JPH10303312A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JPH10303312A JPH10303312A JP10053309A JP5330998A JPH10303312A JP H10303312 A JPH10303312 A JP H10303312A JP 10053309 A JP10053309 A JP 10053309A JP 5330998 A JP5330998 A JP 5330998A JP H10303312 A JPH10303312 A JP H10303312A
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- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
- H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
- H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
- H01L21/8232—Field-effect technology
- H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
- H01L21/823437—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes
- H01L21/82345—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the gate conductors, e.g. particular materials, shapes gate conductors with different gate conductor materials or different gate conductor implants, e.g. dual gate structures
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デュアルゲート電極の形状を同一に形成して
2素子間の特性が均一な半導体素子の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】半導体素子の製造方法は、基板21上にゲ
ート絶縁膜22を形成する工程と、ゲート絶縁膜22上
に真性半導体層を形成する工程と、真性半導体層を選択
的に除去して一定の間隙を有する第1及び第2ゲート電
極25、26を形成する工程と、第1ゲート電極25に
第1導電型の不純物イオンを注入する工程と、第2ゲー
ト電極25に第2導電型の不純物イオンを注入する工程
とを備える。
2素子間の特性が均一な半導体素子の製造方法を提供す
ること。 【解決手段】半導体素子の製造方法は、基板21上にゲ
ート絶縁膜22を形成する工程と、ゲート絶縁膜22上
に真性半導体層を形成する工程と、真性半導体層を選択
的に除去して一定の間隙を有する第1及び第2ゲート電
極25、26を形成する工程と、第1ゲート電極25に
第1導電型の不純物イオンを注入する工程と、第2ゲー
ト電極25に第2導電型の不純物イオンを注入する工程
とを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
方法に関し、特に多層レジスト工程を用いて半導体素子
におけるデュアルゲート電極を形成する方法に関する。
方法に関し、特に多層レジスト工程を用いて半導体素子
におけるデュアルゲート電極を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、集積回路を形成する素子のデザ
インルールによるサイズが次第に減少するに従って、半
導体素子の段差がパターン形成時に大きな制約となって
いる。
インルールによるサイズが次第に減少するに従って、半
導体素子の段差がパターン形成時に大きな制約となって
いる。
【0003】電子ビーム専用の単層レジストを用いた写
真食刻工程で段差を有する高集積半導体素子をパターニ
ングする場合には、ドライエッチングに対する耐性が減
少し、基板反射による散乱効果によって解像度が低下し
た。従って、単層レジストを用いて解像可能な素子も多
層レジストを用いた写真食刻工程でパターニングするよ
うにしている。
真食刻工程で段差を有する高集積半導体素子をパターニ
ングする場合には、ドライエッチングに対する耐性が減
少し、基板反射による散乱効果によって解像度が低下し
た。従って、単層レジストを用いて解像可能な素子も多
層レジストを用いた写真食刻工程でパターニングするよ
うにしている。
【0004】一方、段差の問題を解決するべく、2層又
は3層レジストを用いた多層レジスト(MLR)工程が
