JP2001015505A

JP2001015505A - 絶縁膜の形成方法及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001015505A
Application number: JP11187647A
Authority: JP
Inventors: Michitaka Kubota; 通孝窪田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便かつ歩留りよく、同一基板上に３種類以上
の異なる膜厚の絶縁膜を１度の酸化工程により形成する
ことができる絶縁膜の形成方法、及びこの絶縁膜形成方
法を適用した半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板表面部の基板材料を化学反応によって
絶縁物にすることにより、前記基板上に絶縁膜を形成す
る絶縁膜の形成方法であって、前記絶縁膜を形成する領
域の前記基板表面部に、前記化学反応の速度を変化させ
る物質を、前記基板上に形成する絶縁膜の膜厚に応じ
て、それぞれ異なる濃度になるようにドープする第１の
工程と、前記基板表面部の基板材料を化学反応によって
絶縁物にすることにより、前記基板上に３種類以上の異
なる膜厚の絶縁膜を形成する第２の工程を有する絶縁膜
の形成方法、及び該絶縁膜の形成方法をゲート絶縁膜の
形成に適用した半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同一基板上に、３
種類以上の膜厚の異なる絶縁膜を同一工程で形成する絶
縁膜の形成方法、及び該絶縁膜の形成方法をゲート絶縁
膜の形成に適用した半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化が進み、一つ
の半導体チップに多くの半導体素子を搭載するのみなら
ず、いくつかの機能をさらに組み込むことが行われてき
ている。

【０００３】かかる半導体装置として、例えば、所謂シ
ステムＬＳＩ、即ち、ＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａ
ｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）とロジックが
混載されたＬＳＩがある。これは、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌ
ｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔ
ｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）に、ロジック回路のみならず、
メモリーを搭載することにより、ＡＳＩＣの応用範囲を
拡げたものである。

【０００４】このＬＳＩは、大きくロジック部とＤＲＡ
Ｍ部から構成されており、それぞれゲート絶縁膜上に形
成されたゲート電極からなる複数のＭＯＳトランジスタ
を有している。

【０００５】ところで、上記ＬＳＩにおいては、一般に
ロジック部に比べＤＲＡＭ部は動作電圧が高くなる。従
って、ＤＲＡＭ部に形成されるゲート酸化膜の膜厚は、
ロジック部に形成されるゲート酸化膜の膜厚より厚くす
る必要があり、結果的に、一つのチップ内（同一基板
内）に、二つの異なる膜厚のゲート酸化膜を形成するこ
とが必要となる。

【０００６】従来、上記ＬＳＩの如く同一基板上に膜厚
の異なる複数のゲート酸化膜を有する半導体装置を製造
する場合において、該ゲート酸化膜は、それぞれ別個
に、例えば、基板表面部のシリコンを所定の膜厚となる
ような条件で熱酸化することにより形成した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は、
煩雑で多くのプロセス工程を経るものであるため、歩留
りの低下やコストの上昇をもたらすものであった。ま
た、酸化工程による熱負荷により基板不純物が拡散し、
トランジスタの短チャネル効果やトランジスタ特性のば
らつきの増大をもたらしていた。

【０００８】本発明に関連し、上記問題の解決を目的と
する技術として、（１）シリコン基板上にのゲート絶縁
膜を形成する領域の薄い膜厚のゲート酸化膜を形成した
い領域に、予め窒素をイオン注入することにより酸化速
度を低下させて、その後基板表面を酸化することによっ
て、相対的に厚い膜厚と薄い膜厚のゲート酸化膜を同時
に形成する技術（例えば、Ｌ．Ｋ．Ｈａｎｅｔａｌ
”ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔ
ｉｃｓａｎｄＲｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｕ
ｂ−３ｎｍＧａｔｅＯｘｉｄｅｓＧｒｏｗｎｏ
ｎＮｉｔｏｒｇｅｎＩｍｐｌａｎｔｅｄＳｉｌｉ
ｃｏｎＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ”，ｐ．６４３，ＩＥＤ
Ｍ，１９９７）や、

【０００９】（２）酸素イオンをイオン注入して、逆に
酸化速度を速めることによって、相対的に厚い膜厚と薄
い膜厚のゲート酸化膜を同時に形成する技術（例えば、
Ｙ．−Ｃ．Ｋｉｎｇｅｔａｌ．，”Ｓｕｂ−５ｎｍ
Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＴｈｉｃｋｎｅｓｓＧａｔｅ
ＯｘｉｄｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｓｉｎｇＯｘ
ｙｇｅｎＩｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ”，ＩＥＤＭ，
ｐ．５８５，１９９８）等が知られている。

【００１０】前述のように、今後も半導体装置の微細化
はますます進み、一つの半導体チップに何種類もの電界
効果型トランジスタを搭載する場合が多くなるものと考
えられる、そして、同一基板上に何種類もの（３種類以
上の）膜厚の異なるゲート絶縁膜を簡易、かつ歩留りよ
く形成する技術の開発が求められている。

【００１１】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、簡便かつ歩留りよ
く、同一基板上に３種類以上の異なる膜厚の絶縁膜を１
度の酸化工程により形成することができる絶縁膜の形成
方法、及びこの絶縁膜の形成方法を適用した半導体装置
の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記（１）
及び（２）の技術を改良して、同一基板上に３種類以上
の異なる膜厚の絶縁膜を形成できることを見いだし、本
発明を完成するに至った。

【００１３】即ち、本発明は、第１に、基板表面部の基
板材料を化学反応によって絶縁物にすることにより、前
記基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であっ
て、前記絶縁膜を形成する領域の前記基板表面部に、前
記化学反応の速度を変化（加速又は減速）させる物質
を、前記基板上に形成する絶縁膜の膜厚に応じて、それ
ぞれ異なる濃度になるようにドープする第１の工程と、
前記基板表面部の基板材料を化学反応によって絶縁物に
することにより、前記基板上に３種類以上の異なる膜厚
の絶縁膜を形成する第２の工程を有する絶縁膜の形成方
法を提供する。

【００１４】前記第１の発明において、前記第１の工程
は、前記絶縁膜を形成する領域の前記基板表面部に、前
記基板表面部の基板材料の化学反応の速度を変化させる
物質を、前記基板上に形成する絶縁膜の膜厚に応じて、
それぞれ異なる条件でイオン注入する工程を有するのが
好ましい。

【００１５】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料の
酸化される反応速度を変化させる物質を、形成する絶縁
膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度になるようにド
ープする工程を有するのが好ましい。

【００１６】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料が
酸化される反応速度を変化させる物質を、形成する絶縁
膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件でイオン注入す
る工程を有するのがより好ましい。

【００１７】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の酸素をドープす
る工程を有するのが好ましい。

【００１８】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件で酸素をイオン注
入する工程を有するのがより好ましい。

【００１９】また、前記第１の工程は、前記絶縁膜を形
成する領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する
絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の窒素をド
ープする工程を有するのが好ましい。

