JPH03259564A - 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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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】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトラ
ンジスタのゲート絶縁膜を各々所望の膜厚で形成するこ
とができ、各々のトランジスタのしきい値電圧等を最適
化することができ、トランジスタ特性を向上させること
ができる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
し、下地の膜に素子弁H9M域を形成するとともに、P
チャネルMOSトランジスタ領域及びNチャネルMOS
トランジスタ領域を形成する工程と、該NチャネルMO
Sトランジスタ領域を覆うように該下地の膜上に第1の
絶縁膜及び第1の導電膜を順次形成する工程と、該第1
の導電膜及び該第1の絶縁膜を選択的にエツチングして
該NチャネルMOSトランジスタ領域に第1のゲート電
極及び第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、該Pチャ
ネルMOSトランジスタ領域を覆うように該下地の膜上
に第2の絶縁膜及び第2の導電膜を順次形成する工程と
、該第2の導電膜及び該第2の絶縁膜を選択的にエツチ
ングして該PチャネルMOSトランジスタ領域に第2の
ゲート電極及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程とを
含むように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、PチャネルM
OSトランジスタ及びNチャネルMOSトランジスタが
同一基板上に設けられているCMO3回路を有するIC
1特に高集積ICの特性を向上させることができる半導
体装置の製造方法に関する。
近時、CMO3−I Cの高集積化とともに、Pチャネ
ルMOSトランジスタは埋込チャネル型から表面チャネ
ル型に変える必要が出てきている。
そのため、ゲート電極をN型ポリシリコンからP型ポリ
シリコンに変えて構成する必要があることが知られてい
る。しかしながら、ゲート電極をP型にするためにイオ
ン注入と熱拡散を行うのであるが特にボロン(B)等の
P型不純物がゲート電極を突き抜けてチャネル部まで達
し易いという問題があった。これは特にボロン等のP型
不純物がイオン注入のRp(表面からどれだけ深く打ち
込まれたかを表す量)が大きい(深く打ち込まれること
)ことと、Sin、中での拡散がし易いこと等が原因と
なっている。
上記問題を解決する従来技術としては、PチャネルMO
Sトランジスタ側のゲート絶縁膜をSiO2膜のみで構
成するのではなく、Sin、膜とSi3N、膜との複合
膜にしてチャネル部へのP型不純物の拡散を抑えること
が知られている。ここでのSi、N、膜はSin、膜に
較べてP型不純物の拡散が非常に起こり難く、不純物拡
散のストッパとして機能し得ることが知られている。
〔従来の技術〕
第2図(a)〜(f)は従来の半導体装置の製造方法を
説明する図である。
この図において、31はSi等からなる基板、32はS
in、等からなるフィールド酸化膜、33はPチャネル
MOSトランジスタ領域で、PチャネルMOSトランジ
スタが形成される素子領域である。
34はNチャネルMOSトランジスタ領域で、Nチャネ
ルMOSトランジスタが形成される素子領域である。3
5はPチャネルMOSトランジスタ領域33に形成され
たN型ウェル、36はNチャネルMOSトランジスタ領
域34に形成されたP型ウェル、37はSin、等から
なるシリコン酸化膜、38はSi、N、等からなるシリ
コン窒化膜、39はSin。
等からなるシリコン酸化膜、40はシリコン酸化膜37
.39及びシリコン窒化膜38からなるゲート絶縁膜、
41はSin、等からなるゲート絶縁膜、42はゲート
電極用のポリシリコン膜、43はPチャネルMOSトラ
ンジスタ領域33に形成されたゲート電極、44はNチ
