JP2002033396A - コア・デバイス注入を用いて高特性、高信頼度の入力/出力デバイスおよびアナログと両立する入力/出力およびコア・デバイスの製造法 - Google Patents

コア・デバイス注入を用いて高特性、高信頼度の入力/出力デバイスおよびアナログと両立する入力/出力およびコア・デバイスの製造法

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JP2002033396A JP2001154287A JP2001154287A JP2002033396A JP 2002033396 A JP2002033396 A JP 2002033396A JP 2001154287 A JP2001154287 A JP 2001154287A JP 2001154287 A JP2001154287 A JP 2001154287A JP 2002033396 A JP2002033396 A JP 2002033396A
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    • H01L21/8234MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823412MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type with a particular manufacturing method of the channel structures, e.g. channel implants, halo or pocket implants, or channel materials

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アナログ・コア・デバイスおよびディジタル
・コア・デバイスを有する集積回路を製造する方法を提
供する。 【解決手段】 第1マスク層を用いてP型の添加不純物
が注入され、それによりpMOSディジタル・コア領
域、pMOSI/O領域、pMOSアナログ・コア領域
の中にドレイン延長領域が作成される。第2マスク層を
用いてN型の添加不純物が、ドレイン延長領域に対して
nMOSアナログ・コア領域およびnMOSI/O領域
の少なくともドレイン側の中に注入され、およびpMO
Sディジタル・コア領域の中に注入される。このことに
より、pMOSディジタル・コア領域の中にポケット領
域が作成されるが、しかしpMOSアナログ・コア領域
またはpMOSI/O領域の中にはポケット領域は作成
されない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造および処理工程に関する。さらに詳細に言えば、本
発明は高特性、高信頼度のデバイスを作成するための集
積注入段階の方法に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板(または半
導体基板の上に配置されたエピタクシャル・シリコン
層)の中に不純物を注入することは、半導体デバイスの
製造において重要である。すなわち、多結晶シリコン
(「ポリ」または「ポリシリコン」)ゲート構造体に不
純物を添加する段階、ポケットを作成する段階、ソース
領域およびドレイン領域を作成する段階、分離構造体を
作成する段階および半導体構造体の導電度を増加または
減少する段階を実行するために、多くの異なる注入段階
を実行することが必要である。これらの注入段階のすべ
てに付随する1つの問題点は、不純物の注入を1つの領
域から阻止するために、一方において他の領域を露出し
て不純物の注入を行うために(図1の開放領域102〜
106を見よ)、これらの注入段階において分離したマ
スク(図1aおよび図1bのマスク118を見よ)を必
要とすることである。これらのマスクの作成は非常に高
価であり、そして特性寸法が絶えず縮小する傾向にある
ためにおよびフォトリソグラフィに関する現在の限界に
付随する困難さのために、これらのマスクを作成するこ
とは非常に難しい。存在する構造体を用いて不純物の注
入に対するマスクとして作用させることにより、これら
の問題点をいくらか緩和することができる。例えば、ゲ
ート構造体102,116(側壁スペーサを含まない)
および分離構造体を用いて、ドレイン延長体が作成され
