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半導(dǎo)體器件的制造方法

文檔序號:6910687閱讀:179來源:國知局
專利名稱:半導(dǎo)體器件的制造方法
專利說明半導(dǎo)體器件的制造方法 [發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造方法,更詳細地說,涉及在向構(gòu)成掩模ROM(只讀存儲器)的各元件進行信息寫入時,切換輸出端的輸出狀態(tài)的制造技術(shù)。為了縮短掩模ROM的TAT(Turn Around Time換向時間),作為在Al布線形成后為了信息寫入(也指程序?qū)懭?、ROM寫入)而進行離子注入的技術(shù)已知有多種。下面利用圖6對現(xiàn)有的制造方法進行說明。
工序1如圖6A所示,利用熱氧化法或CVD法在P型半導(dǎo)體襯底51上形成由氧化硅膜構(gòu)成的、厚度為25nm的襯墊氧化膜52。形成襯墊氧化膜52的目的是保護半導(dǎo)體襯底51的表面。
接著在整個面上形成作為抗氧化膜的氮化硅膜53,然后在氮化硅膜53上形成用于形成元件隔離膜的、在與紙面的垂直方向呈長條狀的開口部53a。
工序2如圖6B所示,以氮化硅膜53作為掩模利用LOCOS法對半導(dǎo)體襯底5 1進行氧化,形成元件隔離膜54。這時,氧化區(qū)域侵入半導(dǎo)體襯底51與氮化硅膜之間,形成鳥嘴54a。然后除去氮化硅膜53和襯墊氧化膜52,用熱氧化法形成厚度為14nm至17nm的柵絕緣膜55。接著用CVD法形成厚度為350nm的多晶硅膜,并通過摻磷形成N型導(dǎo)電膜56。
工序3如圖6C所示,刻蝕導(dǎo)電膜56,形成在與元件隔離膜54正交的方向呈長條狀的柵電極56a(不過因刻蝕區(qū)作成與紙面平行的面,故圖中未示出)。然后以柵電極56a作為掩模,離子注入硼等P型雜質(zhì),形成源區(qū)和漏區(qū)(因源區(qū)和漏區(qū)在與紙面垂直的方向上的柵電極的兩端部之下形成,故圖中未示出)。
用以上方法形成了排列成矩陣狀的存儲單元晶體管。接著在整個面上形成由氧化硅膜構(gòu)成的、厚度為500nm的層間絕緣膜57。而后在元件隔離膜54的上方形成作為位線的在與紙面垂直的方向呈長條狀的Al布線58。至此,由于能夠與向存儲單元晶體管寫入怎樣的程序無關(guān)地制造,所以可以進行晶片儲藏。另外,進行儲藏時要在整個面上形成氧化硅膜59作為保護膜。
工序4在接受客戶的委托,確定應(yīng)寫入的程序時,如圖6D所示,形成具有掩模ROM寫入用的開口部60a的光致抗蝕劑60。然后借助于從開口部向柵電極56a正下方的半導(dǎo)體襯底51離子注入硼等P型雜質(zhì),使指定的存儲單元晶體管成為耗盡型。據(jù)此,這種存儲單元晶體管的閾值電壓變低,ROM數(shù)據(jù)被寫入。這里,在掩模ROM進行切換時,必須針對每個用戶將輸出端的輸出狀態(tài)切換為開漏輸出或倒相器輸出中的某一個。
這時,通過在柵電極形成前注入硼離子,進行作為上述輸出端輸出狀態(tài)的切換工序的使P溝道型MOS晶體管成為耗盡型的作業(yè)。
這樣,通過柵電極形成前的離子注入工序切換輸出端的輸出狀態(tài)時,由于該工序為相當(dāng)靠前階段,所以不存在將上述ROM數(shù)據(jù)寫入工序置之于后的優(yōu)點。
進而,對應(yīng)于在形成切換上述輸出端的輸出狀態(tài)的開關(guān)時使用的光致抗蝕劑膜的開口部比ROM寫入用的開口部為小,而且有多個衰減器32,各開關(guān)形成用開口部以分別相鄰的方式形成(參照圖4A)。
