JP2001093986A - Mos device and its manufacturing method - Google Patents
Mos device and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSデバイス及
びその製造方法に係わり、特にはMOSデバイスのしき
い値制御技術に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a MOS device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a threshold control technique for a MOS device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、MOSデバイスのしきい値制
御は、通常、イオン注入法により行われているが、この
しきい値制御の為のイオン注入作業は、制御すべきしき
い値の種類の分だけ行わなければならない。これについ
て、以下、図4、図5に示す一例を参照しながら説明す
る。2. Description of the Related Art Conventionally, threshold value control of a MOS device is usually performed by an ion implantation method. Must be done for This will be described below with reference to examples shown in FIGS.
【0003】図4、図5は、従来のMOSトランジスタ
の製造工程を説明する為の図(その1)、(その2)で
あり、例えば4種類(nチャネル/pチャネルMOS
で、それぞれ、エンハンスメント型とデプリーション
型)のトランジスタ製造プロセスを例とする。FIGS. 4 and 5 are diagrams (part 1) and (part 2) for explaining a conventional process for manufacturing a MOS transistor. For example, four types (n-channel / p-channel MOS) are shown.
Here, an enhancement type transistor and a depletion type transistor manufacturing process, respectively, are taken as examples.
【0004】ここで、MOSトランジスタは、ゲート−
ソース間電圧が0のときにドレイン電流が流れるか否か
によって、エンハンスメント型とデプリーション型とに
分かれる。これは所謂“しきい値”電圧(Vth)の値に
応じて決まる。すなわち、nチャネルMOSトランジス
タ(nMOS)であれば、Vthが正であればエンハンス
メント型(以下、nMOSEと記す)であり、Vthが負
であればデプリーション型(以下、nMOSDと記す)
である。一方、pチャネルMOSトランジスタ(pMO
S)であれば、その逆に、Vthが負であればエンハンス
メント型(以下、pMOSEと記す)であり、Vthが正
であればデプリーション型(以下、pMOSDと記す)
である。Here, a MOS transistor has a gate
It is classified into an enhancement type and a depletion type depending on whether or not a drain current flows when the source-to-source voltage is zero. This depends on the value of the so-called "threshold" voltage (Vth). That is, an n-channel MOS transistor (nMOS) is an enhancement type (hereinafter referred to as nMOSE) if Vth is positive, and a depletion type (hereinafter referred to as nMOSD) if Vth is negative.
It is. On the other hand, a p-channel MOS transistor (pMO
If S), conversely, if Vth is negative, it is an enhancement type (hereinafter, referred to as pMOSE), and if Vth is positive, it is a depletion type (hereinafter, referred to as pMOSD).
It is.
【0005】まず、図4に示す工程(a)において、n
型シリコン基板1にp型ウェル2を形成する。詳細に
は、まず、n型シリコン基板1表面全体に、熱酸化法に
より酸化膜(2酸化シリコン;SiO2 )を形成する。
次にフォトリソ処理(露光、エッチング等)によりp型
ウェル2を形成させる領域上の酸化膜を除去し、イオン
打込み(イオン注入)、ドライブインを行ってp型ウェ
ル2を形成し、最後に再度酸化膜を形成する。First, in step (a) shown in FIG.
A p-type well 2 is formed in a type silicon substrate 1. Specifically, first, an oxide film (silicon dioxide; SiO 2 ) is formed on the entire surface of the n-type silicon substrate 1 by a thermal oxidation method.
Next, the oxide film on the region where the p-type well 2 is to be formed is removed by photolithography (exposure, etching, etc.), ion implantation (ion implantation) and drive-in are performed to form the p-type well 2 and finally again. An oxide film is formed.
【0006】次に、CVD(Chemical Vapor Depositio
n)法により、基板全面に窒化膜(Si3N4)を堆積さ
せた後、フォトリソ処理により個々のトランジスタ形成
領域にのみ窒化膜3を残す(工程(b))。Next, CVD (Chemical Vapor Depositio)
After a nitride film (Si 3 N 4 ) is deposited on the entire surface of the substrate by the n) method, the nitride film 3 is left only in each transistor forming region by photolithography (step (b)).
【0007】そして、LOCOS(Local Oxidation of
Sillicon )酸化工程により、熱酸化法により、上記窒
化膜3をマスクとして、より厚い酸化膜4(SiO2 )
を形成させる。このとき、上記窒化膜3(Si3N4)で
覆われている領域では、酸化膜は成長しない。これよ
り、窒化膜3(Si3N4)を除去することで、工程
(c)に示す状態になり、個々のトランジスタ形成領域
が、より厚い酸化膜4により互いに分離される(同図左
側から順に、nMOSD形成領域、nMOSE形成領
域、pMOSD形成領域、pMOSE形成領域)。The LOCOS (Local Oxidation of
In the oxidation process, a thicker oxide film 4 (SiO 2 ) is formed by a thermal oxidation method using the nitride film 3 as a mask.
Is formed. At this time, an oxide film does not grow in a region covered with the nitride film 3 (Si 3 N 4 ). By removing the nitride film 3 (Si 3 N 4 ), the state shown in the step (c) is obtained, and the individual transistor formation regions are separated from each other by the thicker oxide film 4 (from the left side in FIG. In order, an nMOSD formation region, an nMOSE formation region, a pMOSD formation region, and a pMOSE formation region.