る領域を定めることができる。それに加えて、側壁スペ
ーサを含むゲート構造体および分離構造体を用いて、ソ
ース領域およびドレイン領域を作成するために不純物が
注入される領域を定めることができる。けれども、この
自己整合法は、これらの半導体構造体の中に不純物を正
確に注入することに関する問題点のすべてを必ずしも解
決することができるわけではない。
【0003】nMOS論理トランジスタおよびpMOS
論理トランジスタ、高バイアス電圧のトランジスタ、ア
ナログ・トランジスタおよびその他のような多数個の異
なる種類のデバイスを用いる半導体チップでは、種々の
不純物添加領域を作成するために多数個の異なるマスク
が用いられる。例えば、それぞれの種類のデバイスに対
して、ドレイン延長体(「少量の不純物が添加されたド
レイン延長体、すなわちLDD(lightly doped drain
extensions)」とも呼ばれる)が別々に作成されるのが
典型的な場合である。それに加えて、ソース/ドレイン
注入体のように、ポケット注入体が分離して作成され
る。これらの異なるマスクのすべての場合において、
(特に、これらのマスクのすべてが重要なマスクである
から)処理工程は非常に複雑になりそしてコストが高く
なる。
【0004】したがって、他の露出した構造体(典型的
には、この不純物で不純物添加が行われなかった構造
体)に損傷を与えることなく1つのデバイスの中に構造
体を作成するための注入を行うことができ、一方におい
て、複数個の異なる種類のデバイスを作成するのに必要
であるマスク段階の総数を減少させることができる方法
が要請されている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、アナログ・コ
アデバイスおよびディジタル・コアデバイスを有する集
積回路を製造する方法に関する。第1マスク層を用いる
ことにより、第1導電型の添加不純物が第1(例えばp
MOS)ディジタル・コア・トランジスタ領域および第
1(例えばpMOS)アナログ・コア領域の中に注入さ
れる。I/Oトランジスタをまた注入することができ
る。第2マスク層を用いることにより、第2導電型の添
加不純物が第2(例えばnMOS)アナログ・コア領域
および第1(例えばpMOS)ディジタル・コア領域の
少なくともドレイン側の中に注入される。このことによ
り、ディジタル・コア領域の中にポケット領域が作成さ
れるが、しかしアナログ・コア領域またはI/O領域の
中にはポケット領域は作成されない。
【0006】本発明の1つの利点は、pMOSコア・デ
ィジタル・デバイスおよびnMOSコア・ディジタル・
デバイスとnMOSコア・アナログ・デバイスおよびp
MOSコア・アナログ・デバイスを有する集積回路を製
造する方法、およびもし必要ならば、pMOSコア・デ
ィジタル・デバイスおよびnMOSコア・ディジタル・
デバイスに対して要求されるマスクからただ1つの付加
的マスクを用いてnMOSI/OデバイスおよびpMO
SI/Oデバイスを有する集積回路を製造する方法が得
られることである。
【0007】
【発明の実施の形態】すべての図面において、同等また
は等価な部品には同じ参照番号が付されている。図面は
本発明の方法の効用を示すためだけのものであって、す
べての図面は必ずしも同じ尺度で描かれているわけでは
ない。
【0008】混合した電圧のCMOSデバイスの製造に
おける1つの心配は、他のデバイスの特性を認められる
程には劣化させることなく、チヤンネル・ホット・キャ
リアの確固とした信頼度を達成するために、入力/出力
デバイス(「I/Oデバイス」)に対して別々のLDD
マスクを付加することに伴うコストと複雑度に関するこ
とである。本発明は、pMOSデバイスとnMOSデバ
イスとの両方に対してI/Oデバイスのドレイン延長体
を作成するために最少量のマスクを用いるが、一方にお
いてそれによりコアデバイスの特性および信頼度が認め
られる程に劣化することはない。本発明の1つの実施例
では、下記の処理工程が用いられる。すなわち、pMO
Sコアドレイン延長体を作成するためにおよび(pMO
SI/Oデバイスに対してポケットが形成されることを
避けながら)pMOSI/Oデバイスに対するドレイン
延長体を作成するためにおよび(pMOSアナログ・コ
アデバイスに対してポケットが形成されることを避けな
がら)pMOSアナログ・コアデバイスに対するドレイ
ン延長体を作成するために、BF2HDD注入を用いる
