JP3393246B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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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】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【0016】
【0017】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
り、サイドウォール形成後の段階を示している。
【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。
り、n型不純物の導入段階を示している。
【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。
り、p型不純物の最初の導入段階を示している。
【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。
り、p型不純物の2回目の導入段階を示している。
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
─────────────────────────────────────────────────────
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
Claims (4)
- 【請求項1】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 半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】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請求項1に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項3】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
する請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】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、 を含む請求項3に 記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22680795A JP3393246B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22680795A JP3393246B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974141A JPH0974141A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3393246B2 true JP3393246B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=16850920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22680795A Expired - Fee Related JP3393246B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3393246B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001110908A (ja) | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Nec Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-09-04 JP JP22680795A patent/JP3393246B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0974141A (ja) | 1997-03-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |