JP3393246B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor deviceInfo
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- JP3393246B2 JP3393246B2 JP22680795A JP22680795A JP3393246B2 JP 3393246 B2 JP3393246 B2 JP 3393246B2 JP 22680795 A JP22680795 A JP 22680795A JP 22680795 A JP22680795 A JP 22680795A JP 3393246 B2 JP3393246 B2 JP 3393246B2
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、消費電力を低減
するために内部回路を低電源電圧仕様としている一方
で、たとえば入出力回路などとして高電源電圧回路をも
混在させたMOS構造の半導体装置及びその製法に関す
る。特に、本発明は、電源電圧が異なることによるゲー
ト酸化膜の信頼性・歩留りの低下を招くことなく、簡便
にデバイス性能を向上させるための回路の作分け手法に
ついてのものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a semiconductor device having a MOS structure in which an internal circuit has a low power supply voltage specification in order to reduce power consumption, while a high power supply voltage circuit is mixed as an input / output circuit. And its manufacturing method. In particular, the present invention relates to a circuit dividing method for easily improving device performance without lowering reliability and yield of a gate oxide film due to different power supply voltages.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、MOSLSIの電源電圧は主
として5Vが用いられてきているが、近年のデバイスの
微細化・低消費電力化の流れのなかで、電源電圧が2.
5〜3.3Vで動作するMOSトランジスタを用いたL
SIが登場してきた。なぜなら、一般にMOSトランジ
スタの消費電力はおおむね電源電圧の2乗に比例するこ
とから、消費電力を低減し微細化にともなう単位面積あ
たりの発熱量増大を防ぐためには、電源電圧を下げるこ
とが極めて有効だからである。ただし、単純に電源電圧
を下げただけでは駆動能力が低下するため、この低電圧
仕様のMOSトランジスタについて、短ゲート化やゲー
ト酸化膜の薄膜化による駆動能力向上が進められてい
る。2. Description of the Related Art Conventionally, the power supply voltage of a MOS LSI has been mainly 5V. However, with the recent trend toward device miniaturization and low power consumption, the power supply voltage is 2.
L using a MOS transistor operating at 5 to 3.3V
SI has appeared. Because the power consumption of MOS transistors is generally proportional to the square of the power supply voltage, it is extremely effective to reduce the power supply voltage in order to reduce the power consumption and prevent the increase in heat generation per unit area due to miniaturization. That's why. However, since the driving ability is lowered simply by lowering the power supply voltage, the driving ability of the low voltage MOS transistor is being improved by shortening the gate and thinning the gate oxide film.
【0003】ところが、実際には、プリント基板の全て
のLSIの低電源電圧化がなかなか進まない現状があ
り、このため低電源電圧仕様のMOSトランジスタのみ
でLSI全体を構成することは希で、通常は、入出力回
路などを構成する5V電源仕様のMOSトランジスタと
混在して構成することが多い。このような混在仕様とし
た場合、入出力回路と共通な5V電源をそのまま低電源
電圧仕様のMOSトランジスタに接続すると、低電源電
圧仕様のMOSトランジスタについて、ゲート酸化膜が
薄いため信頼性に重大な影響を及ぼすことがある。However, in reality, there is a current situation where it is difficult to reduce the power supply voltage of all the LSIs on the printed circuit board. Therefore, it is rare to configure the entire LSI with only MOS transistors having a low power supply voltage. Is often mixed with a 5V power supply type MOS transistor that constitutes an input / output circuit. In the case of such mixed specifications, if the 5V power supply common to the input / output circuit is directly connected to the low power supply voltage MOS transistor, the reliability of the low power supply MOS transistor is serious because the gate oxide film is thin. May have an impact.
【0004】したがって、混在仕様を前提とした場合、
現在では、このゲート酸化膜の信頼性低下を防ぐための
方策として5V電源仕様の入出力回路等に合わせたかた
ちでLSI全体のゲート酸化膜厚を厚くする手法が採用
されている。Therefore, assuming mixed specifications,
At present, as a measure for preventing the reliability of the gate oxide film from decreasing, a method of increasing the gate oxide film thickness of the entire LSI in a form adapted to an input / output circuit of 5V power supply specification is adopted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入出力
回路等に合わせてLSI全体のゲート酸化膜厚を厚くす
る従来の手法では、肝心なメモリセル・アレイなどの内
部回路を構成する低電源電圧仕様のMOSトランジスタ
の駆動能力が低下してしまい、LSIの性能向上が図れ
ないといった課題を有していた。かといって、入出力回
路のみゲート酸化膜厚を厚くすると、プロセスが複雑に
なるだけでなくゲート酸化膜を露出させたまま加工を行
わなければならず、そのことによるデバイスの歩留り・
信頼性の低下が避けられない。However, according to the conventional method of increasing the gate oxide film thickness of the entire LSI according to the input / output circuit and the like, a low power supply voltage specification which constitutes an internal circuit such as a memory cell array is essential. However, the driving capability of the MOS transistor is deteriorated, and the performance of the LSI cannot be improved. However, increasing the gate oxide film thickness only in the input / output circuit not only complicates the process, but also requires processing with the gate oxide film exposed, which results in device yield and
A decrease in reliability cannot be avoided.
【0006】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、より高い電源電圧の回路をも混在させて構成する低
電源電圧仕様の金属絶縁膜半導体装置について、ゲート
酸化膜の信頼性劣化やこれによる歩留り低下を起こすこ
となく、簡便にデバイス性能を向上させる回路の作分け
手法を新たに提案し、これを用いた半導体装置の製造方
法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and a metal insulating film semiconductor device of a low power supply voltage specification in which a circuit having a higher power supply voltage is mixed is also provided. without causing a decrease in yield due to propose a work dividing method of a circuit which simply improve device performance new manufacturing side of the semiconductor device using the same
The purpose is to provide the law .
