JP2003257883A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
含む3重ウェルの製造において工程数を低減することが
できる、半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体装置の製造方法は、(a)半導体基
板10の上に、第1開口部14を有する第1マスク層1
2を形成する工程と、(b)第1開口部における半導体
基板10の露出面の上に、第1絶縁層16を形成する工
程と、(c)第1絶縁層16を介して第2導電型の第1
不純物を半導体基板内に導入して不純物層を形成する工
程と、(d)熱処理を行い第1ウェル24を形成すると
ともに、第1開口部における半導体基板の露出面の上
に、第2絶縁層22を形成する工程と、(e)第1マス
ク層の上に、第2開口部28を有する第2マスク層26
を形成する工程と、(f)第2絶縁層を介して第1導電
型の第2不純物32を半導体基板内に導入し、第1ウェ
ル24内に第2ウェルを形成する工程と、を有する。
Description
る半導体装置の製造方法に関する。
ェルを有する半導体装置は、例えば、p型ウェルおよび
n型ウェルのバイアス状態の最適化によりバックゲート
電圧の低減、寄生容量の低減が行えることから、高速化
を達成することができる。このような3重ウェル構造の
形成においては、通常複数のイオン注入工程および熱処
理工程を含み、工程数が多いことから、その工程数の減
少が望まれている。
らびに熱処理工程を含む3重ウェルの製造において工程
数を低減することができる、半導体装置の製造方法に関
する。
置の製造方法は、(a) 第1導電型の半導体基板の上
に、第1開口部を有する第1マスク層を形成する工程
と、(b) 前記第1開口部における前記半導体基板の
露出面の上に、所定の膜厚を有する第1絶縁層を形成す
る工程と、(c) 前記第1マスク層をマスクとして、
前記第1絶縁層を介して第2導電型の第1不純物を前記
半導体基板内にイオン注入によって導入して不純物層を
形成する工程と、(d) 熱処理を行い、前記不純物層
の第1不純物を再分布させて第1ウェルを形成するとと
もに、前記第1開口部における前記半導体基板の露出面
の上に、所定の膜厚を有する第2絶縁層を形成する工程
と、(e) 前記第1マスク層の上に、前記第1開口部
内の所定位置に第2開口部を有する第2マスク層を形成
する工程と、(f) 前記第2マスク層をマスクとし
て、前記第2絶縁層を介して第1導電型の第2不純物を
前記半導体基板内にイオン注入によって導入し、前記第
1ウェル内に第2ウェルを形成する工程と、を含む。
記第2絶縁層は、イオン注入工程で、イオンによって前
記半導体基板の表面がダメージを受けないように保護膜
として機能する。したがって、第1,第2絶縁層は、イ
オン注入によって半導体基板の表面にダメージが発生す
ることを防止でき、かつ、イオンの注入効率を十分に確
保できるような膜厚に設定されることが望ましい。
スで形成される第2絶縁層を、そのまま第2ウェルの形
成プロセスでイオン注入時の保護膜として用いることが
できる。したがって、例えば、第1ウェルの形成時に半
導体基板の表面に形成される絶縁層を除去したのち、新
たに、第2ウェルのイオン注入において必要な保護絶縁
層を形成する場合に比べて、三重ウェルの形成工程を少
なくできる。
りうる。
熱酸化によって形成され、前記第2絶縁層は、前記第1
絶縁層が存在する状態で前記半導体基板をさらに熱酸化
することによって形成できる。熱酸化は、例えば窒素ガ
スに酸素ガスを共存させた状態で、半導体基板を熱処理
することで達成できる。
(d)の熱処理における酸素の分圧によって制御するこ
とができる。すなわち、酸素の分圧が少なければ第2絶
縁層の膜厚は第1絶縁層の膜厚とあまり変わらず、酸素
の分圧が大きくなるにつれて第2絶縁層の膜厚が大きく
なる。
が存在しない場合には、半導体基板の熱酸化が行われな
いので、前記第2絶縁層は前記第1絶縁層と実質的に同
一である。
からなり、前記第2マスク層はレジスト層からなること
ができる。第1マスク層を酸化シリコンで構成すること
で、第1,第2絶縁層を制御よく形成できる。
処理を行い、前記第2不純物を再分布させる工程を含む
ことができる。第2ウェルは、イオン注入だけで形成す
ることもでき、さらにイオン注入と熱処理による不純物
の再分布とによって形成することもできる。このような
熱処理を行う場合、該熱処理の前に第2マスク層を除去
する工程を含むことができる。この工程は、第2マスク
層がレジスト層のように有機物質を含む場合に、該第2
マスク層を除去することで熱処理による汚染物質の発生