段階と、pMOSコアデバイス・ポケットを作成するた
めにおよび(nMOSI/Oデバイス・ポケットの形成
を避けながら)nMOSI/Oデバイス・ドレイン延長
体を作成するためにおよびnMOSアナログ・コアデバ
イスに対するドレイン延長体を作成するために、リンの
ポケット注入を用いる段階とが用いられる。
【0009】本発明の下記の説明は特定のデバイスを作
成することに関係しているが、反対の導電型の添加不純
物を用いることにより、反対の導電型のデバイスを同時
に作成するのに本発明の方法を用いることが可能であ
る。さらに、下記で説明されるのと同等のデバイスは、
本発明の方法を用いてこれらのデバイスと同時に作成す
ることができる。従来の高速熱焼鈍し処理工程、炉焼鈍
し処理工程、レーザ焼鈍し処理工程、または従来の任意
の他の熱処理工程を用いて、本発明の注入段階の後に行
われる焼鈍し段階を実行することができる。
【0010】図1に示されているように、半導体構造体
112(半導体構造体112は、単結晶シリコンまたは
単結晶シリコン基板の上に作成されたエピタクシャル・
シリコン層のいずれかで構成されることが好ましい)の
中に、分離構造体114が作成される。分離構造体11
4は、浅いトレンチ分離構造体(「STI(shallowtre
nch isolation)」)、フィールド酸化物領域、不純物
が添加された分離領域、前記の構造体および領域の組み
合わせ、または従来の任意の他の分離構造体で構成され
ることができる。pMOSディジタル・コア領域10
2、pMOSI/O領域104、pMOSアナログ・コ
ア領域106、nMOSI/O領域108、およびnM
OSアナログ・コア領域110の中に、ゲート構造体1
16が作成される。ゲート構造体116は、ゲート誘電
体層(このゲート誘電体層は、二酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化窒化物、高誘電率材料、これらの積層体、
またはこれらの任意の組み合わせであることが好まし
い)の上に配置されたゲート導電体(このゲート導電体
は、不純物が添加された多結晶シリコン、シリサイド、
金属、またはこれらの組み合わせで構成されることが好
ましい)で構成されることが好ましい。pMOSディジ
タル・コア領域102、pMOSI/O領域104、p
MOSアナログ・コア領域106を露出するために、一
方においてnMOSI/O領域108、およびnMOS
アナログ・コア領域110を阻止するために、マスク層
118(マスク層118は、フォトレジスト、または酸
化物、窒化物のようなハードマスク、または他の任意の
マスク材料で構成されることができる)がパターンに作
成される。
【0011】次に、ブランケット注入段階が実行され
る。この注入段階では、これらの露出された領域の中に
P形不純物が注入されることが好ましい。P形不純物は
ホウ素であることが好ましい(BF2であることがさら
に好ましい)が、しかし任意の種類のP形添加不純物お
よび/または任意の不活性な不純物であることができ
る。注入の際の条件は、BF2、5〜15keV、 1×10
14〜10×1014cm-2であることが好ましい。もし必要な
らばこの注入段階の後に、高速焼鈍しまたは炉焼鈍しの
ような焼鈍し段階を実行することができる。本発明のこ
の注入段階の1つの利点は、pMOSディジタル・コア
デバイス102またはnMOSデバイスの特性または信
頼性を劣化させることなく、この信頼性の高いpMOS
I/Oデバイス104に対するドレイン延長体がアナロ
グ・フレンドリpMOSコアデバイス102に対するド
レイン延長体と同時に作成されることである。
【0012】前記の注入段階の結果として作成されたド
レイン延長体領域122、124および126が図2に
示されている。次に、マスク層118が従来の処理技術
を用いて除去され、そしてマスク層132が作成され
る。マスク層132は、フォトレジストまたは任意の種
類のハードマスク材料で構成されることが好ましい。マ
スク層132は、pMOSディジタル・コア領域10
2、nMOSI/O領域108およびnMOSアナログ
・コア領域110を露出し、一方においてpMOSI/
O領域104およびpMOSアナログ・コア領域106
を被覆することが好ましい。
【0013】次に、N形不純物のブランケット注入が実
行される。このN形不純物は、リン、ヒ素、および/ま
たは他の任意の従来のN形添加不純物(およびこの注入
