JP2007335756A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Hiroyuki Doi
博之 土井
Masato Kanazawa
正人 金澤
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and its manufacturing method which can manufacture stably even when the miniaturization of element patterns advances without producing breakdown voltage deterioration, in the semiconductor device where a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor are formed in the same semiconductor substrate. <P>SOLUTION: On a semiconductor substrate 1, a conductive film 5 and an insulating film 6 are sequentially formed through gate oxide films 3, 4. The insulating film 6 and the conductive film 5 are sequentially etched as a resist pattern 7 as a mask, a patterned insulating film 8 and the laminate of a gate electrode 9 of the high breakdown voltage transistor are formed. An impurity is injected as inversely conductive to the semiconductor substrate 1 with the laminate as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタを備える半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a high voltage transistor and a low voltage driving transistor and a method for manufacturing the same.

従来、十数Vから数十Vの電圧で駆動する高耐圧トランジスタを搭載した半導体装置が広く使用されている。この種の半導体装置として、例えば、液晶パネル駆動用LSI(Large Scale Integrated Circuit)がある。液晶パネルの高画質化を実現するため、液晶パネル駆動用LSIは高出力電圧であることが要求されている。その電圧を出力する回路を構成するトランジスタとして、20Vあるいはそれ以上の耐圧を有する高耐圧トランジスタが使用される。また、液晶パネル駆動用LSIは、出力回路とともに、当該出力回路の動作を制御するロジック回路を備えている。ロジック回路は低消費電力であることが必須である。このため、3.3Vあるいはそれ以下の電圧で駆動する低電圧駆動トランジスタがロジック回路に使用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor devices equipped with high voltage transistors that are driven with a voltage of several tens of volts to several tens of volts have been widely used. An example of this type of semiconductor device is a liquid crystal panel driving LSI (Large Scale Integrated Circuit). In order to realize high image quality of the liquid crystal panel, the liquid crystal panel driving LSI is required to have a high output voltage. A high breakdown voltage transistor having a breakdown voltage of 20 V or more is used as a transistor constituting a circuit that outputs the voltage. The liquid crystal panel driving LSI includes an output circuit and a logic circuit that controls the operation of the output circuit. It is essential that the logic circuit has low power consumption. For this reason, low voltage driving transistors that are driven at a voltage of 3.3 V or lower are used in the logic circuit.

また、液晶パネル駆動用LSIは、400程度の出力端子が長手方向に配置された長尺状の形状を有し、液晶パネルの縁に配置される。液晶パネルの縁は、最小限の面積であることが好ましく、液晶パネル駆動用LSIの短手方向の長さをより短縮することが求められている。同時に近年の液晶パネルの多画素化に伴い、液晶パネル駆動用LSIに対しては、更なる多出力化も求められている。一方、1チップとして形成可能な液晶パネル駆動用LSIの上限長さは、製造工程においてパターン形成を行う露光に使用されるステッパの露光可能範囲(例えば20mm以下)により制限される。このため、液晶パネル駆動用LSIでは、上述の短手方向長さの縮小や多出力化を実現するため、高耐圧トランジスタのチップ上の占有面積をより小さくすることが必要になっている。   The liquid crystal panel driving LSI has a long shape in which about 400 output terminals are arranged in the longitudinal direction, and is arranged at the edge of the liquid crystal panel. The edge of the liquid crystal panel preferably has a minimum area, and it is required to further shorten the length in the short direction of the liquid crystal panel driving LSI. At the same time, with the increase in the number of pixels of the liquid crystal panel in recent years, further increase in the number of outputs is required for the LSI for driving the liquid crystal panel. On the other hand, the upper limit length of the liquid crystal panel driving LSI that can be formed as one chip is limited by the exposure range (for example, 20 mm or less) of the stepper used for exposure for pattern formation in the manufacturing process. For this reason, in the liquid crystal panel driving LSI, it is necessary to further reduce the occupied area on the chip of the high breakdown voltage transistor in order to realize the reduction in the length in the lateral direction and the increase in the number of outputs.

上述のような高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを同一の基板上に搭載した半導体装置の構造とその製造方法として、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。以下、従来の半導体装置の製造方法について説明する。図6から図8は、従来の半導体装置の製造過程を示す工程断面図である。なお、図6から図8において、図中左方が高耐圧トランジスタ形成領域31であり、図中右方が低電圧駆動トランジスタ形成領域32である。   As a structure of a semiconductor device in which a high breakdown voltage transistor and a low voltage driving transistor as described above are mounted on the same substrate and a manufacturing method thereof, for example, one described in Patent Document 1 is known. Hereinafter, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described. 6 to 8 are process cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a conventional semiconductor device. 6 to 8, the left side of the drawing is the high breakdown voltage transistor formation region 31, and the right side of the drawing is the low voltage drive transistor formation region 32.

図6(a)に示すように、まず、表面部に素子分離酸化膜102が形成されたP型のシリコン基板101上に、高耐圧トランジスタのゲート酸化膜103が20nm〜50nmの膜厚で形成される。次いで、膜厚が300nm〜500nm程度のポリシリコン膜105がゲート酸化膜103上に形成される。ポリシリコン膜105上には、図6(b)に示すように、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域を被覆するレジストパターン107がリソグラフィ技術により形成される。そのレジストパターン107をマスクとして、ポリシリコン膜105のエッチングが行われ、図6(c)に示すように、高耐圧トランジスタのゲート電極109が形成される。   As shown in FIG. 6A, first, a gate oxide film 103 of a high breakdown voltage transistor is formed to a thickness of 20 nm to 50 nm on a P-type silicon substrate 101 having an element isolation oxide film 102 formed on the surface. Is done. Next, a polysilicon film 105 having a thickness of about 300 nm to 500 nm is formed on the gate oxide film 103. On the polysilicon film 105, as shown in FIG. 6B, a resist pattern 107 that covers the gate electrode formation region of the high voltage transistor is formed by lithography. Using the resist pattern 107 as a mask, the polysilicon film 105 is etched to form the gate electrode 109 of the high voltage transistor as shown in FIG.

次に、図6(d)に示すように、低電圧駆動トランジスタ領域を被覆するレジストパターン106が形成された後、リンイオンをイオン注入することにより高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域110が形成される。当該イオン注入は、シリコン基板101をイオン入射方向に垂直な面に対して所定のチルト角で配置した状態で、連続回転、あるいはマルチステップ回転させながら行われる(以下、斜入射注入という。)。注入条件は、加速エネルギーが70keV〜150keVであり、ドーズ量が1×1012cm-2〜1×1014cm-2である。 Next, as shown in FIG. 6D, after a resist pattern 106 covering the low voltage driving transistor region is formed, phosphorus ions are implanted to form a low concentration impurity region 110 of the high breakdown voltage transistor. . The ion implantation is performed with continuous rotation or multi-step rotation in a state where the silicon substrate 101 is arranged at a predetermined tilt angle with respect to a plane perpendicular to the ion incident direction (hereinafter referred to as oblique incidence implantation). The implantation conditions are an acceleration energy of 70 keV to 150 keV and a dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 .

図6(e)に示すように、レジストパターン106が除去された後、950℃以上の熱処理が行われる。当該処理により、図7(a)に示すように、低濃度不純物領域110がシリコン基板101内で拡散する。例えば1050℃、60分の熱処理を行うと、低濃度不純物領域110は横方向にも拡散し、ゲート電極109の下に0.3μm〜0.4μm程度入り込む。   As shown in FIG. 6E, after the resist pattern 106 is removed, a heat treatment at 950 ° C. or higher is performed. By this processing, the low concentration impurity region 110 is diffused in the silicon substrate 101 as shown in FIG. For example, when heat treatment is performed at 1050 ° C. for 60 minutes, the low-concentration impurity region 110 is diffused in the lateral direction and enters about 0.3 μm to 0.4 μm below the gate electrode 109.

熱処理が完了すると、図7(b)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン108が形成された後、低電圧駆動トランジスタ形成領域32に低電圧駆動トランジスタの閾値電圧Vtを調整するためのチャネル注入が行われる。チャネル注入が完了すると、低電圧駆動トランジスタ形成領域32に形成されているゲート酸化膜103が除去される(図7(c))。   When the heat treatment is completed, as shown in FIG. 7B, after the resist pattern 108 covering the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed, the threshold voltage Vt of the low voltage drive transistor is applied to the low voltage drive transistor formation region 32. Channel injection for adjustment is performed. When the channel implantation is completed, the gate oxide film 103 formed in the low voltage driving transistor formation region 32 is removed (FIG. 7C).

レジストパターン108が除去された後、熱酸化等により、図7(d)に示すように、低電圧駆動トランジスタ形成領域32にゲート酸化膜104が形成される。このとき、高耐圧トランジスタのゲート電極109の表面にも酸化膜が形成される。   After the resist pattern 108 is removed, a gate oxide film 104 is formed in the low voltage drive transistor formation region 32 by thermal oxidation or the like, as shown in FIG. At this time, an oxide film is also formed on the surface of the gate electrode 109 of the high voltage transistor.

ゲート酸化膜104の形成が完了すると、図7(e)に示すように、シリコン基板101の全面に、膜厚が150nm〜350nm程度のポリシリコン膜117が形成される。また、ポリシリコン膜117上には、低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成領域を被覆するレジストパターン113が形成される。そのレジストパターン113をマスクとしたエッチングが行われ、図8(a)に示すように、低電圧駆動トランジスタのゲート電極114が形成される。なお、レジストパターン113は当該エッチング処理後に除去される。   When the formation of the gate oxide film 104 is completed, a polysilicon film 117 having a thickness of about 150 nm to 350 nm is formed on the entire surface of the silicon substrate 101 as shown in FIG. Further, a resist pattern 113 is formed on the polysilicon film 117 so as to cover the gate electrode formation region of the low voltage driving transistor. Etching is performed using the resist pattern 113 as a mask, and as shown in FIG. 8A, the gate electrode 114 of the low voltage driving transistor is formed. Note that the resist pattern 113 is removed after the etching process.

