JP2000100968A - Manufacture of semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、MOSFET(Metal Ox
ide Semiconductor Field Effect Transistor)を有
する半導体集積回路装置の製造技術に適用して有効な技
術に関するものである。The present invention relates to relates to a manufacturing technology of a semiconductor integrated circuit device, in particular, MOSFET (M etal O x
applied to ide S emiconductor F ield E ffect T ransistor) manufacturing technology of a semiconductor integrated circuit device having a technique effectively.
【0002】[0002]
【従来の技術】図10は従来の半導体集積回路装置に塔
載されたMOSFETの概略構成を示す断面図である。
図10の(B)図に示すnチャネル導電型のMOSFE
T−Qn4及びpチャネル導電型のMOSFET−Qp
4は、ロジック回路を構成するロジック用MOSFET
であり、図10の(A)に示すnチャネル導電型のMO
SFET−Qn3及びpチャネル導電型のMOSFET
−Qp3は、ロジック用MOSFETのゲート絶縁膜1
3よりもゲート絶縁膜7の厚さが厚い高耐圧用MOSF
ETである。これらのMOSFETは二層ゲートプロセ
スで形成され、高耐圧用MOSFET(Qn3,Qp
3)のゲート電極10は第一層目のゲート材(例えばポ
リシリコン膜)で形成され、ロジック用MOSFET(Q
n4,Qp4)のゲート電極14は第二層目のゲート材
(例えばポリシリコン膜及びタングステンシリサイド
膜)で形成されている。2. Description of the Related Art FIG. 10 is a sectional view showing a schematic structure of a MOSFET mounted on a conventional semiconductor integrated circuit device.
The n-channel conductivity type MOSFE shown in FIG.
T-Qn4 and p-channel conductivity type MOSFET-Qp
4 is a logic MOSFET that constitutes a logic circuit
And the n-channel conductivity type MO shown in FIG.
SFET-Qn3 and p-channel conductivity type MOSFET
-Qp3 is the gate insulating film 1 of the logic MOSFET
High-voltage MOSF having a gate insulating film 7 thicker than 3
ET. These MOSFETs are formed by a two-layer gate process, and the MOSFETs for high breakdown voltage (Qn3, Qp
The gate electrode 10 of 3) is formed of a first-layer gate material (for example, a polysilicon film), and has a logic MOSFET (Q
The gate electrode 14 of (n4, Qp4) is formed of a second-layer gate material (for example, a polysilicon film and a tungsten silicide film).
【0003】ウエル領域はロジックと高耐圧とで異な
り、不純物濃度は高耐圧のウエル領域(n型ウエル領域
2A,p型ウエル領域3A)よりもロジックのウエル領
域(n型ウエル領域2B,p型ウエル領域3B)の方を
高くしている。これは、ロジック用MOSFETのパン
チスルー耐性を良くすること、使用電圧が低いので接合
耐圧が低くても動作するからである。また、チャネル不
純物の導入(閾値電圧制御用不純物の導入)は、以下で
説明する様に、高耐圧用MOSFETでは一層目のゲー
ト電極を形成する前において行い、ロジック用MOSF
ETでは一層目のゲート電極を形成した後であって二層
目のゲート電極を形成する前において行う。なお、図1
0において、符号4は素子分離用絶縁膜であり、符号9
及び符号10aは絶縁膜であり、符号15はソース領域
及びドレイン領域となる一対のn型半導体領域であり、
符号16はソース領域及びドレイン領域となる一対のp
型半導体領域である。The well region differs between logic and high breakdown voltage, and the impurity concentration is higher than that of the high breakdown voltage well region (n-type well region 2A, p-type well region 3A). The well region 3B) is higher. This is because the punch-through resistance of the logic MOSFET is improved, and since the operating voltage is low, the logic MOSFET operates even when the withstand voltage is low. In addition, as described below, introduction of channel impurities (introduction of impurities for controlling a threshold voltage) is performed before forming a first-layer gate electrode in a high breakdown voltage MOSFET, and a logic MOSF is formed.
ET is performed after the first-layer gate electrode is formed and before the second-layer gate electrode is formed. FIG.
At 0, reference numeral 4 denotes an insulating film for element isolation, and reference numeral 9 denotes
Reference numeral 10a denotes an insulating film, reference numeral 15 denotes a pair of n-type semiconductor regions serving as a source region and a drain region,
Reference numeral 16 denotes a pair of p serving as a source region and a drain region.
Type semiconductor region.
【0004】以下、高耐圧用MOSFET及びロジック
用MOSFETを有する半導体集積回路装置の製造方法
を図11乃至図16(製造方法を説明するための断面図)
を用いて説明する。なお、図11乃至図16において、
(A)図は高耐圧用MOSFETが形成される領域の断
面図であり、(B)図はロジック用MOSFETが形成
される領域の断面図である。A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device having a high breakdown voltage MOSFET and a logic MOSFET will be described below with reference to FIGS. 11 to 16 (cross-sectional views for explaining the manufacturing method).
This will be described with reference to FIG. Note that in FIGS. 11 to 16,
FIG. 3A is a cross-sectional view of a region where a high voltage MOSFET is formed, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a region where a logic MOSFET is formed.
【0005】まず、単結晶シリコンからなるp型半導体
基板1の主面の高耐圧MOS形成部にn型ウエル領域2
A、p型ウエル領域3Aの夫々を選択的に形成すると共
に、p型半導体基板1の主面のロジックMOS形成部に
n型ウエル領域2B、p型ウエル領域3Bの夫々を選択
的に形成し、その後、p型半導体基板1の主面の素子分
離領域に素子分離用絶縁膜(フィールド絶縁膜)4を例
えば周知の選択酸化法で形成し、その後、熱酸化処理を
施してp型半導体基板1の主面の素子形成領域に例えば
10〜30[nm]程度の膜厚の犠牲酸化膜5を形成す
る。ここまでの工程を図11に示す。First, an n-type well region 2 is formed in a high breakdown voltage MOS formation portion on a main surface of a p-type semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon.
A and p-type well regions 3A are selectively formed, and n-type well regions 2B and p-type well regions 3B are selectively formed in a logic MOS formation portion on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1. After that, an element isolation insulating film (field insulating film) 4 is formed in the element isolation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 by, for example, a known selective oxidation method, and then subjected to a thermal oxidation process to perform the p-type semiconductor substrate. The sacrificial oxide film 5 having a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm] is formed in the element formation region on the main surface of the first element. The steps so far are shown in FIG.
【0006】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部をマスクMで覆い、その後、p型半導体基板1の
高耐圧MOS形成部の素子形成領域に閾値電圧制御用不
純物6をイオン打込み法で導入し、この素子形成領域に
形成される高耐圧用n型MOSFET(Qn3)、高耐
圧用p型MOSFET(Qp3)の夫々の閾値電圧を決
定する。イオン打込みの条件は、例えば、イオン種;B
+ 又はBF2+、エネルギー;30〜100[KeV]、
ドーズ量;1E11〜5E12cm-3である。マスクM
は、基板上の全面に感光性樹脂を回転塗布法で塗布した
後、ベーク処理、感光処理、現像処理等が施されて形成
される。ここまでの工程を図12に示す。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
The formation portion is covered with a mask M, and then a threshold voltage controlling impurity 6 is introduced into the element formation region of the high breakdown voltage MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1 by ion implantation, and the high breakdown voltage formed in this element formation region is formed. The threshold voltages of the n-type MOSFET (Qn3) for use and the p-type MOSFET (Qp3) for high withstand voltage are determined. Conditions for ion implantation are, for example, ion species; B
+ Or BF 2 +, energy: 30 to 100 [KeV],
Dose amount: 1E11 to 5E12 cm-3. Mask M
Is formed by applying a photosensitive resin to the entire surface of a substrate by a spin coating method and then performing a baking process, a photosensitive process, a developing process, and the like. The steps so far are shown in FIG.
