KR100793672B1 - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명을 원하는 특성을 수행하는 복수 종류의 트랜지스터를 적은 공정수로 제조하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 반도체 장치는 제1 깊이에 이르는 소자 분리 영역과, 제1 도전형의 제1 및 제2 웰과, 제1 웰에 형성되며, 제1 두께의 게이트 절연막과, 제2 도전형의 소스/드레인 영역 및 게이트 전극을 갖는 제1 트랜지스터와, 제2 웰에 형성되며 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 게이트 절연막과, 제2 도전형의 소스/드레인 영역, 및 게이트 전극을 갖는 제2 트랜지스터를 포함하고, 제1 웰은 제1 깊이와 동등하거나 그보다 더 깊은 깊이에서만 극대치를 갖는 제1 불순물 농도 분포를 가지며, 제2 웰은 제1 웰과 동일한 제1 불순물 농도 분포와 제1 깊이보다 얕은 제2 깊이에서 극대치를 갖는 불순물 농도 분포를 중합하여, 전체적으로 제2 깊이에서도 극대치를 나타내는 제2 불순물 농도 분포를 갖는다.It is an object of the present invention to manufacture a plurality of types of transistors having desired characteristics with a small number of processes. The semiconductor device of the present invention is formed in an isolation region reaching a first depth, first and second wells of a first conductivity type, a first insulating well, a gate insulating film of a first thickness, and a source of a second conductivity type. And a second transistor having a drain region and a gate electrode, a gate insulating film having a second thickness formed in the second well and thinner than the first thickness, a source / drain region of a second conductivity type, and a gate electrode. Wherein the first well has a first impurity concentration distribution having a maximum only at a depth equal to or deeper than the first depth, and the second well has a first impurity concentration distribution equal to the first well and shallower than the first depth. The impurity concentration distribution having a maximum value at the second depth is polymerized to have a second impurity concentration distribution having a maximum value at the second depth as a whole.
Description
본 발명은 반도체 장치와 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 복수의 전압에서 동작하는 반도체 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
반도체 집적 회로 장치(IC)의 고집적화와 함께 IC의 구성 요소인 트랜지스터는 미세화되고 있다. 트랜지스터의 미세화에 동반하여 동작 전압은 저하한다. 시스템 온 칩에 있어서는, 저전압 동작의 논리 회로와 고전압 동작의 플래시 메모리 구동 회로를 포함하는 플래시 메모리 회로와 같은 이종 회로를 혼재하려는 요청도 강하다. 이를 실현하기 위해서는 저전압 동작의 논리 회로와 고전압 동작의 플래시 메모리 구동 회로를 동일 반도체 기판 위에 집적화하는 것이 필요하게 된다. With high integration of semiconductor integrated circuit devices (ICs), transistors, which are components of ICs, have been miniaturized. Accompanying the miniaturization of the transistor, the operating voltage decreases. In a system-on-chip, there is also a strong desire to mix heterogeneous circuits such as logic circuits of low voltage operation and flash memory circuits including flash memory driving circuits of high voltage operation. In order to realize this, it is necessary to integrate the logic circuit of the low voltage operation and the flash memory driving circuit of the high voltage operation on the same semiconductor substrate.
CMOS 회로를 구성하는 경우에, 고전압 및 저전압에서 동작하는 n채널 트랜지스터와 고전압 및 저전압에서 동작하는 p채널 트랜지스터를 형성하게 된다. In the case of configuring a CMOS circuit, n-channel transistors that operate at high and low voltages and p-channel transistors that operate at high and low voltages are formed.
도 11a∼11f는 이러한 반도체 장치의 전형적인 제조 방법을 도시한다.11A-11F show a typical method of manufacturing such a semiconductor device.
도 11a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(101)의 표면에 주지의 방법대로 절연막을 매립한 얕은 소자 분리홈(102)(STI : Shallow Trench isolation)을 형성한다. 도면에는 STI로 획정된 4개의 활성 영역이 도시되어 있다. 도면 중 좌측 2개 의 활성 영역에는, 저전압(LV)용의 얇은 게이트 절연막과 고전압(HV)용의 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 n채널 MOS 트랜지스터(N-LV, N-HV)를 형성한다. As shown in FIG. 11A, a shallow element isolation groove 102 (STI: Shallow Trench isolation) is formed in the surface of the
도면 중 우측 2개의 활성 영역에는, 저전압(LV)용의 얇은 게이트 절연막과 고전압(HV)용의 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 2개의 p채널 MOS 트랜지스터(P-LV, P-HV)를 형성한다. In the two active regions on the right side of the figure, two p-channel MOS transistors P-LV and P-HV having a thin gate insulating film for low voltage LV and a thick gate insulating film for high voltage HV are formed.
우선, n채널 M0S 트랜지스터 영역에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR51)를 형성하고, p형 웰(WP)을 형성하는 p형 불순물의 이온 주입, 소자 분리 영역 아래에 채널 스톱 영역(CSP)을 형성하는 p형 불순물의 이온 주입, 및 두꺼운 절연막을 갖는 트랜지스터의 임계치(Vt)를 원하는 값으로 설정하기 위한 p형 불순물의 이온 주입(Vt1)을 행한다. 그 후, 포토레지스트 마스크(PR51)는 제거한다. First, a photoresist mask PR51 having an opening is formed in the n-channel M0S transistor region, and a channel stop region CSP is formed below the ion implantation region of the p-type impurity forming the p-type well WP and the device isolation region. Ion implantation of p-type impurity and ion implantation (Vt1) of p-type impurity for setting the threshold Vt of the transistor having a thick insulating film to a desired value. Thereafter, photoresist mask PR51 is removed.
도 11b에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터 영역에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR52)를 형성하고, p채널 MOS 트랜지스터 영역에 n형 웰(WN)을 형성하는 n형 불순물의 이온 주입, 소자 분리 영역 아래쪽에 채널 스톱 영역(CSN)을 형성하기 위한 n형 불순물의 이온 주입 및 두꺼운 절연막을 갖는 p채널 MOS 트랜지스터의 임계치(Vt)를 제어하기 위한 n형 불순물의 이온 주입(Vt2)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR52)는 제거한다. As shown in Fig. 11B, an ion implantation and element of n-type impurity forming a photoresist mask PR52 having an opening in the p-channel MOS transistor region and forming an n-type well WN in the p-channel MOS transistor region. Ion implantation of n-type impurity for forming the channel stop region CSN under the isolation region and ion implantation (Vt2) of n-type impurity for controlling the threshold Vt of the p-channel MOS transistor having a thick insulating film are performed. Thereafter, photoresist mask PR52 is removed.
이상의 이온 주입에 있어서, 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터 영역(N-HV, P-HV)에서는 임계치 제어가 행하여졌지만, 얇은 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터 영역(N-LV, P-LV)에서는 임계치 제어용의 이온 주입은 불충분하다. In the above ion implantation, the threshold control is performed in the transistor regions N-HV and P-HV having a thick gate insulating film, but the threshold control ions are used in the transistor regions N-LV and P-LV having a thin gate insulating film. Infusion is insufficient.
도 11c에 도시하는 바와 같이, 얇은 게이트 절연막을 갖는 n채널 MOS 트랜지 스터 영역(N-LV)에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR53)를 형성하고, 얇은 게이트 절연막을 형성하는 n채널 MOS 트랜지스터 영역(N-LV)의 임계치 전압을 조정하기 위한 p형 불순물의 추가 이온 주입(Vt3)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR53)는 제거한다. As shown in Fig. 11C, a photoresist mask PR53 having an opening is formed in an n-channel MOS transistor region N-LV having a thin gate insulating film, and an n-channel MOS transistor region forming a thin gate insulating film. Further ion implantation (Vt3) of p-type impurity is performed to adjust the threshold voltage of (N-LV). Thereafter, photoresist mask PR53 is removed.
도 11d에 도시하는 바와 같이, 얇은 게이트 절연막을 형성하는 p채널 MOS 트랜지스터 영역(P-LV)에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR54)를 형성하고, 얇은 게이트 절연막을 형성하는 p채널 MOS 트랜지스터 영역(P-LV)에 임계치 전압을 제어하기 위한 n형 불순물의 추가 이온 주입(Vt4)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR54)는 제거한다. 다음에, 반도체 기판 전면에 두꺼운 게이트 절연막(GI1)을 형성한다. As shown in FIG. 11D, a photoresist mask PR54 having an opening is formed in the p-channel MOS transistor region P-LV forming the thin gate insulating film, and the p-channel MOS transistor region forming the thin gate insulating film ( P-LV is subjected to additional ion implantation (Vt4) of n-type impurities for controlling the threshold voltage. After that, the photoresist mask PR54 is removed. Next, a thick gate insulating film GI1 is formed over the entire semiconductor substrate.
도 11e에 도시하는 바와 같이, 성장한 게이트 절연막 위에 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터 영역을 덮는 포토레지스트 마스크(PR55)를 형성하고, 얇은 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터 영역을 노출시킨다. 포토레지스트 마스크(PR55)를 에칭 마스크로 하여, 게이트 절연막(GI1)을 제거한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR55)는 제거한다. As shown in Fig. 11E, photoresist mask PR55 is formed over the grown gate insulating film to cover the transistor region having a thick gate insulating film, and the transistor region having a thin gate insulating film is exposed. The gate insulating film GI1 is removed using the photoresist mask PR55 as an etching mask. After that, the photoresist mask PR55 is removed.
반도체 기판 위에 얇은 게이트 절연막을 형성하면, 두꺼운 게이트 절연막이 제거된 영역에 얇은 게이트 절연막(GI2)이 형성된다. 이와 같이 하여, 두꺼운 게이트 절연막(GI1)과 얇은 게이트 절연막(GI2)이 형성된다. When the thin gate insulating film is formed on the semiconductor substrate, the thin gate insulating film GI2 is formed in the region where the thick gate insulating film is removed. In this manner, the thick gate insulating film GI1 and the thin gate insulating film GI2 are formed.
도 11f에 도시하는 바와 같이, 게이트 절연막 위에 다결정 실리콘의 게이트 전극층을 형성하고, 패터닝하여 게이트 전극(G)을 형성한다. 게이트 전극을 마스크 로 하여 소스/드레인 영역의 익스텐션부의 이온 주입을 행한다. 산화 실리콘 등의 사이드 월 스페이서를 형성한 후, 고농도 소스/드레인 영역의 이온 주입을 행한다. n채널 M0S 트랜지스터 및 p채널 MOS 트랜지스터의 이온 주입은 각각 레지스트 마스크를 이용하여 선택적으로 이루어진다.As shown in FIG. 11F, a gate electrode layer of polycrystalline silicon is formed on the gate insulating film, and patterned to form a gate electrode G. As shown in FIG. Ion implantation of the extension portion of the source / drain regions is performed using the gate electrode as a mask. After forming sidewall spacers, such as silicon oxide, ion implantation of a high concentration source / drain region is performed. Ion implantation of the n-channel MOS transistor and the p-channel MOS transistor is selectively performed using a resist mask, respectively.
이와 같이 하여, 도 11f에 도시하는 바와 같은 CMOS 반도체 장치가 형성된다. 이상 설명한 제조 방법에 의하면, 게이트 절연막의 형성 이외에 웰 및 임계치(Vt) 제어를 위해 4장의 마스크를 이용하고, 8회의 이온 주입을 행하고 있다. 복잡한 제조 공정은 제조 비용의 증대 및 수율의 저하로 이어진다. 제조 공정을 간략화할 것이 요망된다. In this way, a CMOS semiconductor device as shown in Fig. 11F is formed. According to the manufacturing method described above, eight ion implantations are performed using four masks for well and threshold Vt control in addition to the formation of the gate insulating film. Complex manufacturing processes lead to increased manufacturing costs and lower yields. It is desirable to simplify the manufacturing process.
일본 특허 공개 평11-40004호는 공정수를 저감한 반도체 장치의 제조 방법을 제안하고 있다. 이러한, 공정수를 저감한 반도체 장치의 제조 방법을 이하에 설명한다. Japanese Patent Laid-Open No. Hei 11-40004 proposes a method of manufacturing a semiconductor device having reduced process water. The manufacturing method of the semiconductor device which reduced this process number is demonstrated below.
