JP2000200759A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JP2000200759A
JP2000200759A JP11001400A JP140099A JP2000200759A JP 2000200759 A JP2000200759 A JP 2000200759A JP 11001400 A JP11001400 A JP 11001400A JP 140099 A JP140099 A JP 140099A JP 2000200759 A JP2000200759 A JP 2000200759A
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JP
Japan
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insulating film
film
forming
semiconductor substrate
semiconductor device
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JP11001400A
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Japanese (ja)
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Junichiro Kobayashi
純一郎 小林
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a plurality of impurity regions simultaneously at desired densities and in desired distributions by reducing the number of stopping parameters of an ion implantation species as for a through film for ion implantation. SOLUTION: Single-layer insulating films 3 and 5 which have different thicknesses are formed at different places on a semiconductor substrate 1, and are implanted with impurity ions to thereby form a plurality of impurity regions on the substrate 1 simultaneously. The film 5 is formed by forming a sacrificial layer 4 which is opened at the insulating film forming place, and is lifted off together with the layer 4. When the film 4 is made of a resist, the film 5 is formed at such a low temperature as not to damage the peel-off property of the resist. The plurality of different impurity regions may be formed simultaneously by partially etching the single-layer insulating films and implanting impurity ions via a plurality of places where the film thicknesses are different.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、不純物の濃度およ
び分布形状等が異なる複数の不純物領域を1回のイオン
注入を経て半導体基板に同時に形成する工程を含む半導
体装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device including a step of simultaneously forming a plurality of impurity regions having different impurity concentrations and distribution shapes on a semiconductor substrate through a single ion implantation.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造においては、不純物の
濃度や分布形状を変えて種々の不純物領域を半導体基板
内に形成する必要がある。異なる不純物領域の代表例と
して、しきい値電圧の異なるトランジスタのチャネル形
成不純物領域がある。図5は、エンハンスメント形ME
SFETと、ディプリージョン形MESFETとを同一
GaAs基板に形成する場合の製造過程を示す断面図で
ある。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to form various impurity regions in a semiconductor substrate by changing the concentration and distribution shape of impurities. As a typical example of the different impurity regions, there are channel formation impurity regions of transistors having different threshold voltages. FIG. 5 shows an enhancement type ME.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing process when an SFET and a depletion-type MESFET are formed on the same GaAs substrate.

【0003】図5(A)において、GaAsウエハ等の
半導体基板100上に、一部の領域で開口するレジスト
パターン101を形成し、これをマスクにn型不純物を
イオン注入してエンハンスメント形MESFETのチャ
ネル形成不純物領域102を形成する。レジストパター
ン101の除去後、図5(B)に示すように、同様に、
他の領域で開口する別のレジストパターン103を形成
し、これをマスクにしてn型不純物をイオン注入してデ
ィプリージョン形MESFETのチャネル形成不純物領
域104を形成する。レジストパターン103を除去
し、アニールして不純物を活性化した後、図5(C)に
示すように、ソース電極105、ドレイン電極106、
ショットキーゲート電極107を、チャネル形成不純物
領域102,104上にそれぞれ形成して、2種類のM
ESFETの基本構造を完成させる。
In FIG. 5A, a resist pattern 101 having an opening in a partial region is formed on a semiconductor substrate 100 such as a GaAs wafer, and n-type impurities are ion-implanted using the resist pattern 101 as a mask to form an enhancement type MESFET. A channel forming impurity region 102 is formed. After the removal of the resist pattern 101, similarly, as shown in FIG.
Another resist pattern 103 opening in another region is formed, and using this as a mask, an n-type impurity is ion-implanted to form a channel forming impurity region 104 of the depletion type MESFET. After removing the resist pattern 103 and annealing to activate the impurities, as shown in FIG. 5C, the source electrode 105, the drain electrode 106,
A Schottky gate electrode 107 is formed on each of the channel forming impurity regions 102 and 104 to form two types of M
Complete the basic structure of ESFET.

【0004】ところが、この製造方法では、チャネル形
成不純物領域102と104の形成時に、個々のFET
のしきい値電圧Vthに応じた条件で別々にイオン注入
することから、イオン注入のバラツキ(とくにドース量
のバラツキ)によって、FET間のしきい値電圧差が常
に一定とならない。このため、エンハンスメント形FE
Tとディプリージョン形FETが混在した回路の設計に
おいて、回路動作マージンが小さく、誤動作を起こしや
すいという不利益が生じる。
However, in this manufacturing method, when forming the channel forming impurity regions 102 and 104, individual FETs are formed.
Are separately implanted under the condition according to the threshold voltage Vth, the threshold voltage difference between FETs is not always constant due to the variation of the ion implantation (particularly, the variation of the dose amount). For this reason, the enhancement type FE
In designing a circuit in which T and a depletion type FET are mixed, there is a disadvantage that a circuit operation margin is small and a malfunction is likely to occur.