レジストパターン113が除去されると、高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン115が形成される。そのレジストパターン115をマスクとして、低電圧駆動トランジスタ形成領域32にリンイオンがイオン注入され、低濃度不純物領域116が形成される(図8(b))。なお、当該イオン注入は、上述の高耐圧トランジスタに対するイオン注入と同様に、加速エネルギー70keV〜150keV、注入ドーズ量1×1012cm-2〜1×1014cm-2の条件で、斜入射注入により行われる。 When the resist pattern 113 is removed, a resist pattern 115 that covers the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed. Using the resist pattern 115 as a mask, phosphorus ions are ion-implanted into the low-voltage driving transistor formation region 32 to form a low-concentration impurity region 116 (FIG. 8B). The ion implantation is performed under the conditions of an oblique energy implantation under the conditions of an acceleration energy of 70 keV to 150 keV and an implantation dose of 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 , similar to the ion implantation for the high breakdown voltage transistor described above. Is done.

低電圧駆動トランジスタの低濃度拡散領域116の形成が完了すると、レジストパターン115が除去され、図8(c)に示すように、シリコン基板101上に、酸化膜111が堆積される。酸化膜111は、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料とした減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。この後、酸化膜111に対して異方性ドライエッチングが行われ、図8(d)に示すように、それぞれ幅100nm〜200nmのサイドウォールスペーサ112a、112bがゲート電極109およびゲート電極114の側面に形成される。そして、ゲート電極109、114およびサイドウォールスペーサ112a、112bをマスクとしてヒ素イオンがイオン注入され、ソース領域あるいはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域119が形成される(図8(e))。
特開2001−308197号公報
When the formation of the low concentration diffusion region 116 of the low voltage driving transistor is completed, the resist pattern 115 is removed, and an oxide film 111 is deposited on the silicon substrate 101 as shown in FIG. The oxide film 111 is formed by a low pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) method using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as a raw material. Thereafter, anisotropic dry etching is performed on the oxide film 111. As shown in FIG. 8D, sidewall spacers 112a and 112b each having a width of 100 nm to 200 nm are formed on the side surfaces of the gate electrode 109 and the gate electrode 114, respectively. Formed. Then, arsenic ions are ion-implanted using the gate electrodes 109 and 114 and the side wall spacers 112a and 112b as masks, thereby forming a high concentration impurity region 119 functioning as a source region or a drain region (FIG. 8E).
JP 2001-308197 A

高耐圧トランジスタの耐圧を確保するため、高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域はシリコン基板中の比較的深い位置に形成する必要がある。特許文献1に記載された技術では、比較的高温の熱処理により不純物領域を熱拡散させて高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域116を形成している(図6(e)、図7(a))。しかしながら、近年の微細な素子パターンを有する半導体装置では、微細な素子パターンの加工を可能にするため、素子を構成する各種材料膜が薄膜化されている。また当該半導体装置では、素子パターンの微細化に対応した浅い接合を実現するため、低温での熱処理が必須となっている。したがって、高温の熱処理により低濃度不純物領域を深くまで拡散させる特許文献1の技術を適用することは困難になっている。   In order to ensure the breakdown voltage of the high breakdown voltage transistor, the low concentration impurity region of the high breakdown voltage transistor needs to be formed at a relatively deep position in the silicon substrate. In the technique described in Patent Document 1, the impurity region is thermally diffused by heat treatment at a relatively high temperature to form the low-concentration impurity region 116 of the high breakdown voltage transistor (FIGS. 6E and 7A). . However, in recent semiconductor devices having a fine element pattern, various material films constituting the element are thinned in order to enable processing of the fine element pattern. In the semiconductor device, heat treatment at a low temperature is indispensable in order to realize a shallow junction corresponding to the miniaturization of the element pattern. Therefore, it is difficult to apply the technique of Patent Document 1 in which the low-concentration impurity region is diffused deeply by high-temperature heat treatment.

一方、深い不純物領域を熱拡散によらず形成する手法として、高加速エネルギーでイオン注入を行う方法がある。しかしながら、素子パターンの微細化に対応して、高耐圧トランジスタのゲート電極109の膜厚が薄くなると、イオン注入の際に不純物イオンがマスクであるゲート電極109を突き抜けてしまう。このため、トランジスタの形成が不可能になる。このような不純物イオンの突き抜けは、ゲート電極109の膜厚を300nm以上とすることで抑制できるが、ゲート電極109を微細なパターンに加工することが困難となり、高耐圧トランジスタの素子サイズを縮小することができない。加えて、上述の特許文献1に記載された技術では、ゲート電極109の膜厚を増大させると、低電圧駆動トランジスタのゲート電極114を形成する工程(図7(e)、図8(a))において、ポリシリコン膜111が完全にエッチングされずゲート電極109の側面に残存しやすくなる。ゲート電極109の側面に残存したポリシリコン膜111は、完成した半導体装置の電気特性や長期信頼性を低下させるという問題を生じる。さらに、ポリシリコン膜111の残留を防止するために、オーバエッチングを行うという対応も考えられが、当該エッチングにより同時に形成されるゲート電極114の加工精度が低下するという問題が生じる。   On the other hand, as a method of forming a deep impurity region without using thermal diffusion, there is a method of performing ion implantation with high acceleration energy. However, when the thickness of the gate electrode 109 of the high breakdown voltage transistor is reduced in accordance with the miniaturization of the element pattern, impurity ions penetrate through the gate electrode 109 which is a mask during ion implantation. This makes it impossible to form a transistor. Such penetration of impurity ions can be suppressed by setting the thickness of the gate electrode 109 to 300 nm or more, but it becomes difficult to process the gate electrode 109 into a fine pattern, and the element size of the high voltage transistor is reduced. I can't. In addition, in the technique described in Patent Document 1 described above, when the thickness of the gate electrode 109 is increased, the step of forming the gate electrode 114 of the low-voltage driving transistor (FIGS. 7E and 8A). ), The polysilicon film 111 is not completely etched and tends to remain on the side surfaces of the gate electrode 109. The polysilicon film 111 remaining on the side surface of the gate electrode 109 causes a problem that the electrical characteristics and long-term reliability of the completed semiconductor device are deteriorated. Further, in order to prevent the polysilicon film 111 from remaining, it may be possible to perform over-etching. However, there arises a problem that the processing accuracy of the gate electrode 114 formed simultaneously by the etching is lowered.

また、上記従来の半導体装置の製造方法では、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタのサイドウォールスペーサを同時に形成している。すなわち、ソース領域あるいはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域とゲート電極との間隔が各トランジスタにおいてほぼ同一になっている。したがって、各トランジスタの電気的特性(電流駆動能力や耐圧等の特性)の設定や調整に自由度が少なく、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタの電気的特性をそれぞれ最適化することは非常に困難であった。   In the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the sidewall spacers of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor are formed simultaneously. That is, the distance between the high concentration impurity region functioning as the source region or the drain region and the gate electrode is substantially the same in each transistor. Therefore, there are few degrees of freedom in setting and adjusting the electrical characteristics (characteristics such as current drive capability and breakdown voltage) of each transistor, and it is very difficult to optimize the electrical characteristics of the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor. Met.

さらに、上記従来の半導体装置の製造方法では、高耐圧トランジスタのゲート電極109と低電圧駆動トランジスタのゲート電極114とを、別々に堆積したポリシリコン膜105、111をそれぞれ加工することにより形成している。このため、製造工程が複雑化し製造コストを増大させていた。   Further, in the above conventional semiconductor device manufacturing method, the gate electrode 109 of the high breakdown voltage transistor and the gate electrode 114 of the low voltage driving transistor are formed by processing the polysilicon films 105 and 111 deposited separately, respectively. Yes. This complicates the manufacturing process and increases the manufacturing cost.

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、素子パターンの微細化が進行した場合であっても安定して製造することができる、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタを備えた半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。   The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and provides a high voltage transistor and a low voltage driving transistor that can be stably manufactured even when the element pattern is miniaturized. An object of the present invention is to provide a provided semiconductor device and a manufacturing method thereof.

