JPH1187637A - Semiconductor device and method of its manufacture - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特にメモリセルと周辺回路またはラ
ンダムロジック回路とを同一の半導体基板上に有する半
導体装置及びその製造方法に関するものである。The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、メモリセルとランダムロジック回
路とを同一半導体基板に混載する半導体装置が注目され
ている。この半導体装置においては、LSIチップに大
容量のメモリセルがアレイ状に集積形成され、同一のL
SIチップにランダムロジック回路が形成されている。
上記ランダムロジック回路では、図4(a)に示すよう
な孤立したパターン(孤立パターン)が必要とされ、一
方、上記メモリセルでは、図4(b)に示すような周期
性のある繰り返しパターン(周期パターン)が必要とさ
れている。2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to a semiconductor device in which a memory cell and a random logic circuit are mixedly mounted on the same semiconductor substrate. In this semiconductor device, large-capacity memory cells are formed in an LSI chip in an array,
A random logic circuit is formed on the SI chip.
The random logic circuit requires an isolated pattern (isolated pattern) as shown in FIG. 4A, while the memory cell requires a periodic repetitive pattern (an isolated pattern) as shown in FIG. Periodic pattern) is required.
【0003】通常、半導体装置においてパターンを形成
する場合、フォトリソグラフィ法が用いられる。このフ
ォトリソグラフィ法では、光露光法によってフォトレジ
スト膜にパターンを転写し、この転写によってレジスト
パターンを形成した後、上記レジストパターンをマスク
としてエッチングが行われる。Usually, when a pattern is formed in a semiconductor device, a photolithography method is used. In this photolithography method, a pattern is transferred to a photoresist film by a light exposure method, a resist pattern is formed by this transfer, and then etching is performed using the resist pattern as a mask.
【0004】ところが、フォトリソグラフィ法によっ
て、加工可能寸法近傍のパターンを加工しようとする条
件では、微細加工パターンのサイズと露光装置で用いら
れる光の波長が同程度であるため、近接効果あるいは光
の干渉効果が発生する。However, under the condition that a pattern in the vicinity of the processable size is to be processed by the photolithography method, the proximity effect or the light intensity of the light is used because the size of the fine processing pattern and the wavelength of the light used in the exposure apparatus are almost the same. An interference effect occurs.
【0005】上述のメモリセルとランダムロジック回路
とを同一半導体基板上に混載する半導体装置において、
メモリセルの周期パターンに対して最適化されたフォト
リソグラフィの露光条件を上記半導体基板に用いると、
ランダムロジック回路の孤立パターンに対しては、最適
な露光条件とは異なるために、上記近接効果あるいは光
の干渉効果等により、製造上のプロセスマージンが損な
われてしまう。そこで、従来の半導体装置においては、
メモリセルとランダムロジック回路の双方を考慮した照
射条件にて露光を行うため、メモリセルのゲートパター
ンがランダムロジック回路(周辺回路)のゲートパター
ンに比べて、微細となっている場合がほとんどである。In a semiconductor device in which a memory cell and a random logic circuit are mounted on the same semiconductor substrate,
When the exposure conditions of photolithography optimized for the periodic pattern of the memory cell are used for the semiconductor substrate,
For an isolated pattern of a random logic circuit, the optimum exposure conditions are different, and the proximity effect or light interference effect deteriorates the manufacturing process margin. Therefore, in a conventional semiconductor device,
Since exposure is performed under irradiation conditions that take into account both the memory cell and the random logic circuit, the gate pattern of the memory cell is often finer than the gate pattern of the random logic circuit (peripheral circuit). .
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
混載型半導体装置において、上記フォトリソグラフィ法
によって大容量のメモリを集積して製造しようとする
と、メモリセル内では、最小加工可能寸法近傍のライン
とスペースがほぼ1:1であるゲートパターンを形成す
る必要がある。一方、ランダムロジック回路が形成され
る周辺回路部分では、半導体装置の動作速度を向上させ
ねばならないため、メモリセル内と同等、もしくは10
%程度細い微細なゲートパターンを形成することが望ま
れる。However, in the above-mentioned hybrid type semiconductor device, if a large-capacity memory is to be integrated and manufactured by the above-described photolithography method, a line near the minimum processable dimension is formed in the memory cell. It is necessary to form a gate pattern having a space of approximately 1: 1. On the other hand, in the peripheral circuit portion where the random logic circuit is formed, the operation speed of the semiconductor device must be improved, so that it is equivalent to that in the memory cell, or 10%.
It is desired to form a fine gate pattern as thin as about%.
【0007】ここで図14に、周期パターンに対して最
適化した露光量とデフォーカスの関係(ドーズフォーカ
ス余裕度)及び孤立パターンに対するそれを示す。図
中、実線で囲まれた領域が、特に±10%の寸法変動を
許容した場合の露光量とデフォーカスの関係である。こ
れより、最適な露光条件が周期パターンと孤立パターン
とでは異なることがわかる。FIG. 14 shows the relationship between the exposure amount and the defocus (dose focus margin) optimized for the periodic pattern and the relationship for the isolated pattern. In the drawing, a region surrounded by a solid line is a relationship between the exposure amount and the defocus when a dimensional change of ± 10% is particularly allowed. From this, it can be seen that the optimum exposure conditions are different between the periodic pattern and the isolated pattern.
【0008】このように最適なドーズフォーカス余裕度
が異なるため、上述のような要求を満足する微細な周期
パターンと孤立パターンとを同時に形成しようとする
と、一方のドーズマージンが失われる。したがって、目
標とする微細な周期パターンと孤立パターンとを同時に
形成することは、非常に困難である。As described above, since the optimum dose focus margins are different, if a fine periodic pattern and an isolated pattern satisfying the above requirements are simultaneously formed, one dose margin is lost. Therefore, it is very difficult to simultaneously form a target fine periodic pattern and an isolated pattern.
【0009】そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされ
たものであり、メモリセルとランダムロジック回路(周
辺回路)とを同一の半導体基板上に有する半導体装置に
おいて、上記メモリセルが形成される部分ではデザイン
ルール近傍のスペース部分とライン部分とがほぼ1:1
であるパターンが形成でき、ランダムロジック回路(周
辺回路)が形成される部分ではデザインルール以下のパ
ターンを形成すること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。In view of the above, the present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and in a semiconductor device having a memory cell and a random logic circuit (peripheral circuit) on the same semiconductor substrate, a portion where the memory cell is formed Then, the space part and the line part near the design rule are almost 1: 1
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which a pattern having the following design rule can be formed and a pattern having a design rule or less can be formed in a portion where a random logic circuit (peripheral circuit) is formed.
【0010】また、上述の半導体装置においては、メモ
リセルとランダムロジック回路(周辺回路)のゲート電
極を形成し、引き続いて半導体基板全面に層間絶縁膜を
堆積した後、微細な繰り返しパターンを有するメモリセ
ル部分については、この層間絶縁膜にゲート電極と自己
整合する開口部を形成するセルフアラインコンタクトの
プロセスが一般的に採用されている。ここで、この開口
部の形成時に、上記ゲート電極を形成する導電膜を侵食
することがないように、ゲート電極上にエッチングスト
ッパとして働く絶縁膜を設ける必要がある。然るに、こ
うした絶縁膜がランダムロジック回路部分のゲート電極
上にも形成されると、ゲート電極と配線間の寄生容量が
増大してその動作速度が阻害される傾向がある。In the above-described semiconductor device, a memory cell and a gate electrode of a random logic circuit (peripheral circuit) are formed, an interlayer insulating film is successively deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and then a memory having a fine repetitive pattern is formed. For the cell portion, a self-aligned contact process for forming an opening in the interlayer insulating film that is self-aligned with the gate electrode is generally employed. Here, when the opening is formed, it is necessary to provide an insulating film serving as an etching stopper on the gate electrode so as not to erode the conductive film forming the gate electrode. However, if such an insulating film is also formed on the gate electrode of the random logic circuit portion, the parasitic capacitance between the gate electrode and the wiring tends to increase, and the operation speed tends to be hindered.