【0005】この不利益解消のためは、エンハンスメン
ト形FETとディプリージョン形FETのチャネル形成
不純物領域を1回のイオン注入で同時に形成することが
有効である。このとき、イオン種の導入の仕方に差を設
ける必要があるが、そのために好適な技術として、たと
えば特開昭60−130120号公報にイオン注入スル
ー膜としての絶縁膜に差を設ける技術が開示されてい
る。
In order to eliminate this disadvantage, it is effective to form the channel forming impurity regions of the enhancement type FET and the depletion type FET simultaneously by one ion implantation. At this time, it is necessary to provide a difference in the way of introducing the ion species. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-130120 discloses a technique for providing a difference in the insulating film as an ion implantation through film. Have been.

【0006】図6に、上記公報に記載された実施例にお
ける断面図を示す。なお、この図示例では、1回のイオ
ン注入で導電特性の異なる2つの不純物領域を隣接して
同時に形成する場合を示している。
FIG. 6 shows a sectional view of the embodiment described in the above publication. In the illustrated example, two impurity regions having different conductive characteristics are formed adjacently and simultaneously by one ion implantation.

【0007】図6(A)において、半導体基板100上
に第1絶縁膜101と第2絶縁膜102を成膜する。図
6(B)に示すように、所望パターン形成用のレジスト
103を第2絶縁膜102上に形成し、エッチングして
周囲の第2絶縁膜102を除去する。この状態でイオン
注入を行って、図6(C)に示すように第1絶縁膜10
1を通して半導体基板100に不純物が導入され、不純
物領域104が第2絶縁膜102およびレジスト103
からなる積層パターン周囲の半導体基板表面領域に形成
される。レジスト103を除去後、図6(D)に示すよ
うに、2度目のイオン注入を行う。このとき、2つの不
純物領域104の間に位置する半導体基板表面領域に第
1および第2絶縁膜101,102を通して不純物が導
入され、その結果、異なる導電特性の不純物領域10
4,105が形成される。
In FIG. 6A, a first insulating film 101 and a second insulating film 102 are formed on a semiconductor substrate 100. As shown in FIG. 6B, a resist 103 for forming a desired pattern is formed on the second insulating film 102, and the surrounding second insulating film 102 is removed by etching. In this state, ion implantation is performed to form the first insulating film 10 as shown in FIG.
1, the impurity is introduced into the semiconductor substrate 100, and the impurity region 104 becomes the second insulating film 102 and the resist 103.
Is formed in the semiconductor substrate surface region around the laminated pattern composed of. After removing the resist 103, a second ion implantation is performed as shown in FIG. At this time, impurities are introduced into the surface region of the semiconductor substrate located between the two impurity regions 104 through the first and second insulating films 101 and 102. As a result, the impurity regions 10 having different conductive characteristics are obtained.
4, 105 are formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の半
導体装置の製造方法では、異なる導電特性の不純物領域
をイオン注入スルー膜を構成する絶縁膜の数を変えて行
うため、複数の絶縁膜を通して不純物が導入される箇所
が必ず生じる。たとえば図6(D)においては、不純物
領域105は、2つの絶縁膜101,102を通して不
純物が導入されて形成される。このため、従来の半導体
装置の製造方法では、不純物領域105の不純物導入量
が複数の絶縁膜101,102の種類、膜質(組成)お
よび膜厚に依存するため、不純物の濃度および分布形状
等が安定しないという不利益があった。
However, in this conventional method of manufacturing a semiconductor device, impurity regions having different conductive characteristics are formed by changing the number of insulating films constituting the ion implantation through film. There are always places where impurities are introduced. For example, in FIG. 6D, the impurity region 105 is formed by introducing impurities through the two insulating films 101 and 102. For this reason, in the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the amount of impurity introduced into the impurity region 105 depends on the type, film quality (composition), and film thickness of the plurality of insulating films 101 and 102, so that the impurity concentration and distribution shape are different. There was a disadvantage of not being stable.

【0009】一般に、イオン注入スルー膜はイオン種の
ストップ層として半導体基板への不純物導入量を制限す
る重要な働きがあり、イオン注入スルー膜に関するスト
ッピングパラメータは出来るだけ少ない方が望ましい。
ところが、従来の方法では複数の絶縁膜を重ねてイオン
注入スルー膜として用いることから、どうしてもイオン
注入種のストッピングパラメータは多く、これが不純物
領域を安定に形成できない要因となっていた。そのた
め、とくにFETのしきい値電圧差が重要なエンハンス
メント形FETとディプリージョン形FETの混載回路
では、動作電圧マージンが十分でなく、誤動作を完全に
防止できなかった。
In general, an ion-implanted through film has an important function as an ion species stop layer to limit the amount of impurities introduced into a semiconductor substrate, and it is preferable that the stopping parameter of the ion-implanted through film be as small as possible.
However, in the conventional method, since a plurality of insulating films are stacked and used as an ion implantation through film, the stopping parameters of the ion implantation species are inevitably large, which is a factor that prevents the impurity region from being formed stably. For this reason, especially in a mixed circuit of an enhancement type FET and a depletion type FET in which the threshold voltage difference of the FET is important, the operating voltage margin is not sufficient, and the malfunction cannot be completely prevented.

