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JP2556618B2 - 電界効果型半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JP2556618B2 - 電界効果型半導体装置の製造方法 - Google Patents

電界効果型半導体装置の製造方法

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JP2556618B2 JP2324633A JP32463390A JP2556618B2 JP 2556618 B2 JP2556618 B2 JP 2556618B2 JP 2324633 A JP2324633 A JP 2324633A JP 32463390 A JP32463390 A JP 32463390A JP 2556618 B2 JP2556618 B2 JP 2556618B2
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、静電破壊保護機能を有する電界効果型半
導体装置の製造方法に関するもので、特に集積回路用の
電界効果トランジスタにより構成された半導体装置の静
電破壊耐圧向上と、製造の簡略化および歩留まりの向上
に適した電界効果型半導体装置の製造方法に係る。
〔従来の技術〕
電界効果トランジスタにより構成された集積回路装置
では、構成素子の微細化が大きく進展し、最小加工寸法
は1μm以下のいわゆるサブミクロン領域に達してい
る。構成素子の微細化に伴いトランジスタでは高信頼性
化を図るためシングルドレイン構造からLDD(Lightly D
oped Drain)構造に改良がなされてきた。しかしその反
面、静電破壊耐圧に急激な低下がみられ(C.Duvvury et
al.“ESD Protection Reliability in 1μm CMOS Tech
nologies,“Proceedings of the IRPS,p.199−205,198
6〕、信頼性上大きな問題になってきた。
そこで、用途に応じてGOLD(Gate−Drain Overlapped
LDD)とシングルドレインとを混用したトランジスタ構
造〔特開平1−157570号公報〕が提案されている。この
構造とその製造方法を第2図に基づいて説明する。
同図(a)では、P型シリコン単結晶基板100上に素
子分離酸化膜1およびゲート酸化膜2を形成し、30〜10
0nmの薄い多結晶シリコン膜3を堆積する。その後、多
結晶シリコン膜3上に自然酸化膜4(5〜10nm)を形成
する。さらに、自然酸化膜4上に多結晶シリコン膜5お
よびSiO2膜6を順次形成した後、ゲート形成予定部にレ
ジストパターン7をフォトリソ工程により形成する。
同図(b)では、レジストパターン7をマスクにして
SiO2膜6をパターン形成する。その後、レジストパター
ン7を除去し、SiO2膜6をマスクにして多結晶シリコン
膜5を等方性エッチングする。このとき、自然酸化膜4
がエッチングストップの働きをし、薄い下層多結晶シリ
コン膜3が残存する。
同図(c)では、トランジスタTr2の形成領域をレジ
スト膜8で覆った後、トランジスタTr1の形成領域のSiO
2膜6をマスクにしてリンを多結晶シリコン膜3を通し
てイオン注入し、P型シリコン単結晶基板100中に低濃
度ソース・ドレイン領域(詳しくは、ソースおよびドレ
インとなる低濃度の半導体領域)9を形成する。
同図(d)では、レジスト膜8を除去した後、トラン
ジスタTr1の形成領域をレジスト膜10で覆い、トランジ
スタTr2の形成領域のSiO2膜6をマスクにしてヒ素を多
結晶シリコン膜3を通してイオン注入し、P型シリコン
単結晶基板100中に高濃度ソース・ドレイン領域(詳し
くは、ソースおよびドレインとなる高濃度の半導体領
域)11を形成する。
同図(e)では、トランジスタTr2の形成領域の多結
晶シリコン膜3が露呈した段階で、SiO2膜6をマスクに
して多結晶シリコン膜3を異方性エッチングする。
同図(f)では、レジスト膜10を除去した後、全面に
SiO2膜12を堆積する。
同図(g)では、SiO2膜12を異方性エッチングするこ
とにより、トランジスタTr1,Tr2のゲート側壁に残存さ
せ、トランジスタTr1の形成領域のSiO2膜6およびSiO2