【0008】次に、工程(d)、(e)に示すように、
イオン注入によるしきい値電圧制御を行う。このしきい
値制御用イオン注入は、従来では4工程行う必要があっ
た。まず、工程(d)において、エンハンスメント型形
成の為のしきい値制御工程を実行する。すなわち、ま
ず、同図に示すように、nMOSE形成領域を除いて基
板上をホトレジスト5で覆った後、このホトレジスト5
をマスクとして、例えばしきい値Vthを+0.6(V)
にするイオン注入を行う。上記の様にnMOSでは、V
thが正であればエンハンスメント型となる。Next, as shown in steps (d) and (e),
Threshold voltage control is performed by ion implantation. This threshold control ion implantation conventionally required four steps. First, in a step (d), a threshold control step for enhancement type formation is performed. That is, first, as shown in the figure, the substrate is covered with a photoresist 5 except for the nMOSE formation region, and then the photoresist 5 is formed.
Is used as a mask, for example, the threshold Vth is set to +0.6 (V)
Is performed. As described above, in the nMOS, V
If th is positive, it is an enhancement type.
【0009】次に、図には示していないが、同様にし
て、pMOSE形成領域を除いて基板上をホトレジスト
で覆った後、このホトレジストをマスクとして、例えば
しきい値Vthを−0.6(V)にするイオン注入を行
う。上記の様にpMOSでは、Vthが負であればエンハ
ンスメント型となる。Next, although not shown in the figure, similarly, after covering the substrate with a photoresist except for the pMOSE formation region, using this photoresist as a mask, for example, the threshold Vth is set to -0.6 ( V) ion implantation is performed. As described above, a pMOS becomes an enhancement type if Vth is negative.
【0010】以下、同様に、工程(e)において、nM
OSD形成領域において、デプリーション型形成の為、
例えばしきい値Vthを−0.4(V)にするしきい値制
御用イオン注入工程を実行する。Hereinafter, similarly, in step (e), nM
In the OSD formation area, for depletion type formation,
For example, a threshold control ion implantation process for setting the threshold Vth to -0.4 (V) is executed.
【0011】また、図には示していないが、同様にし
て、pMOSD形成領域において、デプリーション型形
成の為、例えばしきい値Vthを+0.4(V)にするし
きい値制御用イオン注入工程を実行する。Although not shown in the figure, in the same manner, in the pMOSD formation region, a threshold control ion implantation step for setting the threshold Vth to +0.4 (V) for forming a depletion type, for example. Execute
【0012】このように、nMOSE、nMOSD、p
MOSE、pMOSDという4種類のMOSを形成する
には、各々に対するしきい値制御の為のイオン注入工程
が必要であるので、上記の通り4回のイオン注入工程が
必要となる。尚、この4回のイオン注入工程の順番は、
上述した順番通りでなくてもよい。Thus, nMOSE, nMOSD, p
In order to form four types of MOSs, MOSE and pMOSD, an ion implantation process for controlling a threshold value for each of them is required. Therefore, four ion implantation processes are required as described above. The order of the four ion implantation steps is as follows.
The order may not be as described above.
【0013】次に、工程(f)において、CVD法によ
り、ポリ・シリコン(多結晶シリコン)を堆積させ、ゲ
ートとする部分をフォトリソ処理により形成する。その
際、ゲートの抵抗を減らすために、高濃度にドープした
n型(n++)にする。これより、工程(f)に図示の
ように、高濃度にドープしたn型のポリ・シリコンゲー
ト電極21が形成される。Next, in step (f), polysilicon (polycrystalline silicon) is deposited by a CVD method, and a portion to be a gate is formed by photolithography. At this time, in order to reduce the resistance of the gate, the gate electrode is made n-type (n ++) which is highly doped. As a result, as shown in the step (f), a highly doped n-type polysilicon gate electrode 21 is formed.
【0014】そして、S/D(ソース/ドレイン)形成
の為のイオン注入工程(g)、(h)を行う。例えば図
示のように、工程(g)ではnMOS形成領域(図の左
側)を除いてホトレジスト5で覆った後、このホトレジ
スト5をマスクとして、S/D(ソース/ドレイン)形
成用のイオン注入を行う。次に、(h)においてpMO
S形成領域(図の左側)を除いてホトレジスト5で覆っ
た後、このホトレジスト5をマスクとして、S/D(ソ
ース/ドレイン)形成用のイオン注入を行う。そして、
ホトレジスト5を全て除去した後、ドライブインを行う
ことで、工程(i)に示すように、n+のソース7/ド
レイン8、p+のソース9/ドレイン10が形成され
る。Then, ion implantation steps (g) and (h) for forming S / D (source / drain) are performed. For example, as shown in the figure, in step (g), after excluding the nMOS formation region (left side in the figure) with a photoresist 5, ion implantation for S / D (source / drain) formation is performed using the photoresist 5 as a mask. Do. Next, in (h), the pMO
After covering with the photoresist 5 except for the S formation region (left side in the figure), ion implantation for S / D (source / drain) formation is performed using the photoresist 5 as a mask. And
After removing the photoresist 5 entirely, drive-in is performed to form an n + source 7 / drain 8 and a p + source 9 / drain 10 as shown in step (i).