【0010】本発明の目的は、イオン注入のスルー膜に
ついてイオン注入種のストッピングパラメータ数を出来
るだけ低減し、所望の濃度および分布形状にて複数の不
純物領域が同時形成できる半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of simultaneously forming a plurality of impurity regions with a desired concentration and distribution shape by minimizing the number of stopping parameters of ion implantation species in a through film for ion implantation. The purpose is to provide.

【0011】[0011]

【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、半導体基板上の複数の箇所に、互いに膜厚が
異なる単層の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、上記複
数の単層絶縁膜を通して不純物をイオン注入し、上記半
導体基板に複数の不純物領域を同時に形成する工程とを
含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises the steps of forming single-layer insulating films having different thicknesses at a plurality of locations on a semiconductor substrate; Implanting impurities through the insulating film to simultaneously form a plurality of impurity regions in the semiconductor substrate.

【0012】上記単層絶縁膜を形成する工程では、好適
には、絶縁膜形成箇所で開口する犠牲層を形成し、犠牲
層の開口部により表出した半導体基板部分上と犠牲層上
に絶縁膜を成膜し、犠牲層とともに犠牲層上の絶縁膜を
除去する。上記犠牲層がレジストからなる場合、上記絶
縁膜の成膜は、上記レジストのパターン変形を伴わず剥
離性を阻害しない程度に低い温度で行うとよい。好適に
は、上記不純物領域を形成した後に熱処理する工程と、
上記絶縁膜を除去する工程と、上記半導体基板の表面を
一定量エッチングする工程とを含む。
In the step of forming the single-layer insulating film, preferably, a sacrifice layer which is opened at a portion where the insulating film is formed is formed. A film is formed, and the insulating film on the sacrificial layer is removed together with the sacrificial layer. When the sacrificial layer is made of a resist, the insulating film is preferably formed at a temperature low enough to prevent the resist from being deformed and without deteriorating the removability. Preferably, a step of performing a heat treatment after forming the impurity region,
A step of removing the insulating film; and a step of etching a predetermined amount of the surface of the semiconductor substrate.

【0013】本発明に係る半導体装置の他の製造方法
は、半導体基板上に絶縁膜を成膜する工程と、上記絶縁
膜の少なくとも一か所に、周囲と膜厚の異なる領域を形
成する工程と、上記膜厚が異なる複数箇所の絶縁膜領域
を通して不純物をイオン注入し、上記半導体基板に複数
の不純物領域を同時に形成する工程とを含む。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate and a step of forming, at least in one portion of the insulating film, a region having a different thickness from the periphery. And ion-implanting impurities through a plurality of insulating film regions having different film thicknesses to simultaneously form a plurality of impurity regions in the semiconductor substrate.

【0014】上記絶縁膜に膜厚の異なる領域を形成する
工程では、好適には、少なくとも一か所の絶縁膜領域の
膜厚を成膜時の膜厚より薄くするとよい。たとえば、所
定領域上で開口するマスク層を上記絶縁膜上に形成し、
上記マスク層の開口部から表出する絶縁膜領域の表面を
所定量エッチングするとよい。
In the step of forming regions having different thicknesses in the insulating film, it is preferable that the thickness of at least one of the insulating film regions is smaller than the thickness at the time of film formation. For example, a mask layer opening on a predetermined region is formed on the insulating film,
The surface of the insulating film region exposed from the opening of the mask layer is preferably etched by a predetermined amount.