上述の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、第1導電型の半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える半導体装置の製造方法を前提としている。そして、本発明に係る第1の半導体装置の製造方法は以下のようにして半導体装置を製造する。まず、半導体層上の高耐圧トランジスタ形成領域に第1のゲート絶縁膜が形成される。また、低電圧駆動トランジスタ形成領域に、第1のゲート絶縁膜と異な膜厚を有する第2のゲート絶縁膜が形成される。第1および第2のゲート絶縁膜が形成された半導体層上の全面には導電膜が形成され、その導電膜上に第1の絶縁膜が形成される。第1の絶縁膜上には、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域および低電圧駆動トランジスタ形成領域を被覆する第1のマスクパターンが形成される。その第1のマスクパターンをエッチングマスクとして第1の絶縁膜および導電膜のエッチングが行われる。これにより導電膜のパターンからなる高耐圧トランジスタのゲート電極と当該ゲート電極を被覆する第1の絶縁膜のパターンとの積層体が、第1のゲート絶縁膜上に形成される。続いて、その積層体をマスクとして高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第1の低濃度不純物領域が形成される。半導体層上の全面に第2の絶縁膜が形成された後、第2の絶縁膜および第1の絶縁膜に対して異方性エッチングが行われ、高耐圧トランジスタのゲート電極および低電圧駆動トランジスタ形成領域の導電膜が露出される。このとき、高耐圧トランジスタのゲート電極の側面に第2の絶縁膜からなる第1のサイドウォールスペーサが形成される。次いで、露出した導電膜の低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成領域、および高耐圧トランジスタ形成領域を被覆する第2のマスクパターンが形成される。その第2のマスクパターンをエッチングマスクとして導電膜のエッチングを行うことにより、第2のゲート絶縁膜上に、低電圧駆動トランジスタのゲート電極が形成される。さらに、その低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第2の低濃度不純物領域が形成される。その後、半導体層上の全面に第3の絶縁膜が形成され、その第3の絶縁膜に対して異方性エッチングが行われる。これにより、高耐圧トランジスタのゲート電極の側面および低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に第2のサイドウォールスペーサが形成される。そして、第1サイドウォールスペーサ、第2のサイドウォールスペーサ、高耐圧トランジスタのゲート電極、および低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層、および低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の高濃度不純物領域が形成される。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means. First, the present invention is premised on a method for manufacturing a semiconductor device including a high breakdown voltage transistor and a low voltage driving transistor on a surface portion of a first conductivity type semiconductor layer. And the manufacturing method of the 1st semiconductor device concerning the present invention manufactures a semiconductor device as follows. First, a first gate insulating film is formed in a high breakdown voltage transistor formation region on a semiconductor layer. Further, a second gate insulating film having a film thickness different from that of the first gate insulating film is formed in the low voltage driving transistor formation region. A conductive film is formed on the entire surface of the semiconductor layer on which the first and second gate insulating films are formed, and the first insulating film is formed on the conductive film. A first mask pattern is formed on the first insulating film to cover the gate electrode formation region and the low-voltage drive transistor formation region of the high breakdown voltage transistor. Using the first mask pattern as an etching mask, the first insulating film and the conductive film are etched. As a result, a stacked body of the gate electrode of the high voltage transistor having a conductive film pattern and the pattern of the first insulating film covering the gate electrode is formed on the first gate insulating film. Subsequently, a first conductivity type first low concentration impurity region is formed in the semiconductor layer of the high breakdown voltage transistor formation region using the stacked body as a mask. After the second insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor layer, anisotropic etching is performed on the second insulating film and the first insulating film, so that the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor are formed. The conductive film in the formation region is exposed. At this time, the first sidewall spacer made of the second insulating film is formed on the side surface of the gate electrode of the high voltage transistor. Next, a second mask pattern is formed to cover the exposed gate electrode formation region of the low voltage driving transistor and the high breakdown voltage transistor formation region of the conductive film. By etching the conductive film using the second mask pattern as an etching mask, the gate electrode of the low-voltage driving transistor is formed on the second gate insulating film. Further, the second conductivity type second low-concentration impurity region is formed in the semiconductor layer of the low-voltage drive transistor formation region using the gate electrode of the low-voltage drive transistor as a mask. Thereafter, a third insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor layer, and anisotropic etching is performed on the third insulating film. Thereby, the second sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode of the high voltage transistor and the side surface of the gate electrode of the low voltage driving transistor. Then, using the first sidewall spacer, the second sidewall spacer, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, and the gate electrode of the low voltage drive transistor as a mask, the semiconductor layer in the high breakdown voltage transistor formation region and the low voltage drive transistor formation region A second conductivity type high concentration impurity region is formed in the semiconductor layer.

また、本発明に係る第2の半導体装置の製造方法は、以下のようにして半導体装置を製造する。すなわち、まず、半導体層上の高耐圧トランジスタ形成領域に、第1のゲート絶縁膜が形成される。また、半導体層上の低電圧駆動トランジスタ形成領域に、第1のゲート絶縁膜と異なる膜厚を有する第2のゲート絶縁膜が形成される。第1および第2のゲート絶縁膜が形成された半導体層上の全面には導電膜が形成され、その導電膜上に第1の絶縁膜が形成される。第1の絶縁膜上には、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域および前記低電圧駆動トランジスタ形成領域を被覆する第1のマスクパターンが形成される。その第1のマスクパターンをエッチングマスクとして第1の絶縁膜および導電膜のエッチングが行われる。これにより、第1のゲート絶縁膜上に、導電膜のパターンからなる高耐圧トランジスタのゲート電極と当該ゲート電極を被覆する第1の絶縁膜のパターンとの積層体が形成される。続いて、その積層体をマスクとして高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第1の低濃度不純物領域が形成される。半導体層上の全面に第2の絶縁膜が形成された後、第2の絶縁膜に対して異方性エッチングが行われ、高耐圧トランジスタのゲート電極上の第1の絶縁膜および低電圧駆動トランジスタ形成領域の第1の絶縁膜が露出される。このとき、高耐圧トランジスタのゲート電極の側面に第2の絶縁膜からなる第1のサイドウォールスペーサが形成される。次いで、高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサをエッチングマスクとして第1の絶縁膜、第1のゲート絶縁膜、および半導体層のエッチングを行うことにより、高耐圧トランジスタのゲート電極および低電圧駆動トランジスタ形成領域の前記導電膜が露出される。このとき、高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサで被覆されていない半導体層に溝部が形成される。この後、露出した導電膜の低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成領域、および高耐圧トランジスタ形成領域を被覆する第2のマスクパターンが形成される。その第2のマスクパターンをエッチングマスクとして導電膜のエッチングを行うことにより、第2のゲート絶縁膜上に、低電圧駆動トランジスタのゲート電極が形成される。さらに、その低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第2の低濃度不純物領域が形成される。その後、半導体層上の全面に第3の絶縁膜が形成され、その第3の絶縁膜に対して異方性エッチングが行われる。これにより、高耐圧トランジスタのゲート電極の側面および低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に第2のサイドウォールスペーサが形成される。そして、第1サイドウォールスペーサ、第2のサイドウォールスペーサ、高耐圧トランジスタのゲート電極、および低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層、および低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の高濃度不純物領域が形成される。   The second method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention manufactures the semiconductor device as follows. That is, first, the first gate insulating film is formed in the high breakdown voltage transistor formation region on the semiconductor layer. In addition, a second gate insulating film having a thickness different from that of the first gate insulating film is formed in the low voltage driving transistor formation region on the semiconductor layer. A conductive film is formed on the entire surface of the semiconductor layer on which the first and second gate insulating films are formed, and the first insulating film is formed on the conductive film. A first mask pattern is formed on the first insulating film to cover the gate electrode formation region of the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor formation region. Using the first mask pattern as an etching mask, the first insulating film and the conductive film are etched. As a result, a stacked body of the gate electrode of the high voltage transistor made of the conductive film pattern and the pattern of the first insulating film covering the gate electrode is formed on the first gate insulating film. Subsequently, a first conductivity type first low concentration impurity region is formed in the semiconductor layer of the high breakdown voltage transistor formation region using the stacked body as a mask. After the second insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor layer, anisotropic etching is performed on the second insulating film, and the first insulating film on the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving are performed. The first insulating film in the transistor formation region is exposed. At this time, the first sidewall spacer made of the second insulating film is formed on the side surface of the gate electrode of the high voltage transistor. Next, the first insulating film, the first gate insulating film, and the semiconductor layer are etched using the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the first sidewall spacer as an etching mask, so that the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the low breakdown voltage are reduced. The conductive film in the voltage driving transistor formation region is exposed. At this time, a groove is formed in the semiconductor layer not covered with the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the first sidewall spacer. Thereafter, a second mask pattern is formed to cover the gate electrode formation region of the low-voltage driving transistor and the high breakdown voltage transistor formation region of the exposed conductive film. By etching the conductive film using the second mask pattern as an etching mask, the gate electrode of the low-voltage driving transistor is formed on the second gate insulating film. Further, the second conductivity type second low-concentration impurity region is formed in the semiconductor layer of the low-voltage drive transistor formation region using the gate electrode of the low-voltage drive transistor as a mask. Thereafter, a third insulating film is formed on the entire surface of the semiconductor layer, and anisotropic etching is performed on the third insulating film. Thereby, the second sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode of the high voltage transistor and the side surface of the gate electrode of the low voltage driving transistor. Then, using the first sidewall spacer, the second sidewall spacer, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, and the gate electrode of the low voltage drive transistor as a mask, the semiconductor layer in the high breakdown voltage transistor formation region and the low voltage drive transistor formation region A second conductivity type high concentration impurity region is formed in the semiconductor layer.

一方、他の観点では、本発明は上記目的を達成する半導体装置を提供することができる。まず、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える。そして、本発明に係る半導体装置は、高耐圧トランジスタが、半導体層上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を備える。そのゲート電極の側面には、第1のサイドウォールスペーサが形成されている。その第1のサイドウォールスペーサの側面には、第2のサイドウォールスペーサが形成されている。また、高耐圧トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には、低濃度不純物領域が形成されている。さらに、高耐圧トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には、第2のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に高濃度不純物領域が形成されている。一方、低電圧駆動トランジスタは、半導体層上に第2のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を備える。そのゲート電極の側面にはサイドウォールスペーサが形成されている。また、低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には低濃度不純物領域が形成されている。さらに、低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には、低電圧駆動トランジスタのサイドウォールスペーサに対して自己整合的に高濃度不純物領域が形成されている。   On the other hand, from another viewpoint, the present invention can provide a semiconductor device that achieves the above object. First, a first semiconductor device according to the present invention includes a high voltage transistor and a low voltage driving transistor on a surface portion of a semiconductor layer. In the semiconductor device according to the present invention, the high breakdown voltage transistor includes a gate electrode formed on the semiconductor layer via the first gate insulating film. A first sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode. A second sidewall spacer is formed on the side surface of the first sidewall spacer. In addition, low concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the high breakdown voltage transistor. Further, high-concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the high breakdown voltage transistor in a self-aligned manner with respect to the second sidewall spacer. On the other hand, the low-voltage driving transistor includes a gate electrode formed on the semiconductor layer via a second gate insulating film. Sidewall spacers are formed on the side surfaces of the gate electrode. Low concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low voltage driving transistor. Further, high-concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low-voltage drive transistor in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer of the low-voltage drive transistor.

