JPH03227055A - 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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JPH03227055A
JPH03227055A JP2023182A JP2318290A JPH03227055A JP H03227055 A JPH03227055 A JP H03227055A JP 2023182 A JP2023182 A JP 2023182A JP 2318290 A JP2318290 A JP 2318290A JP H03227055 A JPH03227055 A JP H03227055A
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oxide film
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film
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JP2023182A
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Hitoshi Kudo
均 工藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electronics Corp
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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】 産業上の利用分野 本発明はMOS (金属−酸化膜−シリコン)半導体装
置の製造方法、特に微細な素子寸法を有する高集積回路
素子の製造方法に関するものである。
従来の技術 MO8半導体装置の製造方法は、Nチャネルトランジス
タのみを用いて製造方法を簡略にするNチャネル方式か
、またはCMO8(相補型MO8)トランジスタを用い
るCMO3方式(PチャネルとNチャネルを組み合わす
)とが−船釣である。
Nチャネル方式ではP型基板をそのまま用いてNチャネ
ルトランジスタを形成するのに対し、CMO3方式では (1)P型基板にNチャネルトランジスタを、P型基板
にもうけたNウェル内にPチャネルトランジスタを形成
する(以下Nウェル方式と呼ぶ)。
(2)P型基板あるいはN型基板にPウェルとNウェル
を共に形成しそれぞれにNチャネルトランジスタとPチ
ャネルトランジスタとを形成する(以下向ウェル方式と
呼ぶ)方法 とがある。
CMO8形成の上記Nウェル方式はNウェルのみを形成
するので工程が少なくてすむという利点があり、一方、
上記両ウェル方式ではそれぞれのウェルの濃度を、トラ
ンジスタ特性を最適化するように決定できるので自由度
が大きい。
本発明はこうしたNウェルあるいはPウェルまたは、両
ウェル方式を形成するCMO3方式に関するものである
。ウェルを形成するためにはPチャネルトランジスタと
Nチャネルトランジスタのvt(しきい値電圧)を決め
るチャンネル領域と各トランジスタ間の素子分離をする
チャネルストッパ領域をウェル内に形成する必要がある
。
ウェルの深さは通常3〜4μm以上であり、チャネル領
域やチャネルストッパ領域は0.2〜0.5μmである
ため最初にウェルを形成した後、素早形成領域以外にフ
ィールド酸化膜(素子分離酸化膜)、チャネルストッパ
領域、チャネル領域を形成する。
以下、この様子を図を用いて説明する。
第2図(a)〜U)は従来の両ウェル方式の製造方法を
説明するための工程順断面図を示したものである。第2
図(a)では基板1上に、第1の熱酸化膜2を形成し、
第1の窒化膜(シリコン窒化膜、減圧CVD法で形成す
るのが一般的)を堆積し、所定のNウェルマスク4のパ
ターンを形成した後、窒化膜3をエツチングし、りん(
P+)をイオン注入した状態を示している。注入された
部分には、Nウェル注入層5が形成されている。第2図
(b)ではさきにパターンを形成した第1の窒化膜3を
マスクとして、選択酸化し、第1の窒化膜3を除去し、
選択酸化膜6をマスクとして、はう素(B+)をイオン
注入した状態を示している。注入された部分には、Pウ
ェル注入層7が形成されている。第2図(C)では熱処
理(ドライブイン)によりNウェル8とPウェル9が形
成された状態が示されている。第2図(d)では、選択
酸化法で分離酸化膜(フィールド酸化膜)を形成するた
めに、第2の熱酸化膜10と第2の窒化膜11を堆積し
た状態が示されている。第2図(e)では、トランジス
タ領域を形成する、活性領域のマスク12のパターンを
形成し、Nチャネルストッパ層を形成するためのりんを
注入した状態が示されている。りん注入層13が、第2
の熱酸化膜10下に形成されている。
第2図げ)では、Pチャネルストッパ層を形成するため
に、前記活性領域のマスク12に重ねて、Pウェルマス
ク14を形成し、はう素を注入した状態が示されている
(はう素の注入量はりんの10倍程度であるため、全面
にりん注入しても打ち消されている)。はう素の注入層
15が、第2の酸化膜下に形成されている。このとと、
Pウェルのマスクと活性領域のマスク12を重ねずに、
第2の窒化膜11をマスクにほう素を注入する方法も可
能である。第2図(g)では、選択酸化により分離酸化
膜16を形成した状態が示されている。第2図(〜では
、いったん表面に保護酸化膜17を形成したのち、トラ
ンジスタのしきい値を制御するための、はう未注入を行
い、保護酸化膜下にしきい値制御注入層18が形成され
ている。第2図(i)では、ゲート酸化膜上にゲート電
極19が形成された状態が示されている。以下第2図(
Dに図示されるように、ソース・ドレイン領域20を形
成するとトランジスタが形成できる。
発明が解決しようとする課題 微細なCMO8)ランジスタを形成しようとすれば、そ
れぞれのトランジスタを分離する領域も微細化する必要
がある。従来例の第2図(g)で説明した、分離酸化膜
と、その下に形成されたチャネルストッパ層(りん注入
層13(第2図(e))、はう未注入層15(第2図げ
)))がそれに相当する。りん、砒素などのN型の不純
物は、酸化膜とシリコンの界面で、シリコン側により多
(の不純物が集まり易い性質(偏析)を持つが、はう素
では、逆に酸化膜側に多(の不純物が集まり易い。
従ってチャネルストッパとしてのほう素を注入したのち
、熱酸化膜を形成したり、熱処理を行なうと、せっかく
打ち込んだほう素が酸化膜に取り込まれ、シリコン側の
不純物濃度が低下して十分に分離ができない七いう状況
が発生する。例えば、分離幅(分離酸化膜幅)が、1.