【0015】これらの半導体装置の製造方法では、イオ
ン注入スルー膜としての絶縁膜が何れも単層膜であり、
主に膜厚を制御しイオン注入するだけで、複数の導電特
性等が異なる不純物領域を形成できる。このため、複数
の不純物領域間で導電率などの特性差が一定に近いもの
となる。この方法をトランジスタのチャネル形成不純物
領域の形成に適用した場合は、たとえばエンハンスメン
ト形とディプリージョン形など、種類が異なるトランジ
スタ間でしきい値電圧差が一定に近い値をとる。したが
って、その後、しきい値電圧をモニタしながら基板表面
をエッチングすることで、イオン注入ロットまたはウエ
ハごとのバラツキを低減できる。
In these methods of manufacturing a semiconductor device, each of the insulating films as the ion implantation through film is a single layer film,
By simply controlling the film thickness and implanting ions, a plurality of impurity regions having different conductive characteristics can be formed. For this reason, a difference in characteristics such as conductivity between the plurality of impurity regions becomes nearly constant. When this method is applied to the formation of a channel forming impurity region of a transistor, the threshold voltage difference between transistors of different types, such as an enhancement type and a depletion type, takes a value close to a constant value. Therefore, by subsequently etching the substrate surface while monitoring the threshold voltage, variations among ion implantation lots or wafers can be reduced.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、複数の不純物領域として、
エンハンスメント形電界効果トランジスタ(以下、E−
FETという)のチャネル形成不純物領域と、ディプリ
ージョン形電界効果トランジスタ(以下、D−FETと
いう)のチャネル形成不純物領域とを同一半導体基板に
同時に形成する場合を例に、本発明の実施の形態を説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a plurality of impurity regions will be described.
Enhancement type field effect transistors (hereinafter, E-
An embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case where a channel forming impurity region of a FET and a channel forming impurity region of a depletion field effect transistor (hereinafter referred to as a D-FET) are simultaneously formed on the same semiconductor substrate. explain.

【0017】第1実施形態 図1および図2は、第1実施形態に係る半導体装置の各
製造過程を示す断面図である。
First Embodiment FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment.

【0018】図1(A)において、たとえばGaAsウ
エハ等の半導体基板1を用意し、その上に半導体基板の
E−FET形成領域1a上で開口するレジストパターン
2を形成する。レジストパターン2上および開口底面上
に、所定膜厚の絶縁膜3を成膜する。この成膜では、た
とえばスパッタリング,蒸着または低温CVDなど、半
導体基板1の高温加熱を必要とせず、レジストパターン
2の変形や剥離性を阻害する変質を伴わない各種成膜方
法を用いる。
In FIG. 1A, a semiconductor substrate 1 such as a GaAs wafer is prepared, and a resist pattern 2 having an opening on an E-FET formation region 1a of the semiconductor substrate is formed thereon. An insulating film 3 having a predetermined thickness is formed on the resist pattern 2 and the bottom of the opening. In this film formation, various film formation methods, such as sputtering, vapor deposition, or low-temperature CVD, which do not require high-temperature heating of the semiconductor substrate 1 and are not accompanied by alteration of the resist pattern 2 and deterioration that hinders peelability, are used.

【0019】半導体基板1をアセトンまたはレジスト剥
離液に浸漬し、リフトオフ法により、レジストパターン
2とともにレジストパターン2上の絶縁膜部分を除去す
る。これにより、半導体基板のE−FET形成領域1a
上に絶縁膜3の孤立パターンが形成される。
The semiconductor substrate 1 is immersed in acetone or a resist stripper, and the resist pattern 2 and the insulating film portion on the resist pattern 2 are removed by a lift-off method. Thereby, the E-FET formation region 1a of the semiconductor substrate
An isolated pattern of the insulating film 3 is formed thereon.

【0020】図1(B)において、半導体基板のD−F
ET形成領域1b上で開口するレジストパターン4を形
成し、レジストパターン4上および開口底面上に、絶縁
膜3とは異なる所定膜厚の絶縁膜5を成膜する。この成
膜においても、たとえばスパッタリング,蒸着または低
温CVDなど、半導体基板1の高温加熱を必要とせず、
レジストパターン4の変形や剥離性を阻害する変質を伴
わない各種成膜方法を用いる。
In FIG. 1B, the DF of the semiconductor substrate
A resist pattern 4 having an opening is formed on the ET formation region 1b, and an insulating film 5 having a predetermined thickness different from the insulating film 3 is formed on the resist pattern 4 and on the bottom of the opening. This film formation also does not require high-temperature heating of the semiconductor substrate 1, such as sputtering, vapor deposition, or low-temperature CVD.
Various film forming methods that do not involve deformation that hinders deformation or peelability of the resist pattern 4 are used.

【0021】半導体基板1をアセトンまたはレジスト剥
離液に浸漬し、リフトオフ法により、レジストパターン
4とともにレジストパターン4上の絶縁膜部分を除去す
る。これにより、半導体基板のD−FET形成領域1b
上に絶縁膜5の孤立パターンが形成される。
The semiconductor substrate 1 is immersed in acetone or a resist stripper, and the resist pattern 4 and the insulating film portion on the resist pattern 4 are removed by a lift-off method. Thereby, the D-FET formation region 1b of the semiconductor substrate
An isolated pattern of the insulating film 5 is formed thereon.

