(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)におけるIb-Ib線に対応する断面図、(c)は(a)におけるIc-Ic線に対応する断面図を示している。なお、本実施形態では、活性領域103aにはn型MISトランジスタを形成し、活性領域103bにはp型MISトランジスタを形成する構成について説明する。
まず、図1(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101には、素子分離領域102と、該素子分離領域102によって囲まれ、pウェル(図示せず)を有する活性領域103a及びnウェル(図示せず)を有する活性領域103bとが形成されており、該活性領域103aにおける上部にはn型のソースドレイン領域104aが形成され、該活性領域103bにおける上部にはp型のソースドレイン領域104bが形成されている。また、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、例えばポリシリコン、または金属シリサイドとポリシリコンとの積層膜、またはシリサイド膜、または金属等の材料よりなるゲート電極105が形成されている。ゲート電極105の一部は、引き出し部となるゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを含んでいる。また、ゲート電極105の側面には、例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール107が連続的に形成されている。なお、n型ソースドレイン領域104aは、活性領域103aにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)と活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。また、p型ソースドレイン領域104bは、活性領域103bにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)と活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。
また、図1(b)に示すように、半導体基板101に形成された活性領域103a上には、例えばSiONからなるゲート絶縁膜106を介して、ゲート電極105が形成されており、該ゲート電極105の側面にはサイドウォール107が形成されている。また、活性領域103aの上部には、接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層よりなるn型ソースドレイン領域104aが形成されている。ここでは、活性領域103bにおける断面構成は開示していないが、図1(b)と同様に、ゲート絶縁膜106、ゲート電極105、接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層よりなるp型ソースドレイン領域104bが形成されている。
また、図1(c)に示すように、半導体基板101上には素子分離領域102が形成されている。素子分離領域102の上には、側面にサイドウォール107を有し、ゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを含むゲート電極105が形成されている。
ここで、第1の実施形態におけるゲート電極105は、図1(c)に示すように、素子分離領域102上において段差部aを有しており、つまり、ゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bにおいて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも小さい膜厚の部分を有している。
このようなゲート電極105の構造を備えることにより、コーナーラウンディング現象の抑制が可能である。これにより、トランジスタ特性の変動を防ぎながらゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bに近づけることができると共に、ゲートコンタクト領域の寸法を大きくすることに伴うゲート電極ショートを抑制しながら隣り合うゲート電極を接近させることができ、高集積化が可能となる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図2(a)及び(b)、図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)、図5、並びに図6(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。なお、図2(a)、図2(b)、図3(a)、図4(a)、図5及び図6(a)は平面図であり、図3(b)、図3(c)、図4(b)、図4(c)、図6(b)及び図6(c)は断面図である。
まず、図2(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101に例えばpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及びnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図2(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚150nmのゲート電極形成膜105A及び例えば酸化膜よりなる膜厚50nmのマスク膜108を下から順にCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。また、マスク膜108としては、酸化膜のほかに、窒化膜、有機膜等、ゲート電極形成膜105Aをエッチングする際に選択比を有する材料を用いればよい。
次に、図3(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、活性領域103a、103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン109を形成した後に、該レジストパターン109をマスクに用いて、マスク膜108をエッチングする。このエッチングの際、図3(b)((a)のIIIb-IIIb線に対応する断面図)、及び図3(c)((a)のIIIc-IIIc線に対応する断面図)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの表面も若干エッチングされて段差部aが形成される。また、ここで、レジストパターン109を形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。また、マスク膜108のエッチング条件を最適化することにより、ゲート電極形成膜105Aの表面における段差部aは必ずしも設ける必要はない。
次に、図4(a)に示すように、レジストパターン109を除去した後に、少なくとも素子分離領域102上に位置するゲート電極形成膜105Aの一部の上に、後述するゲートコンタクト形成領域105a及び配線領域105bを形成するためのレジストパターン110を形成する。このとき、レジストパターン110は、マスク膜108上の一部にオーバーラップするように形成して、レジストパターン110とマスク膜108によって、所望のゲート電極パターン形状を構成するようにする。つまり、図4(a)及び図4(b)((a)のIVb-IVb線に対応する断面図)に示す活性領域103a、103b上にはレジストパターン110は形成されず、図4(a)及び図4(c)((a)のIVc-IVc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には、段差部aを含むゲート電極形成膜105A及びマスク膜108の上にレジストパターン110を形成する。このように、レジストパターン110は、活性領域103a、103b上のゲート電極105が形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110の端部との距離S1は0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110の寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。また、レジストパターン110同士の距離S2は当該レジストパターン110を形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。