ャネルMOSトランジスタ領域34に形成されたゲート
電極、45はPチャネルMOSトランジスタ領域33に
形成されたソース/ドレイン拡散層として機能しうる基
板拡散層、46はNチャネルMOSトランジスタ領域3
4に形成されたソース/ドレイン拡散層として機能しう
る基板拡散層、47はPSG等からなる眉間絶縁膜、4
8は層間絶縁膜47に形成されたコンタクトホール、4
9はA2等からなる配線層である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第2図(a)に示すように、LOCO3法により
基板31を選択的に熱酸化して素子分離領域としてのフ
ィールド酸化膜32を形成するとともに、素子領域とし
てのPチャネルMOSトランジスタ領域33、及びNチ
ャネルMOSトランジスタ領域34を形成する。これに
先立ち、あらかじめ、イオン注入↓こよりPチャネルM
OSトランジスタを形成する領域にN型不純物を注入し
、NチャネルMOSトランジスタを形成する領域にP型
不純物を注入し、熱処理によりN型ウェル35およびP
型ウェル36を形成しておく。次いで、例えば熱酸によ
り全面にSin、からなるシリコン酸化膜37を形成し
、例えばCVD法によりシリコン酸化膜37上に5is
Naを堆積してシリコン窒化膜38を形成した後、例え
ば熱酸化によりシリコン窒化膜38を酸化して該シリコ
ン窒化膜の表面にSin。
からなるシリコン酸化膜39を形成する。
次に、第2図(b)に示すように、例えばRIEにより
NチャネルMOSトランジスタ領域34のシリコン酸化
膜39、シリコン窒化膜38及びシリコン酸化膜37を
選択的にエツチングしてPチャネルMOSトランジスタ
領域33にシリコン酸化膜37、シリコン窒化膜38及
びシリコン酸化膜39からなるゲート絶縁膜40を形成
するとともに、NチャネルMOSトランジスタ領域34
に基板31を露出させる。
次に、第2図(c)に示すように、例えば熱酸化により
NチャネルMOSトランジスタ領域34に5iOhから
なるゲート絶縁膜41を形成する。この時、シリコン窒
化膜38も更に酸化されてシリコン酸化膜39の膜厚が
増加する。
次に、第2図(d)に示すように、例えばCVD法によ
りPチャネルMOSトランジスタ領域33及びNチャネ
ルMOSトランジスタ領域34を覆うように全面にポリ
シリコンを堆積してゲート電極用のポリシリコン膜42
を形成し不純物のドーピングにより膜を低抵抗化する。
次に、第2図(e)に示すように、例えばRIEにより
PチャネルMOSトランジスタ領域33及びNチャネル
MOSトランジスタ領域34のポリシリコン膜42、ゲ
ート絶縁膜40.41を各々選択的にエツチングしてP
チャネルMOSトランジスタ領域33にゲート電極43
を形成するとともに、NチャネルMOSトランジスタ領
域34にゲート電極44を形成する。この時、Pチャネ
ルMOSトランジスタ領域33及びNチャネルMOSト
ランジスタ領域34に基板31(N型ウェルまたはP型
ウェル36)が露出される。なお、PチャネルMOSト
ランジスタ領域33のゲート電極43とNチャネルMO
Sトランジスタ領域34のゲート電極44を別々に形成
する場合であってもよく、例えばPチャネルMOSトラ
ンジスタ領域33のゲート電極43を形成した後、Nチ
ャネルMOSトランジスタ領域34のゲート電極44を
形成する場合であってもよい。
また、シリコン酸化膜37またはゲート絶縁膜41は、
ゲート電極のエツチングに選択比の高いエツチャーを用
いれば残ることもある。
そして、PチャネルMOSトランジスタ領域33にソー
ス/ドレイン拡散層となる基板拡散層45を形成すると
ともに、NチャネルMOSトランジスタ領域34にソー
ス/ドレイン拡散層となる基板拡散層46を形成し、更
にPチャネルMOSトランジスタ領域33及びNチャネ
ルMOSトランジスタ領域34を覆うように全面にSi
O2及びPSGからなる眉間絶縁層47を形成し、層間
絶縁層47に基板拡散層45.46及びゲート電極43
.44を露出させるようにコンタクトホール48を形成
した後、コンタクトホール48を介して基板拡散層45
.46及びゲート電極43.44と各々コンタクトを取