【0007】次に、マスクMを除去し、その後、犠牲酸
化膜5をウエットエッチング法により除去し、その後、
熱酸化処理を施してp型半導体基板1の主面の素子形成
領域に例えば10〜30[nm]程度の膜厚の酸化シリ
コン(SiO2)膜からなるゲート絶縁膜7を形成する。Next, the mask M is removed, and then the sacrificial oxide film 5 is removed by a wet etching method.
By performing a thermal oxidation process, a gate insulating film 7 made of a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm] is formed in the element formation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1.
【0008】次に、p型半導体基板1上の全面に第一層
目のゲート材として例えば100〜200[nm]程度
のポリシリコン膜8をCVD(Chemical Vapor Depo
sition)法で形成する。ポリシリコン膜8には、その堆
積中又は堆積後に抵抗値を低減する不純物が導入され
る。[0008] Next, p-type entire surface, for example, 100 to 200 as a first-layer gate material on the semiconductor substrate 1 [nm] about a polysilicon film 8 CVD (C hemical V apor D epo
sition) method. During or after the deposition of the polysilicon film 8, an impurity for reducing the resistance value is introduced.
【0009】次に、ポリシリコン膜8上の全面に絶縁膜
9を形成する。絶縁膜9は、酸化シリコン膜、窒化シリ
コン(Si3N4)膜、酸化シリコン膜の夫々を順次形成
した多層膜で形成される。下層の酸化シリコン膜は、9
00〜1000℃のドライ雰囲気中で形成した熱酸化膜
であり、例えば10〜30[nm]程度の膜厚で形成さ
れる。窒化シリコン膜は、CVD法で形成され、例えば
10〜30[nm]程度の膜厚で形成される。上層の酸
化シリコン膜は、窒化シリコン膜のピンホールを低減す
るため900〜1000℃のスチーム雰囲気中で形成し
た熱酸化膜であり、例えば3〜5[nm]程度の膜厚で
形成される。ここまでの工程を図13に示す。Next, an insulating film 9 is formed on the entire surface of the polysilicon film 8. The insulating film 9 is formed of a multilayer film in which a silicon oxide film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, and a silicon oxide film are sequentially formed. The lower silicon oxide film is 9
This is a thermal oxide film formed in a dry atmosphere at a temperature of 00 to 1000 ° C., and has a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm]. The silicon nitride film is formed by a CVD method and has a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm]. The upper silicon oxide film is a thermal oxide film formed in a steam atmosphere at 900 to 1000 ° C. in order to reduce pinholes in the silicon nitride film, and has a thickness of, for example, about 3 to 5 [nm]. The steps so far are shown in FIG.
【0010】次に、絶縁膜9、ポリシリコン膜8の夫々
に順次パターンニングを施して、図14の(A)図に示
すように、p型半導体基板1の高耐圧MOS形成部のゲ
ート絶縁膜7上にゲート電極10を形成する。この工程
において、図14の(B)図に示すように、p型半導体
基板1のロジックMOS形成部のゲート絶縁膜7上にゲ
ート電極10は形成されない。Next, patterning is sequentially performed on each of the insulating film 9 and the polysilicon film 8, and as shown in FIG. 14A, the gate insulation of the high breakdown voltage MOS forming portion of the p-type semiconductor substrate 1 is formed. A gate electrode 10 is formed on the film 7. In this step, as shown in FIG. 14B, the gate electrode 10 is not formed on the gate insulating film 7 in the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1.
【0011】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部のゲート絶縁膜7をウエットエッチング法で除去
し、その後、熱酸化処理を施してp型半導体基板1のロ
ジックMOS形成部の素子形成領域に例えば10〜30
[nm]程度の膜厚の犠牲酸化膜11を形成する。この
ときに、高耐圧MOS形成部のゲート電極10の側壁部
が酸化され、絶縁膜10aが形成される。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
The gate insulating film 7 in the formation portion is removed by a wet etching method, and thereafter, a thermal oxidation process is performed to form, for example, 10 to 30 in the element formation region of the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1.
A sacrificial oxide film 11 having a thickness of about [nm] is formed. At this time, the side wall of the gate electrode 10 in the high breakdown voltage MOS formation portion is oxidized to form an insulating film 10a.
【0012】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部の素子形成領域に閾値電圧制御用不純物12をイ
オン打込み法で導入し、この素子形成領域に形成される
ロジック用n型MOSFET(Qn4)、ロジック用p
型MOSFET(Qp4)の夫々の閾値電圧を決定す
る。イオン打込みの条件は、例えば、イオン種;BF2
+、エネルギー;30〜80[KeV]、ドーズ量;1
E11〜5E12cm−3である。この工程において、
閾値電圧制御用不純物12の導入は、p型半導体基板1
の高耐圧MOS形成部をマスクで覆わずに行う。ここま
での工程を図15に示す。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
A threshold voltage control impurity 12 is introduced into the element formation region of the formation portion by ion implantation, and an n-type MOSFET for logic (Qn4) and a p-type
The respective threshold voltages of the type MOSFET (Qp4) are determined. Conditions for ion implantation are, for example, ion species; BF 2
+, Energy; 30 to 80 [KeV], dose amount: 1
E11 to 5E12 cm-3. In this process,
The threshold voltage controlling impurity 12 is introduced into the p-type semiconductor substrate 1.
This is performed without covering the high-breakdown-voltage MOS formation portion with a mask. The steps so far are shown in FIG.
【0013】次に、犠牲酸化膜11をウエットエッチン
グ法により除去し、その後、熱酸化処理を施してp型半
導体基板1の主面の素子形成領域に4〜20[nm]程
度の膜厚の酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜13を
形成する。Next, the sacrificial oxide film 11 is removed by a wet etching method, and thereafter, a thermal oxidation process is performed to cover the element formation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 with a film thickness of about 4 to 20 [nm]. A gate insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed.
【0014】次に、p型半導体基板1上の全面に第二層
目のゲート材として例えば100〜200[nm]程度
のポリシリコン膜、100〜200[nm]程度のタン
グステンシリサイド(WSi2)膜の夫々をCVD法で形成
し、その後、第二層目のゲート材にパターンニングを施
してp型半導体基板1のロジックMOS形成部のゲート
絶縁膜13上にゲート電極14を形成する。ここまでの
工程を図16に示す。Next, a polysilicon film of, for example, about 100 to 200 [nm] and a tungsten silicide (WSi 2 ) of about 100 to 200 [nm] are formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate 1 as a second-layer gate material. Each of the films is formed by the CVD method, and thereafter, the gate material of the second layer is patterned to form the gate electrode 14 on the gate insulating film 13 in the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1. The steps so far are shown in FIG.
【0015】次に、ソース領域及びドレイン領域である
一対のn型半導体領域15、ソース領域及びドレイン領
域である一対のp型半導体領域16の夫々をイオン打込
み法で形成することにより、図10に示すように、p型
半導体基板1の高耐圧MOS形成部にn型MOSFET
Qn3、p型MOSFETQp3の夫々が形成され、p
型半導体基板1のロジックMOS形成部にn型MOSF
ETQn4、p型MOSFETQp4の夫々が形成され
る。Next, a pair of n-type semiconductor regions 15 as source and drain regions and a pair of p-type semiconductor regions 16 as source and drain regions are formed by ion implantation, respectively, as shown in FIG. As shown, an n-type MOSFET is
Qn3 and a p-type MOSFET Qp3 are formed, respectively.