なお、図4(a)及び(c)では、配線領域105bとなる領域上に形成されるレジストパターン110として、マスク膜108の一部を露出するようにパターン化した図を示しているが、例えば、図5に示すように、配線領域105bとなる領域上に形成されるレジストパターン110aとして、マスク膜108を完全に覆って超えるようにパターン化してもよい。
次に、ゲート電極形成膜105Aの段差部a上のマスク膜108及びレジストパターン110のそれぞれをマスク(マスク部)に用いて、ゲート電極形成膜105Aをエッチングし、その後、レジストパターン110を除去する。これにより、図6(a)に示すように、ゲートコンタクト領域105aが一体化形成されたゲート電極105及び配線領域105bが一体化形成されたゲート電極105が形成される。つまり、図6(a)及び図6(b)((a)のVIb-VIb線に対応する断面図)に示す活性領域103a及び活性領域103b上には、ゲート絶縁膜106を介して、上部にマスク膜108を有するゲート電極105が形成され、図6(a)及び図6(c)((a)のVIc-VIc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には、上部にマスク膜108を有する段差部aを備えたゲート電極105におけるゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bが形成される。
ここでは、マスク膜108をマスクとして用いたが、一般に、マスク膜108として酸化膜又は窒化膜を用いることにより、有機材料であるフォトレジストをマスクとした場合と比較して、エッチング時にレジスト材料から発生する不純物の生成を抑制することができるため、寸法の制御性が向上する。
次に、公知の方法により、マスク膜108を除去した後、ゲート電極105(ゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを含む)の側面上にサイドウォール107を形成、n型ソースドレイン領域104a及びp型ソースドレイン領域104bを形成することにより、上述した図1(a)〜(c)に示した半導体装置を得ることができる。なお、その後は、通常、層間絶縁膜の形成、及びゲートコンタクト領域105a等へのコンタクト(図示せず)の形成を行う。例えば、上記ゲート電極105の形成後に、活性領域103aにゲート電極105をマスクにしてn型不純物イオンをイオン注入することにより、活性領域103aにおけるゲート電極105の両側方下の領域に接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)を形成する。また、活性領域103bにゲート電極105をマスクにしてp型不純物イオンをイオン注入することにより、活性領域103bにおけるゲート電極105の両側方下の領域に接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)を形成する。
続いて、半導体基板101の全面に亘ってCVD法等によりシリコン窒化膜を堆積した後に異方性エッチングを行って、ゲート電極105の両側面にサイドウォール107を形成する。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。続いて、サイドウォール107をマスクにして、活性領域103aにはn型不純物イオンのイオン注入を行い、活性領域103bにはp型不純物イオンのイオン注入を行う。その後、半導体基板101に熱処理を加えることにより、活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層を形成するとともに、活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層を形成する。このように、活性領域103aには、接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層からなるn型ソースドレイン領域104aが形成され、活性領域103bには、接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層からなるp型ソースドレイン領域104bが形成される。続いて、半導体基板101の全面に、CVD法等を用いて例えばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜を形成した後に、例えばドライエッチングによって形成したコンタクトホール内にタングステンをCMP(chemical mechanical polishing)法等を用いて埋め込んでコンタクトプラグを形成する。その後、メタル配線の形成等を行う。なお、n型ソースドレイン領域104a、p型ソースドレイン領域104b及びゲート電極105の表面をシリサイド化する工程、又はゲート電極105をフルシリサイド化する工程を含めてもよい。
なお、マスク膜108の除去は、サイドウォール107の形成時のオーバーエッチングで行うこともあり、この場合にはマスク膜108が形成されていない領域、本実施形態で言えば配線領域105b等におけるゲート電極105の膜厚が減少するため、素子特性が変動することがある。しかしながら、本実施形態では、活性領域103a,103b上のゲート電極105の膜厚は変化しないため、安定したトランジスタ特性を得ることができる。一方、ゲートコンタクト形成領域105a又は配線領域105bの膜厚は薄くなったり、バラツキが増えるが、コンタクト抵抗又は配線抵抗に及ぼす影響は小さい。
−第1の実施形態の変形例−
以下に、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例について説明する。当該変形例は、上述した第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるマスク膜を用いない点に主に特徴を有している。
図7(a)及び(b)、図8(a)〜(c)、図9(a)〜(c)、図10(a)〜(c)、並びに図11(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を説明するための図である。なお、本変形例では、活性領域103aにはn型MISトランジスタを形成し、活性領域103bにはp型MISトランジスタを形成する構成について説明する。
まず、図7(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101に例えばpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及びnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図7(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚Tint(図8(b)及び(c)参照、例えば150nm)のゲート電極形成膜105Aを例えばCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。
次に、図8(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、ゲート電極形成膜105Aの上に、活性領域103a、活性領域103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン109を形成した後に、該レジストパターン109をマスクに用いて、必要な膜厚Tlast以上の膜厚として膜厚Tetch(>Tlast)分(例えば、100nm)のゲート電極形成膜105Aをエッチングする。つまり、このエッチングにより、図8(b)((a)のVIIIb-VIIIb線に対応する断面図)、及び図8(c)((a)のVIIIc-VIIIc線に対応する断面図)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの表面には、膜厚Tetch分の段差を持つ段差部105cが形成される。ここで、レジストパターン109を形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。