도 12a에 도시하는 바와 같이, 도 11a와 마찬가지로 실리콘 기판(101)에 소자 분리 영역(102)으로써 4개의 활성 영역(N-LV, N-HV, P-LV, P-HV)을 획정한다. n채널 트랜지스터 영역에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR51)를 형성하고, n채널 MOS 트랜지스터 영역에 3회의 이온 주입을 행하여, p형 웰(WP), p형 채널 스톱 영역(CSP), p형 임계치 조정 영역(VtP)을 형성한다. As shown in FIG. 12A, four active regions N-LV, N-HV, P-LV, and P-HV are defined in the
임계치 조정용의 이온 주입의 농도는 얇은 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터(N-LV)에 적합한 값으로 한다. 이 농도는 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 n채널 MOS 트랜지스터(N-HV)의 임계치 조정용 불순물 이온 주입으로서는 지나치게 높은 농도 이다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR51)는 제거한다. The concentration of the ion implantation for adjusting the threshold is set to a value suitable for the transistor N-LV having a thin gate insulating film. This concentration is too high for the threshold adjustment impurity ion implantation of the n-channel MOS transistor (N-HV) having a thick gate insulating film. Thereafter, photoresist mask PR51 is removed.
도 12b에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터 영역에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR52)를 형성하고, p채널 MOS 트랜지스터 영역에 n형 웰(WN), n형 채널 스톱 영역(CSN), n형 임계치 조정 영역(VtN)을 형성하기 위한 n형 불순물을 이온 주입한다.As shown in Fig. 12B, a photoresist mask PR52 having an opening is formed in the p-channel MOS transistor region, and n-type well WN, n-type channel stop region CSN, n in the p-channel MOS transistor region. N-type impurities are ion-implanted to form the type threshold adjustment region VtN.
임계치 조정용 이온 주입의 농도는 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 p채널 MOS 트랜지스터(P-HV)에 적합한 농도로 한다. 이 농도는 얇은 게이트 절연막을 갖는 p채널 MOS 트랜지스터(P-LV)에는 부족한 농도이다. 포토레지스트 마스크(PR52)는 그 후 제거한다. The concentration of the ion implantation for adjusting the threshold is set to a concentration suitable for the p-channel MOS transistor (P-HV) having a thick gate insulating film. This concentration is insufficient for the p-channel MOS transistor P-LV having a thin gate insulating film. Photoresist mask PR52 is then removed.
도 12c에 도시하는 바와 같이, 두꺼운 게이트 절연막을 형성하는 n채널 MOS 트랜지스터 영역(N-HV) 및 얇은 게이트 절연막을 형성하는 p채널 MOS 트랜지스터 영역(P-LV)에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR56)를 형성하고, n형 불순물을 추가적으로 이온 주입한다. 얇은 게이트 절연막을 형성하는 p채널 MOS 트랜지스터 영역(P-LV)에 있어서는 2회의 n형 불순물의 이온 주입에 의해 원하는 불순물 농도가 얻어지고, 임계치가 적정하게 조정된다. As shown in Fig. 12C, the photoresist mask PR56 having openings in the n-channel MOS transistor region N-HV forming the thick gate insulating film and the p-channel MOS transistor region P-LV forming the thin gate insulating film. ) And n-type impurities are additionally ion implanted. In the p-channel MOS transistor region P-LV forming the thin gate insulating film, the desired impurity concentration is obtained by ion implantation of two n-type impurities, and the threshold value is appropriately adjusted.
두꺼운 게이트 절연막을 갖는 n채널 MOS 트랜지스터 영역(N-HV)에 있어서는, 처음에 이온 주입된 지나치게 높은 p형 불순물 농도가 추가적으로 이온 주입된 n형 불순물의 이온 주입에 의해 보상되어 불순물 농도가 저하한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR56)는 제거한다. In the n-channel MOS transistor region (N-HV) having a thick gate insulating film, an excessively high p-type impurity concentration initially ion implanted is compensated by ion implantation of an additionally implanted n-type impurity, resulting in a decrease in impurity concentration. Thereafter, photoresist mask PR56 is removed.
도 12d에 도시하는 바와 같이, 두꺼운 게이트 절연막(GI1)을 형성한다. 두꺼 운 게이트 절연막을 갖는 트랜지스터를 덮는 포토레지스트 마스크(PR55)를 에칭 마스크로 하여, 얇은 게이트 절연막을 형성하는 영역의 두꺼운 게이트 절연막을 제거한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR55)를 제거하고, 얇은 게이트 절연막(GI2)을 형성한다. As shown in FIG. 12D, a thick gate insulating film GI1 is formed. Using the photoresist mask PR55 covering the transistor having the thick gate insulating film as an etching mask, the thick gate insulating film in the region forming the thin gate insulating film is removed. After that, the photoresist mask PR55 is removed to form a thin gate insulating film GI2.
도 12e에 도시하는 바와 같이, 공지된 방법대로 게이트 전극, 소스/드레인 영역 등을 형성하여 반도체 장치를 완성한다. As shown in Fig. 12E, a semiconductor device is completed by forming a gate electrode, a source / drain region, or the like in a known manner.
이 방법에 의하면, 게이트 절연막의 선택 제거를 제외하면 3회의 마스크 공정과 7회의 이온 주입에 의해 웰 내의 불순물 농도 분포가 형성되어 있다. 도 11a∼11d에 도시하는 공정에 비해 마스크가 1장 감소하고, 이온 주입이 1회 저감된다.According to this method, except for the selective removal of the gate insulating film, the impurity concentration distribution in the well is formed by three mask processes and seven ion implantations. Compared with the process shown to FIGS. 11A-11D, 1 mask is reduced and ion implantation is reduced once.
제조 공정이 간략화되었지만, 두꺼운 게이트 절연막을 갖는 n채널 MOS 트랜지스터(N-HV)의 임계치(Vt)를 독립적으로 설정할 수 있는 것은 아니다. 임계치(Vt)의 설정에 관해서 일정 한도의 타협이 필요하게 된다. 또한, 개발 단계에서 임계치 설정을 변경하는 경우에는 다른 트랜지스터의 임계치의 설정도 변경해야 하는 경우가 있다. Although the manufacturing process is simplified, it is not possible to independently set the threshold Vt of the n-channel MOS transistor N-HV with a thick gate insulating film. A certain amount of compromise is required regarding the setting of the threshold value Vt. In addition, when the threshold setting is changed at the development stage, the threshold setting of other transistors may also need to be changed.
이와 같이, 다전압을 취급하는 복수 종류의 트랜지스터를 제조하고자 하면, 공정수가 많아지기 쉽다. 공정수를 삭감하는 제조법을 채용하고자 하면, 새로운 문제가 생기기 쉽다. 다전압에서 동작하고, 또한 간략화된 제조 방법으로 제조할 수 있는 반도체 장치가 요구된다. As described above, when a plurality of transistors that handle multiple voltages are to be manufactured, the number of steps is likely to increase. If it is going to adopt the manufacturing method which reduces process water, a new problem will arise easily. There is a need for a semiconductor device that operates at multiple voltages and can also be manufactured with a simplified manufacturing method.
본 발명의 목적은 적은 제조 공정수로 제조할 수 있고, 원하는 특성을 수행하는 복수 종류의 트랜지스터를 갖는 반도체 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a plurality of transistors which can be manufactured with a small number of manufacturing steps and which perform desired characteristics.
본 발명의 다른 목적은 적은 공정수로 다전압에서 동작하는 복수 종류의 트랜지스터를 제조하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a plurality of transistors that operate at multiple voltages with a small number of processes.
본 발명의 일관점에 의하면, 반도체 기판의 표면으로부터 제1 깊이 위치에 이르도록 형성된 소자 분리 영역과, 상기 반도체 기판에 형성된 제1 도전형의 제1 및 제2 웰과, 상기 제1 웰에 형성되며, 제1 두께의 게이트 절연막과, 상기 제1 도전형과 반대인 제2 도전형의 소스/드레인 영역, 및 게이트 전극을 갖는 제1 트랜지스터와, 상기 제2 웰에 형성되며, 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 게이트 절연막과, 제2 도전형의 소스/드레인 영역, 및 게이트 전극을 갖는 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 웰은 상기 제1 깊이 위치와 동등하거나 그보다 더 깊은 깊이 위치에서만 극대치를 갖는 제1 불순물 농도 분포를 가지며, 상기 제2 웰은 상기 제1 웰과 동일한 제1 불순물 농도 분포와, 상기 제1 깊이 위치보다 얕은 제2 깊이 위치에서 극대치를 갖는 불순물 농도 분포를 중합하여, 전체적으로 제2 깊이 위치에서도 극대치를 나타내는 제2 불순물 농도 분포를 갖는 반도체 장치가 제공된다. According to the present invention, the device isolation region formed to reach the first depth position from the surface of the semiconductor substrate, the first and second wells of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate, and the first well are formed. And a first transistor having a gate insulating film of a first thickness, a source / drain region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and a gate electrode, and formed in the second well, wherein the first thickness A second transistor having a thinner second thickness gate insulating film, a source / drain region of a second conductivity type, and a gate electrode, wherein the first well is at a depth position equal to or deeper than the first depth position; Only has a first impurity concentration distribution having a maximum value, and the second well has a first impurity concentration distribution identical to the first well and an impurity concentration having a maximum value at a second depth position shallower than the first depth position. The semiconductor device is provided by polymerizing a capsule, having a second impurity concentration distribution as a whole it represents the maximum value in the second depth position.
본 발명의 다른 관점에 의하면, (a) 반도체 기판에 표면으로부터 제1 깊이 위치까지 이르는 소자 분리 영역을 형성하는 공정과, (b) 상기 반도체 기판에 제1 도전형의 제1 및 제2 웰을 형성하는 공정과, (c) 상기 제1 웰의 표면에 제1 두께의 게이트 절연막을 상기 제2 웰의 표면에 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께의 게이트 절연막을 형성하는 공정과, (d) 상기 게이트 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 공정과, (e) 상기 게이트 전극의 양측의 반도체 기판 내에 소스/드레인 영역을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 공정 (b)는 (b1) 상기 제1 및 제2 웰에 공통으로 상기 제1 깊이와 동등하거나 그보다 더 깊은 깊이 위치에서만 극대치를 갖는 제1 불순물 농도 분포를 이온 주입하는 공정과, (b2) 제1 및 제2 웰에 대하여 선택적으로 상기 제1 깊이와 대략 동등한 깊이 위치에서 극대치를 갖는 제2 불순물 농도 분포를 이온 주입하는 공정과, (b3) 상기 제2 웰에만 상기 제1 깊이보다 얕은 깊이 위치에서 극대치를 갖는 제3 불순물 농도 분포를 이온 주입하는 공정을 포함하는 것인 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. According to another aspect of the invention, (a) forming a device isolation region extending from the surface to the first depth position on the semiconductor substrate, and (b) the first and second wells of the first conductivity type in the semiconductor substrate (C) forming a gate insulating film having a first thickness on the surface of the first well, and forming a gate insulating film having a second thickness thinner than the first thickness on the surface of the second well; Forming a gate electrode on the gate insulating film, and (e) forming a source / drain region in the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, wherein step (b) includes (b1) the first and the first Ion implanting a first impurity concentration distribution having a local maximum only at a depth position equal to or greater than the first depth in common to the two wells, and (b2) optionally the first depth with respect to the first and second wells; Approximately equal depth to And implanting a second impurity concentration distribution having a maximum value at the maximum value; and (b3) ion implanting a third impurity concentration distribution having a maximum value at a depth position shallower than the first depth only in the second well. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
도 1a∼1d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 주요 공정을 도시하는 단면도이다. 1A to 1D are cross-sectional views showing main steps of the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.
도 2a∼2d는 전술한 실시예의 변형예를 도시하는 단면도이다. 2A to 2D are cross-sectional views showing modifications of the above-described embodiment.
도 3a∼3e는 전술한 실시예의 또 다른 변형예를 도시하는 단면도이다. 3A to 3E are sectional views showing still another modification of the above-described embodiment.
도 4a∼4d는 전술한 실시예의 또 다른 변형예를 도시하는 단면도이다. 4A to 4D are sectional views showing still another modification of the above-described embodiment.