【0007】[0007]
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上述した目的を達成するために、本発明の
半導体装置の製造方法は、互いに異なる大きさの電源電
圧で駆動される高電圧駆動回路と低電圧駆動回路とを含
む半導体装置の製造方法であって、前記高電圧駆動回路
側の電界効果型半導体素子のゲート電極に対し、第1の
導電型の不純物を導入して導電性を高める工程と、すで
に導入した前記第1の導電型の不純物の一部を打ち消す
ように、第1の導電型と逆の第2の導電型の不純物を高
電圧駆動回路側のゲート電極に導入する工程と、を含
む。 [Problems to be Solved by the Invention] Problems of the above-mentioned prior art
In order to solve the above problems and achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention uses a power supply of different sizes.
Includes high-voltage drive circuit and low-voltage drive circuit driven by pressure
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the high voltage drive circuit
To the gate electrode of the field effect type semiconductor element on the side
The process of introducing conductivity type impurities to improve conductivity, and
Part of the impurities of the first conductivity type introduced into
The impurities of the second conductivity type, which is the opposite of the first conductivity type,
Introducing into the gate electrode on the voltage drive circuit side.
Mu.
【0012】[0012]
【0013】好適に、前記高電圧駆動回路側および低電
圧駆動回路側の各ゲート電極に不純物を導入する際に、
同時に、半導体基板にも該不純物を導入することによ
り、ソース領域およびドレイン領域を形成する。これに
より、ソース領域およびドレイン領域を自己整合的に形
成でき、また製造工程を簡略化することが可能となる。 Preferably, the high voltage drive circuit side and the low voltage
When introducing impurities into each gate electrode on the voltage drive circuit side,
At the same time, by introducing the impurities into the semiconductor substrate,
Form a source region and a drain region. to this
As a result, the source region and the drain region can be formed in a self-aligned manner, and the manufacturing process can be simplified.
【0014】好適に、前記低電圧駆動回路側の電界効果
型半導体素子のゲート電極に対し導電性を高めるために
導入する不純物の導電型が、前記第2の導電型であり、
前記第2の導電型の不純物を高電圧駆動回路側のゲート
電極に導入する工程においては、同時に、低電圧駆動回
路側のゲート電極にも第2の導電型の不純物を更に導入
する。このようにすれば、高電圧駆動回路側に最初の導
入不純物と逆の不純物を導入してゲート電極の導電性を
低減する際に、低電圧駆動回路側の不純物濃度を高める
ことができ、これにより両者の不純物濃度差を更に拡大
させることが可能となる。 Preferably, the electric field effect on the low voltage drive circuit side
In order to improve the conductivity of the gate electrode of the semiconductor device
The conductivity type of the impurities to be introduced is the second conductivity type,
The impurity of the second conductivity type is added to the gate on the high voltage drive circuit side.
In the process of introducing into the electrode, at the same time, low voltage driving
Impurity of the second conductivity type is further introduced into the gate electrode on the roadside.
To do . With this configuration, when the impurity opposite to the first introduced impurity is introduced into the high voltage drive circuit side to reduce the conductivity of the gate electrode, the impurity concentration on the low voltage drive circuit side can be increased. This makes it possible to further increase the difference in impurity concentration between the two.
【0015】上述した製法は、いわゆるCMOSなどの
相補形半導体装置の製造に好適である。すなわち、好適
に、前記半導体装置は、前記高電圧駆動回路および低電
圧駆動回路のそれぞれがn型またはp型のチャネルを有
する2種類の電界効果型半導体素子から構成されている
相補形半導体装置であって、該高電圧駆動回路と低電圧
駆動回路とについて、前記n型チャネルの電界効果型半
導体素子の各ゲート電極にn型の不純物を同時に導入す
る工程と、前記p型チャネルの電界効果型半導体素子の
各ゲート電極にp型の不純物を同時に導入する工程と、
前記高電圧駆動回路側の一方の導電型チャネルの電界効
果型半導体素子のゲート電極と前記低電圧駆動回路側の
他方の導電型チャネルの電界効果型半導体素子のゲート
電極とに対し、同時に、他方の導電型不純物を導入する
工程と、を含む。 The above manufacturing method is suitable for manufacturing a complementary semiconductor device such as a so-called CMOS. That is, suitable
In addition, the semiconductor device includes the high-voltage drive circuit and the low-voltage drive circuit.
Each voltage drive circuit has n-type or p-type channel
Composed of two types of field effect semiconductor elements
Complementary type semiconductor device comprising the high voltage driving circuit and the low voltage
The driving circuit and the n-type channel field effect semiconductor
Simultaneously introducing n-type impurities into each gate electrode of the conductor element
Of the p-channel field effect semiconductor device
A step of simultaneously introducing a p-type impurity into each gate electrode,
Electric field effect of one conductivity type channel on the high voltage drive circuit side
The gate electrode of the fruit-shaped semiconductor element and the low-voltage drive circuit side
Gate of field-effect semiconductor device of the other conductivity type channel
At the same time, the other conductivity type impurity is introduced into the electrode.
And a step.
