JP2010021416A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、レジストパターンをマスクとしたイオン注入工程を有する半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having an ion implantation process using a resist pattern as a mask.
従来、半導体基板上にトランジスタやダイオードなどの素子を形成するためには、選択的に不純物イオンを注入する必要があった。フォトリソグラフィ技術を使って、半導体基板上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、加速されたイオンが半導体ウエハへ注入されていた。レジストパターンのレジストが残っている部分ではイオンはレジスト膜内にトラップされ基板まで到達しない。一方、レジストパターンのレジストが残っていない部分では、イオンは基板内部に到達して不純物となり、n型やp型の半導体領域を形成することになる。 Conventionally, in order to form elements such as transistors and diodes on a semiconductor substrate, it has been necessary to selectively implant impurity ions. A photolithography technique is used to form a resist pattern on a semiconductor substrate, and accelerated ions are implanted into the semiconductor wafer using the resist pattern as a mask. In the portion of the resist pattern where the resist remains, ions are trapped in the resist film and do not reach the substrate. On the other hand, in the portion of the resist pattern where no resist remains, the ions reach the inside of the substrate and become impurities, forming an n-type or p-type semiconductor region.
レジスト内にトラップされたイオンは、レジストを構成する原子と衝突することで、分子を切断や重合させながら、エネルギーを失っていき、やがて停止する。レジストは樹脂や感光剤で構成される有機物なので、一般的には結晶ではなくアモルファス構造をとっている。したがって、レジスト内に注入されたイオンは、レジストを構成する原子と衝突することにより、あらゆる方向に散乱される。 The ions trapped in the resist collide with atoms constituting the resist, so that the energy is lost while the molecules are cut and polymerized, and then stop. Since the resist is an organic substance composed of a resin or a photosensitizer, it generally has an amorphous structure rather than a crystal. Therefore, ions implanted into the resist are scattered in all directions by colliding with atoms constituting the resist.
また、イオンが停止するまでの平均の距離(平均自由行程)は、加速電圧や、イオン種、レジストの組成にもよるが、概ね1μm程度である。そのため、イオンを確実にレジスト内にトラップするには、レジストの膜厚としては、1〜2μmが必要である。このように、レジストの内部では、イオンは完全に停止するまでに、1μm程度動いている。 The average distance until the ions stop (average free path) is approximately 1 μm, although it depends on the acceleration voltage, ion species, and resist composition. Therefore, in order to reliably trap ions in the resist, the resist film thickness needs to be 1 to 2 μm. Thus, inside the resist, ions move about 1 μm until they completely stop.
このようにレジスト内に注入されたイオンはレジスト内であらゆる方向に散乱されて平均自由行程を移動する。このため、レジストパターンの側壁から平均自由行程以内の範囲内のレジストに侵入したイオンの場合、平均自由行程に達する前に、レジスト側壁からレジスト外へ出て行くイオンが少なからず存在する。 The ions implanted into the resist in this manner are scattered in all directions in the resist and move in the mean free path. For this reason, in the case of ions that have entered the resist within a range within the mean free path from the side wall of the resist pattern, there are not a few ions that go out of the resist from the resist side wall before reaching the mean free path.
このレジスト外へ出たイオンは、半導体基板に到達するので、半導体基板にはイオンが必要以上に注入された領域ができ、不純物分布が不均一となる。すなわちpn分離境界近傍で形成される素子の性能は、他の位置の素子特性に比べて変動している。この効果はウエル近接効果(well proximity effect)と呼ばれている。 Since the ions that have come out of the resist reach the semiconductor substrate, a region where ions are implanted more than necessary is formed in the semiconductor substrate, and the impurity distribution becomes uneven. That is, the performance of the element formed in the vicinity of the pn isolation boundary varies compared to the element characteristics at other positions. This effect is called the well proximity effect.
このようなウエル近接効果に関しては、たとえば特開2007−36249号公報、特開2007−305858号公報などに開示されている。
ウエル近接効果のため、pn分離境界近傍で形成される素子の性能が他の位置の素子特性に比べて変動している。これを、LSI(Large Scale Integrated Circuit)を設計する観点からみると、素子性能のばらつきが大きくなるという不具合として現れる。 Due to the well proximity effect, the performance of the element formed in the vicinity of the pn isolation boundary fluctuates compared to the element characteristics at other positions. From the viewpoint of designing an LSI (Large Scale Integrated Circuit), this appears as an inconvenience that variation in element performance increases.
LSIを設計する際には、ある程度の素子の特性バラツキがあることを考慮した設計をすることが一般的である。しかし、ばらつきが大きいことを前提とすると、十分なマージンをとる必要があるので、結果としてチップサイズが拡大することになる。この時、ウエハ1枚に製造できる半導体集積回路の数が減り、チップ単価が上昇するという不具合が発生する。 When designing an LSI, it is common to design in consideration of a certain degree of device characteristic variation. However, assuming that the variation is large, it is necessary to provide a sufficient margin, and as a result, the chip size is increased. At this time, there is a problem that the number of semiconductor integrated circuits that can be manufactured on one wafer is reduced and the chip unit price is increased.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、ウエル近接効果の発生を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of a well proximity effect.
本実施の形態の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。
まず半導体基板の主表面上に反射防止膜が形成される。その反射防止膜上に、パターン端部においてそのパターンが半導体基板側に向かって広がるような傾斜を有するレジストパターンが形成される。そのレジストパターンをマスクとして半導体基板の主表面にイオンが注入される。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment includes the following steps.
First, an antireflection film is formed on the main surface of the semiconductor substrate. On the antireflection film, a resist pattern having an inclination is formed so that the pattern spreads toward the semiconductor substrate side at the pattern end. Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask.
