JP2006179866A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】イオン注入マスクとして用いられるフォトレジスト内部のボイドの発生を防止し、イオン注入時に基板の非活性領域へのドーパントの侵入を遮断できる半導体素子の製造方法を提供すること。
【解決手段】活性領域Aと非活性領域Bとが画定され、導電パターン11が形成された半導体基板10を提供するステップと、緩衝膜12を形成するステップと、緩衝膜12上にフォトレジスト膜よりも流動性の高い有機物質を塗布するステップと、熱処理によって、有機物質を導電パターン11間にフローさせ、導電パターン11間を部分的に埋めるステップと、全体の上にフォトレジスト膜を塗布するステップと、露光及び現像処理によって活性領域Aがオープンしたフォトレジストパターン14Aを形成するステップと、フォトレジストパターン14Aをマスクとしてイオン注入を実施して半導体基板10の活性領域Aに接合領域15を形成するステップとを含む。
【選択図】図2E

Description

本発明は半導体素子の製造方法、特に、半導体素子において導電層を形成した後、接合領域を形成する工程で用いられるイオン注入のマスク形成方法に関する。
半導体素子では、ゲート電極などの導電層を形成した後、素子の活性領域と非活性領域とを区分するために一連のイオン注入が実施される。このイオン注入時に、パターン幅の減少により縦横比が増大すると、図1に示したように、基板10の上に種々の要素が形成された基板構造に塗布されたフォトレジスト12内部には、空間、すなわちボイド(Void)(図1の楕円部分)が発生する。ここで、符号14は導電層を表し、符号16は緩衝膜を表す。
このように、フォトレジスト12内部にボイドが発生する場合、イオン注入工程時に用いられるドーパントは、ボイドを通じて半導体基板10の非活性領域にも容易に侵入し、素子の不良を誘発させる原因になる。即ち、集合領域15A、15Bが活性領域及び非活性領域の全てに形成される。ここで、符号15Aは活性領域に形成される接合領域を表し、符号15Bは非活性領域に形成される接合領域を表す。このような半導体基板10へのドーパント侵入による素子の不良を防止するためには、図1に示したフォトレジスト12を、内部にボイドが形成されないようにして、少なくとも2000Åの厚さに形成しなければならない。
特に、最近では、半導体素子の高集積化が加速されるにつれて、セル領域での縦横比が増大し、特定領域に対して選択的なイオン注入を行う時に、フォトレジストの内部にボイドが頻繁に発生し、これによって素子が不良となる現象が頻繁に発生しており、これに対する対応策が急務となっている。
したがって、本発明は、上述した従来の技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、半導体素子のイオン注入時に、イオン注入マスクとして用いられるフォトレジスト内部にボイドが発生することを防止し、基板の非活性領域へのドーパント侵入を遮断して、素子不良の発生を最小化することができる半導体素子の製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、一側面に係る本発明は、活性領域と非活性領域とが画定され、複数の導電パターンが形成された半導体基板を提供するステップと、前記導電パターンを含む構造全体の上に、緩衝膜を形成するステップと、前記緩衝膜上にフォトレジスト膜よりも流動性の高い有機物質を塗布するステップと、熱処理によって前記有機物質を前記導電層間にフローさせ、前記導電パターン間を部分的に埋めるステップと、前記有機物質を含む構造全体の上にフォトレジスト膜を塗布するステップと、露光及び現像処理によって前記活性領域がオープンしたフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンを用いてイオン注入を実施し、前記半導体基板の活性領域に接合領域を形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
本発明によれば、半導体素子のイオン注入工程時に、縦横比が増大し、イオン注入マスクとして用いられるフォトレジスト膜塗布が脆弱な部分に、予めフォトレジストよりも流動性の良い有機物質を塗布した後、その上にフォトレジストを塗布することによってフォトレジスト内部にボイドが発生することを防止し、基板の非活性領域へのドーパントの侵入を遮断して素子不良の発生を最小化することができる。
以下、本発明のもっとも好ましい実施の形態を添付する図面を参照して説明する。
図2A〜図2Eは、本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するために示した断面図である。ここで、「A」は、イオン注入工程を通じて、ドーパントが注入される領域であり、「B」は、ドーパントが注入されない領域である。
図2Aに示されてはいないが、半導体基板10上に導電層を塗布した後、一連の製造工程を通じて導電パターン11を形成する。ここで、導電パターン11は、例えばDRAM素子ではワードラインとして機能するゲート電極であり、FLASHメモリ素子ではセルのゲート電極である。導電パターン11は、DRAM素子の場合には、ゲート酸化膜、ポリシリコン膜、タングステン層(または、タングステンシリサイド層)及びハードマスクからなり、FLASHメモリ素子の場合には、ゲート酸化膜、フローティングゲート、誘電体膜、コントロールゲート及びタングステンシリサイド層からなることができる。
次いで、図2Aに示されているように、導電パターン11を含む構造全体の上に、酸化膜または窒化膜の薄い緩衝膜12を蒸着する。
次いで、緩衝膜12を含む構造全体の上にフォトレジスト膜よりも流動性の高い有機物質を塗布して、フォトレジストボイド防止膜13を形成する。この時使用する有機物質としては、反射膜物質として用いられる有機物であれば、全て用いることができ、後に形成するフォトレジスト膜14(図2C参照)よりも薄く塗布する。この他にも、レジスト膜よりも流動性の高い物質であれば、全て用いることができる。
次いで、熱処理によって、図2Bに示されているように、防止膜13を導電パターン11間にフローさせる。この時、熱処理は、約100℃以上約300℃以下の温度範囲内で約10秒以上約1000秒以下の間実施し、導電パターン11間に防止膜13が約100Å以上約1500Å以下の厚さで形成されるようにする。
次いで、導電パターン11間の半導体基板10上を除いた不必要な部分、例えば、導電パターン11上に重なる部位に蒸着されるフォトレジストボイド防止膜を、OまたはNプラズマ、または複数の気体を用いて除去することができる。
次いで、図2Cに示されているように、防止膜13を含む構造全体の上にフォトレジスト膜14を塗布する。
次いで、フォトマスクを用いた露光及び現像処理を実施し、図2Dに示されているように、活性領域がオープンしたフォトレジストパターン14Aを形成する。
次いで、フォトレジストパターン14Aを形成した時、生成された副産物と不必要な部分に塗布された有機物質13を、OまたはNOプラズマを用いて除去することができる。
次いで、図2Eに示されているように、フォトレジストパターン14Aを用いたイオン注入を実施し、露出された半導体基板10の活性領域Aに接合領域15を形成する。
上述したように、本発明の好ましい実施の形態を適用することによって、フォトレジスト内部のボイドを顕著に減少させることができる。
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
従来の技術に係る半導体素子の製造方法によってフォトレジスト膜内部に形成されたボイドを示す図面である。 本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に係る半導体素子の製造方法を説明するための断面図である。
符号の説明
10 半導体基板
11 導電パターン
12 緩衝膜
13 フォトレジストボイド防止膜
14 フォトレジスト
14A フォトレジストパターン
15 接合領域