【0015】後は、例えば工程(j)に示すように、C
VD法による絶縁膜11の形成、絶縁膜へのソース/ド
レイン用コンタクトの形成、コンタクトを介してソース
/ドレインに接続される金属電極12の形成等の工程を
行う。Thereafter, for example, as shown in step (j), C
Steps such as formation of the insulating film 11 by the VD method, formation of a source / drain contact to the insulating film, formation of a metal electrode 12 connected to the source / drain through the contact, and the like are performed.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
イオン注入法によるMOSデバイスのしきい値制御で
は、制御すべきしきい値の種類の分、しきい値制御の為
の工程が必要となる。例えば、上述した図4、図5に示
す例のようにnMOSE、nMOSD、pMOSE、p
MOSDという4種類のMOSデバイスを形成するに
は、各々に対するしきい値制御の為のイオン注入工程が
必要であるので、上記の通り4回のイオン注入工程が必
要となる(図では、4回の工程のうち、2回は省略して
示している)。As described above, in the threshold control of a MOS device by the conventional ion implantation method, a process for controlling the threshold is necessary for each type of threshold to be controlled. Becomes For example, nMOSE, nMOSD, pMOSE, pMOSE
In order to form four types of MOS devices called MOSD, an ion implantation process for controlling a threshold value is required for each device, so that four ion implantation processes are required as described above (four times in the figure). Are omitted from the illustration).
【0017】一般的に、工程数が多くなればなるほど
(工程が複雑になればなるほど)、その製造プロセスの
信頼性は低下する。よって、工程数を少しでも減らすこ
とが要望されている。In general, the more steps (the more complicated the steps), the lower the reliability of the manufacturing process. Therefore, there is a demand for reducing the number of steps as much as possible.
【0018】本発明の課題は、特にしきい値制御の為の
工程数を減らすことを可能にし、以て信頼性を向上させ
ることができるMOSデバイスの製造方法を提供するこ
とである。It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a MOS device which can reduce the number of steps for controlling a threshold value and thereby improve the reliability.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明によるMOSデバ
イスの製造方法は、同一半導体基板上に、チャネルが同
一導電型であってしきい値が異なる2つのタイプのMO
Sトランジスタを形成してなるMOSデバイスの製造方
法において、前記半導体基板における前記2つのタイプ
のMOSトランジスタの各形成領域に、しきい値制御用
のイオン注入を行う工程と、前記MOSトランジスタの
各形成領域上に、非ドープのポリシリコンゲート電極を
形成する工程と、前記2つのタイプのMOSトランジス
タにおける該ポリシリコンゲート電極に、互いに異なる
タイプの不純物をドープすることにより、各形成領域に
互いに異なるしきい値を設定する工程とを含む。According to the method of manufacturing a MOS device according to the present invention, two types of MOs having the same conductivity type and different thresholds on the same semiconductor substrate are used.
In a method of manufacturing a MOS device in which an S transistor is formed, a step of performing ion implantation for threshold value control in each formation region of the two types of MOS transistors on the semiconductor substrate; Forming a non-doped polysilicon gate electrode on the region; and doping the polysilicon gate electrode of the two types of MOS transistors with impurities of different types, so that each formed region has a different shape. Setting a threshold value.
【0020】上記MOSデバイスの製造方法によれば、
例えばnMOS、pMOSに対して各々1回のしきい値
制御用のイオン注入工程を実施し、nMOS/pMOS
それぞれにp型とn型のポリシリコンゲート電極を形成
すると、p型とn型とで仕事関数が異なることより、そ
れぞれ2種類のしきい値を持たせることができる。この
ように、上記計2回のしきい値制御用のイオン注入工程
を実施すれば、計4種類のしきい値を持たせることがで
き、また、ゲートへのイオン注入工程を、ソース/ドレ
インへのイオン注入工程と同時に行うことが可能になる
ので、その結果、全体としての工程数も削減できる。そ
して、このように工程数が少なくなることにより、製造
プロセスの信頼性が向上する。According to the method for manufacturing a MOS device,
For example, an ion implantation process for threshold control is performed once for each of the nMOS and the pMOS, and the nMOS / pMOS
When p-type and n-type polysilicon gate electrodes are formed respectively, two types of threshold values can be provided, respectively, because the work functions are different between p-type and n-type. As described above, if the above-described two ion implantation processes for controlling the threshold value are performed, a total of four types of threshold values can be provided. Can be performed at the same time as the step of ion implantation into the semiconductor device, so that the number of steps as a whole can be reduced. Then, by reducing the number of steps in this way, the reliability of the manufacturing process is improved.