但是,在襯底1(芯片)上這些ROM29或PD開關(guān)30構(gòu)成的區(qū)域不越過芯片上的某些被限制的區(qū)域(例如,雖然圖示的說明從略,在比ROM形成區(qū)更廣闊的范圍內(nèi),形成SRAM形成區(qū)或邏輯部形成區(qū)),因此在上述ROM寫入用開口部或PD開關(guān)形成用開口部以外的比較廣闊的區(qū)域無開口部,故光致抗蝕劑膜的面積比例增大。
這樣,因光致抗蝕劑沒有占據(jù)芯片上較大范圍的開口部,在來自該光致抗蝕劑膜的張力作用下,開口部的剖面的形狀基本不垂直而傾斜,在開口部的上部其口徑變寬。
因此,在保持這樣的狀態(tài)下進行上述層間絕緣膜的刻蝕時,刻蝕在反映該傾斜的狀態(tài)下進行,即形成在必須對ROM寫入和輸出端的輸出狀態(tài)進行開關(guān)切換的晶體管上殘留層間絕緣膜的刻蝕形狀。特別是如上所述,對應(yīng)于比ROM寫入用的開口部小、且有多個的衰減器32,在以相鄰的開口部相鄰接的方式形成的各開關(guān)形成用開口部,存在其影響增大的傾向。
因此,存在對本來必須進行ROM寫入和開關(guān)切換的晶體管的溝道區(qū)雜質(zhì)注入不充分,而產(chǎn)生寫入不良或切換不良的問題。因此,鑒于上述課題,本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的特征是包括經(jīng)柵極絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極的工序;與該柵電極相鄰接地形成源、漏區(qū)的工序;經(jīng)覆蓋上述柵電極的層間絕緣膜形成金屬布線的工序;以及通過以在上述金屬布線上形成的光致抗蝕劑和該金屬布線作為掩模向上述襯底表層注入雜質(zhì)離子,對構(gòu)成掩模ROM的各元件寫入信息,同時切換輸出端的輸出狀態(tài)的工序,切換該輸出端的輸出狀態(tài)的工序?qū)⑾蛩p器的輸出狀態(tài)切換成開漏輸出或倒相器輸出。
另外,其特征還有利用與切換上述輸出端的輸出狀態(tài)的開關(guān)附近相鄰地形成了凹部的光致抗蝕劑膜,形成開關(guān)形成用開口。

圖1是用于說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的剖面圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的剖面圖。
圖3是用于說明與本發(fā)明有關(guān)的輸出端的電路圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的平面圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖6是用于說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖。下面參照附圖對本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的第1實施例進行說明。
工序1如圖1A所示,與現(xiàn)有的制造工序的工序1相同,在半導(dǎo)體襯底1上形成襯墊氧化膜2,以及形成有開口部的氮化硅膜3。
工序2如圖1B所示,以在半導(dǎo)體襯底1上形成的氮化硅膜3作為掩模,用LOCOS法對半導(dǎo)體襯底1進行氧化,形成元件隔離膜4。
然后除去襯墊氧化膜2和氮化硅膜3,用熱氧化法形成厚度為14nm至17nm的柵極絕緣膜5,用CVD法形成100nm厚的多晶硅膜,并通過摻磷形成N型導(dǎo)電膜6。
接著,形成150nm厚的鎢等高熔點金屬的硅化物膜7。硅化物膜7與導(dǎo)電膜6一起構(gòu)成柵電極,這不僅降低了柵電極的電阻,而且如后所述,還起保護柵電極的作用。
