 1000Å / 1000Å and ions may pass through the mask during ion implantation. By using the layered mask (41), it is possible to prevent ions from penetrating the mask and being implanted into the silicon substrate (10). Particularly, in the present invention, the hard mask (4
In 1), the film loss is prevented and the thickness is sufficient in the process of FIG. 3 (g) described above, so that the effect of preventing punch-through becomes remarkable.

【0041】図4(i)に示す工程において、全面にシ
リコン酸化膜を形成し、全面エッチバックを行うことに
より、ゲート電極(30)及びハードマスク(41)の
側壁にスペーサ(60)を形成する。この時、ゲート電
極(30)及び側壁スペーサ(60)以外のゲート酸化
膜(20)も除去され、シリコン基板(10)の表面が
露出される。
In the step shown in FIG. 4 (i), a silicon oxide film is formed on the entire surface and the entire surface is etched back to form spacers (60) on the side walls of the gate electrode (30) and the hard mask (41). To do. At this time, the gate oxide film (20) other than the gate electrode (30) and the sidewall spacers (60) is also removed, and the surface of the silicon substrate (10) is exposed.

【0042】図5(j)に示す工程において、全面に、
シリコン酸化膜からなる保護膜(70)を200Åの厚
みに形成した上で、今度は側壁スペーサ(50)をマス
クに加えて、リンのイオン打ち込みを10の15乗程度
の高ドーズ量で行うことにより、ゲート電極(30)、
側壁スペーサ(50)以外の領域にn+型の高濃度領域
(12)を形成する。側壁スペーサ(50)の直下領域
は、低濃度領域(11)が残存する。この結果、チャン
ネル領域(13)の両側に低濃度領域(11)を挟んで
高濃度領域(12)からなるソース及びドレイン領域が
形成される。
In the step shown in FIG. 5 (j), the entire surface is
After forming a protective film (70) made of a silicon oxide film to a thickness of 200Å, this time add a sidewall spacer (50) to the mask and perform phosphorus ion implantation at a high dose amount of about 10 15th power. The gate electrode (30),
An n + type high concentration region (12) is formed in a region other than the sidewall spacers (50). The low-concentration region (11) remains in the region immediately below the sidewall spacer (50). As a result, the source and drain regions composed of the high-concentration regions (12) are formed on both sides of the channel region (13) with the low-concentration regions (11) interposed therebetween.

【0043】図5(k)に示す工程において、全面に、
厚さに300Åのシリコン窒化膜(81)及び厚さ20
00Åのシリコン酸化膜(82)を成膜し、層間絶縁膜
を形成する。
In the step shown in FIG. 5K, the entire surface is
300 Å thick silicon nitride film (81) and thickness 20
A 00Å silicon oxide film (82) is formed to form an interlayer insulating film.

【0044】図6(l)に示す工程において、層間絶縁
膜(82)上に、コンタクトホール(CT)を形成する
ためのレジスト(R2)を形成する。
In the step shown in FIG. 6L, a resist (R2) for forming a contact hole (CT) is formed on the interlayer insulating film (82).

【0045】図6(m)に示す工程において、レジスト
(R2)をマスクとして層間絶縁膜(81,82)のエ
ッチングを行うことにより、コンタクトホール(CT)
を形成した後、Al等をスパッタリングにより成膜し、
これをエッチングすることにより、ソース・ドレイン領
域(12)に接続する配線電極(90)を形成する。
In the step shown in FIG. 6 (m), the contact hole (CT) is formed by etching the interlayer insulating film (81, 82) using the resist (R2) as a mask.
After forming, a film of Al or the like is formed by sputtering,
By etching this, a wiring electrode (90) connected to the source / drain region (12) is formed.

【0046】コンタクトホール(CT)の形成は、シリ
コン酸化膜からなる層間絶縁膜(82)、シリコン窒化
膜からなる層間絶縁膜(81)及びシリコン酸化膜から
なる保護膜(70)の間のエッチング選択比を利用して
行われる。即ち、エッチング中、保護膜(70)の底部
が露出されるまでの間、ゲート電極(30)を覆う側壁
スペーサ(60)やハードマスク(41)が、保護膜
(70)により保護された状態で、残存する。その後、
保護膜(70)がエッチング除去される。
The contact hole (CT) is formed by etching between the interlayer insulating film (82) made of a silicon oxide film, the interlayer insulating film (81) made of a silicon nitride film, and the protective film (70) made of a silicon oxide film. It is performed by utilizing the selection ratio. That is, during etching, the sidewall spacer (60) and the hard mask (41) covering the gate electrode (30) are protected by the protective film (70) until the bottom of the protective film (70) is exposed. And remains. afterwards,
The protective film (70) is removed by etching.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
より、ゲート電極のエッチングにハードマスクを用いた
超微細加工の半導体装置の製造方法において、ゲート電
極のエッチング時に、イオン注入時のマスクを兼ねるハ
ードマスクの膜厚が低減することなくなったので、イオ
ンの突き抜けにより、チャンネル領域がカウンタドープ
されることが防がれ、得られるの半導体素子の電気特性
が改善された。
As is apparent from the above description, according to the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device of ultrafine processing using the hard mask for etching the gate electrode, the mask for ion implantation is used for etching the gate electrode. Since the film thickness of the hard mask, which also serves as a mask, is not reduced, counter-doping of the channel region due to ion penetration is prevented, and the electrical characteristics of the obtained semiconductor element are improved.