N-type MOSF
Each of ETQn4 and p-type MOSFET Qp4 is formed.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】nチャネル導電型MO
SFETのしきい値電圧は、SUMMARY OF THE INVENTION An n-channel conductivity type MO
The threshold voltage of the SFET is
【0017】[0017]
【数1】Vth=Vfb+2φf+SQR(2・ε・εo・q・
Na・(2φf))/Cox で表わされ、pチャネル導電型MOSFETのしきい値
電圧は、## EQU1 ## Vth = Vfb + 2φf + SQR (2 · ε · εo · q ·
Na · (2φf)) / Cox, and the threshold voltage of the p-channel conductivity type MOSFET is
【0018】[0018]
【数2】Vth=Vfb−2φf−SQR(2・ε・εo・q・
Nd・(2φf))/Cox で表わされる。## EQU2 ## Vth = Vfb-2φf-SQR (2 · ε · εo · q ·
Nd · (2φf)) / Cox.
【0019】ここで、Vfb;フラットバンド電圧、ε;
Siの比誘電率、εo;真空の誘電率、q;電子の電
荷、Na;アクセプタ型不純物濃度、Nd;ドナー型不
純物濃度、φf;フェルミポテンシャル、Cox;ゲート
絶縁膜の単位面積当たりの容量である。ゲート絶縁膜の
単位面積当たりの容量は、Here, Vfb: flat band voltage, ε;
Relative dielectric constant of Si, εo; dielectric constant in vacuum, q; electron charge, Na; acceptor-type impurity concentration, Nd; donor-type impurity concentration, φf: Fermi potential, Cox: capacitance per unit area of gate insulating film is there. The capacitance per unit area of the gate insulating film is
【0020】[0020]
【数3】Cox=ε・εox/Tox εox;ゲート絶縁膜の比誘電率、Tox;ゲート絶縁膜の
厚さ である。## EQU3 ## Cox = .epsilon..epsilon.ox / Tox .epsilon.ox; relative permittivity of the gate insulating film; Tox; thickness of the gate insulating film.
【0021】ここで簡単のため、一層目ゲート材を高耐
圧ゲート、二層目ゲート材をロジックゲートとして用い
た場合のnチャネル導電型MOSFETについて議論す
る。Here, for simplicity, an n-channel conductive type MOSFET in which the first gate material is used as a high breakdown voltage gate and the second layer gate material is used as a logic gate will be discussed.
【0022】0.5[μm]プロセス世代のロジック用
MOSFETのチャネル表面の不純物濃度を求める。代
表的な値として、 Vth=0.5[V]、Vfb=−0.9[V]、2φf=
0.7[V]、Tox=13.5[nm] また、ε(Siの比誘電率)=11.9、εo=8.85
4E−14F/cm、q=1.602E−19C、εox
(熱酸化膜の比誘電率)=3.9を前記〔数1〕の式に代
入すると、0.5=−0.9+0.7+SQR(2・1
1.9・8.854E−14・1.602E−19・N
a・0.7)/(3.9・8.854E−14/135
E−8)となり、これを解くと、Na=1.4E17cm
-3となる。The impurity concentration on the channel surface of the logic MOSFET of the 0.5 [μm] process generation is determined. As typical values, Vth = 0.5 [V], Vfb = −0.9 [V], 2φf =
0.7 [V], Tox = 13.5 [nm] Also, ε (relative permittivity of Si) = 11.9, εo = 8.85
4E-14F / cm, q = 1.602E-19C, εox
By substituting (relative dielectric constant of thermal oxide film) = 3.9 into the above equation, 0.5 = −0.9 + 0.7 + SQR (2 · 1
1.9.8.854E-14.1.602E-19.N
a.0.7) / (3.9.8.854E-14 / 135)
E-8), and when this is solved, Na = 1.4E17 cm
It becomes -3.
【0023】同様に、高耐圧用MOSFETのチャネル
表面の不純物濃度を求める。代表的な値として、Vth=
0.8[V]、Vfb=−0.9[V]、2・φf=0.
7[V]、Tox=35[nm]を前記〔数1〕の式に代
入して求めると、Na=4.1E16cm-3となる。Similarly, the impurity concentration on the channel surface of the high breakdown voltage MOSFET is determined. As a representative value, Vth =
0.8 [V], Vfb = −0.9 [V], 2 · φf = 0.
When 7 [V] and Tox = 35 [nm] are substituted into the equation of [Equation 1], Na = 4.1E16 cm-3.
【0024】この様なチャネル表面の不純物濃度とする
のに、高耐圧用MOSFETのチャネルイオン打ち込み
のドーズ量を1E12〜3E12cm-2、ロジック用MO
SFETのチャネルイオン打ち込みのドース量を1E1
2〜3E12cm-2としてきた。In order to obtain such an impurity concentration on the channel surface, the dose of channel ion implantation of the high breakdown voltage MOSFET is 1E12 to 3E12 cm−2, and the logic MO is used.
The dose of channel ion implantation of SFET is 1E1
2-3E12cm-2.
【0025】ここで、高耐圧用MOSFETの表面不純
物濃度がロジック用MOSFETの1/3以下なのに、
ドーズ量がほぼ同じであるのは、一層目チャネルイオン
打ち込み工程から二層目チャネルイオン打ち込み工程前
までの熱処理に起因する。一般に、ポリ二層ゲートプロ
セスでは、アナログデバイスとして、一層目と二層目ゲ
ート電極間で容量を形成するが、ポリ層間絶縁膜とし
て、欠陥密度の小さい、酸化シリコン膜と窒化シリコン
膜との複合膜を用いる場合が多い。このとき、ポリシリ
コン膜上に形成する熱酸化シリコン膜は、欠陥密度を小
さくするため、900〜1000℃のドライ酸化雰囲気
中で行う。また、窒化シリコン膜の欠陥密度を小さくす
るため、窒化シリコン膜を形成した後に、900〜10
00℃のスチーム酸化を行う場合が多い。このとき、一
層目のゲート電極が形成される素子形成領域に打ち込ん
だ不純物は拡散され表面濃度が低下する。また、二層目
のゲート電極が形成される素子形成領域に不純物を打ち
込む前に犠牲酸化を行うが、このときボロンは偏析によ
り酸化膜中に取り込まれるので、基板表面の不純物濃度
は更に低下する。このため、一層目のゲート電極が形成
される素子形成領域に打ち込む不純物のドース量は、二
層目とほぼ同じにしていた。Here, although the surface impurity concentration of the high breakdown voltage MOSFET is not more than 1/3 of that of the logic MOSFET,
The doses are almost the same because of the heat treatment from the first channel ion implantation step to before the second layer channel ion implantation step. Generally, in the poly two-layer gate process, a capacitance is formed between the first and second gate electrodes as an analog device. However, as a poly interlayer insulating film, a composite of a silicon oxide film and a silicon nitride film having a low defect density is formed. Often a membrane is used. At this time, the thermal silicon oxide film formed on the polysilicon film is formed in a dry oxidation atmosphere at 900 to 1000 ° C. in order to reduce the defect density. Further, in order to reduce the defect density of the silicon nitride film, 900 to 10
Steam oxidation at 00 ° C. is often performed. At this time, the impurities implanted in the element formation region where the first-layer gate electrode is formed are diffused to lower the surface concentration. Further, sacrificial oxidation is performed before the impurity is implanted into the element formation region where the second-layer gate electrode is formed. At this time, boron is taken into the oxide film by segregation, so that the impurity concentration on the substrate surface is further reduced. . For this reason, the dose of impurities implanted into the element formation region where the first-layer gate electrode is formed is substantially the same as that of the second-layer.