工序3如圖1C所示,刻蝕導(dǎo)電膜6和硅化物膜7,形成在與上述元件隔離膜4正交的方向呈長條狀的柵電極8(不過因刻蝕區(qū)作成與紙面平行的面,故圖中未示出)。
然后以柵電極8作為掩模進行硼等的P型離子注入,形成源區(qū)和漏區(qū)(因源區(qū)、漏區(qū)在與紙面垂直的方向上的柵電極8的兩端部之下形成,故圖中未示出)。
通過以上方法形成了排列成矩陣狀的存儲單元晶體管。
然后,用CVD法在整個面上形成由氧化硅膜1O、氮化硅膜11、多晶硅膜12、甚至氧化硅膜13構(gòu)成的、600nm厚的第1層間絕緣膜14。這里,上述多晶硅膜12構(gòu)成了在后述的刻蝕層間絕緣膜14時的刻蝕制止層。
工序4如圖2A所示,在上述層間絕緣膜14上形成由Al膜等構(gòu)成的金屬膜,并將該金屬膜制成圖形,形成作為字線的第1 Al布線15。另外,這時以Al布線15的端部15a(參照圖2B)配置在元件隔離膜4的端部的正上方的方式形成。
然后,在整個面上形成由平坦化用的氧化硅膜16、SOG膜17、氧化硅膜18等3層膜構(gòu)成的、600nm厚的第2層間絕緣膜19,再在該層間絕緣膜19上形成由Al膜等構(gòu)成的金屬膜,并將該金屬膜制成圖形,形成作為位線的第2Al布線20。
工序5;如圖2B所示,以覆蓋上述第2Al布線20的方式在整個面上形成600nm厚的第3層間絕緣膜21,再在該層間絕緣膜21上形成由Al膜等構(gòu)成的金屬膜,并將該金屬膜制成圖形,形成第3Al布線22。
至此,由于能夠與向存儲單元晶體管寫入怎樣的程序無關(guān)地制造,所以可以進行晶片儲藏。進行儲藏時,為保護金屬布線層和防止其被腐蝕,要在表面上形成由大約50nm厚的薄氧化硅膜等構(gòu)成的保護膜23。
工序6在接受客戶的委托,確定應(yīng)寫入的程序時,如圖2B所示,在整個面上形成約1000nm厚的光致抗蝕劑24,再經(jīng)曝光、顯影,在指定的存儲單元的上方的區(qū)域設(shè)置開口部24a。這時,通過將開口部24a的尺寸形成得比注入?yún)^(qū)域大,使Al布線15的端部15a露出。然后,以光致抗蝕劑24和Al布線15作為掩模,刻蝕層間絕緣膜14??涛g為各向異性的干法刻蝕,使在柵電極的上表面只保留100nm厚的層間絕緣膜14。
進而,借助于從開口部21a向柵電極8正下方的半導(dǎo)體襯底1離子注入硼等P型雜質(zhì),使指定的存儲單元晶體管成為耗盡型。如上所述,由于Al布線15的端部在元件隔離膜4的端部的正上方形成,所以通過用它作為掩模可以進行更高精度的離子注入。據(jù)此,這種存儲單元晶體管的閾值電壓變低,ROM數(shù)據(jù)被寫入。
經(jīng)以上工序,就制成寫入了所希望程序的掩模ROM。
于是,本發(fā)明的特征為,在與向上述掩模ROM寫入ROM數(shù)據(jù)的工序相同的工序中進行輸出端輸出狀態(tài)的切換。
下面對本發(fā)明的輸出端輸出狀態(tài)的切換電路進行說明。
如圖3所示,P溝道型MOS晶體管Tr1、P溝道型MOS晶體管Tr2和N溝道型MOS晶體管Tr3串聯(lián)連接在電源電壓Vcc和接地電壓Vss之間,從上述P溝道型MOS晶體管Tr1和P溝道型MOS晶體管Tr2的連接點輸出的信號被輸入至NAND(與非)電路31的一端,L電平或H電平的數(shù)據(jù)被輸入至另一端。還有,上述P溝道型MOS晶體管Tr1、P溝道型MOS晶體管Tr2和N溝道型MOS晶體管Tr3的各柵極與電源電壓Vcc相連接。
另外,上述NAND電路31的輸出(信號)被輸入到串聯(lián)連接在電源電壓Vcc和接地電壓Vss之間的P溝道型MOS晶體管Tr4和N溝道型MOS晶體管Tr5之中的上述P溝道型MOS晶體管Tr4的柵極。
進而,P溝道型MOS晶體管Tr4和N溝道型MOS晶體管Tr5的連接點與衰減器32相連接。