【0048】また、配線電極とのコンタクトをセルフア
ラインにより形成した構造においても、配線電極とゲー
ト電極との層間絶縁層を兼ねるハードマスクの膜厚が低
減することが無いので、配線電極とゲート電極とのショ
ートが防止された。
Even in the structure in which the contact with the wiring electrode is formed by self-alignment, the film thickness of the hard mask that also serves as an interlayer insulating layer between the wiring electrode and the gate electrode is not reduced, so that the wiring electrode and the gate electrode are not reduced. Short circuit with was prevented.

【0049】更に、これらの効果は、ハードマスクを厚
くすることなく実現されたので、いっそうの微細化が可
能となった。
Further, since these effects are realized without increasing the thickness of the hard mask, further miniaturization is possible.

【0050】また、補償膜を、反射率を有するPoly
−Siにより形成することで、補償膜をエッチングする
ためのレジストのエッジが明確になり、精度が更に上が
る。
Further, the compensation film is made of Poly having a reflectance.
By forming with —Si, the edge of the resist for etching the compensation film becomes clear and the accuracy is further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 1 is a process sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 3 is a process cross-sectional view showing the method for manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 4 is a process sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 5 is a process sectional view showing the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the invention.

【図6】本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造
方法を示す工程断面図である。
FIG. 6 is a process cross-sectional view showing the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

【図7】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
7A to 7D are process cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図8】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
FIG. 8 is a process cross-sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device.

【図9】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面図
である。
FIG. 9 is a process cross-sectional view showing the method of manufacturing a conventional semiconductor element.

【図10】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
10A to 10D are process cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図11】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 11 is a process sectional view showing the method of manufacturing a conventional semiconductor device.

【図12】従来の半導体素子の製造方法を示す工程断面
図である。
FIG. 12 is a process sectional view showing the method of manufacturing a conventional semiconductor element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 20 ゲート酸化膜 30 ゲート電極 40 ハードマスク 50 補償膜 60 スペーサ 70 保護膜 81,82 層間絶縁膜 90 配線電極 10 Silicon substrate 20 Gate oxide film 30 gate electrode 40 hard mask 50 compensation film 60 spacers 70 Protective film 81,82 Interlayer insulation film 90 wiring electrodes

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−78987(JP,A) 特開 昭59−217328(JP,A) 特開 平4−30428(JP,A) 特開 平6−275574(JP,A) 特開 平9−246206(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/085 - 21/092 H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/3065 H01L 21/28 - 21/288 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-7-78987 (JP, A) JP-A-59-217328 (JP, A) JP-A-4-30428 (JP, A) JP-A-6-275574 (JP , A) JP-A-9-246206 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 27/085-21/092 H01L 21/8234-21/8238 H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/3065 H01L 21/28-21/288

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上の半導体層と、ゲート絶縁膜を挟
んで半導体層に対向して形成されたゲート電極とを有す
る半導体装置の製造方法において、 前記ゲート電極となる導電膜層上に第1のマスク層と第
2のマスク層を形成する工程と、前記第2のマスク層上に所定パターンのレジストを形成
する工程と、 前記レジストをマスクに前記第1及び第2のマスク層を
エッチングすることによりハードマスク及び補償膜を形
成する工程と、 前記ハードマスクが形成された前記導電膜層を、前記補
償膜と共に エッチングすることにより前記ゲート電極を
形成する工程と、 前記ハードマスクと前記ゲート電極をマスクに不純物の
イオン注入を行うことにより、前記半導体層中に不純物
注入領域を形成する工程とを有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor layer on a substrate; and a gate electrode formed to face the semiconductor layer with a gate insulating film interposed therebetween. Forming a first mask layer and a second mask layer, and forming a resist having a predetermined pattern on the second mask layer
And a step of forming the first and second mask layers using the resist as a mask.
Form the hard mask and compensation film by etching
And a step of forming the conductive film layer on which the hard mask is formed.
A step of forming the gate electrode by etching together with a compensation film, and a step of forming an impurity implantation region in the semiconductor layer by performing ion implantation of impurities using the hard mask and the gate electrode as masks. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記導電膜層はポリサイド層からなり、
前記第2のマスク層はポリシリコン層からなることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The conductive film layer comprises a polycide layer,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second mask layer is made of a polysilicon layer.
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