本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、イオン注入の際に半導体基板の主表面上に反射防止膜が形成されている。このため、イオン注入時にレジストパターンの側壁から散乱された2次イオンが反射防止膜に捕捉され、半導体基板の主表面に到達しにくくなる。これにより、半導体基板の主表面への2次イオンの注入が抑制され、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, an antireflection film is formed on the main surface of the semiconductor substrate during ion implantation. For this reason, secondary ions scattered from the side wall of the resist pattern during ion implantation are captured by the antireflection film and hardly reach the main surface of the semiconductor substrate. Thereby, the implantation of secondary ions into the main surface of the semiconductor substrate is suppressed, and the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
またレジストパターンのパターン端部は半導体基板側に向かって広がるような傾斜を有している。このため、レジストパターンから半導体基板の主表面へ向かう2次イオンの発生を抑制することができる。これにより、半導体基板の主表面への2次イオンの注入が抑制され、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 Further, the pattern end portion of the resist pattern has an inclination that spreads toward the semiconductor substrate side. For this reason, generation | occurrence | production of the secondary ion which goes to the main surface of a semiconductor substrate from a resist pattern can be suppressed. Thereby, the implantation of secondary ions into the main surface of the semiconductor substrate is suppressed, and the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
また反射防止膜の上にレジストパターンが形成されるため、レジストパターンの端部を半導体基板側に向かって広がるような傾斜にすることが可能となる。 Further, since the resist pattern is formed on the antireflection film, the end of the resist pattern can be inclined so as to spread toward the semiconductor substrate side.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法でのイオン注入プロセスを示すフロー図である。図1を参照して、イオン注入プロセスにおいては、まず半導体集積回路装置を形成するための半導体基板が準備される。この半導体基板がステージ上に固定される(ステップS1)。この状態で半導体基板上にフォトレジストが塗布される(ステップS2)。そのフォトレジストが選択的に露光され(ステップS3)、その露光後にレジストが現像されて微細パターンを有するレジストパターンが形成される(ステップS4)。このレジストパターンをマスクとして半導体基板の主表面に選択的にイオンが注入される(ステップS5)。この後、レジストパターンが除去される(ステップS6)。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flowchart showing an ion implantation process in the method of manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, in the ion implantation process, first, a semiconductor substrate for forming a semiconductor integrated circuit device is prepared. This semiconductor substrate is fixed on the stage (step S1). In this state, a photoresist is applied on the semiconductor substrate (step S2). The photoresist is selectively exposed (step S3), and after the exposure, the resist is developed to form a resist pattern having a fine pattern (step S4). Using this resist pattern as a mask, ions are selectively implanted into the main surface of the semiconductor substrate (step S5). Thereafter, the resist pattern is removed (step S6).
上記のイオン注入プロセスにより半導体基板の主表面に選択的にイオンが注入され、それによりたとえばウエル領域などが半導体基板の主表面に形成される。 By the ion implantation process described above, ions are selectively implanted into the main surface of the semiconductor substrate, whereby, for example, a well region or the like is formed on the main surface of the semiconductor substrate.
本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法では、上記のイオン注入プロセスにおいて、光リソグラフィー法に特殊な改良が施される。それにより、レジストパターンから散乱された2次イオンが半導体基板の主表面に到達することが抑制されて、ほぼ均一なイオン注入プロファイルが実現される。 In the method of manufacturing a semiconductor device in the embodiment of the present invention, a special improvement is applied to the photolithography method in the above ion implantation process. Thereby, secondary ions scattered from the resist pattern are suppressed from reaching the main surface of the semiconductor substrate, and a substantially uniform ion implantation profile is realized.
本実施の形態においては、レジストパターンで散乱されたイオンが半導体基板の主表面に到達することを抑制する手段として、以下の手段が採られる。 In the present embodiment, the following means are adopted as means for suppressing ions scattered by the resist pattern from reaching the main surface of the semiconductor substrate.
(1)BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)上にフォトレジストが形成されて、そのフォトレジストが現像された後に、そのフォトレジストをマスクとしてBARC越しに半導体基板の主表面にイオンが注入される。なおイオン注入後には、必要に応じてBARCは剥離される。 (1) After a photoresist is formed on a BARC (Bottom Anti-Reflective Coating) and the photoresist is developed, ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate through the BARC using the photoresist as a mask. After ion implantation, the BARC is peeled off as necessary.
(2)半導体基板の主表面上にレジストパターンが形成された後、そのレジストパターンにRELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)処理が行なわれて、レジストパターンの周囲にシリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)を含んだ有機材料層が形成される。その有機材料層とレジストパターンとをマスクとして半導体基板の主表面にイオンが注入される。 (2) After a resist pattern is formed on the main surface of the semiconductor substrate, the resist pattern is subjected to RELACS (Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) treatment, and silicon (Si), germanium ( An organic material layer containing Ge) is formed. Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate using the organic material layer and the resist pattern as a mask.
(3)シリコン、ゲルマニウムおよび色素を有するレジストパターンをマスクとして、半導体基板の主表面にイオンが注入される。 (3) Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate using a resist pattern having silicon, germanium and a dye as a mask.
(4)イオン注入工程前のフォトレジスト(またはレジストパターン)に電子線が全面照射され、マイナスに帯電させたレジストパターンをマスクとして半導体基板の主表面にイオンが注入される。 (4) The photoresist (or resist pattern) before the ion implantation process is entirely irradiated with an electron beam, and ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate using the negatively charged resist pattern as a mask.
上記の(1)〜(4)の手段で注入されたイオンの不純物プロファイルを透過型電子顕微鏡で計測することにより、ウェル近接効果を定量化することができる。 The well proximity effect can be quantified by measuring the impurity profile of ions implanted by the above means (1) to (4) with a transmission electron microscope.
上記の(1)〜(4)の手段により半導体基板の主表面にイオンを注入することにより、ウェル近接効果が軽減されるため、半導体基板内のpn分離境界(たとえばp型ウェルとn型ウェルとの境界)近傍に形成される素子の性能の変動を小さくすることができる。これを、LSI(Large Scale Integrated circuit)を設計する観点からみると、素子性能のばらつきが小さくなるという利点が発生する。 By injecting ions into the main surface of the semiconductor substrate by means of (1) to (4) above, the well proximity effect is reduced, so that a pn isolation boundary (for example, a p-type well and an n-type well in the semiconductor substrate). The fluctuation in the performance of the element formed near the boundary) can be reduced. From the viewpoint of designing an LSI (Large Scale Integrated circuit), there is an advantage that variation in element performance is reduced.
LSIを設計する際には、ある程度の素子の特性バラツキがあることを考慮した設計をすることが一般的である。バラツキが小さいことは、必要以上の設計マージンをとらなくてもよいので、チップサイズが縮小できることを意味する。すなわち、ウェハ1枚に製造できる半導体集積回路の数が増え、チップ単価が下落するという利点が発生する。 When designing an LSI, it is common to design in consideration of a certain degree of device characteristic variation. The small variation means that the chip size can be reduced because it is not necessary to take a design margin more than necessary. That is, there is an advantage that the number of semiconductor integrated circuits that can be manufactured on one wafer increases and the chip unit price decreases.
上記の(1)〜(4)の手段は、ウェル近接効果の軽減の程度を考慮して、それ単独で採用することもでき、またそれらの任意の組み合わせを採用することもできる。 The means (1) to (4) described above can be employed alone or in any combination thereof in consideration of the degree of reduction of the well proximity effect.
(実施の形態2)
本実施の形態は実施の形態1の手段(1)に基づくものである。
(Embodiment 2)
This embodiment is based on the means (1) of the first embodiment.
図2および図3(A)は、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。また図3(B)は、図3(A)の一点鎖線IIIB−IIIBに沿うp型ウェルのp型不純物濃度の分布を示す図である。 2 and 3A are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. FIG. 3B is a diagram showing the distribution of the p-type impurity concentration in the p-type well along the alternate long and short dash line IIIB-IIIB in FIG.