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体装置として
は、たとえばDRAM,SRAM,マスクROMなどの
MOSメモリデバイス、あるいは各種MOSロジック等
がある。このうち、本実施形態ではDRAMを例とし
て、以下、図面にもとづいて詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Semiconductor devices according to the present invention include MOS memory devices such as DRAM, SRAM and mask ROM, and various MOS logics. Of these, the present embodiment will be described in detail below with reference to the drawings, taking a DRAM as an example.
【0019】このDRAMは、とくに図示しないが、メ
モリセル・アレイを含む内部回路と、入出力回路を含む
周辺回路とから構成される。内部回路は、低消費電力化
のため例えば3V電源仕様としているのに対し、周辺回
路では、このDRAMとともにシステム化される他のL
SIとの絡みで5V電源仕様のままとし、2電源構成を
採っている。Although not particularly shown, this DRAM comprises an internal circuit including a memory cell array and a peripheral circuit including an input / output circuit. The internal circuit has, for example, a 3V power supply specification to reduce the power consumption, while the peripheral circuit has another L that is systematized with this DRAM.
Due to the entanglement with SI, the 5V power supply specification is kept and the dual power supply configuration is adopted.
【0020】図1には、DRAMの入出力回路を構成し
バイアスが印加されたMOSFETの概略断面構造図を
示す。同図中、符号2は入出力回路を構成するMOSF
ETを示している。このMOSFET2においては、ま
ず、たとえばシリコンウェーハなどの半導体基板4の表
面に、不図示の素子分離領域(LOCOS等)で区分さ
れた能動領域6が形成してある。MOSFET2のチャ
ネルの導電型に制限はなく、本実施形態ではnチャネル
MOSFET(NMOS)とした。そのため、能動領域
6の導電型はp型で、たとえばホウ素(B)などのp型
不純物を比較的に低濃度にイオン注入することにより形
成した。これに対し、pチャネルMOSFET(PMO
S)の場合は、能動領域6を含め全ての導電型を逆にす
ることで、これを形成し得る。FIG. 1 is a schematic sectional structural view of a MOSFET which constitutes an input / output circuit of a DRAM and to which a bias is applied. In the figure, reference numeral 2 is a MOSF forming an input / output circuit.
It shows ET. In this MOSFET 2, first, on a surface of a semiconductor substrate 4 such as a silicon wafer, an active region 6 is formed which is divided by an element isolation region (LOCOS or the like) not shown. There is no limitation on the conductivity type of the channel of the MOSFET 2, and an n-channel MOSFET (NMOS) is used in this embodiment. Therefore, the active region 6 has a p-type conductivity and is formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) at a relatively low concentration. On the other hand, p-channel MOSFET (PMO
In the case of S), this can be formed by reversing all conductivity types including the active region 6.
【0021】能動領域6の表面には、ゲート酸化膜8を
介してゲート電極10が形成してある。ゲート電極10
の材質および膜厚は、とくに限定されないが、本実施例
では約150nmのポリシリコン膜をCVD法により成
膜した。また、ゲート酸化膜8の材質および膜厚も、と
くに限定はなく、本実施形態では約9nmと極く薄いシ
リコン酸化膜を熱酸化法により成膜した。このようにゲ
ート酸化膜8を薄くしたのは、不図示の内部回路側のゲ
ート酸化膜は、たとえばメモリセルの電荷転送用のMO
SFETの駆動能力向上のため薄く形成する必要があ
り、これに合わせたかたちで入出力回路側のゲート酸化
膜8も薄くして同時形成を行い、製造工程を簡略化する
ためである。A gate electrode 10 is formed on the surface of the active region 6 via a gate oxide film 8. Gate electrode 10
The material and the film thickness are not particularly limited, but in the present embodiment, a polysilicon film having a thickness of about 150 nm was formed by the CVD method. Further, the material and the film thickness of the gate oxide film 8 are not particularly limited, and in this embodiment, a very thin silicon oxide film of about 9 nm is formed by the thermal oxidation method. The gate oxide film 8 is made thin in this way because the gate oxide film on the internal circuit side (not shown) is, for example, an MO for charge transfer of the memory cell.
This is because it is necessary to form a thin film to improve the driving capability of the SFET, and in accordance with this, the gate oxide film 8 on the input / output circuit side is also thinned and simultaneously formed to simplify the manufacturing process.
【0022】このゲート電極10の両側壁には、たとえ
ばリン含有膜(PSG)からなるサイドウォール12が
それぞれ形成してある。このサイドウォール12の形成
は、PSG膜を全面被膜した後、たとえばRIEなどの
異方性エッチングでエッチバックすることにより行う。Sidewalls 12 made of, for example, a phosphorus-containing film (PSG) are formed on both side walls of the gate electrode 10, respectively. The sidewalls 12 are formed by coating the PSG film over the entire surface and then etching back by anisotropic etching such as RIE.
【0023】半導体基板2の能動領域6表面で、ゲート
酸化膜8の両端部側から各サイドウォール12外側にか
けては、それぞれLDD(Lightly Doped Drain)と称さ
れるFET構造に特有なプロファイルの活性領域(ソー
ス領域14およびドレイン領域16)が、ゲート電極1
0に対して自己整合的に形成してある。この各活性領域
14,16は、サイドウォール12形成前後で、たとえ
ばイオン注入をドーズ量およびエネルギーを変えて2段
階で行った後、アニールを施すことにより形成される。
これにより、n型不純物が高濃度にドーズされたn+ 領
域14b,16bが基板奥側に深く形成され、比較的に
低濃度にドースされたn -領域14a,16aが基板表
面側に浅く、ゲ−ト電極10中央に向かって横方向に若
干延びて形成されている。On the surface of the active region 6 of the semiconductor substrate 2, from the both end sides of the gate oxide film 8 to the outside of each side wall 12, the active region having a profile peculiar to the FET structure called LDD (Lightly Doped Drain), respectively. (Source region 14 and drain region 16) is the gate electrode 1
0 is formed in a self-aligned manner. The active regions 14 and 16 are formed by performing, for example, ion implantation in two steps before and after the formation of the sidewall 12 by changing the dose amount and energy, and then performing annealing.