【0026】図17にロジック用MOSFTと高耐圧用
MOSFETの基板深さ方向のアクセプタ型不純物濃度
分布の一例を示す。p型ウエル領域の分布はロジックと
高耐圧でほぼ同じであるが、濃度はロジックの方が高
い。これは、ロジック用MOSFETのパンチスルー耐
性を良くすること、動作電圧が低いので接合耐圧が低く
ても動作するからである。また、チャネルイオン打込み
工程で打ち込んだ不純物の分布は、ロジック用MOSF
ETは基板表面にあるのに対し、高耐圧用MOSFET
は基板内部にも分布している。FIG. 17 shows an example of the acceptor type impurity concentration distribution in the substrate depth direction of the logic MOSFT and the high breakdown voltage MOSFET. The distribution of the p-type well region is almost the same as that of the logic at a high withstand voltage, but the concentration of the logic is higher. This is because the punch-through resistance of the logic MOSFET is improved, and since the operating voltage is low, the logic MOSFET operates even when the withstand voltage is low. The distribution of impurities implanted in the channel ion implantation process is based on the MOSF for logic.
ET is on the surface of the substrate, whereas MOSFET for high breakdown voltage
Are also distributed inside the substrate.
【0027】図18にpチャネル型MOSFETのドナ
ー型不純物濃度からアクセプタ型不純物濃度を引いた基
板深さ方向の分布を示す。n型ウエル領域で打ち込んだ
ドナー型不純物の分布は、ロジックと高耐圧で拡散長は
ほぼ同じであるが、濃度はロジックの方が高い。これ
は、nチャネル型MOSFETと同じ理由である。ま
た、チャネルイオン打ち込みによるアクセプタ型不純物
は、ロジックは基板表面、高耐圧は基板内部にも分布す
るため、ドナー型からアクセプタ型の不純物濃度を引い
た分布は、ロジックは基板表面で低く、高耐圧は基板内
部でも低くなっている。基板内部の濃度が低いと、基板
内部でドレイン拡散層と基板、ソース拡散層と基板間の
空乏層幅が広くなり、パンチスルーしやすくなる。これ
を防止するため、高耐圧用p型MOSFETではゲート
長を長くしている。FIG. 18 shows the distribution in the substrate depth direction obtained by subtracting the acceptor-type impurity concentration from the donor-type impurity concentration of the p-channel MOSFET. The distribution of the donor-type impurities implanted in the n-type well region has a high breakdown voltage and a diffusion length substantially the same as that of the logic, but the concentration of the logic is higher. This is the same reason as the n-channel MOSFET. In addition, since acceptor-type impurities due to channel ion implantation are distributed on the substrate surface and high withstand voltage are also distributed on the substrate surface, the distribution obtained by subtracting the acceptor type impurity concentration from the donor type is low on the substrate surface and the high withstand voltage is low. Is also low inside the substrate. If the concentration inside the substrate is low, the width of the depletion layer between the drain diffusion layer and the substrate and between the source diffusion layer and the substrate becomes large inside the substrate, and punch-through becomes easy. In order to prevent this, the gate length is increased in the high breakdown voltage p-type MOSFET.
【0028】以上の様に、一層目ゲートのチャネル不純
物は拡散により二層目より伸びるため、ロジック領域を
マスクで覆わずにイオン打ち込みを行った場合、ロジッ
クのp型MOSFETの短チャネル特性が悪くなるとい
う問題があった。このため、一層目ゲート電極が形成さ
れる素子形成領域のチャネルイオン打ち込み時に、二層
目ゲート電極が形成される素子形成領域をホト工程によ
りマスクしているため、ホト工程とレジスト除去工程が
それぞれ一工程増加し、プロセスコストが高くなってい
た。As described above, the channel impurity of the first-layer gate extends from the second layer due to diffusion. Therefore, if ion implantation is performed without covering the logic region with a mask, the short-channel characteristics of the logic p-type MOSFET are deteriorated. There was a problem of becoming. For this reason, at the time of channel ion implantation of the element formation region where the first-layer gate electrode is formed, the element formation region where the second-layer gate electrode is formed is masked by the photo process. One step increased, and the process cost increased.
【0029】本発明の目的は、半導体集積回路装置の製
造コストを低減することが可能な技術を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the manufacturing cost of a semiconductor integrated circuit device.
【0030】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.
【0032】即ち、一層目ゲート電極が形成される素子
形成領域のチャネルイオン打込みにあたり、二層目ゲー
ト電極が形成される素子形成領域を含む全面で行う。That is, channel ion implantation in the element formation region where the first-layer gate electrode is formed is performed on the entire surface including the element formation region where the second-layer gate electrode is formed.
【0033】上述した手段によれば、以下の効果が得ら
れる。0.35[μm]プロセス世代のロジック用MO
SFETのチャネル表面の不純物濃度を求める。代表的
な値として、Vth=0.5[V]、Vfb=−0.9
[V]、2φf=0.7[V]、Tox=8[nm]を前
記〔数1〕の式に代入すると、Na=3.9E17cm-3
となる。According to the above-described means, the following effects can be obtained. 0.35 [μm] process generation logic MO
The impurity concentration on the channel surface of the SFET is determined. As typical values, Vth = 0.5 [V], Vfb = −0.9
When [V], 2φf = 0.7 [V] and Tox = 8 [nm] are substituted into the above equation (1), Na = 3.9E17 cm−3.
Becomes
【0034】一般に、ロジック用MOSFETの電源
(Vcc)の低電圧化のスピードに対し、高耐圧用MOSF
ETの電源(Vpp)の低電圧化は遅い。例えば、0.5
[μm]プロセスのVcc=5[V]から、0.35[μ
m]プロセスではVcc=3.3[V]になるのに対し、
Vppは12[V]のままであることがある。この場合、
ロジック用MOSFETのゲート酸化膜の厚さは、0.
5[μm]プロセスの13.5[nm]に対し、0.3
5[μm]では8[nm]になるのに対し、高耐圧用M
OSFETのゲート酸化膜の厚さは35[nm]のまま
である。Generally, a power supply for a logic MOSFET
(Vcc) low voltage, high voltage MOSF
The voltage reduction of the power supply (Vpp) of the ET is slow. For example, 0.5
[Μm] From Vcc = 5 [V] in the process, 0.35 [μm]
m] process, Vcc = 3.3 [V],
Vpp may remain at 12 [V]. in this case,
The thickness of the gate oxide film of the logic MOSFET is 0.
For 13.5 [nm] of 5 [μm] process, 0.3
At 5 [μm], it becomes 8 [nm].
The thickness of the gate oxide film of the OSFET remains at 35 [nm].
【0035】このように、高耐圧用MOSFETのゲー
ト酸化膜厚と閾値電圧のスケーリングを行なわなかった
場合のチャネル表面の不純物濃度を求めると、0.5
[μm]プロセスと同じ、 Na=4.1E16cm-3 となる。As described above, when the gate oxide film thickness of the high-breakdown-voltage MOSFET and the impurity concentration on the channel surface when the scaling of the threshold voltage are not performed, the impurity concentration is 0.5
[Μm] As in the process, Na = 4.1E16 cm−3.
【0036】以上をまとめると、n型MOSFETのチ
ャネル表面の不純物濃度は、0.5[μm]から0.3
5[μm]プロセスで、 ロジック用MOSFET;Na=1.4E17cm-3
(0.5μm) → 3.9E17cm-3(0.35μm) 高耐圧用MOSFET:Na=4.1E16cm-3(0.
5μm) → 4.1E16cm-3(0.35μm) となる。In summary, the impurity concentration on the channel surface of the n-type MOSFET is 0.5 [μm] to 0.3 [μm].
5 [μm] process, Logic MOSFET; Na = 1.4E17cm-3
(0.5 μm) → 3.9E17 cm−3 (0.35 μm) High voltage MOSFET: Na = 4.1E16 cm−3 (0.
5 μm) → 4.1E16 cm−3 (0.35 μm).