るように/1からなる配線層49を形成することにより
、第2図(f)に示すような半導体装置を得ることがで
きる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記した従来の半導体装置の製造方法に
あっては、PチャネルMOSトランジスタとNチャネル
MOSトランジスタのゲート絶縁膜40.41とを独立
して設けられず、各々の膜厚を所望の値にすることがで
きず、しきい値電圧■い等を最適化することができない
という問題があった。
ゲート絶縁膜40.41を各々所望の膜厚にすることが
できなかったのは具体的には、例えばPチャネルMOS
トランジスタ領域33側に設けた拡散のストンパとなる
シリコン窒化膜38を1000″Cの高温で酸化すると
(ここでの酸化はシリコン窒化膜のトラップに起因する
リーク電流をストップさせるとともに、多層にすること
により各層に存在するピンホールを互いに補いイニシャ
ルシヲートを防ぐ意味をもつ。さらに、シリコン酸化膜
39の膜厚を厚くして耐圧を向上させるためにも行って
いる)、NチャネルMOSトランジスタ領域34側に形
成されるSin、からなるゲート絶縁膜41の膜厚が所
望の膜厚より厚くなり過ぎたり、逆にNチャネルMOS
トランジスタ領域34側のゲート絶縁#41の膜厚に合
わせようとすると、PチャネルMOSトランジスタ領域
33例のシリコン窒化膜38上にされる5iOzが十分
形成されず所望の膜厚よりも薄い膜厚のシリコン酸化膜
39が形成され、耐圧が悪くなってしまっていた。
そこで、本発明は、PチャネルMOSトランジスタとN
チャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を各々所望
の膜厚で形成することができ、各々のトランジスタのし
きい(+!雷電圧を最適化することができ、トランジス
タ特性を向上させることができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による半導体装置の製造方法は上記目的達成のた
め、下地の膜に素子分離領域を形成するとともに、Pチ
ャネルMOSトランジスタ領域及びNチャネルMOSト
ランジスタ領域を形成する工程と、該NチャネルMOS
トランジスタ領域を覆うように該下地の膜上に第1の絶
縁膜及び第1の導電膜を順次形成する工程と、該第1の
導電膜及び該第1の絶縁膜を選択的にエツチングして該
NチャネルMOSトランジスタ領域に第1のゲート電極
及び第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、該Pチャネ
ルMOSトランジスタ領域を覆うように該下地の膜上に
第2の絶縁膜及び第2の導電膜を順次形成する工程と、
該第2の導電膜及び該第2の絶縁膜を選択的にエツチン
グしてiPチャネルMOSトランジスタ領域に第2のゲ
ート電極及び第2のゲート絶縁膜を形成する工程とを含
むものである。
本発明に係る下地の膜としては、Si等の半導体層、S
i等の基板が挙げられる。
本発明に係る素子分離領域としては、LOCO3法によ
って形成されるSin、等からなるフィールド酸化膜が
挙げられる。
本発明に係る第2の絶縁膜としては、313 Na等の
シリコン窒化膜または5iON等のシリコン窒化酸化膜
を少なくとも1層含むように構成されていればよく、例
えば5in2膜/Si、N、膜/Si○2膜の3層膜、
5iON膜/Si○2膜の2N膜、5iOz膜/ S 
i 3 N 4の2層膜、Si○2膜/5iON膜の2
層膜、313 N4B/SiO□膜の2層膜、5iON
の単層膜の態様が挙げられる。
本発明においては、第2の導電膜を選択的にエツチング
して第2のゲート電極を形成する際、第1のゲート電極
側壁に側壁膜を形成してこの側壁膜を残した状態で眉間
絶縁膜を形成する場合であってもよく、また、この側壁
膜を除去して眉間絶縁膜を形成する場合であってもよい
〔作用〕
本発明は、第1図(a)〜(h)に示すように、基板1
上にフィールド酸化膜2が形成されるとともに、Pチャ
ネルMOSトランジスタ領域3及びNチャネルMOSト
ランジスタ領域4が形成され、NチャネルMOSトラン
ジスタ領域4が覆われるように基板1上に第1の絶縁膜
