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JP3309529B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3309529B2
JP3309529B2 JP32763493A JP32763493A JP3309529B2 JP 3309529 B2 JP3309529 B2 JP 3309529B2 JP 32763493 A JP32763493 A JP 32763493A JP 32763493 A JP32763493 A JP 32763493A JP 3309529 B2 JP3309529 B2 JP 3309529B2
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達夫 水野
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型トランジスタ
を具備した半導体装置および製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン基板に第1導電型の不純物層
(以下、ウェル拡散層)、選択酸化により形成した素子
分離領域およびMOS型トランジスタを具備する半導体
装置の従来の製造方法は次の通りである。図2(a)の
ように、シリコン基板201上に第1シリコン酸化膜を
形成し、ウェル不純物を注入した後、熱拡散法でウェル
拡散層202を形成する。次にシリコン窒化膜を堆積さ
せ、フォトレジストをもちい素子分離を形成する領域の
み前記フォトレジストを除去し、前記フォトレジストを
マスクに前記シリコン窒化膜を除去する。前記フォトレ
ジストを除去した後に前記シリコン窒化膜をマスクにチ
ャネルストッパ203を注入する。次に前記シリコン窒
化膜をマスクに熱酸化により素子分離領域に選択的に素
子分離シリコン酸化膜204を形成する。その後、前記
シリコン窒化膜および前記第1シリコン酸化膜を除去
し、ゲート酸化前に基板表面の不純物の除去、素子分離
シリコン酸化膜形成によるストレスの緩和等の目的のた
め熱酸化法により第2シリコン酸化膜205を形成す
る。
【0003】次に図2(b)のように、前記第2シリコ
ン酸化膜205を除去した後に、熱酸化法でMOS型ト
ランジスタのゲート酸化膜206を形成し、CVD法を
もちいポリシリコンを堆積させ、フォトレジストをもち
いパターニングしドライエッチングする事でゲート電極
207を形成する。最後に前記素子分離シリコン酸化膜
204と前記ゲート電極207をマスクにイオン注入法
により、MOSトランジスタのソース、ドレイン領域と
なる高濃度拡散層208を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年半導体装置の高集
積化が進み、MOS型トランジスタ等の半導体素子の構
造も複雑になり、多層配線技術の発展などでウエハプロ
セスの工程数も増大しコストも高くなっている。
【0005】またMOS型トランジスタのゲート長もハ
ーフミクロンまで微細化され、高い信頼性を保つために
半導体装置の電源電圧も低電圧化されている。
【0006】先に述べた従来の半導体装置では、MOS
型トランジスタの微細化のためにウェル拡散層202の
不純物濃度が高濃度化される。このような半導体装置を
低電圧で動作させようとすると、サブスレッショルド特
性の悪化によりMOS型トランジスタのオフしている状
態でのリーク電流が増加し、さらに敷居値電圧は低くす
ることができない。特にスタティック・ランダム・アク
セス・メモリー(SRAM)等の低消費電流の半導体記
憶装置では消費電流の増加につながるだけでなく、記憶
セルの動作を不安定にする。
【0007】そこで、本発明はこのような課題を解決し
ようとするもので、その目的とするところは、素子の微
細化に伴い前記MOS型トランジスタのサブスレッショ
ルド特性を改善し、低電圧動作、低消費電流、高速かつ
高信頼性の半導体装置およびその製造方法を提供し、ま
た従来の半導体装置の製造方法に比べ製造工程数の削減
することによりウエハプロセスのコストを削減すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板に形成されたゲート電極とチャネ
ルとソース・ドレイン領域とを備える半導体装置の製造
方法であって、前記半導体基板上の前記MOS型トランジ
スタのゲート電極が形成される領域にレジストを形成す
る工程と、前記レジストを透過膜としてイオン注入を施
し、前記半導体基板中に不純物を導入する工程と、前記
不純物に熱処理を施し、前記チャネルが形成される領域
のウエルを、前記ソース・ドレインが形成される領域の
ウエルに比して浅く形成する工程と、を備えることを特
徴とする。
【0009】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板にMOS型トランジスタを備える半導体装置の
製造方法であって、前記半導体基板上の前記MOS型トラ
ンジスタのゲート電極を形成する領域にレジストを形成
する工程と、前記レジストを透過膜としてイオン注入を
施し、前記レジストが形成されている領域及び前記レジ
ストが形成されていない領域の前記半導体基板中に不純
物を導入する工程と、前記半導体基板に熱処理を施し、
ウエルを形成するとともに前記半導体基板上に酸化膜を
形成する工程と、前記酸化膜を除去する工程と、前記半
導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、をこの順
序で備えることを特徴とする。
【0010】
【実施例】次に本発明の実施例を、製造工程ごとに図1
に示す素子断面図をもちい詳しく説明していく。
【0011】まず比抵抗10〜100ΩのN型半導体基
板101上に酸化雰囲気中で1000℃、20分の条件
で20nm程度の第1シリコン酸化膜層を形成し、続い
てCVD法で100〜300nm程度のシリコン窒化膜
層を形成する。次に、フォトレジストを塗布し、投影露
光法をもちい前記レジストをパターニングし、SF6
CF4等のエッチングガスをもちい、前記シリコン窒化
膜層ドライエッチングする。
【0012】前記フォトレジストを除去し、前記シリコ
ン窒化膜層をマスクに、酸化雰囲気中で、900〜12
00℃、60〜200分の条件で熱酸化させることで素