【００２０】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件で窒素をイオン注
入する工程を有するのがより好ましい。

【００２１】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の酸素及び窒素を
ドープする工程を有するのが好ましい。

【００２２】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応じ
て、それぞれ異なる条件で酸素及び窒素をイオン注入す
る工程を有するのがより好ましい。

【００２３】前記第１の発明において、基板としては、
（１）基板表面部の基板材料の何らかの化学反応によっ
て、基板表面に絶縁膜を形成することができ、かつ、
（２）基板表面部に、基板材料の該化学反応の反応速度
を変化させる物質を導入することができる材質の基板で
あれば、種々の基板を用いることができる。かかる基板
の内、少なくともその表面部がシリコン又は不純物を含
有するシリコンからなる基板を用いるのが好ましい。そ
の他、基板をシリコン以外の材料からなるものを用い、
表面部にシリコン層を有する多層体を用いることもでき
る。

【００２４】また、前記第１の発明において、前記第２
の工程は、前記基板表面部の基板材料を酸化させること
により、前記基板上に３種類以上の異なる膜厚の絶縁膜
を形成する工程を有するのが好ましい。

【００２５】かかる絶縁膜としては、例えば、酸化シリ
コン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等を挙げ
ることができる。用いる化学反応としては、酸化反応、
還元反応等が挙げられるが、本発明においては、酸化反
応により酸化シリコン膜を形成する場合が特に好まし
い。

【００２６】また、本発明は、第２に、基板表面部の基
板材料を化学反応によって絶縁物とすることにより、前
記基板の異なる領域上に３種類以上の異なる膜厚の絶縁
膜を形成する第１の工程と、前記絶縁膜上にそれぞれゲ
ート電極を形成する第２の工程を有する半導体装置の製
造方法であって、前記基板表面部の基板材料を化学反応
によって絶縁物とすることにより、前記第１の工程は、
前記絶縁膜を形成する領域の前記基板表面部に、前記化
学反応の速度を変化させる物質を、前記基板上に形成す
る絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度となるよ
うにドープするドープ工程と、前記基板表面部の基板材
料を化学反応によって絶縁物にすることにより、前記基
板の異なる領域上に３種類以上の異なる膜厚の絶縁膜を
形成するゲート絶縁膜形成工程とを有する半導体装置の
製造方法を提供する。

【００２７】前記第２の発明は、前記第１の発明の絶縁
膜形成方法を適用して、同一基板上に、３種類以上の膜
厚の異なるゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上
に、それぞれゲート電極を形成する工程を有する半導体
装置の製造方法である。従って、前記第１の発明におい
て好ましい態様のものは、第２の発明においても好まし
く適用することができる。

【００２８】さらに本発明は、第３に、同一シリコン半
導体基板上に、３種類以上の異なる膜厚のゲート絶縁膜
を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にそれぞれゲート
電極を形成する工程を有する半導体装置の製造方法であ
って、前記シリコン半導体基板内又は該半導体基板上
に、素子分離を行う為の素子分離膜を形成する工程と、
前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコン半
導体基板表面部に、シリコンの酸化速度を変化させる物
質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ
異なる濃度になるようにドープする工程と、前記素子分
離膜により区画された領域の前記シリコン半導体基板表
面部を酸化することにより、３種類以上の膜厚の異なる
ゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上
に、それぞれゲート電極を形成する工程を有する、半導
体装置の製造方法を提供する。

【００２９】前記第３の発明は、前記第２の発明をより
具体化した半導体装置の製造方法である。即ち、シリコ
ン半導体基板に素子分離膜を形成することにより素子分
離を行い、該素子分離膜によって区画された領域上に、
３種類以上の膜厚の異なるゲート酸化膜を形成し、該ゲ
ート酸化膜上にそれぞれゲート電極を形成する工程を有
する半導体装置の製造方法である。

【００３０】前記第１の発明は、基板上に絶縁膜を形成
する前に、予め基板表面部に化学反応の反応速度を変化
（加速乃至は減速）させる物質（例えば、酸素や窒素）
を所定濃度にドープさせておき、その後、基板表面の１
度の化学反応（例えば、酸化反応）によって、同一基板
上に３種類以上の膜厚の異なる絶縁膜を形成するもので
ある。

【００３１】第１の発明においては、基板表面部にドー
プされた化学反応を変化させる物質の含有量によって、
基板材料が絶縁物となる化学反応の速度が定められる。
即ち、該化学反応の速度を加速する物質（例えば、酸
素）のドープ量が多ければ、相対的に形成される絶縁膜
の膜厚は厚くなる。一方、該化学反応の速度を減速する
物質（例えば、窒素）のドープ量が多ければ、相対的に
形成される絶縁膜の膜厚は薄くなる。

【００３２】従って、前記第１の発明によれば、基板表
面部にドープされた化学反応を変化させる物質の含有量
を適宜設定することにより、形成する絶縁膜の膜厚を精
密にコントロールすることが可能となる。そして、この
基板表面部にドープされた化学反応を変化させる物質の
含有量を多段階に変化させることにより、同一基板上に
３種類以上の膜厚の異なる絶縁膜を、１度の化学反応に
よって、簡便かつ歩留りよく、低廉された製造コストで
形成することができる。

【００３３】また、前記第１の発明において、基板表面
部の化学反応によって絶縁膜を形成する工程が、基板表
面部の基板材料を酸化させることによって酸化膜を形成
する工程の場合には、簡便かつ均一な膜質で、所望の膜
厚を有する酸化膜を形成することができる。

【００３４】さらに、前記化学反応速度を変化させる物
質をドープする方法としてイオン注入法を用いる場合に
は、イオン注入法は、前記化学反応速度を変化させる物
質（イオン）の打ち込み量及び打ち込みエネルギーを精
密に制御できるので、基板表面部に化学反応を変化させ
る物質の含有量を多段階に変化させてドープすることが
容易であり、その後化学反応によって基板上に絶縁膜を
形成する場合に、膜厚が制御された絶縁膜を同一基板上
に精密に作り分けることができる。

【００３５】また、前記第２及び第３の発明は、前記第
１の発明を適用するものであり、前記第１の発明の奏す
る効果をそのまま得ることができる。従って、前記第２
及び第３の発明によれば、同一基板上に、高品質かつ高
信頼性の３種類以上の電界効果型トランジスタを、簡便
かつ歩留りよく、低廉された製造コストで製造すること
ができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。第１実施形態本発明の第１実施形態は、シリコン基板内の所定の領域
に、予めシリコンの酸化速度を増速させる酸素を異なる
条件で２回イオン注入した後、該シリコン基板表面を１
度の酸化反応によって、該基板上に３種類の異なる膜厚
の酸化シリコン膜を形成する酸化膜の形成方法である。