As a result, the n + regions 14b and 16b in which the n-type impurity is dosed at a high concentration are formed deeply in the back of the substrate, and the n − regions 14a and 16a which are dosed in a relatively low concentration are shallow at the substrate surface side, The gate electrode 10 is formed to extend slightly in the lateral direction toward the center.
【0024】また、この活性領域14,16の形成時に
は、前記ゲート電極10にも、比較的に低濃度の同じイ
オン種の不純物が導入してある。この不純物導入は、ゲ
ート電極10を構成するポリシリコン膜の導電性を高め
るために行い、本実施形態ではn型不純物を用いイオン
注入法により行う。このゲート電極10の導入不純物濃
度を比較的に低濃度にするとしたのは、図1に示すよう
に、ゲート電極10に負の電圧Vssが印加されたとき
に導入不純物をVss側に引き寄せてゲート酸化膜8と
の界面側を空乏化させ、この空乏層10aでの電圧降下
によりゲート酸化膜8にかかる電界を緩和させるためで
ある。空乏化の程度は、所定電圧Vssの印加時にゲー
ト酸化膜の信頼性が確保できればよく、この観点からゲ
ート電極10の導入不純物濃度が決められる。When the active regions 14 and 16 are formed, the gate electrode 10 is also doped with a relatively low concentration of impurities of the same ionic species. This impurity introduction is performed to enhance the conductivity of the polysilicon film forming the gate electrode 10, and in this embodiment, it is performed by an ion implantation method using an n-type impurity. The reason why the concentration of introduced impurities in the gate electrode 10 is made relatively low is that the introduced impurities are attracted to the Vss side when a negative voltage Vss is applied to the gate electrode 10 as shown in FIG. This is for depleting the interface side with the oxide film 8 and relaxing the electric field applied to the gate oxide film 8 due to the voltage drop in the depletion layer 10a. The degree of depletion only needs to ensure the reliability of the gate oxide film when the predetermined voltage Vss is applied. From this viewpoint, the concentration of introduced impurities in the gate electrode 10 is determined.
【0025】ゲート電極10の不純物濃度を比較的に薄
くする方法については、この周辺回路側のゲート電極1
0のみイオン注入量を低く設定するほか、一旦、内部回
路と区別なく高濃度の不純物を導入した後に、この周辺
回路側のゲート電極10のみに、逆の導電型の不純物を
導入して導電率を低減する方法がある。また、周辺回路
側のゲート電極をポリサイド構造(ポリシリコン膜と高
融点金属のシリサイド膜との積層構造)として、特定不
純物を高融点金属に吸わせることにより濃度を下げる方
法もある。たとえば、p型不純物としてのホウ素(B)
とタングステンシリサイド膜との組み合わせでは、Bを
タングステン(W)に吸収させて低濃度化を図ることが
できる。Regarding the method of making the impurity concentration of the gate electrode 10 relatively thin, the gate electrode 1 on the peripheral circuit side is described.
In addition to setting the ion implantation amount to be low only for 0, once the high-concentration impurity is introduced without distinction from the internal circuit, the impurity of the opposite conductivity type is introduced only into the gate electrode 10 on the peripheral circuit side. There is a method of reducing. There is also a method in which the gate electrode on the peripheral circuit side has a polycide structure (a laminated structure of a polysilicon film and a silicide film of a refractory metal), and a specific impurity is absorbed by the refractory metal to reduce the concentration. For example, boron (B) as a p-type impurity
In the combination of and the tungsten silicide film, B can be absorbed by tungsten (W) to reduce the concentration.
【0026】このように構成されるMOSFET2は、
とくに図示しないが、層間絶縁層を介した金属配線層に
より電極の取り出しが行われ、内部回路と接続されてい
る。この際、先に説明したように、周辺回路と内部回路
とはゲート電極10の導入不純物濃度が異なることか
ら、この金属配線層は少なくとも不純物を移動させない
材料とする必要がある。本実施形態ではアルミニュウム
(Al)が用いられ、これにより、たとえば以後の工程
の熱履歴などにより不純物が内部回路側からこのゲート
電極10内に拡散し不純物濃度が上昇することが防止さ
れる。The MOSFET 2 thus constructed is
Although not shown in particular, the electrodes are taken out by the metal wiring layer via the interlayer insulating layer and connected to the internal circuit. At this time, as described above, since the peripheral circuit and the internal circuit have different introduced impurity concentrations of the gate electrode 10, it is necessary that this metal wiring layer is made of a material that does not move at least impurities. In the present embodiment, aluminum (Al) is used, which prevents impurities from diffusing into the gate electrode 10 from the internal circuit side and increasing the impurity concentration due to, for example, the thermal history of the subsequent steps.
