JPH01110761A - 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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JPH01110761A
JPH01110761A JP62268462A JP26846287A JPH01110761A JP H01110761 A JPH01110761 A JP H01110761A JP 62268462 A JP62268462 A JP 62268462A JP 26846287 A JP26846287 A JP 26846287A JP H01110761 A JPH01110761 A JP H01110761A
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JP
Japan
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insulating film
polycrystalline silicon
gate electrode
gate
forming
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JP62268462A
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English (en)
Inventor
Ichirou Kondou
近藤 伊知良
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 絶縁膜の厚さの異なる複数のトランジス、りを有する半
導体装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の複数のトランジスタを有する半導体装置
を製造するためには、通常の電源電圧で動作するトラン
ジスタ、たとえば電源電圧5Vで動作するトランジスタ
に加えて、電源電圧が5Vよシ高い電圧で動作するトラ
ンジスタを同一基板上に形成するために、膜厚の異なる
ゲート絶縁膜を形成することが必要である。
従来の技術による半導体装置の製造方法としては、2種
類のゲート絶縁膜の膜厚をdl + dz (dl>d
2 )とするとき、第1のゲート絶縁膜形成工程でct
、−ct。
の厚さの絶縁膜を形成し、その後、通常の電源電圧で動
作するトランジスタ形成領域の絶縁膜を選択的にエツチ
ングして除去し、第2のゲート絶縁膜形成工程でd2の
厚さの絶縁膜を形成するという二度の形成工程によシ、
半導体装置のゲート絶縁膜を形成していた。
〔発明が解決I、ようとする問題点〕
上述した従来の半導体装置の製造方法は、ゲート絶1F
ffの厚いトランジスタの絶縁膜を二度のゲート絶縁膜
形成工程により形成していたために、ゲート絶縁膜の厚
さのばらつきが犬きく、また、−度目のゲート絶縁膜形
成工程と二度目のゲート絶縁膜形成工程との間に付着す
るごみ等によるゲート絶縁膜の耐圧の劣化が起こりやす
いという欠点を有していた。
本発明の目的は、ゲート絶縁膜の厚さのばらつきが少(
、かつゲート絶縁膜の欠陥による耐圧の劣化の少ない半
導体装置の製造方法を提供することにある。
〔問題点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、半導体基板上にフィ
ールド絶縁膜と膜厚の厚い第1絶縁膜とを選択的に形成
する工程と、全面に第1多結晶シリコン層を形成したの
ちバターニングし前記第1絶縁膜上に第1ゲート電極を
形成する工程と、前記第1ゲート電極下を除き前記第1
絶縁膜を除去したのち全面に膜厚の薄い第2絶縁膜を形
成する工程と、全面に第2多結晶シリコン層を形成した
のちバターニングし前記第2絶縁膜上に第2ゲート電極
を形成する工程とを含んで構成される。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
第1図(a)〜(h)は本発明の一実施例を説明するだ
めの工程項に示した半導体チップの断面図である。
まず第1図(a)に示すように、半導体基板101にイ
オン注入法によ、9N型及びP型不純物を導入し、Nウ
ェル102及びPウェル103を形成する。続いて選択
酸化法によシ厚さ約1μmのフィールド酸化膜104と
厚さ100OAの第1絶縁膜105とを形成する。
次にii図(b)に示すように、全面に厚さ5000A
のml多結晶シリコ7層106を形成したのちパターニ
ングし、ii図(C)に示すように、第1絶縁膜105
上に第1ゲート電極106A、106Bを形成する。
次に第1図(d)に示すように、第1ゲート電極106
A、106B下を除き第1絶縁膜105を除去したのち
、熱酸化法により全面に5i02からなる厚さ約40O
Aの第2絶縁膜107を形成する。
次にm1図(e)に示すように、全面に厚さ約500O
Aの第2多結晶シリコン層108を形成したのちパター
ニングし、第1図(flに示すように、第2絶縁膜10
7上に第2ゲート電極108A、108Bを形成する。
次で熱酸化法によシfg2ゲート電極108A、108
B表面に絶縁膜113を形成する。
以下第1図(g)に示すように、常法に従いPチャネル
トランジスタ(Tr )及びNチャネルトランジスタ(
Tr )のソース・ドレインを形成するための不純物拡
散層を形成する。
まず、N−拡酸層112が形成される所のみ残して他の