【0011】そこで本発明は、メモリセルとランダムロ
ジック回路(周辺回路)とを同一の半導体基板上に有す
る半導体装置において、ゲート電極を形成し層間絶縁膜
を形成した後、セルフアラインコンタクト用の開口部を
形成する際に、上記メモリセル部分のゲート電極上には
エッチングストッパとして十分な膜厚の絶縁膜を有する
とともに、上記ランダムロジック回路部分ではゲート電
極と配線間の寄生容量の増大が抑制された半導体装置を
提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a semiconductor device having a memory cell and a random logic circuit (peripheral circuit) on the same semiconductor substrate, forming a gate electrode, forming an interlayer insulating film, and then forming an opening for a self-align contact. When forming the portion, an insulating film having a sufficient thickness as an etching stopper is formed on the gate electrode in the memory cell portion, and an increase in parasitic capacitance between the gate electrode and the wiring is suppressed in the random logic circuit portion. To provide a semiconductor device.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の半導体装置は、メモリセルとその
周辺回路またはランダムロジック回路とを同一の半導体
基板上に有する半導体装置であって、上記周辺回路また
はランダムロジック回路を構成するMIS−FETのゲ
ート電極上には第1のシリコン窒化膜が積層され、上記
メモリセルを構成するMIS−FETのゲート電極上に
は上記第1のシリコン窒化膜より膜厚の厚い第2のシリ
コン窒化膜が積層されることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate. A first silicon nitride film is stacked on the gate electrode of the MIS-FET forming the peripheral circuit or the random logic circuit, and the first silicon nitride film is formed on the gate electrode of the MIS-FET forming the memory cell. A second silicon nitride film thicker than the silicon nitride film is stacked.
【0013】また、さらに請求項2に記載の半導体装置
は、請求項1に記載の構成において、上記MIS−FE
Tのゲート電極が、下層側のポリシリコン膜と上層側の
高融点金属シリサイド膜または高融点金属膜との積層構
造からなることを特徴とする。Further, in the semiconductor device according to the present invention, the MIS-FE
The gate electrode of T has a stacked structure of a lower polysilicon film and an upper refractory metal silicide film or a refractory metal film.
【0014】また、請求項3に記載の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上に被パターニング膜を形成する工
程と、上記被パターニング膜上にマスク材料膜を形成す
る工程と、上記マスク材料膜をパターニングして第1の
マスクパターンを形成する工程と、上記第1のマスクパ
ターンの一部分がエッチングされないようにその一部分
を覆う保護膜を形成する工程と、上記保護膜が形成され
ていない上記第1のマスクパターンを等方的にエッチン
グして所定寸法の第2のマスクパターンを形成する工程
と、上記保護膜を除去した後、上記第1、第2のマスク
パターンをマスクとして上記被パターニング膜をエッチ
ングする工程とを具備することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film to be patterned on a semiconductor substrate; forming a mask material film on the film to be patterned; Forming a first mask pattern by patterning the first mask pattern; forming a protective film covering a portion of the first mask pattern so that the first mask pattern is not etched; Forming a second mask pattern having a predetermined dimension by isotropically etching the first mask pattern, and removing the protective film, and then using the first and second mask patterns as a mask to form the film to be patterned. Etching step.
【0015】また、請求項4に記載の半導体装置の製造
方法は、メモリセルとその周辺回路またはランダムロジ
ック回路とを同一の半導体基板上に有する半導体装置の
製造方法であって、上記半導体基板上に被パターニング
膜を形成する工程と、上記被パターニング膜上にマスク
材料膜を形成する工程と、上記マスク材料膜をパターニ
ングして第1のマスクパターンを形成する工程と、上記
メモリセル部分の上記第1のマスクパターンがエッチン
グされないようにこの第1のマスクパターンを覆う保護
膜を形成する工程と、上記周辺回路またはランダムロジ
ック回路部分の上記第1のマスクパターンを等方的にエ
ッチングして所定寸法の第2のマスクパターンを形成す
る工程と、上記保護膜を除去した後、上記第1、第2の
マスクパターンをマスクとして上記被パターニング膜を
エッチングする工程とを具備することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate. Forming a film to be patterned on the film to be patterned; forming a mask material film on the film to be patterned; patterning the mask material film to form a first mask pattern; A step of forming a protective film covering the first mask pattern so that the first mask pattern is not etched; and a step of isotropically etching the first mask pattern in the peripheral circuit or the random logic circuit portion to a predetermined level. Forming a second mask pattern having dimensions and removing the protective film, and then forming the first and second mask patterns. Characterized by comprising the step of etching the film to be patterned as a disk.
【0016】また、請求項5に記載の半導体装置の製造
方法は、請求項4に記載の構成において、上記第1のマ
スクパターンが上記メモリセルを構成するMIS−FE
Tのゲート電極と略同一寸法で形成され、上記第2のマ
スクパターンが上記周辺回路またはランダムロジック回
路を構成するMIS−FETのゲート電極と略同一寸法
で形成され、上記第1、第2のマスクパターンをマスク
として上記被パターニング膜をパターニングし、上記メ
モリセル部分及び上記周辺回路またはランダムロジック
回路部分のゲート電極を形成することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect, wherein the first mask pattern forms the MIS-FE forming the memory cell.
The second mask pattern is formed with substantially the same size as the gate electrode of T, and the second mask pattern is formed with substantially the same size as the gate electrode of the MIS-FET constituting the peripheral circuit or the random logic circuit. The film to be patterned is patterned using the mask pattern as a mask to form a gate electrode of the memory cell portion and the peripheral circuit or random logic circuit portion.
【0017】また、請求項6に記載の半導体装置の製造
方法は、請求項3乃至5のいずれかに記載の構成におい
て、上記マスク材料膜がシリコン窒化膜であり、上記保
護膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the third to fifth aspects, the mask material film is a silicon nitride film, and the protective film is a silicon oxide film. It is characterized by being.
【0018】また、請求項7に記載の半導体装置の製造
方法は、請求項3乃至5のいずれかに記載の構成におい
て、上記マスク材料膜がシリコン酸化膜であり、上記保
護膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the third to fifth aspects, the mask material film is a silicon oxide film and the protective film is a silicon nitride film. It is characterized by being.
【0019】また、請求項8に記載の半導体装置の製造
方法は、請求項3乃至5のいずれかに記載の構成におい
て、上記マスク材料膜がフォトレジスト膜であり、上記
保護膜がシリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜である
ことを特徴とする。According to a eighth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the third to fifth aspects, the mask material film is a photoresist film and the protective film is a silicon oxide film. Alternatively, it is a silicon nitride film.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の
実施の形態としての半導体装置の構造を示す図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
【0021】この半導体装置は、シリコン半導体基板2
上に形成されたゲート絶縁膜4と、上記シリコン半導体
基板2に形成されるランダムロジック回路部分の図4
(a)に示すような孤立性を有するパターン(孤立性パ
ターン)であって、上記ゲート絶縁膜4上にポリシリコ
ン膜6、タングステンシリサイド(WSi)膜8、さら
にシリコン窒化膜10bの順序で積層されたゲート電極
と、上記シリコン半導体基板2に形成されるメモリセル
部分の図4(b)に示すような周期性を有する繰り返し
パターン(周期性パターン)であって、上記ゲート絶縁
膜4上にポリシリコン膜6、タングステンシリサイド
(WSi)膜8、さらに上記シリコン窒化膜10bより
膜厚が厚いシリコン窒化膜10cの順序で積層されたゲ
ート電極とを有している。This semiconductor device has a silicon semiconductor substrate 2
FIG. 4 showing a gate insulating film 4 formed thereon and a random logic circuit portion formed on the silicon semiconductor substrate 2.
(A), a pattern having an isolation (isolation pattern) as shown in FIG. 1A, wherein a polysilicon film 6, a tungsten silicide (WSi) film 8, and a silicon nitride film 10b are stacked on the gate insulating film 4 in this order. 4B is a repetitive pattern (periodic pattern) having a periodicity as shown in FIG. 4B of the gate electrode and the memory cell portion formed on the silicon semiconductor substrate 2. It has a polysilicon film 6, a tungsten silicide (WSi) film 8, and a gate electrode laminated in the order of a silicon nitride film 10c thicker than the silicon nitride film 10b.
【0022】さらに、上記半導体装置は、シリコン半導
体基板2の上記ゲート電極上及びゲート絶縁膜4上に成
膜され、かつセルフアラインコンタクト用の開口部を持
つ層間絶縁膜14と、上記開口部にてメモリセルの拡散
層にコンタクトされ、その他の開口部でランダムロジッ
ク回路部分の拡散層などにコンタクトされた導電膜16
と、シリコン半導体基板2内に形成されたPウェル領域
18、20及びNウェル領域22と、素子分離領域24
とを有している。Further, the semiconductor device includes an interlayer insulating film 14 formed on the gate electrode and the gate insulating film 4 of the silicon semiconductor substrate 2 and having an opening for a self-aligned contact. Conductive film 16 which is in contact with the diffusion layer of the memory cell and is in contact with the diffusion layer of the random logic circuit portion at the other opening.