図2を参照して、本実施の形態の半導体装置の製造方法においては、まずp型の半導体基板SUBの主表面にn型領域NRが形成される。この半導体基板SUBの主表面にトレンチTRが形成され、このトレンチTR内を埋め込むように充填層BIが形成される。このトレンチTRと充填層BIとによりSTI(Shallow Trench Isolation)が構成される。 Referring to FIG. 2, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, first, n-type region NR is formed on the main surface of p-type semiconductor substrate SUB. Trench TR is formed in the main surface of semiconductor substrate SUB, and filling layer BI is formed so as to fill trench TR. The trench TR and the filling layer BI constitute an STI (Shallow Trench Isolation).
この半導体基板SUBの主表面上に、BARCとなる反射防止膜BKが形成される。BARCとは、フォトレジストの下に形成される塗布型の反射防止膜のことであり、半導体基板SUBからの反射光をなくすことで、下地段差からのハレーションをなくす効果を有するものである。この反射防止膜BK上にフォトレジストPR1が塗布される。この後、フォトレジストPR1が光リソグラフィー法によりパターニングされて、レジストパターンPR1が形成される。 On the main surface of the semiconductor substrate SUB, an antireflection film BK to be BARC is formed. BARC is a coating-type antireflection film formed under a photoresist, and has the effect of eliminating halation from the underlying step by eliminating reflected light from the semiconductor substrate SUB. A photoresist PR1 is applied on the antireflection film BK. Thereafter, the photoresist PR1 is patterned by photolithography to form a resist pattern PR1.
この際、レジストパターンPR1のパターン端部が上部から半導体基板SUBの主表面に向かって広がるような傾斜となるようにレジストパターンPR1が形成される。このような傾斜を持ったレジストパターンPR1は、後述するように反射防止膜BKの厚みdを適切に設定することにより形成され得る。 At this time, the resist pattern PR1 is formed so that the pattern end of the resist pattern PR1 is inclined so as to spread from the top toward the main surface of the semiconductor substrate SUB. The resist pattern PR1 having such an inclination can be formed by appropriately setting the thickness d of the antireflection film BK as will be described later.
このレジストパターンPR1のパターン端部の傾斜角度θは2°以上5°以下であることが好ましい。 The inclination angle θ of the pattern end of the resist pattern PR1 is preferably 2 ° or more and 5 ° or less.
レジストパターンPR1をマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの主表面に、たとえばp型ウェルPWが形成される。この後、レジストパターンがたとえばアッシングなどにより除去され、さらに反射防止膜BKがたとえばエッチングなどにより除去される。 Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern PR1 as a mask. By this ion implantation, for example, a p-type well PW is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, the resist pattern is removed by, for example, ashing, and the antireflection film BK is removed by, for example, etching.
図3(A)を参照して、上記のp型ウェルPWの形成方法と同様の方法により半導体基板SUBの主表面に、p型ウェルPWと隣接するようにn型ウェルNWが形成される。この後、半導体基板SUBの主表面にたとえばnチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ(以下、nMOSトランジスタと称する)NTなどの電子デバイスが形成される。このnMOSトランジスタNTの形成においては、まず半導体基板SUBの主表面にゲート酸化膜GIとゲート電極GEとが形成される。このゲート電極などをマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオン注入などをすることにより半導体基板SUBの主表面に比較的低濃度のn型領域LDが形成される。 Referring to FIG. 3A, n-type well NW is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to be adjacent to p-type well PW by a method similar to the method for forming p-type well PW. Thereafter, an electronic device such as an n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (hereinafter referred to as an nMOS transistor) NT is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. In forming the nMOS transistor NT, first, a gate oxide film GI and a gate electrode GE are formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. By performing ion implantation or the like on the main surface of the semiconductor substrate SUB using the gate electrode or the like as a mask, a relatively low concentration n-type region LD is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB.
この後、ゲート電極GEの側壁を覆うように側壁絶縁層SWが半導体基板SUBの主表面上に形成される。この側壁絶縁層SW、ゲート電極GEなどをマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオン注入などをすることにより半導体基板SUBの主表面に比較的高濃度のn型領域HDが形成される。 Thereafter, sidewall insulating layer SW is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to cover the sidewall of gate electrode GE. By performing ion implantation or the like on the main surface of the semiconductor substrate SUB using the sidewall insulating layer SW, the gate electrode GE, and the like as a mask, a relatively high concentration n-type region HD is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB.
この比較的低濃度のn型領域LDと比較的高濃度のn型領域HDとによりLDD(Lightly Doped Drain)またはMDD(Middle Doped Drain)構造のソース/ドレイン領域SDが形成される。そして1対のソース/ドレイン領域SDと、ゲート酸化膜GIと、ゲート電極GEとによりnMOSトランジスタNTが形成される。 A source / drain region SD having an LDD (Lightly Doped Drain) or MDD (Middle Doped Drain) structure is formed by the relatively low concentration n-type region LD and the relatively high concentration n-type region HD. Then, the nMOS transistor NT is formed by the pair of source / drain regions SD, the gate oxide film GI, and the gate electrode GE.
またイオン注入などにより、p型ウェルPWの表面にはp+領域PRが形成される。このp+領域PR、ソース/ドレイン領域SDおよびゲート電極GEの各表面に接するように高融点金属が形成され熱処理が行なわれる。これにより、p+領域PR、ソース/ドレイン領域SDおよびゲート電極GEの各々と高融点金属との接する部分に、高融点金属のシリサイド層SCが形成される。この後、未反応の高融点金属が除去される。 Also, a p + region PR is formed on the surface of the p-type well PW by ion implantation or the like. A refractory metal is formed in contact with the surfaces of p + region PR, source / drain region SD, and gate electrode GE, and heat treatment is performed. As a result, a refractory metal silicide layer SC is formed at the portion where each of the p + region PR, the source / drain region SD and the gate electrode GE is in contact with the refractory metal. Thereafter, unreacted refractory metal is removed.
以上により、図3(A)に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。
次に、本実施の形態の作用効果について、図4(A)に示す方法でイオン注入した場合との対比で説明する。
Thus, the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 3A is manufactured.
Next, the operational effects of this embodiment will be described in comparison with the case where ions are implanted by the method shown in FIG.
図4(A)は、反射防止膜が形成されず、かつレジストパターンのパターン端部が傾斜していない状態でイオン注入を行なう様子を示す図である。また図4(B)は、図4(A)の一点鎖線IVB−IVBに沿う位置におけるp型不純物濃度の分布を示す図である。 FIG. 4A is a diagram illustrating a state in which ion implantation is performed in a state where the antireflection film is not formed and the pattern end portion of the resist pattern is not inclined. FIG. 4B is a diagram showing the distribution of the p-type impurity concentration at positions along the alternate long and short dash line IVB-IVB in FIG.