次に、図9(a)に示すように、レジストパターン109を除去した後に、少なくとも素子分離領域102上に位置するゲート電極形成膜105Aの一部の上に、後述するゲートコンタクト形成領域105a及び配線領域105bを形成するためのレジストパターン110を形成する。このとき、レジストパターン110は、ゲート電極形成膜105Aにおける段差部105c領域上の一部にオーバーラップするように形成して、レジストパターン110と段差部105c領域によって、所望のゲート電極パターン形状を構成するようにする。つまり、図9(a)及び図9(b)((a)のIXb-IXb線に対応する断面図)に示す活性領域103a、103b上にはレジストパターン110は形成されず、図9(a)及び図9(c)((a)のIXc-IXc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には段差部105cを含むゲート電極形成膜105A上にレジストパターン110を形成する。このように、レジストパターン110は、活性領域103a、103b上のゲート電極105が形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110の端部との距離S1は0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110の寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。また、レジストパターン110同士の距離S2は当該レジストパターン110を形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。
なお、図9(a)及び(c)では、配線領域105b上に形成されるレジストパターン110として、段差部105cの一部を露出するようにパターン化しているが、図示していないが、図5のように段差部105c領域をちょうど覆うようにパターン化してもよい。
次に、レジストパターン110をマスクに用いて、膜厚Trem(=Tint-Tetch)分(例えば、50nm)のゲート電極形成膜105Aをエッチングし、その後、レジストパターン110を除去する。これにより、図10(a)に示すように、ゲートコンタクト領域105aが一体化形成されたゲート電極105及び配線領域105bが一体化形成されたゲート電極105が形成される。つまり、図10(a)及び図10(b)((a)のXb-Xb線に対応する断面図)に示す活性領域103a、103b上には、ゲート絶縁膜106を介してゲート電極105が形成され、図10(a)及び図10(c)((a)のXc-Xc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には、段差部105cを備えたゲート電極105におけるゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bが形成される。なお、図10(b)及び(c)では、段差部105cをちょうど覆うようにパターン化したレジストパターン110を用いた場合について図示しているが、図9(c)に示すように、段差部105cの一部を覆うレジストパターン110を用いた場合には、段差部105cにおける露出部分もマスク(マスク部)として機能するが、当該露出部分では、膜厚Tintのうち膜厚Trem分が除去されて膜厚Tetch分が残存することになる。
次に、上述の説明と同様に、公知の方法により、サイドウォール107及びn型ソースドレイン領域104a、p型ソースドレイン領域104bを形成することにより、図11(a)〜(c)に示す構造を有する半導体装置を得ることができる。
(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図12(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のXIIb-XIIb線における断面図である。なお、本実施形態では、活性領域103aにはn型MISトランジスタを形成し、活性領域103bにはp型MISトランジスタを形成する構成について説明する。
まず、図12(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101には、素子分離領域102と、該素子分離領域102によって囲まれ、pウェル(図示せず)を有する活性領域103a及びnウェル(図示せず)を有する活性領域103bとが形成されており、該活性領域103aにおける上部にはn型ソースドレイン領域104aが形成され、該活性領域103bにおける上部にはp型ソースドレイン領域104bが形成されている。また、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、例えばポリシリコン、または金属シリサイドとポリシリコンとの積層膜、またはシリサイド膜、または金属等の材料よりなるゲート電極105が形成されている。ゲート電極105の一部は、引き出し部となるゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを含んでいる。また、ゲート電極105の側面には、例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール107が連続的に形成されている。なお、n型ソースドレイン領域104aは、活性領域103aにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)と活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。また、p型ソースドレイン領域104bは、活性領域103bにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)と活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。
また、図12(b)に示す断面では、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、ゲート電極105が形成されており、活性領域103a、103b上ではゲート電極105の下部に例えばSiONからなるゲート絶縁膜106が介在している。
ここで、第2の実施形態におけるゲート電極105は、図12(b)に示すように、素子分離領域102上において段差部bを有しており、つまり、ゲートコンタクト領域105aにて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも大きい膜厚を有している。また、同様に、ゲート電極105は、図示していないが、配線領域105bにて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも大きい膜厚を有している。
このようなゲート電極105の構造を備えることにより、コーナーラウンディング現象の抑制が可能である。これにより、トランジスタ特性の変動を防ぎながらゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bに近づけることができると共に、ゲートコンタクト領域の寸法を大きくすることに伴うゲート電極ショートを抑制しながら隣り合うゲート電極を接近させることができ、高集積化が可能となる。
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図13(a)及び(b)、図14(a)及び(c)、並びに図15(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。当該第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、レジストパターン109を用いる工程とレジストパターン110を用いる工程順序が入れ替わっている点に主に特徴を有している。
まず、図13(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101にpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及びnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図13(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚150nmのゲート電極形成膜105A及び例えば酸化膜よりなる膜厚50nmのマスク膜108を下から順にCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。また、マスク膜108としては、酸化膜のほかに、窒化膜、有機膜等、ゲート電極形成膜105Aをエッチングする際に選択比を有する材料を用いればよい。