段階で不活性不純物を用いることができる、または用い
ないことができる)であることが好ましい。注入の条件
は、P、40〜70keV、 1×1013〜10×1013cm-2であ
ることが好ましい。この注入段階の後に、高速焼鈍しま
たは炉焼鈍しのような焼鈍し段階を実行することができ
る。本発明のこの注入段階の1つの利点は、pMOSデ
バイス102、104または106の特性または信頼性
を劣化させることなく、信頼性されるnMOSI/Oデ
バイス108およびアナログ・フレンドリnMOSコア
110に対するドレイン延長体が作成されることであ
る。
【0014】図3は、注入130の結果として作成され
た構造体を示した図である。pMOSディジタル・コア
デバイス102の中のポケット140、およびnMOS
I/Oデバイス108およびnMOSアナログ・コアデ
バイス110の中のドレイン延長体142および144
が、それぞれ示されている。マスク層132が除去さ
れ、そして標準的な処理工程が実行されて、これらのデ
バイスおよび他の半導体デバイスの製造が完成する。
【0015】図4a〜図4bおよび図5a〜図5cは、
本発明の方法を用いてどのようにして非対称デバイスを
製造することができるかを示した図である。図4a〜図
4bは、非対称pMOSディジタル・コアデバイスの製
造を示した図である。図5a〜図5cは、非対称nMO
Sアナログ・コアデバイスの製造を示した図である。P
形注入体(BF2のようなホウ素を含む注入体であるこ
とが好ましい)およびソース領域とドレイン領域との両
方の中に注入を行うことができる非対称マスクを用い
て、ドレイン延長体領域406が作成される。このこと
は、図1の注入120と同時に行うことができる。この
注入段階の後または後で行われる処理工程の後、焼鈍し
段階(この焼鈍し段階は、高速焼鈍し段階、炉焼鈍し段
階、レーザ焼鈍し段階または他の任意の従来の焼鈍し段
階のいずれかであることが好ましい)を直接に実行する
ことができる。
【0016】次に、pMOSデバイスのソース側または
ドレイン側のいずれかを阻止するために、しかし好まし
くはpMOSデバイスのドレイン側を阻止するために、
マスク402(マスク402は、マスク132と同じで
あることができる)が作成される。次に、N形不純物の
注入が実行される。この注入段階の処理工程の条件は、
P、40〜70keV、 1×1013〜10×1013cm-2であるこ
とが好ましい。添加される不純物の種類は、リン、ヒ
素、不活性不純物、前記不純物の組み合わせ、または他
の任意のN形不純物を有する。この注入段階によりポケ
ット410が作成され、そしてその後、次の焼鈍し段階
を行うことができる。後で行われるこの焼鈍し段階は、
高速熱焼鈍し段階、炉焼鈍し段階、または他の任意の従
来の焼鈍し段階によって実行することができる。
【0017】図5a〜図5cに示されているように、n
MOSデバイスのソース領域またはドレイン領域のいず
れかを阻止するために、マスク層502(このマスク層
502は、フォトレジストまたは従来の任意のハードマ
スク材料であることが好ましい)が作成される。しかし
マスク層502は、このnMOSデバイスのソース領域
は露出したままドレイン領域を阻止するように作成され
ることが好ましい。次に、注入504が実行され、それ
によりドレイン延長領域512およびポケット510が
作成される。注入504は、(ドレイン延長領域512
を作成するための)N形添加不純物と、(ポケット51
0を作成するための)P形添加不純物との両方で構成さ
れる。このN形添加不純物は、ヒ素、リン、不活性不純
物、前記不純物の組み合わせ、または他の任意のN形不
純物を有することが好ましく、そしてP形添加不純物は
ホウ素を有することが好ましい。注入の条件は、As、
5〜15keV、 1×1014〜10×1014cm-2およびB、 5
〜20keV、 0.5×1013〜5×1013cm-2であることが
好ましい。
【0018】マスク層502が除去される。そしてマス
ク層506が作成される。マスク層506はマスク層1
32(フォトレジストおよび/またはハードマスク材料
であることが好ましい)と同じであることができる。マ
スク層506はソース領域を被覆し、一方においてドレ
イン領域を露出したままにする。次に、注入508が実
行され、それによりドレイン延長領域520が作成され
る。注入508は、N形添加不純物(このN形添加不純