を防止できる。
縁層の形成によって、前記半導体基板の表面に凹部が形
成されることがある。このような凹部は、熱酸化によっ
て半導体基板の表面の物質が消費されることで形成され
る。この凹部は、例えば、後の素子分離層を形成する工
程において、マスクの位置合わせの指標となることがで
きる。
の一例について、図面を参照しながら説明する。
法を工程順に説明した断面図である。各図は、模式的に
記載され、例えば、第1,第2絶縁層の膜厚は、他の層
に比べて実際より厚く示されている。
導体基板(この例ではシリコン基板)10の上に、第1
開口部14を有する第1マスク層12を形成する。この
例においては、第1導電型をp型、第2導電型をn型と
する。第1マスク層12は、例えば、酸化シリコン層か
ら形成されている。このように第1マスク層12を酸化
シリコン層で構成することにより、後に形成される第
1,第2絶縁層を制御性よく形成することができる。ま
た、第1開口部14は、三重ウェルを構成する深い第1
ウェルの領域に対応している。
2の第1開口部14における半導体基板10の露出面
に、第1絶縁層16を形成する。第1絶縁層16は、酸
素を含む窒素雰囲気において半導体基板10を加熱する
によって形成される。すなわち、第1絶縁層16は、半
導体基板10を構成する物質(この例ではシリコン)が
熱酸化によって酸化されることにより生成される。
における半導体基板10の保護膜として機能する。した
がって、第1絶縁層16は、イオン注入における注入効
率を適正に維持しながら、かつ半導体基板10の表面が
注入されるイオンによってダメージを受けない程度の膜
厚に設定される。第1絶縁層16の膜厚は、イオン注入
時のイオン種、打ち込みエネルギー、第1ウェルの深さ
などによって適宜設定される。
2をマスクとして、第1絶縁層14を介して第2導電型
(n型)の第1不純物18をイオン注入によって半導体
基板10内に導入し、不純物層20を形成する。n型の
不純物としては、リンあるいはヒ素などを用いることが
できる。
したように第1絶縁層16の熱酸化の酸素源に用いられ
る。また、第1絶縁層16を構成する熱酸化膜の膜厚を
モニタすることで、熱処理工程における加熱の管理を行
うことができる。したがって、この工程での酸素の分圧
は、半導体基板(シリコン基板)10の熱酸化と、熱処
理工程における加熱管理とを考慮して設定される。
雰囲気で熱処理を行い、不純物層20(図2参照)の不
純物を再分布させて第1ウェル24を形成する。このと
き、酸素を含む窒素雰囲気で熱処理が行われるために、
図2に示す第1絶縁層16が存在する状態で半導体基板
(シリコン基板)10の表面の熱酸化が進み、第1絶縁
層16より膜厚が大きい第2絶縁層22が形成される。
この熱処理工程で用いられる酸素は、主として、熱酸化
膜の膜厚をモニタすることで、熱処理工程における加熱
の管理を行うために用いられる。したがって、熱処理工
程における加熱の管理を他の手段で行うことができる場
合には、酸素は必ずしも必要ではない。この熱処理工程
で用いられる酸素の分圧は、第2絶縁層22の膜厚を所
定値に制御するために、前記工程(b)における酸素の
分圧より小さいことが望ましい。例えば、工程(b)
で、温度1000℃、2時間の熱処理によって膜厚80
nmの酸化シリコン層を形成する場合、酸素の分圧を1
00%とすると、この工程(d)では、温度1200
℃、8時間の熱処理によって膜厚800nmの酸化シリ
コン層を形成する場合、酸素の分圧を2%とすることが
できる。
層16と同様に、後のイオン注入における保護膜として
機能する。したがって、第2絶縁層22は、イオン注入
における注入効率を適正に維持しながら、かつ半導体基
板10の表面が注入されるイオンによってダメージを受
けない程度の膜厚に設定される。
成される際に、半導体基板10の表面のシリコンが消費
されることにより、半導体基板10の表面に凹部23が
形成されることがある。この場合には、凹部23は、光
学的に認識することができるので、後のマスク、例えば
素子分離層を形成する際のマスクの位置合わせにおいて
標識として用いることができる。
2の上に、第1開口部14内の所定位置に第2開口部2
8を有する第2マスク層26を形成する。第2マスク層
26は、例えばレジスト層によって構成される。また、
第2開口部28は、三重ウェルの浅いウェルとなる第2
ウェルの形成領域に対応している。
6をマスクとして、第2絶縁層22を介して第1導電型
(p型)の第2不純物30を半導体基板10内にイオン
注入によって導入し、不純物層32を形成する。p型の
不純物としては、ホウ素などを用いることができる。