도 5a∼5e는 전술한 실시예를 CMOS 반도체 장치의 제조 방법에 적용한 반도체 장치의 제조 방법의 주요 공정을 도시하는 단면도이다. 5A to 5E are cross-sectional views showing the main steps of the manufacturing method of the semiconductor device in which the above-described embodiment is applied to the manufacturing method of the CMOS semiconductor device.
도 6a∼6d는 도 5a∼5f의 제조 방법에 따라 제조한 각 트랜지스터의 구성을 도시하는 평면도, 표 및 그래프이다. 6A to 6D are plan views, tables, and graphs showing the structure of each transistor manufactured according to the manufacturing method of FIGS. 5A to 5F.
도 7은 보다 많은 종류의 트랜지스터를 갖는 반도체 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a semiconductor device having more kinds of transistors.
도 8a∼8zc는 도 7에 도시하는 반도체 장치의 제조 방법을 도시하는 단면도 이다. 8A to 8ZC are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 7.
도 9a와 도 9b는 포켓 영역의 작성을 설명하는 단면도이다. 9A and 9B are cross-sectional views illustrating the creation of the pocket area.
도 10a∼10j는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 도시하는 단면도이다. 10A to 10J are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention.
도 11a∼11f는 표준 기술로 고전압 및 저전압의 CMOS 트랜지스터를 제조하는 제조 방법의 주요 공정을 도시하는 단면도이다. 11A to 11F are cross-sectional views showing the main steps of the manufacturing method for manufacturing high voltage and low voltage CMOS transistors by standard techniques.
도 12a∼12e는 간략화된 공정으로 고전압 및 저전압의 CMOS 트랜지스터를 제조하는 제조 방법의 예를 도시하는 단면도이다. 12A to 12E are cross-sectional views showing examples of manufacturing methods for manufacturing high voltage and low voltage CMOS transistors in a simplified process.
도 13은 저전압 동작의 논리 회로와 플래시 메모리 셀 구동용의 고전압 트랜지스터를 집적화한 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다. Fig. 13 is a sectional view schematically showing a configuration in which a logic circuit of low voltage operation and a high voltage transistor for driving a flash memory cell are integrated.
도 14a∼14d는 도 13에 도시하는 복수 종류의 트랜지스터를 제조하는 제조 방법의 예를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 14A to 14D are sectional views schematically showing an example of a manufacturing method for manufacturing the plurality of types of transistors shown in FIG. 13.
도 15a∼15c는 도 13에 도시하는 복수 종류의 트랜지스터를 제조하는 다른 제조 방법의 예를 도시하는 단면도이다. 15A to 15C are cross-sectional views showing examples of other manufacturing methods for manufacturing the plurality of types of transistors shown in FIG. 13.
도 16a∼16c는 도 13에 도시하는 복수 종류의 트랜지스터를 제조하는 또 다른 제조 방법의 주요 공정을 도시하는 단면도이다. 16A to 16C are cross-sectional views showing main steps of still another manufacturing method for manufacturing the plurality of types of transistors shown in FIG. 13.
1.2 V 동작의 논리 회로에 플래시 메모리 셀을 혼재한 경우를 고찰한다. 플래시 메모리의 프로그램(기록)/소거 및 판독에는 고전압이 필요하다. 이러한 고전압은 예컨대 외부로부터 공급되는 1.2 V 전원 전압을 내부 회로에서 승압하여 발생 시키는 것이 통상이다. 이러한 저전압으로부터 고전압을 발생시키기 위해서는 고전압에 견디는 트랜지스터가 필요하다. 또한, 누설을 막는 고임계치의 트랜지스터와, 효율적으로 승압하기 위한 저임계치의 트랜지스터 양쪽 모두를 구비하는 것이 바람직하다. Consider a case where flash memory cells are mixed in a logic circuit of 1.2 V operation. High voltage is required for program (write) / erase and read of the flash memory. Such high voltage is usually generated by boosting the 1.2 V power supply voltage supplied from the outside in an internal circuit. In order to generate a high voltage from such a low voltage, a transistor that withstands a high voltage is required. It is also desirable to include both high threshold transistors for preventing leakage and low threshold transistors for efficiently boosting voltage.
도 13은 이러한 요청을 반영하여 형성되는 3종류의 트랜지스터를 도시한다. 고전압 저임계치 트랜지스터(HV-LVt)와, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt)와, 저전압 트랜지스터(LV)가 형성되어 있다. 고전압 트랜지스터(HV-LVt, HV-HVt)는 예컨대 두께 16 nm의 게이트 산화막을 갖는다. 저전압 트랜지스터(LV)는 예컨대 두께 2 nm의 게이트 산화막을 갖는다. Fig. 13 shows three kinds of transistors formed reflecting this request. The high voltage low threshold transistor HV-LVt, the high voltage high threshold transistor HV-HVt, and the low voltage transistor LV are formed. The high voltage transistors HV-LVt and HV-HVt have, for example, a gate oxide film having a thickness of 16 nm. The low voltage transistor LV has, for example, a gate oxide film having a thickness of 2 nm.
또한, 고전압 트랜지스터는 5 V에서 동작하는 트랜지스터에 한하지 않고, 다른 구동 전압 동작하는 트랜지스터를 포함하는 경우도 있다. 예컨대, 고전압의 입출력 인터페이스를 구비한 경우에도, 대기시 전류를 저감하는 고임계치 트랜지스터와 동작 속도를 중시하는 저임계치 트랜지스터 양쪽 모두가 요망된다. Note that the high voltage transistor is not limited to a transistor that operates at 5 V, and may include a transistor that operates other driving voltages. For example, even when a high voltage input / output interface is provided, both high threshold transistors for reducing the standby current and low threshold transistors for operating speed are desired.
이러한, 여러 가지 트랜지스터를 집적화하는 경우에도 적용할 수 있는 간략화된 제조 방법이 요망된다. 특히, 예컨대 1.2 V정도로 동작 전압이 낮은 경우, 허용되는 임계치의 범위도 매우 좁아지고, 개개의 트랜지스터의 임계치를 독립적으로 설정할 수 없는 방법으로는 원하는 성능을 달성하는 것이 곤란하게 된다. 이하, 도 13에 도시하는 바와 같은 3종류의 트랜지스터를 제조하는 제조 방법을 검토한다. There is a need for a simplified manufacturing method that can be applied even when integrating various transistors. In particular, when the operating voltage is low, for example, about 1.2 V, the range of acceptable thresholds is also very narrow, and it is difficult to achieve desired performance by a method in which thresholds of individual transistors cannot be set independently. Hereinafter, the manufacturing method which manufactures three types of transistors as shown in FIG. 13 is examined.
도 14a∼14d는 가장 표준적인 제조 방법의 예를 도시한다. 14A-14D show examples of the most standard manufacturing methods.
도 14a에 도시하는 바와 같이, 우선 고전압 저임계치 전압의 트랜지스터(HV- LVt)를 형성하는 활성 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR61)를 형성하고, 웰(WP1) 형성용 p형 불순물, p형 채널 스톱 영역(CSP1) 형성용 p형 불순물, 임계치 조정(VtP1)용 p형 불순물의 이온 주입을 총 3회 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR61)는 제거한다. As shown in Fig. 14A, first, a photoresist mask PR61 for exposing an active region forming the high voltage low threshold voltage transistor HV-LVt is formed, and then a p-type impurity or p-type for forming the well WP1 is formed. Ion implantation of the p-type impurity for forming the channel stop region CSP1 and the p-type impurity for the threshold adjustment VtP1 is performed three times in total. Thereafter, photoresist mask PR61 is removed.
도 14b에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 전압의 트랜지스터(HV-HVt)를 형성하는 영역에 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR62)를 형성하고, 웰(WP2) 형성용, 채널 스톱 영역(CSP2) 형성용 및 임계치 조정(VtP2)용의 3종류의 이온 주입을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR62)는 제거한다. As shown in Fig. 14B, the photoresist mask PR62 having an opening is formed in a region where the transistors HV-HVt of high voltage high threshold voltage are formed, and the channel stop region CSP2 for forming the well WP2 is formed. Three types of ion implantation are performed for formation and for threshold adjustment (VtP2). Thereafter, photoresist mask PR62 is removed.
도 14c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터(LV) 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR63)를 형성하고, 웰(WP3) 형성용, 채널 스톱 영역(CSP3) 형성용, 임계치 조정(VtP3)용의 p형 불순물의 이온 주입을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR63)는 제거한다. 이와 같이 하여, 각 트랜지스터 영역마다 3종류의 이온 주입을 행하고, 그 후 두꺼운 게이트 산화막을 형성하고, 얇은 게이트 산화막을 형성하는 영역에 있어서 일단 형성한 게이트 산화막을 제거하고, 새롭게 얇은 게이트 산화막을 형성한다. 그 후, 통상의 방법에 따라서, 다결정 실리콘 등의 게이트 전극을 형성한다. As shown in FIG. 14C, the photoresist mask PR63 exposing the low voltage transistor LV region is formed, for forming the well WP3, for forming the channel stop region CSP3, and for adjusting the threshold value VtP3. Ion implantation of p-type impurities is performed. Thereafter, photoresist mask PR63 is removed. In this manner, three kinds of ion implantation are performed for each transistor region, a thick gate oxide film is formed thereafter, the gate oxide film once formed is removed in the region where the thin gate oxide film is formed, and a new thin gate oxide film is newly formed. . Thereafter, a gate electrode such as polycrystalline silicon is formed in accordance with a conventional method.
도 14d는 이와 같이 하여 형성된 3종류의 n채널 MOS 트랜지스터를 도시한다. 3종류의 트랜지스터를 형성하기 위해서, 소자 분리 후 게이트 절연막 형성 전에 3장의 마스크와 9회의 이온 주입을 행하고 있다. 공정수를 감소시키는 것이 요망된다. Fig. 14D shows three kinds of n-channel MOS transistors formed in this way. In order to form three types of transistors, three masks and nine ion implantations are performed after element isolation and before formation of the gate insulating film. It is desirable to reduce the number of processes.
도 15a∼15c는 공정을 간략화한 제조 방법의 예를 도시한다. 15A to 15C show an example of a manufacturing method that simplifies the process.
도 15a에 도시하는 바와 같이, 고전압 트랜지스터(HV-LVt, HV-HVt) 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR71)를 형성하고, 2개의 트랜지스터 영역에 공통으로 웰(WP1), 채널 스톱 영역(CSP1) 및 임계치 조정 영역(VtP1) 형성을 위해 3회의 이온 주입을 행한다. As shown in Fig. 15A, the photoresist mask PR71 exposing the high voltage transistors HV-LVt and HV-HVt regions is formed, and the well WP1 and the channel stop region CSP1 are common to the two transistor regions. And ion implantation three times to form the threshold adjustment region VtP1.
또한, 임계치 조정용 이온 주입은 낮은 임계치를 갖는 고전압 트랜지스터(HV-LVt)에서의 적정한 임계치를 생성하는 농도이다. 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt)에서는 이대로는 적정한 임계치가 얻어지지 않는다. In addition, the ion implantation for adjusting the threshold is a concentration that produces an appropriate threshold in the high voltage transistor HV-LVt having a low threshold. In the high voltage high threshold transistors HV-HVt, an appropriate threshold value is not obtained as it is.
도 15b에 도시하는 바와 같이, 고임계치, 고전압 트랜지스터(HV-HVt) 영역을 노출시키는 레지스트 마스크(PR62)를 형성하고, 임계치 조정(VtP2)을 위해 추가적 이온 주입을 행한다. 추가된 이온 주입에 의해 임계치가 적정한 값까지 높아진다. 그 후, 포토레지스트 마스크(PR62)는 제거한다. As shown in Fig. 15B, a resist mask PR62 exposing the high threshold, high voltage transistor (HV-HVt) region is formed, and further ion implantation is performed for threshold adjustment VtP2. The added ion implantation raises the threshold to an appropriate value. Thereafter, photoresist mask PR62 is removed.
도 15c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터(LV) 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR63)를 형성하고, 저전압 트랜지스터 영역에 웰(WP2), 채널 스톱 영역(CSP2) 및 임계치 조정(VtP3) 형성용의 3회의 이온 주입을 행한다. As shown in Fig. 15C, the photoresist mask PR63 exposing the low voltage transistor LV region is formed, and the well WP2, the channel stop region CSP2, and the threshold adjustment VtP3 are formed in the low voltage transistor region. Ion implantation three times.