図4(A)を参照して、反射防止膜が形成されず、かつレジストパターンPRのパターン端部が傾斜していない(つまりパターン端部が半導体基板SUBの主表面に対して略垂直である)場合、イオン注入時に2次イオンがレジストパターンPRの側壁から半導体基板SUBの主表面に過剰に注入される。 Referring to FIG. 4A, the antireflection film is not formed, and the pattern end of resist pattern PR is not inclined (that is, the pattern end is substantially perpendicular to the main surface of semiconductor substrate SUB). ), Secondary ions are excessively implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB from the side wall of the resist pattern PR during ion implantation.
これにより図4(B)に示すように、p型不純物イオンがパターン端部の近傍(pn分離境界近傍)において過剰に注入され、p型不純物の濃度分布が不均一となる。このため、pn分離境界近傍に形成される素子の性能が他の位置(たとえばp型ウェルPWの中央部)に形成される素子の特性に比べて変動する、いわゆるウエル近接効果が生じる。 As a result, as shown in FIG. 4B, p-type impurity ions are excessively implanted in the vicinity of the pattern end (near the pn separation boundary), and the concentration distribution of the p-type impurity becomes nonuniform. For this reason, a so-called well proximity effect is produced in which the performance of the element formed in the vicinity of the pn isolation boundary fluctuates in comparison with the characteristics of the element formed in another position (for example, the central portion of the p-type well PW).
これに対して本実施の形態によれば、図2に示すイオン注入の際に半導体基板SUBの主表面上に反射防止膜BKが形成されている。このため、イオン注入時にレジストパターンPR1の側壁から散乱された2次イオンが反射防止膜BKに捕捉される。つまり、レジストパターンPR1から出る2次イオンは、既にある程度エネルギーを失っている上に、斜めに反射防止膜BKへ入射するので、反射防止膜BKの表面や内部にトラップされ得る。これにより、2次イオンが半導体基板SUBの主表面に到達しにくくなる。 On the other hand, according to the present embodiment, the antireflection film BK is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB during the ion implantation shown in FIG. For this reason, secondary ions scattered from the sidewall of the resist pattern PR1 during ion implantation are trapped in the antireflection film BK. That is, the secondary ions coming out of the resist pattern PR1 have already lost energy to some extent and are incident on the antireflection film BK obliquely, and can be trapped on the surface or inside of the antireflection film BK. This makes it difficult for secondary ions to reach the main surface of the semiconductor substrate SUB.
またレジストパターンPR1のパターン端部は上部から半導体基板SUBの主表面側に向かって広がるような傾斜を有している。このため、レジストパターンPR1から半導体基板SUBの主表面へ向かう2次イオンの発生を抑制することができる。これにより、半導体基板SUBの主表面への2次イオンの注入が抑制される。 Further, the pattern end portion of the resist pattern PR1 has an inclination that spreads from the top toward the main surface side of the semiconductor substrate SUB. For this reason, generation of secondary ions from the resist pattern PR1 toward the main surface of the semiconductor substrate SUB can be suppressed. Thereby, implantation of secondary ions into the main surface of the semiconductor substrate SUB is suppressed.
以上より本実施の形態によれば、図3(B)に示すように、p型ウェルPWの端部におけるp型不純物の濃度分布の不均一さが図4(B)よりも改善される。これにより、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the non-uniformity of the p-type impurity concentration distribution at the end of the p-type well PW is improved as compared with FIG. As a result, the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
また反射防止膜BKにより半導体基板SUBからの反射光が抑制できるので、レジストパターンPR1の寸法の制御性が向上する。 Further, since the reflection light from the semiconductor substrate SUB can be suppressed by the antireflection film BK, the controllability of the dimension of the resist pattern PR1 is improved.
また本実施の形態においては、図2に示すレジストパターンPR1のパターン端部の傾斜角度θが2°以上5°以下であることが好ましい。以下、そのことを説明する。 In the present embodiment, it is preferable that the inclination angle θ of the pattern end portion of the resist pattern PR1 shown in FIG. 2 is 2 ° or more and 5 ° or less. This will be described below.
2次イオンは、レジストパターンPR1の側壁の法線方向を中心に再放出される。このことから、傾斜角度θを決めるに際して、以下の2つの要因を考慮する必要がある。 The secondary ions are re-emitted around the normal direction of the sidewall of the resist pattern PR1. From this, it is necessary to consider the following two factors when determining the inclination angle θ.
(a)ウェル近接効果への改善効果を期待する観点から見ると、レジストパターンPR1のパターン端部における傾斜角度θは大きいほうがよい。 (A) From the viewpoint of expecting an improvement effect on the well proximity effect, the inclination angle θ at the pattern edge of the resist pattern PR1 should be larger.
(b)レジストパターンPR1のパターン端部における傾斜角度θが大きすぎると、傾斜の斜め部分のチップ面積が無駄になってしまう。よって、半導体チップの微細化を追求する観点から見ると、傾斜角度θは小さいほうがよい。 (B) If the inclination angle θ at the pattern edge of the resist pattern PR1 is too large, the chip area of the inclined portion of the inclination is wasted. Therefore, from the viewpoint of pursuing miniaturization of the semiconductor chip, it is better that the inclination angle θ is small.
上記(a)と(b)とは相反するので、最適値を見積もるために、本発明者はイオン注入のモンテカルロシミュレーションを実施した。 Since the above (a) and (b) are contradictory, in order to estimate the optimum value, the present inventor performed a Monte Carlo simulation of ion implantation.
このモンテカルロシュミレーションは、図5に示す構造を用いて行なった。図5はシミュレーションを行った構造の概略断面図を示している。図5を参照して、シミュレーションに用いた構造は、シリコン基板SUBと、そのシリコン基板SUBの表面に選択的に形成された酸化シリコン(SiO2)よりなる反射防止膜BKと、反射防止膜BK上に形成されたレジストパターンPR1とを有している。 This Monte Carlo simulation was performed using the structure shown in FIG. FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the simulated structure. Referring to FIG. 5, the structure used for the simulation is a silicon substrate SUB, an antireflection film BK made of silicon oxide (SiO 2 ) selectively formed on the surface of the silicon substrate SUB, and an antireflection film BK. And a resist pattern PR1 formed thereon.
この構造について、注入エネルギー:200keV、ドーズ量:1×1013/cm-2の条件でボロンイオン(B+)をイオン注入してシリコン基板SUBにp型拡散層を形成する場合についてシミュレーションを行なった。その結果を、図6および図7に示す。 With respect to this structure, a simulation was performed in the case of forming a p-type diffusion layer in the silicon substrate SUB by implanting boron ions (B + ) under the conditions of implantation energy: 200 keV and dose amount: 1 × 10 13 / cm −2. It was. The results are shown in FIG. 6 and FIG.