6(図4参照)を除去した後、熱処理を行って、不純物
層32(図4参照)の不純物を再分布させて第2ウェル
34を形成する。この工程の熱処理は、不純物の再分布
のために行われる場合に限定されず、イオン注入による
半導体基板10における結晶のダメージを回復させるた
めに行われてもよい。この工程で、第2マスク層26が
レジスト層のように有機物質を含む場合に、該第2マス
ク層を除去することで、熱処理による汚染物質の発生を
防止できる。
2および第1絶縁層22を例えばウエットエッチングに
よって除去する。このようにして、p型半導体基板10
内にn型の第1ウェル24が形成され、さらに第1ウェ
ル24内にp型の第2ウェル34が形成された3重ウェ
ルを形成することができる。
素子分離層、ゲート絶縁層、ゲート電極、ソース/ドレ
イン領域などを形成し、p型の第2ウェル34内にn型
MOSトランジスタを、n型の第1ウェル24内にp型
のMOSトランジスタを形成することができる。
形成プロセスで形成される第2絶縁層22を、そのまま
第2ウェル34の形成プロセスでイオン注入時の保護膜
として用いることができる。したがって、例えば、第1
ウェルの形成時に半導体基板の表面に形成される絶縁層
を除去したのち、新たに、第2ウェルのイオン注入にお
いて必要な保護絶縁層を形成する場合に比べて、三重ウ
ェルの形成工程を少なくできる。
型、第2導電型をn型としたが、導電型の極性はこの逆
であってもよい。
たが、本発明がこれに限定されず、本発明の要旨の範囲
内で各種の態様をとりうる。
体基板上に第1マスク層を形成した状態を示している。
体基板内にイオン注入によって不純物層を形成する状態
を示している。
体基板内に第1ウェルを形成する状態を示している。
マスク層を形成し、イオン注入によって第1ウェル内に
不純物層を形成する状態を示している。
体基板内の第1ウェル内に第2ウェルを形成する状態を
示している。
された3重ウェルを示す断面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 (a) 第1導電型の半導体基板の上
に、第1開口部を有する第1マスク層を形成する工程
と、 (b) 前記第1開口部における前記半導体基板の露出
面の上に、所定の膜厚を有する第1絶縁層を形成する工
程と、 (c) 前記第1マスク層をマスクとして、前記第1絶
縁層を介して第2導電型の第1不純物を前記半導体基板
内にイオン注入によって導入して不純物層を形成する工
程と、 (d) 熱処理を行い、前記不純物層の第1不純物を再
分布させて第1ウェルを形成するとともに、前記第1開
口部における前記半導体基板の露出面の上に、所定の膜
厚を有する第2絶縁層を形成する工程と、 (e) 前記第1マスク層の上に、前記第1開口部内の
所定位置に第2開口部を有する第2マスク層を形成する
工程と、 (f) 前記第2マスク層をマスクとして、前記第2絶
縁層を介して第1導電型の第2不純物を前記半導体基板
内にイオン注入によって導入し、前記第1ウェル内に第
2ウェルを形成する工程と、 を含む、半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記第1絶縁層は、前記半導体基板の熱酸化によって形
成され、前記第2絶縁層は、前記第1絶縁層が存在する
状態で前記半導体基板をさらに熱酸化することによって
形成される、半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1または2において、 前記第2絶縁層の膜厚は、前記工程(d)の熱処理にお
ける酸素の分圧によって制御される、半導体装置の製造
方法。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかにおいて、 前記第1マスク層は、酸化シリコン層からなり、前記第
2マスク層はレジスト層からなる、半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかにおいて、 前記工程(f)において、さらに、熱処理を行い、前記
第2不純物を再分布させる工程を含む、半導体装置の製
造方法。 - 【請求項6】 請求項5において、 前記熱処理の前に、前記第2マスク層を除去する工程を
含む、半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかにおいて、 前記工程(d)において、前記第2絶縁層の形成によっ
て、前記半導体基板の表面に凹部が形成される、半導体
装置の製造方法。
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