이 방법에 의하면 마스크는 3장으로 변하지 않지만, 이온 주입의 횟수는 7회로 2회 감소시킬 수 있다. According to this method, the mask does not change to three, but the number of ion implantation can be reduced twice to seven times.
도 16a∼16c는 공정을 간략화한 다른 제조 방법을 도시한다. 16A-16C show another manufacturing method that simplifies the process.
도 16a에 도시하는 바와 같이, 3종류의 트랜지스터 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR81)를 형성하고, 모든 영역에 공통으로 웰(WP), 채널 스톱 영역 (CSP) 및 임계치 조정(VtP1) 형성용의 이온 주입을 행한다. 임계치 조정용 이온 주입은 저임계치, 고전압 트랜지스터(HV-LVt)에 적합하도록 조정한 조건으로 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR81)는 제거한다. As shown in Fig. 16A, a photoresist mask PR81 for exposing three kinds of transistor regions is formed, and for forming wells WP, channel stop regions CSP, and threshold adjustments VtP1 in common in all regions. Ion implantation. Ion implantation for threshold adjustment is performed on the conditions adjusted so that it may be suitable for the low threshold and high voltage transistor (HV-LVt). Thereafter, photoresist mask PR81 is removed.
도 16b에 도시하는 바와 같이, 고임계치, 고전압 트랜지스터(HV-HVt)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR62)를 형성하고, 임계치 조정(VtP2)을 위해 추가 이온 주입을 행한다. 레지스트 마스크(PR62)는 그 후 제거한다. As shown in Fig. 16B, photoresist mask PR62 having an opening exposing the high threshold and high voltage transistors HV-HVt is formed, and further ion implantation is performed for threshold adjustment VtP2. The resist mask PR62 is then removed.
도 16c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터 영역(LV)을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR63)를 형성하고, 저전압 트랜지스터의 임계치 조정(VtP3)을 위해 추가 이온 주입을 행한다. As shown in Fig. 16C, photoresist mask PR63 exposing the low voltage transistor region LV is formed, and further ion implantation is performed for threshold adjustment VtP3 of the low voltage transistor.
이 방법에 의하면, 마스크는 3장으로 변하지 않지만, 이온 주입의 횟수는 5회로 추가로 2회 감소시킬 수 있다. According to this method, the mask does not change to three sheets, but the number of ion implantation can be further reduced twice in five times.
본 발명자들의 검토에 의하면, 도 16a∼16c의 방법을 이용한 경우, 1.2 V 동작 트랜지스터를 위한 기생 트랜지스터의 임계치를 높이기 위해서 채널 스톱 영역 형성용 이온 주입 농도를 크게 하면, 그것만으로 5 V 트랜지스터부의 농도가 지나치게 높아진다. 이 결과, 저임계치, 고전압 트랜지스터(HV-LVt)를 실현할 수 없다는 것이 판명되었다. 따라서, 공정수가 가장 적은 도 16a∼16c의 제조 방법을 그대로로는 채용할 수 없다. According to the studies of the present inventors, in the case of using the method of FIGS. 16A to 16C, when the ion implantation concentration for forming the channel stop region is increased in order to increase the threshold of the parasitic transistor for the 1.2 V operation transistor, the concentration of the 5 V transistor portion alone is increased. Too high. As a result, it has been found that low threshold, high voltage transistor (HV-LVt) cannot be realized. Therefore, the manufacturing method of FIGS. 16A-16C with the fewest process number cannot be employ | adopted as it is.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1a∼1d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 주요 공정을 도시하는 단면도이다. 1A to 1D are cross-sectional views showing main steps of the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
도 1a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)의 한 표면에 주지의 방법대로 STI(12)를 형성한다. 복수의 활성 영역이 STI(12)에 의해 획정된다. 이하, 활성 영역과 거기에 형성되는 트랜지스터를 동일한 부호로 나타낸다. 이온 주입과 이온 주입된 영역도 동일한 부호로 나타낸다. As shown in FIG. 1A, the
도면 중 좌측의 활성 영역에는 고전압 저임계치의 트랜지스터(HV-LVt)를 형성한다. 도면 중 중앙의 활성 영역에는 고전압 고임계치의 트랜지스터(HV-HVt)를 형성한다. 도면 중 우측의 활성 영역에는 저전압 트랜지스터(LV)를 형성한다. A high voltage low threshold transistor HV-LVt is formed in the active region on the left side of the figure. In the center active region in the figure, a high voltage high threshold transistor (HV-HVt) is formed. The low voltage transistor LV is formed in the active region on the right side of the drawing.
우선, 3개의 활성 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, 각 영역에서 STI와 동등하거나 보다 깊은 깊이 위치에 극대치를 갖는 웰을 형성하는 이온 주입(14) 및 STI와 대략 동등한 깊이 위치에 극대치를 갖는 채널 스톱 영역을 형성하는 이온 주입(15)을 행한다. 채널 스톱 영역(15)은 고전압 저임계치 트랜지스터(HV-LVt)에 있어서 저임계치를 생성한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. First, a photoresist mask PR11 having an opening exposing three active regions is formed, and approximately each of the
또한, 도면에 있어서는 각 불순물 농도의 피크 부분을 영역으로 도시하였지만, 실제 불순물 농도 분포는 보다 폭넓은 영역으로 확대되어 있다. 극대치의 위치가 다소 변화하여도 반도체 장치의 동작에 그다지 영향을 주지 않는 경우도 많다. 「동등」,「대략 동등」은 반도체 장치의 동작상 동일하다고 볼 수 있는 범위를 포함한다. In addition, although the peak part of each impurity concentration was shown by the area in the figure, the actual impurity concentration distribution is expanded to wider area | region. Even if the position of the maximum value changes somewhat, it does not affect the operation | movement of a semiconductor device very much. "Equivalence" and "approximately equivalent" include a range that can be considered to be the same in operation of the semiconductor device.
도 1b에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt) 및 저전압 트랜지스터(LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR12)를 형성하 고, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt) 또는 저전압 트랜지스터(LV)에 대한 필드 트랜지스터의 임계치를 달성하는 도즈량이 큰 쪽을 추가 이온 주입하고, 채널 스톱 영역(15x)을 형성한다. 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt)가 0.5 V 이상이면, 통상 전자(前者)를 달성하는 도즈량이 크고, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt)는 자유롭게 설정할 수 있다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in FIG. 1B, a photoresist mask PR12 having an opening for exposing the high voltage high threshold transistor HV-HVt and the low voltage transistor LV is formed, and the high voltage high threshold transistor HV-HVt or The larger the dose amount that achieves the threshold value of the field transistor relative to the low voltage transistor LV is further ion implanted to form the
도 1c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터(LV)를 개구하는 포토레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 이온 주입(16)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. As shown in FIG. 1C, photoresist mask PR13 for opening the low voltage transistor LV is formed, and the threshold value adjusting
이상의 공정에 의해, 3장의 마스크 및 4회의 이온 주입에 의해 3종류의 트랜지스터에 대한 웰 영역을 형성할 수 있다. 이 방법은, 예컨대 저전압 트랜지스터가 게이트 길이 0.13 ㎛, 동작 전압 1.2 V와 같이, 미세화된 트랜지스터에도 양호하게 행할 수 있다. Through the above steps, well regions for three kinds of transistors can be formed by three masks and four ion implantations. This method can be favorably performed even for a miniaturized transistor such as a low voltage transistor having a gate length of 0.13 mu m and an operating voltage of 1.2 V.
또한, 이온 주입하는 불순물을 p형이라고 하면, n채널 MOS 트랜지스터를 형성할 수 있고, 이온 주입하는 불순물을 n형이라고 하면, p채널 MOS 트랜지스터를 형성할 수 있다. If the impurity to be implanted is p-type, an n-channel MOS transistor can be formed. If the impurity to be implanted is n-type, a p-channel MOS transistor can be formed.
도 1d에 도시하는 바와 같이, 주지의 방법대로, 반도체 기판 표면 위에 두꺼운 게이트 산화막(GI1) 및 얇은 게이트 산화막(GI2)을 형성하고, 폴리실리콘에 의해 게이트 전극을 형성하고, 익스텐션부의 이온 주입을 행한 후 사이드 월 스페이서를 형성하고, 고농도 소스/드레인 영역에 대한 이온 주입을 행하여 각 트랜지스터를 완성한다. 고전압 트랜지스터(17) 및 저전압 트랜지스터(18)가 형성된다. As shown in FIG. 1D, a thick gate oxide film GI1 and a thin gate oxide film GI2 are formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode is formed of polysilicon, and ion implantation is performed on the surface of the semiconductor substrate. After that, sidewall spacers are formed, and ion implantation is performed in the high concentration source / drain regions to complete each transistor. The
또한, 전술한 실시예에 있어서는 3개의 활성 영역에 대하여 공통의 웰용 이온 주입과 채널 스톱용 이온 주입을 행하였다. 웰용 이온 주입의 농도를 높게, 및 /또는 주입 깊이를 얕게 함으로써, 고전압 저임계치 트랜지스터용의 채널 스톱 이온 주입을 생략하는 것도 가능해진다. 도 2a∼2d는 이 변형예를 도시한다. In addition, in the above-described embodiment, common ion implantation and channel stop ion implantation were performed for the three active regions. It is also possible to omit channel stop ion implantation for a high voltage low threshold transistor by increasing the concentration of the well implantation and / or making the implantation depth shallow. 2A to 2D show this modification.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 3개의 활성 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, 3개의 활성 영역에 대하여 공통의 웰 영역의 이온 주입(14s)을 행한다. 웰 영역용 이온 주입(14s)은 도 1A의 웰 영역용 이온 주입(14)과 비교하여, 깊이가 얕고, 농도가 높게 설정되어 있다. As shown in Fig. 2A, photoresist mask PR11 having an opening exposing three active regions is formed, and
이 웰용 이온 주입(14s)에 의해, 고전압 저임계치 트랜지스터(HV-LVt)에 있어서는 채널 스톱 영역 형성용 이온 주입의 역할이 거의 달성된다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. By the
도 2b에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt) 및 저전압 트랜지스터(LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR12)를 형성하고, 채널 스톱 영역 형성용 이온 주입(15y)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in Fig. 2B, a photoresist mask PR12 having an opening exposing the high voltage high threshold transistors HV-HVt and the low voltage transistor LV is formed, and
도 2c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터(LV) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 이온 주입(16)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. 이와 같이 하여, 3장의 마스크 및 3회의 이온 주입으로써 3종류의 트랜지스터를 형성하는 웰 영역이 형성된다. As shown in Fig. 2C, photoresist mask PR13 having an opening exposing the low voltage transistor LV region is formed, and threshold
도 2d에 도시하는 바와 같이, 주지의 방법대로 고전압용 절연 게이트 전극(17) 및 저전압용 절연 게이트 전극(18)을 형성한다. As shown in FIG. 2D, the high voltage insulating
플래시 메모리와 논리 회로를 혼재하는 경우, 고전압(5 V)의 n채널 MOS 트랜지스터는 마이너스 전압을 처리하기 위해서 트리플 웰에 형성되는 경우가 있다. In the case where the flash memory and the logic circuit are mixed, a high voltage (5 V) n-channel MOS transistor may be formed in the triple well to process the negative voltage.
도 1a∼1c의 공정에 트리플 웰을 형성하는 이온 주입을 추가한 변형예를 이하에 설명한다. The modification which added the ion implantation which forms a triple well to the process of FIGS. 1A-1C is demonstrated below.
도 3a에 도시하는 바와 같이, 고전압 트랜지스터(HV-LVt, HV-HVt)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR14)를 형성하고, n형 불순물을 이온 주입하여, 트리플 웰용 n형 웰(19)을 형성한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR14)는 제거한다. As shown in Fig. 3A, a photoresist mask PR14 having an opening exposing the high voltage transistors HV-LVt and HV-HVt is formed, and n-type impurities are ion implanted to form an n-type well 19 for triple wells. ). Thereafter, photoresist mask PR14 is removed.