子分離シリコン酸化膜102を形成し、熱燐酸等で前記
シリコン窒化膜層を除去した状態が図1(a)である。
【0013】次にフォトレジスト塗布し、投影露光法を
もちい後にMOS型トランジスタのゲート電極が形成さ
れる領域のみパターニングし、続けてイオン注入法によ
りボロンを注入する。
【0014】この時の前記レジストとボロンの注入条件
は、例えば前記レジストを1000nm塗布し、ボロン
を90〜100KeV、5×1012〜5×1013程度の
注入条件で、イオン注入によるボロンの不純物濃度のピ
ークが基板表面にあることが望ましい。
【0015】次に前記フォトレジストを除去し、酸化雰
囲気中で熱酸化することで第2シリコン酸化膜103お
よびPWELL領域104を形成する。この状態が図1
(b)である。
【0016】この時の熱酸化条件は、酸素含有量1〜5
%の雰囲気で900〜1000℃、10〜20分程度の
熱酸化が望ましい。
【0017】次に、例えばHFとH20の比が1:10
の混合液で熱酸化により形成されたシリコン酸化膜を除
去し、熱酸化法をもちい10〜20nm程度のゲート酸
化膜105を成長させ、CVD法をもちい100〜50
0nm程度の多結晶シリコン層を形成した後、熱拡散法
でリンを注入し、パターニング後ドライエッチングする
事でゲート電極106を形成する。次にMOS型トラン
ジスタのソース、ドレイン領域を形成するために、イオ
ン注入法でヒ素を50KeV、1×1015〜1×1016
/cm2注入し、高濃度N型拡散層107を形成した状
態が、本発明の実施例の最終工程断面図である図1
(c)である。
【0018】本発明の実施例中では、N型半導体基板に
PWELL領域とN型ポリシリコンゲート電極を設け
た、表面チャネル型NチャネルMOSトランジスタにつ
いて述べたが、NWELL領域とP型ポリシリコンゲー
ト電極を設けた表面チャネル型PチャネルMOSトラン
ジスタでもよい。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、前記PWELL領域104が前記
ゲート電極106下では浅く、前記高濃度N型拡散層1
07下では深く形成されるために、ゲート電極下の前記
PWELL領域104を完全に空乏化させ、前記N型半
導体基板101まで空乏化させることで、空乏容量を大
幅に低下させることが可能となる。
【0020】MOS型トランジスタのサブスレッショル
ド特性は、ゲート電極下の空乏容量に反比例して良好に
なることより、サブスレッショルド特性は改善される。
【0021】さらに、前記高濃度N型拡散層107下の
前記PWELL領域104は、前記ゲート電極106下
の前記PWELL領域104に比べ深く形成されるため
に、前記高濃度N型拡散層107と前記PWELL領域
104で形成されるP−Nジャンクション部に負荷され
る容量が低下し、P−Nジャンクション部でのリーク電
流の低下できるため、低電圧動作、低消費電流、高速か
つ高信頼性を可能にしたMOS型トランジスタを具備し
た半導体装置を供給することができる。
【0022】また本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、従来行われていたゲート酸化前の熱酸化工程を、前
記PWELL領域104形成時の熱酸化と兼用できる。
また本発明の半導体装置の製造方法によれば、PWEL
L領域を素子分離シリコン酸化膜形成後に行うため、熱
酸化による素子分離シリコン酸化膜下の不純物濃度の低
下がなく、従来行われていたチャネルストッパーを形成
しなくても良好な素子分離特性を得ることができる。
【0023】そのため本発明の半導体装置の製造方法で
は、ウエハプロセスの工程数を従来の製造法に比べ削減
できるためウエハプロセスのコストが削減できると言う
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す縦断断面図。
【図2】従来の半導体装置の構造を示す縦断断面図。
【符号の説明】
101 ・・・N型半導体基板 102、204・・・素子分離シリコン酸化膜 103、207・・・第2シリコン酸化膜 104 ・・・PWELL領域 105、206・・・ゲート酸化膜 106、207・・・ゲート電極 107 ・・・高濃度N型拡散層 201 ・・・半導体基板 202 ・・・ウェル拡散層 203 ・・・チャネルストッパー 208 ・・・高濃度拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 H01L 21/8238 H01L 27/092

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成されたゲート電極とチ
    ャネルとソース・ドレイン領域とを備える半導体装置の
    製造方法であって、 前記半導体基板上の前記MOS型トランジスタのゲート電
    極が形成される領域にレジストを形成する工程と、 前記レジストを透過膜としてイオン注入を施し、前記半
    導体基板中に不純物を導入する工程と、 前記不純物に熱処理を施し、前記チャネルが形成される
    領域のウエルを、前記ソース・ドレインが形成される領
    域のウエルに比して浅く形成する工程と、を備えること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板にMOS型トランジスタを備え
    る半導体装置の製造方法であって、 前記半導体基板上の前記MOS型トランジスタのゲート電
    極を形成する領域にレジストを形成する工程と、 前記レジストを透過膜としてイオン注入を施し、前記レ
    ジストが形成されている領域及び前記レジストが形成さ
    れていない領域の前記半導体基板中に不純物を導入する
    工程と、 前記半導体基板に熱処理を施し、ウエルを形成するとと
    もに前記半導体基板上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜を除去する工程と、 前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、を
    この順序で備えることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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