【0037】一般に、プロセス世代が進むに連れて、ロ
ジック用MOSFETのp型ウエル領域とn型ウエル領
域の不純物濃度は、パンチスルー耐性を良くさせるため
に増加させるが、高耐圧用MOSFETは電源の低電圧
化を行なわない場合、接合耐圧を低下させないために同
じにする。このとき、チャネルイオン打ち込みのドース
量は、ロジックは増加するのに対し、高耐圧はしきい値
電圧を一定にするため同じにする。In general, as the process generation progresses, the impurity concentration of the p-type well region and the n-type well region of the logic MOSFET is increased in order to improve the punch-through resistance. When the voltage is not reduced, the same is applied so as not to lower the junction breakdown voltage. At this time, the dose amount of the channel ion implantation is set to be the same as that of the high withstand voltage in order to keep the threshold voltage constant, while the logic increases.
【0038】この場合、一層目ゲート電極が形成される
素子形成領域のチャネルイオン打ち込みをマスクを用い
ずに全面で行うと、ロジックのp型MOSFETにも、
拡散長の長いアクセプタ型の不純物濃度の分布が形成さ
れるが、n型ウエル領域の濃度を高くしているので、パ
ンチスルー耐性の劣化は低減される。In this case, if the channel ion implantation in the element formation region where the first-layer gate electrode is formed is performed on the entire surface without using a mask, the p-type MOSFET of the logic can also be formed.
An acceptor-type impurity concentration distribution having a long diffusion length is formed. However, since the concentration of the n-type well region is increased, deterioration of punch-through resistance is reduced.
【0039】従って、一層目ゲート電極が形成される素
子形成領域のチャネルイオン打込み時に、二層目ゲート
電極が形成される素子形成領域をホト工程によりマスク
する必要がないので、ホト工程とレジスト除去工程を夫
々一工程削減でき、半導体集積回路装置の製造コストを
低減することができる。Therefore, it is not necessary to mask the element formation region where the second-layer gate electrode is formed by the photo-step at the time of channel ion implantation of the element formation area where the first-layer gate electrode is to be formed. The number of steps can be reduced by one, and the manufacturing cost of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
【0040】[0040]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0041】なお、発明の実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.
【0042】図1は、本発明の一実施形態であるマイク
ロコンピュータ(半導体集積回路装置)の概略構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microcomputer (semiconductor integrated circuit device) according to one embodiment of the present invention.
【0043】図1に示すように、マイクロコンピュータ
は、ロジック回路ユニット(CPU)21、RAM回路ユ
ニット22、ROM回路ユニット23、データ入出力回
路ユニット24、クロック発信器(OSC)25、電源部
26等を同一基板に混載した構成になっている。これら
の各ユニット間は入出力データバス(I/O BUS)2
7を介して相互に接続されている。RAMユニット22
は、DRAM(Dynamic Randum Access Memory)又
はSRAM(Static Random Access Memory)で構成
されている。ROMユニット23は、マスクROM(R
ead Only Memory)又はフラッシュメモリで構成されて
いる。ロジック回路ユニット21及び入出力回路ユニッ
ト24等は、高集積化や低消費電力化を図る目的とし
て、nチャネル導電型のMOSFETとpチャネル導電
型のMOSFETを用いたCMOS(Complementary M
OS)回路構成になっている。As shown in FIG. 1, the microcomputer comprises a logic circuit unit (CPU) 21, a RAM circuit unit 22, a ROM circuit unit 23, a data input / output circuit unit 24, a clock oscillator (OSC) 25, and a power supply unit 26. And the like are mixedly mounted on the same substrate. Input / output data bus (I / O BUS) 2 between these units
7 are connected to each other. RAM unit 22
It is composed of a DRAM (D ynamic R andum A ccess M emory) or SRAM (S tatic R andom A ccess M emory). The ROM unit 23 includes a mask ROM ( R
is constituted by ead O nly M emory), or flash memory. The logic circuit unit 21 and the input-output circuit unit 24, etc., higher integration and for the purpose of reducing power consumption, n-channel conductivity type MOSFET and p CMOS using channel conductivity type MOSFET (C omplementary M
OS ) circuit configuration.
【0044】図2は、マイクロコンピュータに塔載され
たMOSFETの概略構成を示す断面図である。図2の
(B)図に示すnチャネル導電型のMOSFET−Qn
2及びpチャネル導電型のMOSFET−Qp2は、ロ
ジック回路を構成するロジック用MOSFETであり、
図2の(A)図に示すnチャネル導電型のMOSFET
−Qn1及びpチャネル導電型のMOSFET−Qp1
は、ロジック用MOSFETのゲート絶縁膜13よりも
ゲート絶縁膜7の厚さが厚い高耐圧用MOSFETであ
る。これらのMOSFETは二層ゲートプロセスで形成
され、高耐圧用MOSFET(Qn1,Qp1)のゲー
ト電極10は第一層目のゲート材(例えばポリシリコン
膜)で形成され、ロジック用MOSFET(Qn2,Q
p2)のゲート電極14は第二層目のゲート材(例えば
ポリシリコン膜及びタングステンシリサイド膜)で形成
されている。高耐圧用MOSFETは、例えばデータ入
出力回路ユニット24で使用されている。また、高耐圧
用MOSFETの夫々は、ロジック用MOSFETより
もゲート長が長くなっている。FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the MOSFET mounted on the microcomputer. An n-channel conductivity type MOSFET-Qn shown in FIG.
2 and p-channel conductivity type MOSFET-Qp2 are logic MOSFETs constituting a logic circuit,
An n-channel conductivity type MOSFET shown in FIG.
-Qn1 and MOSFET of p-channel conductivity type -Qp1
Is a high breakdown voltage MOSFET in which the gate insulating film 7 is thicker than the gate insulating film 13 of the logic MOSFET. These MOSFETs are formed by a two-layer gate process, and the gate electrode 10 of the high-breakdown-voltage MOSFET (Qn1, Qp1) is formed of a first-layer gate material (for example, a polysilicon film), and a logic MOSFET (Qn2, Qn1).
The gate electrode 14 of p2) is formed of a second-layer gate material (for example, a polysilicon film and a tungsten silicide film). The high breakdown voltage MOSFET is used in the data input / output circuit unit 24, for example. Further, each of the high breakdown voltage MOSFETs has a longer gate length than the logic MOSFET.
【0045】ウエル領域はロジックと高耐圧とで異な
り、不純物濃度は高耐圧のウエル領域(n型ウエル領域
2A,p型ウエル領域3A)よりもロジックのウエル領
域(n型ウエル領域2B,p型ウエル領域3B)の方を
高くしている。これは、ロジック用MOSFETのパン
チスルー耐性を良くすること、使用電圧が低いので接合
耐圧が低くても動作するからである。また、チャネル不
純物の導入(閾値電圧制御用不純物の導入)は、以下で
説明する様に、高耐圧用MOSFETでは一層目のゲー
ト電極を形成する前において行い、ロジック用MOSF
ETでは一層目のゲート電極を形成した後であって二層
目のゲート電極を形成する前において行う。なお、図2
において、符号4は素子分離用絶縁膜であり、符号9、
10aは絶縁膜であり、符号15はソース領域及びドレ
イン領域となる一対のn型半導体領域であり、符号16
はソース領域及びドレイン領域となる一対のp型半導体
領域であり、符号17は層間絶縁膜であり、符号18は
配線である。The well region is different between the logic and the high breakdown voltage, and the impurity concentration is higher than that of the high breakdown voltage well region (the n-type well region 2A and the p-type well region 3A). The well region 3B) is higher. This is because the punch-through resistance of the logic MOSFET is improved, and since the operating voltage is low, the logic MOSFET operates even when the withstand voltage is low. In addition, as described below, introduction of channel impurities (introduction of impurities for controlling a threshold voltage) is performed before forming a first-layer gate electrode in a high breakdown voltage MOSFET, and a logic MOSF is formed.