物はリン、ヒ素、不活性不純物、前記不純物の組み合わ
せ、または他の任意のN形添加不純物を有することが好
ましい)で構成され、そしてこの段階の注入条件は、
P、40〜70keV、 1×1013〜10×1013cm-2であるこ
とが好ましい。
【0019】本発明を用いてI/Oデバイスおよびコア
デバイスを作成することにより、pMOSコア・ディジ
タル・デバイスおよびnMOSのコア・ディジタル・デ
バイスを作成するために要求されるマスクから、nMO
SI/O、およびpMOSI/O、nMOSアナログ・
コア、およびpMOSアナログ・コア・デバイスを付加
的に作成するのに、ただ1つの付加的なマスクだけが必
要である。コアpMOSデバイスが不変であることに注
目されたい。それは、コアpMOSデバイスに対する注
入が要求される注入から変わっていないからである。そ
れよりむしろ、このコア注入がpMOSコア・ディジタ
ル・デバイス以外のデバイスを作成するのに用いられて
いる。
【0020】アナログ・フレンドリnMOSコアおよび
アナログ・フレンドリpMOSコアを備えたディジタル
・コアpMOSデバイスに対して、もしI/Oデバイス
が作成されなくても、本発明の方法が用いられることが
なお好ましい。換言すれば、本発明の方法のすべての利
点を達成するために、I/Oデバイスの存在は必要では
ない。
【0021】前記において、本発明の特定の実施例が説
明されが、これは本発明の範囲がこれらの実施例に限定
されることを意味するものではない。本明細書に説明さ
れた方法に基づいて多くの実施例が可能であることは、
当業者には分かるであろう。本発明の範囲は、添付され
た請求項によってのみ限定される。
【0022】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1) 半導体本体の上に複数個のゲート電極を作成す
る段階と、第1マスク層を用いて第1ディジタル・コア
領域および第1アナログ・コア領域の中に第1導電型の
添加不純物を注入する段階と、第2マスク層を用いて第
2アナログ・コア領域および前記第1ディジタル・コア
領域の少なくともドレイン側の中に第2導電型の添加不
純物を注入する段階と、を有する集積回路を製造する方
法。 (2) 第1項記載の方法において、第1導電型の添加
不純物を注入する前記段階がまた第1I/O領域の中に
注入を行いおよび第2導電型の添加不純物を注入する前
記段階がまた第2I/O領域の中に注入を行う方法。 (3) 第1項記載の方法において、前記第1導電型の
添加不純物がP形不純物であり、前記第2導電型の添加
不純物がN形不純物であり、前記第1ディジタル・コア
領域がpMOSディジタル・コア領域であり、前記第1
アナログ・コア領域がpMOSアナログ・コア領域であ
り、前記第2アナログ・コア領域がnMOSアナログ・
コア領域である方法。 (4) 第1項記載の方法において、前記第1導電型の
添加不純物がホウ素である方法。 (5) 第1項記載の方法において、前記第2導電型の
添加不純物がリンである方法。 (6) 第1項記載の方法において、第2導電型の添加
不純物を注入する前記段階がまた前記第1アナログ領域
のソース側の中に注入を行う方法。 (7) 第1項記載の方法において、前記少なくともド
レイン側が前記第2アナログ・コア領域のドレイン側お
よびソース側の両方を有する方法。 (8) 第1項記載の方法において、前記少なくともド
レイン側が前記第2アナログ・コア領域のドレイン側の
みを有し、および第3マスク層を用いて前記第2アナロ
グ・コア領域のソース側にドレイン延長領域およびポケ
ット領域を作成する段階をさらに有する方法。
【0023】(9) 半導体本体の上に複数個のゲート
電極を作成する段階と、pMOSディジタル・コア領域
およびpMOSアナログ・コア領域を露出しおよびnM
OSアナログ・コア領域を被覆する第1マスク層を前記
半導体本体の上に作成する段階と、第1マスク層を用い
て前記pMOSディジタル・コア領域および前記pMO
Sコア・アナログ領域の中にP形不純物を注入する段階
と、前記第1マスク層を除去する段階と、前記nMOS
アナログ・コア領域および前記pMOSディジタル・コ
ア領域の少なくともドレイン側をを露出しおよび前記p
MOSアナログ・コア領域を被覆する第2マスク層を前
記半導体本体の上に作成する段階と、第2マスク層を用
いて前記nMOSアナログ・コア領域および前記pMO