また、本発明に係る第2の半導体装置は、以下の構成を有している。すなわち、高耐圧トランジスタが、半導体層上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極を備える。そのゲート電極の側面には第1のサイドウォールスペーサが形成されている。また、第1のサイドウォールスペーサの両側に位置する半導体層が掘り下げられた溝部が形成されている。第1のサイドウォールスペーサの側面と溝部の側面とにわたって第2のサイドウォールスペーサが形成されている。さらに、高耐圧トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層、前記溝部のゲート電極側の側部、および前記溝部の底部にわたって低濃度不純物領域が連続的に形成されている。加えて、溝部の底部に位置する半導体層には、第2のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に高濃度不純物領域が形成されている。一方、低電圧駆動トランジスタは、半導体層上に第2のゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極を備える。そのゲート電極の側面にはサイドウォールスペーサが形成されている。また、低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には低濃度不純物領域が形成されている。さらに、低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層には、低電圧駆動トランジスタのサイドウォールスペーサに対して自己整合的に高濃度不純物領域が形成されている。   The second semiconductor device according to the present invention has the following configuration. In other words, the high breakdown voltage transistor includes a gate electrode formed on the semiconductor layer via the first gate insulating film. A first sidewall spacer is formed on the side surface of the gate electrode. In addition, a groove is formed in which the semiconductor layer located on both sides of the first sidewall spacer is dug down. A second sidewall spacer is formed across the side surface of the first sidewall spacer and the side surface of the groove. Furthermore, a low concentration impurity region is continuously formed over the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, the side of the trench on the gate electrode side, and the bottom of the trench. In addition, a high concentration impurity region is formed in the semiconductor layer located at the bottom of the trench in a self-aligned manner with respect to the second sidewall spacer. On the other hand, the low-voltage driving transistor includes a gate electrode formed on the semiconductor layer via a second gate oxide film. Sidewall spacers are formed on the side surfaces of the gate electrode. Low concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low voltage driving transistor. Further, high-concentration impurity regions are formed in the semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low-voltage drive transistor in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer of the low-voltage drive transistor.

本発明によれば、高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域を形成する際に、ゲート電極が有意な膜厚の絶縁膜に被覆されており、不純物イオン注入時の実質的なゲート電極の膜厚が従来に比べて大きくなる。このため、微細な半導体装置の製造プロセスにおいても、高加速での不純物イオン注入が可能となり、低温の熱処理下においても所望の深さの低濃度不純物領域を容易に形成することができる。   According to the present invention, when forming the low-concentration impurity region of the high breakdown voltage transistor, the gate electrode is covered with the insulating film having a significant thickness, and the substantial thickness of the gate electrode at the time of impurity ion implantation is reduced. It becomes larger than the conventional one. Therefore, impurity ions can be implanted at a high acceleration even in a manufacturing process of a fine semiconductor device, and a low-concentration impurity region having a desired depth can be easily formed even under a low-temperature heat treatment.

また、本発明では、高耐圧トランジスタのゲート電極と低電圧駆動トランジスタのゲート電極を同一の導電膜から形成している。この場合、高耐圧トランジスタ形成領域へのイオンの注入後の熱処理により、低電圧駆動トランジスタ形成領域において、導電膜からのリン等の不純物の外方拡散や、導電膜の表面に予期せぬ酸化膜が形成されることに起因する電気特性の劣化が懸念される。しかしながら、本発明によれば、導電膜上を被覆する絶縁膜が堆積されているため、電気特性劣化の要因を抑制することが可能となる。この抑制効果は、導電膜を被覆する絶縁膜をシリコン窒化膜とすることでより高い効果が得られる。加えて、各トランジスタをそれぞれ異なる導電膜を加工して形成する場合に比べて工程数が減少し、低コストで半導体装置を製造できるという効果も得ることができる。   In the present invention, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the gate electrode of the low voltage driving transistor are formed from the same conductive film. In this case, the heat treatment after the implantation of ions into the high breakdown voltage transistor formation region causes outward diffusion of impurities such as phosphorus from the conductive film in the low voltage drive transistor formation region, and an unexpected oxide film on the surface of the conductive film. There is a concern about the deterioration of electrical characteristics due to the formation of. However, according to the present invention, since the insulating film covering the conductive film is deposited, it is possible to suppress the cause of the deterioration of the electrical characteristics. This suppression effect can be enhanced by using a silicon nitride film as the insulating film covering the conductive film. In addition, the number of steps can be reduced as compared with the case where each transistor is formed by processing different conductive films, and an effect that a semiconductor device can be manufactured at low cost can be obtained.

さらに、本発明では、低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成時には高耐圧トランジスタ形成領域には被エッチング膜が存在しない。したがって、従来の技術で大きな課題となっていた高耐圧トランジスタのゲート電極の側面に導電膜が残存する可能性がない。このため、加工精度を損ねることなく微細なゲート寸法を有する低電圧駆動トランジスタを容易に形成することが可能となる。   Further, in the present invention, when the gate electrode of the low voltage driving transistor is formed, there is no film to be etched in the high breakdown voltage transistor forming region. Therefore, there is no possibility that the conductive film remains on the side surface of the gate electrode of the high voltage transistor, which has been a big problem in the conventional technology. For this reason, it is possible to easily form a low voltage driving transistor having a fine gate size without impairing the processing accuracy.

以上の結果、電気的特性を劣化させることなく高性能な高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタを有する半導体装置を微細な製造プロセスにおいて製造することが可能となる。   As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device having a high-performance high-breakdown-voltage transistor and a low-voltage driving transistor without deteriorating electrical characteristics in a fine manufacturing process.

加えて、本発明によれば、高耐圧トランジスタのゲート電極は、その側面に第1のサイドウォールスペーサと第2のサイドウォールスペーサとが順に積層された2層構造のサイドウォールスペーサを備えている。また、低電圧駆動トランジスタのゲート電極は、高耐圧トランジスタの第2のサイドウォールスペーサと同時に形成される第3のサイドウォールスペーサを備えている。このため、従来に比べて高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタの設計自由度が増し、各トランジスタの電気特性の最適化を容易に行うこともできる。   In addition, according to the present invention, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor includes the sidewall spacer having a two-layer structure in which the first sidewall spacer and the second sidewall spacer are sequentially stacked on the side surface. . Further, the gate electrode of the low voltage driving transistor includes a third sidewall spacer formed simultaneously with the second sidewall spacer of the high breakdown voltage transistor. For this reason, the design freedom of the high voltage transistor and the low voltage driving transistor is increased as compared with the conventional one, and the electric characteristics of each transistor can be easily optimized.

また、高耐圧トランジスタが溝部を備える本発明の構成によれば、上述した効果に加えて、より大きな耐圧を実現できるという効果を得ることができる。また、所望の耐圧を実現するための高耐圧トランジスタの占有面積を縮小できるため、半導体装置の低コスト化や高機能化を実現できる。   Further, according to the configuration of the present invention in which the high breakdown voltage transistor includes the groove portion, in addition to the above-described effect, an effect that a higher breakdown voltage can be realized can be obtained. In addition, since the area occupied by the high voltage transistor for realizing a desired breakdown voltage can be reduced, the cost and function of the semiconductor device can be reduced.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、Nチャネル型の高耐圧トランジスタとNチャネル型の低電圧駆動トランジスタを備える半導体装置として本発明を具体化している。なお、Pチャネル型の場合は、素子内の不純物領域の導電型を逆とすることで、以下の説明が同様に適用できる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, the present invention is embodied as a semiconductor device including an N-channel high breakdown voltage transistor and an N-channel low voltage driving transistor. In the case of the P-channel type, the following description can be similarly applied by reversing the conductivity type of the impurity region in the element.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造をその製造方法とともに図面を参照しながら説明する。図1から図3は、本実施形態に係る半導体装置の製造過程を示す工程断面図である。図1から図3において、図中左側が高耐圧トランジスタ形成領域31であり、図中右側が低電圧駆動トランジスタ形成領域32である。
(First embodiment)
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below together with the manufacturing method thereof with reference to the drawings. 1 to 3 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment. 1 to 3, the left side in the drawing is a high breakdown voltage transistor formation region 31, and the right side in the drawing is a low voltage drive transistor formation region 32.

本実施形態では、まず、図1(a)に示すように、P型のシリコン基板からなる半導体基板1上に、STI(Shallow Trench Isolation)やフィールド酸化膜等からなる素子分離絶縁膜2が形成される。半導体基板1の表面部において、高耐圧トランジスタ形成領域31と低電圧駆動トランジスタ形成領域32とは素子分離絶縁膜2により電気的に分離されている。素子分離絶縁膜2が形成された半導体基板1の全面には、高耐圧トランジスタ用のゲート絶縁膜3(第1の絶縁膜)が熱酸化法等により形成される。次いで、図1(b)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン21が形成される。そのレジストパターン21をエッチングマスクとしたエッチングにより、低電圧駆動トランジスタ形成領域32のゲート絶縁膜3が除去される。有機溶剤等によりレジストパターン21が除去された後、図1(c)に示すように、熱酸化法等により、低電圧駆動トランジスタ形成領域32に、3nm〜10nm程度の膜厚を有する低電圧駆動トランジスタ用のゲート絶縁膜4(第2の絶縁膜)が形成される。このとき、ゲート絶縁膜3の膜厚は、ゲート絶縁膜4の成長に伴って増大する。なお、ゲート絶縁膜3は、当該処理により、20nm〜50nm程度の膜厚になる膜厚で、図1(a)に示す工程で堆積される。以上のようにして、高耐圧トランジスタ形成領域31には相対的に膜厚の厚いシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3が形成され、低電圧駆動トランジスタ形成領域32には相対的に膜厚の薄いシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜4が形成される。   In this embodiment, first, as shown in FIG. 1A, an element isolation insulating film 2 made of STI (Shallow Trench Isolation) or a field oxide film is formed on a semiconductor substrate 1 made of a P-type silicon substrate. Is done. In the surface portion of the semiconductor substrate 1, the high breakdown voltage transistor formation region 31 and the low voltage drive transistor formation region 32 are electrically isolated by the element isolation insulating film 2. A gate insulating film 3 (first insulating film) for a high breakdown voltage transistor is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 on which the element isolation insulating film 2 is formed by a thermal oxidation method or the like. Next, as shown in FIG. 1B, a resist pattern 21 covering the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed. The gate insulating film 3 in the low voltage drive transistor formation region 32 is removed by etching using the resist pattern 21 as an etching mask. After the resist pattern 21 is removed by an organic solvent or the like, as shown in FIG. 1C, the low voltage driving having a film thickness of about 3 nm to 10 nm is formed in the low voltage driving transistor formation region 32 by a thermal oxidation method or the like. A gate insulating film 4 (second insulating film) for the transistor is formed. At this time, the thickness of the gate insulating film 3 increases as the gate insulating film 4 grows. In addition, the gate insulating film 3 is deposited by the process shown in FIG. 1A with a film thickness of about 20 nm to 50 nm. As described above, the gate insulating film 3 made of a relatively thick silicon oxide film is formed in the high breakdown voltage transistor forming region 31, and the relatively thin film thickness is formed in the low voltage driving transistor forming region 32. A gate insulating film 4 made of a silicon oxide film is formed.