And P well regions 18 and 20 and N well region 22 formed in silicon semiconductor substrate 2 and element isolation region 24
And
【0023】上記半導体装置において、メモリセルのゲ
ート電極上に設けたシリコン窒化膜10cは、層間絶縁
膜14にセルフアラインコンタクト用の開口部を形成す
るときにエッチングストッパーとして働くのに十分な膜
厚を有している。一方、ランダムロジック回路のゲート
電極上に設けたシリコン窒化膜10bは、上述のように
エッチングストッパとして働かせる必要がなく、ゲート
電極と導電膜16との間の寄生容量を低減して高速動作
化を図るため、上記シリコン窒化膜10cより薄い膜厚
を有している。なお、本実施の形態の半導体装置は、上
記シリコン窒化膜10bの膜厚を、例えば30〜100
[nm]とし、上記シリコン窒化膜10cの膜厚を、例
えば50〜150[nm]としている。また、上記タン
グステンシリサイド(WSi)膜8に代えて、タングス
テン(W)膜などの高融点金属、あるいはチタンシリサ
イド(TiSi)膜などの高融点金属シリサイドを形成
してもよい。In the above-described semiconductor device, the silicon nitride film 10c provided on the gate electrode of the memory cell has a thickness sufficient to function as an etching stopper when forming an opening for self-aligned contact in the interlayer insulating film 14. have. On the other hand, the silicon nitride film 10b provided on the gate electrode of the random logic circuit does not need to act as an etching stopper as described above, and reduces the parasitic capacitance between the gate electrode and the conductive film 16 to increase the operation speed. For this purpose, the thickness is smaller than that of the silicon nitride film 10c. In the semiconductor device of the present embodiment, the thickness of the silicon nitride film 10b is set to, for example, 30 to 100.
[Nm], and the thickness of the silicon nitride film 10c is, for example, 50 to 150 [nm]. Further, instead of the tungsten silicide (WSi) film 8, a high melting point metal such as a tungsten (W) film or a high melting point metal silicide such as a titanium silicide (TiSi) film may be formed.
【0024】以上説明したように本実施の形態の半導体
装置によれば、メモリセル部分のゲート電極上のシリコ
ン窒化膜の膜厚がランダムロジック回路部分のゲート電
極上のシリコン窒化膜の膜厚より厚くなっており、セル
フアラインコンタクト用の開口部を形成するときに、メ
モリセル部分のゲート電極上のシリコン窒化膜がエッチ
ングストッパーとして働くのに十分な膜厚を有してい
る。As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, the thickness of the silicon nitride film on the gate electrode in the memory cell portion is larger than the thickness of the silicon nitride film on the gate electrode in the random logic circuit portion. When forming an opening for a self-aligned contact, the silicon nitride film on the gate electrode in the memory cell portion has a sufficient thickness to function as an etching stopper.
【0025】次に、本発明の第2の実施の形態としての
上記半導体装置の製造方法について、CMOS回路の製
造方法に準じて説明する。図2(a)、(b)〜図8
(a)、(b)は、上記半導体装置の製造方法を示す各
製造工程の断面図である。Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to a method of manufacturing a CMOS circuit. 2 (a), (b) to FIG.
(A), (b) is sectional drawing of each manufacturing process which shows the manufacturing method of the said semiconductor device.
【0026】まず、P形のシリコン半導体基板2上に、
素子分離領域を形成する。この形成方法としては、選択
後酸化により素子分離領域にのみ酸化膜を形成する選択
酸化法、また素子分離領域にのみ反応性エッチングを行
ってシリコン溝を形成した後、このシリコン溝に絶縁膜
を埋め込むことで形成する埋め込み素子分離法がある。First, on a P-type silicon semiconductor substrate 2,
An element isolation region is formed. This formation method includes a selective oxidation method in which an oxide film is formed only in the element isolation region by oxidation after selection, or a method in which a silicon groove is formed by performing reactive etching only in the element isolation region, and then an insulating film is formed in the silicon groove. There is a buried element isolation method which is formed by burying.
【0027】ここでは、埋め込み素子分離法による素子
分離領域の形成について述べる。図2(a)に示すよう
に、抵抗率1〜5[Ω・cm]を持つP形のシリコン半
導体基板2を950℃程度の高温酸化雰囲気中にて熱酸
化を行うことにより、このシリコン半導体基板2上に厚
さ約20[nm]のシリコン酸化膜30を形成する。さ
らに、このシリコン酸化膜30上に、LPCVD法によ
りシリコン窒化膜32を約100[nm]形成する。こ
こまでのシリコン半導体基板2の断面を、図2(a)に
示す。Here, formation of an element isolation region by a buried element isolation method will be described. As shown in FIG. 2A, a P-type silicon semiconductor substrate 2 having a resistivity of 1 to 5 [Ω · cm] is thermally oxidized in a high-temperature oxidizing atmosphere of about 950 ° C. A silicon oxide film 30 having a thickness of about 20 [nm] is formed on the substrate 2. Further, a silicon nitride film 32 is formed on this silicon oxide film 30 to a thickness of about 100 nm by LPCVD. FIG. 2A shows a cross section of the silicon semiconductor substrate 2 so far.
【0028】続いて、上記シリコン窒化膜32上に、フ
ォトリソグラフィ法により素子分離領域が開口されたレ
ジストパターンを形成する。そして、反応性イオンエッ
チング法により、上記シリコン窒化膜32、シリコン酸
化膜30をエッチングする。Subsequently, a resist pattern having an element isolation region opened is formed on the silicon nitride film 32 by photolithography. Then, the silicon nitride film 32 and the silicon oxide film 30 are etched by a reactive ion etching method.
【0029】その後、図2(b)に示すように、レジス
トパターンを剥離した後、シリコン窒化膜32をマスク
パターンとして、反応性イオンエッチング法により深さ
約100〜300[nm]のシリコン溝34を形成す
る。さらに、上記シリコン溝34のシリコン表面上に、
熱酸化法により約5〜20[nm]のシリコン酸化膜3
6を形成する。さらに、上記シリコン半導体基板2全面
に絶縁膜を堆積して上記シリコン溝34を埋め込むが、
ここではLPCVD法によりLPTEOS膜などのシリ
コン酸化膜38を埋め込む。ここまでのシリコン半導体
基板2の断面を、図2(b)に示す。なお、以下の図面
中ではシリコン溝34の側面と底面に形成した上記シリ
コン酸化膜36の図示を省略する。Thereafter, as shown in FIG. 2B, after the resist pattern is removed, the silicon nitride film 32 having a depth of about 100 to 300 [nm] is formed by reactive ion etching using the silicon nitride film 32 as a mask pattern. To form Further, on the silicon surface of the silicon groove 34,
Silicon oxide film 3 of about 5 to 20 [nm] by thermal oxidation
6 is formed. Further, an insulating film is deposited on the entire surface of the silicon semiconductor substrate 2 to fill the silicon groove 34.
Here, a silicon oxide film 38 such as an LPTEOS film is buried by an LPCVD method. FIG. 2B shows a cross section of the silicon semiconductor substrate 2 so far. In the following drawings, the illustration of the silicon oxide film 36 formed on the side and bottom surfaces of the silicon groove 34 is omitted.
【0030】さらに、その後CMP法(化学的機械研磨
法)により、埋め込まれた上記シリコン酸化膜38を平
坦化する。この際、シリコン窒化膜32がCMP法によ
る研磨時(CMP時)のストッパー材として機能し、素
子形成領域上のLPTEOS膜からなる上記シリコン酸
化膜38を除去することが可能となる。なお、ここでは
素子分離領域にはストッパーを形成しない平坦化方法を
用いたが、必要に応じて、例えばポリシリコン膜を広い
素子分離領域上にのみ形成しておき、CMP時のストッ
パーとして利用してもよい。その後、素子形成領域を保
護しているシリコン窒化膜32をホット燐酸を用いて除
去することにより、素子分離領域24の形成が終了す
る。Then, the embedded silicon oxide film 38 is planarized by a CMP method (chemical mechanical polishing). At this time, the silicon nitride film 32 functions as a stopper material at the time of polishing (at the time of CMP) by the CMP method, and the silicon oxide film 38 made of the LPTEOS film on the element formation region can be removed. Although a planarization method in which a stopper is not formed in the element isolation region is used here, if necessary, for example, a polysilicon film is formed only on a wide element isolation region and used as a stopper during CMP. You may. Thereafter, the silicon nitride film 32 protecting the element formation region is removed using hot phosphoric acid, thereby completing the formation of the element isolation region 24.
【0031】次に、図3(a)に示すように、シリコン
半導体基板2上の素子形成領域のダミー酸化膜であるシ
リコン酸化膜30をNHF溶液によって剥離する。その
後、上記シリコン半導体基板2上のシリコン表面を、熱
酸化法により約20[nm]酸化してバッファ用シリコ
ン酸化膜を形成し、その後、Pウェル領域18、20及
びNウェル領域22を、イオン注入法により形成する。
このPウェル領域18、20に関しては、ボロンを約2
50〜350[KeV]で約2×1013[cm-2]のド
ーズ量でイオン注入して形成する。Nウェル領域22に
関しては、リンを約500[KeV]において約2×1
013[cm-2]のドーズ量でイオン注入して形成する。
さらに、バッファ用シリコン酸化膜をNHF溶液によっ
て剥離した後、素子形成領域上に約5[nm]のシリコ
ン酸化膜4を形成する。ここまでのシリコン半導体基板
2の断面を、図3(a)に示す。Next, as shown in FIG. 3A, the silicon oxide film 30, which is a dummy oxide film in the element formation region on the silicon semiconductor substrate 2, is peeled off with an NHF solution. Thereafter, the silicon surface on the silicon semiconductor substrate 2 is oxidized by about 20 [nm] by a thermal oxidation method to form a buffer silicon oxide film. Then, the P well regions 18 and 20 and the N well region 22 are It is formed by an injection method.