次に、図14(a)に示すように、少なくとも素子分離領域102上に位置するマスク膜108の一部の上に、後述するゲートコンタクト形成領域105a及び配線領域105bを形成するためのレジストパターン110を形成する。なお、活性領域103a、103b上にはレジストパターン110を形成しない。このように、レジストパターン110は、活性領域103a、103b上のゲート電極105が形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110の端部との距離S1は0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110の寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。また、レジストパターン110同士の距離S2は当該レジストパターン110を形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。
次に、図14(b)に示すように、レジストパターン110をマスクに用いて、マスク膜108をエッチングし、その後、レジストパターン110を除去する。ここでのエッチングの際、図示していないが、ゲート電極形成膜105Aの表面も若干エッチングされて段差部b(図12(b)参照)が形成される。なお、マスク膜のエッチング条件を最適化することにより、ゲート電極形成膜105Aの表面における段差部bは必ずしも設ける必要はない。
次に、図15(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、ゲート電極形成膜105A及びマスク膜108の上に、活性領域103a、103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン109を形成する。このとき、レジストパターン109は、マスク膜108上の一部にオーバーラップするように形成して、レジストパターン109とマスク膜108によって、所望のゲート電極パターン形状を構成するようにする。ここで、レジストパターン109を形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。
次に、図15(b)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの段差部b上のマスク膜108及びレジストパターン109のそれぞれをマスク(マスク部)に用いて、ゲート電極形成膜105Aをエッチングし、その後、レジストパターン109を除去する。これにより、上部にマスク膜108を有するゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを備えたゲート電極105が形成される。
ここでは、マスク膜108をマスクとして用いたが、一般に、マスク膜108として酸化膜又は窒化膜を用いることにより、有機材料であるフォトレジストをマスクとした場合と比較して、エッチング時にレジスト材料から発生する不純物の生成を抑制することができるため、寸法の制御性が向上する。
次に、上述の第1の実施形態における説明と同様に、公知の方法により、マスク膜108を除去し、サイドウォール107、n型ソースドレイン領域104a、及びp型ソースドレイン領域104bを形成することにより、上述した図12(a)及び(b)に示した半導体装置を得ることができる。なお、マスク膜108の除去についても第1の実施形態における説明と同様である。
−本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の変形例−
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の変形例について説明する。
図16(a)及び(b)、図17(a)〜(c)、図18(a)〜(c)、並びに図19(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す要部平面図又は断面図である。当該変形例は、上述した第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法におけるマスク膜を用いない点に主に特徴を有している。
まず、図16(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101に例えばpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及ぶnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図16(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚Tint(例えば150nm)のゲート電極形成膜105Aを例えばCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。
次に、図17(a)に示すように、少なくとも素子分離領域102上に位置するゲート電極形成膜105Aの一部の上に、後述するゲートコンタクト形成領域105a及び配線領域105bを形成するためのレジストパターン110を形成する。なお、活性領域103a、103b上にはレジストパターン110を形成しない。このように、レジストパターン110は、活性領域103a、103b上のゲート電極105が形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110の端部との距離S1は0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110の寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。また、レジストパターン110同士の距離S2は当該レジストパターン110を形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。
次に、リソグラフィー法を用いて、レジストパターン110をマスクに用いて、必要な膜厚Tlast以上の膜厚として膜厚Tetch(>Tlast)分(例えば、100nm)のゲート電極形成膜105Aをエッチングする。このエッチングにより、膜厚Trem分(例えば、50nm)が残存し、図17(b)及び(c)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの表面には、膜厚Tetch分の段差を持つ段差部105cが形成される。
次に、図18(a)に示すように、レジストパターン110を除去した後に、リソグラフィー法を用いて、ゲート電極形成膜105Aの上に、活性領域103a、103b及び素子分離領域102をゲート幅方向に跨ぐレジストパターン109を形成し、該レジストパターン109をマスクに用いて、図18(b)((a)のXVIIIb-XVIIIb線に対応する断面図)及び(c)((a)のXVIIIc-XVIIIc線に対応する断面図)に示すように、膜厚Trem(=Tint-Tetch)分(例えば、50nm)のゲート電極形成膜105Aをエッチングする。このエッチングの際には、段差部105cにおける露出部分もマスク(マスク部)として機能するが、当該露出部分では、膜厚Tint(例えば、150nm)のうち膜厚Trem分(例えば、50nm)が除去されて膜厚Tetch分(例えば、100nm)が残存することになる。ここでは、エッチング残りを無くする為に、膜厚Trem分(例えば、50nm)を除去する場合、40%程度(例えば、20nm)のオーバーエッチングを行うため、残存する膜厚Tetch分は80nmとなる。また、ここで、レジストパターン109を形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。その後、レジストパターン109を除去することにより、段差部105cを有するゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを備えたゲート電極105が形成される。
次に、上述の第1の実施形態における説明と同様に、公知の方法により、サイドウォール107及びn型ソースドレイン領域104a、p型ソースドレイン領域104bを形成することにより、図19(a)〜(c)に示した半導体装置を得ることができる。なお、図示していないが、ゲート電極105は、図12(b)に示すように、素子分離領域102上のゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bにて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも大きい膜厚を有している点は、図12(b)に示した構造と同様である。
(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図20(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のXXb-XXb線における断面図、(c)は(a)のXXc-XXc線における断面図ある。なお、本実施形態では、活性領域103aにはn型MISトランジスタを形成し、活性領域103bにはp型MISトランジスタを形成する構成について説明する。