膜12をマスクにして多結晶シリコン膜3を異方性エッチ
ングする。最後にSiO2膜6およびSiO2膜12をマスクにし
てヒ素をイオン注入し、P型シリコン単結晶基板100中
に高濃度ソース・ドレイン領域(詳しくは、ソースおよ
びドレインとなる高濃度の半導体領域)13を形成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
第2図に示されたような従来の方法ではつぎのような
問題点がある。
(1) GOLD構造のみのトランジスタの形成工程に比べ
て、この方法でGOLD構造のトランジスタTr1とシングル
ドレイン構造のトランジスタTr2とを同時に形成する
と、工程が複雑になり、歩留り低下の原因につながる。
(2) トランジスタTr2の形成領域の多結晶シリコン
膜3のエッチングには、SiO2膜6をマスクとして用いて
いるため、トランジスタTr2のゲート長のバラツキが大
きくなる。
(3) トランジスタTr2を保護トランジスタとして用
いた場合、トランジスタTr2のゲート長に大きなバラツ
キが生じると、その静電破壊耐圧のバラツキも大きくな
る。
この発明の目的は、GOLD構造とシングルドレイン構造
を混用したトランジスタ構造の電界効果型半導体装置を
形成する上において、製造工程の簡略化を図るととも
に、シングルドレイン構造のトランジスタのゲート長の
バラツキを低減して静電破壊耐圧のバラツキを低減する
ことができる電界効果型半導体装置の製造方法を提供す
ることである。
〔課題を解決するための手段〕
これらの課題を解決するために、この発明の電界効果
型半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体層上
に、ゲート絶縁膜とゲート電極となる第1の導電膜と所
定の厚さの第1の被膜とをこの順に積層形成する。
そして、第1の被膜の所定の領域を選択的に除去し、
第1の被膜および第1の被膜が除去された領域の第1の
導電膜上にゲート電極となる第2の導電膜を平坦に形成
し、第1の導電膜と第2の導電膜とを直接電気的に接続
する。ついで、第2の導電膜を第1の導電膜上の所定の
膜厚だけ残して他の領域を除去するようにエッチバック
し、第1導電型の半導体層上に第1および第2のトラン
ジスタ用のゲート電極を形成する。
ついで、第1の被膜を除去し、さらに第2のトランジ
スタの形成領域をレジスト膜で被った後、第2の導電膜
をマスクとして用いるイオン注入により、第1のトラン
ジスタの形成領域のみに第2導電型の不純物を第1の導
電膜を透過させて、第1導電型の半導体層中に注入し、
ソースおよびドレインとなる低濃度の第2導電型の第1
の半導体領域を形成する。
ついで、レジスト膜を除去した後、第2の導電膜の側
面に第2の被膜を形成し、第2の被膜および第2の導電
膜をエッチングマスクとして用いて第1の導電膜を選択
的に除去し、第2の被膜および第2の導電膜をマスクと
して用いるイオン注入により、第1導電型の半導体層中
に第2導電型の不純物を注入し、第1のトランジスタの
形成領域においてソースおよびドレインの一部となると
ともに、第2のトランジスタの形成領域においてソース
およびドレインとなる高濃度の第2導電型の第2の半導
体領域を形成する。
以上のような工程で、第1導電型の半導体層上に逆T
字形のゲート電極がソースおよびドレインにオーバーラ
ップした構造の第1のトランジスタと高静電破壊耐圧を
持つシングルドレイン構造の第2のトランジスタを形成
する。
〔作用〕
この発明の電界効果型半導体装置の製造方法による
と、つぎのような作用が得られる。
(1) この発明の方法によれば、第1のトランジスタ
のソースおよびドレインとなる低濃度の半導体領域を形
成した後、第1および第2のトランジスタのソースおよ
びドレインとなる高濃度の半導体領域を同時に形成する
ので、ソースおよびドレインとゲートとがオーバーラッ
プした構造のトランジスタと、シングルドレイン構造の
トランジスタとを同一基板上に形成する場合にも、ソー
スおよびドレインとゲートとがオーバーラップした構造
のトランジスタのみを形成する場合に比べて、工程が複
雑にならない。
(2) シングルドレイン構造のトランジスタもゲート
がオーバーラップした構造のトランジスタと同様にゲー
ト側壁の被膜をマスクとして第1の導電膜をエッチング
するため、ゲート長のバラツキが小さくなる。