7及び第1の導電膜8が順次形成され、第1の導電膜8
及び第1の絶縁膜7が選択的にエツチングされてNチャ
ネルMOSトランジスタ領域4に第1のゲート電極8a
及び第1のゲート絶縁膜7aが形成された後、Pチャネ
ルMOSトランジスタ領域3が覆われるように基板1上
に第2の絶縁膜13及び第2の導電膜14が順次形成さ
れ、第2の導電膜14及び第2の絶縁膜13が選択的に
エツチングされてPチャネルMOSトランジスタ領域3
に第2のゲート電極14及び第2のゲート絶縁膜17が
形成される。
したがって、NチャネルMOSトランジスタの第1のゲ
ート絶縁膜7aを形成した後PチャネルMOSトランジ
スタの第2のゲート絶縁膜17を形成するというように
、NチャネルMOSトランジスタの第1のゲート絶縁膜
7aとPチャネルMOSトランジスタの第2のゲート絶
縁膜17とを独立して別々の工程で形成するようにした
ため、第1のゲート絶縁膜7aと第2のゲート絶縁膜1
7の各々の膜厚を所望の値にすることができるようにな
り、両トランジスタのしきい値電圧■い等を最適化する
ことができるようになる。
(実施例〕 以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図(a)〜(j)は本発明に係る半導体装置の製造
方法の一実施例を説明する図である。
この図において、1はSi等からなる基板、2はSiO
2等からなるフィールド酸化膜、3はPチャネルMOS
トランジスタ領域、4はNチャネルMOSトランジスタ
領域、5はN型ウェル、6はP型ウェル、7はNチャネ
ルMOSトランジスタのゲート絶縁膜用の5i02等か
らなる第1の絶縁膜、7aはSiO,等からなるNチャ
ネルMOSトランジスタの第1のゲート絶縁膜、8はN
チャネルMOSトランジスタのゲート電極用のポリシリ
コン等からなる第1の導電膜、8aはポリシリコン等か
らなるNチャネルMOSトランジスタの第1のゲート電
極、9はPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜
を構成するための5i02等からなるシリコン酸化膜、
10はPチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を
構成するためのSi3N、等からなるシリコン窒化膜、
11は例えc= n−型の低濃度拡散層、12はPチャ
ネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を構成するため
のSiO□等からなるシリコン酸化膜、13はシリコン
酸化膜9、シリコン窒化膜10及びシリコン酸化膜12
からなる第2の絶縁膜、14はPチャネルMOSトラン
ジスタのゲート電極用のポリシリコン等からなる第2の
導電膜、15はポリシリコン等からなるPチャネルMO
Sトランジスタの第2のゲート電極、16はポリシリコ
ン等からなる側壁膜、17はシリコン酸化膜9、シリコ
ン窒化膜10及びシリコン酸化膜12からなる第2のゲ
ート絶縁膜、18はPチャネルMOSトランジスタのソ
ース/ドレイン拡散層として機能しうるP゛型の基板拡
散層、19はn゛型の高濃度拡散層、20はNチャネル
MOSトランジスタのソース/ドレインとなる低濃度拡
散層11及び高濃度拡散層19として機能しうる基板拡
散層、21はPSG等からなる眉間絶縁膜、22は層間
絶縁膜21に形成されたコンタクトホール。
23はA1等からなる配線層である。
次に、その製造方法について説明する。
まず、第1図(a)に示すように、LOCO3法に用い
るシリコン窒化膜を形成した後、PチャネルMOSトラ
ンジスタ領域3及びNチャネルMOSトランジスタ領域
4に各々N型ウェル5及びP型ウェル6を形成する。そ
の後、LOCO3法により基板1を選択的に熱酸化して
素子分離領域としての膜厚が例えば5000人のフィー
ルド酸化膜2を形成するとともに、素子領域としてのP
チャネルMOSトランジスタ領域3及びNチャネルMO
Sトランジスタ領域4を形成する。
次に、第1図(b)に示すように、例えば熱酸化により
PチャネルMOSトランジスタ領域3及びNチャネルM
OSトランジスタ領域4の基板1を酸化してNチャネル
MOSトランジスタ領域4を覆うように基板1上にNチ
ャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜用の膜厚が例
えば100人の第1の絶縁膜7を形成した後、例えばC
VD法により第1の絶縁膜7上にポリシリコンを堆積し
てNチャネルMOSトランジスタのゲート電極用の膜厚
が例えば2500人の第1の導電膜8を形成する。
次に、第1図(c)に示すように、例えばRIEにより
第1の導電膜8及び第1の絶縁膜7を選択的器こエツチ
ングしてNチャネルMOSトランジスタ領域4に第1の
ゲート電極8a及び第1のゲート絶縁膜7aを形成する
次に、第1図(d)に示すように、例えば熱酸化により
PチャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を構成す
るための膜厚が例えば50人のシリコン酸化膜9を形成
し、例えばCVD法によりシリコン酸化膜9上にSi、
N、を堆積して膜厚が例えば90人のシリコン窒化膜1
0を形成する。
次に、第1図(e)に示すように、イオン注入によりレ
ジストマスクを用いてNチャネルMOSトランジスタ領
域4の基板1のみにP(Asでもよい)等の不純物を導
入してn−型の低濃度拡散層11を形成する。
次に、第1図(f)に示すように、熱酸化によりシリコ
ン窒化膜10を選択的に酸化してSiO2からなる膜厚
が例えば50人のシリコン酸化膜12を形成する。この
時、シリコン酸化膜12はシリコン窒化膜IOの表面部
分が酸化されて形成される。このように、シリコン酸化
膜9、シリコン窒化膜10及びシリコン酸化膜12から
Cる第2の絶縁膜13がPチャネルMOSトランジスタ
領域3を覆うように形成される。
次に、第1図(g)に示すように、例えばCVD法によ
り第2の絶縁膜13上にポリシリコンを堆積して膜厚が
例えば2500人の第2の導電膜14を形成する。
次に、第1図(h)に示すように、例えばRIEにより
第2の導電膜14を選択的にエツチングしてPチャネル
MOSトランジスタ領域3に第2のゲート電極15を形
成するとともに、第1のゲート電極8a側壁に側壁膜1
6を形成する。次いで、例えばRIEによりシリコン酸
化膜12、シリコン窒化膜10及びシリコン酸化膜9か
らなる第2の絶縁膜13を選択的にエツチングしてPチ
ャネルMOSトランジスタ領域3にシリコン酸化膜12
、シリコン窒化膜10及びシリコン酸化膜9からなる第
2のゲート絶縁膜エフを形成する。この時、Pチャネル
MOSトランジスタ領域3及びNチャネルMOSトラン
ジスタ領域4に基板1が露出される。
次に、第1図(i)に示すように、PチャネルMOSト
ランジスタ領域3にソース/ドレインとなるP゛型の基
板拡散層18を形成するとともに、NチャネルMOSト
ランジスタ領域4にn゛型の高濃度拡散層19を形成し
てソース/トレインとなる低濃度拡散層11及び高濃度
拡散119からなる基板拡散層20を形成する。
そして、SiO2及びPSGからなる眉間絶縁膜21を
形成し、眉間絶縁膜21に基板拡散層18.20及び第
1、第2のゲート電極8a、15を露出させるようにコ
ンタクトホール22を形成した後、コンタクトホール2
2を介して基板拡散層18.20及び第1、第2のゲー
ト電極8a、15とコンタクトを取るように/lからな
る配線層23を形成することにより、第1図N)に示す
ような半導体装置を得ることかできる。
すなわち、上記実施例では、NチャネルMOSトランジ
スタの第1のゲート絶縁膜7aを形成した後Pチャネル
MOSトランジスタの第2のゲート絶縁膜17を形成す
るというように、NチャネルMOSトランジスタの第1
のゲート絶縁膜7aとPチャネルMOSトランジスタの
第2のゲート絶縁膜17とを独立して別々の工程で形成
するようにしたため、第1のゲート絶縁膜7aと第2の
ゲート絶縁膜17の各々の膜厚を所望の値にすることが
できる。このため、両トランジスタのしきい値上圧■い
等を最適化することができる。また、NチャネルMOS
トランジスタ領域4の第1のゲート電極8a側壁にシリ
コン窒化膜10を形成して第1のゲート電極8a側壁の
絶縁膜として機能するようにしたため、第1のゲート電
極8aと配線層23間の耐圧を向上させることができる
。更に、第1のゲート電極8a側壁にシリコン酸化膜9