なお図6は、図5の構造における一点鎖線VIA−VIAに沿う部分(中央)と、一点鎖線VIB−VIBに沿う部分(端)の各々における深さ方向(Z方向)の濃度分布を示している。また図7は、図5の構造における一点鎖線VIIA−VIIBに沿う部分の横方向(X方向)の濃度分布を示している。 FIG. 6 shows the concentration distribution in the depth direction (Z direction) at each of the portion (center) along the alternate long and short dash line VIA-VIA and the portion (end) along the alternate long and short dashed line VIB-VIB in the structure of FIG. Yes. FIG. 7 shows the concentration distribution in the horizontal direction (X direction) of the portion along the alternate long and short dash line VIIA-VIIB in the structure of FIG.
図6の結果から、p型拡散層の中央部と端部との深さ方向の濃度分布を比較すると、傾斜角度がわずか2°〜3°であっても、パターン端部が傾斜していると、2次イオンの影響が軽減されていることがわかる。特にp型拡散層の端部におけるシリコン基板SUBの表面近くにて、2次イオンの影響が顕著に軽減されている。 From the result of FIG. 6, when comparing the concentration distribution in the depth direction between the central portion and the end portion of the p-type diffusion layer, the pattern end portion is inclined even if the inclination angle is only 2 ° to 3 °. It can be seen that the influence of secondary ions is reduced. In particular, the influence of secondary ions is significantly reduced near the surface of the silicon substrate SUB at the end of the p-type diffusion layer.
また図7の結果から、レジストパターンPR1の影響で、p型拡散層の端部の濃度はp型拡散層の中央部の濃度より1桁ほど高くなっていることがわかる。また、傾斜角度θの依存性がp型拡散層の端部で若干あることがわかる。 From the result of FIG. 7, it can be seen that the concentration of the end portion of the p-type diffusion layer is higher by one digit than the concentration of the central portion of the p-type diffusion layer due to the influence of the resist pattern PR1. It can also be seen that the inclination angle θ has a slight dependency at the end of the p-type diffusion layer.
これらのモンテカルロシミュレーションの結果によると、傾斜角度θがわずか2°〜3°であってもパターン端部が傾斜していると、2次イオンの影響(すなわちウェル近接効果)は軽減されている。また、傾斜角度θが大きすぎると(θ=10°)、レジストパターンを付き抜けてシリコン基板SUBの主表面に注入されるイオンを無視することができない。そこで、本実施の形態における傾斜角度θの好ましい範囲は2°〜5°に設定される。 According to the results of these Monte Carlo simulations, the influence of secondary ions (that is, the well proximity effect) is reduced if the pattern end is inclined even if the inclination angle θ is only 2 ° to 3 °. If the inclination angle θ is too large (θ = 10 °), ions that pass through the resist pattern and are implanted into the main surface of the silicon substrate SUB cannot be ignored. Therefore, a preferable range of the inclination angle θ in the present embodiment is set to 2 ° to 5 °.
次に、図2に示すレジストパターンPR1に傾斜角度θを付与する方法について説明する。 Next, a method for providing the inclination angle θ to the resist pattern PR1 shown in FIG. 2 will be described.
傾斜角度θを付与する方法としては、BARCとなる反射防止膜BKを採用する方法がある。しかし、傾斜角度θを2°〜5°に制御するには、以下のような方法が必要である。 As a method of providing the inclination angle θ, there is a method of adopting an antireflection film BK to be BARC. However, in order to control the inclination angle θ to 2 ° to 5 °, the following method is required.
まず、通常のBARCプロセスでは、反射防止膜BKの上下面からの反射光の位相が180°反転するような反射防止膜BKの膜厚dが用いられる。つまり、反射防止膜BKに入射する光に対して反射防止膜BKから反射する光の位相を180°反転させることにより、入射光と反射光とが互いに相殺しあって反射が防止される。 First, in the normal BARC process, the film thickness d of the antireflection film BK is used such that the phase of the reflected light from the upper and lower surfaces of the antireflection film BK is inverted by 180 °. That is, by reversing the phase of the light reflected from the antireflection film BK by 180 ° with respect to the light incident on the antireflection film BK, the incident light and the reflected light cancel each other to prevent reflection.
ここで、たとえばレジストパターンPR1、反射防止膜BKおよび半導体基板SUBのそれぞれの屈折率をNresist、Nbarc、Nsubとしたとき、Nresist<Nbarc<Nsubの関係が成り立つとすると、この時、4×Nbarc×d=m×λの関係が成立する。さらに、Nbarc×Nbarc=Nresist×Nsubの関係が成立すると、最小の反射率に設定することができる。この条件は、マスクやウエハでの反射防止プロセスでよく用いられている関係である。 Here, for example, assuming that the resist patterns PR1, the antireflection film BK, and the semiconductor substrate SUB have respective refractive indexes Nresist, Nbarc, and Nsub, and the relationship of Nresist <Nbarc <Nsub is satisfied, then 4 × Nbarc × The relationship d = m × λ is established. Further, when the relationship Nbarc × Nbarc = Nresist × Nsub is established, the minimum reflectance can be set. This condition is a relationship often used in an antireflection process on a mask or wafer.
しかし、レジストパターンPR1の傾斜角度θを2°〜5°に設定するためには、反射光が完全に0にされるのではなく、制御された多少の反射光が必要である。たとえば、反射防止膜BKの上下面からの反射光の位相を90°や270°に設定するような反射防止膜BKの膜厚dを用いることができる。 However, in order to set the inclination angle θ of the resist pattern PR1 to 2 ° to 5 °, the reflected light is not completely reduced to 0, but some controlled reflected light is required. For example, a film thickness d of the antireflection film BK that sets the phase of the reflected light from the upper and lower surfaces of the antireflection film BK to 90 ° or 270 ° can be used.
この時、4×Nbarc×d=(m+1/4)×λや4×Nbarc×d=(m−1/4)×λの関係がそれぞれ成立する。この条件が満たされると、レジストパターンPR1の下地である反射防止膜BKからの反射光がほどよく発生し、2°〜5°の傾斜角度θを持ったレジストパターンPR1が得られる。将来的には、プロセス全体の微細化に伴い、露光波長、レジスト、BARC材などが変更されていくので、その度に最適化作業が必要なのはいうまでもない。 At this time, 4 × Nbarc × d = (m + 1/4) × λ and 4 × Nbarc × d = (m−1 / 4) × λ are established. When this condition is satisfied, reflected light from the antireflection film BK, which is the base of the resist pattern PR1, is moderately generated, and a resist pattern PR1 having an inclination angle θ of 2 ° to 5 ° is obtained. In the future, as the entire process becomes finer, the exposure wavelength, resist, BARC material, and the like will be changed. Needless to say, optimization work is required each time.