For the P-well regions 18 and 20, boron is
It is formed by ion implantation at a dose of about 2 × 10 13 [cm −2 ] at 50 to 350 [KeV]. As for the N-well region 22, phosphorus is applied to about 2 × 1 at about 500 KeV.
It is formed by ion implantation at a dose of 0 13 [cm −2 ].
Further, after the buffer silicon oxide film is peeled off by the NHF solution, a silicon oxide film 4 of about 5 nm is formed on the element formation region. FIG. 3A shows a cross section of the silicon semiconductor substrate 2 so far.
【0032】続いて、図3(b)に示すように、上記シ
リコン酸化膜4上にLPCVD法により厚さ約100〜
200[nm]のポリシリコン膜6を堆積する。そし
て、上記ポリシリコン膜6に不純物をドーピングする。
その後、このポリシリコン膜6上に、タングステンシリ
サイド(WSi)8などの高融点金属シリサイドを堆積
する。さらに、タングステンシリサイド(WSi)膜8
上に、シリコン窒化膜10を約50〜150[nm]堆
積する。ここまでのシリコン半導体基板2の断面を、図
3(b)に示す。なお、上記タングステンシリサイド
(WSi)膜8に代えて、タングステン(W)膜などの
高融点金属、あるいはチタンシリサイド(TiSi)な
どの高融点金属シリサイドを堆積してもよい。Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), a thickness of about 100 to
A polysilicon film 6 of 200 [nm] is deposited. Then, the polysilicon film 6 is doped with impurities.
Thereafter, a high melting point metal silicide such as tungsten silicide (WSi) 8 is deposited on the polysilicon film 6. Further, a tungsten silicide (WSi) film 8
A silicon nitride film 10 is deposited thereon by about 50 to 150 [nm]. FIG. 3B shows a cross section of the silicon semiconductor substrate 2 so far. Instead of the tungsten silicide (WSi) film 8, a high melting point metal such as a tungsten (W) film or a high melting point metal silicide such as titanium silicide (TiSi) may be deposited.
【0033】このようにして形成された積層構造のシリ
コン窒化膜10上に、フォトリソグラフィ法によりレジ
ストパターンを形成する。フォトリソグラフィ法として
は、エキシマレーザを光源とした縮小露光装置を用い
る。なお、場合によってはこのレジストパターンを形成
する前に、塗布型の反射防止膜を形成してもよい。A resist pattern is formed by photolithography on the thus formed silicon nitride film 10 having a laminated structure. As the photolithography method, a reduction exposure apparatus using an excimer laser as a light source is used. In some cases, a coating type antireflection film may be formed before forming the resist pattern.
【0034】ここで、図4(a)はランダムロジック回
路部分(孤立性パターン部分)のゲート電極パターンの
パターンレイアウトを示す図であり、図4(b)はメモ
リセル部分(周期性パターン部分)のゲート電極パター
ンのパターンレイアウトを示す図である。メモリセル部
分のゲート電極パターン40のターゲット寸法は、デザ
インルールで決まる最小寸法となっている。それに対し
て、ランダムロジック回路部分のゲート電極パターン4
2のターゲット寸法は、メモリセル部分のゲート電極パ
ターン40のターゲット寸法よりも小さくなっている。FIG. 4A is a diagram showing a pattern layout of a gate electrode pattern in a random logic circuit portion (isolated pattern portion), and FIG. 4B is a memory cell portion (periodic pattern portion). FIG. 3 is a diagram showing a pattern layout of a gate electrode pattern of FIG. The target size of the gate electrode pattern 40 in the memory cell portion is the minimum size determined by the design rule. On the other hand, the gate electrode pattern 4 in the random logic circuit portion
The target size of No. 2 is smaller than the target size of the gate electrode pattern 40 in the memory cell portion.
【0035】このようなパターンレイアウトのターゲッ
ト寸法に対して、メモリセル部分と、ランダムロジック
回路部分とを同様の変換差をつけてマスクを作成し、メ
モリセル部分のゲート電極パターン40を形成するのに
最適な露光条件でランダムロジック回路部分のゲート電
極パターン42を解像しようとすると、フォーカス余裕
度が極めて小さいため、ターゲット寸法通りに解像でき
ない。上記変換差とは、マスクのパターン寸法とパター
ンレイアウトのターゲット寸法との寸法差のことであ
る。With respect to the target dimensions of such a pattern layout, a mask is created by giving the same conversion difference between the memory cell part and the random logic circuit part, and the gate electrode pattern 40 of the memory cell part is formed. When trying to resolve the gate electrode pattern 42 in the random logic circuit portion under the optimal exposure conditions, the resolution cannot be adjusted to the target dimensions because the focus margin is extremely small. The conversion difference is a dimensional difference between the pattern size of the mask and the target size of the pattern layout.
【0036】そこで、孤立性パターンからなるランダム
ロジック回路部分では、図5(a)に示すように、実際
のゲート寸法であるゲート電極パターン42のターゲッ
ト寸法に変換差をつけて、このゲート電極パターン42
よりも太いパターン44にてマスクパターンを作成す
る。一方、規則的な繰り返しパターンである周期性パタ
ーンからなるメモリセル部分では、図5(b)に示すよ
うに、変換差をほとんどつけずにゲート電極パターン4
0のターゲット寸法にてマスクパターンを作成する。こ
のようにランダムロジック回路部分のゲート電極パター
ン42を形成するためのマスクのパターン寸法を太くし
てやることにより、露光余裕度は1.5[μm]にまで
改善できる。Therefore, in the random logic circuit portion composed of the isolated pattern, as shown in FIG. 5A, a conversion difference is given to the target size of the gate electrode pattern 42, which is the actual gate size, and this gate electrode pattern 42
A mask pattern is created with a pattern 44 that is thicker than that. On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the memory cell portion composed of a periodic pattern that is a regular repetitive pattern, the gate electrode pattern 4 is hardly added with little conversion difference.
A mask pattern is created with a target size of 0. As described above, by increasing the pattern size of the mask for forming the gate electrode pattern 42 in the random logic circuit portion, the exposure margin can be improved to 1.5 [μm].
【0037】上述したように、マスクパターンに変換差
をつけてフォトリソグラフィを行い、図6(a)に示す
ように、ランダムロジック回路部分ではそのゲート電極
パターン42のターゲット寸法より太いレジストパター
ン44aを形成する。一方、メモリセル部分では、その
ゲート電極パターン40のターゲット寸法とほぼ同寸法
のレジストパターン40aを作成する。As described above, photolithography is performed by giving a conversion difference to the mask pattern. As shown in FIG. 6A, in the random logic circuit portion, a resist pattern 44a thicker than the target size of the gate electrode pattern 42 is formed. Form. On the other hand, in the memory cell portion, a resist pattern 40a having substantially the same size as the target size of the gate electrode pattern 40 is formed.
【0038】そして、図6(b)に示すように、反応性
イオンエッチング法によりタングステンシリサイド(W
Si)膜8上のシリコン窒化膜10をパターニングし
て、シリコン窒化膜10a、10bを形成する。その
後、レジストパターン40a、44aを剥離する。Then, as shown in FIG. 6B, tungsten silicide (W
The silicon nitride film 10 on the Si) film 8 is patterned to form silicon nitride films 10a and 10b. After that, the resist patterns 40a and 44a are peeled off.
【0039】続いて、図7(a)に示すように、シリコ
ン半導体基板2上にCVD法により新たに酸化膜46を
堆積して、上記シリコン窒化膜10a、10b上、及び
タングステンシリサイド(WSi)膜8上に酸化膜46
を形成する。その後、図7(b)に示すように、フォト
リソグラフィ法によりランダムロジック回路部分の上記
シリコン窒化膜10aが形成されている領域のみ、上記
酸化膜46を除去して、メモリセル部分の上記シリコン
窒化膜10bが形成されている領域には保護膜として上
記酸化膜46を残す。Subsequently, as shown in FIG. 7A, a new oxide film 46 is deposited on the silicon semiconductor substrate 2 by the CVD method, and the silicon oxide film 46 is formed on the silicon nitride films 10a and 10b and tungsten silicide (WSi). Oxide film 46 on film 8
To form Thereafter, as shown in FIG. 7B, the oxide film 46 is removed only in the region where the silicon nitride film 10a is formed in the random logic circuit portion by photolithography, and the silicon nitride film in the memory cell portion is removed. The oxide film 46 is left as a protective film in a region where the film 10b is formed.