도 3b에 도시하는 바와 같이, 3종류의 트랜지스터 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, 3개의 트랜지스터 영역에 대하여 p형 웰의 이온 주입(14), 채널 스톱 영역의 이온 주입(15)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. As shown in Fig. 3B, a photoresist mask PR11 having an opening for exposing three kinds of transistor regions is formed, and
도 3c에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt) 및 저전압 트랜지스터(LV) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR12)를 형성하고, 채널 스톱 영역 형성용의 추가 이온 주입을 행한다. 채널 스톱 영역(15x)은 당초의 채널 스톱 영역(15)보다도 불순물 농도가 높아진다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in Fig. 3C, a photoresist mask PR12 having an opening exposing the high voltage high threshold transistors HV-HVt and the low voltage transistor LV region is formed, and further ion implantation for forming the channel stop region is performed. Do it. The
도 3d에 도시하는 바와 같이, 저전압용 트랜지스터(LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 이온 주입(16)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. As shown in FIG. 3D, photoresist mask PR13 having an opening exposing the low voltage transistor LV is formed, and the threshold value adjusting
도 3e에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터의 n형 웰 영역 형성 공정에서 이용하는 포토레지스트 마스크(PR15)에, n채널 MOS 트랜지스터 영역의 주변에, 먼저 형성한 n형 웰(19)의 주변과 연속하는 영역에 개구를 형성한다. As shown in Fig. 3E, the photoresist mask PR15 used in the n-type well region forming step of the p-channel MOS transistor is formed around the n-type well 19 formed around the n-channel MOS transistor region. An opening is formed in the continuous area.
n형 웰의 이온 주입과 함께, p채널 트랜지스터 영역의 n형 웰(19)의 주변부에 n형 영역(20)이 이온 주입되고, 트리플 웰용의 n형 웰이 형성된다. 이와 같이 하여, 트리플 웰을 갖는 반도체 장치가 형성된다. With the ion implantation of the n-type well, the n-
도 4a∼4d는 트리플 웰을 형성하는 다른 변형예를 도시한다. 4A-4D illustrate another variant of forming a triple well.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 고전압 트랜지스터(HV-LVt, HV-HVt) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR14)를 형성하고, 트리플 웰용 n형 웰(19), p형 웰(14H), 채널 스톱 영역(15H)의 이온 주입을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR14)는 제거한다. As shown in Fig. 4A, the photoresist mask PR14 having an opening exposing the high voltage transistors HV-LVt and HV-HVt regions is formed, and the n-type well 19 for the triple well and the p-
도 4b에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt), 저전압 트랜지스터(LV) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR12)를 형성하고, 웰 영역용 이온 주입(14L) 및 채널 스톱용 이온 주입(15L)을 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in Fig. 4B, a high voltage high threshold transistor HV-HVt, a photoresist mask PR12 having an opening exposing the low voltage transistor LV region is formed, an
고전압 고임계치 트랜지스터(HV-HVt) 영역에 있어서는, 2회의 웰 영역용 이온 주입이 중첩되고, 불순물 농도가 높은 p형 웰(14M)이 형성되며, 2회의 채널 스톱 영역용 이온 주입이 중첩되고, 불순물 농도가 높은 채널 스톱 영역(15M)이 형성 된다. 저전압 트랜지스터(LV)용 영역에 있어서는, 이번의 온 주입에 의해서만 불순물 농도가 낮은 웰 영역(14L)과 불순물 농도가 낮은 채널 스톱 영역(15L)이 형성된다. In the high voltage high threshold transistor (HV-HVt) region, two well region ion implantations overlap, a p-
도 4c에 도시하는 바와 같이, 저전압 트랜지스터(LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 이온 주입(16L)을 행한다. 저전압 트랜지스터(LV)에 있어서만, 임계치 조정용 이온 주입이 행해진다. As shown in Fig. 4C, photoresist mask PR13 having an opening exposing the low voltage transistor LV is formed, and threshold
도 4d에 도시하는 바와 같이, n형 웰 형성 공정에서, 포토레지스트 마스크(PR15)에 n형 웰(19) 주변에 연속하도록 개구를 형성하고, n형 불순물의 이온 주입(20)을 행한다. 트리플 웰의 n형 웰이 형성된다. As shown in Fig. 4D, in the n-type well forming step, an opening is formed in the photoresist mask PR15 so as to be continuous around the n-
이와 같이 하여, 도 3a∼3e에 비해서, 마스크 한 장을 감소시킨 공정수로 원하는 구성의 웰을 갖는 반도체 장치를 형성할 수 있다. 또한, p채널 MOS 장치의 경우도 불순물의 도전형을 반전시켜 동일한 제조 공정을 채용할 수 있다. In this manner, a semiconductor device having a well having a desired configuration can be formed by the number of steps in which one mask is reduced as compared with FIGS. 3A to 3E. In the case of the p-channel MOS device, the same manufacturing process can be adopted by reversing the conductivity type of the impurity.
도 5a는 좌측에 3개의 n채널 트랜지스터 영역, 우측에 3개의 p채널 트랜지스터 영역을 도시한다. 도 1a-1d에 도시한 제조 방법과 마찬가지로 n채널 트랜지스터 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, p형 웰(14), p형 채널 스톱(15)의 이온 주입을 행한다. 5A shows three n-channel transistor regions on the left side and three p-channel transistor regions on the right side. Similarly to the manufacturing method shown in FIGS. 1A-1D, photoresist mask PR11 exposing the n-channel transistor region is formed, and ion implantation of p-
p형 웰(14)의 이온 주입은 예컨대 B+ 이온을 가속 에너지 400 keV, 도즈량 1.5×1013 cm-2로 이온 주입한다. p형 채널 스톱(15)의 이온 주입은 예컨대 B+ 이온을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 2×1012으로 이온 주입한다. 그 후, 포토레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. In the ion implantation of the p-
도 5b에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 전압 n채널 트랜지스터(N-HV-HVt) 영역 및 저전압 n채널 트랜지스터(N-LV) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR12)를 형성하고, 채널 스톱 영역 형성용 추가 B+ 이온 주입을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 6×1012 cm-2로 행한다. 추가 이온 주입이 행하여지고, 불순물 농도를 증가한 채널 스톱 영역(15x)이 형성된다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in Fig. 5B, a photoresist mask PR12 having an opening exposing the high voltage high threshold voltage n-channel transistor (N-HV-HVt) region and the low voltage n-channel transistor (N-LV) region is formed, Additional B + ion implantation for channel stop region formation is performed at an acceleration energy of 100 keV and a dose of 6 × 10 12 cm −2 . Further ion implantation is performed, and a
도 5c에 도시하는 바와 같이, p채널 트랜지스터 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR21)를 형성하고, n형 웰(24) 형성용 이온 주입을 행한다. P+ 이온을 가속 에너지 600 keV, 도즈량 3.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR21)는 제거한다. As shown in Fig. 5C, photoresist mask PR21 having an opening exposing the p-channel transistor region is formed, and ion implantation for forming n-
도 5d에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 전압 p채널 트랜지스터(P-HV-HVt) 및 저전압 P채널 트랜지스터(P-LV) 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR22)를 형성하고, 채널 스톱 영역(25) 형성용 P+ 이온 주입을 가속 에너지 240 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR22)는 제거한다. As shown in Fig. 5D, a photoresist mask PR22 having an opening exposing the high voltage high threshold voltage p-channel transistor P-HV-HVt and the low voltage P-channel transistor P-LV region is formed, and the channel is formed. P + ion implantation for forming the
도 5e에 도시하는 바와 같이, n채널 저전압 트랜지스터(N-LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 p형 불순물의 B+ 이온 주입(16)을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 4×1012 cm-2로 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. As shown in Fig. 5E, a photoresist mask PR13 having an opening exposing the n-channel low voltage transistor N-LV is formed, and the B + ion implantation 16 of the p-type impurity for threshold adjustment is accelerated to 10 keV, the dose is 4 × 10 12 cm -2 . Thereafter, photoresist mask PR13 is removed.
도 5f에 도시하는 바와 같이, 저전압 p채널 트랜지스터(P-LV)를 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR23)를 형성하고, 임계치 조정 n형 불순물의 As+ 이온 주입(26)을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 행한다. 그 후 포토레지스트 마스크(PR23)는 제거한다. As shown in FIG. 5F, a photoresist mask PR23 having an opening exposing the low voltage p-channel transistor P-LV is formed, and As +
이와 같이, 6장의 마스크 및 7회의 이온 주입으로써, 3종류의 n채널 MOS 트랜지스터 및 3종류의 p채널 MOS 트랜지스터를 위한 웰 영역을 형성할 수 있다. In this manner, by six masks and seven ion implantations, well regions for three kinds of n-channel MOS transistors and three kinds of p-channel MOS transistors can be formed.
도 6a∼6d는 도 5a∼5f에서 형성되는 트랜지스터를 설명하기 위한 도면이다. 6A to 6D are diagrams for explaining the transistors formed in Figs. 5A to 5F.
도 6a는 트랜지스터의 평면 구성을 개략적으로 도시한다. 폭 W의 직사각형 활성 영역 위에 절연 게이트 전극이 형성된다. 절연 게이트 전극(G)의 전류 방향 길이(게이트 길이)는 L이다. 6A schematically shows a planar configuration of a transistor. An insulating gate electrode is formed over the rectangular active region of width W. The current direction length (gate length) of the insulated gate electrode G is L. FIG.
도 6b는 형성되는 각종 트랜지스터의 특성을 나타내는 표이다. 저전압 n채널 MOS 트랜지스터(N-LV)는 게이트 폭(W)에 대한 게이트 길이의 비 L/W = 0.11/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 0.2 V이다. n채널 고전압 고임계치 MOS 트랜지스터(N-HV-HVt)는 L/W가 0.70/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 0.6 V이다. n채널 고전압 저임계치 MOS 트랜지스터(N-HV-LVt)는 L/W 비가 0.70/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 0.2 V이다. 6B is a table showing the characteristics of the various transistors formed. The low voltage n-channel MOS transistor N-LV has a ratio L / W of the gate length to the gate width W = 0.11 / 1 탆, and the threshold Vt is 0.2V. The n-channel high voltage high threshold MOS transistor (N-HV-HVt) has a L / W of 0.70 / 1 mu m and a threshold Vt of 0.6 V. The n-channel high voltage low threshold MOS transistor (N-HV-LVt) has an L / W ratio of 0.70 / 1 mu m and a threshold Vt of 0.2V.
p채널 저전압 MOS 트랜지스터(P-LV)는 L/W가 0.11/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 -0.2 V이다. p채널 고전압 고임계치 MOS 트랜지스터(P-HV-HVt)는 L/W 비가 0.70/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 -0.6 V이다. p채널 고전압 저임계치 MOS 트랜지스터(P-HV-LVt)는 L/W 비가 0.70/1 ㎛이며, 임계치(Vt)는 -0.2 V이다. The p-channel low voltage MOS transistor P-LV has an L / W of 0.11 / 1 탆 and a threshold Vt of -0.2V. The p-channel high voltage high threshold MOS transistor (P-HV-HVt) has an L / W ratio of 0.70 / 1 mu m and a threshold Vt of -0.6 V. The p-channel high voltage low threshold MOS transistor (P-HV-LVt) has an L / W ratio of 0.70 / 1 mu m and a threshold Vt of -0.2V.
도 6c는 n채널 MOS 트랜지스터 영역의 불순물 농도 분포를 도시한다. 횡축이 기판 표면으로부터의 깊이, 종축이 붕소 농도를 도시한다. 곡선 N-LV, N-HV-HVt, N-HV-LVt은 각각 n채널 저전압 트랜지스터 영역, n채널 고전압 고임계치 트랜지스터 영역, n채널 고전압 저임계치 트랜지스터 영역의 불순물 농도 분포를 나타낸다.6C shows the impurity concentration distribution in the n-channel MOS transistor region. The abscissa shows the depth from the substrate surface, and the ordinate shows the boron concentration. Curves N-LV, N-HV-HVt, and N-HV-LVt represent impurity concentration distributions in the n-channel low voltage transistor region, the n-channel high voltage high threshold transistor region, and the n-channel high voltage low threshold transistor region, respectively.