【００３７】この方法は、不純物として酸素を含有する
シリコンは酸素を含有しないシリコンに比して酸化速度
が速いという知見を利用するものである（Ｙ．−Ｃ．Ｋ
ｉｎｇｅｔａｌ．，”Ｓｕｂ−５ｎｍＭｕｌｔｉ
ｐｌｅ−ＴｈｉｃｋｎｅｓｓＧａｔｅＯｘｉｄｅＴ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｓｉｎｇＯｘｙｇｅｎＩｍｐ
ｌａｎｔａｔｉｏｎ”，ＩＥＤＭ，ｐ．５８５，１９９
８参照）。

【００３８】図２（ｅ）に示すのは、本実施形態によ
り、シリコン基板１０１の領域Ａ，Ｂ及びＣ上に、３種
類の膜厚の異なる酸化シリコン膜１０７を形成した状態
図である。即ち、領域Ａ上には酸化シリコン膜（１
１）、領域Ｂ上には酸化シリコン膜（１２）及び領域Ｃ
上には酸化シリコン膜（１３）が形成された状態であ
る。

【００３９】この酸化シリコン膜１０７は、領域Ａの酸
化シリコン膜（１１）の膜厚ｄ¹¹＞領域Ｂの酸化シリコ
ン膜（１２）の膜厚ｄ¹²＞領域Ｃの酸化シリコン膜（１
３）の膜厚ｄ¹³の関係で形成されている。以下、このも
のの形成方法を図面を参照しながら説明する。

【００４０】先ず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１０１上に、イオン注入をスルーさせる酸化シリコ
ン膜（犠牲酸化膜）１０２を、例えば、熱酸化法やＣＶ
Ｄ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法により形成する。犠牲酸化膜１０２は、基板表
面を保護して、均一な膜質の絶縁膜（ゲート酸化膜）を
得るために形成される。

【００４１】さらに、図１（ｂ）に示すように、犠牲酸
化膜１０２上にレジスト樹脂を塗布し、露光することに
よって、酸化シリコン膜（１１）を形成する領域Ａに開
口部を有するレジストパターン１０３を形成する。

【００４２】その後、該レジストパターン１０３をマス
クとして、イオン注入法により、領域Ａの基板内に酸素
をイオン注入する。このイオン注入の条件は、形成する
酸化シリコン膜の膜厚によって、適宜選定することがで
きるが、一般的な酸素イオンのイオン注入条件として
は、打ち込みエネルギーが１０−３５ｋｅＶ程度、ドー
ズ量が１×１０¹⁴〜１×１０¹⁸ｃｍ^-2程度である。酸素
イオンのイオン注入により、領域Ａのシリコン基板１０
１の表面部には、第１の酸素含有層１０４が形成され
る。なお、酸素イオン打ち込み後、必要に応じて、例え
ば、４００℃〜６００℃で、数時間の加熱処理を行うこ
とも好ましい。

【００４３】さらに、図１（ｃ）に示すように、レジス
トパターン１０３を除去し、再度レジスト樹脂を塗布
し、露光することによって、酸化シリコン膜（１２）を
形成する領域Ｂに開口部を有するレジストパターン１０
５を形成する。その後、該レジストパターン１０５をマ
スクとして、イオン注入法により酸素をイオン注入す
る。

【００４４】本実施形態では、酸化シリコン膜（１２）
を酸化膜（１１）よりも薄い膜厚で形成するので、後述
するように、酸化シリコン膜（１１）を形成する領域Ａ
にドープした酸素ドーズ量よりも低く抑える必要があ
る。この場合の酸素イオン注入は、例えば、打ち込みエ
ネルギーが１０−３５ｋｅＶ、ドーズ量が１×１０¹⁴〜
１×１０¹⁶ｃｍ^-2程度で行うことができる。このように
して、領域Ｂのシリコン基板１０１表面部には、第２の
酸素含有層１０６が形成される。

【００４５】次いで、レジストパターン１０５を除去
し、希フッ化水素酸等を用いて基板表面を清浄（クリー
ニング）することにより、図２（ｄ）に示す状態を得
る。ここで基板表面をクリーニングするのは、表面に残
存するレジスト残渣等を除去等することにより、高品質
な絶縁膜２０９を形成するためである。

【００４６】その後、シリコン基板１０１表面のシリコ
ンを熱酸化反応により酸化シリコンとすることにより、
シリコン基板１０１表面に３種類の膜厚の異なる酸化シ
リコン膜を形成することができる。このときの熱酸化反
応は、例えば、酸化性ガス雰囲気下、８００〜１２００
℃で、数秒間から数十分かけて行うことができる。

【００４７】一般に、シリコン中に酸素がドープされて
いる場合には、酸素を含まないシリコンに比して、シリ
コンの酸化される速度が増速され、しかも、その酸化速
度は酸素含有量が高いシリコン程速くなることが知られ
ている。即ち、シリコン中に含まれる酸素濃度が高い
程、厚い膜厚の酸化シリコン膜が形成されることにな
る。

【００４８】従って、本実施形態によれば、シリコン基
板１０１上には、図２（ｅ）に示すように、１回の酸化
反応により３種類の膜厚の異なる酸化シリコン膜１０
７、即ち、領域Ａには酸化シリコン膜（１１）（例え
ば、膜厚ｄ¹¹＝６ｎｍ）、領域Ｂには酸化シリコン膜
（１２）（例えば、膜厚ｄ¹²＝４ｎｍ）、及び領域Ｃに
は酸化シリコン膜（１３）（例えば、膜厚ｄ¹³＝３ｎ
ｍ）を同時に形成することができる。

【００４９】本実形態では、２回の異なる条件による酸
素イオン注入を行うことにより、最終的に３種類の膜厚
の異なる酸化シリコン膜を基板上に形成しているが、異
なる条件での酸素イオン注入操作を組み合わせることに
より、例えば、４種類以上の膜厚の異なる酸化シリコン
膜を１回の酸化工程により形成することも可能である。

【００５０】下記第１表に、４種類の異なる膜厚の酸化
シリコン膜を形成する場合の酸素イオンの注入例を示
す。なお、第１表中、Ｄ¹¹はドーズ量Ｄ¹¹にて酸素イオ
ン注入を行う場合、Ｄ¹²はドーズ量Ｄ¹²にて酸素イオン
注入を行う場合をそれぞれ示す（Ｄ¹¹＞Ｄ¹²とす
る。）。また、イオン注入を行った場合には○、イオン
注入を行わない場合には×で記載している。

【００５１】

【表１】

【００５２】このようにイオン注入条件を適宜設定し
て、例えばレジストマスクをマスクとして用いることに
より、位置選択的に酸素イオン注入を行った後、上記第
１表に示す場合において、酸化膜（２１）の膜厚を
ｄ²¹、酸化膜（２２）の膜厚をｄ²²、酸化膜（２３）の
膜厚をｄ²³及び酸化膜（２４）の膜厚をｄ²⁴とすると、
ｄ²¹＞ｄ²²＞ｄ²³＞ｄ²⁴の関係を有する４種類の膜厚の
異なる酸化膜を１度の酸化工程により得ることができ
る。