Sディジタル・コア領域の少なくともドレイン側の中に
N形の不純物を注入する段階と、を有する集積回路を製
造する方法。 (10) 第9項記載の方法において、P型の添加不純
物を注入する前記段階がまたpMOSI/O領域の中に
注入を行いおよびN型の添加不純物を注入する前記段階
がまたnMOSI/O領域の中に注入を行う方法。 (11) 第9項記載の方法において、前記P型の添加
不純物がホウ素である方法。 (12) 第9項記載の方法において、前記N型の添加
不純がリンである方法。 (13) 第9項記載の方法において、前記N型の不純
物を注入する前記段階がまた前記pMOSアナログ領域
のソース側の中に注入を行う方法。 (14) 第9項記載の方法において、前記少なくとも
ドレイン側が前記nMOSアナログ・コア領域のドレイ
ン側とソース側との両方を有する方法。 (15) 第9項記載の方法において、前記少なくとも
ドレイン側が前記nMOSアナログ・コア領域のドレイ
ン側のみを有し、および第3マスク層を用いて前記nM
OSアナログ・コア領域のソース側にドレイン延長領域
およびポケット領域を作成する段階をさらに有する方
法。
【0024】(16) アナログ・コア・デバイスおよ
びディジタル・コア・デバイスを有する集積回路を製造
する方法が開示される。第1マスク層118を用いてP
型の添加不純物が注入され、それによりpMOSディジ
タル・コア領域102、pMOSI/O領域104、p
MOSアナログ・コア領域106の中にドレイン延長領
域126、122、124が作成される。第2マスク層
132を用いてN型の添加不純物が、ドレイン延長領域
142、144に対してnMOSアナログ・コア領域1
10およびnMOSI/O領域108の少なくともドレ
イン側の中に注入され、およびpMOSディジタル・コ
ア領域102の中に注入される。このことにより、pM
OSディジタル・コア領域102の中にポケット領域1
40が作成されるが、しかしpMOSアナログ・コア領
域106またはpMOSI/O領域104の中にはポケ
ット領域140は作成されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの実施例の方法を用いて製造され
る製造途中のデバイスの初期の段階の横断面図。
【図2】図1の段階の次の段階の横断面図。
【図3】図2の段階の次の段階の横断面図。
【図4】本発明のまた別の実施例の方法を用いて製造さ
れる製造途中のデバイスの横断面図であって、aは初期
の段階の横断面図、bはaの段階の次の段階の横断面
図。
【図5】本発明のさらに別の実施例の方法を用いて製造
される製造途中のデバイスの横断面図であって、aは初
期の段階の横断面図、bはaの段階の次の段階の横断面
図、cはbの段階の次の段階の横断面図。
【符号の説明】
116 ゲート電極 118、502 第1マスク層 132、506 第2マスク層 126、122、124、406、512 ドレイン延
長体領域 140、410、510 ポケット領域
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/092 Fターム(参考) 5F038 AV06 DF12 EZ13 EZ14 EZ20 5F048 AA09 AB03 AB06 AB07 AC01 AC03 BA01 BA02 BB05 BB08 BB09 BB11 BB12 BC03 BD04 BG12 BG13 DA01

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体本体の上に複数個のゲート電極を
    作成する段階と、 第1マスク層を用いて第1ディジタル・コア領域および
    第1アナログ・コア領域の中に第1導電型の添加不純物
    を注入する段階と、 第2マスク層を用いて第2アナログ・コア領域および前
    記第1ディジタル・コア領域の少なくともドレイン側の
    中に第2導電型の添加不純物を注入する段階と、を有す
    る集積回路を製造する方法。
JP2001154287A 2000-05-23 2001-05-23 コア・デバイス注入を用いて高特性、高信頼度の入力/出力デバイスおよびアナログと両立する入力/出力およびコア・デバイスの製造法 Pending JP2002033396A (ja)

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