ゲート絶縁膜3およびゲート絶縁膜4が形成された半導体基板1上には、図1(d)に示すように、150nm〜350nm程度の膜厚を有する導電性ポリシリコン膜からなる導電膜5が減圧CVD法等により形成される。その導電膜5上には、膜厚が150nm〜350nm程度のシリコン窒化膜6(第1の絶縁膜)が減圧CVD法等により形成される。   On the semiconductor substrate 1 on which the gate insulating film 3 and the gate insulating film 4 are formed, as shown in FIG. 1D, a conductive film 5 made of a conductive polysilicon film having a thickness of about 150 nm to 350 nm is formed. It is formed by a low pressure CVD method or the like. A silicon nitride film 6 (first insulating film) having a thickness of about 150 nm to 350 nm is formed on the conductive film 5 by a low pressure CVD method or the like.

次に、図1(e)に示すように、シリコン窒化膜6上に、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域および低電圧駆動トランジスタ形成領域32を被覆するレジストパターン7(第1のマスクパターン)が公知のリソグラフィ技術により形成される。そのレジストパターン7をエッチングマスクとしてシリコン窒化膜6および導電膜5のエッチングが行われる。当該エッチングにより、図2(a)に示すように、高耐圧トランジスタのゲート電極9およびそのゲート電極9を被覆するシリコン窒化膜パターン8からなる積層体が形成される。当該エッチング処理は、例えば、SF6(六フッ化硫黄)ガスまたはCF4(四フッ化炭素)ガス等をプロセスガスとしたドライエッチングにより行うことができる。なお、図2(a)は、エッチング処理後にレジストパターン7がアッシング等により除去された状態を示している。 Next, as shown in FIG. 1E, a resist pattern 7 (first mask pattern) covering the gate electrode formation region of the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor formation region 32 is formed on the silicon nitride film 6. It is formed by a known lithography technique. The silicon nitride film 6 and the conductive film 5 are etched using the resist pattern 7 as an etching mask. By this etching, as shown in FIG. 2A, a stacked body including the gate electrode 9 of the high breakdown voltage transistor and the silicon nitride film pattern 8 covering the gate electrode 9 is formed. The etching process can be performed, for example, by dry etching using SF 6 (sulfur hexafluoride) gas or CF 4 (carbon tetrafluoride) gas as a process gas. 2A shows a state in which the resist pattern 7 is removed by ashing or the like after the etching process.

レジストパターン7が除去された後、図2(b)に示すように、上記積層体をマスクとして、リンイオン等のN型の不純物がイオン注入法等により高耐圧トランジスタ形成領域31に導入される。当該イオン注入は、半導体基板1をイオン入射方向に垂直な面に対して所定のチルト角で配置した状態で、連続回転、あるいはマルチステップ回転させながら行われる(以下、斜入射注入という。)。注入条件は、例えば、加速エネルギーが70keV〜150keV程度であり、ドーズ量が1×1012cm-2〜1×1014cm-2程度である。これにより、ゲート電極9(積層体)の両側に位置する半導体基板1に第1の低濃度不純物領域10(以下、高耐圧LDD(Lightly Doped Drain)領域10という。)が形成される。本実施形態では、ゲート電極9上にシリコン窒化膜パターン8が形成されている。このため、比較的高い加速エネルギーを用いたイオン注入であっても、不純物イオンがゲート電極9を貫通して半導体基板1に入射することが防止される。この後、900℃以上の高温で高耐圧LDD領域10の拡散が行われる。なお、上述のように、本実施形態では、高加速エネルギーでのイオン注入が可能であるため、比較的低温(あるいは、高温で短時間)の熱処理により、実用上問題のない深さに高耐圧LDD領域10を形成することができる。 After the resist pattern 7 is removed, as shown in FIG. 2B, N-type impurities such as phosphorus ions are introduced into the high breakdown voltage transistor formation region 31 by ion implantation or the like using the stacked body as a mask. The ion implantation is performed while the semiconductor substrate 1 is arranged at a predetermined tilt angle with respect to a plane perpendicular to the ion incident direction and is rotated continuously or multi-step (hereinafter referred to as oblique incidence implantation). The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of about 70 keV to 150 keV and a dose amount of about 1 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 . As a result, a first low-concentration impurity region 10 (hereinafter referred to as a high breakdown voltage LDD (Lightly Doped Drain) region 10) is formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 9 (stacked body). In the present embodiment, a silicon nitride film pattern 8 is formed on the gate electrode 9. For this reason, even if ion implantation is performed using relatively high acceleration energy, impurity ions are prevented from penetrating the gate electrode 9 and entering the semiconductor substrate 1. Thereafter, the high voltage LDD region 10 is diffused at a high temperature of 900 ° C. or higher. As described above, in this embodiment, since ion implantation with high acceleration energy is possible, a high breakdown voltage is obtained to a depth that does not cause a practical problem by heat treatment at a relatively low temperature (or high temperature for a short time). The LDD region 10 can be formed.

高耐圧LDD領域10の形成が完了すると、図2(c)に示すように、半導体基板1の全面にシリコン酸化膜11(第2の絶縁膜)がTEOSを原料とした減圧CVD法により堆積される。そして、アルゴンガス等をプロセスガスとした異方性ドライエッチングにより、シリコン酸化膜11、シリコン窒化膜6およびシリコン窒化膜パターン8のエッチングが行われる。当該エッチングにより、図2(d)に示すように、ゲート電極9の側面に幅が100nm〜200nm程度のサイドウォールスペーサ12(第1のサイドウォールスペーサ)が形成される。なお、エッチング完了時に、低電圧駆動トランジスタ形成領域32では、導電膜5が露出している。また、高耐圧トランジスタ形成領域31では、ゲート電極9およびゲート電極9の両側に位置する半導体基板1が露出している。   When the formation of the high breakdown voltage LDD region 10 is completed, as shown in FIG. 2C, a silicon oxide film 11 (second insulating film) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a low pressure CVD method using TEOS as a raw material. The Then, the silicon oxide film 11, the silicon nitride film 6, and the silicon nitride film pattern 8 are etched by anisotropic dry etching using argon gas or the like as a process gas. By this etching, as shown in FIG. 2D, a side wall spacer 12 (first side wall spacer) having a width of about 100 nm to 200 nm is formed on the side surface of the gate electrode 9. When the etching is completed, the conductive film 5 is exposed in the low voltage driving transistor formation region 32. In the high breakdown voltage transistor formation region 31, the gate electrode 9 and the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 9 are exposed.

続いて、図2(e)に示すように、低電圧駆動トランジスタのゲート形成領域および高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン13(第2のマスクパターン)が公知のリソグラフィ技術により形成される。そのレジストパターン13をエッチングマスクとして導電膜5のエッチングが行われる。当該エッチングにより図3(a)に示すように、低電圧駆動トランジスタのゲート電極14が形成される。例えば、当該エッチング処理は、SF6ガス、CF4ガス、またはCl2(塩素)ガス等をプロセスガスとしたドライエッチングにより行うことができる。なお、図3(a)は、エッチング処理後にレジストパターン13がアッシング等により除去された状態を示している。 Subsequently, as shown in FIG. 2E, a resist pattern 13 (second mask pattern) covering the gate formation region of the low-voltage drive transistor and the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed by a known lithography technique. . The conductive film 5 is etched using the resist pattern 13 as an etching mask. By this etching, as shown in FIG. 3A, the gate electrode 14 of the low voltage driving transistor is formed. For example, the etching process can be performed by dry etching using SF 6 gas, CF 4 gas, Cl 2 (chlorine) gas, or the like as a process gas. FIG. 3A shows a state in which the resist pattern 13 is removed by ashing or the like after the etching process.

このように、本実施形態では、ゲート電極14を形成するエッチングにおいて、高耐圧トランジスタ形成領域31に被エッチング膜である導電膜5が存在していない。このため、ゲート電極9の側面に導電膜5のエッチング残渣は生じることがない。したがって、導電膜5の残留を避けるためにオーバエッチング等を行う必要がなく、微細なゲート電極14を精度よく加工することができる。また、本実施形態では、高耐圧トランジスタのゲート電極と低電圧駆動トランジスタのゲート電極とを同一の導電膜により形成している。従来、同一の導電膜によりゲート電極を形成した場合、上述のような高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域10に対して熱拡散処理を行うと、低電圧駆動トランジスタの電気特性が劣化する可能性があった。この電気特性の劣化は、低電圧駆動トランジスタ形成領域32において、導電膜(ポリシリコン膜)に含まれるリンの外方拡散や、導電膜(ポリシリコン膜)の表面に予期せぬ酸化膜が形成されることに起因する。しかしながら、本実施形態では、ポリシリコン膜からなる導電膜5上にシリコン窒化膜6が堆積されているため、このような電気特性の劣化が抑制される。   As described above, in the present embodiment, in the etching for forming the gate electrode 14, the conductive film 5 that is an etching target film does not exist in the high breakdown voltage transistor formation region 31. For this reason, the etching residue of the conductive film 5 does not occur on the side surface of the gate electrode 9. Therefore, it is not necessary to perform overetching or the like in order to avoid the conductive film 5 remaining, and the fine gate electrode 14 can be processed with high accuracy. In this embodiment, the gate electrode of the high voltage transistor and the gate electrode of the low voltage driving transistor are formed of the same conductive film. Conventionally, when the gate electrode is formed of the same conductive film, if the low-concentration impurity region 10 of the high breakdown voltage transistor as described above is subjected to thermal diffusion treatment, the electrical characteristics of the low voltage drive transistor may be deteriorated. there were. This deterioration in electrical characteristics is caused by the outward diffusion of phosphorus contained in the conductive film (polysilicon film) or the formation of an unexpected oxide film on the surface of the conductive film (polysilicon film) in the low-voltage drive transistor formation region 32. Due to being. However, in this embodiment, since the silicon nitride film 6 is deposited on the conductive film 5 made of a polysilicon film, such deterioration of the electrical characteristics is suppressed.