【0021】また、上記製造方法により製造されるMO
Sデバイスは、同一半導体基板上に、チャネルが同一導
電型であってしきい値が異なる2つのタイプのMOSト
ランジスタを形成してなるMOSデバイスにおいて、前
記2つのタイプのMOSトランジスタにおける各チャネ
ル領域には、同一タイプかつ同一濃度の不純物がドープ
されており、前記2つのタイプのMOSトランジスタに
おける各ポリシリコンゲート電極には、各チャネル領域
で互いに異なるしきい値となるよう、互いに異なるタイ
プの不純物がドープされている。The MO manufactured by the above manufacturing method is
An S device is a MOS device in which two types of MOS transistors having the same conductivity type and different thresholds are formed on the same semiconductor substrate. Are doped with the same type and the same concentration of impurities, and the polysilicon gate electrodes of the two types of MOS transistors are doped with impurities of different types so that the thresholds are different in the respective channel regions. Doped.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。ここで、MOSのゲート
電極としてよく用いられるポリ・シリコン(多結晶シリ
コン)は、p型とn型があるが、その仕事関数の違いに
より、p型のポリ・シリコンのゲート電極を用いるMO
S(以下、pポリゲートMOSという)のしきい値電圧
(Vth)と、n型のポリ・シリコンのゲート電極を用い
るMOS(以下、nポリゲートMOSという)のしきい
値電圧(Vth)とでは、ゲート酸化膜厚が数十(nm)程
度の場合で約1(V)程度異なる。例えば、nMOSの
場合、ゲート電極としてp型のポリ・シリコンを用いた
場合は、ゲート電極としてn型のポリ・シリコンを用い
た場合に比べ、しきい値電圧(Vth)が高くなる。例え
ば、約1(V)程度高くなる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, there are p-type and n-type poly-silicon (polycrystalline silicon) which is often used as a MOS gate electrode. However, due to a difference in work function, an MO using a p-type poly-silicon gate electrode is used.
The threshold voltage (Vth) of S (hereinafter, referred to as p-poly gate MOS) and the threshold voltage (Vth) of MOS (hereinafter, referred to as n-poly gate MOS) using an n-type polysilicon gate electrode are as follows. The difference differs by about 1 (V) when the gate oxide film thickness is about several tens (nm). For example, in the case of an nMOS, the threshold voltage (Vth) is higher when p-type polysilicon is used as the gate electrode than when n-type polysilicon is used as the gate electrode. For example, it becomes higher by about 1 (V).
【0023】本発明では、この性質を利用して、従来は
4回必要であったしきい値制御用イオン注入工程(図
4、図5に示す工程(d)、(e))が、2回の工程で
済むようにしたことを特徴とする。すなわち、上記の通
り、しきい値電圧(Vth)は、イオン注入法によって制
御される他に、ゲート電極の種類(仕事関数)によって
変わる。これを利用して、両者を組み合わせることで、
イオン注入によって基準となるしきい値電圧制御を行
い、これとゲート電極の仕事関数によって最終的なしき
い値電圧(Vth)が決まるが、その際、ポリ・シリコン
のゲート電極(ポリゲート)がp型かn型かによって最
終的なしきい値電圧(Vth)が正/負に分かれるように
する。上記の様に、ポリ・シリコンのゲート電極を用い
ると、p型とn型とでしきい値電圧(Vth)が約1
(V)程度異なるので、例えば一方がVth=+0.6
(V)、他方がVth=−0.4(V)となるように調整
できる。In the present invention, utilizing this property, the threshold control ion implantation steps (steps (d) and (e) shown in FIGS. It is characterized in that the number of processes is only one. That is, as described above, the threshold voltage (Vth) varies depending on the type (work function) of the gate electrode in addition to being controlled by the ion implantation method. By using this and combining both,
The reference threshold voltage control is performed by ion implantation, and the final threshold voltage (Vth) is determined by this and the work function of the gate electrode. At this time, the polysilicon gate electrode (poly gate) is p-type. The final threshold voltage (Vth) is divided into positive / negative depending on whether it is n-type or n-type. As described above, when the polysilicon gate electrode is used, the threshold voltage (Vth) is about 1 for p-type and n-type.
(V), for example, one of them is Vth = + 0.6
(V), the other can be adjusted so that Vth = −0.4 (V).
【0024】このようにすることで、例えばnMOSに
対して、従来ではエンハンスメント型/デプリーション
型それぞれに1回ずつで計2回のイオン注入工程が必要
であったが、1回のイオン注入工程によって基準となる
しきい値電圧制御を行うだけで、例えば上記の様にpポ
リゲートMOSでVth=+0.6(V)とするとエンハ
ンスメント型となり、nポリゲートMOSではその約1
(V)差でVth=−0.4(V)となるのでデプリーシ
ョン型となる。pMOSについても同様に、1回のイオ
ン注入工程に対して2種類のしきい値を持たせることが
できる。In this way, for example, conventionally, for the nMOS, two ion implantation steps, one each for the enhancement type and the depletion type, were required. Only by performing the threshold voltage control as a reference, for example, if Vth = + 0.6 (V) in the p-poly gate MOS as described above, an enhancement type is obtained.
(V) Since Vth = −0.4 (V) due to the difference, it becomes a depletion type. Similarly, the pMOS can have two types of thresholds in one ion implantation process.
【0025】また、詳しくは後述するが、p型、n型の
ポリゲートを形成するのに、S/D(ソース/ドレイ
ン)形成用のイオン注入工程を利用する。これによっ
て、従来、nMOSE、nMOSD、pMOSE、pM
OSDの4種類のMOSトランジスタを形成するMOS
デバイス製造工程において、全体としての工程数を少な
くすることができる。このように工程数が少なくなれ
ば、上述してある様に製造プロセスの信頼性が向上する
ことが期待できる。As will be described in detail later, an ion implantation process for forming a source / drain (S / D) is used to form p-type and n-type poly gates. As a result, conventionally, nMOSE, nMOSD, pMOSE, pM
MOS for forming four types of MOS transistors of OSD
In the device manufacturing process, the number of processes as a whole can be reduced. If the number of steps is reduced as described above, the reliability of the manufacturing process can be expected to be improved as described above.