ET is performed after the first-layer gate electrode is formed and before the second-layer gate electrode is formed. Note that FIG.
In the figure, reference numeral 4 denotes an insulating film for element isolation, and reference numeral 9 denotes
10a is an insulating film, 15 is a pair of n-type semiconductor regions serving as a source region and a drain region, and 16
Denotes a pair of p-type semiconductor regions serving as a source region and a drain region, reference numeral 17 denotes an interlayer insulating film, and reference numeral 18 denotes a wiring.
【0046】以下、高耐圧用MOSFET及びロジック
用MOSFETを有するマイクロコンピュータの製造方
法を図3乃至図9(製造方法を説明するための断面図)を
用いて説明する。なお、図3乃至図9において、(A)
図は高耐圧用MOSFETが形成される領域の断面図で
あり、(B)図はロジック用MOSFETが形成される
領域の断面図である。Hereinafter, a method for manufacturing a microcomputer having a MOSFET for high breakdown voltage and a MOSFET for logic will be described with reference to FIGS. 3 to 9 (cross-sectional views for explaining the manufacturing method). Note that, in FIGS. 3 to 9, (A)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a region where a high breakdown voltage MOSFET is formed, and FIG. 2B is a cross-sectional view of a region where a logic MOSFET is formed.
【0047】まず、単結晶シリコンからなるp型半導体
基板1の主面の高耐圧MOS形成部にn型ウエル領域2
A、p型ウエル領域3Aの夫々を選択的に形成すると共
に、p型半導体基板1の主面のロジックMOS形成部に
n型ウエル領域2B、p型ウエル領域3Bの夫々を選択
的に形成し、その後、p型半導体基板1の主面の素子分
離領域に素子分離用絶縁膜(フィールド絶縁膜)4を例
えば周知の選択酸化法で形成し、その後、熱酸化処理を
施してp型半導体基板1の主面の素子形成領域に例えば
10〜30[nm]程度の膜厚の犠牲酸化膜5を形成す
る。ここまでの工程を図3に示す。First, an n-type well region 2 is formed in a high breakdown voltage MOS forming portion on the main surface of a p-type semiconductor substrate 1 made of single crystal silicon.
A and p-type well regions 3A are selectively formed, and n-type well regions 2B and p-type well regions 3B are selectively formed in a logic MOS formation portion on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1. After that, an element isolation insulating film (field insulating film) 4 is formed in the element isolation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1 by, for example, a known selective oxidation method, and then subjected to a thermal oxidation process to perform the p-type semiconductor substrate. The sacrificial oxide film 5 having a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm] is formed in the element formation region on the main surface of the first element. The steps so far are shown in FIG.
【0048】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部をマスクで覆わずに、p型半導体基板1の高耐圧
MOS形成部の素子形成領域に閾値電圧制御用不純物6
をイオン打込み法で導入し、この素子形成領域に形成さ
れる高耐圧用n型MOSFET(Qn1)、高耐圧用p
型MOSFET(Qp1)の夫々の閾値電圧を決定す
る。イオン打込みの条件は、例えば、イオン種;B+ 又
はBF2+、エネルギー;30〜100[KeV]、ドー
ズ量;1E11〜5E12cm-3である。この工程におい
て、p型半導体基板1のロジックMOS形成部の素子形
成領域にも閾値電圧制御用不純物6が導入される。ここ
までの工程を図4に示す。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
The formation portion is not covered with the mask, and the threshold voltage controlling impurity 6 is added to the element formation region of the high breakdown voltage MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1.
Is introduced by an ion implantation method, and a high breakdown voltage n-type MOSFET (Qn1) and a high breakdown voltage p
Each threshold voltage of the type MOSFET (Qp1) is determined. Ion implantation conditions are, for example, ionic species; + B + or BF 2, energy; 30 to 100 [KeV], dose; a 1E11~5E12cm-3. In this step, the threshold voltage controlling impurity 6 is also introduced into the element formation region of the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1. The steps so far are shown in FIG.
【0049】次に、犠牲酸化膜5をウエットエッチング
法により除去し、その後、熱酸化処理を施してp型半導
体基板1の主面の素子形成領域に例えば10〜30[n
m]程度の膜厚の酸化シリコン(SiO2)膜からなるゲー
ト絶縁膜7を形成する。Next, the sacrificial oxide film 5 is removed by a wet etching method, and thereafter, a thermal oxidation treatment is applied to the element formation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1, for example, 10 to 30 [n].
m], a gate insulating film 7 made of a silicon oxide (SiO 2 ) film is formed.
【0050】次に、p型半導体基板1上の全面に第一層
目のゲート材として例えば100〜200[nm]程度
のポリシリコン膜8をCVD(Chemical Vapor Depo
sition)法で形成する。ポリシリコン膜8には、その堆
積中又は堆積後に抵抗値を低減する不純物が導入され
る。Next, p-type entire surface, for example, 100 to 200 as a first-layer gate material on the semiconductor substrate 1 [nm] about a polysilicon film 8 CVD (C hemical V apor D epo
sition) method. During or after the deposition of the polysilicon film 8, an impurity for reducing the resistance value is introduced.
【0051】次に、ポリシリコン膜8上の全面に絶縁膜
9を形成する。絶縁膜9は、酸化シリコン膜、窒化シリ
コン(Si3N4)膜、酸化シリコン膜の夫々を順次形成
した多層膜で形成される。下層の酸化シリコン膜は、9
00〜1000℃のドライ雰囲気中で形成した熱酸化膜
であり、例えば10〜30[nm]程度の膜厚で形成さ
れる。窒化シリコン膜は、CVD法で形成され、例えば
10〜30[nm]程度の膜厚で形成される。上層の酸
化シリコン膜は、窒化シリコン膜のピンホールを低減す
るため900〜1000℃のスチーム雰囲気中で形成し
た熱酸化膜であり、例えば3〜5[nm]程度の膜厚で
形成される。ここまでの工程を図5に示す。Next, an insulating film 9 is formed on the entire surface of the polysilicon film 8. The insulating film 9 is formed of a multilayer film in which a silicon oxide film, a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film, and a silicon oxide film are sequentially formed. The lower silicon oxide film is 9
This is a thermal oxide film formed in a dry atmosphere at a temperature of 00 to 1000 ° C., and has a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm]. The silicon nitride film is formed by a CVD method and has a thickness of, for example, about 10 to 30 [nm]. The upper silicon oxide film is a thermal oxide film formed in a steam atmosphere at 900 to 1000 ° C. in order to reduce pinholes in the silicon nitride film, and has a thickness of, for example, about 3 to 5 [nm]. The steps so far are shown in FIG.
【0052】次に、絶縁膜9、ポリシリコン膜8の夫々
に順次パターンニングを施して、図6の(A)図に示す
ように、p型半導体基板1の高耐圧MOS形成部のゲー
ト絶縁膜7上にゲート電極10を形成する。この工程に
おいて、図6の(B)図に示すように、p型半導体基板
1のロジックMOS形成部のゲート絶縁膜7上にはゲー
ト電極10は形成されない。Next, the insulating film 9 and the polysilicon film 8 are sequentially patterned, and as shown in FIG. 6A, the gate insulation of the high breakdown voltage MOS forming portion of the p-type semiconductor substrate 1 is formed. A gate electrode 10 is formed on the film 7. In this step, as shown in FIG. 6B, the gate electrode 10 is not formed on the gate insulating film 7 in the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1.