レジストパターン13が除去された後、図3(b)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン15がリソグラフィ技術により形成される。そして、レジストパターン15およびゲート電極14をマスクとして、リンイオン等のN型の不純物がイオン注入法等により低電圧駆動トランジスタ形成領域31に導入される。これにより、ゲート電極14の両側に位置する半導体基板1に第2の低濃度不純物領域16(以下、低電圧LDD領域16という。)が形成される。なお、当該イオン注入は、上述の高耐圧トランジスタに対するイオン注入と同様に斜入射注入により行われる。当該イオン注入は、例えば、加速エネルギー10keV〜30keV程度、注入ドーズ量1×1013cm-2〜1×1014cm-2程度の条件でイオン注入を行うことができる。 After the resist pattern 13 is removed, as shown in FIG. 3B, a resist pattern 15 that covers the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed by lithography. Then, using the resist pattern 15 and the gate electrode 14 as a mask, N-type impurities such as phosphorus ions are introduced into the low-voltage drive transistor formation region 31 by an ion implantation method or the like. As a result, second low concentration impurity regions 16 (hereinafter referred to as low voltage LDD regions 16) are formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode. The ion implantation is performed by oblique incidence implantation in the same manner as the ion implantation for the high breakdown voltage transistor described above. The ion implantation can be performed, for example, under conditions of an acceleration energy of about 10 keV to 30 keV and an implantation dose of about 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 .

低電圧LDD領域16の形成が完了すると、図3(c)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31上のレジストパターン15が除去される。その後、半導体基板1の全面にTEOSを原料とした減圧CVD法によりシリコン酸化膜17(第3の絶縁膜)が堆積される。そして、アルゴンガス等をプロセスガスとした異方性ドライエッチングにより、シリコン酸化膜17のエッチングが行われる。当該エッチングにより、図3(d)に示すように、ゲート電極9のサイドウォールスペーサ12の側面に幅が50nm〜100nm程度のサイドウォールスペーサ18a(第2のサイドウォールスペーサ)が形成される。同時に、ゲート電極14の側面には、幅が50nm〜100nm程度のサイドウォールスペーサ18b(第2のサイドウォールスペーサ)が形成される。   When the formation of the low voltage LDD region 16 is completed, the resist pattern 15 on the high breakdown voltage transistor forming region 31 is removed as shown in FIG. Thereafter, a silicon oxide film 17 (third insulating film) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a low pressure CVD method using TEOS as a raw material. Then, the silicon oxide film 17 is etched by anisotropic dry etching using argon gas or the like as a process gas. By this etching, as shown in FIG. 3D, a side wall spacer 18a (second side wall spacer) having a width of about 50 nm to 100 nm is formed on the side surface of the side wall spacer 12 of the gate electrode 9. At the same time, a sidewall spacer 18b (second sidewall spacer) having a width of about 50 nm to 100 nm is formed on the side surface of the gate electrode 14.

この状況下で、図3(e)に示すように、ゲート電極9、14およびサイドウォールスペーサ12、18a、18bをマスクとして、ヒ素イオン等のN型の不純物が高耐圧トランジスタ形成領域31と低耐圧駆動トランジスタ形成領域32に導入される。当該イオン注入は、半導体基板1をチルト角0度で配置した状態で行っている。注入条件は、例えば、加速エネルギーが20keV〜50keV程度であり、ドーズ量が1×1015cm-2以上である。これにより、ゲート電極9の両側に位置する半導体基板1にソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域19(第3の不純物領域)がサイドウォールスペーサ18aに対して自己整合的に形成される。同様に、ゲート電極14の両側に位置する半導体基板1にソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域19がサイドウォールスペーサ18bに対して自己整合的に形成される。 Under this circumstance, as shown in FIG. 3E, N-type impurities such as arsenic ions are reduced in the high breakdown voltage transistor formation region 31 and the low voltage transistor formation region 31 using the gate electrodes 9 and 14 and the sidewall spacers 12, 18a and 18b as masks. It is introduced into the breakdown voltage driving transistor formation region 32. The ion implantation is performed in a state where the semiconductor substrate 1 is disposed at a tilt angle of 0 degree. The implantation conditions are, for example, an acceleration energy of about 20 keV to 50 keV and a dose amount of 1 × 10 15 cm −2 or more. As a result, high-concentration impurity regions 19 (third impurity regions) functioning as source / drain regions are formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 9 in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacers 18a. Similarly, high-concentration impurity regions 19 functioning as source / drain regions are formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 14 in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacers 18b.

この後、当該高濃度不純物領域19に、オーミックコンタクトを構成する金属からなるソース電極およびドレイン電極が形成され、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタが完成する。なお、半導体基板上に層間絶縁膜や配線層等を形成する以降の工程は、公知の半導体装置の製造方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。   Thereafter, a source electrode and a drain electrode made of metal constituting an ohmic contact are formed in the high-concentration impurity region 19, and a high breakdown voltage transistor and a low voltage driving transistor are completed. Note that the subsequent steps for forming an interlayer insulating film, a wiring layer, and the like on the semiconductor substrate are the same as those in a known method for manufacturing a semiconductor device, and thus description thereof is omitted here.

以上説明したように、本実施形態における半導体装置の製造方法では、高耐圧LDD領域10を形成するイオン注入を行う際に、ゲート電極9上に有意な膜厚の絶縁膜(シリコン窒化膜8)が形成される。このため、当該イオン注入時の実質的なゲート電極の膜厚が300nm〜700nmと大幅に厚くなる。したがって、比較的高加速エネルギーで不純物のイオン注入を行うことができ、比較的低温の熱処理によっても所望の拡散深さの低濃度不純物領域を容易に形成することができる。また、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタのゲート電極を同一の導電膜から形成するにもかかわらず、電気特性を劣化させることがない。さらに、微細なゲート寸法を有する低電圧駆動トランジスタのゲート電極14を精度よく形成することができる。したがって、微細な素子パターンを有する高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタを同一の半導体基板上に安定して製造することができる。   As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, the insulating film (silicon nitride film 8) having a significant film thickness is formed on the gate electrode 9 when ion implantation for forming the high breakdown voltage LDD region 10 is performed. Is formed. For this reason, the substantial film thickness of the gate electrode at the time of the ion implantation is greatly increased to 300 nm to 700 nm. Therefore, ion implantation of impurities can be performed with relatively high acceleration energy, and a low concentration impurity region having a desired diffusion depth can be easily formed even by heat treatment at a relatively low temperature. In addition, although the gate electrodes of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor are formed from the same conductive film, the electrical characteristics are not deteriorated. Furthermore, the gate electrode 14 of the low voltage driving transistor having a fine gate dimension can be formed with high accuracy. Therefore, a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor having a fine element pattern can be stably manufactured on the same semiconductor substrate.

また、本実施形態の半導体装置では、高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとに、それぞれ異なる幅を有するサイドウォールスペーサが形成される。すなわち、高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとで、ゲート電極とソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)との間隔が異なっている。例えば、低電圧駆動トランジスタにおいては、サイドウォールスペーサ18bの幅を独立して設定することで、電流駆動能力をはじめとする電気的特性の最適化を容易に行うことができる。このとき、高耐圧トランジスタでは、サイドウォールスペーサ12の幅を大きくすることにより、高耐圧化を実現することができる。したがって、高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを、要求される電気的特性に応じて独立して最適化することができる。   In the semiconductor device of this embodiment, sidewall spacers having different widths are formed in the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor. That is, the distance between the gate electrode and the source / drain region (high concentration impurity region) differs between the high voltage transistor and the low voltage driving transistor. For example, in a low voltage driving transistor, optimization of electrical characteristics including current driving capability can be easily performed by setting the width of the side wall spacer 18b independently. At this time, in the high breakdown voltage transistor, a high breakdown voltage can be realized by increasing the width of the sidewall spacer 12. Therefore, the high voltage transistor and the low voltage driving transistor can be optimized independently according to required electrical characteristics.

加えて、高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタを同一の導電膜5を加工することにより形成するため、別々に堆積した導電膜を加工することによりゲート電極を形成する場合に比べて、低コストで半導体装置を製造することができる。   In addition, since the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor are formed by processing the same conductive film 5, the cost is lower than when the gate electrode is formed by processing the separately deposited conductive film. A semiconductor device can be manufactured.

なお、上述の事例では、高耐圧LDD領域10の不純物濃度は5×1017cm-3〜5×1018cm-3程度、低電圧LDD領域16の不純物濃度は5×1018cm-3〜5×1019cm-3程度、高濃度不純物領域19の不純物濃度は5×1019cm-3〜5×1020cm-3程度に設定されるのが適当である。 In the case described above, the impurity concentration of the high breakdown voltage LDD region 10 is about 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 , and the impurity concentration of the low voltage LDD region 16 is 5 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 cm -3 or so, the impurity concentration of the high concentration impurity region 19 is suitably set to about 5 × 10 19 cm -3 ~5 × 10 20 cm -3.