、シリコン窒化膜10及びシリコン酸化膜12を形成す
るようにしたため、ホントキャリア寿命を長くすること
ができ、トランジスタの信頼性を向上させることができ
る。
なお、上記実施例では、第1図(j)に示すように、側
壁膜16を残した状態で側壁膜16を覆うように眉間絶
縁膜21を形成する場合について説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、側壁膜16を除去した
状態で眉間絶縁膜21を形成する場合であってもよく、
この場合、上記側壁膜16がある場合よりも基板1等へ
のストレスを小さくすることができ好ましく、また、側
壁膜16を酸化して側壁シリコン酸化膜にした後層間絶
縁膜21を形成する場合であってもよい。
また、上記実施例は、NチャネルMOSトランジスタを
LDD構造にする場合について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、PチャネルMO5トラン
ジスタと同様通常のソース/ドレイン拡散層構造にする
場合であってもよい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、PチャネルMOSトランジスタとNチ
ャネルMOSトランジスタのゲート絶縁膜を各々所望の
膜厚で形成することができ、各々のトランジスタのしき
い値電圧等を最適化することができ、トランジスタ特性
を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
の製造方法を説明する図、 第2図は従来例の製造方法を説明する図である。 1・・・−・・基板、 2・・・・・・フィールド酸化膜、 3・・・・・・PチャネルMOSトランジスタ領域、4
・・・・・・NチャネルMOSトランジスタ領域、7・
・・・・・第1の絶縁膜、 7a・・・・・・第1のゲート絶縁膜、8・・・・・・
第1の導電膜、 8a・・・・・・第1のゲート電極、 13・・・・・・第2の絶縁膜、 14・・・・・・第2の導電膜、 15・・・・・・第2のゲート電極、 17・・・・・・第2のゲート絶縁膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕下地の膜(1)に素子分離領域(2)を形成する
    とともに、PチャネルMOSトランジスタ領域(3)及
    びNチャネルMOSトランジスタ領域(4)を形成する
    工程と、 該NチャネルMOSトランジスタ領域(4)を覆うよう
    に該下地の膜(1)上に第1の絶縁膜(7)及び第1の
    導電膜(8)を順次形成する工程と、 該第1の導電膜(8)及び該第1の絶縁膜 (7)を選択的にエッチングして該NチャネルMOSト
    ランジスタ領域(4)に第1のゲート電極(8a)及び
    第1のゲート絶縁膜(7a)を形成する工程と、 該PチャネルMOSトランジスタ領域(3)を覆うよう
    に該下地の膜(1)上に第2の絶縁膜(13)及び第2
    の導電膜(14)を順次形成する工程と、 該第2の導電膜(14)及び該第2の絶縁膜(13)を
    選択的にエッチングして該PチャネルMOSトランジス
    タ領域(3)に第2のゲート電極(15)及び第2のゲ
    ート絶縁膜(17)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〕前記第2の導電膜(14)を選択的にエッチング
    して第2のゲート電極(15)を形成する際、第1のゲ
    ート電極(8a)側壁に側壁膜(16)を形成する工程
    を含む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。 〔3〕前記側壁膜(16)を除去する工程を含むことを
    特徴とする請求項1、2記載の半導体装置の製造方法。 〔4〕前記第2のゲート絶縁膜(17)がシリコン窒化
    膜またはシリコン窒化酸化膜を少なくとも1層含むこと
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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