【００５３】本実施形態によれば、予めシリコン基板表
面部に２回の異なる条件での酸素イオン注入を行った
後、１回の酸化工程により３種類以上の異なる膜厚を有
する酸化シリコン膜を同一シリコン基板上に形成するこ
とができる。

【００５４】なお、本実施形態では、酸素をイオン注入
法によってシリコン基板表面部にドープさせている。酸
素をドープさせる方法には特に制限はないが、イオン注
入法によるのが特に好ましい。イオン注入法は、打ち込
みイオンの打ち込みエネルギー及びドーズ量の精密な制
御が可能である。

【００５５】従って、本実施形態によれば、シリコン基
板の所定の領域上に、３種類以上の異なる所定の膜厚の
高品質な酸化シリコン膜を、簡便かつ歩留りよく形成す
ることができる。

【００５６】第２実施形態本発明の第２実施形態は、予めシリコン基板内の所定の
領域に、シリコンの酸化速度を減速させる窒素を異なる
条件で２回イオン注入した後、該シリコン基板表面を１
度の酸化反応によって、該基板上に４種類の異なる膜厚
の酸化シリコン膜を形成する方法である。

【００５７】この方法は、不純物として窒素を含有する
シリコンは、窒素を含有しないシリコンに比して酸化速
度が遅いという知見を利用するものである（Ｌ．Ｋ．Ｈ
ａｎｅｔａｌ ”ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｈａｒａ
ｃｔｅｒｒｉｓｔｉｃｓａｎｄＲｅｌｉａｂｉｌｉｔ
ｙｏｆＳｕｂ−３ｎｍＧａｔｅＯｘｉｄｅｓ
ＧｒｏｗｎｏｎＮｉｔｏｒｇｅｎＩｍｐｌａｎｔ
ｅｄＳｉｌｉｃｏｎＳｕｂｓｔｒａｔｅｓ”，ｐ．
６４３，ＩＥＤＭ，１９９７参照）。

【００５８】図４（ｅ）に示すのは、本実施形態によ
り、シリコン基板２０１上に４種類の膜厚の異なる酸化
シリコン膜２０９を形成した状態図である。即ち、領域
Ｄ上には酸化シリコン膜（３１）、領域Ｅ上には酸化シ
リコン膜（３２）、領域Ｆ上には酸化シリコン膜（３
３）及び領域Ｇ上には酸化シリコン膜（３４）がそれぞ
れ形成されている。また、シリコン基板２０１上の酸化
シリコン膜２０９は、領域Ｄ上の酸化シリコン膜（３
１）の膜厚ｄ³¹＜領域Ｅ上の酸化シリコン膜（３２）の
膜厚ｄ³²＜領域Ｆ上の酸化シリコン膜（３３）の膜厚ｄ
³³＜領域Ｇ上の酸化シリコン膜（３４）の膜厚ｄ³⁴の関
係で形成されている。以下、このものの形成方法を図面
を参照しながら説明する。

【００５９】先ず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板２０１上にイオン注入をスルーさせる酸化膜（犠牲
酸化膜）２０２を、例えば、熱酸化法やＣＶＤ法により
形成する。犠牲酸化膜２０２を形成する理由は、前記第
１実施形態の場合と同様である。

【００６０】さらに、図３（ｂ）に示すように、犠牲酸
化膜２０２上にレジスト樹脂を塗布し、露光することに
よって、酸化シリコン膜（３１）及び酸化シリコン膜
（３２）を形成する領域（Ｄ＋Ｅ）に開口部を有するレ
ジストパターン２０３を形成する。

【００６１】その後、該レジストパターン２０３をマス
クとして、イオン注入法により窒素をイオン注入する。
このときのイオン注入の条件は、後に形成する酸化膜の
膜厚をどの位とするかによって定められるものであり、
その条件は適宜選定し、設定することができる。通常、
窒素イオンのドーズ量としては、１×１０¹⁴〜１×１０
¹⁶ｃｍ^-2程度である。このようにして、領域Ｄ及びＥの
シリコン基板２０１表面部に、第１の窒素含有層２０３
が形成される。なお、窒素イオン打ち込み後、必要に応
じて、例えば、４００℃〜６００℃で、数時間の加熱処
理を行ってもよい。

【００６２】さらに、図３（ｃ）に示すように、レジス
トパターン２０３を除去し、再度レジスト樹脂を塗布
し、露光することによって、酸化シリコン膜（３１）を
形成する領域Ｄ及び酸化シリコン膜（３３）を形成する
領域Ｆに開口部を有するレジストパターン２０５を形成
する。

【００６３】その後、該レジストパターン２０５をマス
クとして、イオン注入法により窒素をイオン注入する。

【００６４】本実施形態では、領域Ｆ上の酸化シリコン
膜（３３）の膜厚を、領域Ｅ上の酸化シリコン膜（３
２）よりよりも薄い膜厚で形成するので、第１回目の窒
素イオンのイオン注入における窒素イオンの打ち込み量
よりも第２回目の窒素イオンの打ち込みドーズ量を低く
抑える必要がある。この場合の窒素イオンのドーズ量
は、例えば、１×１０¹³〜１×１０¹⁵ｃｍ^-2程度で行う
ことができる。このようにして、領域Ｆのシリコン基板
２０１表面部には、第２の窒素含有層２０８が形成され
る。また、領域Ｄのシリコン基板２０１表面部には、先
に第１の窒素含有層２０６が形成されているが、該領域
Ｄのシリコン基板表面部の窒素含有量は、計２回の窒素
が打ち込まれるためにさらに高濃度になる（窒素含有層
２０７）。

【００６５】本実施形態にける４種類の異なる膜厚の酸
化シリコン膜を形成する場合の窒素イオンの注入例を下
記第２表に示す。なお、第２表中、Ｄ³¹はドーズ量Ｄ³¹
にて窒素イオン注入を行う場合、Ｄ³²はドーズ量Ｄ³²に
て窒素イオン注入を行う場合をそれぞれ示す（Ｄ³¹＞Ｄ
³²とする。）。また、イオン注入を行った場合には○、
イオン注入を行わない場合には×で記載している。

【００６６】

【表２】

【００６７】次いで、レジストマスク２０５を除去し、
例えば、希フッ化水素酸等を用いてシリコン基板２０１
表面のクリーニングを行う。シリコン基板２０１表面の
クリーニングを行う理由は、前記第１の実施形態の場合
と同様である。以上のようにして、図４（ｄ）に示す構
造を得る。

【００６８】その後、図４（ｅ）に示すように、例え
ば、熱酸化法により、基板表面に酸化シリコン膜２０９
を形成する。熱酸化は、例えば、酸化性ガス雰囲気下、
８００〜１２００℃で、数秒間から数十分かけて行うこ
とができる。