【0026】上述したことについて、以下、図1〜図3
を参照して、より詳細に説明する。図1、図2は、本発
明の実施形態のMOSトランジスタの製造工程を説明す
る為の図であり、図4、図5に示す従来例と同じく、n
MOSE、nMOSD、pMOSE、pMOSDの4種
類のMOSトランジスタを形成する製造工程を示すもの
であり、図4、図5に示す構成と略同様でよいものには
同一符号を付してある。Regarding the above, FIGS.
This will be described in more detail with reference to FIG. FIGS. 1 and 2 are views for explaining a manufacturing process of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention. As in the conventional example shown in FIGS.
This shows a manufacturing process for forming four types of MOS transistors of MOSE, nMOSD, pMOST, and pMOSD, and the same reference numerals are given to those which may be substantially the same as those shown in FIGS.
【0027】図1に示す(a)〜(c)の工程は、従来
の図4の(a)〜(c)の工程と同じであるので、詳細
には説明しないが、まず工程(a)においてn型シリコ
ン基板1にp型ウェル2を形成し、次に工程(b)にお
いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により
窒化膜3(Si3N4)を堆積させ、続いて工程(c)に
おいて、LOCOS酸化工程により、より厚い酸化膜4
(SiO2)を形成させる。これより、窒化膜Si3N4
を除去することで、工程(c)に示す状態になり、個々
のトランジスタ形成領域が、厚い酸化膜により互いに分
離される(同図左側から順に、nMOSD(nポリnM
OS)形成領域、nMOSE(pポリnMOS)形成領
域、pMOSD(pポリpMOS)形成領域、pMOS
E(nポリpMOS)形成領域に分離される)。The steps (a) to (c) shown in FIG. 1 are the same as the conventional steps (a) to (c) in FIG. 4 and will not be described in detail. In step (b), a p-type well 2 is formed in an n-type silicon substrate 1, and then, in step (b), a nitride film 3 (Si 3 N 4 ) is deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In the LOCOS oxidation step, a thicker oxide film 4 is formed.
(SiO 2 ) is formed. Thus, the nitride film Si 3 N 4
Is removed, the state shown in step (c) is reached, and the individual transistor formation regions are separated from each other by a thick oxide film (nMOSD (n-poly nM
OS) formation region, nMOSE (p-poly nMOS) formation region, pMOSD (p-poly pMOS) formation region, pMOS
E (n-poly pMOS) formation region).
【0028】続いて、しきい値電圧制御用のイオン注入
工程に入る(工程(d))。このイオン注入工程(d)
では、nMOS形成領域(図上、左側)に対して、しき
い値制御(nVth control)を行う。すなわち、nMO
S形成領域を除いて基板上をホトレジスト5で覆った
後、このホトレジスト5をマスクとして、イオン注入を
行う。このイオン注入は、後述するpポリゲートnMO
Sを形成した場合にそのしきい値Vthが正(例えば+
0.5(V)近辺)となり、nポリゲートnMOSを形
成した場合にそのしきい値Vthが負(例えば−0.5
(V)近辺)となるように調整して行う。Subsequently, an ion implantation step for controlling the threshold voltage is started (step (d)). This ion implantation step (d)
Then, threshold control (nVth control) is performed on the nMOS formation region (left side in the figure). That is, nMO
After the substrate is covered with the photoresist 5 except for the S formation region, ion implantation is performed using the photoresist 5 as a mask. This ion implantation is performed using a p-poly gate nMO described later.
When S is formed, its threshold value Vth is positive (for example, +
0.5 (V), and when an n-poly gate nMOS is formed, the threshold value Vth is negative (for example, -0.5
(V).
【0029】また、特に図示していないが、pMOS形
成領域(図上、右側)に対しても、同様にして、しきい
値制御(pVth control)を行う。すなわち、pMOS
形成領域を除いて基板上をホトレジスト5で覆った後、
このホトレジスト5をマスクとして、イオン注入を行
う。このイオン注入は、後述するpポリゲートpMOS
を形成した場合にそのしきい値Vthが正(例えば+0.
5(V)近辺)となり、nポリゲートpMOSを形成し
た場合にそのしきい値Vthが負(例えば−0.5(V)
近辺)となる程度に行えばよい。Although not specifically shown, threshold voltage control (pVth control) is similarly performed on the pMOS formation region (right side in the figure). That is, pMOS
After covering the substrate with the photoresist 5 except for the formation area,
Ion implantation is performed using the photoresist 5 as a mask. This ion implantation is performed by a p-poly gate pMOS
Is formed, the threshold value Vth is positive (for example, +0.
5 (V), and when the n-poly gate pMOS is formed, its threshold Vth is negative (for example, -0.5 (V)).
(Near).
【0030】次に、工程(e)において、CVD法によ
り、ポリ・シリコン(多結晶シリコン)ゲート6を形成
する。その際、このポリゲート電極6をp型、n型にド
ープさせることはせず(非ドープのポリゲートとす
る)、後のS/D(ソース/ドレイン)形成用のイオン
注入工程(工程(f)、(g))を利用して、p型化/
n型化させる。このようにすることで、p型/n型の2
種類のポリゲート電極6を形成するにも係わらず、工程
数を増加させなくて済む。Next, in a step (e), a polysilicon (polycrystalline silicon) gate 6 is formed by the CVD method. At this time, the poly gate electrode 6 is not doped with p-type or n-type (an undoped poly gate), and an ion implantation step (step (f)) for forming S / D (source / drain) later , (G)) to form a p-type /
Make it n-type. By doing so, the p-type / n-type 2
Despite the formation of different types of poly gate electrodes 6, the number of steps does not need to be increased.