(3) シングルドレイン構造のトランジスタを保護ト
ランジスタとして用いた場合、ゲート長のバラツキが小
さいので、その静電破壊耐圧のバラツキも小さくなる。
〔実 施 例〕 第1図はこの発明の電界効果型半導体装置の製造方法
の一実施例を示す製造工程断面図である。同図(a)〜
(e)はCMOSトランジスタにおけるNchトランジスタの
形成方法について示している。
同図(a)では、P型シリコン単結晶基板100中にN
型半導体層25を形成し、P型シリコン単結晶基板(特許
請求の範囲における第1導電型の半導体層に相当する)
100上に素子分離酸化膜1を形成するとともに、ゲート
絶縁膜としてゲート酸化膜2(10〜20nm)を形成し、そ
の上に第1の導電膜として薄い多結晶シリコン膜3を50
〜100nmの厚さに堆積する。さらに、第1の被膜として
シリコン酸化膜18を例えばCVD法で400nm堆積し、耐酸化
性被膜としてSi3N4膜19を堆積する。
同図(b)では、ゲート電極となる領域のSi3N4膜19
およびシリコン酸化膜18をフォトリソ工程によりエッチ
ングして除去し、第2の導電膜となる多結晶シリコン膜
20を平坦に堆積する。
同図(c)では、Si3N4膜19上の多結晶シリコン膜20
を除去し、さらにゲート電極となる領域の多結晶シリコ
ン膜20の膜厚が300nm程度になるようエッチバックす
る。つぎに、多結晶シリコン膜20の表面を熱酸化し、10
0nm程度の厚さのシリコン熱酸化膜21を形成する。
同図(d)では、Si3N4膜19およびシリコン酸化膜18
を除去する。シリコン酸化膜18を除去するとき、例えば
NH4F:HF=20:1のエッチング液を用いると、シリコン酸
化膜18とシリコン熱酸化膜21とでは7:1以上の選択比が
得られるため、シリコン熱酸化膜21が除去される前にシ
リコン酸化膜18を除去することができる。つぎに、トラ
ンジスタTr2の形成領域およびCMOSトランジスタにおけ
るPchトランジスタTr3の形成領域をレジスト膜14で覆っ
た後、トランジスタTr1の形成領域のシリコン熱酸化膜2
1をマスクにしてリンを多結晶シリコン膜3を通してイ
オン注入し、P型シリコン単結晶基板100中に低濃度ソ
ース・ドレイン領域(詳しくは、ソースおよびドレイン
となる低濃度の半導体領域)22を形成する。
同図(e)では、レジスト膜14を除去した後、シリコ
ン熱酸化膜21および多結晶シリコン膜20の側壁にスペー
サーとしてシリコン酸化膜23を形成する。つぎに、Pch
トランジスタTr3の形成領域をレジスト膜16で覆い、ト
ランジスタTr1,Tr2の各形成領域のシリコン熱酸化膜21
およびシリコン酸化膜23をマスクにしてヒ素をイオン注
入し、P型シリコン単結晶基板100中に高濃度ソース・
ドレイン領域(詳しくは、ソースおよびドレインとなる
高濃度の半導体領域)24を形成する。
この方法では、トランジスタTr1の形成領域に低濃度
ソース・ドレイン領域9を形成するときに、トランジス
タTr2の形成領域を覆うレジスト膜14をPchトランジスタ
Tr3の形成領域を覆うためのレジスト膜と兼用し、トラ
ンジスタTr1の形成領域に低濃度ソース・ドレイン領域
9を形成した後に、トランジスタTr1,Tr2の各形成領域
に高濃度ソース・ドレイン領域17を同時に形成している
ため、CMOSトランジスタにおけるNchトランジスタが、
ソースおよびドレインとゲートとがオーバーラップした
構造のトランジスタとシングルドレイン構造の保護トラ
ンジスタとから形成されていても、Nchトランジスタが
ソースおよびドレインとゲートとがオーバーラップした
構造のトランジスタのみであるCMOSトランジスタ集積回
路を形成する場合と比べ、工程数を増加せずに高静電破
壊耐圧を保つ保護トランジスタを形成することができ
る。
また、シングルドレイン構造のトランジスタTr2のゲ
ートがオーバーラップした構造のトランジスタTr1のゲ
ートと同様にゲート側壁の被膜をマスクとして第1の導
電膜をエッチングするため、ゲート長のバラツキが小さ
くなる。したがって、トランジスタTr2を保護トランジ
スタとして用いた場合、ゲート長のバラツキが小さいの
で、その静電破壊耐圧のバラツキも小さくなる。
また、ゲート長のバラツキが非常に小さく、多結晶シ
リコン膜3と多結晶シリコン膜20とを直接電気的に接続
した高静電破壊耐圧を持つ保護トランジスタを形成する
ことができる。
なお、ここではPchトランジスタTr3の形成領域のゲー