0μm程度になると、チャネルストッパとして5X10
13からlX10”cm−2程度のほう素の注入が必要
になる。多量の注入を行なうと、(1)拡散層が広がり
トランジスタのチャネル幅が減少することにより、トラ
ンジスタの性能が低下する。(,2)拡散層の広がりに
より接合容量が増加し、動作周波数が低下する。(3)
接合の耐圧が低下する。(4)イオン注入にともなう結
晶欠陥が発生し、リーク電流が増大する。といった問題
が発生する。
熱処理を減らすことも解決方法の−っであるが、打ち込
んだ不純物の活性化、各種酸化膜の形成などに熱処理は
不可欠である。
以上に述べたように、素子(トランジスタ)を微細寸法
て゛分離しようとすれば、比較的濃度の高い不純物を注
入しても、偏析によって、シリコン表面に留まる不純物
量が低下し、実効的な素子分離ができないという問題が
ある。
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、半導体基板上の所定
領域に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁
膜をマスクにイオンを注入する第1のイオン注入工程と
、前記半導体基板を熱処理する工程と、前記第1の絶縁
膜をマスクにイオンを注入する第2のイオン注入工程と
、前記第1の絶縁膜を除去する工程と、前記半導体基板
上にイオンを注入する第3のイオン注入工程と、前記半
導体上に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶
縁膜の所定領域をエツチング除去する工程とを有してい
る。
作用 本発明によると、チャネルストッパの注入の後、熱酸化
により分離酸化膜を形成する工程が低温化できれば、は
う素の拡散や偏析が少なくなり、少ない注入量で、有効
な素子分離ができる。
選択酸化法は、自己整合的にチャネルストッパを注入で
きるのでそれに伴う利点が多いため、本発明でも自己整
合的にチャネルストッパを形成するためにウェルマスク
を有効に用いる工夫が必要である。すなわち、Pウェル
注入に用いたマスクを利用して、Nチャネルストッパを
注入し、CVD(科学的気相成長法)により、分離酸化
膜を形成すれば、熱酸化膜を形成するような熱処理を回
避することができる。
実施例 以下、本発明を図面を用いて説明する。
第1図(a)〜(j)は本発明の両ウェル方式の製造方
法を説明するための工程順断面図を示したものである。
Nウェル、あるいはPウェルプロセスにおいても、片側
のウェルを形成しないで用いることで実現される。第1
図(a)から第1図(C)までは、従来例に示した第2
図(a)から第2図(C)と同様であり、特に変わった
工程ではない。すなわち、第1図(a)では基板1上に
、第1の熱酸化膜2膜厚40nmを形成し、第1の窒化
膜(シリコン窒化膜、減圧CVD法で形成する、膜厚1
50nm)を堆積し、所定のNウェルマスク4のパター
ンを形成した後、窒化膜3をエツチングし、りん(P+
〉をイオン注入(2E13cm−2,100KeV)し
た状態を示している。注入された部分には、Nウェル注
入層5が形成されている。第1の熱酸化膜の膜厚は、1
5nmから50nm、第1の窒化膜膜厚は80から20
0nm、りん注入量は、lX10+3から6 X 10
13cm−2までが適当である。
第1図(b)ではさきにパターンを形成した第1の窒化
膜3をマスクとして、選択酸化(膜厚500nm)L、
、第1の窒化膜3を除去し、選択酸化膜6をマスクにし
て、はう素(B十)をイオン注入(3X10”cm−2
,50KeV)L/た状態を示している。注入された部
分には、Pウェル注入層7が形成されている。選択酸化
膜厚は200から800nmが適当であり、はう未注入
量はI X 1013から8 X 10”c+o ”が
適当である。
第1図(C)では熱処理(ドライブイン1200℃60
分)によりNウェル8とPウェル9が形成された状態で
示されている。ここでドライブインは、1100℃から
1200℃の30分から300分が適用可能である。こ
の結果ウェルの拡散層深さは3μmはどになる。
第1図(d)では、さきに形成した選択酸化M6を再度
マスクにして、Nチャネルストッパのほう素(30Ke
V、3E13cta−2>を注入した状態が示されてい
る。酸化腰下には、はう未注入層3oが形成されている
。ここで注入量としては、I X 1013から6 X
 10 ”cll−2加速エネルギーは20KeVから
50KeVが適当である。
第1図(e)では、いったん選択酸化膜6を全面除去し
、再度熱酸化し下敷酸化膜31(膜厚20 n m )
を形成し、Pチャネルストッパのりんを全面注入(4E
11cm  ’、60KeV) した状態が示されてい
る。下敷酸化膜の膜厚は、15がら50nm、’) /
v注入1ハ2 X 10”l)’う6 X 10”c+
a−240から100KeVが適当である。Pウェルで
は、さきに注入したほう素の注入層3oとここで注入し
たりんの注入層32がともに形成されるが、注入量はほ
う素が1桁多く、P型の不純物層を形成する。りんの注