開発された。かかるMLR工程については米国特許N
o.5,169,494、No.4,826,943、
No.4,891,303に開示されている。
は3層レジストを用いた多層レジスト(MLR)工程が
開発された。かかるMLR工程については米国特許N
o.5,169,494、No.4,826,943、
No.4,891,303に開示されている。
【0005】以下、添付図面に基づき従来の半導体素子
の製造方法を説明する。図1A乃至図2Bは従来の半導
体素子の製造方法を示す工程断面図である。まず、図1
Aに示すように、半導体基板11の全面にゲート絶縁膜
12を形成し、そのゲート絶縁膜12上にゲート電極用
のポリシリコン13を形成する。ここで、ポリシリコン
13はアンドープド非晶質ポリシリコンである。次い
で、ポリシリコン13上に第1フォトレジスト14を塗
布した後、露光及び現像工程で第1フォトレジスト14
をパターニングする。
の製造方法を説明する。図1A乃至図2Bは従来の半導
体素子の製造方法を示す工程断面図である。まず、図1
Aに示すように、半導体基板11の全面にゲート絶縁膜
12を形成し、そのゲート絶縁膜12上にゲート電極用
のポリシリコン13を形成する。ここで、ポリシリコン
13はアンドープド非晶質ポリシリコンである。次い
で、ポリシリコン13上に第1フォトレジスト14を塗
布した後、露光及び現像工程で第1フォトレジスト14
をパターニングする。
【0006】図1Bに示すように、パターニングされた
第1フォトレジスト14をマスクとして用いてポリシリ
コン13の表面にn型の不純物イオンを注入する。図1
Cに示すように、第1フォトレジスト14を除去し、ポ
リシリコン13上に第2フォトレジスト15を塗布した
後、露光及び現像工程で第2フォトレジスト15をパタ
ーニングする。次いで、パターニングされた第2フォト
レジスト15をマスクとして用いてn型の不純物イオン
が注入されていないポリシリコン13の表面にp型の不
純物イオンを注入する。
第1フォトレジスト14をマスクとして用いてポリシリ
コン13の表面にn型の不純物イオンを注入する。図1
Cに示すように、第1フォトレジスト14を除去し、ポ
リシリコン13上に第2フォトレジスト15を塗布した
後、露光及び現像工程で第2フォトレジスト15をパタ
ーニングする。次いで、パターニングされた第2フォト
レジスト15をマスクとして用いてn型の不純物イオン
が注入されていないポリシリコン13の表面にp型の不
純物イオンを注入する。
【0007】図2Aに示すように、第2フォトレジスト
15を除去し、n型及びp型不純物が注入されたポリシ
リコン13のドープ剤を活性化及び拡散させるべく高温
でアニール工程を施す。次いで、アニール工程が終わっ
たポリシリコン13上に第3フォトレジスト16を塗布
した後、露光及び現像工程で第3フォトレジスト16を
パターニングする。
15を除去し、n型及びp型不純物が注入されたポリシ
リコン13のドープ剤を活性化及び拡散させるべく高温
でアニール工程を施す。次いで、アニール工程が終わっ
たポリシリコン13上に第3フォトレジスト16を塗布
した後、露光及び現像工程で第3フォトレジスト16を
パターニングする。
【0008】図2Bに示すように、パターニングされた
第3フォトレジスト16をマスクとして用いてポリシリ
コン13を選択的に除去してn型の不純物の注入された
第1ゲート電極17と、p型の不純物の注入された第2
ゲート電極18とを形成し、その後、第3フォトレジス
ト16を除去する。ここで、第1、第2ゲート電極(デ
ュアルゲート電極)17、18を形成するとき、n型及
びp型の不純物の注入されたポリシリコン13の食刻率
が異なるため、n型の不純物の注入されたポリシリコン
13からはネガティブ形状の第1ゲート電極17が形成
され、p型の不純物の注入されたポリシリコン13から
はポジティブ形状の第2ゲート電極18が形成される。
すなわち、第1、第2ゲート電極17、18が互いに異
なる形状に形成される。
第3フォトレジスト16をマスクとして用いてポリシリ
コン13を選択的に除去してn型の不純物の注入された
第1ゲート電極17と、p型の不純物の注入された第2
ゲート電極18とを形成し、その後、第3フォトレジス
ト16を除去する。ここで、第1、第2ゲート電極(デ
ュアルゲート電極)17、18を形成するとき、n型及
びp型の不純物の注入されたポリシリコン13の食刻率
が異なるため、n型の不純物の注入されたポリシリコン
13からはネガティブ形状の第1ゲート電極17が形成
され、p型の不純物の注入されたポリシリコン13から
はポジティブ形状の第2ゲート電極18が形成される。
すなわち、第1、第2ゲート電極17、18が互いに異
なる形状に形成される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の半導体素子の製造方法において、食刻率の差に因り互