【0022】図2(D)において、絶縁膜3,5上でそ
れぞれ開口するレジストパターン6を形成する。レジス
トパターン6をイオン注入マスク層として、たとえば珪
素イオンSi+ 等のn型不純物イオンを、所定の条件に
てイオン注入する。このときのイオン注入条件(イオン
種、注入エネルギーおよびドーズ量)、絶縁膜3,5の
種類,膜質(組成)および膜厚に応じて、所定の濃度お
よび分布形状の不純物添加領域7’,8’が、それぞれ
E−FET形成領域1a,D−FET形成領域1bに形
成される。レジスト剥離後に所定条件にてアニーリング
することにより、2つの不純物添加領域7’,8’から
導電性のチャネル形成不純物領域、すなわち、E−FE
Tのチャネル形成不純物領域7とD−FETのチャネル
形成不純物領域8が形成される。
In FIG. 2D, resist patterns 6 each having an opening on the insulating films 3 and 5 are formed. Using resist pattern 6 as an ion implantation mask layer, n-type impurity ions such as silicon ions Si + are implanted under predetermined conditions. At this time, depending on the ion implantation conditions (ion species, implantation energy and dose), the type, film quality (composition) and film thickness of the insulating films 3 and 5, the impurity added regions 7 'and 8 having a predetermined concentration and distribution shape. Is formed in the E-FET formation region 1a and the D-FET formation region 1b, respectively. Annealing is performed under predetermined conditions after the resist is stripped, so that a conductive channel forming impurity region, that is, E-FE, is formed from the two impurity added regions 7 ′ and 8 ′.
A channel forming impurity region 7 of T and a channel forming impurity region 8 of D-FET are formed.

【0023】その後は、チャネル形成不純物領域7また
は8上にFETの電極等を形成する。たとえば、図2
(E−1)に示すGaAsMESFET(Metal-Semicon
ductorFET) の場合、オーミックメタルからなるソース
電極9およびドレイン電極10を互いに離間して形成
し、その間にショットキーゲート電極11を形成する。
オーミックメタルは、たとえば、AuGe合金層とNi
層とからなるパターンを加熱してGaAs基板と合金化
することにより得られる。ショットキーゲート電極11
は、たとえば、Al,Ti/Auまたは高融点金属合金
(TiW等)からなる。
Thereafter, FET electrodes and the like are formed on the channel forming impurity regions 7 or 8. For example, FIG.
GaAs MESFET (Metal-Semicon) shown in (E-1)
In the case of a ductor FET, a source electrode 9 and a drain electrode 10 made of ohmic metal are formed separately from each other, and a Schottky gate electrode 11 is formed therebetween.
The ohmic metal is made of, for example, an AuGe alloy layer and Ni
It is obtained by heating a pattern consisting of layers and alloying it with a GaAs substrate. Schottky gate electrode 11
Is made of, for example, Al, Ti / Au or a refractory metal alloy (such as TiW).

【0024】図2(E−2)に示すGaAsJFET(J
unction FET)の場合、チャネル形成不純物領域7,8の
表面に、p+ ゲート不純物領域12を形成する。このp
+ ゲート不純物領域12の形成では、たとえば、ジエチ
ルジンク(Zn(C2 5 2 )を拡散源とした気相拡
散法を用いる。MESFETの場合と同様にソース電極
9およびドレイン電極10を形成し、また、その電極間
のp+ ゲート不純物領域12上に、たとえばTi/Au
等からなるゲート電極13を形成する。
The GaAs JFET (J shown in FIG.
In the case of unction FET), ap + gate impurity region 12 is formed on the surface of the channel forming impurity regions 7 and 8. This p
In the formation of + gate impurity region 12, for example, a gas phase diffusion method using diethyl zinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) as a diffusion source is used. A source electrode 9 and a drain electrode 10 are formed as in the case of the MESFET, and, for example, Ti / Au is formed on the p + gate impurity region 12 between the electrodes.
The gate electrode 13 is formed.

【0025】その後は、図2(E−1),図2(E−
2)の何れの場合も、とくに図示しないが、層間絶縁膜
を介して電極の引き出し配線等を形成し、最も外側の表
面へのオーバーコート成膜およびパッド開口等を経て、
当該半導体装置を完成させる。
Thereafter, FIGS. 2 (E-1) and 2 (E-
In each case 2), although not particularly shown, a lead wire or the like of an electrode is formed through an interlayer insulating film, and an overcoat film is formed on the outermost surface and a pad opening is formed.
The semiconductor device is completed.

【0026】第1実施形態に係る半導体装置の製造方法
では、E−FETのチャネル形成不純物領域7およびD
−FETのチャネル形成不純物領域8が、各FET形成
領域1a,1bにおいて単層のイオン注入スルー膜(絶
縁膜3または5)を用いたイオン注入を経て形成され
る。イオン注入スルー膜が単層の絶縁膜からなること
は、イオン種の主なストッピングパラメータが単層膜の
材質と膜厚の2種類と少なく、その結果、チャネル形成
不純物領域7,8について、出来上がりの濃度および分
布形状等がデバイス設計通りのものを得やすい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the channel forming impurity regions 7 and D
The channel forming impurity region 8 of the FET is formed in each of the FET forming regions 1a and 1b through ion implantation using a single-layer ion implantation through film (insulating film 3 or 5). The fact that the ion implantation through film is made of a single-layer insulating film is that the main stopping parameters of the ion species are as small as two kinds of the material and the film thickness of the single-layer film. It is easy to obtain the completed concentration and distribution shape etc. according to the device design.