【0031】すなわち、nMOS形成領域においてn+
のS/D(ソース7/ドレイン8)を形成させるイオン
注入工程(f)を利用して、nMOSD形成領域のポリ
ゲート6、及びpMOSE形成領域のポリゲート6をn
型化させる。尚、nMOSE形成領域のポリゲート6
は、図示のように、ホトレジスト5で覆う際の加工精度
の問題で、その両端のエッジ部分6aはn型化される
が、詳しくは後述するが、これはしきい値Vth制御に影
響しない。That is, in the nMOS formation region, n +
The poly gate 6 in the nMOSD formation region and the poly gate 6 in the pMOSE formation region are converted to n by using the ion implantation process (f) for forming the S / D (source 7 / drain 8).
Make it type. The poly gate 6 in the nMOSE formation region
As shown in the figure, the edge portions 6a at both ends thereof are made n-type due to the problem of processing accuracy when covering with the photoresist 5, but this will not affect the threshold Vth control, which will be described in detail later.
【0032】同様に、pMOS形成領域においてp+の
S/D(ソース9/ドレイン10)を形成させるイオン
注入工程(g)を利用して、pMOSD形成領域のポリ
ゲート6、及びnMOSE形成領域のポリゲート6をp
型化させる。尚、pMOSE形成領域のポリゲート6の
エッジ部分6aがp型化されることについても、上記と
同様である。Similarly, using the ion implantation step (g) for forming p + S / D (source 9 / drain 10) in the pMOS formation region, the poly gate 6 in the pMOSD formation region and the poly gate 6 in the nMOSE formation region are used. To p
Make it type. Note that, similarly to the above, the edge portion 6a of the poly gate 6 in the pMOSE formation region is made p-type.
【0033】このように、nポリnMOS、pポリpM
OSは、自己のポリゲート電極6をマスクとするセルフ
・アラインメント(自己整合)で作成できるが、pポリ
nMOS、nポリpMOSのポリゲート6は、それぞ
れ、上記の様に、加工精度の問題で、両端のエッジ部分
6aにnポリゲート、pポリゲートがオーバーラップし
てしまう。しかしながら、これは、しきい値電圧Vthに
は影響しない。As described above, the n-poly nMOS and the p-poly pM
The OS can be created by self-alignment (self-alignment) using its own poly gate electrode 6 as a mask. However, as described above, the p-poly nMOS and n-poly pMOS poly gates 6 have both ends due to processing accuracy problems. , The n-poly gate and the p-poly gate overlap each other. However, this does not affect the threshold voltage Vth.
【0034】すなわち、例えば上記工程で作成されたp
ポリnMOSのポリゲート6は、図3(a)に示すよう
に、その両端のエッジ部分6aがnポリゲートとなる
が、nMOSの場合、上述してある通り、pポリゲート
を用いる場合のしきい値電圧Vthp は、nポリゲートを
用いる場合のしきい値電圧Vthn より高くなる。一方、
全体としてのしきい値電圧Vthは、結局、より高い方の
しきい値電圧Vthp で決まる。よって、nポリゲートが
オーバーラップしても、しきい値電圧Vthには影響しな
い(pポリゲートを用いる場合のしきい値電圧Vthp と
なる)。That is, for example, p
As shown in FIG. 3A, an edge portion 6a at both ends of the poly gate 6 of the poly nMOS becomes an n poly gate. In the case of an nMOS, as described above, the threshold voltage when a p poly gate is used is used. Vthp is higher than the threshold voltage Vthn when using an n-poly gate. on the other hand,
The overall threshold voltage Vth is ultimately determined by the higher threshold voltage Vthp. Therefore, even if the n-poly gates overlap, they do not affect the threshold voltage Vth (the threshold voltage Vthp when a p-poly gate is used).
【0035】nポリpMOSについても同様であり、図
3(b)に示すように、その両端にpポリゲートがオー
バーラップしても、高い方のしきい値電圧Vthn (pM
OSでは正/負を逆に考えるので)で決まるので、問題
はない。The same applies to the n-poly pMOS. As shown in FIG. 3B, even if the p-poly gates overlap at both ends, the higher threshold voltage Vthn (pM
There is no problem because it is determined by the OS because positive / negative is considered reversely).
【0036】そして、工程(h)において、ドライブイ
ンすることにより、図示の様にn+、p+のS/D(ソ
ース7、9/ドレイン8、10)が形成されると共に、
各ポリシリコンゲート電極6は、図の左から順にnポリ
ゲート、pポリゲート、pポリゲート、nポリゲートと
なる。その後は、従来と同様に、CVD法による絶縁膜
11の形成、絶縁膜へのソース/ドレイン用コンタクト
の形成、コンタクトを介してソース/ドレインに接続さ
れる金属電極12の形成等の工程を行う(工程
(i))。Then, in step (h), by driving in, n + and p + S / Ds (sources 7, 9 / drain 8, 10) are formed as shown in FIG.