【0040】続いて、図8(a)に示すように、ホット
燐酸を用いて上記シリコン窒化膜10aを等方的にエッ
チングして、シリコン窒化膜10cを形成する。このと
き、このエッチング時間を調整することにより、上記シ
リコン窒化膜10cの寸法を上記ターゲット寸法(所望
のゲート長寸法)42に合わせる。Subsequently, as shown in FIG. 8A, the silicon nitride film 10a is isotropically etched using hot phosphoric acid to form a silicon nitride film 10c. At this time, the dimension of the silicon nitride film 10c is adjusted to the target dimension (desired gate length dimension) 42 by adjusting the etching time.
【0041】次に、メモリセル部分のシリコン窒化膜1
0bを保護している上記酸化膜46を除去し、上記シリ
コン窒化膜10b及びシリコン窒化膜10cをマスクと
して、HBrと酸素の混合ガス、もしくは塩素、酸素を
エッチングガスに用いたRIE法により、図8(b)に
示すようにタングステンシリサイド(WSi)膜8、ポ
リシリコン膜6を垂直に加工する。以上の工程により、
メモリセル部分とランダムロジック回路部分のゲート電
極の形成が終了する。Next, the silicon nitride film 1 in the memory cell portion
The oxide film 46 protecting Ob is removed, and the silicon nitride film 10b and the silicon nitride film 10c are used as a mask by a RIE method using a mixed gas of HBr and oxygen or chlorine or oxygen as an etching gas. As shown in FIG. 8B, the tungsten silicide (WSi) film 8 and the polysilicon film 6 are vertically processed. Through the above steps,
The formation of the gate electrodes of the memory cell portion and the random logic circuit portion is completed.
【0042】以上説明したように本第2の実施の形態の
半導体装置の製造方法によれば、メモリセル及びランダ
ムロジック回路の微細なゲート電極パターンを、同一半
導体基板上に形成する場合、フォトリソグラフィ法で微
細パターンを形成する際に問題となるフォーカス余裕度
を失うことなく、目標とするゲート電極パターンを形成
することができる。また、この製造方法により製造され
る半導体装置は、ゲート電極を形成し層間絶縁膜を形成
した後、セルフアラインコンタクト用の開口部を形成す
る際に、メモリセル部分における上記ゲート電極上にエ
ッチングストッパとして十分な膜厚の絶縁膜を有する。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the second embodiment, when forming fine gate electrode patterns of memory cells and random logic circuits on the same semiconductor substrate, It is possible to form a target gate electrode pattern without losing the focus margin which is a problem when forming a fine pattern by the method. Further, in the semiconductor device manufactured by this manufacturing method, after forming a gate electrode and forming an interlayer insulating film, when forming an opening for a self-aligned contact, an etching stopper is formed on the gate electrode in a memory cell portion. As an insulating film having a sufficient thickness.
【0043】上述の製造方法によりゲート電極を形成し
た後は、通常よく知られた方法により、拡散層へのイオ
ン注入や、セルフアラインコンタクト等を用いることに
より、図1に示すような半導体装置を形成すればよい。
さらに、スタック型のダイナミックメモリの場合、よく
知られているように、この後、蓄積ノードを有するキャ
パシタ電極を形成する。また、トレンチセルを用いたメ
モリセルの場合は、トレンチキャパシタ部分を形成した
後に、上記に説明した工程により、ゲート電極を形成す
ればよい。なお、本第2の実施の形態ではシリコン半導
体基板を例に説明したが、ガリウム砒素などのシリコン
以外の半導体基板にも本実施の形態は適用可能である。After the gate electrode is formed by the above-described manufacturing method, the semiconductor device as shown in FIG. 1 is formed by ion implantation into the diffusion layer or by using a self-aligned contact by a well-known method. It may be formed.
Further, in the case of a stacked dynamic memory, as is well known, a capacitor electrode having a storage node is thereafter formed. In the case of a memory cell using a trench cell, a gate electrode may be formed by the above-described steps after forming a trench capacitor portion. In the second embodiment, a silicon semiconductor substrate has been described as an example, but the present embodiment is applicable to a semiconductor substrate other than silicon such as gallium arsenide.
【0044】次に、本発明の第3の実施の形態としての
半導体装置の製造方法について、CMOS回路の製造方
法に準じて説明する。図9(a)、(b)〜図11
(a)、(b)は、この半導体装置の製造方法を示す各
製造工程の断面図である。Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to a method of manufacturing a CMOS circuit. 9 (a), 9 (b) to 11
(A), (b) is sectional drawing of each manufacturing process which shows the manufacturing method of this semiconductor device.
【0045】まず、P形のシリコン半導体基板52上
に、素子分離領域を形成する。この素子分離領域の形成
方法は、上記第2の実施の形態と同様である。さらに、
この素子分離領域の形成後からウェル領域の形成まで
も、上記第2の実施の形態と同様であるため、ここでは
その説明を省略する。First, an element isolation region is formed on a P-type silicon semiconductor substrate 52. The method of forming the element isolation region is the same as that of the second embodiment. further,
Since the steps from the formation of the element isolation region to the formation of the well region are the same as those in the second embodiment, the description is omitted here.
【0046】次に、図9(a)に示すように、素子形成
領域上に約5[nm]のシリコン酸化膜54を形成した
後、LPCVD法により厚さ約100〜200[nm]
のポリシリコン膜56を堆積する。そして、上記ポリシ
リコン膜56に不純物をドーピングする。その後、この
ポリシリコン膜56上に、タングステンシリサイド(W
Si)58などの高融点金属シリサイドを堆積する。さ
らに、タングステンシリサイド(WSi)膜58上に、
シリコン酸化膜60を約50〜150[nm]堆積す
る。なお、上記第2の実施の形態と同様に、上記タング
ステンシリサイド(WSi)膜58に代えて、タングス
テン(W)膜などの高融点金属、あるいはチタンシリサ
イド(TiSi)などの高融点金属シリサイドを堆積し
てもよい。Next, as shown in FIG. 9A, after a silicon oxide film 54 of about 5 [nm] is formed on the element forming region, a thickness of about 100 to 200 [nm] is formed by LPCVD.
Of polysilicon film 56 is deposited. Then, the polysilicon film 56 is doped with impurities. After that, a tungsten silicide (W
Si) Refractory metal silicide such as 58 is deposited. Further, on the tungsten silicide (WSi) film 58,
A silicon oxide film 60 is deposited in a thickness of about 50 to 150 [nm]. As in the second embodiment, a high melting point metal such as a tungsten (W) film or a high melting point metal silicide such as titanium silicide (TiSi) is deposited instead of the tungsten silicide (WSi) film 58. May be.
【0047】このようにして形成された積層構造のシリ
コン酸化膜60上に、フォトリソグラフィ法によりレジ
ストパターンを形成する。このレジストパターンの形成
方法については、上記第2の実施の形態と同様であり、
同様の理由により、孤立性パターンからなるランダムロ
ジック回路部分では、図5(a)に示すように、実際の
ゲート寸法であるゲート電極パターン42のターゲット
寸法に変換差をつけて、このゲート電極パターン42よ
りも太いパターン44にてマスクパターンを作成する。
一方、規則的な繰り返しパターンである周期性パターン
からなるメモリセル部分では、図5(b)に示すよう
に、変換差をほとんどつけずにゲート電極パターン40
のターゲット寸法にてマスクパターンを作成する。この
ようにランダムロジック回路部分のゲート電極パターン
42を形成するためのマスクのパターン寸法を太くして
やることにより、露光余裕度は1.5[μm]にまで改
善できる。A resist pattern is formed by photolithography on the silicon oxide film 60 having the laminated structure thus formed. The method of forming the resist pattern is the same as in the second embodiment,
For the same reason, in the random logic circuit portion composed of the isolated pattern, as shown in FIG. 5A, a conversion difference is given to the target size of the gate electrode pattern 42 which is the actual gate size, and this gate electrode pattern A mask pattern is created using a pattern 44 thicker than 42.
On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the memory cell portion composed of a periodic pattern that is a regular repetitive pattern, as shown in FIG.
Create a mask pattern with target dimensions of As described above, by increasing the pattern size of the mask for forming the gate electrode pattern 42 in the random logic circuit portion, the exposure margin can be improved to 1.5 [μm].
【0048】上述したように、マスクパターンに変換差
をつけてフォトリソグラフィを行い、図9(a)に示す
ように、ランダムロジック回路部分ではそのゲート電極
パターン42のターゲット寸法より太い寸法のレジスト
パターン44aを形成する。一方、メモリセル部分で
は、そのゲート電極パターン40のターゲット寸法とほ
ぼ同寸法のレジストパターン40aを作成する。As described above, photolithography is performed by giving a conversion difference to the mask pattern. As shown in FIG. 9A, in the random logic circuit portion, a resist pattern having a size larger than the target size of the gate electrode pattern 42 is used. 44a is formed. On the other hand, in the memory cell portion, a resist pattern 40a having substantially the same size as the target size of the gate electrode pattern 40 is formed.