Claims (6)

  1. 活性領域と非活性領域とが画定され、複数の導電パターンが形成された半導体基板を提供するステップと、
    前記導電パターンを含む構造全体の上に、緩衝膜を形成するステップと、
    前記緩衝膜上にフォトレジスト膜よりも流動性の高い有機物質を塗布するステップと、
    熱処理によって、前記有機物質を前記導電パターン間にフローさせ、前記導電パターン間を部分的に埋めるステップと、
    前記有機物質を含む構造全体の上にフォトレジスト膜を塗布するステップと、
    露光及び現像処理によって前記活性領域がオープンしたフォトレジストパターンを形成するステップと、
    前記フォトレジストパターンをマスクとして用いてイオン注入を実施し、前記半導体基板の活性領域に接合領域を形成するステップと
    を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  2. 前記熱処理が、100℃以上300℃以下の温度範囲内で10秒以上1000秒以下の間、実施されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
  3. 前記熱処理によって前記有機物質が、前記導電パターン間で100Å以上1500Å以下の厚さに埋められることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
  4. 前記有機物質を塗布するステップの後に、前記導電パターン間に露出された前記半導体基板上を除外した他の部分に塗布された前記有機物質を、OまたはNプラズマを用いて除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
  5. 前記フォトレジストパターンを形成するステップの後に、生成された副産物をOまたはNOプラズマを用いて除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の半導体素子の製造方法。
  6. 前記有機物質を塗布するステップにおいて、前記有機物質を、前記フォトレジスト膜よりも薄く塗布することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
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