【0027】また、E−FETおよびD−FETのしき
い値電圧Vthの差は、絶縁膜3,5の種類が同じだと
すれば両者の膜厚差で決まり、たとえばドース量等のイ
オン注入条件が多少ずれたとしても、ほぼ一定に保たれ
る。
The difference between the threshold voltage Vth of the E-FET and the threshold voltage Vth of the D-FET is determined by the difference between the thicknesses of the insulating films 3 and 5 if they are the same. Even if the conditions are slightly shifted, they are kept almost constant.

【0028】したがって、イオン注入条件が多少ばらつ
くことを想定して、しきい値電圧Vthが深め(負側に
大きく)となるように注入エネルギーまたはドース量の
値を大きめに設定してしてイオン注入し、後で、しきい
値電圧Vthをウエハごとに調整することが可能とな
る。その際、しきい値電圧Vthの測定は、たとえば図
3に示すように、n型のチャネル形成不純物領域7(ま
たは8)に接触させた2つの水銀プローブ14,15を
用いたC−V測定法を用いることができる。2つの水銀
プローブ14,15間に印加した電圧Vを大きくしてい
くと、負側の水銀プローブ15の接触箇所から空乏層1
6が拡がり、大きな検出容量が観測される。やがて空乏
層16がチャネル形成不純物領域7(または8)の深さ
全域に達すると、空乏層容量が側面積のみに依存した小
さい値に急激に低下する。この容量変化点の印加電圧V
pがトランジスタのしきい値電圧Vthに対応する。第
1実施形態では、E−FETおよびD−FETのしきい
値電圧Vthの差がほぼ一定に保たれるため、上記した
方法でしきい値電圧Vthをモニタしながら基板表面を
エッチングすれば、各ウエハのトランジスタしきい値電
圧を最適値に調整することが可能である。
Therefore, assuming that the ion implantation conditions vary somewhat, the implantation energy or the dose amount is set to a relatively large value so that the threshold voltage Vth is increased (increased on the negative side). After the implantation, the threshold voltage Vth can be adjusted for each wafer. At this time, the threshold voltage Vth is measured, for example, as shown in FIG. Method can be used. When the voltage V applied between the two mercury probes 14 and 15 is increased, the depletion layer 1
6, and a large detection capacity is observed. When the depletion layer 16 reaches the entire depth of the channel forming impurity region 7 (or 8), the capacitance of the depletion layer rapidly decreases to a small value depending only on the side area. The applied voltage V at this capacitance change point
p corresponds to the threshold voltage Vth of the transistor. In the first embodiment, the difference between the threshold voltages Vth of the E-FET and the D-FET is kept substantially constant. It is possible to adjust the transistor threshold voltage of each wafer to an optimum value.

【0029】第2実施形態 図4は、第2実施形態に係る半導体装置の各製造過程の
うち不純物添加領域の形成までを示す断面図である。
Second Embodiment FIG. 4 is a sectional view showing the steps of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment up to the formation of an impurity-added region.

【0030】第2実施形態においては、図4(A)に示
すように、半導体基板1上に単層の絶縁膜20を、たと
えばCVDにより成膜する。この絶縁膜20の膜厚は、
第1実施形態における絶縁膜3の膜厚に対応し、E−F
ETのイオン注入スルー膜として最適値に設定されてい
る。
In the second embodiment, as shown in FIG. 4A, a single-layer insulating film 20 is formed on the semiconductor substrate 1 by, for example, CVD. The thickness of the insulating film 20 is
E-F corresponds to the thickness of the insulating film 3 in the first embodiment.
The optimum value is set as the ion implantation through film for ET.

【0031】図4(B)に示すように、絶縁膜20上
に、D−FET形成領域1bで開口するレジストパター
ン21を形成し、レジストパターン21の開口部21a
から表出する絶縁膜20の部分をエッチングにより一定
量削る。エッチングの残り膜厚は、第1実施形態におけ
る絶縁膜5の膜厚に対応し、D−FETのイオン注入ス
ルー膜として最適値に設定される。
As shown in FIG. 4B, a resist pattern 21 having an opening in the D-FET formation region 1b is formed on the insulating film 20, and an opening 21a of the resist pattern 21 is formed.
A portion of the insulating film 20 exposed from the substrate is cut by a predetermined amount by etching. The remaining film thickness of the etching corresponds to the film thickness of the insulating film 5 in the first embodiment, and is set to an optimum value as the ion implantation through film of the D-FET.