上記のように反射防止膜の膜厚dを適切に設定することにより、2°〜5°の傾斜角度θを持ったパターン端部を有するレジストパターンPR1を形成することが可能となる。 By appropriately setting the film thickness d of the antireflection film as described above, it is possible to form the resist pattern PR1 having a pattern end portion having an inclination angle θ of 2 ° to 5 °.
(実施の形態3)
本実施の形態は実施の形態1の手段(2)に基づくものである。
(Embodiment 3)
This embodiment is based on the means (2) of the first embodiment.
図8は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。図8を参照して、本実施の形態においては、実施の形態2と同様の工程を経て、半導体基板SUBの主表面にn型領域NRとSTIとが形成される。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, in the present embodiment, n-type regions NR and STI are formed on the main surface of semiconductor substrate SUB through the same steps as in the second embodiment.
この後、半導体基板SUBの主表面上に、フォトレジストPR2が塗布される。この後、フォトレジストPR2が光リソグラフィー法によりパターニングされて、レジストパターンPR2が形成される。このレジストパターンPR2の周囲を覆うように、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含む有機材料層REがたとえばRELACS処理により形成される。 Thereafter, a photoresist PR2 is applied on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, the photoresist PR2 is patterned by photolithography to form a resist pattern PR2. An organic material layer RE containing at least one of silicon and germanium is formed by, for example, RELACS processing so as to cover the periphery of the resist pattern PR2.
これらのレジストパターンPR1および有機材料層REをマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの主表面に、たとえばp型ウェルPWが形成される。この後、有機材料層REおよびレジストパターンが除去される。 Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern PR1 and the organic material layer RE as a mask. By this ion implantation, for example, a p-type well PW is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, the organic material layer RE and the resist pattern are removed.
図3(A)を参照して、上記のp型ウェルPWの形成方法と同様の方法により半導体基板SUBの主表面に、p型ウェルPWと隣接するようにn型ウェルNWが形成される。この後、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、半導体基板SUBの主表面にたとえばnMOSトランジスタNTなどの電子デバイスが形成される。これにより、図3(A)に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。 Referring to FIG. 3A, n-type well NW is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to be adjacent to p-type well PW by a method similar to the method for forming p-type well PW. Thereafter, through the same process as in the first embodiment, an electronic device such as an nMOS transistor NT is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB. Thereby, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 3A is manufactured.
次に、図8に示す有機材料層REをRELACS処理により形成する方法について具体的に説明する。 Next, a method for forming the organic material layer RE shown in FIG. 8 by RELACS processing will be specifically described.
図9〜図12は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法において、有機材料層REをRELACS処理により形成する方法を工程順に示す概略断面図である。図9を参照して、STIが形成された半導体基板SUBの主表面上にレジストパターンPR2が形成される。 9 to 12 are schematic cross-sectional views showing, in the order of steps, a method of forming the organic material layer RE by the RELACS process in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, resist pattern PR2 is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB on which STI is formed.
図10を参照して、このレジストパターンPR2を覆うように半導体基板SUBの主表面上に有機材料PR3が形成される。この有機材料PR3は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含み、かつレジストパターンPR2中の酸成分を触媒として熱架橋反応を起こして硬化する材料よりなっている。有機材料PR3は、たとえばシリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含む水性塩基可溶性シリコン含有フェノール性ポリマーよりなっている。 Referring to FIG. 10, organic material PR3 is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to cover resist pattern PR2. This organic material PR3 is made of a material that contains at least one of silicon and germanium and cures by causing a thermal crosslinking reaction using an acid component in the resist pattern PR2 as a catalyst. The organic material PR3 is made of an aqueous base-soluble silicon-containing phenolic polymer containing, for example, at least one of silicon and germanium.
また有機材料PR3にシリコン含有レジストが用いられる場合には、たとえば特開2000−221687号公報に示されたような様々な構造や組成のシリコン含有レジストが用いられる。また2次イオンの遮蔽の観点からは、ベース樹脂のシリコンの含有率が高い構成が好ましい。 When a silicon-containing resist is used for the organic material PR3, silicon-containing resists having various structures and compositions as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-221687 are used. Further, from the viewpoint of shielding secondary ions, a configuration in which the silicon content of the base resin is high is preferable.
上記のように有機材料層REが形成された後に加熱処理が施される。
図11を参照して、上記の加熱処理により、有機材料PR3は、レジストパターンPR2と接している部分において、レジストパターンPR2中の酸成分を触媒として熱架橋反応を起こして硬化する。これにより、レジストパターンPR2の周囲に、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含む有機材料層REが形成される。この後、有機材料PR3の未硬化部分がたとえば水洗により除去される。
After the organic material layer RE is formed as described above, heat treatment is performed.
Referring to FIG. 11, by the heat treatment described above, organic material PR3 is cured by causing a thermal crosslinking reaction using an acid component in resist pattern PR2 as a catalyst in a portion in contact with resist pattern PR2. As a result, an organic material layer RE containing at least one of silicon and germanium is formed around the resist pattern PR2. Thereafter, the uncured portion of the organic material PR3 is removed by washing with water, for example.
図12を参照して、上記の水洗除去により有機材料PR3の未硬化部分が除去されて、半導体基板SUBの主表面が露出する。これにより、レジストパターンPR2の周囲を覆う有機材料層REがRELACS処理により形成される。 Referring to FIG. 12, the uncured portion of organic material PR3 is removed by the water washing removal described above, and the main surface of semiconductor substrate SUB is exposed. Thereby, the organic material layer RE covering the periphery of the resist pattern PR2 is formed by the RELACS process.
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、イオン注入の際に、レジストパターンPR2の周囲に有機材料層REが形成されており、この有機材料層REにはシリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかが含まれている。このため、イオン注入時に有機材料層REに注入されたイオンは有機材料層RE中でシリコンやゲルマニウムに衝突する。シリコンやゲルマニウムは炭素よりも重い元素であるため、シリコンやゲルマニウムに衝突したイオンは、炭素に衝突する場合よりも大きな運動エネルギーを失うため、有機材料層RE中のイオンの平均自由工程が小さくなる。したがって、イオンは有機材料層REから外部へ出にくくなり、半導体基板SUBの主表面への2次イオンの注入が抑制される。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
According to the present embodiment, at the time of ion implantation, the organic material layer RE is formed around the resist pattern PR2, and the organic material layer RE contains at least one of silicon and germanium. For this reason, the ions implanted into the organic material layer RE during ion implantation collide with silicon or germanium in the organic material layer RE. Since silicon and germanium are heavier elements than carbon, ions that collide with silicon or germanium lose greater kinetic energy than when they collide with carbon, and therefore the mean free path of ions in the organic material layer RE is reduced. . Accordingly, ions are less likely to exit from the organic material layer RE, and secondary ion implantation into the main surface of the semiconductor substrate SUB is suppressed.