ところで、上記では、導電膜5上に堆積する第1の絶縁膜が単層のシリコン窒化膜6である事例について説明したが、第1の絶縁膜を多層膜としてもよい。例えば、導電膜5とシリコン窒化膜6との間に膜厚が10nm〜20nm程度のシリコン酸化膜を堆積することができる。この場合、シリコン酸化膜は、サイドウォールスペーサ12を形成する工程(図2(d))において、ストッパ膜として機能する。すなわち、当該エッチング工程における被エッチング膜であるシリコン窒化膜6とのエッチング選択比を確保できる絶縁膜を設けることにより、導電膜5の膜厚減少を最小限に留めることができる。   In the above description, the case where the first insulating film deposited on the conductive film 5 is the single-layer silicon nitride film 6 has been described. However, the first insulating film may be a multilayer film. For example, a silicon oxide film having a thickness of about 10 nm to 20 nm can be deposited between the conductive film 5 and the silicon nitride film 6. In this case, the silicon oxide film functions as a stopper film in the step of forming the sidewall spacer 12 (FIG. 2D). That is, by providing an insulating film that can ensure an etching selectivity with respect to the silicon nitride film 6 that is a film to be etched in the etching process, the reduction in the film thickness of the conductive film 5 can be minimized.

また、低電圧LDD領域16を形成するイオン注入工程(図3(b))において、高耐圧トランジスタ形成領域31にレジストパターン15を形成することなくイオン注入を行ってもよい。この場合、高耐圧LDD領域は、ゲート電極9に対して自己整合的に形成された第1の不純物領域と、サイドウォールスペーサ12に対して自己整合的に形成された第2の不純物領域とにより構成される。ここで、第2の不純物領域の濃度は、第1の不純物領域の濃度よりも高濃度に形成することが好ましい。この場合、高耐圧LDD領域の不純物濃度が段階的に変化する構造となるため、高耐圧トランジスタの動作時に高濃度不純物領域と高耐圧LDD領域との間に生じる電界集中を緩和させることができる。したがって、工程数を増加させることなく、高耐圧トランジスタをより高耐圧化することができる。   Further, in the ion implantation step for forming the low voltage LDD region 16 (FIG. 3B), the ion implantation may be performed without forming the resist pattern 15 in the high breakdown voltage transistor forming region 31. In this case, the high breakdown voltage LDD region is composed of a first impurity region formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 9 and a second impurity region formed in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer 12. Composed. Here, the concentration of the second impurity region is preferably higher than the concentration of the first impurity region. In this case, since the impurity concentration of the high breakdown voltage LDD region changes stepwise, the electric field concentration generated between the high concentration impurity region and the high breakdown voltage LDD region during operation of the high breakdown voltage transistor can be reduced. Therefore, the high breakdown voltage transistor can be further increased in voltage without increasing the number of steps.

(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造をその製造過程とともに図面を参照しながら説明する。図4および図5は、本実施形態に係る半導体装置の製造過程を示す工程断面図である。図1から図3と同様に、図4および図5において、図中左側が高耐圧トランジスタ形成領域31であり、図中右側が低電圧駆動トランジスタ形成領域32である。
(Second Embodiment)
Subsequently, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described together with the manufacturing process with reference to the drawings. 4 and 5 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment. Similar to FIGS. 1 to 3, in FIGS. 4 and 5, the left side in the drawing is the high breakdown voltage transistor formation region 31, and the right side in the drawing is the low voltage drive transistor formation region 32.

本実施形態では、第1の実施形態にて、図1(a)〜図1(e)、図2(a)、(b)を用いて説明した工程と同一の工程を経て、図4(a)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31に高耐圧LDD領域10(第1の低濃度不純物領域)が形成される。したがって、高耐圧トランジスタ領域31には、ゲート絶縁膜3を介して高耐圧トランジスタのゲート電極9が形成されており、そのゲート電極9上にシリコン窒化膜パターン8が形成されている。また、低電圧駆動トランジスタ形成領域32には、導電膜5およびシリコン窒化膜6がゲート絶縁膜4上に形成さている。   In this embodiment, in the first embodiment, the same steps as those described with reference to FIGS. 1A to 1E, FIGS. 2A and 2B are performed, and FIG. As shown in a), a high breakdown voltage LDD region 10 (first low concentration impurity region) is formed in the high breakdown voltage transistor formation region 31. Therefore, the gate electrode 9 of the high breakdown voltage transistor is formed in the high breakdown voltage transistor region 31 via the gate insulating film 3, and the silicon nitride film pattern 8 is formed on the gate electrode 9. Further, the conductive film 5 and the silicon nitride film 6 are formed on the gate insulating film 4 in the low voltage driving transistor formation region 32.

高耐圧LDD領域10が形成された後、図4(b)に示すように、半導体基板1の全面にシリコン酸化膜11(第2の絶縁膜)がTEOSを原料とした減圧CVD法により堆積される。そして、アルゴンガス等をプロセスガスとした異方性ドライエッチングにより、シリコン酸化膜11のエッチングが行われる。当該エッチングにより、図4(c)に示すように、ゲート電極9とシリコン窒化膜パターン8との積層体の側面に幅が100nm〜200nm程度のサイドウォールスペーサ12(第1のサイドウォールスペーサ)が形成される。なお、本実施形態では、異方性エッチング完了時に、低電圧駆動トランジスタ形成領域32では、シリコン窒化膜6が露出している。また、高耐圧トランジスタ形成領域31では、シリコン窒化膜パターン8およびゲート電極9の両側に位置する半導体基板1が露出している。   After the high breakdown voltage LDD region 10 is formed, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 11 (second insulating film) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a low pressure CVD method using TEOS as a raw material. The Then, the silicon oxide film 11 is etched by anisotropic dry etching using argon gas or the like as a process gas. By this etching, as shown in FIG. 4C, sidewall spacers 12 (first sidewall spacers) having a width of about 100 nm to 200 nm are formed on the side surfaces of the stacked body of the gate electrode 9 and the silicon nitride film pattern 8. It is formed. In the present embodiment, the silicon nitride film 6 is exposed in the low voltage driving transistor formation region 32 when the anisotropic etching is completed. In the high breakdown voltage transistor formation region 31, the semiconductor substrate 1 located on both sides of the silicon nitride film pattern 8 and the gate electrode 9 is exposed.

続いて、図4(d)に示すように、SF6ガスまたはCF4ガス等をプロセスガスとしたドライエッチングにより、シリコン窒化膜6およびシリコン窒化膜パターン8が除去される。当該エッチングにより、高耐圧トランジスタ領域31に露出した半導体基板1(ゲート電極9およびサイドウォールスペーサ12に被覆されていない領域)もエッチングされ、サイドウォールスペーサ12の両側に位置する半導体基板に溝部20が形成される。なお、溝部20の深さは、高耐圧トランジスタと隣接する他の素子とが電気的分離された状態とするため、素子分離絶縁膜2の底面より浅い位置であることが好ましい。また、高耐圧LDD領域10が、溝部20の形成により完全に除去されることのない深さに形成されていることはいうまでもない。 Subsequently, as shown in FIG. 4D, the silicon nitride film 6 and the silicon nitride film pattern 8 are removed by dry etching using SF 6 gas or CF 4 gas as a process gas. By this etching, the semiconductor substrate 1 exposed in the high breakdown voltage transistor region 31 (region not covered by the gate electrode 9 and the sidewall spacer 12) is also etched, and the groove portion 20 is formed in the semiconductor substrate located on both sides of the sidewall spacer 12. It is formed. The depth of the trench 20 is preferably shallower than the bottom surface of the element isolation insulating film 2 so that the high breakdown voltage transistor and other adjacent elements are electrically isolated. Needless to say, the high breakdown voltage LDD region 10 is formed to a depth that is not completely removed by the formation of the groove 20.

続いて、図4(e)に示すように、低電圧駆動トランジスタのゲート形成領域および高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン13(第2のマスクパターン)が公知のリソグラフィ技術により形成される。そのレジストパターン13をエッチングマスクとして、SF6ガス、CF4ガス、またはCl2ガス等をプロセスガスとしたドライエッチングにより導電膜5のエッチングが行われる。当該エッチングにより図5(a)に示すように、低電圧駆動トランジスタのゲート電極14が形成される。なお、図5(a)は、エッチング処理後にレジストパターン13がアッシング等により除去された状態を示している。 Subsequently, as shown in FIG. 4E, a resist pattern 13 (second mask pattern) covering the gate formation region of the low-voltage drive transistor and the high breakdown voltage transistor formation region 31 is formed by a known lithography technique. . Using the resist pattern 13 as an etching mask, the conductive film 5 is etched by dry etching using SF 6 gas, CF 4 gas, Cl 2 gas or the like as a process gas. By this etching, as shown in FIG. 5A, the gate electrode 14 of the low voltage driving transistor is formed. FIG. 5A shows a state where the resist pattern 13 is removed by ashing or the like after the etching process.

レジストパターン13が除去された後、図5(b)に示すように、高耐圧トランジスタ形成領域31を被覆するレジストパターン15がリソグラフィ技術により形成される。そして、レジストパターン15およびゲート電極14をマスクとして、リンイオン等のN型の不純物がイオン注入法等により低電圧駆動トランジスタ形成領域32に導入される。これにより、ゲート電極14の両側に位置する半導体基板1に低電圧LDD領域16(第2の低濃度不純物領域)が形成される。なお、当該イオン注入は、第1の実施形態に例示した注入条件で行うことができる。   After the resist pattern 13 is removed, as shown in FIG. 5B, a resist pattern 15 that covers the high breakdown voltage transistor forming region 31 is formed by lithography. Then, using the resist pattern 15 and the gate electrode 14 as a mask, N-type impurities such as phosphorus ions are introduced into the low-voltage drive transistor formation region 32 by an ion implantation method or the like. As a result, a low voltage LDD region 16 (second low concentration impurity region) is formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 14. The ion implantation can be performed under the implantation conditions exemplified in the first embodiment.