【0027】なお、このMOSFET2以外では、MI
Mキャパシタなどが所定パターンで積層してあり、これ
らの上にはオーバーコート層が成膜されている。以上の
DRAMの説明において、とくに言及した事項以外の限
定はなく、本発明の範囲内において種々に改変すること
ができる。In addition to this MOSFET2, MI
M capacitors and the like are laminated in a predetermined pattern, and an overcoat layer is formed thereon. In the above description of the DRAM, there are no limitations other than those mentioned in particular, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
【0028】つぎに、本発明に係る半導体装置の製造方
法について、SRAMを例として、図面にもとづいて詳
細に説明する。ここで使用する図2〜6は、SRAMの
製法を説明するための各製造過程を示す概略断面構造図
であり、各図の右半分に内部回路を、左半分に入出力回
路を対比させている。また、この製法の実施形態で説明
するSRAMは、その内部回路、入出力回路ともに相補
形MOS(CMOS;Complementary MOS)により構
成されており、各図の内部回路、入出力回路について、
それぞれ左側にNMOS,右側にPMOSを有してい
る。Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings by taking an SRAM as an example. 2 to 6 used here are schematic cross-sectional structural views showing respective manufacturing steps for explaining the manufacturing method of the SRAM, in which the right half of each drawing is compared with the internal circuit and the left half is compared with the input / output circuit. There is. In addition, the SRAM described in the embodiment of this manufacturing method is configured by a complementary MOS (CMOS) in both its internal circuit and input / output circuit.
Each has an NMOS on the left side and a PMOS on the right side.
【0029】まず、図2に示すように、たとえばシリコ
ンウェーハなどの半導体基板20を準備し、その表面
に、いわゆるツインタブ(twin tub)構造の能動領域とし
て、互いに導電性が異なるウェル22,23を、たとえ
ばイオン注入法により各々形成する。具体的には、NM
OS側にp型不純物によるpウェル22を、たとえば酸
化シリコン膜をマスクにして形成し、pウェル22から
所定間隔をおいたPMOS側にn型不純物によるnウェ
ル23を同様に形成する。First, as shown in FIG. 2, a semiconductor substrate 20 such as a silicon wafer is prepared, and wells 22 and 23 having different conductivity are formed on the surface of the semiconductor substrate 20 as active regions of a so-called twin tub structure. , Each formed by, for example, an ion implantation method. Specifically, NM
A p-well 22 made of p-type impurities is formed on the OS side using, for example, a silicon oxide film as a mask, and an n-well 23 made of n-type impurities is similarly formed on the PMOS side at a predetermined distance from the p-well 22.
【0030】つぎに、同図に示すように、素子分離領域
のためのLOCOS24を形成する。LOCOS24を
形成するためには、とくに図示しないが、まずパッド用
熱酸化膜と窒化シリコン膜などで構成される酸化防止膜
とをこの順で積層し、酸化防止膜について所定のパター
ンニングを施した後、チャネルストッパ用のイオン注
入,LOCOS用の熱酸化を行う。Next, as shown in the figure, a LOCOS 24 for an element isolation region is formed. In order to form the LOCOS 24, although not shown in the drawing, first, a thermal oxide film for pad and an anti-oxidation film composed of a silicon nitride film are laminated in this order, and the anti-oxidation film is subjected to predetermined patterning. After that, ion implantation for channel stopper and thermal oxidation for LOCOS are performed.
【0031】その後、各能動領域22,23の表面を露
出させたのち、同図に示すように、この露出表面を含む
半導体基板20表面を熱酸化法で酸化して、ゲート酸化
膜26を成膜する。熱酸化の条件は、たとえば850〜
1000℃程度のウエット酸化である。このゲ−ト酸化
膜26用の熱酸化は内部回路,入出力回路とも同時に行
い、その膜厚に特に限定はないが、デバイスの駆動能力
向上のためには薄いほうが好ましく、本実施形態では9
nmとした。After exposing the surfaces of the active regions 22 and 23, the surface of the semiconductor substrate 20 including the exposed surfaces is oxidized by a thermal oxidation method to form a gate oxide film 26, as shown in FIG. To film. The thermal oxidation conditions are, for example, 850 to
It is wet oxidation at about 1000 ° C. The thermal oxidation for the gate oxide film 26 is performed at the same time for the internal circuit and the input / output circuit, and the film thickness thereof is not particularly limited, but it is preferably thin in order to improve the driving capability of the device.
nm.
【0032】つぎに、図3のゲート電極28となる非ド
ープのポリシリコン膜(Non Doped Poly Si) をLPCV
D法などにより成膜する。このポリシリコン膜厚は、た
とえば100〜300nm程度、本実施形態では150
nmとした。そして、このポリシリコン膜をフォトリソ
グラフィー法でパターニングした後、たとえばRIEに
より下層のゲート酸化膜26とともにエッチングを行う
ことにより、所定パターン形状のゲート電極28を得
る。Next, an undoped polysilicon film (Non Doped Poly Si) which becomes the gate electrode 28 of FIG.
A film is formed by the D method or the like. This polysilicon film thickness is, for example, about 100 to 300 nm, and in the present embodiment, it is 150.
nm. Then, after patterning this polysilicon film by a photolithography method, etching is performed together with the underlying gate oxide film 26 by, for example, RIE to obtain a gate electrode 28 having a predetermined pattern.
【0033】続いて、図3に示すように、このゲート電
極28の両端側に浅いLDD表面領域として、NMOS
側にn- 領域30a,31aを、PMOS側にp- 領域
32a,33aをそれぞれ形成する。これは、ゲート電
極28をマスクに、たとえばホウ素(B)やリン(P)
をイオン注入することにより行う。その後、ゲート電極
28の上に、たとえばPSG膜などのサイドウォール膜
材をCVD法などで成膜し、このサイドウォール膜材を
RIEなどの異方性エッチングによりエッチバックする
ことより、同図に示すように、ゲート電極28の側部に
サイドウォール34が形成される。Subsequently, as shown in FIG. 3, an NMOS is formed as a shallow LDD surface region on both ends of the gate electrode 28.