【0032】図4(C)において、レジストパターン2
2を形成し、一部の領域の膜厚を薄くした単層の絶縁膜
20をスルー膜としてイオン注入を行うことにより、所
定の濃度および分布形状の不純物添加領域7’,8’を
形成する。レジストパターン22を除去後、アニーリン
グにより導電特性が異なる複数のチャネル形成不純物領
域を得る。
In FIG. 4C, the resist pattern 2
2 is formed, and ion implantation is performed using the single-layer insulating film 20 in which the film thickness of a part of the region is reduced as a through film, thereby forming impurity-added regions 7 ′ and 8 ′ having a predetermined concentration and distribution shape. . After removing the resist pattern 22, a plurality of channel forming impurity regions having different conductive properties are obtained by annealing.

【0033】その後は、第1実施形態と同様に、MES
FETまたはJFETの基本構造を、各種電極の形成等
を経て完成させる。
Thereafter, as in the first embodiment, the MES
The basic structure of the FET or JFET is completed through formation of various electrodes and the like.

【0034】第2実施形態に係る半導体装置の製造方法
では、異なるチャネル形成不純物領域を単層のイオン注
入スルー膜を用いて形成することから、イオン種のスト
ッピングパラメータがスルー膜の各領域の膜厚差のみ
と、第1実施形態に比べてさらに少ない。スルー膜に対
し膜厚差を生じさせるために精度の高いエッチングを行
えば、E−FETおよびD−FETのしきい値電圧差を
第1実施形態より更に精度よく設定することが可能とな
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, since different channel forming impurity regions are formed by using a single-layer ion-implanted through film, the stopping parameter of the ion species is changed in each region of the through film. Only the film thickness difference is smaller than in the first embodiment. If etching with high accuracy is performed to cause a difference in thickness of the through film, the threshold voltage difference between the E-FET and the D-FET can be set more accurately than in the first embodiment.

【0035】なお、上述した第1および第2実施形態に
おいて、トランジスタはMESFETやJFETに限ら
ず、GaAsHEMT(High Electron Mobility Transi
stor) 、シリコンMOSFET、バイポーラトランジス
タなどであってもよい。本発明の不純物添加領域の形成
手法は、トランジスタのチャネル形成不純物領域の形成
に限らず、たとえば、ウエル形成、ソース・ドレイン不
純物領域の形成用としきい値電圧調整用を兼ねるイオン
注入などに、広く適用できる。同時に形成される不純物
領域は2種類に限らず、3種類以上であっても本発明は
適用できる。
In the first and second embodiments described above, the transistors are not limited to MESFETs and JFETs, but may be GaAs HEMTs (High Electron Mobility Transistors).
stor), a silicon MOSFET, a bipolar transistor, or the like. The method of forming the impurity-added region of the present invention is not limited to the formation of the channel-forming impurity region of the transistor, and is widely applied to, for example, well formation, ion implantation for forming the source / drain impurity region and adjusting the threshold voltage. Applicable. The present invention is applicable not only to two types of impurity regions formed at the same time, but also to three types or more.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
れば、イオン注入のスルー膜についてイオン注入種のス
トッピングパラメータ数を出来るだけ低減し、所望の濃
度および分布形状にて複数の不純物領域を同時に形成す
ることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the number of stopping parameters of ion implantation species in a through film for ion implantation is reduced as much as possible, and a plurality of impurity regions are formed with a desired concentration and distribution shape. Can be simultaneously formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態に係る半導体装置の製造過程でイ
オン注入スルー膜の形成までを示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment up to the formation of an ion implantation through film.

【図2】図1に続く製造過程でFETの基本構造の形成
までを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing up to the formation of the basic structure of the FET in the manufacturing process following FIG. 1;

【図3】しきい値電圧の測定方法を説明するための図で
ある。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of measuring a threshold voltage.

【図4】第2実施形態に係る半導体装置の製造過程で不
純物添加領域の形成までを示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a process of manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment up to the formation of an impurity-added region;

【図5】従来の製造方法を用いて、エンハンスメント形
MESFETとディプリージョン形MESFETとを同
一GaAs基板に形成する場合の製造過程を示す断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process when an enhancement type MESFET and a depletion type MESFET are formed on the same GaAs substrate by using a conventional manufacturing method.