まず、図20(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101には、素子分離領域102と、該素子分離領域102によって囲まれ、pウェル(図示せず)を有する活性領域103a及びnウェル(図示せず)を有する活性領域103bとが形成されており、該活性領域103aにおける上部にはn型ソースドレイン領域104aが形成され、該活性領域103bにおける上部にはp型ソースドレイン領域104bが形成されている。また、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、例えばポリシリコン、または金属シリサイドとポリシリコンとの積層膜、またはシリサイド膜、または金属等の材料よりなるゲート電極105B及び105Cが形成されている。ゲート電極105Bの一部は、引き出し部となるゲートコンタクト領域105aを含み、ゲート電極105Cの一部は、引き出し部となる配線領域105bを含んでいる。また、ゲート電極105B及び105Cの側面には、例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール107が連続的に形成されている。なお、n型ソースドレイン領域104aは、活性領域103aにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)と活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。また、p型ソースドレイン領域104bは、活性領域103bにおけるゲート電極105B及び105Cの両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)と活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。
また、図20(b)に示す断面では、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、ゲート電極105B及び105Cが形成されており、活性領域103a、103b上ではゲート電極105A及び105Bの下部に例えばSiONからなるゲート絶縁膜106が介在している。
また、図20(c)に示す断面では、半導体基板101上には素子分離領域102が形成されている。素子分離領域102の上には、側面にサイドウォール107を有し、ゲートコンタクト領域105aを含むゲート電極105B及び配線領域105bを含むゲート電極105Cが形成されている。
ここで、第3の実施形態におけるゲート電極105B及び105Cは、図20(c)に示すように、素子分離領域102上において段差部aを有しており、つまり、ゲート電極105Bは、ゲートコンタクト領域105aにおいて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも小さい膜厚の部分を有しており、ゲート電極105Cは、配線領域105bにおいて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも大きい膜厚の部分を有している。さらに、活性領域103a、103b上において、ゲート電極105Bの膜厚は、ゲート電極105Cの膜厚よりも大きい。
このようなゲート電極105B及び105Cの構造を備えることにより、コーナーラウンディング現象の抑制が可能である。これにより、トランジスタ特性の変動を防ぎながらゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bに近づけることができると共に、ゲートコンタクト領域の寸法を大きくすることに伴うゲート電極ショートを抑制しながら隣り合うゲート電極を接近させることができ、高集積化が可能となる。
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図21(a)及び(b)、図22(a)〜(c)、並びに図23(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。当該第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、上述の第1及び第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、ゲートコンタクト領域105aを有するゲート電極105Bの形成では第1の実施形態と同様のレジストパターンを順に用いる一方で、配線領域105bを有するゲート電極105Cの形成では第2の実施形態と同様のレジストパターンを順に用いる点に主に特徴を有している。
まず、図21(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101にpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及びnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図21(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚150nmのゲート電極形成膜105A及び例えば酸化膜よりなる膜厚50nmのマスク膜108を下から順にCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。また、マスク膜108としては、酸化膜のほかに、窒化膜、有機膜等、ゲート電極形成膜105Aをエッチングする際に選択比を有する材料を用いればよい。
次に、図22(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、活性領域103a、103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン109aを形成すると共に、少なくとも素子分離領域102上に位置するマスク膜108の一部の上に、後述する配線領域105bを形成するためのレジストパターン109bを形成する。その後、レジストパターン109a及び109bをマスクに用いて、マスク膜108をエッチングする。このエッチングの際、図22(b)((a)のXXIIb-XXIIb線に対応する断面図)、及び図22(c)((a)のXXIIc-XXIIc線に対応する断面図)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの表面も若干エッチングされて段差部aが形成される。ここで、レジストパターン109aを形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。また、活性領域103a、103b上にはレジストパターン109bを形成しない。このように、レジストパターン109bは、活性領域103a、103b上のゲート電極105Cが形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン109bの端部との距離は第2の実施形態と同様に0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン109bの寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。同様に、レジストパターン109aと109bとの距離は、当該レジストパターン109aと109bを形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。また、マスク膜108のエッチング条件を最適化することにより、ゲート電極形成膜105Aの表面における段差部aは必ずしも設ける必要はない。
次に、図23(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、少なくとも素子分離領域102上に位置するマスク膜108の一部の上に、後述するゲートコンタクト領域105aを形成するためのレジストパターン110aを形成すると共に、ゲート電極形成膜105A及びマスク膜108の上に、活性領域103a、103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン110bを形成する。このとき、活性領域103a、103b上にはレジストパターン110aを形成しない。このように、レジストパターン110aは、活性領域103a、103b上のゲート電極105Bが形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110aの端部との距離は第1及び第2の実施形態と同様に0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110aの寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。同様に、レジストパターン110aと110bとの距離は、当該レジストパターン110aと110bを形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。また、レジストパターン110bは、マスク膜108上の一部にオーバーラップするように形成して、レジストパターン110bとマスク膜108によって、所望のゲート電極パターン形状を構成するようにする。ここで、レジストパターン110bを形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。