웰의 이온 주입은 3종류의 트랜지스터 영역에 대하여 공통이다. 소자 분리 영역과 대략 동등한 깊이의 채널 스톱 영역의 이온 주입은 n채널 고전압 저임계치 트랜지스터 영역에서는 1회만의 이온 주입에 대응하여 낮고, n채널, 고전압 고임계치 트랜지스터 영역 및 n채널 저전압 트랜지스터 영역에서는 2회의 이온 주입에 대응하여 높다. Ion implantation of the wells is common for the three types of transistor regions. The ion implantation in the channel stop region of approximately the same depth as the device isolation region is low in response to only one ion implantation in the n-channel high voltage low threshold transistor region and twice in the n-channel, high voltage high threshold transistor region and n-channel low voltage transistor region. High in response to ion implantation.
기판의 보다 얕은 영역에 있어서는, 저전압 트랜지스터(N-LV) 영역에서의 임계치 조정용 이온 주입에 대응하여 높은 p형 농도 피크가 형성되어 있다. In the shallower region of the substrate, a high p-type concentration peak is formed corresponding to the threshold ion implantation in the low voltage transistor (N-LV) region.
도 6d는 p채널 MOS 트랜지스터 영역에 있어서의 불순물 농도 분포를 나타내는 그래프이다. 횡축이 기판 표면에서부터의 깊이, 종축이 n형 불순물 농도를 나타낸다. 곡선 P-LV, P-HV-HVt, P-HV-LVt은 각각 p채널 저전압 트랜지스터, p채널 고전압 고임계치 트랜지스터, p채널 고전압 저임계치 트랜지스터 영역의 불순물 농도 분포를 나타낸다. 웰의 이온 주입은 공통이다. 6D is a graph showing impurity concentration distribution in the p-channel MOS transistor region. The horizontal axis represents depth from the substrate surface, and the vertical axis represents n-type impurity concentration. Curves P-LV, P-HV-HVt, and P-HV-LVt show impurity concentration distributions in the p-channel low voltage transistor, the p-channel high voltage high threshold transistor, and the p-channel high voltage low threshold transistor region, respectively. Ion implantation of the wells is common.
소자 분리 영역과 대략 동등한 깊이의 채널 스톱의 이온 주입은 고전압 고임계치 트랜지스터 영역, 저전압 트랜지스터 영역에만 행해져, 피크 좌측의 불순물 농도를 높게 하고 있다. 또한 얕은 영역에 있어서, 저전압 트랜지스터 영역에서 임계치 조정용 이온 주입에 의해 n형 불순물의 피크가 형성되어 있다. Ion implantation at a channel stop of approximately the same depth as the device isolation region is performed only in the high voltage high threshold transistor region and the low voltage transistor region to increase the impurity concentration at the left side of the peak. In the shallow region, the peak of the n-type impurity is formed in the low voltage transistor region by ion implantation for threshold adjustment.
다음에, 플래시 메모리 셀을 혼재한 0.13 ㎛ 로직 프로세스에 관해서 보다 상세히 설명한다. Next, a 0.13 mu m logic process in which flash memory cells are mixed is described in more detail.
도 7은 이 반도체 장치에 집적화되는 11종류의 트랜지스터를 열거한 것이다. 트랜지스터(FM)는 플래시 메모리 셀을 나타낸다. 고전압 저임계치 트랜지스터(N-HV-LVt)는 고내압이고 낮은 임계치를 갖는 n채널 MOS 트랜지스터이다. 고전압 고임계치 트랜지스터(N-HV-HVt)는 고내압 고임계치의 n채널 MOS 트랜지스터이다. 고전압 저임계치 트랜지스터(P-HV-LVt)는 고내압 저임계치의 p채널 MOS 트랜지스터이다. 고전압 고임계치 트랜지스터 (P-HV-HVt)는 고내압 고임계치의 p채널 MOS 트랜지스터이다. Fig. 7 lists 11 types of transistors integrated in this semiconductor device. Transistor FM represents a flash memory cell. The high voltage low threshold transistor (N-HV-LVt) is an n-channel MOS transistor having a high breakdown voltage and a low threshold. The high voltage high threshold transistor (N-HV-HVt) is an n-channel MOS transistor of high breakdown voltage high threshold. The high voltage low threshold transistor (P-HV-LVt) is a high breakdown voltage low threshold p-channel MOS transistor. The high voltage high threshold transistor (P-HV-HVt) is a high breakdown voltage high threshold p-channel MOS transistor.
중내압 트랜지스터(N-MV)는 입출력 인터페이스에 이용되는 예컨대 2.5 V 동작의 n채널 MOS 트랜지스터이다. 중내압 트랜지스터(P-MV)는 입출력 인터페이스에 이용되는 예컨대 2.5 V 동작의 p채널 MOS 트랜지스터이다. The medium breakdown voltage transistor (N-MV) is an n-channel MOS transistor of, for example, 2.5V operation used for an input / output interface. The medium voltage transistor (P-MV) is a p-channel MOS transistor of, for example, 2.5V operation used for an input / output interface.
저전압 고임계치 트랜지스터(N-LV-HVt)는 저내압 고임계치의 n채널 MOS 트랜지스터이다. 저전압 저임계치 트랜지스터(N-LV-LVt)는 저내압 저임계치의 n채널M0S 트랜지스터이다. 저전압 고임계치 트랜지스터(P-LV-HVt)는 저내압 고임계치의 p채널 MOS 트랜지스터이다. 저전압 저임계치 트랜지스터(P-LV- LVt)는 저내압 저임계치의 p채널 M0S 트랜지스터이다. The low voltage high threshold transistor N-LV-HVt is a low breakdown voltage high threshold n-channel MOS transistor. The low voltage low threshold transistor N-LV-LVt is an n-channel MOS transistor having a low breakdown voltage low threshold. The low voltage high threshold transistor P-LV-HVt is a low breakdown voltage high threshold p-channel MOS transistor. The low voltage low threshold transistor (P-LV-LVt) is a low breakdown voltage low threshold p-channel MOS transistor.
n채널 고전압 트랜지스터 및 플래시 메모리 셀은 n형 웰(19) 내의 p형 웰 (14) 내에 형성된다. n채널 트랜지스터는 p형 웰(14) 내에 형성되고, p채널 MOS 트랜지스터는 n형 웰(24)에 형성된다. 고내압 저임계치 p채널 MOS 트랜지스터(P-HV-LVt) 이외의 트랜지스터에는 채널 스톱 영역(15, 25)이 형성되어 있다. The n-channel high voltage transistor and the flash memory cell are formed in the p-type well 14 in the n-
저전압 고임계치 트랜지스터(N-LV-HVt, P-LV-HVt)에는 임계치 조정용 이온 주입(16, 26)이 형성되어 있다. 중전압 트랜지스터(N-MV, P-MV)에는 임계치 조정용 이온 주입(37, 38)이 형성되어 있다. 플래시 메모리(FM)에는 임계치 조정용 이온 주입(36)이 형성되어 있다. 임계치 조정용 이온 주입과 채널 스톱 영역이 협동하여 트랜지스터의 임계치를 조정하고 있다. In the low voltage high threshold transistors N-LV-HVt and P-LV-HVt,
이하, 도 7에 도시하는 반도체 장치를 제조하는 제조 공정에 관해서 설명한다. Hereinafter, the manufacturing process of manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 7 is demonstrated.
도 8a에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(11)에 STI(12)를 형성하고, 이어서 실리콘 기판 표면을 열산화하여, 예컨대 두께 10 nm의 산화실리콘막(13)을 형성한다. As shown in Fig. 8A, the
도 8b에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리 셀(FM) 및 고전압 n채널 MOS 트랜지스터(N-HV) 영역을 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR14)를 형성하고, n형 웰 형성용의 P+ 이온을 가속 에너지 2 MeV, 도즈량 2×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR14)는 제거한다. As shown in Fig. 8B, a photoresist mask PR14 exposing the flash memory cell FM and the high voltage n-channel MOS transistor (N-HV) region is formed to accelerate P + ions for n-type well formation. Ions are implanted with
도 8c에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리(FM) 및 n채널 MOS 트랜지스터 영역을 노출시키는 개구를 갖는 포토레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, p형 웰 형 성용의 B+ 이온을 가속 에너지 400 keV, 도즈량 1.5×1013 cm-2로 이온 주입하며, 또한 채널 스톱 영역 형성용의 B+ 이온을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 2×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. 이와 같이 하여, p형 웰(14) 및 채널 스톱 영역(15)이 형성된다. As shown in Fig. 8C, a photoresist mask PR11 having an opening exposing the flash memory FM and the n-channel MOS transistor region is formed, and B + ions for p-type well formation are accelerated to 400 keV, Ion implantation is carried out at a dose amount of 1.5 × 10 13 cm −2 , and B + ions for channel stop region formation are implanted at an acceleration energy of 100 keV and a dose amount of 2 × 10 12 cm −2 . Thereafter, resist mask PR11 is removed. In this way, the p-
도 8d에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리(FM) 및 고전압 저임계치 n채널 트랜지스터(N-HV-LVt)를 제외하는 n채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR12)를 형성하고, 채널 스톱 영역 형성용의 B+ 이온을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 6×1012로 추가적으로 이온 주입한다. 추가 이온 주입이 된 채널 스톱 영역(15x)이 형성된다. 그 후 레지스트 마스크(PR12)는 제거한다. As shown in Fig. 8D, a resist mask PR12 for exposing the n-channel MOS transistors excluding the flash memory FM and the high voltage low threshold n-channel transistor N-HV-LVt is formed, and a channel stop region is formed. Dragon B + ions are additionally implanted with an acceleration energy of 100 keV and a dose of 6 × 10 12 . The
도 8e에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR21)를 형성하고, n형 웰(24) 형성용의 P+ 이온을 가속 에너지 600 keV, 도즈량 3.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR21)는 제거한다. As shown in Fig. 8E, a resist mask PR21 for exposing the p-channel MOS transistor is formed, and P + ions for forming the n-type well 24 are accelerated to 600 keV and the dose amount is 3.0 x 10 13 cm- . Ion implanted at 2 . Thereafter, resist mask PR21 is removed.
도 8f에 도시하는 바와 같이, 고전압 저임계치 트랜지스터를 제외하는 p채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR22)를 형성하고, 채널 스톱 영역(25) 형성용의 P+ 이온을 가속 에너지 240 keV, 도즈량 5.0×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR22)는 제거한다. As shown in Fig. 8F, a resist mask PR22 for exposing the p-channel MOS transistors excluding the high voltage low threshold transistor is formed, and P + ions for forming the
도 8g에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리 셀(FM)을 노출시키는 레지스트 마스크(PR31)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(36)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 40 keV, 도즈량 6×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR31)는 제거한다. As shown in Fig. 8G, a resist mask PR31 for exposing the flash memory cell FM is formed, and B + ions for forming the
도 8h에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판 표면의 산화실리콘막(13)을 HF 용액으로써 제거한다. 그러면, 활성 영역의 실리콘 표면이 노출된다. As shown in Fig. 8H, the
도 8i에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판 표면을 열산화하고, 두께 약 10 nm의 터널 산화막을 성장시킨다. 터널 산화막 위에 두께 약 90 nm의 인(P)을 도프한 비정질 실리콘 막을 CVD로 퇴적하고, 부동 게이트(31)의 형상으로 패터닝한다. 또한, 비정질 실리콘 막은 그 후의 열처리에 의해 폴리실리콘막으로 변환된다. As shown in Fig. 8I, the surface of the semiconductor substrate is thermally oxidized to grow a tunnel oxide film having a thickness of about 10 nm. An amorphous silicon film doped with phosphorus (P) having a thickness of about 90 nm on the tunnel oxide film is deposited by CVD and patterned into the shape of the floating
플로팅 게이트(31)를 덮도록 산화실리콘막 및 질화실리콘막을 각각 5 nm, 10 nm로 CVD로써 퇴적한다. 질화실리콘막 표면을 약 5 nm 두께 열산화하여 약 10 nm 두께의 산화실리콘막으로 하고, 전체적으로서 두께 20 nm 정도의 ONO 막(32)을 성장시킨다. A silicon oxide film and a silicon nitride film are deposited by CVD at 5 nm and 10 nm, respectively, to cover the floating
도 8j에 도시하는 바와 같이, 중전압 n채널 MOS 트랜지스터(N-MV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR32)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(37)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 30 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR32)는 제거한다.As shown in Fig. 8J, a resist mask PR32 exposing the medium voltage n-channel MOS transistor N-MV is formed, and B + ions forming the
도 8k에 도시하는 바와 같이, 중전압 p채널 MOS 트랜지스터(P-MV)를 노출시 키는 레지스트 마스크(PR33)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(38)을 형성하는 As+ 이온을 가속 에너지 150 keV, 도즈량 3×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR33)는 제거한다. As shown in FIG. 8K, as + ions forming a resist mask PR33 exposing the medium voltage p-channel MOS transistor P-MV and forming the
도 8l에 도시하는 바와 같이, 저전압 고임계치 n채널 트랜지스터(N-LV-HVt) 영역을 노출시키는 레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(16)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. As shown in FIG. 8L, a resist mask PR13 for exposing the low voltage high threshold n-channel transistor (N-LV-HVt) region is formed, and B + ions for forming the
도 8m에 도시하는 바와 같이, 저전압 고임계치 p채널 MOS 트랜지스터(P-LV-HVt)를 노출시키는 포토레지스트 마스크(PR23)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(26)을 형성하는 As+ 이온을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR23)는 제거한다. As shown in Fig. 8M, As + ions forming the photoresist mask PR23 exposing the low voltage high threshold p-channel MOS transistor P-LV-HVt and forming the
또한, 저전압 트랜지스터에는 익스텐션 형성용 마스크를 이용하여 포켓 형성용 이온 주입도 행한다. 이 조건에 의해서도 임계치가 제어된다. 여기서, 저전압 저임계치 트랜지스터에는 임계치 제어용 이온 주입이 행해지지 않지만, 포켓 주입에 의해 0.1 V 정도의 임계치가 된다. 마찬가지로 저전압 고임계치 트랜지스터의 임계치는 0.2 V 정도가 된다. The low voltage transistor is also subjected to pocket implantation ion implantation using an extension forming mask. The threshold is also controlled by this condition. Here, although the threshold voltage control ion implantation is not performed in the low voltage low threshold transistor, it becomes a threshold value of about 0.1V by pocket implantation. Similarly, the threshold of the low voltage high threshold transistor is about 0.2V.