【００６９】一般に、シリコン中に窒素がドープされて
いる場合には、窒素を含まないシリコンに比してシリコ
ンの酸化される速度が減速され、しかも、その酸化速度
は、窒素含有量が高いシリコン程低下する。即ち、シリ
コン中に含まれる窒素濃度が高い程、薄い膜厚の酸化シ
リコン膜が形成されることになる。

【００７０】従って、上記第２表に示すような条件に設
定して、例えばレジストマスクをマスクとして用いるこ
とにより、位置選択的に窒素イオン注入を行った後、１
度の酸化工程によって、図４（ｅ）に示すような、シリ
コン基板２０１上に、領域Ｄ，Ｅ，Ｆ及びＧ上に、それ
ぞれ膜厚の異なる酸化シリコン膜２０９を形成すること
ができる。

【００７１】本実施形態によれば、予めシリコン基板表
面部に、２回の異なる条件での窒素イオン注入を行うこ
とにより、４種類以上の異なる膜厚を１回の酸化工程に
より形成することができる。

【００７２】また、本実形態では、２回の異なる条件に
よる窒素イオン注入を行うことにより、最終的に、シリ
コン基板２０１の４つの領域Ｄ，Ｅ，Ｆ及びＧ上にそれ
ぞれ膜厚の異なる酸化シリコン膜２０９を形成している
が、異なる条件での窒素イオン注入操作を組み合わせる
ことにより、例えば、３種類あるいは５種類以上の以上
の膜厚の異なる酸化シリコン膜を１回の酸化工程により
形成することも可能である。

【００７３】従って、本実施形態によれば、予めシリコ
ン基板表面部に２回の異なる条件での窒素イオン注入を
行うことにより、３種類以上の異なる膜厚の酸化シリコ
ン膜を１回の酸化工程により形成することができる。

【００７４】また、本実施形態では、窒素をイオン注入
法によってシリコン基板表面部にドープさせている。窒
素を基板内にドープさせる方法には制限はないが、イオ
ン注入法によるのが、特に好ましい。イオン注入法は、
窒素イオンの打ち込みドーズ量の精密な制御が可能であ
る。

【００７５】従って、本実施形態によれば、シリコン基
板の所定の領域上に３種類以上の異なる所定の膜厚の酸
化シリコン膜を、簡便かつ歩留りよく形成することがで
きる。

【００７６】第３実施形態本発明の第３の実施形態は、予めシリコン基板内の所定
の領域に、シリコンの酸化速度を増速させる酸素及び酸
化速度を減速させる窒素を、それぞれイオン注入した
後、該シリコン基板表面を１度の酸化反応によって、該
基板上に４種類の異なる膜厚の酸化シリコン膜を形成す
る方法である。

【００７７】この方法は、前記第１及び第２の実施形態
を組み合わせたものであり、不純物として酸素を含有す
るシリコンは、酸素を含有しないシリコンに比して酸化
速度が早いという知見、及び不純物として窒素を含有す
るシリコンは、窒素を含有しないシリコンに比して酸化
速度が遅いという知見を利用するものである。

【００７８】図６（ｅ）に示すのは、本実施形態により
シリコン基板３０１の４つの領域Ｈ，Ｉ，Ｊ及びＫ上に
それそれ膜厚の異なる酸化シリコン膜３０８を形成した
状態図である。即ち、領域Ｈ上には酸化シリコン膜（４
１）、領域Ｉ上には酸化シリコン膜（４２）、領域Ｊ上
には酸化シリコン膜（４３）及び領域Ｋ上には酸化シリ
コン膜（４４）が形成されている。

【００７９】また、シリコン基板３０１上に形成された
酸化シリコン膜３０８は、領域Ｊ上の酸化シリコン膜
（４３）の膜厚ｄ⁴³＜領域Ｋ上の酸化シリコン膜（４
４）の膜厚ｄ⁴⁴≦領域Ｈ上の酸化シリコン膜（４１）の
膜厚ｄ⁴¹＜領域Ｉ上の酸化シリコン膜（４２）の膜厚ｄ
⁴²となっている。以下、このものの形成方法を図面を参
照しながら説明する。

【００８０】先ず、図５（ａ）に示すように、シリコン
基板３０１上にイオン注入をスルーさせる酸化膜（犠牲
酸化膜）３０２を、例えば、熱酸化法により形成する。
犠牲酸化膜３０２を形成する理由は、前記第１実施形態
と同様である。

【００８１】さらに、図５（ｂ）に示すように、犠牲酸
化膜３０２上にレジスト樹脂を塗布し、露光することに
よって、酸化シリコン膜（４１）及び（４２）を形成す
る領域Ｈ及びＩに開口部を有するレジストパターン３０
３を形成する。

【００８２】その後、該レジストパターン３０３をマス
クとして、イオン注入法により酸素をイオン注入する。
このときのイオン注入の条件は、形成する酸化膜の膜厚
をどの位にするのかによって定められるものであり、適
宜設定することができる。酸素イオンのイオン注入条件
としては、例えば、打ち込みエネルギーが１０−３５ｋ
ｅＶ、ドーズ量が１×１０¹⁴〜１×１０¹⁸ｃｍ^-2程度で
行う。このようにして、領域Ｈ及びＩのシリコン基板３
０１表面部には、酸素含有層３０４が形成される。

【００８３】さらに、図５（ｃ）に示すように、レジス
トパターン３０３を除去し、再度レジスト樹脂を塗布
し、露光することによって、酸化シリコン膜（４１）を
形成する領域Ｈ及び酸化シリコン膜（４３）を形成する
領域Ｊに開口部を有するレジストパターン３０５を形成
する。

【００８４】次に、該レジストパターン３０５をマスク
として、イオン注入法により窒素をイオン注入する。こ
のときのイオン注入の条件は、形成する酸化膜の膜厚を
どの程度にするのかにより定められるものであり、適宜
設定することができる。窒素イオンのドーズ量として
は、例えば、１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2程度であ
る。このようにして、領域Ｊのシリコン基板３０１表面
部には、窒素含有層３０６が形成される。また、領域Ｈ
のシリコン基板表面部には、酸素及び窒素含有層３０７
が形成される。

【００８５】本実施形態における酸素及び窒素のイオン
注入例を下記第３表に示す。なお、第３表中、Ｄ⁴¹はド
ーズ量Ｄ⁴¹にて酸素イオン注入を行う場合、Ｄ⁴²はドー
ズ量Ｄ⁴²にて窒素イオン注入を行う場合をそれぞれ示
す。また、イオン注入を行った場合には○、イオン注入
を行わない場合には×で記載している。なお、酸素のド
ーズ量Ｄ⁴¹と窒素のドーズ量Ｄ⁴²を適時選択することに
より、［００７９］に示したものとは変わり得る。