部分をマスク材でおおい低ドーズのリンのイオン注入を
行う。続いてN+拡散i 109.109Aが形成場れ
るところを除いてマスク材でおおい、高1−”−ズのヒ
素のイオン注入を行う。この時N”拡散層109Aが形
成されるところは、第1ゲート電極106 I3 (1
1!lは關ドーズのヒ素のイオン注入が行なわれないよ
うにマスク材でおおう。
次に、r拡散)@ I l 1が形成されるところのみ
残して、マスク材でおおい、低ドーズのボロンのイオン
注入を行う。次で、不純物活性化のため熱処理を行う。
続いて、P+拡散層110. ll0Aを形成する部分
を残してマスク材でおおい、高ドーズのボロンのイオン
注入を行う。この時、P+拡散N110Aが形成される
ところは、第1ゲート電極106AilQには、イオン
注入されないようにマスク材でおおう。
次に詔1図(11)に示すように、各トランジスタのソ
ース・ドレイン形成後、リンをドープしfc層間絶縁膜
113を堆積し、熱処理により平担化し、さらにコンタ
クト孔を開孔し1.金属配線であるアルミニウム114
を形成する。P+拡散層110A。
P−拡散層111の二重拡散構造は共に不純物原子はボ
ロンであるが、P+拡散層形成前に一度熱処理を行いP
−拡散層を深めに拡散することKよシ実現可能であシ、
またN+拡散層109A、N−拡散層112の二重拡散
構造は、不純物原子がヒ素とリンであるため両者の拡散
係数の差によシ実現可能である。また第1ゲート電極1
06A及び第2ゲート電極108BはP+型に、そして
第1ゲート電極106B及び第2ゲート電極108Aは
N”Wとなる。
上記の製造工程によシ、ゲート絶縁膜の厚さが100O
Aと400Aのトランジスタを製造することができる。
上記の実施例では、一部の拡散層をN−、N”!。
P−、P+型の二重構造にしているが、これはトランジ
スタに印加される電圧によって決まるものであシ、特に
、上記実施例は通常用いられている5■電源電圧に加え
て、20v以上の電圧で動作可能なトランジスタを製造
する例を示している。
このように本実施例によれば、厚さの異なるゲート絶縁
膜を別の工程でしかも一度の工程で形成できるため、ゲ
ート絶縁膜の厚さのばらつきが少くなシ、かつごみ等の
付着によるゲート絶縁膜の欠陥、が防止される。
上記の実施例においては、第1多結晶シリコン層106
及び第2多結晶シリコン層108への不純物の導入は、
W拡散層109又はP+拡散層110を形成するときの
イオン注入による不純物の導入と同時に行われている。
第1ゲート電極106 Aを有するトランジスタを第1
Pチヤネルトランジスタ、第2ゲート電極108Aを有
するトランジスタを第1Nチヤネルトランジスタ、第1
ゲート電極106Bを有するトランジスタを第2Nチヤ
ネルトランジスタ、第2ゲート電極108Bを有するト
ランジスタを第2Pチヤネルトランジスタとすると、上
記の実施例においては第1及び第2Pチヤネルトランジ
スタのゲート電極である多結晶シリコンの導電型はP型
となシ、第1及び第2Nチヤネルトランジスタのゲー)
[極である多結晶シリコンの導g、世はN型である。こ
の実施例のように多結晶シリコンへの不純物導入をN+
拡散層、P+型拡散層形成のためのイオン注入で行う場
合、多結晶シリコンのシート抵抗は1000〜1500
程度となる。
一方、第1多結晶シリコン層106堆積後、パターニン
グし廟1ゲート電極106A、106Bを形成する前に
、第1多結晶シリコン層106に熱拡散によりリンを拡
散させ、同様に第2多結晶シリコンP4108堆積後、
パターニングに第2ゲート質極108A、108Bを形
成する前例熱拡散法によりリンを拡散させることによシ
、第1.第2多結晶シリコ:)層へ不純物を導入するこ
とによ、す、低シート抵抗を有するゲート電極を形成す
ることができ、配線による遅延を小さくすることに有用
である。リンを拡散した多結晶シリコン層のシート抵抗
は、300〜20Ω程度と前記の値に対して小さい値に
なっている。このとき、第1,2Pチヤネルトランジス
タ及び第t、2Nチャネルトランジスタのゲート電極で
ある多結晶シリコンの導電型は共にN型となる。
また、第1多結晶シリコン層106堆積後、不純物とし
て熱拡散によ)リンを拡散し、第1ゲート電極106A
、106Bを形成し、第2多結晶シリコン層108へは
前実施例と同様に、ソース領域。
ドレイン領域形成のためのイオン注入によって行うこと
も可能であシ、このとき、第1Pチヤネルトランジスタ
の第1ゲート電極106Aの導電型はN型、第2Pチヤ
ネルトランジスタの第2ゲート電極108Bの導電型は
P型、第1,2Nチヤネルトランジスタのゲート電極の
導電型は共にN型である。第1多結晶シリコン層106
のシート抵抗は第2多結晶シリコン層108に比べて十
分に小さいので、低抵抗の配線として利用でき、第1P
チヤネルトランジスタの第1ゲート電極の導電型はN型
であシ、ゲート酸化膜は厚く、第2Pチヤネルトランジ
スタの第2ゲート電極の導電型はP型であシ、ゲート酸
化膜は薄いので、第1.2Pチヤネルトランジスタは同
一導電型のトランジスタで、チャネル部分の表面濃度が
同一でありながらしきい値電圧が異なる。このように、
同一導電型であυながらしきい値電圧を変えるための追
加工程なしに、異なるしきい値のトランジスタが得られ
るために回路設計の自由度が増すことになる。
更に酊1多結晶シリコン層106には、ン=ス・ドレイ
ン領域形成のためのイオン注入により不純物導入を行い
、第2多結晶シリコンAj110 B堆積後、熱拡散に