【0049】そして、図9(b)に示すように、反応性
イオンエッチング法によりタングステンシリサイド(W
Si)膜58上のシリコン酸化膜60をパターニングし
て、シリコン酸化膜60a、60bを形成する。その
後、レジストパターン40a、44aを剥離する。Then, as shown in FIG. 9B, tungsten silicide (W
The silicon oxide film 60 on the Si) film 58 is patterned to form silicon oxide films 60a and 60b. After that, the resist patterns 40a and 44a are peeled off.
【0050】続いて、図10(a)に示すように、シリ
コン半導体基板52上にプラズマCVD法により新たに
シリコン窒化膜62を堆積して、上記シリコン酸化膜6
0a、60b上、及びタングステンシリサイド(WS
i)膜58上にシリコン窒化膜62を形成する。その
後、図10(b)に示すように、フォトリソグラフィ法
によりランダムロジック回路部分の上記シリコン酸化膜
60aが形成されている領域のみ、ホット燐酸を用いて
上記シリコン窒化膜62を除去し、メモリセル部分の上
記シリコン酸化膜60bが形成されている領域には保護
膜として上記シリコン窒化膜62を残す。Subsequently, as shown in FIG. 10A, a new silicon nitride film 62 is deposited on the silicon semiconductor substrate 52 by the plasma CVD method, and the silicon oxide film 6 is formed.
0a, 60b, and tungsten silicide (WS
i) A silicon nitride film 62 is formed on the film 58. Thereafter, as shown in FIG. 10B, the silicon nitride film 62 is removed using hot phosphoric acid only in the region where the silicon oxide film 60a of the random logic circuit portion is formed by the photolithography method. The silicon nitride film 62 is left as a protective film in a part of the region where the silicon oxide film 60b is formed.
【0051】続いて、図11(a)に示すように、希フ
ッ酸処理法を用いて上記シリコン酸化膜60aを等方的
にエッチングして、シリコン酸化膜60cを形成する。
このとき、このエッチング時間を調整することにより、
上記シリコン酸化膜60cの寸法を上記ターゲット寸法
(所望のゲート長寸法)42に合わせる。Subsequently, as shown in FIG. 11A, the silicon oxide film 60a is isotropically etched using a dilute hydrofluoric acid treatment method to form a silicon oxide film 60c.
At this time, by adjusting this etching time,
The size of the silicon oxide film 60c is adjusted to the target size (desired gate length size) 42.
【0052】次に、メモリセル部分のシリコン酸化膜6
0bを保護している上記シリコン窒化膜62をホット燐
酸を用いて除去し、上記シリコン酸化膜60b及びシリ
コン酸化膜60cをマスクとして、HBrと酸素の混合
ガス、もしくは塩素、酸素をエッチングガスに用いたR
IE法により、図11(b)に示すようにタングステン
シリサイド(WSi)膜58、ポリシリコン膜56を垂
直に加工する。以上の工程により、メモリセル部分とラ
ンダムロジック回路部分のゲート電極の形成が終了す
る。Next, the silicon oxide film 6 in the memory cell portion
The silicon nitride film 62 protecting Ob is removed using hot phosphoric acid, and a mixed gas of HBr and oxygen, or chlorine or oxygen is used as an etching gas using the silicon oxide film 60b and the silicon oxide film 60c as a mask. R
As shown in FIG. 11B, the tungsten silicide (WSi) film 58 and the polysilicon film 56 are vertically processed by the IE method. Through the above steps, the formation of the gate electrodes in the memory cell portion and the random logic circuit portion is completed.
【0053】以上説明したように本第3の実施の形態の
半導体装置の製造方法によれば、メモリセル及びランダ
ムロジック回路の微細なゲート電極パターンを、同一半
導体基板上に形成する場合、フォトリソグラフィ法で微
細パターンを形成する際に問題となるフォーカス余裕度
を失うことなく、目標とするゲート電極パターンを形成
することができる。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the third embodiment, when forming fine gate electrode patterns of memory cells and random logic circuits on the same semiconductor substrate, It is possible to form a target gate electrode pattern without losing the focus margin which is a problem when forming a fine pattern by the method.
【0054】上述の製造方法によりゲート電極を形成し
た後は、通常よく知られた方法により、拡散層へのイオ
ン注入等を用いることにより、図1に示したのと同等の
半導体装置を形成すればよい。さらに、スタック型のダ
イナミックメモリの場合、よく知られているように、こ
の後、蓄積ノードを有するキャパシタ電極を形成する。
また、トレンチセルを用いたメモリセルの場合は、トレ
ンチキャパシタ部分を形成した後に、上記に説明した工
程により、ゲート電極を形成すればよい。なお、本第3
の実施の形態ではシリコン半導体基板を例に説明した
が、ガリウム砒素などのシリコン以外の半導体基板にも
本実施の形態は適用可能である。After the gate electrode is formed by the above-described manufacturing method, a semiconductor device equivalent to that shown in FIG. 1 is formed by ion implantation or the like into a diffusion layer by a generally well-known method. I just need. Further, in the case of a stacked dynamic memory, as is well known, a capacitor electrode having a storage node is thereafter formed.
In the case of a memory cell using a trench cell, a gate electrode may be formed by the above-described steps after forming a trench capacitor portion. Note that this third
In the above embodiments, a silicon semiconductor substrate has been described as an example, but the present embodiment is also applicable to semiconductor substrates other than silicon such as gallium arsenide.
【0055】次に、本発明の第4の実施の形態としての
半導体装置の製造方法について、CMOS回路の製造方
法に準じて説明する。図12(a)、(b)、図13
(a)、(b)は、この半導体装置の製造方法を示す各
製造工程の断面図である。Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to a method of manufacturing a CMOS circuit. 12 (a), (b), FIG.
(A), (b) is sectional drawing of each manufacturing process which shows the manufacturing method of this semiconductor device.
【0056】まず、P形のシリコン半導体基板72上
に、素子分離領域を形成する。この素子分離領域の形成
方法は、上記第2、第3の実施の形態と同様である。さ
らに、この素子分離領域の形成後からウェル領域の形成
までも、上記第2、第3の実施の形態と同様であるた
め、ここではその説明を省略する。First, an element isolation region is formed on a P-type silicon semiconductor substrate 72. The method of forming the element isolation region is the same as in the second and third embodiments. Further, the steps from the formation of the element isolation region to the formation of the well region are the same as those of the second and third embodiments, and thus the description thereof is omitted.
【0057】次に、図12(a)に示すように、素子形
成領域上に約5[nm]のシリコン酸化膜74を形成し
た後、LPCVD法により厚さ約100〜200[n
m]のポリシリコン膜76を堆積する。そして、上記ポ
リシリコン膜76に不純物をドーピングする。その後、
このポリシリコン膜76上に、タングステンシリサイド
(WSi)78などの高融点金属シリサイドを堆積す
る。さらに、タングステンシリサイド(WSi)膜78
上に、シリコン窒化膜80を約100[nm]堆積す
る。なお、上記第2、第3の実施の形態と同様に、上記
タングステンシリサイド(WSi)膜78に代えて、タ
ングステン(W)膜などの高融点金属、あるいはチタン
シリサイド(TiSi)などの高融点金属シリサイドを
堆積してもよい。Next, as shown in FIG. 12A, a silicon oxide film 74 having a thickness of about 5 [nm] is formed on the element formation region, and then a thickness of about 100 to 200 [n] is formed by LPCVD.
m] of the polysilicon film 76 is deposited. Then, the polysilicon film 76 is doped with an impurity. afterwards,
On this polysilicon film 76, a high melting point metal silicide such as tungsten silicide (WSi) 78 is deposited. Furthermore, a tungsten silicide (WSi) film 78
A silicon nitride film 80 is deposited thereon to about 100 [nm]. As in the second and third embodiments, instead of the tungsten silicide (WSi) film 78, a high melting point metal such as a tungsten (W) film or a high melting point metal such as titanium silicide (TiSi) is used. Silicide may be deposited.
【0058】このようにして形成された積層構造のシリ
コン窒化膜80上に、フォトリソグラフィ法によりレジ
ストパターンを形成する。このレジストパターンの形成
方法については、上記第2、第3の実施の形態と同様で
あり、同様の理由により、孤立性パターンからなるラン
ダムロジック回路部分では、図5(a)に示すように、
実際のゲート寸法であるゲート電極パターン42のター
ゲット寸法に変換差をつけて、このゲート電極パターン
42よりも太いパターン44にてマスクパターンを作成
する。一方、規則的な繰り返しパターンである周期性パ
ターンからなるメモリセル部分では、図5(b)に示す
ように、変換差をほとんどつけずにゲート電極パターン
40のターゲット寸法にてマスクパターンを作成する。
このようにランダムロジック回路部分のゲート電極パタ
ーン42を形成するためのマスクのパターン寸法を太く
してやることにより、露光余裕度は1.5[μm]にま
で改善できる。A resist pattern is formed by photolithography on the silicon nitride film 80 having the laminated structure thus formed. The method of forming the resist pattern is the same as in the second and third embodiments. For the same reason, in the random logic circuit portion made of an isolated pattern, as shown in FIG.