【００８６】

【表３】

【００８７】以上のような条件に設定して、例えばレジ
ストマスクをマスクとして用いることにより、位置選択
的に酸素イオン及び窒素イオンのイオン注入を行うこと
ができる。なお、酸素及び窒素イオン打ち込み後、必要
に応じて、例えば、４００℃〜６００℃で、数時間の加
熱処理を行うことも好ましい。

【００８８】次いで、レジストマスク３０５を除去し、
シリコン基板３０１表面を、例えば希フッ化水素酸等を
用いてクリーニングすることにより、図６（ｄ）に示す
構造を得る。シリコン基板３０１表面をクリーニングす
る理由は、前記第１実施形態と同様である。

【００８９】その後、図６（ｅ）に示すように、例えば
熱酸化法によりシリコン基板３０１表面のシリコンを酸
化することによって、シリコン基板３０１表面に酸化シ
リコン膜３０８を形成することができる。このときの熱
酸化は、例えば、酸化性ガス雰囲気下、８００〜１２０
０℃で、数秒間から数十分かけて行うことができる。

【００９０】このようにして、シリコン基板３０１の４
つの領域Ｈ，Ｉ，Ｊ及びＫ上に、それぞれ異なる膜厚を
有する酸化シリコン膜３０７を形成することができる。

【００９１】本実施形態によれば、予めシリコン基板表
面部に、酸素イオン及び窒素イオンのイオン注入を行う
ことにより、３種類以上の異なる膜厚を有する酸化シリ
コン膜３０７を１回の酸化工程により形成することがで
きる。

【００９２】本実形態では、酸素イオン及び窒素イオン
のイオン注入を１回ずつ行うことにより、最終的に４種
類の膜厚の異なる酸化シリコン膜を形成しているが、異
なる条件での酸素イオン注入及び窒素イオン注入操作を
さらに組み合わせることにより、５種類以上の以上の膜
厚の異なる酸化シリコン膜を１回の酸化工程により形成
することも可能である。

【００９３】本実施形態によれば、予めシリコン基板表
面部に酸素イオン及び窒素イオン注入する工程を組み合
わせることにより、４種類以上の異なる膜厚を１回の酸
化工程により形成することができる。

【００９４】また、本実施形態では、酸素及び窒素をイ
オン注入法によってシリコン基板表面部にドープさせて
いる。イオン注入法は、イオンの打ち込みドーズ量の精
密な制御が可能である。

【００９５】従って、本実施形態によれば、シリコン基
板の所定の領域上に４種類以上の異なる所定の膜厚の酸
化シリコン膜を、簡便かつ歩留りよく形成することがで
きる。

【００９６】第４実施形態本発明の第４の実施形態は、本発明の絶縁膜形成方法を
適用して、同一半導体基板上に、膜厚の異なる３種類の
ゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜上にそれぞれゲ
ート電極を形成することにより、３種類の異なるゲート
電圧を有するＭＯＳトランジスタを形成する半導体装置
の製造方法である。

【００９７】図１０（ｉ）に、本実施形態により製造さ
れる半導体装置の領域Ｌに形成された入出力部（Ｉ／Ｏ
部）のＭＯＳトランジスタ（ゲート電圧＝２．５Ｖ）、
領域Ｍに形成されたＤＲＡＭ部のＭＯＳトランジスタ
（ゲート電圧＝２．０Ｖ）及び領域Ｎに形成されたロジ
ック部のＭＯＳトランジスタ（ゲート電圧＝１．２Ｖ）
の構造断面図である。なお、図１０（ｉ）においては、
ソース・ドレイン領域、接続コンタクト、配線層、層間
絶縁膜及び各トランジスタ間の接続等の図示を便宜上省
略している。また、図１０（ｉ）においては、各Ｉ／Ｏ
部、ＤＲＡＭ部及びロジック部において、ＭＯＳトラン
ジスタが１個ずつ形成されている場合を図示している
が、勿論、複数個のＭＯＳトランジスタを有していても
よい。

【００９８】この半導体装置は、所謂ＳＴＩ（Ｓｈａｌ
ｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）法により
素子分離膜４０２を形成して素子分離を行い、該素子分
離膜４０２によって区画された領域上に、３種類の異な
る膜厚のゲート酸化膜４０８が形成され、さらに該ゲー
ト酸化膜４０８上に、それぞれゲート電極４０９，４１
０，４１１が形成された構造を有している。

【００９９】この半導体装置は、所謂システムＬＳＩと
称されるタイプの半導体装置であり、ＤＲＡＭとロジッ
クを同一半導体基板上に混載したものである。以下、こ
の半導体装置の製造方法を図面を参照しながら説明す
る。

【０１００】先ず、図７（ａ）に示すように、シリコン
半導体基板４０１を用意し、該シリコン半導体基板４０
１の所定の領域をエッチングすることにより溝Ｔを形成
する。次いで、図７（ｂ）に示すように、該溝Ｔ内及び
シリコン半導体基板４０１上に、例えば、プラズマＣＶ
Ｄ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ）法により、酸化シリコン膜４０２’を形成する。

【０１０１】次いで、図７（ｃ）に示すように、シリコ
ン半導体基板４０１表面のシリコンを研磨ストッパーと
するＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、酸化シリコン膜４０
２’表面を研磨・平坦化することにより素子分離膜４０
２を形成する。

【０１０２】次に、図８（ｄ）に示すように、例えば、
熱酸化法により、比較的薄い膜厚の酸化シリコン膜（犠
牲酸化膜）４０３を形成する。さらに、図８（ｅ）に示
すように、犠牲酸化膜４０３上に、レジスト樹脂を、例
えばスピンコート法により塗布し、露光することによっ
て、Ｉ／Ｏ部Ｌに開口部を有するレジストパターン４０
４を形成する。

【０１０３】さらに、該レジストパターン４０４をマス
クとして、Ｉ／Ｏ部Ｌのシリコン基板４０１表面部に酸
素をイオン注入法によりイオン注入するとにより、酸素
含有層４０５を形成する。酸素のイオン注入条件は、形
成する酸化膜の膜厚により適宜定めることができるが、
例えば、打ち込みエネルギーが１０−３５ｋｅＶ、ドー
ズ量が１×１０¹⁴〜１×１０¹⁸ｃｍ^-2程度で行うことが
できる。その後、シリコン基板を、５００℃で２時間程
度加熱処理する。このようにして、Ｉ／Ｏトランジスタ
が形成される領域Ｌのシリコン基板４０１表面部には、
酸素含有層４０５が形成される。

【０１０４】さらに、図１０（ｆ）に示すように、レジ
ストパターン４０４を除去し、再度レジスト樹脂を塗布
し、露光することによって、ロジックを形成する領域Ｍ
に開口部を有するレジストパターン４０６を形成する。

【０１０５】次に、該レジストパターン４０６をマスク
として、窒素をイオン注入法によりイオン注入する。そ
の後、シリコン基板を、５００℃で２時間程度加熱処理
する。このようにして、ロジックが形成される領域Ｍの
シリコン基板表面部には、窒素含有層４０７が形成され
る。