以上より本実施の形態においても、実施の形態2と同様、図3(B)に示すように、p型ウェルPWの端部におけるp型不純物の濃度分布の不均一さが図4(B)よりも改善される。これにより、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 As described above, in this embodiment as well, as shown in FIG. 3B, the non-uniformity of the p-type impurity concentration distribution at the end of the p-type well PW is shown in FIG. Better than. As a result, the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
(実施の形態4)
本実施の形態は実施の形態1の手段(3)に基づくものである。
(Embodiment 4)
This embodiment is based on the means (3) of the first embodiment.
図13は、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。図13を参照して、本実施の形態においては、実施の形態2と同様の工程を経て、半導体基板SUBの主表面にn型領域NRとSTIとが形成される。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, in the present embodiment, n-type regions NR and STI are formed on the main surface of semiconductor substrate SUB through the same steps as in the second embodiment.
この後、半導体基板SUBの主表面上に、シリコン、ゲルマニウムおよび色素よりなる群より選ばれる1種以上を含むフォトレジストPR4が塗布される。この後、フォトレジストPR4が光リソグラフィー法によりパターニングされて、レジストパターンPR4が形成される。 Thereafter, a photoresist PR4 containing one or more selected from the group consisting of silicon, germanium and a dye is applied on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, the photoresist PR4 is patterned by photolithography to form a resist pattern PR4.
このレジストパターンPR4をマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの主表面に、たとえばp型ウェルPWが形成される。この後、レジストパターンPR4がたとえばアッシングなどにより除去される。 Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the resist pattern PR4 as a mask. By this ion implantation, for example, a p-type well PW is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, resist pattern PR4 is removed by, for example, ashing.
図3(A)を参照して、上記のp型ウェルPWの形成方法と同様の方法により半導体基板SUBの主表面に、p型ウェルPWと隣接するようにn型ウェルNWが形成される。この後、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、半導体基板SUBの主表面にたとえばnMOSトランジスタNTなどの電子デバイスが形成される。これにより、図3(A)に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。 Referring to FIG. 3A, n-type well NW is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to be adjacent to p-type well PW by a method similar to the method for forming p-type well PW. Thereafter, through the same process as in the first embodiment, an electronic device such as an nMOS transistor NT is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB. Thereby, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 3A is manufactured.
上記においてフォトレジストPR4にシリコン含有レジストが用いられる場合には、特開2000−221687号公報に示されたような水性塩基可溶性シリコン含有フェノール性ポリマーを用いたレジストを用いることができる。 In the above, when a silicon-containing resist is used for the photoresist PR4, a resist using an aqueous base-soluble silicon-containing phenolic polymer as disclosed in JP 2000-221687A can be used.
またフォトレジストPR4に用いるシリコン含有レジストとしては、特開2000−221687号公報に示されたような様々な構造や組成のシリコン含有レジストがある。また2次イオンの遮蔽の観点からは、ベース樹脂のシリコン含有率が高い構成が好ましい。 Silicon-containing resists used for the photoresist PR4 include silicon-containing resists having various structures and compositions as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-221687. Further, from the viewpoint of shielding secondary ions, a configuration in which the silicon content of the base resin is high is preferable.
また上記においてフォトレジストPR4に色素入りレジストが用いられる場合には、フォトレジストPR4に含ませる色素としてアゾ色素を用いることができる。アゾ色素には、特開2008−7732号公報に示されるような様々な構造や組成がある。2次イオンの遮蔽の観点からは、なるべく原子番号の大きい原子が含まれていることが好ましい。 In the above, when a dye-containing resist is used for the photoresist PR4, an azo dye can be used as a dye to be included in the photoresist PR4. Azo dyes have various structures and compositions as disclosed in JP-A-2008-7732. From the viewpoint of shielding secondary ions, it is preferable that atoms with as large an atomic number as possible are included.
本実施の形態によれば、レジストパターンPR4にはシリコン、ゲルマニウムおよび色素の少なくともいずれかが含まれている。このため、イオン注入時にレジストパターンPR4に注入されたイオンはレジストパターンPR4中でシリコンやゲルマニウムや色素に衝突する。シリコンやゲルマニウムや色素は炭素よりも重いため、シリコンやゲルマニウムや色素に衝突したイオンは、炭素に衝突する場合よりも大きな運動エネルギーを失うため、レジストパターンPR4中のイオンの平均自由工程が小さくなる。したがって、イオンはレジストパターンPR4から外部へ出にくくなり、半導体基板SUBの主表面への2次イオンの注入が抑制される。 According to the present embodiment, the resist pattern PR4 includes at least one of silicon, germanium, and a dye. For this reason, the ions implanted into the resist pattern PR4 at the time of ion implantation collide with silicon, germanium, or a dye in the resist pattern PR4. Since silicon, germanium, and pigment are heavier than carbon, ions that collide with silicon, germanium, and pigment lose greater kinetic energy than when they collide with carbon, so the mean free path of ions in resist pattern PR4 is reduced. . Therefore, ions are less likely to exit from the resist pattern PR4, and secondary ion implantation into the main surface of the semiconductor substrate SUB is suppressed.
以上より本実施の形態においても、実施の形態2と同様、図3(B)に示すように、p型ウェルPWの端部におけるp型不純物の濃度分布の不均一さが図4(B)よりも改善される。これにより、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 As described above, in this embodiment as well, as shown in FIG. 3B, the non-uniformity of the p-type impurity concentration distribution at the end of the p-type well PW is shown in FIG. Better than. As a result, the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
(実施の形態5)
本実施の形態は実施の形態1の手段(4)に基づくものである。
(Embodiment 5)
This embodiment is based on the means (4) of the first embodiment.
図14は、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。図14を参照して、本実施の形態においては、実施の形態2と同様の工程を経て、半導体基板SUBの主表面にn型領域NRとSTIとが形成される。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the method for manufacturing the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 14, in the present embodiment, n-type regions NR and STI are formed on the main surface of semiconductor substrate SUB through the same steps as in the second embodiment.
この後、半導体基板SUBの主表面上に、マイナスに帯電させたレジストパターンPR5が形成される。このレジストパターンPR5をマイナスに帯電させる工程には、たとえばフォトレジストにエレクトロンシャワーを照射する工程が含まれる。 Thereafter, a negatively charged resist pattern PR5 is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. The step of negatively charging the resist pattern PR5 includes, for example, a step of irradiating the photoresist with an electron shower.
このマイナスに帯電したレジストパターンPR5をマスクとして半導体基板SUBの主表面にイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの主表面に、たとえばp型ウェルPWが形成される。この後、レジストパターンPR4がたとえばアッシングなどにより除去される。 Ions are implanted into the main surface of the semiconductor substrate SUB using the negatively charged resist pattern PR5 as a mask. By this ion implantation, for example, a p-type well PW is formed on the main surface of the semiconductor substrate SUB. Thereafter, resist pattern PR4 is removed by, for example, ashing.