N − regions 30a and 31a are formed on the side, and p − regions 32a and 33a are formed on the PMOS side. This is done by using, for example, boron (B) or phosphorus (P) with the gate electrode 28 as a mask.
Is performed by ion implantation. After that, a sidewall film material such as a PSG film is formed on the gate electrode 28 by a CVD method or the like, and the sidewall film material is etched back by anisotropic etching such as RIE. As shown, the sidewall 34 is formed on the side portion of the gate electrode 28.
【0034】つぎに、レジスト36を全面に成膜した
後、図4に示すように、フォトリソグラフィー法を用い
て内部回路および入出力回路のNMOS領域のみを開口
する。そして、たとえば砒素(As)を比較的高濃度に
注入して、深いLDD領域としてn+ 領域30b,31
bを形成し、NMOSについてソース領域30およびド
レイン領域31を完成させる。このイオン注入では、同
時にNMOSのゲート電極28にも不純物が導入され、
n型に導電化される。ここで、Asの注入条件はとくに
限定されないが、本実施形態ではエネルギー:30ke
V,ドーズ量:5×1015cm-2とした。Next, after the resist 36 is formed on the entire surface, as shown in FIG. 4, only the NMOS regions of the internal circuit and the input / output circuit are opened by using the photolithography method. Then, for example, arsenic (As) is implanted at a relatively high concentration to form n + regions 30b and 31 as deep LDD regions.
b is formed to complete the source region 30 and drain region 31 for the NMOS. This ion implantation simultaneously introduces impurities into the gate electrode 28 of the NMOS,
It is made n-type conductive. Here, the As implantation conditions are not particularly limited, but in the present embodiment, the energy is 30 ke.
V, dose amount: 5 × 10 15 cm -2 .
【0035】これに対し、PMOS領域については、p
型の不純物(たとえばB)をイオン注入することによ
り、深いLDD領域およびゲート電極28に不純物導入
が行われる。このPMOS領域へのイオン注入は、図
5,6に示すように、2回に分けて行われ、それぞれの
イオン注入では、上記したNMOSの場合と同様にパタ
ーンニングしたレジスト36をマスクにして行われる。On the other hand, for the PMOS region, p
By implanting a type impurity (for example, B) by ion implantation, impurities are introduced into the deep LDD region and the gate electrode 28. As shown in FIGS. 5 and 6, this ion implantation into the PMOS region is performed in two steps, and each ion implantation is performed using the patterned resist 36 as a mask as in the case of the NMOS described above. Be seen.
【0036】図5と図6を対比すると判るように、1回
目と2回目で選択的にイオン注入を行う箇所を異にして
いる。すなわち、まず最初のイオン注入では、図5に示
すように、内部回路および入出力回路のPMOS領域
に、比較的に低濃度のBイオン(B+ )が選択的に打ち
込まれる。この最初のBイオンの注入条件は、本実施形
態ではエネルギー:10keV,ドーズ量:1×1015
cm-2とした。これに対し、2回目のBイオンの注入で
は、図6に示すように、内部回路のPMOS領域と入出
力回路のNMOS領域に、比較的に高濃度のBイオン
(B++)が選択的に打ち込まれる。この2回目のBイオ
ンの注入条件は、本実施形態ではエネルギー:10ke
V,ドーズ量:4×1015cm-2とした。As can be seen by comparing FIGS. 5 and 6, the portions where the ion implantation is selectively performed at the first and second times are different. That is, in the first ion implantation, as shown in FIG. 5, relatively low concentration B ions (B + ) are selectively implanted in the PMOS regions of the internal circuit and the input / output circuit. In this embodiment, the first B ion implantation conditions are energy: 10 keV, dose: 1 × 10 15.
It was cm -2 . On the other hand, in the second implantation of B ions, as shown in FIG. 6, relatively high concentration B ions (B ++ ) are selectively present in the PMOS region of the internal circuit and the NMOS region of the input / output circuit. Be driven into. In this embodiment, the second B ion implantation condition is energy: 10 ke.
V, dose amount: 4 × 10 15 cm −2 .
【0037】このような選択的な2度のイオン注入によ
り、ゲート電極28の導入不純物の濃度について入出力
回路側を内部回路側より低くし、CMOSトランジスタ
を作り分けている。すなわち、PMOSでは、入出力回
路側が最初のBイオン注入のみで比較的に低濃度である
のに対し、内部回路側はBイオン注入が2度とも行われ
不純物濃度が高く設定される。また、NMOSについて
は、内部回路側が比較的に高濃度のAsイオン注入で規
定されいるのに対し、入出力回路側は、一旦導入された
高濃度のAsイオンを2回目のBイオン注入で、その一
部を打ち消すことにより低濃度化を図っている。これら
イオン注入条件は、先に説明したゲート電極28の空乏
化、及びこれによるゲート酸化膜26の信頼性確保の観
点から決められる。By such selective twice ion implantation, the concentration of introduced impurities in the gate electrode 28 is made lower on the input / output circuit side than on the internal circuit side, and CMOS transistors are separately formed. That is, in the PMOS, the input / output circuit side has a relatively low concentration of only the first B ion implantation, whereas the internal circuit side is subjected to the B ion implantation twice and the impurity concentration is set high. Regarding the NMOS, the internal circuit side is regulated by relatively high concentration As ion implantation, whereas the input / output circuit side, by the second B ion implantation of high concentration As ion once introduced, By partially canceling it, the concentration is reduced. These ion implantation conditions are determined from the viewpoints of depletion of the gate electrode 28 described above and the reliability of the gate oxide film 26 thus secured.