トをオーバーラップ型にしているが、Pchトランジスタ
にはゲートオーバーラップ型ではないLDD構造のトラン
ジスタ、DDD構造のトランジスタ、シングルドレイン構
造のトランジスタを用いてもよい。
〔発明の効果〕 この発明の電界効果型半導体装置の製造方法によれ
ば、第1のトランジスタのソースおよびドレインとなる
低濃度の半導体領域を形成後、第1および第2のトラン
ジスタのソースおよびドレインとなる高濃度の半導体領
域を同時に形成するので、製造工程を複雑化することな
く、ソースおよびドレインとゲートとがオーバーラップ
した第1のトランジスタとシングルドレイン構造の第2
のトランジスタを持つ電界効果型半導体装置を得ること
ができる。また、シングルドレイン構造の第2のトラン
ジスタは静電破壊耐圧が大きく、またそのバラツキが小
さくできる。これにより、サブミクロンのトランジスタ
集積回路においても高静電破壊耐圧が得られ、微細化に
も大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例における電界効果型半導体
装置の製造方法を示す製造工程断面図、第2図は従来の
電界効果型半導体装置の製造方法を示す製造工程断面図
である。 1……素子分離酸化膜、2……ゲート酸化膜、3,5,20…
…多結晶シリコン膜、4……自然酸化膜、6,12……SiO2
膜、7,8,10,14,16……レジスト膜、9,22……低濃度ソー
ス・ドレイン領域、11,13,24……高濃度ソース・ドレイ
ン領域、25……N型半導体層、18,23……シリコン酸化
膜、19……Si3N4膜、21……シリコン熱酸化膜、100……
P型シリコン単結晶基板、Tr1……第1のトランジス
タ、Tr2……第2のトランジスタ、Tr3……第3のトラン
ジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体層上にゲート絶縁膜を
    形成する工程と、 前記ゲート絶縁膜上にゲート電極となる第1の導電膜を
    形成する工程と、 前記第1の導電膜の上に所定の厚さの第1の被膜を形成
    する工程と、 前記第1の被膜の所定の領域を選択的に除去する工程
    と、 前記第1の被膜および第1の被膜が除去された領域の前
    記第1の導電膜上にゲート電極となる第2の導電膜を平
    坦に形成して前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とを
    直接電気的に接続する工程と、 前記第2の導電膜を前記第1の導電膜上の所定の膜厚だ
    け残して他の領域を除去するようにエッチバックし、前
    記第1導電型の半導体層上に第1および第2のトランジ
    スタ用のゲート電極を形成する工程と、 前記第1の被膜を除去して前記第2のトランジスタの形
    成領域をレジスト膜で被った後、前記第2の導電膜をマ
    スクとして用いるイオン注入により、前記第1のトラン
    ジスタの形成領域のみに第2導電型の不純物を前記第1
    の導電膜を透過させて、前記第1導電型の半導体層中に
    注入し、ソースおよびドレインとなる低濃度の第2導電
    型の第1の半導体領域を形成する工程と、 前記レジスト膜を除去した後、前記第2の導電膜の側面
    に第2の被膜を形成する工程と、 前記第2の被膜および前記第2の導電膜をエッチングマ
    スクとして用いて前記第1の導電膜を選択的に除去する
    工程と、 前記第2の被膜および第2の導電膜をマスクとして用い
    るイオン注入により、前記第1導電型の半導体層中に第
    2導電型の不純物を注入し、前記第1のトランジスタの
    形成領域においてソースおよびドレインの一部となると
    ともに、第2のトランジスタの形成領域においてソース
    およびドレインとなる高濃度の第2導電型の第2の半導
    体領域を形成する工程とを含み、 前記第1導電型の半導体層上に逆T字形のゲート電極が
    ソースおよびドレインにオーバーラップした構造の第1
    のトランジスタと高静電破壊耐圧を持つシングルドレイ
    ン構造の第2のトランジスタを形成することを特徴とす
    る電界効果型半導体装置の製造方法。
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