次に、図23(b)に示すように、ゲート電極形成膜105Aの段差部a上のマスク膜108、レジストパターン110a及び110bのそれぞれをマスク(マスク部)に用いて、ゲート電極形成膜105Aをエッチングし、その後、レジストパターン110a及び110bを除去する。これにより、上部にマスク膜108を有するゲートコンタクト領域105aを備えたゲート電極105B、及び上部にマスク膜108を有する配線領域105bを備えたゲート電極105Cが形成される。
ここでは、マスク膜108をマスクとして用いたが、一般に、マスク膜108として酸化膜又は窒化膜を用いることにより、有機材料であるフォトレジストをマスクとした場合と比較して、エッチング時にレジスト材料から発生する不純物の生成を抑制することができるため、寸法の制御性が向上する。
次に、上述の第1の実施形態における説明と同様に、公知の方法により、マスク膜108を除去し、サイドウォール107、n型ソースドレイン領域104a、及びp型ソースドレイン領域104bを形成することにより、上述した図20(a)及び(b)に示した半導体装置を得ることができる。なお、マスク膜108の除去についても第1の実施形態における説明と同様である。
−本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(1)−
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(1)について説明する。
図24(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(1)の構造を示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)のXXIVb-XXIVb線における断面図、(c)は(a)のXXIVc-XXIVc線における断面図ある。
図24(a)〜(c)に示す本変形例(1)に係る半導体装置は、上述した図20(a)〜(c)に示した半導体装置と比較して、本変形例(1)におけるゲート電極105Bは、ゲートコンタクト領域105aにおいて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも大きい膜厚を有している一方で、ゲート電極105Cは、配線領域105bにおいて、活性領域103a、103b上の膜厚よりも小さい膜厚を有している点(図24(a)及び(c)参照)、さらに、活性領域103a、103b上において、ゲート電極105Bの膜厚は、ゲート電極105Cの膜厚よりも小さい点(図24(b)参照)で、構造が異なっている。なお、その他の構造は、上述した図20(a)〜(c)に示した半導体装置と同様である。
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(1)の製造方法について説明する。
図25(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(1)の製造方法を説明するための図である(なお、図25(b)は同(a)のXXVb-XXVb線に対応する断面図であり、図25(c)は同(a)のXXVc-XXVc線に対応する断面図であり、図26(b)は同(a)のXXVIb-XXVIb線に対応する断面図であり、図26(c)は同(a)のXXVIc-XXVIc線に対応する断面図である。)。
当該変形例(1)の製造方法は、上述の第1及び第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法と比較して、ゲートコンタクト領域105aを有するゲート電極105Bの形成では第2の実施形態と同様のレジストパターンを順に用いる一方で、配線領域105bを有するゲート電極105Cの形成では第1の実施形態と同様のレジストパターンを順に用いる点に主に特徴を有している。
すなわち、当該変形例(1)の製造方法は、上述の図21(a)及び(b)、図22(a)〜(c)、並びに図23(a)〜(c)に示した半導体装置の製造方法と比較して、図25(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)に示すように、レジストパターン110a及び110bを用いたパターニングとレジストパターン109a及び109bを用いたパターニングの順序が逆である点で異なっており、その他の工程は同様である。これらの工程を実施することにより、上述の図24(a)〜(c)に示す構造を有する半導体装置を得ることができる。
−本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(2)−
以下、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(2)について説明する。
図27(a)〜(c)及び図28(a)〜(c)は、それぞれ本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の変形例(2)の構造を示す図であって、図27(a)及び図28(a)は平面図、図27(b)及び図28(b)はそれぞれ図27(a)のXXVIIb-XXVIIb線及び図28(a)のXXVIIIb-XXVIIIb線における断面図、図27(c)及び図28(c)はそれぞれ図27(a)のXXVIIc-XXVIIc線及び図28(a)のXXVIIIc-XXVIIIc線における断面図である。
図27(a)〜(c)に示す半導体装置の構造は、上述した第1及び第2の実施形態の変形例と同様に、本実施形態における図21(a)及び(b)、図22(a)〜(c)、並びに図23(a)〜(c)に示した半導体装置の製造方法におけるマスク膜を用いない方法によって得られるものである。なお、具体的には、本実施形態における図21(a)及び(b)、図22(a)〜(c)、並びに図23(a)〜(c)を用いた説明と、上述した第1及び第2の実施形態の変形例での説明とから容易に想起できるため、その説明は省略する。
同様に、図28(a)〜(c)に示す半導体装置の構造は、上述した第1及び第2の実施形態の変形例と同様に、本実施形態の変形例(1)における図25(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)に示した半導体装置の製造方法におけるマスク膜を用いない方法によって得られるものである。なお、具体的には、本実施形態の変形例(1)における図25(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)を用いた説明と、上述した第1及び第2の実施形態の変形例での説明とから容易に想起できるため、その説明は省略する。
(第4の実施形態)
以下に、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置について説明する。
図29(a)及び(b)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構造を示しており、(a)は平面図、(b)は(a)におけるXXIXb-XXIXb線に対応する断面図である。なお、本実施形態では、活性領域103aにはn型MISトランジスタを形成し、活性領域103bにはp型MISトランジスタを形成する構成について説明する。