于是,在本實施例中,通過向上述P溝道型MOS晶體管Tr2注入硼離子,構(gòu)成了將該P溝道型MOS晶體管Tr2變成耗盡型的切換開關(guān)30(以下對將P溝道型MOS晶體管變成耗盡型的開關(guān)稱作PD開關(guān)30) 。
下面對這種場合的輸出端的輸出狀態(tài)進行說明。
如上所述,由于通過將P溝道型MOS晶體管Tr2變成耗盡型,NAND電路31的一個輸入端為L電平,所以無論另一端為怎樣的輸入數(shù)據(jù),都是H電平從該NAND電路31輸出,P溝道型MOS晶體管Tr4關(guān)斷。
其結(jié)果形成了因衰減器與N溝道型MOS晶體管Tr5的漏極連接而形成的開漏輸出。
另外,對將P溝道型MOS晶體管Tr1變成耗盡型的場合的輸出端的輸出狀態(tài)進行說明。
在這種場合,由于上述NAND電路31的一個輸入端為H電平,所以上述P溝道型MOS晶體管Tr4根據(jù)向該NAND電路31的另一端輸入的數(shù)據(jù)而進行導(dǎo)通與關(guān)斷切換,因此衰減器的輸出狀態(tài)為倒相器輸出。
然后,在本發(fā)明中用同一工序進行掩模ROM的信息寫入工序和輸出端的輸出狀態(tài)切換工序。
即,如圖4A所示,在同一離子注入工序中形成在同一襯底1上構(gòu)成的ROM29以及與衰減器32相連接的(其連接部在圖中被省略)、可以任意選擇該衰減器32的輸出狀態(tài)的PD開關(guān)30。因此,由于采用制造工序數(shù)不增加、而且如本實施例這樣為求得TAT的縮短在Al布線15形成后進行ROM寫入的所謂ROM后置化工藝中構(gòu)成PD開關(guān),所以與現(xiàn)有那樣的柵電極形成前的離子注入工序相比,可縮短TAT,而且本工序只需變換ROM寫入用的掩模,就能夠進行輸出端輸出狀態(tài)的切換。
圖5A是示出上述PD開關(guān)30的平面圖,圖5B是圖5A的A-A線剖面圖。另外,圖5A是為了便于示出PD開關(guān)形成用開口區(qū)的圖,所以圖中省略了在元件隔離膜4上和柵電極8上形成的各種膜的圖示。
下面對本發(fā)明的第2實施例進行說明。
這里,第2實施例的特征是使用在第1實施例中的具有ROM寫入用開口部和PD開關(guān)形成用開口部的光致抗蝕劑膜24上與該PD開關(guān)30的附近相鄰接地形成了凹部33而構(gòu)成的光致抗蝕劑膜,分別形成ROM寫入用開口、PD開關(guān)形成用開口和凹部33(參照圖4B)。
這樣,在第2實施例中,通過與PD開關(guān)形成用開口的附近相鄰接地形成了凹部33,可以解決現(xiàn)有那樣的因光致抗蝕劑沒有占據(jù)芯片上較大范圍的開口部,在來自該光致抗蝕劑膜的張力作用下,開口部的剖面的形狀基本不垂直而傾斜,形成在必須對輸出端的輸出狀態(tài)進行開關(guān)切換的晶體管上殘留層間絕緣膜的刻蝕形狀,對必須進行開關(guān)切換的晶體管的溝道區(qū)雜質(zhì)注入不充分,而產(chǎn)生切換不良的問題。
另外,同樣地,上述ROM寫入用開口的形狀穩(wěn)定,故還可以解決由于對必須進行ROM寫入的晶體管的溝道區(qū)雜質(zhì)注入不充分,而產(chǎn)生寫入不良的問題。
還有,通過在上述凹部33的下層形成構(gòu)成用刻蝕法形成該凹部33時的刻蝕制止層的膜,可以不切斷比該凹部33更下層的布線。例如,可以用與上層布線相同的膜形成刻蝕制止層膜,以避免在該刻蝕制止層膜的更下層形成的下層布線的斷線。
還有,本發(fā)明的技術(shù)思想也可以容易地應(yīng)用于形成更多層的金屬布線的場合。
另外,在上述各實施例的工序3中,其柵電極的形成,也可以是多晶硅膜形成、多晶硅膜構(gòu)圖、硅化物膜在多晶硅膜上的選擇性形成。