【0053】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部のゲート絶縁膜7をウエットエッチング法で除去
し、その後、熱酸化処理を施してp型半導体基板1のロ
ジックMOS形成部の素子形成領域に例えば10〜30
[nm]程度の膜厚の犠牲酸化膜11を形成する。この
ときに、高耐圧MOS形成部のゲート電極10の側壁部
が酸化され、絶縁膜10aが形成される。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
The gate insulating film 7 in the formation portion is removed by a wet etching method, and thereafter, a thermal oxidation process is performed to form, for example, 10 to 30 in the element formation region of the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1.
A sacrificial oxide film 11 having a thickness of about [nm] is formed. At this time, the side wall of the gate electrode 10 in the high breakdown voltage MOS formation portion is oxidized to form an insulating film 10a.
【0054】次に、p型半導体基板1のロジックMOS
形成部の素子形成領域に閾値電圧制御用不純物12をイ
オン打込み法で導入し、この素子形成領域に形成される
ロジック用n型MOSFET(Qn2)、ロジック用p
型MOSFET(Qp2)の夫々の閾値電圧を決定す
る。イオン打込みの条件は、例えば、イオン種;BF
2+、エネルギー;30〜80[KeV]、ドーズ量;1
E11〜5E12cm-3である。この工程において、閾値
電圧制御用不純物12の導入は、p型半導体基板1の高
耐圧MOS形成部をマスクで覆わずに行う。ここまでの
工程を図7に示す。Next, the logic MOS of the p-type semiconductor substrate 1
Threshold voltage control impurities 12 are introduced into the element formation region of the formation portion by ion implantation, and an n-type MOSFET for logic (Qn2) and a p-type
The respective threshold voltages of the type MOSFET (Qp2) are determined. Conditions for ion implantation are, for example, ion species; BF
2 +, energy; 30 to 80 [Kev], dose amount: 1
E11 to 5E12 cm-3. In this step, the introduction of the threshold voltage controlling impurity 12 is performed without covering the high breakdown voltage MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1 with a mask. The steps so far are shown in FIG.
【0055】次に、犠牲酸化膜11をウエットエッチン
グ法により除去し、その後、熱酸化処理を施してp型半
導体基板1の主面の素子形成領域に4〜20[nm]程
度の膜厚の酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜13を
形成する。Next, the sacrificial oxide film 11 is removed by a wet etching method, and then a thermal oxidation process is performed to form a film having a thickness of about 4 to 20 [nm] on the element formation region on the main surface of the p-type semiconductor substrate 1. A gate insulating film 13 made of a silicon oxide film is formed.
【0056】次に、p型半導体基板1上の全面に第二層
目のゲート材として例えば100〜200[nm]程度
のポリシリコン膜、100〜200[nm]程度のタン
グステンシリサイド(WSi2)膜の夫々をCVD法で形成
し、その後、第二層目のゲート材にパターンニングを施
してp型半導体基板1のロジックMOS形成部のゲート
絶縁膜13上にゲート電極14を形成する。第二層目の
ゲート材であるポリシリコン膜には、その堆積中又は堆
積後に抵抗値を低減する不純物が導入される。ここまで
の工程を図8に示す。Next, as a second layer gate material, for example, a polysilicon film of about 100 to 200 [nm] and tungsten silicide (WSi 2 ) of about 100 to 200 [nm] are formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate 1. Each of the films is formed by the CVD method, and thereafter, the gate material of the second layer is patterned to form the gate electrode 14 on the gate insulating film 13 in the logic MOS formation portion of the p-type semiconductor substrate 1. During or after the deposition of the polysilicon film, which is the second-layer gate material, an impurity that reduces the resistance value is introduced. The steps so far are shown in FIG.
【0057】次に、ソース領域及びドレイン領域である
一対のn型半導体領域15、ソース領域及びドレイン領
域である一対のp型半導体領域16の夫々をイオン打込
み法で形成することにより、図9に示すように、p型半
導体基板1の高耐圧MOS形成部にn型MOSFETQ
n1、p型MOSFETQp1の夫々が形成され、p型
半導体基板1のロジックMOS形成部にn型MOSFE
TQn2、p型MOSFETQp2の夫々が形成され
る。Next, a pair of n-type semiconductor regions 15 serving as a source region and a drain region and a pair of p-type semiconductor regions 16 serving as a source region and a drain region are formed by an ion implantation method. As shown, an n-type MOSFET Q
Each of an n1 and a p-type MOSFET Qp1 is formed, and an n-type MOSFET is formed in a logic MOS forming portion of the p-type semiconductor substrate 1.
Each of TQn2 and p-type MOSFET Qp2 is formed.
【0058】次に、p型半導体基板1上の全面に例えば
酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜17をCVD法で形
成し、その後、層間絶縁膜17の上面からMOSFET
の半導体領域(15,16)に到達する接続孔及び層間
絶縁膜17の上面からMOSFETのゲート電極(1
0,14)に到達する接続孔を形成し、その後、これら
の接続孔を通してMOSFETの半導体領域、ゲート電
極の夫々に電気的に接続される配線18を形成すること
により、図2に示す状態となる。この後、更に層間絶縁
膜、配線の夫々が順次形成され、最後に最終保護膜が形
成される。Next, an interlayer insulating film 17 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the entire surface of the p-type semiconductor substrate 1 by a CVD method.
From the connection holes reaching the semiconductor regions (15, 16) and the upper surface of the interlayer insulating film 17, the gate electrode (1
0, 14) are formed, and thereafter, wiring 18 electrically connected to each of the semiconductor region of the MOSFET and the gate electrode is formed through these connection holes, whereby the state shown in FIG. Become. Thereafter, an interlayer insulating film and a wiring are further sequentially formed, and finally a final protective film is formed.
【0059】本実施形態において、一般に、プロセス世
代が進むに連れて、ロジック用MOSFET(Qn2,
Qp2)のp型ウエル領域3Bとn型ウエル領域2Bの
不純物濃度は、パンチスルー耐性を良くさせるために増
加させるが、高耐圧用MOSFET(Qn1,Qp1)
は電源の低電圧化を行なわない場合、同じにする。この
とき、チャネルイオン打ち込みのドース量は、ロジック
は増加するのに対し、高耐圧はしきい値電圧を一定にす
るため同じにする。この場合、一層目ゲート電極が形成
される素子形成領域のチャネルイオン打ち込みをマスク
を用いずに全面で行うと、ロジックのp型MOSFET
Qp2にも、拡散長の長いアクセプタ型の不純物濃度の
分布が形成されるが、n型ウエル領域2Bの濃度を高く
しているので、パンチスルー耐性の劣化は低減される。In this embodiment, generally, as the process generation advances, the logic MOSFETs (Qn2,
The impurity concentration of the p-type well region 3B and the n-type well region 2B of Qp2) is increased in order to improve the punch-through resistance, but the high breakdown voltage MOSFETs (Qn1, Qp1)
Are the same when the voltage of the power supply is not reduced. At this time, the dose amount of the channel ion implantation is set to be the same as that of the high withstand voltage in order to keep the threshold voltage constant, while the logic increases. In this case, if the channel ion implantation of the element formation region where the first-layer gate electrode is formed is performed over the entire surface without using a mask, a p-type MOSFET of logic is obtained.
In Qp2, an acceptor-type impurity concentration distribution having a long diffusion length is formed. However, since the concentration of the n-type well region 2B is increased, deterioration of punch-through resistance is reduced.