도 8n에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리 셀(FM)을 덮는 레지스트 마스크(PR34)를 형성하고, FM 이외의 영역의 ONO 막(32)을 제거한다. 그 후, 레지스트 마 스크(PR34)는 제거한다. As shown in FIG. 8N, a resist mask PR34 covering the flash memory cell FM is formed, and the
도 8o에 도시하는 바와 같이, 기판 표면을 열산화하여, 두께 13 nm의 산화실리콘막(41)을 형성한다. As shown in Fig. 8O, the surface of the substrate is thermally oxidized to form a
도 8p에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리 셀 및 고전압 트랜지스터를 덮는 레지스트 마스크(PR41)를 형성하여, 노출된 영역 위의 산화실리콘막(41)을 제거한다. 그 후 레지스트 마스크(PR41)를 제거한다. As shown in Fig. 8P, a resist mask PR41 covering the flash memory cell and the high voltage transistor is formed to remove the
도 8q에 도시하는 바와 같이, 노출된 기판 표면에 예컨대 두께 4.5 nm의 산화실리콘막(42)을 열산화 법으로 형성하고, 레지스트 마스크(PR42)를 이용하여 저전압 트랜지스터 영역의 열산화 막(42)을 제거한다. As shown in Fig. 8Q, a
도 8r에 도시하는 바와 같이, 추가로 노출된 기판 표면에 예컨대 두께 2.2 nm의 산화실리콘막(43)을 열산화 법으로 형성한다. As shown in Fig. 8R, a
도 8s에 도시하는 바와 같이, 3종류의 게이트 절연막을 형성한 기판 표면 위에 두께 180 nm의 폴리실리콘막을 CVD에 의해 형성하고, 그 위에 두께 30 nm의 질화실리콘막을 플라즈마 CVD으로 형성한다. 질화실리콘막은 반사 방지막으로서 기능하고, 또한 에칭 마스크로서 이용할 수 있다. 포토리소그래피와 패터닝에 의해 플래시 메모리 셀의 게이트 전극(44F)을 패터닝한다. As shown in Fig. 8S, a polysilicon film having a thickness of 180 nm is formed by CVD on the substrate surface on which three types of gate insulating films are formed, and a silicon nitride film having a thickness of 30 nm is formed by plasma CVD thereon. The silicon nitride film functions as an antireflection film and can be used as an etching mask. The
도 8t에 도시하는 바와 같이, 플래시 메모리 셀의 게이트 전극 측면을 열산화하고, 소스/드레인 영역의 이온 주입을 행한다. 또한 플래시 메모리 셀의 게이트 전극을 덮는 질화실리콘막 등의 절연막을 열 CVD 법으로 형성하고, 리액티브 이온 에칭(RIE)을 행하여 게이트 전극측벽 위에 질화실리콘막의 사이드 월 스페이서(46) 를 형성한다. 폴리실리콘막 위의 질화실리콘막은 RIE와 동시에 제거한다. 그 후, 논리 회로 영역의 트랜지스터에 대하여 게이트 전극(44L)을 패터닝한다. As shown in Fig. 8T, the gate electrode side of the flash memory cell is thermally oxidized, and ion implantation of the source / drain regions is performed. An insulating film such as a silicon nitride film covering the gate electrode of the flash memory cell is formed by thermal CVD, and reactive ion etching (RIE) is performed to form the side wall spacers 46 of the silicon nitride film on the gate electrode side wall. The silicon nitride film on the polysilicon film is removed at the same time as the RIE. Thereafter, the
도 8u에 도시하는 바와 같이, 저전압 p채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR43)를 형성하고, 소스/드레인의 익스텐션을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 0.5 keV, 도즈량 3.6×1014 cm-2로 이온 주입한다. 또한 동일 마스크를 이용하고, 포켓을 형성하는 As+ 이온을 가속 에너지 80 keV, 도즈량 각 6.5×1012 cm-2로, 법선에서 28도 기운 4방향에서 이온 주입한다. As shown in Fig. 8u, low-voltage p-channel form a resist mask (PR43) exposing a MOS transistor, and accelerate the B + ions for forming the extension of the source / drain energy 0.5 keV, a dose of 3.6 × 10 14 cm - Ion implanted at 2 . In addition, using the same mask, As + ions forming a pocket are ion implanted at an acceleration energy of 80 keV and a dose amount of 6.5 × 10 12 cm −2 in four directions of 28 degrees in the normal line.
포켓을 갖는 익스텐션(47)이 형성된다. 익스텐션과 포켓은 어느 것을 먼저 형성하여도 좋다. 그 후 레지스트 마스크(PR43)는 제거한다. An extension 47 with a pocket is formed. The extension and the pocket may be formed first. After that, the resist mask PR43 is removed.
도 9a와 도 9b를 참조하여, 포켓 영역 형성 공정을 보다 상세히 설명한다. 레지스트 마스크(PR43)는 저전압 트랜지스터 영역에 개구를 갖는다. 이 기판 표면에 대하여, 법선 방향에서 소정 각도 기운 방향으로부터 불순물 이온을 이온 주입한다. 이와 같이 하여, 포켓 영역(47P)이 형성된다. 포켓 영역(47P)은 소스/드레인 영역과는 역 도전형 영역이다. 9A and 9B, the pocket region forming process will be described in more detail. The resist mask PR43 has an opening in the low voltage transistor region. Impurity ions are implanted into the surface of the substrate from a normal angle tilt direction in the normal direction. In this way, the
도 9b에 도시하는 바와 같이, 기판 법선 방향을 따라서, 고농도 소스/드레인과 같은 도전형의 익스텐션(47E) 형성을 위해 이온 주입을 행한다. 익스텐션부(K47E)는 적어도 그 선단이 포켓 영역(47P)에 둘러싸인 형상이 된다. 역 도전형의 포켓 영역을 형성함으로써, 펀치 스루(punch through)가 방지됨과 함께, 트랜지스터의 임계치 전압도 조정된다. As shown in FIG. 9B, ion implantation is performed along the substrate normal direction to form a
도 8v에 도시하는 바와 같이, 저전압 n채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR44)를 형성하고, 저전압 n채널 MOS 트랜지스터 영역에 익스텐션 영역 및 포켓 영역 형성을 위해 이온 주입을 행한다. As shown in Fig. 8V, a resist mask PR44 for exposing the low voltage n-channel MOS transistor is formed, and ion implantation is performed in the low voltage n-channel MOS transistor region to form an extension region and a pocket region.
예컨대, 익스텐션 영역 형성을 위해, As+ 이온을 가속 에너지 3 keV, 도우즈 1.1×1015 cm-2로 이온 주입하고, 포켓 영역 형성용에 BF2 + 이온을 가속 에너지 35 keV, 도즈량 각 9.5×1012 cm-2로 법선 방향에서 28도 기운 4방향에서 이온 주입한다. 이와 같이 하여, 포켓 영역을 구비한 익스텐션(48)이 형성된다. 그 후 레지스트 마스크(PR44)는 제거한다. For example, to form an extension region, As + ions are implanted with an acceleration energy of 3 keV and a dose of 1.1 × 10 15 cm −2 , and BF 2 + ions are injected with an acceleration energy of 35 keV and a dose amount of 9.5 for pocket region formation. Ion implantation is carried out in 4 directions with 28 ° in the normal direction at 10 × 10 12 cm −2 . In this way, an extension 48 having a pocket area is formed. Thereafter, resist mask PR44 is removed.
도 8w에 도시하는 바와 같이, 중전압 p채널 MOS 트랜지스터(P-MV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR45)를 형성하고, 익스텐션(49)을 형성하는 BF2 +를 가속 에너지 10 keV, 도즈량 7.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR45)는 제거한다. As shown in Fig. 8w, medium-voltage p-channel MOS transistor (P-MV) for which the resist mask (PR45) to, and extension (49) BF 2 + an acceleration energy of 10 keV, a dose of 7.0 to form a forming impression Ion implantation at x10 13 cm -2 . After that, the resist mask PR45 is removed.
도 8x에 도시하는 바와 같이, 중전압 n채널 MOS 트랜지스터(N-MV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR46)를 형성하고, 익스텐션(50) 형성용의 P+ 이온을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 3.O×1O13 cm-2로 이온 주입한다. 또한, As+ 이온을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 2.0×1013 cm-2 이온 주입한다. As는 소스 드레인 전류(Ids)를 크 게 하기 위해서 추가 주입된다. P는 핫 캐리어 내성을 높이는 기능도 갖는다. As 이온 주입을 제외하면 기생 저항이 늘고, Ids는 10% 정도 감소한다. 그 후 레지스트 마스크(PR46)는 제거한다. As shown in Fig. 8X, a resist mask PR46 exposing the medium voltage n-channel MOS transistor (N-MV) is formed, and P + ions for forming the
도 8y에 도시하는 바와 같이, 고전압 p채널 MOS 트랜지스터(P-HV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR47)를 형성하고, 익스텐션부(51)를 형성하는 BF2 + 이온을 가속 에너지 80 keV, 도즈량 4.5×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR47)는 제거한다. Also, the high-voltage p-channel MOS transistor (P-HV), BF 2 + ions at an acceleration energy of 80 keV, a dose amount to form a resist mask (PR47), and forms the extension section (51) for exposing, as shown in 8y Ion implantation at 4.5 x 10 13 cm -2 . Thereafter, resist mask PR47 is removed.
도 8z에 도시하는 바와 같이, 고전압 n채널 MOS 트랜지스터(N-HV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR48)를 형성하고, 익스텐션(52)을 형성하는 P+ 이온을 가속 에너지 35 keV, 도즈량 4.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR48)는 제거한다. As shown in Fig. 8Z, a resist mask PR48 for exposing the high voltage n-channel MOS transistor N-HV is formed, and P + ions for forming the extension 52 are accelerated to 35 keV and the dose amount is 4.0 x. 10 13 cm -2 ion implantation. Thereafter, resist mask PR48 is removed.