いに異なる形状のデュアルゲート電極が形成されること
から、均一のゲート電極の臨界寸法(CD; Critical Dime
nsion)の確保が困難となって、2素子間の特性が不均衡
となるという問題点があった。
の半導体素子の製造方法において、食刻率の差に因り互
いに異なる形状のデュアルゲート電極が形成されること
から、均一のゲート電極の臨界寸法(CD; Critical Dime
nsion)の確保が困難となって、2素子間の特性が不均衡
となるという問題点があった。
【0010】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、デュアルゲート電極の形状を同一
に形成して2素子間の特性が均一な半導体素子の製造方
法を提供することを目的とする。
なされたものであり、デュアルゲート電極の形状を同一
に形成して2素子間の特性が均一な半導体素子の製造方
法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1に記載の半導体素子の製造方法は、基板上
にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上
に真性半導体層を形成する工程と、前記真性半導体層を
選択的に除去して一定の間隙を有する第1及び第2ゲー
ト電極を形成する工程と、前記第1ゲート電極に第1導
電型の不純物イオンを注入する工程と、前記第2ゲート
電極に第2導電型の不純物イオンを注入する工程とを備
えることを要旨とする。
めの請求項1に記載の半導体素子の製造方法は、基板上
にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上
に真性半導体層を形成する工程と、前記真性半導体層を
選択的に除去して一定の間隙を有する第1及び第2ゲー
ト電極を形成する工程と、前記第1ゲート電極に第1導
電型の不純物イオンを注入する工程と、前記第2ゲート
電極に第2導電型の不純物イオンを注入する工程とを備
えることを要旨とする。
【0012】請求項2に記載の半導体素子の製造方法
は、基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜上に真性半導体層を形成する工程と、前記真性
半導体層を選択的に食刻して一定の間隙を有する第1及
び第2ゲート電極を形成する工程と、前記第1及び第2
ゲート電極の両側におけるゲート絶縁膜上に前記第1、
第2ゲート電極の表面と同じ高さを有する第1レジスト
膜を形成する工程と、前記第1レジスト膜、第1及び第
2ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記第2ゲ
ート電極の上方において絶縁膜上に第2レジスト膜を形
成する工程と、前記第2レジスト膜をマスクとして用い
て前記第1ゲート電極に第1導電型の不純物イオンを注
入する工程と、前記第2レジスト膜を除去し、前記第1
ゲート電極の上方において前記絶縁膜上に第3レジスト
膜を形成する工程と、前記第3レジスト膜をマスクとし
て用いて前記第2ゲート電極に第2導電型の不純物イオ
ンを注入する工程と、前記第3レジスト膜、絶縁膜、及
び第1レジスト膜を除去する工程とを備えることを要旨
とする。
は、基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲー
ト絶縁膜上に真性半導体層を形成する工程と、前記真性
半導体層を選択的に食刻して一定の間隙を有する第1及
び第2ゲート電極を形成する工程と、前記第1及び第2
ゲート電極の両側におけるゲート絶縁膜上に前記第1、
第2ゲート電極の表面と同じ高さを有する第1レジスト
膜を形成する工程と、前記第1レジスト膜、第1及び第
2ゲート電極上に絶縁膜を形成する工程と、前記第2ゲ
ート電極の上方において絶縁膜上に第2レジスト膜を形
成する工程と、前記第2レジスト膜をマスクとして用い
て前記第1ゲート電極に第1導電型の不純物イオンを注
入する工程と、前記第2レジスト膜を除去し、前記第1
ゲート電極の上方において前記絶縁膜上に第3レジスト
膜を形成する工程と、前記第3レジスト膜をマスクとし
て用いて前記第2ゲート電極に第2導電型の不純物イオ
ンを注入する工程と、前記第3レジスト膜、絶縁膜、及
び第1レジスト膜を除去する工程とを備えることを要旨
とする。
【0013】請求項3に記載の半導体素子の製造方法
は、前記絶縁膜は250℃以下で形成することを要旨と
する。
は、前記絶縁膜は250℃以下で形成することを要旨と
する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
一実施の形態の半導体素子の製造方法を詳細に説明す
る。
一実施の形態の半導体素子の製造方法を詳細に説明す
る。
【0015】図3A乃至図4Bは本発明の一実施の形態