よシネ鈍物としてリンを拡散し、第2多結晶シリコン層
108を形成するということも可能であり、このとき、
第1.2Nチャネルトランジスタのゲート電極である多
結晶シリコンの導電型はN型であシ、第1Pチヤネルト
ランジスタのゲート電極である多結晶シリコンの導電型
はFWであり、第2Pチヤネルトランジスタのゲート電
極である多結晶シリコンの導電型はN型となる。第2多
結晶シリコン層108は不純物としてリンを拡散してい
るので低抵抗の配線として利用でき、第1Fチヤネルト
ランジスタはゲート酸化膜は厚くゲート電極の導電型は
P型であシ、第2Pチヤネルトランジスタはゲート酸化
膜は薄(ゲート電極の導電型はN型となる。前記同様に
、同一導電型でありながら、新たに工程を追加すること
なく、シきい値の異なるトランジスタを得られるために
回路設計の自由度が増す。
これらの例では、PチャネルトランジスタのみKしきい
値の異なるトランジスタが得られることを説明したが、
第1又は第2多結晶シリコン層の少なくとも一方に不純
物としてリンを導入しない場合には、第2図に示すよう
に、N型及びP型多結晶シリコン208A、208Bで
ゲート電極を構成することにより、Nチャネルトランジ
スタにも、しきい値の異なるトランジスタを形成するこ
とが可能である。
すなわち、第2図に示すように、Pウェル103上に形
成されたNチャネルトランジスタのゲート電極を構成す
る多結晶シリコンへの不純物の導入を多結晶シリコンの
中心部を除いてソース・ドレイン領域形成のためのN型
の不純物であるヒ素をイオン注入して行い、次で中心部
のみにP型の不純物であるほう素をイオン注入すること
により、ゲー)[極の導電型をN型、P型両方の導電型
とすることができる。これにより、ゲート電極の一部分
の仕事関数が異なるためにチャネル部分の表面濃度が同
一であっても、トランジスタのしきい値電圧が異なった
ものになる。
本発明は、通常用いられている5v電源電圧に加えて、
たとえば、3V[源電圧端子をもつもの又は内部で3V
m源電圧を発生させる回路を内蔵するよう々半導体集積
回路を製造する方法にも適用可能である。1半導体装置
は年々微細化され、これにより、半導体装置のホットエ
レクトロンによる劣化は重要な問題となりつつある。こ
のため内部素子は、微細化された半導体装置で高集積度
を実現し、電源電圧3vで動作させ、データの入出力部
は従来と同様に5VW源電圧で動作させるものに適用で
きる。さらにLDD構造及びDDD構造を適用した半導
体装置を製造する場合にも適用可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、動作電圧の異なるトラン
ジスタを同一基板に形成する際に、厚さの異なるゲート
絶縁膜とゲー)[極とを異なる工程で形成することによ
り、それぞれのゲート絶縁膜の膜厚のばらつきを少(で
き、また、それぞれのゲート絶縁膜を一度の工程で形成
するので、ごみ等によるゲート絶縁膜の欠陥による耐圧
の劣化を防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(h)は本発明の一実施例を説明するだ
めの工程順に示した半導体チップの断面図、第2図は第
1図におけるNチャネルトランジスタの他の例を説明す
るための断面図である。 101・・・・・・半導体基板、102・・・・・・N
ウェル、103・−・・・・Pウェル、104・・・・
・・フィールド絶縁膜、105・・・・・・第1絶縁膜
、106・・・・・・第1多結晶シリコン層、106A
、106B・・・・・・第1ゲ )電極、107・・・
・・・第2絶縁膜、108・・・・・・第2多結晶シリ
コン層、108A、  108B・・・・・・第2ゲー
ト電極、109,109A・・・・・・N+拡散層、 
110・・・・・・戸拡散層、111・・・・・・P−
拡散層、112・・・・・・N−拡散層、113・・・
・・・層間絶縁膜、114・・・・・・アルミニウム。 代理人 弁理士  内 原   晋 一 9                     −コ+
J++I 2θδAN型彰臂台15シリコシ 第2 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上にフィールド絶縁膜と膜厚の厚い第
    1絶縁膜とを選択的に形成する工程と、全面に第1多結
    晶シリコン層を形成したのちパターニングし前記第1絶
    縁膜上に第1ゲート電極を形成する工程と、前記第1ゲ
    ート電極下を除き前記第1絶縁膜を除去したのち全面に
    膜厚の薄い第2絶縁膜を形成する工程と、全面に第2多
    結晶シリコン層を形成したのちパターニングし前記第2
    絶縁膜上に第2ゲート電極を形成する工程とを含むこと
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. (2)第1多結晶シリコン層を形成したのち該第1多結
    晶シリコン層に不純物を導入する工程及びまたは第2多
    結晶シリコン層を形成したのち該第2多結晶シリコン層
    に不純物を導入する工程を含む特許請求の範囲第(1)
    項記載の半導体装置の製造方法。
JP62268462A 1987-10-23 1987-10-23 半導体装置の製造方法 Pending JPH01110761A (ja)

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