【0060】従って、一層目ゲート電極が形成される素
子形成領域のチャネルイオン打込み時に、二層目ゲート
電極が形成される素子形成領域をホト工程によりマスク
する必要がないので、ホト工程とレジスト除去工程を夫
々一工程削減でき、半導体集積回路装置の製造コストを
低減することができる。Therefore, it is not necessary to mask the element formation region where the second-layer gate electrode is formed by the photo-step at the time of channel ion implantation of the element formation area where the first-layer gate electrode is to be formed. The number of steps can be reduced by one, and the manufacturing cost of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
【0061】なお、本実施形態では、MOSFETを用
いた例について説明したが、これに限定されず、MIS
FET(Metal Insulator Semiconductor Field E
ffect Transistor)であっても良いのはむろんである。
MISFETのゲート絶縁膜は、例えば、熱酸化膜をN
2O ガス雰囲気中で酸化処理したSi−O−N膜で形成
される。このSi−O−N膜からなるゲート絶縁膜を用
いたMISFETは、例えばホットキャリア耐性が向上
する。In this embodiment, an example using a MOSFET has been described. However, the present invention is not limited to this.
FET (M etal I nsulator S emiconductor F ield E
may be a ffect T ransistor) it is given a course.
The gate insulating film of the MISFET is, for example, a thermal oxide film formed of N.
It is formed of a Si-ON film oxidized in a 2 O gas atmosphere. The MISFET using the gate insulating film made of the Si-ON film has, for example, improved hot carrier resistance.
【0062】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、
前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論で
ある。As described above, the invention made by the present inventor is:
Although specifically described based on the embodiment, the present invention
It is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the scope of the invention.
【0063】[0063]
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
【0064】半導体集積回路装置の製造コストを低減す
ることができる。The manufacturing cost of the semiconductor integrated circuit device can be reduced.
【図1】本発明の一実施形態であるマイクロコンピュー
タ(半導体集積回路装置)の概略構成を示すブロック図
である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a microcomputer (semiconductor integrated circuit device) according to an embodiment of the present invention.
【図2】前記マイクロコンピュータに塔載されたMOS
FETの概略構成を示す断面図である。FIG. 2 shows a MOS mounted on the microcomputer.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an FET.
【図3】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 3 is a sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図4】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the microcomputer.
【図5】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図6】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図7】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図8】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図9】前記マイクロコンピュータの製造方法を説明す
るための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the microcomputer.
【図10】従来の半導体集積回路装置に塔載されたMO
SFETの概略構成を示す断面図である。FIG. 10 shows an MO mounted on a conventional semiconductor integrated circuit device.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an SFET.
【図11】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【図12】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【図13】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【図14】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device.
【図15】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view for describing a method for manufacturing a conventional semiconductor integrated circuit device.
【図16】従来の半導体集積回路装置の製造方法を説明
するための断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a conventional semiconductor integrated circuit device.
【図17】ロジック用MOSFETと高耐圧用MOSF
ETの基板深さ方向のアクセプタ型不純物濃度分布を示
す図である。FIG. 17 shows a MOSFET for logic and a MOSF for high breakdown voltage.
FIG. 5 is a diagram showing an acceptor-type impurity concentration distribution in the ET substrate depth direction.
【図18】pチャネル型MOSFETのドナー型不純物
濃度からアクセプタ型不純物濃度を引いた基板深さ方向
の分布を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a distribution in a substrate depth direction obtained by subtracting an acceptor-type impurity concentration from a donor-type impurity concentration of a p-channel MOSFET.
1…p型半導体基板、2A,2B…n型ウエル領域、3
A,3B…p型ウエル領域、4…素子分離用絶縁膜、5
…犠牲酸化膜、6…不純物、7…ゲート絶縁膜、8…ポ
リシリコン膜、9…絶縁膜、10…ゲート電極、10a
…絶縁膜、11…犠牲酸化膜、12…不純物、13…ゲ
ート絶縁膜、14…ゲート電極、15…n型半導体領
域、16…p型半導体領域、17…層間絶縁膜、18…
配線、Qn1,Qn2,Qn3、Qn4…n型MOSF
ET、Qp1,Qp2,Qp3、Qp4…p型MOSF
ET。1 ... p-type semiconductor substrate, 2A, 2B ... n-type well region, 3
A, 3B: p-type well region, 4: insulating film for element isolation, 5
... sacrifice oxide film, 6 ... impurity, 7 ... gate insulating film, 8 ... polysilicon film, 9 ... insulating film, 10 ... gate electrode, 10a
... insulating film, 11 ... sacrificial oxide film, 12 ... impurity, 13 ... gate insulating film, 14 ... gate electrode, 15 ... n-type semiconductor region, 16 ... p-type semiconductor region, 17 ... interlayer insulating film, 18 ...
Wiring, Qn1, Qn2, Qn3, Qn4... N-type MOSF
ET, Qp1, Qp2, Qp3, Qp4 ... p-type MOSF
ET.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 耕一 埼玉県入間郡毛呂山町大字旭台15番地 日 立東部セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者 宅間 茂 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体事業本部内 Fターム(参考) 5F048 AA09 AB10 BA01 BB06 BB07 BB15 BE03 DA10 DA25 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Koichi Nakagawa 15th Asahidai, Moroyama-cho, Iruma-gun, Saitama No. 5F048 AA09 AB10 BA01 BB06 BB07 BB15 BE03 DA10 DA25
Claims (3)
縁膜を介してゲート電極が形成されるnチャネル導電型
の第一MISFET及びpチャネル導電型の第二MIS
FETと、前記半導体基板の主面の第一領域と異なる第
二領域にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成される
nチャネル導電型の第三MISFET及びpチャネル導
電型の第四MISFETとを有し、前記第三MISFE
T、第四MISFETの夫々のゲート電極は、前記第一
MISFET、第二MISFETの夫々のゲート電極を
形成した後に形成される半導体集積回路装置の製造方法
であって、 前記半導体基板の主面の第一領域に閾値電圧制御用の不
純物をイオン打込みする際、前記半導体基板の主面の第
二領域を含んで行うことを特徴とする半導体集積回路装
置の製造方法。1. A first MISFET of an n-channel conductivity type and a second MIS of a p-channel conductivity type having a gate electrode formed in a first region on a main surface of a semiconductor substrate via a gate insulating film.
An n-channel conductive third MISFET and a p-channel conductive fourth MISFET in which a gate electrode is formed via a gate insulating film in a second region different from the first region of the main surface of the semiconductor substrate. Having the third MISFE
T, wherein each gate electrode of the fourth MISFET is a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device formed after forming each gate electrode of the first MISFET and the second MISFET. A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: ion-implanting an impurity for controlling a threshold voltage into a first region including a second region on a main surface of the semiconductor substrate.
Tの夫々は、ロジック回路を構成するロジック用MIS
FETであり、前記第一MISFET、第二MISFE
Tの夫々は、前記第三MISFET、第四MISFET
の夫々のゲート絶縁膜よりもゲート絶縁膜の厚さが厚い
高耐圧用MISFETであることを特徴とする請求項1
に記載の半導体集積回路装置の製造方法。2. The third MISFET and a fourth MISFE.
T is a logic MIS constituting a logic circuit.
FET, the first MISFET, the second MISFE
T represents the third MISFET and the fourth MISFET, respectively.
2. A high-breakdown-voltage MISFET having a gate insulating film thicker than the respective gate insulating films.
3. The method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to 1.
Tの夫々は、前記第三MISFET、第四MISFET
の夫々よりもゲート長が長いことを特徴とする請求項1
又は請求項2に記載の半導体集積回路装置の製造方法。3. The first MISFET and the second MISFE.
T represents the third MISFET and the fourth MISFET, respectively.
2. The gate length is longer than each of the above.
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10263208A JP2000100968A (en) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | Manufacture of semiconductor integrated circuit device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140041374A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | Semiconductor integrated circuit device |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP10263208A patent/JP2000100968A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20140041374A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-04 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | Semiconductor integrated circuit device |
JP2014072235A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-21 | Seiko Instruments Inc | Semiconductor integrated circuit device |
KR102074124B1 (en) * | 2012-09-27 | 2020-02-06 | 에이블릭 가부시키가이샤 | Semiconductor integrated circuit device |
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