図3(A)を参照して、上記のp型ウェルPWの形成方法と同様の方法により半導体基板SUBの主表面に、p型ウェルPWと隣接するようにn型ウェルNWが形成される。この後、実施の形態1と同様の工程を経ることにより、半導体基板SUBの主表面にたとえばnMOSトランジスタNTなどの電子デバイスが形成される。これにより、図3(A)に示す本実施の形態の半導体装置が製造される。 Referring to FIG. 3A, n-type well NW is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB so as to be adjacent to p-type well PW by a method similar to the method for forming p-type well PW. Thereafter, through the same process as in the first embodiment, an electronic device such as an nMOS transistor NT is formed on the main surface of semiconductor substrate SUB. Thereby, the semiconductor device of the present embodiment shown in FIG. 3A is manufactured.
本実施の形態によれば、レジストパターンPR5がエレクトロンシャワーの照射によりマイナスに帯電している。またイオン注入の際に半導体基板SUBに注入されるイオンは通常プラスイオンである。このため、イオン注入の初期段階では、クーロン引力によりイオンはレジストパターンPR5に引き寄せられ、またレジストパターンPR5に注入されたイオンが2次イオンとなってレジストパターンPR5から放出されにくくなる。したがって、イオンはレジストパターンPR5から外部へ出にくくなり、半導体基板SUBの主表面への2次イオンの注入が抑制される。 According to the present embodiment, the resist pattern PR5 is negatively charged by the electron shower irradiation. The ions implanted into the semiconductor substrate SUB during ion implantation are usually positive ions. Therefore, in the initial stage of ion implantation, ions are attracted to the resist pattern PR5 by Coulomb attraction, and ions implanted into the resist pattern PR5 become secondary ions and are not easily released from the resist pattern PR5. Therefore, ions are less likely to exit from the resist pattern PR5, and secondary ion implantation into the main surface of the semiconductor substrate SUB is suppressed.
以上より本実施の形態においても、実施の形態2と同様、図3(B)に示すように、p型ウェルPWの端部におけるp型不純物の濃度分布の不均一さが図4(B)よりも改善される。これにより、ウエル近接効果の発生を抑制することが可能となる。 As described above, in this embodiment as well, as shown in FIG. 3B, the non-uniformity of the p-type impurity concentration distribution at the end of the p-type well PW is shown in FIG. Better than. As a result, the occurrence of the well proximity effect can be suppressed.
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態1〜5におけるイオン注入方法により改善された、図3(B)に示すようなイオンの不純物濃度プロファイルが透過型電子顕微鏡により計測されることで、ウェル近接効果が定量化される。
(Embodiment 6)
In this embodiment, the impurity proximity profile of ions as shown in FIG. 3B improved by the ion implantation method in
このように透過型電子顕微鏡を用いてウェル近接効果を定量化できるので、実施の形態1〜5による改善効果をモニタすることができる。このモニタの結果、仮に改善効果が不足していた場合には、実施の形態2〜5の条件を変更したり、実施の形態2〜5の複数の形態を組み合わせて使うことができる。また、仮に改善効果が過剰であった場合には、改善効果が適切となるように、実施の形態2〜5の条件を変更するなどして調整することができる。これにより、効果的にウェル近接効果を軽減でき、トランジスタの性能のバラツキを軽減することができる。
Since the well proximity effect can be quantified using the transmission electron microscope as described above, the improvement effect according to the first to fifth embodiments can be monitored. As a result of this monitoring, if the improvement effect is insufficient, the conditions of the second to fifth embodiments can be changed, or a plurality of embodiments of the second to fifth embodiments can be used in combination. In addition, if the improvement effect is excessive, it can be adjusted by changing the conditions of
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、レジストパターンをマスクとしたイオン注入工程を有する半導体装置の製造方法に特に有利に適用され得る。 The present invention can be applied particularly advantageously to a method of manufacturing a semiconductor device having an ion implantation process using a resist pattern as a mask.
BI 充填層、BK 反射防止膜、GE ゲート電極、GI ゲート酸化膜、HD 比較的高濃度の領域、LD 比較的低濃度の領域、NR n型領域、NT nMOSトランジスタ、PR,PR1,PR2,PR4,PR5 レジストパターン、PR3 有機材料、PW p型ウェル、RE 有機材料層、SC シリサイド層、SD ソース/ドレイン領域、SUB 半導体基板、SW 側壁絶縁層、TR トレンチ。 BI filling layer, BK antireflection film, GE gate electrode, GI gate oxide film, HD relatively high concentration region, LD relatively low concentration region, NR n-type region, NT nMOS transistor, PR, PR1, PR2, PR4 , PR5 resist pattern, PR3 organic material, PW p-type well, RE organic material layer, SC silicide layer, SD source / drain region, SUB semiconductor substrate, SW sidewall insulating layer, TR trench.
Claims (8)
前記反射防止膜上に、パターン端部において前記パターンが前記半導体基板側に向かって広がるような傾斜を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板の前記主表面にイオンを注入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 Forming an antireflection film on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a resist pattern on the antireflection film having an inclination such that the pattern spreads toward the semiconductor substrate at a pattern end; and
And a step of implanting ions into the main surface of the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask.
前記レジストパターンの周囲にシリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含む有機材料層を形成する工程と、
前記レジストパターンおよび前記有機材料層をマスクとして前記半導体基板の前記主表面にイオンを注入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 Forming a resist pattern on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming an organic material layer containing at least one of silicon and germanium around the resist pattern;
And a step of implanting ions into the main surface of the semiconductor substrate using the resist pattern and the organic material layer as a mask.
シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかを含み、かつ前記レジストパターン中の酸成分を触媒として熱架橋反応を起こして硬化する有機材料を、前記レジストパターンを覆うように形成する工程と、
加熱処理を施して前記レジストパターンに接する部分の前記有機材料を熱硬化させることにより、前記レジストパターンの周囲に前記有機材料層を形成する工程とを含む、請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the organic material layer includes
Forming an organic material containing at least one of silicon and germanium and curing by causing a thermal crosslinking reaction using an acid component in the resist pattern as a catalyst; and covering the resist pattern;
Forming the organic material layer around the resist pattern by heat-curing the organic material at a portion in contact with the resist pattern by performing a heat treatment. Method.
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板の前記主表面にイオンを注入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 Forming a resist pattern including one or more selected from the group consisting of silicon, germanium and a dye on the main surface of the semiconductor substrate;
And a step of implanting ions into the main surface of the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask.
前記レジストパターンをマスクとして前記半導体基板の前記主表面にイオンを注入する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 Forming a negatively charged resist pattern on the main surface of the semiconductor substrate;
And a step of implanting ions into the main surface of the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask.
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