還有,在上述各實施例中,對使用P型半導(dǎo)體襯底的情形進行了說明,但用N型半導(dǎo)體襯底也可以,用在半導(dǎo)體襯底上形成的阱區(qū)也可以。
另外,在上述各實施例中,對降低閾值電壓的耗盡化離子注入方式進行了說明,但是進行提高閾值的離子注入也能夠進行程序?qū)懭搿?br> 進而,不限于PD開關(guān),也可以是將N溝道型MOS晶體管變成耗盡型而形成的ND開關(guān)。
另外,本發(fā)明的適用范圍不限于掩模ROM的程序?qū)懭敕椒?、輸出端的輸出狀態(tài)的切換方法等,可以適用于各種產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明,由于通過以同一工序進行掩模ROM的信息寫入工序和輸出端輸出狀態(tài)的切換工序,采用制造工序數(shù)不增加、而且為求得TAT的縮短在金屬布線形成后進行ROM寫入的所謂ROM后置化工藝中構(gòu)成上述輸出端的輸出狀態(tài)的切換電路,所以如現(xiàn)有那樣用柵電極形成前的離子注入工序切換輸出端的輸出狀態(tài)相比,可使TAT縮短。
另外,只通過變換ROM寫入用的掩模,就能夠進行輸出端的輸出狀態(tài)的切換。
進而,通過對為形成可切換輸出端的輸出狀態(tài)的開關(guān)而在層間絕緣膜上形成開口的光致抗蝕劑膜,與開關(guān)形成用開口部的附近相鄰接地形成了凹部,可以解決因光致抗蝕劑膜的開口部傾斜、開口形狀變得不穩(wěn)定致使對必須進行開關(guān)切換的晶體管的離子注入不充分,造成切換不良的現(xiàn)有的課題。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法,其特征在于包括經(jīng)柵絕緣膜在半導(dǎo)體襯底上形成柵電極的工序;與該柵電極相鄰接地形成源。漏區(qū)的工序;經(jīng)覆蓋上述柵電極的層間絕緣膜形成金屬布線的工序;以及通過以在上述金屬布線上形成的光致抗蝕劑和該金屬布線作為掩模向上述襯底表層注入雜質(zhì)離子,對構(gòu)成掩模ROM的各元件寫入信息的同時,切換輸出端的輸出狀態(tài)的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法,其特征在于切換上述輸出端的輸出狀態(tài)的工序通過對所希望的晶體管注入離子,形成將向衰減器的輸出切換為開漏輸出或倒相器輸出的開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法,其特征在于利用與能夠切換上述輸出端的輸出狀態(tài)的開關(guān)形成用開口部的附近相鄰地形成凹部的光致抗蝕劑膜,形成開關(guān)形成用開口。
全文摘要
本發(fā)明的課題是,確立在向構(gòu)成掩模ROM的各元件進行信息寫入時,切換輸出端的輸出狀態(tài)的制造技術(shù)。其特征在于,包括:經(jīng)柵極絕緣膜5在半導(dǎo)體襯底1上形成柵電極8的工序;與該柵電極8相鄰接地形成源、漏區(qū)的工序;經(jīng)覆蓋上述柵電極8的層間絕緣膜14形成Al布線15的工序;以及通過以在上述Al布線15上形成的光致抗蝕劑23和該Al布線15作為掩模向上述襯底表層注入雜質(zhì)離子,對構(gòu)成掩模ROM的各元件寫入信息,同時切換輸出端的輸出狀態(tài)的工序。
文檔編號H01L21/8246GK1385894SQ0210499
公開日2002年12月18日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月15日
發(fā)明者山田順治, 山田裕, 有吉潤一 申請人:三洋電機株式會社
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