【0038】その後は、とくに図示しないが、活性化ア
ニールを施した後、層間絶縁層を介して所定パターンの
金属配線層によりFETの各電極を引き出しあるいは接
続させ、最後にオーバーコート膜を成膜して、当該CM
OS形SRAMを完了させることができる。この場合の
金属配線層も、先に説明したと同様、内部回路および入
出力回路間で不純物を移動させない材料(たとえばA
l)で形成される。After that, although not particularly shown, after activation annealing, each electrode of the FET is led out or connected by a metal wiring layer having a predetermined pattern through an interlayer insulating layer, and finally an overcoat film is formed. And the CM
The OS type SRAM can be completed. The metal wiring layer in this case is also made of a material (for example, A, which does not move impurities between the internal circuit and the input / output circuit), as described above.
l).
【0039】なお、以上のSRAMの説明において、と
くに言及した事項以外の限定はなく、本発明の範囲内に
おいて種々に改変することができる。たとえば、ゲート
電極28の構造はLDDに限定されず、また、その膜構
造はポリサイドであってもよい。上記説明では、ソース
領域30,32、ドレイン領域31,33およびゲート
電極28の形成に用いるイオン種をAsおよびBとした
が、これらに代えてリン(P)およびフッ化ボロン(B
F2 )を用いてもよい。また、イオン注入条件もFET
サイズやゲート構造により当然異なり、上記実施形態以
外のエネルギー,ドーズ量を用いても実現可能である。
さらに、上記説明ではp型不純物のイオン注入を2度行
うこととしたが、これとは逆に、n型不純物のイオン注
入を2度行う方法によっても同様な回路の作分けが可能
である。In the above description of the SRAM, there are no limitations other than those mentioned in particular, and various modifications can be made within the scope of the present invention. For example, the structure of the gate electrode 28 is not limited to LDD, and the film structure thereof may be polycide. In the above description, the ion species used to form the source regions 30 and 32, the drain regions 31 and 33, and the gate electrode 28 are As and B, but instead of these, phosphorus (P) and boron fluoride (B) are used.
F 2 ) may be used. Also, the ion implantation conditions are FET
Naturally, it depends on the size and the gate structure, and can be realized by using the energy and dose amount other than the above embodiment.
Further, in the above description, the ion implantation of the p-type impurity is performed twice, but conversely, the method of performing the ion implantation of the n-type impurity twice can also perform the similar circuit division.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、駆動電源電圧を下げデバイスのゲート酸化膜を薄
膜化することにより性能向上を図った低電源電圧回路
と、たとえば従来からの5V電源で駆動する高電源電圧
回路とを混在させて半導体装置を構成する際、高電源電
圧回路側のみゲート電極の導電率を低減することができ
る。これにより、高電源電圧回路側のゲート酸化膜にか
かる電界強度が緩和され、このことによる信頼性劣化や
歩留り低下を起こすことがない。これは、高電源電圧回
路側でも薄いゲート酸化膜を用い得ることを意味し、従
来のように電源電圧の大きさに応じてゲート酸化膜の膜
厚を変える必要がない点で、製造工程が簡略化できる。
また、従来のようにゲート酸化膜を露出されたまま加工
を行わずにすむため、この意味からも歩留り向上に寄与
できる。According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a low power supply voltage circuit whose performance is improved by lowering the drive power supply voltage and thinning the gate oxide film of the device, and, for example, the conventional 5V. When a semiconductor device is formed by mixing a high power supply voltage circuit driven by a power supply, the conductivity of the gate electrode can be reduced only on the high power supply voltage circuit side. As a result, the electric field strength applied to the gate oxide film on the high power supply voltage circuit side is relaxed, and this does not cause reliability deterioration or yield reduction. This means that a thin gate oxide film can be used even on the side of the high power supply voltage circuit, and it is not necessary to change the film thickness of the gate oxide film according to the magnitude of the power supply voltage as in the conventional method. Can be simplified.
Further, since it is not necessary to perform processing while the gate oxide film is exposed as in the conventional case, it is possible to contribute to the improvement of the yield also in this sense.
【0041】また、内部回路は電源電圧を低減し低消費
電力を達成することにより高性能化・高集積化を図りな
がら、周辺回路では既存電源電圧が使えることから外部
システムとの接続が容易な半導体装置を提供することが
できる。Further, while the internal circuit achieves high performance and high integration by reducing the power supply voltage and achieving low power consumption, the existing power supply voltage can be used in the peripheral circuit, which facilitates connection with an external system. A semiconductor device can be provided.
【図1】本発明に係る半導体装置例として、DRAMの
入出力回路を構成しバイアスが印加されたMOSFET
の概略断面構造図である。FIG. 1 is an exemplary semiconductor device according to the present invention, in which a bias is applied to a MOSFET which constitutes an input / output circuit of a DRAM.
It is a schematic sectional structural drawing of FIG.
【図2】本発明に係る半導体装置の製造方法によるSR
AMの一製造過程の概略断面構造図であり、ゲート酸化
膜の成膜後の段階を示している。FIG. 2 is an SR according to a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional structural view of one manufacturing process of AM, showing a stage after the formation of the gate oxide film.
【図3】同SRAMの一製造過程の概略断面構造図であ
り、サイドウォール形成後の段階を示している。FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure diagram of one manufacturing process of the SRAM, showing a stage after formation of the sidewalls.