Each polysilicon gate electrode 6 is an n-poly gate, a p-poly gate, a p-poly gate, and an n-poly gate in order from the left of the figure. Thereafter, steps such as formation of the insulating film 11 by the CVD method, formation of a source / drain contact on the insulating film, formation of the metal electrode 12 connected to the source / drain via the contact, and the like are performed as in the conventional case. (Step (i)).
【0037】以上の工程により製造されたMOSデバイ
スは、図2(i)に示されるように、同一の基板1上
に、デプリーション型及びエンハンスメント型の各nチ
ャネルMOSトランジスタ(nMOSD、nMOSE)
と、デプリーション型及びエンハンスメント型の各pチ
ャネルMOSトランジスタ(pMOSD、pMOSE)
とが形成されている。そして、nMOSD及びnMOS
Eにおける各チャネル領域には、上記工程(d)でのイ
オン注入により、同一タイプ(n型)且つ同一濃度の不
純物がドープされており、また、nMOSD及びnMO
SEにおける各ポリシリコンゲート電極には、上記工程
(f)及び(g)でのイオン注入により、互いに異なる
タイプ(n型とp型)の不純物がドープされており、そ
の結果、上述したようにデプリーション型及びエンハン
スメント型に応じた互いに異なるしきい値電圧Vthn 、
Vthp が設定されている。同様に、pMOSD及びpM
OSEにおける各チャネル領域にも、同一タイプ(p
型)且つ同一濃度の不純物がドープされており、また、
pMOSD及びpMOSEにおける各ポリシリコンゲー
ト電極にも、互いに異なるタイプ(p型とn型)の不純
物がドープされており、その結果、やはり同様に、エン
ハンスメント型とデプリーション型に応じた互いに異な
るしきい値電圧Vthn 、Vthp が設定されている。As shown in FIG. 2 (i), the MOS devices manufactured by the above-described steps are formed on the same substrate 1 by depletion type and enhancement type n-channel MOS transistors (nMOSD, nMOST).
And depletion-type and enhancement-type p-channel MOS transistors (pMOSD, pMOSE)
Are formed. And nMOSD and nMOS
Each channel region in E is doped with the same type (n-type) and the same concentration of impurities by the ion implantation in the step (d).
Each polysilicon gate electrode in the SE is doped with impurities of different types (n-type and p-type) by the ion implantation in the steps (f) and (g). As a result, as described above, Different threshold voltages Vthn according to the depletion type and the enhancement type,
Vthp is set. Similarly, pMOSD and pM
The same type (p
Type) and doped with the same concentration of impurities,
Polysilicon gate electrodes in pMOSD and pMOSE are also doped with different types of impurities (p-type and n-type), and as a result, similarly, different threshold values according to the enhancement type and the depletion type are also used. Voltages Vthn and Vthp are set.
【0038】このように、本発明のMOSデバイスで
は、チャネル領域にドープされた不純物のタイプや濃度
によってしきい値電圧に相違を持たせるのではなく、各
ポリシリコンゲート電極にドープされる不純物のタイプ
によりデプリーション型とエンハンスメント型の2種類
のしきい値電圧が設定されるのであり、従来にはない新
規なしきい値制御が実現される。As described above, in the MOS device of the present invention, the threshold voltage does not differ depending on the type and concentration of the impurity doped in the channel region. Two types of threshold voltages, a depletion type and an enhancement type, are set depending on the type, and a novel threshold control which has not been achieved in the past can be realized.
【0039】尚、上述した実施形態の説明では、n型基
板上にp型ウェルを形成した半導体基板を例にしたが、
当然これに限るものではなく、例えばp型基板上にn型
ウェルを形成した半導体基板であってもよい。In the above description of the embodiment, a semiconductor substrate in which a p-type well is formed on an n-type substrate has been described as an example.
Of course, the present invention is not limited to this. For example, a semiconductor substrate in which an n-type well is formed on a p-type substrate may be used.
【0040】また、尚、上述した実施の形態の説明では
nMOSD、nMOSE、pMOSE、及びpMOSD
を全て備えるデバイスに適用されるものとしたが、本発
明はこれに限るものではなく、例えばエンハンスメント
型とデプリーション型の2つのタイプのMOSトランジ
スタを備えるデバイスであれば、有効に適用可能であ
る。更に、エンハンスメント型/デプリーション型に限
ることなく、例えば同一のチャネルタイプであって、し
きい値電圧が例えば1(V)と0.5(V)のように異
なる2種類のMOSデバイスであれば、有効に適用可能
である。すなわち、本発明は、少なくとも、同一半導体
基板上に、チャネルが同一導電型であってしきい値が異
なる2つのタイプのMOSトランジスタを形成してなる
MOSデバイスであれば、有効に適用可能である。In the description of the above embodiment, nMOSD, nMOSE, pMOST, and pMOSD
However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be effectively applied to a device including two types of MOS transistors, an enhancement type and a depletion type. Further, the present invention is not limited to the enhancement type / depletion type, but may be any two types of MOS devices having the same channel type and different threshold voltages, for example, 1 (V) and 0.5 (V). , Is effectively applicable. That is, the present invention can be effectively applied to at least a MOS device in which two types of MOS transistors having the same conductivity type and different thresholds are formed on the same semiconductor substrate. .