A conversion difference is given to the target size of the gate electrode pattern 42, which is the actual gate size, and a mask pattern is created with a pattern 44 thicker than the gate electrode pattern 42. On the other hand, in a memory cell portion composed of a periodic pattern which is a regular repetitive pattern, as shown in FIG. .
As described above, by increasing the pattern size of the mask for forming the gate electrode pattern 42 in the random logic circuit portion, the exposure margin can be improved to 1.5 [μm].
【0059】上述したように、マスクパターンに変換差
をつけてフォトリソグラフィを行い、図12(a)に示
すように、ランダムロジック回路部分ではそのゲート電
極パターン42のターゲット寸法より太い寸法のレジス
トパターン44aを形成する。一方、メモリセル部分で
は、そのゲート電極パターン40のターゲット寸法とほ
ぼ同寸法のレジストパターン40aを作成する。As described above, photolithography is performed by giving a conversion difference to the mask pattern. As shown in FIG. 12A, in the random logic circuit portion, a resist pattern having a size larger than the target size of the gate electrode pattern 42 is used. 44a is formed. On the other hand, in the memory cell portion, a resist pattern 40a having substantially the same size as the target size of the gate electrode pattern 40 is formed.
【0060】続いて、シリコン半導体基板72上にCV
D法あるいはSORD法等により新たにシリコン酸化膜
82を堆積して、上記レジストパターン40a、44a
上、及びシリコン窒化膜80上にシリコン酸化膜82を
形成する。その後、図12(b)に示すように、フォト
リソグラフィ法によりランダムロジック回路部分の上記
レジストパターン44aが形成されている領域のみ、上
記シリコン酸化膜82を希フッ酸処理法を用いて除去
し、メモリセル部分の上記レジストパターン40aが形
成されている領域は保護膜としてシリコン酸化膜82を
残す。Subsequently, the CV is placed on the silicon semiconductor substrate 72.
A new silicon oxide film 82 is deposited by the D method or the SORD method or the like, and the resist patterns 40a and 44a
A silicon oxide film 82 is formed on the silicon nitride film 80. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the silicon oxide film 82 is removed by a dilute hydrofluoric acid treatment method only in a region of the random logic circuit portion where the resist pattern 44a is formed by a photolithography method. The silicon oxide film 82 is left as a protective film in the memory cell portion where the resist pattern 40a is formed.
【0061】さらに、図13(a)に示すように、酸素
ガスを用いたRIE、あるいはCDE(ケミカルドライ
エッチング)等により上記レジストパターン44aを等
方的にエッチングして、レジストパターン44cを形成
する。このとき、このエッチング時間を調整することに
より、上記レジストパターン44cの寸法を上記ターゲ
ット寸法(所望のゲート長寸法)42に合わせる。Further, as shown in FIG. 13A, the resist pattern 44a is isotropically etched by RIE using oxygen gas or CDE (chemical dry etching) to form a resist pattern 44c. . At this time, the dimension of the resist pattern 44c is adjusted to the target dimension (desired gate length dimension) 42 by adjusting the etching time.
【0062】次に、メモリセル部分のレジストパターン
40aを保護している上記シリコン酸化膜82を希フッ
酸処理法を用いて除去し、上記レジストパターン40a
及びレジストパターン44cをマスクとして、反応性イ
オンエッチング法により図13(b)に示すようにシリ
コン窒化膜80、タングステンシリサイド(WSi)膜
78、ポリシリコン膜76を垂直に加工する。その後、
レジストパターン40a、44aを剥離する。上述した
工程により、メモリセル部分とランダムロジック回路部
分のゲート電極の形成が終了する。Next, the silicon oxide film 82 protecting the resist pattern 40a in the memory cell portion is removed by a dilute hydrofluoric acid treatment method, and the resist pattern 40a is removed.
Using the resist pattern 44c as a mask, the silicon nitride film 80, the tungsten silicide (WSi) film 78, and the polysilicon film 76 are vertically processed by reactive ion etching as shown in FIG. afterwards,
The resist patterns 40a and 44a are peeled off. Through the steps described above, the formation of the gate electrodes in the memory cell portion and the random logic circuit portion is completed.
【0063】以上説明したように本第4の実施の形態の
半導体装置の製造方法によれば、メモリセル及びランダ
ムロジック回路の微細なゲート電極パターンを、同一半
導体基板上に形成する場合、フォトリソグラフィ法で微
細パターンを形成する際に問題となるフォーカス余裕度
を失うことなく、目標とするゲート電極パターンを形成
することができる。As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the fourth embodiment, when forming fine gate electrode patterns of a memory cell and a random logic circuit on the same semiconductor substrate, It is possible to form a target gate electrode pattern without losing the focus margin which is a problem when forming a fine pattern by the method.
【0064】このようにしてゲート電極を形成した後
は、通常よく知られた方法により、拡散層へのイオン注
入や、セルフアラインコンタクト等を用いることによ
り、半導体装置を形成すればよい。さらに、スタック型
のダイナミックメモリの場合、よく知られているよう
に、この後、蓄積ノードを有するキャパシタ電極を形成
する。また、トレンチセルを用いたメモリセルの場合
は、トレンチキャパシタ部分を形成した後に、上記に説
明した工程により、ゲート電極を形成すればよい。After the gate electrode is formed in this manner, a semiconductor device may be formed by ion implantation into a diffusion layer, a self-aligned contact, or the like by a generally well-known method. Further, in the case of a stacked dynamic memory, as is well known, a capacitor electrode having a storage node is thereafter formed. In the case of a memory cell using a trench cell, a gate electrode may be formed by the above-described steps after forming a trench capacitor portion.
【0065】なお、本第4の実施の形態ではゲート電極
上にシリコン窒化膜80を、保護膜にシリコン酸化膜8
2を用いたが、上記シリコン窒化膜80に代えてシリコ
ン酸化膜を、上記シリコン酸化膜82に代えてシリコン
窒化膜を用いてもよい。この場合、シリコン窒化膜の除
去はホット燐酸を用いて行えばよい。また、本第4の実
施の形態ではシリコン半導体基板を例に説明したが、ガ
リウム砒素などのシリコン以外の半導体基板にも本実施
の形態は適用可能である。In the fourth embodiment, the silicon nitride film 80 is formed on the gate electrode, and the silicon oxide film 8 is formed on the protection film.
2, the silicon nitride film may be replaced with a silicon oxide film, and the silicon oxide film 82 may be replaced with a silicon nitride film. In this case, the removal of the silicon nitride film may be performed using hot phosphoric acid. In the fourth embodiment, a silicon semiconductor substrate has been described as an example, but the present embodiment is also applicable to semiconductor substrates other than silicon such as gallium arsenide.
【0066】さらに、上記第1〜第4の実施の形態は、
すべてメモリセルとランダムロジック回路を混載する半
導体装置の場合で説明したが、特にランダムロジックを
混載しないメモリについて、ランダムロジック回路と同
様に高速動作が要求されるメモリセルの周辺回路部分及
びメモリセル部分のゲート電極を同時に形成する際に
も、本発明は非常に有効である。また、本発明は、ゲー
ト電極の形成だけでなく、その他の配線層の形成にも応
用可能であり、その他本発明の要旨を変更しない範囲内
で種々変形して実施することができる。Further, the first to fourth embodiments have the following features.
Although all the description has been given of the case of a semiconductor device in which a memory cell and a random logic circuit are mixed, particularly for a memory in which a random logic is not mixed, a peripheral circuit portion and a memory cell portion of a memory cell requiring high-speed operation as in the case of the random logic circuit The present invention is also very effective when forming the gate electrodes simultaneously. Further, the present invention is applicable not only to the formation of the gate electrode but also to the formation of other wiring layers, and can be carried out in various modifications without departing from the scope of the present invention.