【０１０６】次いで、レジストマスク４０６を除去し、
シリコン基板表面を、希フッ化水素酸等でクリーニング
を行うことにより、図９（ｇ）に示す構造を得る。

【０１０７】その後、図１０（ｈ）に示すように、素子
分離膜４０２により区画された領域のシリコン基板表面
部のシリコンを、熱酸化法により酸化させることによ
り、シリコン基板４０１の領域Ｌ，Ｍ，Ｎ上に３種類の
膜厚の異なるゲート酸化膜４０８を形成することができ
る。熱酸化は、例えば、酸化性ガス雰囲気下、８００〜
１２００℃で、数秒間から数十分かけて行うことができ
る。

【０１０８】この熱酸化反応においては、Ｉ／Ｏ部（領
域Ｌ）のシリコン基板４０１表面部には酸素含有層４０
５が形成されているから、酸素を含まないシリコンが酸
化される場合（領域Ｎ）に比して、領域Ｌにおける酸化
反応は速くなる。つまり相対的に厚い膜厚の酸化シリコ
ン膜が形成されることになる。

【０１０９】一方、ロジック部（領域Ｍ）のシリコン基
板４０１表面部には窒素含有層４０７が形成されている
から、酸素を含まないシリコンが酸化される場合（領域
Ｎ）に比して、領域Ｍにおける酸化反応は遅くなる。つ
まり相対的に薄い膜厚で酸化シリコン膜が形成されるこ
とになる。

【０１１０】このようにして、例えば、Ｉ／Ｏ部Ｌのゲ
ート酸化膜４０８（５１）の膜厚を５ｎｍ、ＤＲＡＭ部
Ｎのゲート酸化膜４０８（５３）の膜厚を４ｎｍ及びロ
ジック部Ｍのゲート酸化膜４０８（５２）の膜厚を３ｎ
ｍ程度で形成することができる。

【０１１１】その後は、図１０（ｉ）に示すように、
導電性ポリシリコン膜を、例えば、ＣＶＤ法により形成
し、エッチングによりゲート電極加工を行うことによ
り、それぞれのゲート絶縁膜４０８上にゲート電極４０
９，４１０，４１１を形成することができる。

【０１１２】その後は、図示を省略しているが、各ゲー
ト電極４０９，４１０，４１１の下部周辺部に、リン、
ホウ素、砒素等の不純物を、例えば、イオン注入法によ
りドープさせることにより、ソース・ドレイン領域を形
成する。

【０１１３】ソース・ドレイン領域は、ｎチャネルＭＯ
Ｓトランジスタを形成したい場合には、例えば、リンや
砒素等のｎ型不純物をｐ型シリコン半導体基板中にドー
プさせることによって、また、ｐチャネルＭＯＳトラン
ジスタを形成したい場合には、例えば、ホウ素等のｐ型
不純物をｎ型シリコン半導体基板中にドープさせること
によって、それぞれ形成することができる。

【０１１４】さらには、層間絶縁膜を形成した後、ソー
ス・ドレインと配線層を接続プラグ及び配線層を形成す
る等の工程を経ることによって、所望の半導体装置を製
造することができる。

【０１１５】本実施例においては、Ｉ／Ｏ部Ｌ、ＤＲＡ
Ｍ部Ｎ及びロジック部Ｍを有する半導体装置を製造する
例を示したが、同一基板上に３種類以上の異なる膜厚の
ゲート絶縁膜を形成する工程を有する各種の半導体装置
の製造に適用することができる。

【０１１６】また、上述した内容はあくまで本発明の一
実施の形態であって、本発明の主旨を逸脱しない範囲で
基板の種類、基板に導入する化学反応を変化させる物
質、該物質の基板内へのドープ方法、用いる化学反応の
種類、製造する半導体装置の種類等を、適宜変更するこ
とが可能である。

【０１１７】本実施形態によれば、予めシリコン半導体
基板表面部に、酸素及び窒素の酸素イオン注入を１回ず
つ行うことにより、同一基板上に、３種類の異なる膜厚
のゲート酸化膜を１回の酸化工程により形成することが
できる。

【０１１８】また、本実施形態では、酸素及び窒素をイ
オン注入法によってシリコン半導体基板表面部にドープ
させている。ドープ方法には特に制限はないが、イオン
注入法が特に好ましい。イオン注入法は、イオンの打ち
込みドーズ量の精密な制御が可能である。従って、本実
施形態によれば、シリコン基板の所定の領域上に、３種
類の異なる初期の設定どおりの膜厚のゲート酸化膜を、
簡易、かつ歩留りよく形成することができる。

【０１１９】従って、本実施形態によれば、高品質かつ
高信頼性の３種類のＭＯＳトランジスタを有する半導体
装置を、簡便かつ歩留りよく製造することができる。

【０１２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の絶縁膜の
形成方法によれば、基板上に絶縁膜を形成する前に、予
め基板表面部に化学反応の反応速度を変化させる物質
（該化学反応を加速する物質、減速する物質及びそれら
の組み合わせ）の所定量を多段階にドープさせておくこ
とによって、基板表面の１度の化学反応（例えば、酸化
反応）によって、同一基板上に３種類以上の膜厚の異な
る絶縁膜を、簡便かつ歩留りよく、低廉された製造コス
トで形成することができる。

【０１２１】また、前記第１の発明において、基板表面
部の化学反応によって絶縁膜を形成する工程が、基板表
面部の基板材料を酸化させることによって酸化膜を形成
する工程を有する場合には、簡便かつかつ均一な膜質
で、所望の膜厚を有する酸化膜を形成することができ
る。

【０１２２】さらに、前記化学反応速度を変化させる物
質をドープする方法としてイオン注入法を用いる場合に
は、イオン注入法は、前記化学反応速度を変化させる物
質（イオン）の打ち込み量及び打ち込みエネルギーを精
密に制御できるので、基板表面部に化学反応を変化させ
る物質の含有量を多段階に変化させてドープすることが
容易であり、その後化学反応によって基板上に絶縁膜を
形成する場合に、膜厚が制御された絶縁膜を同一基板上
に精密に作り分けることができる。

【０１２３】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、同一基板上に、高品質かつ高信頼性の３種類以上
の電界効果型トランジスタを、簡便かつ歩留りよく、低
廉された製造コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図２】図２は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図３】図３は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図４】図４は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図５】図５は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図６】図６は、本発明の絶縁膜形成方法の主要工程断
面図である。