まず、図29(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101には、素子分離領域102と、該素子分離領域102によって囲まれ、pウェル(図示せず)を有する活性領域103a及びnウェル(図示せず)を有する活性領域103bとが形成されており、該活性領域103aにおける上部にはn型のソースドレイン領域104aが形成され、該活性領域103bにおける上部にはp型のソースドレイン領域104bが形成されている。また、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、例えばポリシリコン、または金属シリサイドとポリシリコンとの積層膜、またはシリサイド膜、または金属等の材料よりなるゲート電極105B及び105Cが形成されている。ゲート電極105Bの一部は、引き出し部となるゲートコンタクト領域105aを含み、ゲート電極105Cの一部は、引き出し部となる配線領域105bを含んでいる。また、ゲート電極105B及び105Cの側面には、例えばシリコン窒化膜からなるサイドウォール107が連続的に形成されている。なお、n型ソースドレイン領域104aは、活性領域103aにおけるゲート電極105の両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)と活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。また、p型ソースドレイン領域104bは、活性領域103bにおけるゲート電極105B及び105Cの両側方下の領域に形成された接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)と活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に形成された接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層とによって構成されている。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。
また、図29(b)に示すように、半導体基板101上には、素子分離領域102を介して活性領域103aと活性領域103bをゲート幅方向に跨ぐように、ゲート電極105Bが形成されており、活性領域103a、103b上ではゲート電極105Bの下部に例えばSiONからなるゲート絶縁膜106が介在している。
このようなゲート電極105B及び105Cの構造を備えることにより、コーナーラウンディング現象の抑制が可能である。これにより、トランジスタ特性の変動を防ぎながらゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bに近づけることができると共に、ゲートコンタクト領域の寸法を大きくすることに伴うゲート電極ショートを抑制しながら隣り合うゲート電極を接近させることができ、高集積化が可能となる。さらに、本実施形態における半導体装置の構造では、ゲート電極105B及び105Cが、上述した第1〜第3の実施形態とは異なり、段差部を有していないため、ゲート電極105B及び105Cの上部にシリサイド層を形成する際に、シリサイド層が断線することを防止できる。
以下、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図30(a)及び(b)、図31(a)〜(c)、図32(a)〜(c)、図33(a)〜(c)、並びに図34(a)〜(c)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。なお、図30(a)及び(b)、図31(a)、図32(a)、図33(a)、並びに図34(a)は平面図であり、図31(b)及び(c)、図32(b)及び(c)、図33(b)及び(c)、並びに図34(b)及び(c)は断面図である。
まず、図30(a)に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板101上に、例えばSTI(shallow trench isolation)法等により素子分離領域102を選択的に形成する。続いて、イオン注入法により、半導体基板101に例えばpウェル(図示せず)及びnウェル(図示せず)を形成する。これにより、素子分離領域102によって囲まれた、pウェルを有する活性領域103a及びnウェルを有する活性領域103bが形成される。
次に、図30(b)に示すように、活性領域103a、103b上に例えばSiONよりなるゲート絶縁膜形成膜(図示せず)を形成した後に、素子分離領域102及びゲート絶縁膜形成膜の上に、例えばポリシリコンよりなる膜厚150nmのゲート電極形成膜105A及び例えば酸化膜よりなる膜厚50nmのマスク膜108(第1のマスク膜)を下から順にCVD(chemical vapor deposition)法等によって堆積する。さらに、マスク膜108の上に、例えば膜厚30nmのアモルファスシリコン膜111(第2のマスク膜)をCVD法等によって堆積する。なお、一般的にゲート電極形成膜105Aであるポリシリコンには不純物を注入し、これを活性化するための熱処理が加わるがここでは省略している。また、マスク膜108としては、酸化膜のほかに、窒化膜、有機膜等、ゲート電極形成膜105Aをエッチングする際に選択比を有する材料を用いればよい。同様に、アモルファスシリコン膜111の代わりに、酸化膜、酸窒化膜、又はNSG膜等、マスク膜108をエッチングする際に選択比を有する材料を用いることができる。
次に、図31(a)に示すように、リソグラフィー法を用いて、活性領域103a、103b及び素子分離領域102(活性領域103aと活性領域103bとの間に位置する素子分離領域)を跨ぐレジストパターン109を形成した後に、該レジストパターン109をマスクに用いて、アモルファスシリコン膜111をエッチングする。このエッチングの際、図31(b)((a)のXXXIb-XXXIb線に対応する断面図)、及び図3(c)((a)のXXXIc-XXXIc線に対応する断面図)に示すように、マスク膜108の表面も若干エッチングされて段差部aが形成される。また、ここで、レジストパターン109を形成するパターンレイアウトは、直線形状とすることが望ましい。直線形状とすることにより、コーナーラウンド現象が発生しなくなる。もちろん、コーナーラウンド現象が活性領域に影響しない程度の寸法の変化であれば、必ずしも直線形状である必要はない。また、アモルファスシリコン膜111のエッチング条件を最適化することにより、ゲート電極形成膜105Aの表面における段差部aは必ずしも設ける必要はない。
次に、図32(a)に示すように、レジストパターン109を除去した後に、少なくとも素子分離領域102上に位置するゲート電極形成膜105Aの一部の上(素子分離領域102上に位置するマスク膜108の一部及びアモルファスシリコン膜111の一部の上)ゲート電極形成膜105Aに、後述するゲートコンタクト形成領域105a及び配線領域105bを形成するためのレジストパターン110を形成する。このとき、レジストパターン110は、アモルファスシリコン膜111上の一部にオーバーラップするように形成して、レジストパターン110とアモルファスシリコン膜111によって、所望のゲート電極パターン形状を構成するようにする。つまり、図32(a)及び図32(b)((a)のXXXIIb-XXXIIb線に対応する断面図)に示す活性領域103a、103b上にはレジストパターン110は形成されず、図32(a)及び図32(c)((a)のXXXIIc-XXXIIc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には、段差部aを含むマスク膜108及びアモルファスシリコン膜111の上にレジストパターン110を形成する。このように、レジストパターン110は、活性領域103a、103b上のゲート電極105B及び105Cが形成される領域とは無関係にパターン形成が可能であるため、互いに向かい合う活性領域103a、103bの端部とレジストパターン110の端部との距離は第1及び第2の実施形態と同様に0以上であればよく、実際には、活性領域103a、103b並びにレジストパターン110の寸法バラツキ及び重ね合わせバラツキの2乗平均値まで近づけることができる。また、レジストパターン110同士の距離も同様に、当該レジストパターン110を形成するリソグラフィー工程の解像限界まで小さくすることができる。
なお、図32(a)及び(c)では、配線領域105bとなる領域上に形成されるレジストパターン110として、アモルファスシリコン膜108の一部を露出するようにパターン化した図を示しているが、例えば、上述した図5と同様に、配線領域105bとなる領域上に形成されるレジストパターン110aとして、アモルファスシリコン膜111を完全に覆って超えるようにパターン化してもよい。
次に、図33(a)〜(c)(なお、(b)及び(c)はそれぞれ(a)のXXXIIIb-XXXIIIb線及びXXXIIIc-XXXIIIc線に対応する断面図である。)に示すように、アモルファスシリコン膜111及びレジストパターン110のそれぞれをマスク(第1のマスク部)に用いて、マスク膜108をエッチングし、その後、レジストパターン110を除去する。これにより、後述するゲートコンタクト領域105aを有するゲート電極105B及び配線領域105bを有するゲート電極105Cが形成される領域を覆うマスクが、アモルファスシリコン膜111とマスク膜108とによって構成される。