【0041】[0041]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ポリシリコンゲート電極を2種類(n型、p
型)用いることによって、2種類のしきい値をもたせる
ことができ、更に上記ポリシリコンゲート電極のn型化
/p型化を行う工程は、いずれかのソース/ドレイン形
成の為のイオン注入工程を利用可能なので、MOSデバ
イスの製造プロセス全体の工程数を減らすことができ、
以て製造プロセスの信頼性を向上させることができる。As described above, according to the present invention, two types of polysilicon gate electrodes (n-type and p-type) are used.
Type), two types of threshold values can be provided. Further, the step of converting the polysilicon gate electrode into an n-type / p-type is performed by an ion implantation step for forming any of the source / drain. Can be used, the number of steps in the entire manufacturing process of the MOS device can be reduced,
Thus, the reliability of the manufacturing process can be improved.
【図1】本発明の一実施形態であるMOSトランジスタ
の製造工程を説明する為の図(その1)である。FIG. 1 is a view (No. 1) for explaining a manufacturing process of a MOS transistor according to an embodiment of the present invention;
【図2】本発明の一実施形態であるMOSトランジスタ
の製造工程を説明する為の図(その2)である。FIG. 2 is a view (No. 2) for explaining the manufacturing process of the MOS transistor according to the embodiment of the present invention;
【図3】(a)はpポリnMOS、(b)はnポリpM
OSについて、オーバーラップして作成されるポリゲー
トのしきい値電圧Vthへの影響について説明する為の図
である。3 (a) is a p-poly nMOS, and FIG. 3 (b) is an n-poly pM
FIG. 5 is a diagram for explaining the influence of an OS on a threshold voltage Vth of an overlapped poly gate.
【図4】従来のMOSトランジスタの製造工程を説明す
る為の図(その1)である。FIG. 4 is a view (No. 1) for explaining a manufacturing process of a conventional MOS transistor.
【図5】従来のMOSトランジスタの製造工程を説明す
る為の図(その2)である。FIG. 5 is a view (No. 2) for describing a manufacturing step of the conventional MOS transistor.
1 n型シリコン基板 2 p型ウェル 3 窒化膜 4 厚い酸化膜 5 ホトレジスト 6 ポリゲート電極 6a エッジ部分 7 ソース(n+) 8 ドレイン(n+) 9 ソース(p+) 10 ドレイン(p+) 11 絶縁膜 12 金属電極 Reference Signs List 1 n-type silicon substrate 2 p-type well 3 nitride film 4 thick oxide film 5 photoresist 6 polygate electrode 6 a edge 7 source (n +) 8 drain (n +) 9 source (p +) 10 drain (p +) 11 insulating film 12 metal electrode
Claims (3)
電型であってしきい値が異なる2つのタイプのMOSト
ランジスタを形成してなるMOSデバイスの製造方法に
おいて、 前記半導体基板における前記2つのタイプのMOSトラ
ンジスタの各形成領域に、しきい値制御用のイオン注入
を行う工程と、 前記MOSトランジスタの各形成領域上に、非ドープの
ポリシリコンゲート電極を形成する工程と、 前記2つのタイプのMOSトランジスタにおける該ポリ
シリコンゲート電極に、互いに異なるタイプの不純物を
ドープすることにより、各形成領域に互いに異なるしき
い値を設定する工程と、 を含むことを特徴とするMOSデバイスの製造方法。1. A method of manufacturing a MOS device, comprising forming two types of MOS transistors having the same conductivity type and different thresholds on the same semiconductor substrate, wherein the two types in the semiconductor substrate are provided. Performing ion implantation for threshold control in each formation region of the MOS transistor; forming an undoped polysilicon gate electrode on each formation region of the MOS transistor; Setting a different threshold value for each forming region by doping the polysilicon gate electrode of the MOS transistor with a different type of impurity.
ドープする工程は、いずれかのMOSトランジスタのソ
ースおよびドレインの形成工程と同時に行うことを特徴
とする請求項1記載のMOSデバイスの製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the step of doping the polysilicon gate electrode with an impurity is performed simultaneously with the step of forming a source and a drain of one of the MOS transistors.
電型であってしきい値が異なる2つのタイプのMOSト
ランジスタを形成してなるMOSデバイスにおいて、 前記2つのタイプのMOSトランジスタにおける各チャ
ネル領域には、同一タイプかつ同一濃度の不純物がドー
プされており、 前記2つのタイプのMOSトランジスタにおける各ポリ
シリコンゲート電極には、各チャネル領域で互いに異な
るしきい値となるよう、互いに異なるタイプの不純物が
ドープされている、 ことを特徴とするMOSデバイス。3. A MOS device in which two types of MOS transistors having the same conductivity type and different thresholds are formed on the same semiconductor substrate, wherein each channel region in the two types of MOS transistors is provided. Are doped with the same type and the same concentration of impurities. Each of the polysilicon gate electrodes in the two types of MOS transistors has different types of impurities so as to have different thresholds in the respective channel regions. A MOS device, characterized in that is doped.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27268999A JP2001093986A (en) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | Mos device and its manufacturing method |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006324442A (en) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Sharp Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2009503817A (en) * | 2005-07-20 | 2009-01-29 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | Gate electrode structure and manufacturing method |
JP2014053414A (en) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Denso Corp | Semiconductor device manufacturing method |
JP2014157867A (en) * | 2013-02-14 | 2014-08-28 | Denso Corp | Semiconductor device with dual gate structure and method for manufacturing the same |
-
1999
- 1999-09-27 JP JP27268999A patent/JP2001093986A/en not_active Withdrawn
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