【図７】図７は、本発明の半導体装置の製造方法の主要
工程断面図である。

【図８】図８は、本発明の半導体装置の製造方法の主要
工程断面図である。

【図９】図９は、本発明の半導体装置の製造方法の主要
工程断面図である。

【図１０】図１０は、本発明の半導体装置の製造方法の
主要工程断面図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１…シリコン基板、１０
２，２０２，３０２，４０３…犠牲酸化膜、１０３，１
０５，２０３，２０５，３０３，３０５，４０４…レジ
ストパターン、１０４…第１の酸素含有層、１０６…第
２の酸素含有層、１０７，２０９，３０８，４０８…絶
縁膜（酸化シリコン膜）、２０４，２０７，３０６，４
０７…窒素含有層、２０８…第２の窒素含有層、３０
４，４０５…酸素含有層、３０７…酸素及び窒素含有
層、４０２’…酸化シリコン膜、４０２…素子分離膜、
４０９，４１０，４１１…ゲート電極、Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ…シリコン基板上の領
域、Ｌ…Ｉ／Ｏ部、Ｍ…ロジック部、Ｎ…ＤＲＡＭ（形
成）部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/8242 Ｆターム(参考） 5F048 AA07 AA09 AB01 AB03 AB06 AB07 AC03 BA01 BB05 BB11 BB16 BB18 BD04 BG12 BG14 DA00 5F058 BA06 BC02 BE07 BF55 BJ01 BJ10 5F083 GA28 JA32 NA01 PR14 PR36 PR40 PR44 PR45 PR54 PR55 ZA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面部の基板材料を化学反応によって
絶縁物にすることにより、前記基板上に絶縁膜を形成す
る絶縁膜の形成方法であって、前記絶縁膜を形成する領域の前記基板表面部に、前記化
学反応の速度を変化させる物質を、前記基板上に形成す
る絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度になるよ
うにドープする第１の工程と、前記基板表面部の基板材料を化学反応によって絶縁物に
することにより、前記基板上に３種類以上の異なる膜厚
の絶縁膜を形成する第２の工程を有する、絶縁膜の形成方法。
【請求項２】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料の
酸化される反応速度を変化させる物質を、形成する絶縁
膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度になるようにド
ープする工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項３】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料の
化学反応の速度を変化させる物質を、前記基板上に形成
する絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件でイオ
ン注入する工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項４】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料が
酸化される反応速度を変化させる物質を、形成する絶縁
膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件でイオン注入す
る工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項５】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の酸素をドープす
る工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項６】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件で酸素をイオン注
入する工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項７】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の窒素をドープす
る工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項８】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる条件で窒素をイオン注
入する工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項９】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成する
領域の前記基板表面部に、前記基板上に形成する絶縁膜
の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度の酸素及び窒素を
ドープする工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項１０】前記第１の工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる条件で酸素及び窒素をイオン注入
する工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項１１】前記基板は、少なくともその表面部がシ
リコン又は不純物を含有するシリコンからなる、請求項１記載の絶縁膜形成方法。
【請求項１２】前記第２の工程は、前記基板表面部の基
板材料を酸化させることにより、前記基板上に３種類以
上の異なる膜厚の酸化膜を形成する工程を有する、請求項１記載の絶縁膜の形成方法。
【請求項１３】基板表面部の基板材料を化学反応によっ
て絶縁物とすることにより、前記基板の異なる領域上に
３種類以上の異なる膜厚の絶縁膜を形成する第１の工程
と、前記絶縁膜上にそれぞれゲート電極を形成する第２
の工程を有する半導体装置の製造方法であって、第１の工程は、前記絶縁膜を形成する領域の前記基板表面部に、前記化
学反応の速度を変化させる物質を、前記基板上に形成す
る絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度となるよ
うにドープするドープ工程と、前記基板表面部の基板材料を化学反応によって絶縁物に
することにより、前記基板の異なる領域上に３種類以上
の異なる膜厚の絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程とを有
する、半導体装置の製造方法。
【請求項１４】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の基板材料
が酸化される反応速度を変化させる物質を、前記基板上
に形成する絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ異なる濃度
になるようにドープする工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、前記化学反応の速度を変化
させる物質を、形成する絶縁膜の膜厚に応じて、それぞ
れ異なる条件でイオン注入する工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の酸化反応
の反応速度を変化させる物質を、形成する絶縁膜の膜厚
に応じて、それぞれ異なる条件でイオン注入する工程を
有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、前記基板表面部の酸化反応
を変化させる物質を、形成する絶縁膜の膜厚に応じて、
それぞれ異なる条件でイオン注入する工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度の酸素をドープする工程を有
する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる条件で酸素をイオン注入する工程
を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度の窒素をドープする工程を有
する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる条件で窒素をイオン注入する工程
を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度の酸素及び窒素をドープする
工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】前記ドープ工程は、前記絶縁膜を形成す
る領域の前記基板表面部に、形成する絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる条件で酸素及び窒素をイオン注入
する工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】前記基板は、少なくともその表面部がシ
リコン又は不純物を含有するシリコンからなる、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】前記絶縁膜形成工程は、前記基板表面部
の基板材料を酸化させることにより、前記基板の異なる
領域上に、３種類以上の異なる膜厚の酸化膜を形成する
工程を有する、請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２６】同一シリコン半導体基板上に、３種類以
上の異なる膜厚のゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲ
ート絶縁膜上にそれぞれゲート電極を形成する工程を有
する半導体装置の製造方法であって、前記シリコン半導体基板内又は該半導体基板上に、素子
分離を行う為の素子分離膜を形成する工程と、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコン半
導体基板表面部に、シリコンの酸化速度を変化させる物
質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応じて、それぞれ
異なる濃度になるようにドープする工程と、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコン半
導体基板表面部を酸化することにより、３種類以上の膜
厚の異なるゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に、それぞれゲート電極を形成する
工程を有する、半導体装置の製造方法。
【請求項２７】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープする工程
は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコ
ン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜厚に
応じて、それぞれ異なる濃度の酸素又は窒素をドープす
る工程を有する、請求項２６記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項２８】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープする工程
は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコ
ン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜厚に
応じて、それぞれ異なる条件で酸素をイオン注入法によ
り導入する工程を有する、請求項２６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２９】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープする工程
は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコ
ン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜厚に
応じて、それぞれ異なる濃度の窒素をドープする工程を
有する、請求項２６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３０】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープする工程
は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シリコ
ン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜厚に
応じて、それぞれ異なる条件で窒素をイオン注入法によ
り導入する工程を有する、請求項２６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３１】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープするする
工程は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シ
リコン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜
厚に応じて、それぞれ異なる濃度の酸素及び窒素をドー
プする工程を有する、請求項２６記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項３２】前記素子分離膜により区画された領域の
前記シリコン半導体基板表面部に、シリコンの酸化速度
を変化させる物質を、形成するゲート絶縁膜の膜厚に応
じて、それぞれ異なる濃度となるようにドープするする
工程は、前記素子分離膜により区画された領域の前記シ
リコン半導体基板表面部に、形成するゲート絶縁膜の膜
厚に応じて、それぞれ異なる条件で酸素及び窒素をイオ
ン注入法により導入する工程を有する、請求項２６記載の半導体装置の製造方法。