入量は少な(、場合によっては注入しなくてよい。
第1図(f)では、分離酸化膜として用いるため、減圧
CVD酸化膜33 (HTO(高温酸化膜))あるいは
、TE01 (4−エトキシシラン)酸化膜)を500
nm堆積した状態が示されている。ここで、減圧CVD
酸化膜の膜厚は、200から700nmが適当であり、
膜質が安定していれば、常圧CVD酸化膜、プラズマ酸
化膜も用いることができる。
第1図(g)では、トランジスタ領域を形成する、活性
領域のマスクを用いて、減圧CVD酸化膜をエツチング
し、分離酸化膜16を形成した状態が示されている。こ
こでエツチングは、湿式と乾式の組合わせや、乾式のみ
でもよく、自由度が大きい。第1図(g)では、乾式の
エツチングを用いて、垂直な断面形状で形成している。
段差が厳しくなる場合は、湿式と乾式の組合わせで、適
度なスロープ、段差を形成してもよい。
第1図(粕では、活性領域のほう未注入層30とりん注
入層32を除去するため、20nmはど基板1をエツチ
ングしたのち、保護酸化膜17を形成し、しきい値制御
をして、しきい値制御注入層18(はう素3X1012
am−2,20KeV)を形成した状態が示されている
。ここで基板のエツチング量は、チャネルストッパ領域
と活性領域の濃度差がない場合には不要であるし、最大
でもほう未注入層30とりん注入層32のイオン到達深
さ程度である。トランジスタのバンチスルーを防止する
ために、チャネルストッパの注入層を残しておいた方が
よい場合もあるので、通常10から50nm程度となる
。しきい値制御注入については、ゲート電極の材質によ
ってさまざまになるので、ここにあげたのは1例にすぎ
ない。
第1図(i)では、ゲート酸化膜上に、ゲート電極19
が形成された状態が示されている。そして、最終的には
、第2図(j)に図示されるように、ソース・ドレイン
領域20を形成するトランジスタが形成できる。
以上、本発明の製造方法を両ウェルを形成する方法につ
いて説明したが、この製造方法は、NウェルあるいはP
ウェルを形成する方法においても、該当しないウェルの
不純物をイオン注入しないことで、問題なく用いること
ができる。
発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、PチャネルとNチ
ャネルトランジスタを同時に形成するCMOSプロセス
で、分離領域、分離酸化膜下の不純物の偏析、熱拡散に
よる濃度の低下(特にPウェル領域のNチャネルストッ
パ層)を防止できるので、微細な寸法での素子分離が可
能である。
また、自己整合的にチャネルストッパ層を形成するので
、従来の選択酸化法と同等でマスク合わせずれが発生し
ない。したがって、微細寸法のトランジスタを製造する
のに適している。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(j)は本発明の一実施例を説明する工
程順断面図、第2’&”’?’A’米例を説明する工程
順断面図である。 1・・・・・・基板、8・・・・・・Nウェル、9・・
・・・・Pウェル、16・・・・・・分離酸化膜、19
・・・・・・ゲート電極。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上の所定領域に第1の絶縁膜を形成す
    る工程と、前記第1の絶縁膜をマスクにイオンを注入す
    る第1のイオン注入工程と、前記半導体基板を熱処理す
    る工程と、前記第1の絶縁膜をマスクにイオンを注入す
    る第2のイオン注入工程と、前記第1の絶縁膜を除去す
    る工程と、前記半導体基板上にイオンを注入する第3の
    イオン注入工程と、前記半導体基板上に第2の絶縁膜を
    形成する工程と、前記第2の絶縁膜の所定領域をエッチ
    ング除去する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. (2)第1の絶縁膜を形成する前の半導体基板の所定領
    域にイオンを注入する工程を備えたことを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置の製造方法。
JP2023182A 1990-01-31 1990-01-31 半導体装置の製造方法 Pending JPH03227055A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5310691A (en) * 1990-11-06 1994-05-10 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing semiconductor device including formation of alignment mark
JP2009272527A (ja) * 2008-05-09 2009-11-19 Toshiba Corp 半導体装置及び半導体装置の製造方法

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