次に、図34(a)〜(c)に示すように、アモルファスシリコン膜111及びマスク膜108のそれぞれをマスク(第2のマスク部)に用いて、ゲート電極形成膜105Aをエッチングし、その後、アモルファスシリコン膜111及びマスク膜108を除去する。これにより、図34(a)に示すように、ゲートコンタクト領域105aが一体化形成されたゲート電極105B、及び配線領域105bが一体化形成されたゲート電極105Cが形成される。つまり、図34(a)及び図34(b)((a)のXXXIVb-XXXIVb線に対応する断面図)に示す活性領域103a及び活性領域103b上には、ゲート絶縁膜106を介して、ゲート電極105B及び105Cが形成され、図34(a)及び図34(c)((a)のXXXIVc-XXXIVc線に対応する断面図)に示す素子分離領域102上には、ゲート電極105Bにおけるゲートコンタクト領域105a、及びゲート電極105Cにおける配線領域105bが形成される。
ここでは、マスク膜108をマスクの一部として用いたが、一般に、マスク膜108として酸化膜又は窒化膜を用いることにより、有機材料であるフォトレジストをマスクとした場合と比較して、エッチング時にレジスト材料から発生する不純物の生成を抑制することができるため、寸法の制御性が向上する。
次に、公知の方法により、ゲート電極105B及び105C(ゲートコンタクト領域105a及び配線領域105bを含む)の側面上にサイドウォール107を形成、n型ソースドレイン領域104a及びp型ソースドレイン領域104bを形成することにより、上述した図29(a)及び(b)に示した半導体装置を得ることができる。なお、その後は、通常、層間絶縁膜の形成、及びゲートコンタクト領域105a等へのコンタクト(図示せず)の形成を行う。例えば、上記ゲート電極105B及び105Cの形成後に、活性領域103aにゲート電極105B及び105Cをマスクにしてn型不純物イオンをイオン注入することにより、活性領域103aにおけるゲート電極105B及び105Cの両側方下の領域に接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層(n型エクステンション領域又はn型LDD領域)を形成する。また、活性領域103bにゲート電極105B及び105Cをマスクにしてp型不純物イオンをイオン注入することにより、活性領域103bにおけるゲート電極105B及び105Cの両側方下の領域に接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層(p型エクステンション領域又はp型LDD領域)を形成する。
続いて、半導体基板101の全面に亘ってCVD法等によりシリコン窒化膜を堆積した後に異方性エッチングを行って、ゲート電極105B及び105Cの両側面にサイドウォール107を形成する。なお、サイドウォール107は、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる場合であってもよい。続いて、サイドウォール107をマスクにして、活性領域103aにはn型不純物イオンのイオン注入を行い、活性領域103bにはp型不純物イオンのイオン注入を行う。その後、半導体基板101に熱処理を加えることにより、活性領域103aにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層を形成するとともに、活性領域103bにおけるサイドウォール107の外側方下の領域に接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層を形成する。このように、活性領域103aには、接合深さが比較的浅いn型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いn型ソースドレイン拡散層からなるn型ソースドレイン領域104aが形成され、活性領域103bには、接合深さが比較的浅いp型ソースドレイン拡散層及び接合深さが比較的深いp型ソースドレイン拡散層からなるp型ソースドレイン領域104bが形成される。続いて、半導体基板101の全面に、CVD法等を用いて例えばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜を形成した後に、例えばドライエッチングによって形成したコンタクトホール内にタングステンをCMP(chemical mechanical polishing)法等を用いて埋め込んでコンタクトプラグを形成する。その後、メタル配線の形成等を行う。なお、n型ソースドレイン領域104a、p型ソースドレイン領域104b及びゲート電極105B及び105Cの表面をシリサイド化する工程、又はゲート電極105B及び105Cをフルシリサイド化する工程を含めてもよい。
なお、マスク膜108及びアモルファスシリコン膜111は、ゲート電極膜形成膜105Aの形成時に同時に消失させることもできるし、サイドウォール107の形成時のオーバーエッチングで除去することもできるが、本実施形態においても、活性領域103a,103b上のゲート電極105B及び105Cの膜厚は変化しないため、安定したトランジスタ特性を得ることができる。また、ゲートコンタクト形成領域105a又は配線領域105bの膜厚も変化しないため、バラツキが増えることもないし、コンタクト抵抗又は配線抵抗に及ぼす影響もない。
以上の工程により、本実施形態では、上述の第1〜第3の実施形態と同様に、コーナーラウンディング現象の抑制が可能であるため、トランジスタ特性の変動を防ぎながらゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bに近づけることができると共に、ゲートコンタクト領域の寸法を大きくすることに伴うゲート電極ショートを抑制しながら隣り合うゲート電極を接近させることができ、高集積化が可能となる。本実施形態では特に、ゲート電極形成膜105Aをパターニングしてゲート電極105B及び105Cを形成する際、上述の第1〜第3の実施形態のようにレジストパターンとハードマスクとを混在させたパターニングではなく、ハードマスクのみ(アモルファスシリコン膜111及びマスク膜108)を用いたパターニングであるため、レジストパターンのパターン率に依存することがない。このため、上述の第1〜第3の実施形態と比較して、ゲートコンタクト領域105a又は配線領域105bを活性領域103a、103bにより近づけることができると共に、隣り合うゲート電極105B及び105Cをより接近させることができ、安定した加工でより高集積化が可能となる。さらに、ゲート電極105B及び105Cが、上述した第1〜第3の実施形態とは異なって段差部を有していないため、ゲート電極105B及び105Cの上部にシリサイド層を形成する際に、シリサイド層が断線することを防止し、加工の安定化が図れる。
なお、本実施形態では、レジストパターン109を用いたパターニングの後に、レジストパターン110を用いたパターニングを行う場合について説明したが、上述の第2の実施形態と同様に、レジストパターン110を用いたパターニングの後に、レジストパターン109を用いたパターニングを行うようにすることもできる。また、上述の第3の実施形態及びその変形例(1)と同様に、レジストパターン109a及び109bを用いたパターニングの後に、レジストパターン110a及び110bを用いたパターニングを行うようにしてもよいし、その順序を逆にするようにしてもよい。なお、これらの工程を有する半導体装置の製造方法及びその製造方法によって得られる半導体装置の構造については、上述した各実施形態の対応部分から同様に想起できるため、ここではその具体的な説明は省略する。
なお、以上の第1〜第4の実施形態並びにその変形例では、ゲート電極105、105B、105Cの構成材料としてポリシリコンを用いたが、アモルファスシリコン膜、金属シリサイド及びポリシリコンの積層膜、シリサイド膜、又は金属等であればよい。
なお、以上の第1〜第4の実施形態並びにその変形例では、ゲート絶縁膜109の構成材料としてSiONを用いたが、SiO2又はHfSiON等の他の材料を用いてもよいことは明らかである。
なお、以上の第1〜第3の実施形態並びにその変形例では、ゲートコンタクト領域105aにおいて、ゲート電極105、105Bをパターニングするためのレジストパターンの太りが無いため、ゲートコンタクト領域105aを有するゲート電極を近接させる構造であるような場合に、レジストパターン同士を解像限界近くまで接近させることができ、しかも、十分なコンタクト面積を得ることができる。