【0067】[0067]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、メモ
リセルとその周辺回路またはランダムロジック回路とを
同一の半導体基板上に有する半導体装置において、上記
メモリセルが形成される部分ではデザインルール近傍の
スペース部分とライン部分とがほぼ1:1であるパター
ンが形成でき、周辺回路またはランダムロジック回路が
形成される部分ではデザインルール以下のパターンを形
成することが可能な半導体装置の製造方法を提供するこ
とができる。また、本発明は、メモリセルとその周辺回
路またはランダムロジック回路とを同一の半導体基板上
に有する半導体装置において、ゲート電極を形成し層間
絶縁膜を形成した後、セルフアラインコンタクト用の開
口部を形成する際に、上記メモリセル部分のゲート電極
上にはエッチングストッパとして十分な膜厚の絶縁膜を
有するとともに、上記周辺回路またはランダムロジック
回路部分ではゲート電極と配線間の寄生容量の増大が抑
制された半導体装置を提供することができる。As described above, according to the present invention, in a semiconductor device having a memory cell and its peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate, the design rule is applied to the portion where the memory cell is formed. A method of manufacturing a semiconductor device, in which a pattern in which a space portion and a line portion in the vicinity are approximately 1: 1 can be formed, and a pattern below a design rule can be formed in a portion where a peripheral circuit or a random logic circuit is formed. Can be provided. Further, according to the present invention, in a semiconductor device having a memory cell and its peripheral circuit or random logic circuit on the same semiconductor substrate, after forming a gate electrode and forming an interlayer insulating film, an opening for a self-align contact is formed. When forming, an insulating film having a sufficient thickness as an etching stopper is formed on the gate electrode in the memory cell portion, and an increase in parasitic capacitance between the gate electrode and the wiring is suppressed in the peripheral circuit or the random logic circuit portion. Semiconductor device can be provided.
【図1】第1の実施の形態としての半導体装置の構造を
示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a semiconductor device according to a first embodiment.
【図2】第2の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of each manufacturing process showing a method for manufacturing a semiconductor device as a second embodiment.
【図3】第2の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method of manufacturing a semiconductor device as a second embodiment.
【図4】ゲート電極パターンのパターンレイアウトを示
す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a pattern layout of a gate electrode pattern.
【図5】ゲート電極パターンのパターンレイアウトを示
す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a pattern layout of a gate electrode pattern.
【図6】第2の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a second embodiment.
【図7】第2の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a second embodiment.
【図8】第2の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing the method for manufacturing a semiconductor device as the second embodiment.
【図9】第3の実施の形態としての半導体装置の製造方
法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a third embodiment.
【図10】第3の実施の形態としての半導体装置の製造
方法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a third embodiment.
【図11】第3の実施の形態としての半導体装置の製造
方法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a third embodiment.
【図12】第4の実施の形態としての半導体装置の製造
方法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a fourth embodiment.
【図13】第4の実施の形態としての半導体装置の製造
方法を示す各製造工程の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of each manufacturing step showing a method for manufacturing a semiconductor device as a fourth embodiment.
【図14】従来の周期パターン及び孤立パターンに対し
て最適化した露光量とデフォーカスの関係(ドーズフォ
ーカス余裕度)を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between exposure dose and defocus (dose focus margin) optimized for a conventional periodic pattern and an isolated pattern.
2、52、72…シリコン半導体基板 4、54、74…ゲート絶縁膜 6、56、76…ポリシリコン膜 8、58、78…タングステンシリサイド(WSi)膜 10、10a、10b、10c、32、62、80…シ
リコン窒化膜 14…層間絶縁膜 16…導電膜 18、20…Pウェル領域 22…Nウェル領域 24…素子分離領域 30、36、38、60、60a、60b、82…シリ
コン酸化膜 34…シリコン溝 40、42…ゲート電極パターン 40a、44a、44c…レジストパターン 44…パターン 46…酸化膜2, 52, 72 ... silicon semiconductor substrate 4, 54, 74 ... gate insulating film 6, 56, 76 ... polysilicon film 8, 58, 78 ... tungsten silicide (WSi) film 10, 10a, 10b, 10c, 32, 62 , 80: Silicon nitride film 14: Interlayer insulating film 16: Conductive film 18, 20: P well region 22: N well region 24: Element isolation region 30, 36, 38, 60, 60a, 60b, 82: Silicon oxide film 34 ... silicon grooves 40, 42 ... gate electrode patterns 40a, 44a, 44c ... resist patterns 44 ... patterns 46 ... oxide films
Claims (8)
ムロジック回路とを同一の半導体基板上に有する半導体
装置において、 上記周辺回路またはランダムロジック回路を構成するM
IS−FETのゲート電極上には第1のシリコン窒化膜
が積層され、 上記メモリセルを構成するMIS−FETのゲート電極
上には上記第1のシリコン窒化膜より膜厚の厚い第2の
シリコン窒化膜が積層されることを特徴とする半導体装
置。1. A semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate, wherein M is a component of the peripheral circuit or the random logic circuit.
A first silicon nitride film is stacked on the gate electrode of the IS-FET, and a second silicon film having a thickness greater than that of the first silicon nitride film is formed on the gate electrode of the MIS-FET constituting the memory cell. A semiconductor device having a nitride film laminated thereon.
層側のポリシリコン膜と上層側の高融点金属シリサイド
膜または高融点金属膜との積層構造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。2. The device according to claim 1, wherein the gate electrode of the MIS-FET has a laminated structure of a lower polysilicon film and an upper refractory metal silicide film or a refractory metal film. Semiconductor device.
する工程と、 上記被パターニング膜上にマスク材料膜を形成する工程
と、 上記マスク材料膜をパターニングして第1のマスクパタ
ーンを形成する工程と、 上記第1のマスクパターンの一部分がエッチングされな
いようにその一部分を覆う保護膜を形成する工程と、 上記保護膜が形成されていない上記第1のマスクパター
ンを等方的にエッチングして所定寸法の第2のマスクパ
ターンを形成する工程と、 上記保護膜を除去した後、上記第1、第2のマスクパタ
ーンをマスクとして上記被パターニング膜をエッチング
する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。3. A step of forming a film to be patterned on a semiconductor substrate; a step of forming a mask material film on the film to be patterned; and a step of patterning the mask material film to form a first mask pattern. Forming a protective film covering a portion of the first mask pattern so that the first mask pattern is not etched; and isotropically etching the first mask pattern on which the protective film is not formed to a predetermined value. Forming a second mask pattern having dimensions; and, after removing the protective film, etching the film to be patterned using the first and second mask patterns as masks. Semiconductor device manufacturing method.
ムロジック回路とを同一の半導体基板上に有する半導体
装置の製造方法において、 上記半導体基板上に被パターニング膜を形成する工程
と、 上記被パターニング膜上にマスク材料膜を形成する工程
と、 上記マスク材料膜をパターニングして第1のマスクパタ
ーンを形成する工程と、 上記メモリセル部分の上記第1のマスクパターンがエッ
チングされないようにこの第1のマスクパターンを覆う
保護膜を形成する工程と、 上記周辺回路またはランダムロジック回路部分の上記第
1のマスクパターンを等方的にエッチングして所定寸法
の第2のマスクパターンを形成する工程と、 上記保護膜を除去した後、上記第1、第2のマスクパタ
ーンをマスクとして上記被パターニング膜をエッチング
する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。4. A method for manufacturing a semiconductor device having a memory cell and a peripheral circuit or a random logic circuit on the same semiconductor substrate, comprising: forming a film to be patterned on the semiconductor substrate; Forming a first mask pattern by patterning the mask material film, and forming the first mask pattern so that the first mask pattern in the memory cell portion is not etched. Forming a protective film covering the pattern; forming the second mask pattern of a predetermined size by isotropically etching the first mask pattern in the peripheral circuit or the random logic circuit portion; After removing the film, the film to be patterned is etched using the first and second mask patterns as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
リセルを構成するMIS−FETのゲート電極と略同一
寸法で形成され、 上記第2のマスクパターンは、上記周辺回路またはラン
ダムロジック回路を構成するMIS−FETのゲート電
極と略同一寸法で形成され、 上記第1、第2のマスクパターンをマスクとして上記被
パターニング膜をパターニングし、上記メモリセル部分
及び上記周辺回路またはランダムロジック回路部分のゲ
ート電極を形成することを特徴とする請求項4に記載の
半導体装置の製造方法。5. The first mask pattern has substantially the same size as a gate electrode of a MIS-FET constituting the memory cell, and the second mask pattern constitutes the peripheral circuit or the random logic circuit. Formed in substantially the same size as the gate electrode of the MIS-FET to be patterned, patterning the film to be patterned using the first and second mask patterns as masks, and forming a gate of the memory cell portion and the peripheral circuit or random logic circuit portion. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein an electrode is formed.
り、上記保護膜はシリコン酸化膜であることを特徴とす
る請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。6. The method according to claim 3, wherein the mask material film is a silicon nitride film, and the protective film is a silicon oxide film.
り、上記保護膜はシリコン窒化膜であることを特徴とす
る請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said mask material film is a silicon oxide film, and said protective film is a silicon nitride film.
あり、上記保護膜はシリコン酸化膜あるいはシリコン窒
化膜であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか
に記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 3, wherein the mask material film is a photoresist film, and the protective film is a silicon oxide film or a silicon nitride film. .
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1997
- 1997-09-11 JP JP24696297A patent/JP3351716B2/en not_active Expired - Fee Related
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