の半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。ま
ず、図3Aに示すように、半導体基板21上にゲート絶
縁膜22を形成し、ゲート絶縁膜22を含む半導体基板
21の全面にゲート電極用の真性半導体層としてのアン
ドープド非晶質ポリシリコン23を形成する。次いで、
ポリシリコン23上にフォトレジストを24を塗布した
後、露光及び現像工程でフォトレジスト24をパターニ
ングする。
の半導体素子の製造方法を示す工程断面図である。ま
ず、図3Aに示すように、半導体基板21上にゲート絶
縁膜22を形成し、ゲート絶縁膜22を含む半導体基板
21の全面にゲート電極用の真性半導体層としてのアン
ドープド非晶質ポリシリコン23を形成する。次いで、
ポリシリコン23上にフォトレジストを24を塗布した
後、露光及び現像工程でフォトレジスト24をパターニ
ングする。
【0016】図3Bに示すように、パターニングされた
フォトレジスト24をマスクとして用いてポリシリコン
23を選択的に除去して一定の間隙を有する第1ゲート
電極25と第2ゲート電極26とを形成する。
フォトレジスト24をマスクとして用いてポリシリコン
23を選択的に除去して一定の間隙を有する第1ゲート
電極25と第2ゲート電極26とを形成する。
【0017】図3Cに示すように、フォトレジスト24
を除去し、第1及び第2ゲート電極25、26を含む半
導体基板21の全面に下層レジスト膜27を塗布する。
図4Aに示すように、第1及び第2ゲート電極25、2
6の表面と同じ高さになるよう下層レジスト膜27に平
坦化工程を施す。ここで、平坦化工程はエッチバック工
程又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程等
を使用する。次いで、平坦化工程が完了した下層レジス
ト膜27を含む半導体基板21の全面にエンドポイント
用として250℃以下(好ましくは、250℃〜100
℃、より好ましくは250℃〜150℃、最適には25
0℃〜200℃の範囲)の温度で絶縁膜28を形成し、
次いで、絶縁膜28上に第1上層レジスト膜29を塗布
する。これにより、絶縁膜28の下層がベーキングされ
ることを防止することができる。
を除去し、第1及び第2ゲート電極25、26を含む半
導体基板21の全面に下層レジスト膜27を塗布する。
図4Aに示すように、第1及び第2ゲート電極25、2
6の表面と同じ高さになるよう下層レジスト膜27に平
坦化工程を施す。ここで、平坦化工程はエッチバック工
程又はCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程等
を使用する。次いで、平坦化工程が完了した下層レジス
ト膜27を含む半導体基板21の全面にエンドポイント
用として250℃以下(好ましくは、250℃〜100
℃、より好ましくは250℃〜150℃、最適には25
0℃〜200℃の範囲)の温度で絶縁膜28を形成し、
次いで、絶縁膜28上に第1上層レジスト膜29を塗布
する。これにより、絶縁膜28の下層がベーキングされ
ることを防止することができる。
【0018】図4Bに示すように、第1上層レジスト膜
29を露光及び現像工程でパターニングし、パターニン
グされた第1上層レジスト膜29をマスクとして用いて
第1ゲート電極25の表面にn型の不純物イオンの注入
工程を施す。ここで、n型の不純物イオンは5〜100
KeVのエネルギー及び1E15〜1E16のドーズ量の
条件で注入される。
29を露光及び現像工程でパターニングし、パターニン
グされた第1上層レジスト膜29をマスクとして用いて
第1ゲート電極25の表面にn型の不純物イオンの注入
工程を施す。ここで、n型の不純物イオンは5〜100
KeVのエネルギー及び1E15〜1E16のドーズ量の
条件で注入される。
【0019】図5Aに示すように、第1上層レジスト膜
29を除去し、半導体基板21の全面に第2上層レジス
ト膜30を塗布した後、露光及び現像工程で第2上層レ
ジスト膜30をパターニングする。次いで、パターニン
グされた第2上層レジスト膜30をマスクとして用いて
第2ゲート電極26の表面にp型の不純物イオンを注入
する。ここで、p型の不純物イオンは5〜100KeVの
エネルギー及び1E15〜1E16のドーズ量の条件で
注入される。
29を除去し、半導体基板21の全面に第2上層レジス
ト膜30を塗布した後、露光及び現像工程で第2上層レ
ジスト膜30をパターニングする。次いで、パターニン
グされた第2上層レジスト膜30をマスクとして用いて
第2ゲート電極26の表面にp型の不純物イオンを注入
する。ここで、p型の不純物イオンは5〜100KeVの
エネルギー及び1E15〜1E16のドーズ量の条件で
注入される。
【0020】図5Bに示すように、第2上層レジスト膜
30を除去し、絶縁膜28を湿式食刻工程で除去する。
次いで、下層レジスト膜27を除去し、第1及び第2ゲ