【図6】特許公開公報に記載された技術の実施例を示す
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing an embodiment of the technology described in the patent publication.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、1a…エンハンスメント形FET形成
領域、1b…ディプリージョン形FET形成領域、2,
4,6,21,22…レジストパターン(犠牲層)、
3,5…絶縁膜、7,8…チャネル形成不純物領域、
7’,8’…不純物添加領域、9…ソース電極、10…
ドレイン電極、11…ショットキーゲート電極、12…
+ ゲート不純物領域、13…ゲート電極、14,15
…水銀プローブ、16…空乏層、20…絶縁膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 1a ... Enhancement type FET formation area, 1b ... Depletion type FET formation area, 2
4,6,21,22 ... resist pattern (sacrifice layer),
3,5 ... insulating film, 7,8 ... channel forming impurity region,
7 ', 8': impurity doped region, 9: source electrode, 10 ...
Drain electrode, 11 ... Schottky gate electrode, 12 ...
p + gate impurity region, 13 ... gate electrode, 14, 15
... Mercury probe, 16 ... depletion layer, 20 ... insulating film.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上の複数の箇所に、互いに膜厚
が異なる単層絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、 上記複数の単層絶縁膜を通して不純物をイオン注入し、
上記半導体基板に複数の不純物領域を同時に形成する工
程とを含む半導体装置の製造方法。
A step of forming single-layer insulating films having different thicknesses from each other at a plurality of locations on a semiconductor substrate; ion-implanting impurities through the plurality of single-layer insulating films;
Forming a plurality of impurity regions simultaneously in the semiconductor substrate.
【請求項2】上記単層絶縁膜を形成する工程では、絶縁
膜形成箇所で開口する犠牲層を形成し、 犠牲層の開口部により表出した半導体基板部分上と犠牲
層上に絶縁膜を成膜し、 犠牲層とともに犠牲層上の絶縁膜を除去する請求項1に
記載の半導体装置の製造方法。
In the step of forming a single-layer insulating film, a sacrifice layer is formed at a location where the insulating film is formed, and the insulating film is formed on the semiconductor substrate portion and the sacrifice layer exposed by the opening of the sacrifice layer. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film is formed, and the insulating film on the sacrificial layer is removed together with the sacrificial layer.
【請求項3】上記犠牲層はレジストからなり、 上記絶縁膜の成膜は、上記レジストのパターン変形を伴
わず剥離性を阻害しない程度に低い温度で行う請求項2
に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the sacrificial layer is formed of a resist, and the insulating film is formed at a temperature low enough not to cause pattern deformation of the resist and not to impede peelability.
13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
【請求項4】上記イオン注入後の熱処理によって、上記
半導体基板の複数箇所に、電界効果トランジスタのチャ
ネル濃度を決める不純物領域が形成される請求項1に記
載の半導体装置の製造方法。
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heat treatment after the ion implantation forms impurity regions for determining the channel concentration of the field effect transistor at a plurality of locations on the semiconductor substrate.
【請求項5】上記不純物領域は、エンハンスメント形電
界効果トランジスタのチャネル形成不純物領域と、ディ
プリージョン形電界効果トランジスタのチャネル形成不
純物領域とを含む請求項4に記載の半導体装置の製造方
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein said impurity region includes a channel forming impurity region of an enhancement type field effect transistor and a channel forming impurity region of a depletion type field effect transistor.
【請求項6】上記半導体基板はGaAsからなる請求項
1に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of GaAs.
【請求項7】上記不純物領域を形成した後に熱処理する
工程と、 上記絶縁膜を除去する工程と、 上記半導体基板の表面を一定量エッチングする工程とを
含む請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: a step of performing a heat treatment after forming the impurity region; a step of removing the insulating film; and a step of etching a predetermined amount of the surface of the semiconductor substrate. Method.
【請求項8】半導体基板上に絶縁膜を成膜する工程と、 上記絶縁膜の少なくとも一か所に、周囲と膜厚の異なる
領域を形成する工程と、 上記膜厚が異なる複数箇所の絶縁膜領域を通して不純物
をイオン注入し、上記半導体基板に複数の不純物領域を
同時に形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
8. A step of forming an insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a region having a thickness different from the periphery at least at one position of the insulating film; Implanting impurities through the film region to simultaneously form a plurality of impurity regions in the semiconductor substrate.
【請求項9】上記絶縁膜に膜厚の異なる領域を形成する
工程では、少なくとも一か所の絶縁膜領域の膜厚を成膜
時の膜厚より薄くする請求項8に記載の半導体装置の製
造方法。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein in the step of forming regions having different thicknesses in the insulating film, the thickness of at least one of the insulating film regions is made smaller than the thickness at the time of film formation. Production method.
【請求項10】上記絶縁膜の膜厚を薄くするに際し、所
定領域上で開口するマスク層を上記絶縁膜上に形成し、 上記マスク層の開口部から表出する絶縁膜領域の表面を
所定量エッチングする請求項9に記載の半導体装置の製
造方法。
10. A method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of: forming a mask layer having an opening on a predetermined region on the insulating film when reducing the thickness of the insulating film; The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein constant-rate etching is performed.
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