【図4】同SRAMの一製造過程の概略断面構造図であ
り、n型不純物の導入段階を示している。FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram of one manufacturing process of the SRAM, showing an introduction stage of an n-type impurity.
【図5】同SRAMの一製造過程の概略断面構造図であ
り、p型不純物の最初の導入段階を示している。FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure diagram of one manufacturing process of the SRAM, showing a first introduction stage of p-type impurities.
【図6】同SRAMの一製造過程の概略断面構造図であ
り、p型不純物の2回目の導入段階を示している。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of one manufacturing process of the SRAM, showing a second introduction step of p-type impurities.
2 …MOSFET 4,20 …半導体基板 6 …能動領域 8,26 …ゲート酸化膜 10,28 …ゲート電極 12,34 …サイドウォール 22 …pウェル 23 …nウェル 24 …LOCOS 30,32 …ソース領域 31,33 …ドレイン領域 30a,31a…n- 領域 30b,31b…n+ 領域 32a,33a…p- 領域 32b,33b…p+ 領域 36 …レジスト2 ... MOSFET 4, 20 ... Semiconductor substrate 6 ... Active region 8, 26 ... Gate oxide film 10, 28 ... Gate electrode 12, 34 ... Side wall 22 ... P well 23 ... N well 24 ... LOCOS 30, 32 ... Source region 31 , 33 ... Drain regions 30a, 31a ... N - regions 30b, 31b ... N + regions 32a, 33a ... P - regions 32b, 33b ... P + regions 36 ... Resist
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 27/085 - 27/092 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8234-21/8238 H01L 27/085-27/092
Claims (4)
る高電圧駆動回路と低電圧駆動回路とを含む半導体装置
の製造方法であって、 前記高電圧駆動回路側の電界効果型半導体素子のゲート
電極に対し、第1の導電型の不純物を導入して導電性を
高める工程と、 すでに 導入した前記第1の導電型の不純物の一部を打ち
消すように、第1の導電型と逆の第2の導電型の不純物
を高電圧駆動回路側のゲート電極に導入する工程と、 を含む 半導体装置の製造方法。1. Driven by power supply voltages of different magnitudes
A method of manufacturing a semiconductor device including a high-voltage driving circuit and a low-voltage driving circuit , wherein a first conductivity type impurity is introduced into a gate electrode of the field-effect semiconductor element on the high-voltage driving circuit side. And a step of increasing conductivity, and an impurity of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is removed so as to cancel out a part of the impurities of the first conductivity type that have already been introduced. A method of manufacturing a semiconductor device, the method including: introducing into an electrode.
路側の各ゲート電極に不純物を導入する際に、同時に、
半導体基板にも該不純物を導入することにより、ソース
領域およびドレイン領域を形成する請求項1に記載の半
導体装置の製造方法。2. When introducing impurities into the respective gate electrodes on the high voltage drive circuit side and the low voltage drive circuit side, at the same time,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the source region and the drain region are formed by introducing the impurity into the semiconductor substrate as well.
素子のゲート電極に対し導電性を高めるために導入する
不純物の導電型が、前記第2の導電型であり、 前記第2の導電型の不純物を高電圧駆動回路側のゲート
電極に導入する工程においては、同時に、低電圧駆動回
路側のゲート電極にも第2の導電型の不純物を更に導入
する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。3. The conductivity type of impurities introduced to the gate electrode of the field effect semiconductor element on the low voltage drive circuit side to enhance conductivity is the second conductivity type, and the second conductivity type. type impurity in the step of introducing into the gate electrode of the high voltage drive circuit side, at the same time, according to claim 1 or 2, further introduced a second conductivity type impurity into the gate electrode of the low voltage drive circuit side Manufacturing method of semiconductor device.
よび低電圧駆動回路のそれぞれがn型またはp型のチャ
ネルを有する2種類の電界効果型半導体素子から構成さ
れている相補形半導体装置であって、 該高電圧駆動回路と低電圧駆動回路とについて、 前記n型チャネルの電界効果型半導体素子の各ゲート電
極にn型の不純物を同時に導入する工程と、 前記p型チャネルの電界効果型半導体素子の各ゲート電
極にp型の不純物を同時に導入する工程と、 前記 高電圧駆動回路側の一方の導電型チャネルの電界効
果型半導体素子のゲート電極と前記低電圧駆動回路側の
他方の導電型チャネルの電界効果型半導体素子のゲート
電極とに対し、同時に、他方の導電型不純物を導入する
工程と、 を含む請求項3に 記載の半導体装置の製造方法。Wherein said semiconductor device, each of composed of two types of field effect semiconductor device having an n-type or p-type channel of the high-voltage drive circuit and the low voltage drive circuit
A high-voltage drive circuit and a low-voltage drive circuit, wherein a step of simultaneously introducing an n-type impurity into each gate electrode of the field-effect semiconductor element of the n-type channel, introducing a p-type impurity simultaneously to the gate electrodes of the field effect type semiconductor device of the p-type channel, low the gate electrode of a field effect semiconductor device of the one conductivity type channel of said high voltage drive circuit side At the same time, the other conductivity type impurity is introduced into the gate electrode of the field effect semiconductor element of the other conductivity type channel on the voltage drive circuit side.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising :
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22680795A JP3393246B2 (en) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | Method for manufacturing semiconductor device |
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH0974141A JPH0974141A (en) | 1997-03-18 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001110908A (en) | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Nec Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
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|---|---|---|---|
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