ート電極25、26にそれぞれ注入されたn型及びp型
の不純物のドープ剤を活性化及び拡散のために高温でア
ニール工程を施す。
30を除去し、絶縁膜28を湿式食刻工程で除去する。
次いで、下層レジスト膜27を除去し、第1及び第2ゲ
ート電極25、26にそれぞれ注入されたn型及びp型
の不純物のドープ剤を活性化及び拡散のために高温でア
ニール工程を施す。
【0021】上述したように、一実施の形態の半導体素
子の製造方法においては、真性半導体層としてのポリシ
リコン23をパターニングして第1及び第2のゲート電
極25、26を形成し、多層レジスト膜を用いて絶縁膜
28を介してn型及びP型の不純物イオンを第1及び第
2のゲート電極25、26に注入することにより、同じ
形状のデュアルゲート電極を形成することができる。こ
の結果、2素子間の特性を均一にすることができる。
子の製造方法においては、真性半導体層としてのポリシ
リコン23をパターニングして第1及び第2のゲート電
極25、26を形成し、多層レジスト膜を用いて絶縁膜
28を介してn型及びP型の不純物イオンを第1及び第
2のゲート電極25、26に注入することにより、同じ
形状のデュアルゲート電極を形成することができる。こ
の結果、2素子間の特性を均一にすることができる。
【0022】
【発明の効果】本発明の半導体素子の製造方法において
は以下のような効果がある。請求項1、2に記載の発明
によれば、真性半導体層を形成してパターニングするこ
とにより、同じ形状のデュアルゲート電極を形成して2
素子間の特性を均一にすることができる。
は以下のような効果がある。請求項1、2に記載の発明
によれば、真性半導体層を形成してパターニングするこ
とにより、同じ形状のデュアルゲート電極を形成して2
素子間の特性を均一にすることができる。
【0023】請求項3に記載の発明によれば、絶縁膜を
250℃以下の低温度で形成するため、下層がベーキン
グされることを防止することができる。
250℃以下の低温度で形成するため、下層がベーキン
グされることを防止することができる。
【図1】A〜Cは従来の半導体素子の製造方法を示す工
程断面図。
程断面図。
【図2】A、Bは従来の半導体素子の製造方法を示す工
程断面図。
程断面図。
【図3】A〜Cは本発明の一実施の形態の半導体素子の
製造方法を示す工程断面図。
製造方法を示す工程断面図。
【図4】A、Bは本発明の一実施の形態の半導体素子の
製造方法を示す工程断面図。
製造方法を示す工程断面図。
【図5】A、Bは本発明の一実施の形態の半導体素子の
製造方法を示す工程断面図。
製造方法を示す工程断面図。
21 半導体基板 22 ゲート絶縁膜 23 真性半導体層としてのポリシリコン 24 フォトレジスト 25 第1ゲート電極 26 第2ゲート電極 27 第1レジスト膜としての下層レジスト膜 28 絶縁膜 29 第2レジスト膜としての第1上層レジスト膜 30 第3レジスト膜としての第2上層レジスト膜
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記ゲート絶縁膜上に真性半導体層を形成する工程と、 前記真性半導体層を選択的に除去して一定の間隙を有す
る第1及び第2ゲート電極を形成する工程と、 前記第1ゲート電極に第1導電型の不純物イオンを注入
する工程と、 前記第2ゲート電極に第2導電型の不純物イオンを注入
する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の製造
方法。 - 【請求項2】 基板上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、 前記ゲート絶縁膜上に真性半導体層を形成する工程と、 前記真性半導体層を選択的に食刻して一定の間隙を有す
る第1及び第2ゲート電極を形成する工程と、 前記第1及び第2ゲート電極の両側におけるゲート絶縁
膜上に前記第1、第2ゲート電極の表面と同じ高さを有
する第1レジスト膜を形成する工程と、 前記第1レジスト膜、第1及び第2ゲート電極上に絶縁
膜を形成する工程と、 前記第2ゲート電極の上方において絶縁膜上に第2レジ
スト膜を形成する工程と、 前記第2レジスト膜をマスクとして用いて前記第1ゲー
ト電極に第1導電型の不純物イオンを注入する工程と、 前記第2レジスト膜を除去し、前記第1ゲート電極の上
方において前記絶縁膜上に第3レジスト膜を形成する工
程と、 前記第3レジスト膜をマスクとして用いて前記第2ゲー
ト電極に第2導電型の不純物イオンを注入する工程と、 前記第3レジスト膜、絶縁膜、及び第1レジスト膜を除
去する工程とを備えることを特徴とする半導体素子の製
造方法。 - 【請求項3】 前記絶縁膜は250℃以下で形成するこ
とを特徴とする請求項2記載の半導体素子の製造方法。
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