도 8za에 도시하는 바와 같이, 기판 전면에 산화실리콘막을 형성하고, 리액티브 이온 에칭을 행하여 사이드 월 스페이서(54)를 형성한다. n채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR49)를 형성하고, 소스/드레인 영역(55) 형성용의 P+ 이온을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 6.0×1015 cm-2로 이온 주입한다. 또한, n형 소스/드레인 영역(55)이 형성됨과 함께, 게이트 전극이 n형으로 도핑된다. 그 후 레지스트 마스크(PR49)는 제거한다. As shown in Fig. 8za, a silicon oxide film is formed over the entire surface of the substrate and reactive ion etching is performed to form the
도 8zb에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR50)를 형성하고, 소스/드레인 영역(56) 형성용의 B+ 이온을 가속 에너지 5 keV, 도즈량 4.0×1015 cm-2로 이온 주입한다. p형 소스/드레인 영역(56)이 형성됨과 함께, 게이트 전극이 p형으로 도핑된다. 그 후 레지스트 마스크(PR50)는 제거한다. As shown in Fig. 8ZB, a resist mask PR50 for exposing the p-channel MOS transistor is formed, and B + ions for forming the source / drain region 56 are accelerated energy 5 keV, dose amount 4.0 x 10 15 cm. Ion implanted at -2 . While the p-type source / drain region 56 is formed, the gate electrode is doped to the p-type. Thereafter, the resist mask PR50 is removed.
도 8zc에 도시하는 바와 같이, 게이트 전극을 덮는 층간 절연막(60)을 형성하고, 컨택트 홀을 형성한다. 컨택트 홀을 매립하는 도전성 플러그(61)를 형성하고, 또한 표면에 배선(62)을 형성한다. 그 후, 필요에 따라 절연막과 배선을 형성하고, 다층 배선을 형성하여 반도체 장치를 완성한다. As shown in Fig. 8ZC, an
도 10a∼10j는 더욱 공정수를 감소시킬 수 있는 CMOS 반도체 장치의 제조 방법을 도시한다. 10A to 10J show a method of manufacturing a CMOS semiconductor device that can further reduce the number of processes.
도 10a에 도시하는 바와 같이, n채널 트랜지스터 영역을 노출시키는 레지스트 마스크(PR11)를 형성하고, 웰 영역(14)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 400 keV, 도즈량 1.5×1013 cm-2로 이온 주입하고, 또한 채널 스톱 영역(15)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 100 keV, 도즈량 8×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR11)는 제거한다. As shown in Fig. 10A, a resist mask PR11 exposing the n-channel transistor region is formed, and B + ions forming the
도즈량 8×1012 cm-2는 도 5a와 도 5b에서의 2회의 이온 주입의 도즈량의 합과 같다. 모든 n채널 트랜지스터 영역에 동일한 도즈량으로 채널 스톱 영역을 형성하기 때문에, 고전압 저임계치 n채널 MOS 트랜지스터(N-HV-LVt)에 있어서 임계치가 원하는 값보다 커져 버린다. The dose amount 8 × 10 12 cm −2 is equal to the sum of the dose amounts of the two ion implantations in FIGS. 5A and 5B. Since the channel stop region is formed in all n-channel transistor regions with the same dose amount, the threshold value in the high voltage low threshold n-channel MOS transistor (N-HV-LVt) becomes larger than the desired value.
도 10b에 도시하는 바와 같이, p채널 MOS 트랜지스터 영역을 노출시키는 레지스트 마스크(PR21)를 형성하고, n형 웰 영역(24)을 형성하는 P+ 이온을 가속 에너지 600 keV, 도즈량 3.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR21)는 제거한다. As shown in Fig. 10B, a resist mask PR21 exposing the p-channel MOS transistor region is formed, and P + ions forming the n-
도 10c에 도시하는 바와 같이, 고전압 고임계치 p채널 트랜지스터(P-HV-HVt) 및 저전압 p채널 트랜지스터(P-LV)를 노출시키는 레지스트 마스크 (PR22)를 형성하고, n형 채널 스톱 영역(25)을 형성하는 P+ 이온을 가속 에너지 240 keV, 도즈량 5.0×1012 cm-2로 이온 주입한다. 그 후 레지스트 마스크(PR22)는 제거한다. As shown in Fig. 10C, a resist mask PR22 for exposing the high voltage high threshold p-channel transistor P-HV-HVt and the low voltage p-channel transistor P-LV is formed, and the n-type
도 10d에 도시하는 바와 같이, 저전압 및 고전압 저임계치 n채널 트랜지스터(N-LV, N-HV-LVt)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR51)를 형성하고, 임계치 조정용 영역(16)을 형성하는 B+ 이온을 가속 에너지 10 keV, 도즈량 2.5×1012 cm-2로 이온 주입한다. 이 도즈량은 예컨대 도 5e의 이온 주입의 도즈량 4×1012 cm-2보다 적다. 그 후 레지스트 마스크(PR51)는 제거한다. As shown in Fig. 10D, a resist mask PR51 for exposing the low voltage and high voltage low threshold n-channel transistors N-LV and N-HV-LVt is formed, and B + for forming the
도 10e에 도시하는 바와 같이, 고전압 저임계치 n채널 트랜지스터(N-HV-LVt) 및 저전압 p채널 트랜지스터(P-LV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR52)를 형성하고, 저전압 p채널 MOS 트랜지스터의 임계치 조정용 영역(26)을 형성하는 As+ 이온을 가속 에너지100 keV, 도즈량 5×1012 cm-2로 이온 주입한다. 이 도즈량은 도 5f의 이온 주입의 도즈량과 동일하다. As shown in Fig. 10E, a resist mask PR52 for exposing the high voltage low threshold n-channel transistor N-HV-LVt and the low voltage p-channel transistor P-LV is formed, and the threshold of the low voltage p-channel MOS transistor is formed. As + ions forming the
고전압 저임계치 n채널 트랜지스터(N-HV-LVt)에 있어서는 임계치 조정용에 붕소(B)와 비소(As)가 이온 주입되지만, 분포가 다르기 때문에 임계치는 원하는 값 0.2 V로 된다. 그 후 레지스트 마스크(PR52)는 제거한다. In the high voltage low threshold n-channel transistor (N-HV-LVt), boron (B) and arsenic (As) are ion-implanted for the threshold adjustment, but the threshold is 0.2 V because the distribution is different. Thereafter, the resist mask PR52 is removed.
그 후, 공지한 방법대로 2종류의 두께를 갖는 게이트 절연막을 성장시키고, 게이트 전극을 그 위에 형성한다. 또한, 저전압 n채널 트랜지스터(N-LV)에서는 임계치 조정 영역(16)의 도즈량이 부족하여 임계치가 낮아지고 있다. Thereafter, a gate insulating film having two kinds of thicknesses is grown according to a known method, and a gate electrode is formed thereon. In addition, in the low voltage n-channel transistor N-LV, the dose amount of the
도 10f에 도시하는 바와 같이, 저전압 p채널 트랜지스터(P-LV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR23)를 형성하고, 익스텐션 및 포켓의 이온 주입을 행한다. 익스텐션은 B+ 이온을 가속 에너지 0.5 keV, 도즈량 3.6×1014 cm-2로 이온 주입한다. 포켓은 As+ 이온을 가속 에너지 80 keV, 도즈량 각 6.5×1012 cm-2로 법선 방향에서 28도 기운 4방향에서 이온 주입한다. 이 이온 주입 조건은 도 8u의 이온 주입 조건과 동일하다. 그 후 레지스트 마스크(PR23)는 제거한다. As shown in Fig. 10F, a resist mask PR23 exposing the low voltage p-channel transistor P-LV is formed, and an extension and pocket implantation are performed. The extension injects B + ions with an acceleration energy of 0.5 keV and a dose of 3.6 × 10 14 cm −2 . The pocket injects As + ions in an acceleration energy of 80 keV and a dose amount of 6.5 × 10 12 cm −2 in four directions of 28 degrees in the normal direction. This ion implantation condition is the same as the ion implantation condition of FIG. 8U. Thereafter, resist mask PR23 is removed.
도 10g에 도시하는 바와 같이, 저전압 n채널 트랜지스터(N-LV)를 노출시키는 레지스트 마스크(PR13)를 형성하고, As+ 이온을 가속 에너지 3 keV, 도즈량 1×1015 cm-2로 이온 주입하여 익스텐션을 형성한다. BF2 + 이온을 가속 에너지 35 keV, 도즈 량 각 1.2×1013 cm-2로 법선 방향에서 28도 기운 4방향으로부터 이온 주입하여 포켓을 형성한다. 포켓의 도즈량 1.2×1013 cm-2는 전술한 실시예 도 8v에서 포켓을 형성하는 BF2의 도즈량 9.5×1012 cm-2보다 증가하고, 결과적으로서 임계치를 높이는 효과를 갖는다. 이와 같이 하여, 저전압 n채널 트랜지스터의 임계치가 적정한 값으로 조정된다. 그 후 레지스트 마스크(PR13)는 제거한다. As shown in FIG. 10G, a resist mask PR13 exposing the low voltage n-channel transistor N-LV is formed, and As + ions are implanted with an acceleration energy of 3 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm −2 . To form an extension. BF 2 + ions are implanted from the 4 directions, which are energized by 28 degrees in the normal direction with an acceleration energy of 35 keV and a dose amount of 1.2 × 10 13 cm −2 , to form pockets. The dose amount 1.2 × 10 13 cm −2 of the pocket is larger than the dose amount 9.5 × 10 12 cm −2 of BF 2 forming the pocket in the above-described embodiment FIG. 8V, and consequently has an effect of raising the threshold value. In this way, the threshold of the low voltage n-channel transistor is adjusted to an appropriate value. Thereafter, resist mask PR13 is removed.
도 10h에 도시하는 바와 같이, 고전압 p채널 트랜지스터 영역을 노출시키는 레지스트 마스크(PR24)를 형성하고, 익스텐션을 형성하는 이온 주입을 행한다. 예컨대 BF2 + 이온을 가속 에너지 80 keV, 도즈량 4. 5×1013 cm-2로 이온 주입한다. 도 8y의 이온 주입과 동일 조건이다. 그 후 레지스트 마스크(PR24)는 제거한다. As shown in Fig. 10H, a resist mask PR24 for exposing the high voltage p-channel transistor region is formed, and ion implantation for forming an extension is performed. For example, ion implantation of BF 2 + ions at an acceleration energy of 80 keV, a dose of 4. 5 × 10 13 cm -2. It is the same condition as the ion implantation of FIG. 8Y. Thereafter, resist mask PR24 is removed.
도 10i에 도시하는 바와 같이, 고전압 n채널 MOS 트랜지스터를 노출시키는 레지스트 마스크(PR14)를 형성하고, 익스텐션을 형성하는 이온 주입을 행한다. 예컨대 P+ 이온을 가속 에너지 35 keV, 도즈량 4.0×1013 cm-2로 이온 주입한다. 도 8z의 이온 주입 조건과 동일한 조건이다. 그 후, 사이드 월 스페이서의 형성 및 고농도 소스/드레인 영역의 이온 주입을 행한다. As shown in Fig. 10I, a resist mask PR14 for exposing the high voltage n-channel MOS transistor is formed, and ion implantation for forming an extension is performed. For example, P + ions are implanted with an acceleration energy of 35 keV and a dose of 4.0 × 10 13 cm −2 . It is the same condition as the ion implantation condition of FIG. 8Z. Thereafter, sidewall spacers are formed and ion implantation of a high concentration source / drain region is performed.
도 10j는 이와 같이 하여 형성된 반도체 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. 포켓을 구비한 트랜지스터에서는 포켓의 불순물 농도에 의해서도 임계치를 조정할 수 있다. Fig. 10J schematically shows the configuration of the semiconductor device thus formed. In a transistor having a pocket, the threshold value can also be adjusted by the impurity concentration of the pocket.
이상 실시예를 따라서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이것으로 제한되는 것이 아니다. 예컨대, 이온 주입하는 불순물의 가속 에너지, 도즈량 등은 설계에 따라 변경할 수 있다. 하드 마스크 층으로서 여러 가지 절연물을 이용할 수 있다. 그 외 여러 가지의 변경, 개량, 조합이 가능한 것은 당업자에 자명할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, the acceleration energy, the dose, and the like of the impurities to be ion implanted can be changed depending on the design. Various insulators can be used as the hard mask layer. It will be apparent to those skilled in the art that various other changes, improvements, and combinations are possible.
본 발명은 시스템 온 칩 등 복수 종류의 반도체 회로를 혼재한 반도체 장치에 널리 이용될 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used for semiconductor devices in which a plurality of types of semiconductor circuits are mixed, such as a system on chip.
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- 2003-04-10 KR KR1020057009649A patent/KR100793672B1/en active IP Right Grant
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