高耐圧トランジスタ形成領域31上のレジストパターン15が除去された後、半導体基板1の全面にTEOSを原料とした減圧CVD法によりシリコン酸化膜17(第3の絶縁膜)が堆積される(図5(c))。そして、アルゴンガス等をプロセスガスとした異方性ドライエッチングにより、シリコン酸化膜17のエッチングが行われる。当該エッチングにより、図5(d)に示すように、ゲート電極9のサイドウォールスペーサ12の側面および溝部20の側面に幅が50nm〜100nm程度のサイドウォールスペーサ18a(第2のサイドウォールスペーサ)が形成される。同時に、ゲート電極14の側面には、幅が50nm〜100nm程度のサイドウォールスペーサ18b(第2のサイドウォールスペーサ)が形成される。また、当該エッチングにより、シリコン窒化膜6をエッチング除去した際(図4(d))に形成された、ゲート電極9上面より上方に突出したサイドウォールスペーサ12の突部もエッチング除去される。   After the resist pattern 15 on the high breakdown voltage transistor forming region 31 is removed, a silicon oxide film 17 (third insulating film) is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by low pressure CVD using TEOS as a raw material (FIG. 5). (C)). Then, the silicon oxide film 17 is etched by anisotropic dry etching using argon gas or the like as a process gas. By this etching, as shown in FIG. 5D, side wall spacers 18a (second side wall spacers) having a width of about 50 nm to 100 nm are formed on the side surfaces of the side wall spacers 12 and the side surfaces of the groove portions 20 of the gate electrode 9. It is formed. At the same time, a sidewall spacer 18b (second sidewall spacer) having a width of about 50 nm to 100 nm is formed on the side surface of the gate electrode 14. Further, by this etching, the protruding portion of the side wall spacer 12 protruding above the upper surface of the gate electrode 9 formed when the silicon nitride film 6 is removed by etching (FIG. 4D) is also removed by etching.

この状況下で、図5(e)に示すように、ゲート電極9、14およびサイドウォールスペーサ12、18a、18bをマスクとして、ヒ素イオン等のN型の不純物が高耐圧トランジスタ形成領域31と低耐圧駆動トランジスタ形成領域32に導入される。当該イオン注入は、第1の実施形態にて例示した注入条件により行うことができる。これにより、溝部20の底面にソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域19がサイドウォールスペーサ18aに対して自己整合的に形成される。同様に、ゲート電極14の両側に位置する半導体基板1にソース・ドレイン領域として機能する高濃度不純物領域19がサイドウォールスペーサ18bに対して自己整合的に形成される。   Under this situation, as shown in FIG. 5E, N-type impurities such as arsenic ions are reduced in the high breakdown voltage transistor formation region 31 and the low voltage transistor formation region 31 using the gate electrodes 9 and 14 and the sidewall spacers 12, 18 a and 18 b as masks. It is introduced into the breakdown voltage driving transistor formation region 32. The ion implantation can be performed under the implantation conditions exemplified in the first embodiment. As a result, a high concentration impurity region 19 functioning as a source / drain region is formed on the bottom surface of the trench 20 in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacer 18a. Similarly, high-concentration impurity regions 19 functioning as source / drain regions are formed in the semiconductor substrate 1 located on both sides of the gate electrode 14 in a self-aligned manner with respect to the sidewall spacers 18b.

この後、当該高濃度不純物領域19に、オーミックコンタクトを構成する金属からなるソース電極およびドレイン電極が形成され、高耐圧トランジスタおよび低電圧駆動トランジスタが完成する。なお、半導体基板上に層間絶縁膜や配線層等を形成する以降の工程は、公知の半導体装置の製造方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。   Thereafter, a source electrode and a drain electrode made of metal constituting an ohmic contact are formed in the high-concentration impurity region 19, and a high breakdown voltage transistor and a low voltage driving transistor are completed. Note that the subsequent steps for forming an interlayer insulating film, a wiring layer, and the like on the semiconductor substrate are the same as those in a known method for manufacturing a semiconductor device, and thus description thereof is omitted here.

なお、本事例では、高耐圧LDD領域10の不純物濃度は5×1017cm-3〜5×1018cm-3程度、低電圧LDD領域16の不純物濃度は5×1018cm-3〜5×1019cm-3程度、高濃度不純物領域19の不純物濃度は5×1019cm-3〜5×1020cm-3程度に設定されるのが適当である。 In this example, the impurity concentration of the high voltage LDD region 10 is about 5 × 10 17 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 , and the impurity concentration of the low voltage LDD region 16 is 5 × 10 18 cm −3 to 5 × 5. × 10 19 cm -3 or so, the impurity concentration of the high concentration impurity region 19 is suitably set to about 5 × 10 19 cm -3 ~5 × 10 20 cm -3.

以上説明したように、本実施形態では、高耐圧トランジスタが、第1のサイドウォールスペーサ12の両側において、半導体基板1が掘り下げられて形成された溝部20を備えている。また、第1のサイドウォールスペーサ12の側面と溝部20の側面とにわたって第2のサイドウォールスペーサ18aが形成され、溝部20の底面に、第2のサイドウォールスペーサ18aに対して自己整合的に高濃度不純物領域19が形成されている。このため、第1の実施形態に比べて、高耐圧トランジスタの実質的なサイドウォールスペーサの幅が溝部20の深さだけ大きくなるため、より高い耐圧を有する高耐圧トランジスタを形成することができる。また、第1の実施形態と同程度の耐圧を有する高耐圧トランジスタを形成する場合には、高耐圧トランジスタをより小さく形成することができる。したがって、従来と同等の機能を有する半導体装置をより低コストで製造することできる。また、従来と同等のチップサイズの半導体装置であれば、多出力化等の高機能化を図ることができる。なお、本実施形態が第1の実施形態にて説明した効果を有することは勿論である。   As described above, in the present embodiment, the high breakdown voltage transistor includes the groove 20 formed by digging down the semiconductor substrate 1 on both sides of the first sidewall spacer 12. In addition, a second sidewall spacer 18a is formed across the side surface of the first sidewall spacer 12 and the side surface of the groove portion 20, and the bottom surface of the groove portion 20 is high in a self-aligned manner with respect to the second sidewall spacer 18a. A concentration impurity region 19 is formed. For this reason, compared with the first embodiment, the substantial width of the sidewall spacer of the high breakdown voltage transistor is increased by the depth of the groove portion 20, so that a high breakdown voltage transistor having a higher breakdown voltage can be formed. Further, when forming a high breakdown voltage transistor having a breakdown voltage comparable to that of the first embodiment, the high breakdown voltage transistor can be formed smaller. Therefore, a semiconductor device having a function equivalent to that of the conventional one can be manufactured at a lower cost. In addition, a semiconductor device having a chip size equivalent to that of the conventional device can achieve high functionality such as multi-output. Needless to say, this embodiment has the effect described in the first embodiment.

また、本実施形態においても、導電膜5上に形成される第1の絶縁膜を、エッチング選択比を確保できる異なる絶縁膜からなる多層膜とすることにより、溝部20を形成するエッチング工程における導電膜5の膜厚減少を最小限に留めることができる。さらに、低電圧LDD領域16を形成工程において、レジストパターン15を形成することなくイオン注入を行うことにより、工程数を増加させることなく、高耐圧トランジスタをより高耐圧化することができる。   Also in the present embodiment, the first insulating film formed on the conductive film 5 is a multilayer film made of different insulating films that can ensure the etching selectivity, so that the conductivity in the etching process for forming the groove 20 is achieved. The film thickness reduction of the film 5 can be minimized. Further, by performing ion implantation without forming the resist pattern 15 in the step of forming the low voltage LDD region 16, the high breakdown voltage transistor can be further increased in voltage without increasing the number of steps.

なお、上述の実施形態は具体例を示したものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、P型の半導体基板上に各トランジスタを形成したが、N型の半導体基板に形成されたP型のウエル上に各トランジスタを形成してもよい。また、高耐圧トランジスタ形成領域と低電圧駆動トランジスタ形成領域に異なる膜厚を有するゲート絶縁膜を上述の方法により形成することは必須ではなく、任意の方法により形成することができる。また、導電膜、および絶縁膜の材質は、上述の材質に限定されるものではなく、上述のプロセスを実現可能な任意の材質を使用することができる。加えて、上記実施形態で例示した、半導体装置の形成プロセスは、公知の等価なプロセスで置換可能であることは勿論である。   In addition, the above-mentioned embodiment shows a specific example and does not limit the technical scope of the present invention. The present invention can be variously modified and applied without departing from the technical idea of the present invention. For example, in the above description, each transistor is formed on a P-type semiconductor substrate, but each transistor may be formed on a P-type well formed on an N-type semiconductor substrate. In addition, it is not essential to form the gate insulating films having different film thicknesses in the high breakdown voltage transistor formation region and the low voltage driving transistor formation region by the above-described method, and can be formed by any method. Further, the materials of the conductive film and the insulating film are not limited to the above-described materials, and any material that can realize the above-described process can be used. In addition, it is needless to say that the semiconductor device formation process exemplified in the above embodiment can be replaced by a known equivalent process.

本発明は、本発明は液晶パネル駆動用LSI等に代表される、高耐圧トランジスタを搭載した半導体装置およびその製造方法における、性能向上および製造コスト削減等に有用である。   The present invention is useful for improving performance and reducing manufacturing cost in a semiconductor device mounted with a high breakdown voltage transistor, represented by an LSI for driving a liquid crystal panel and the like, and a manufacturing method thereof.

本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device in the 2nd Embodiment of this invention 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図Process sectional view showing a conventional method of manufacturing a semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
2 素子分離絶縁膜
3 高耐圧トランジスタのゲート絶縁膜(第1のゲート絶縁膜)
4 低電圧駆動トランジスタのゲート絶縁膜(第2のゲート絶縁膜)
5 導電膜
6 シリコン窒化膜(第1の絶縁膜)
7、13、15 レジストパターン
9 高耐圧トランジスタのゲート電極
10 高耐圧LDD領域(第1の低濃度不純物領域)
11 シリコン酸化膜(第2の絶縁膜)
12 サイドウォールスペーサ(第1のサイドウォールスペーサ)
14 低電圧駆動トランジスタのゲート電極
16 低電圧LDD領域(第2の低濃度不純物領域)
17 シリコン酸化膜(第3の絶縁膜)
18a サイドウォールスペーサ(第2のサイドウォールスペーサ)
18b サイドウォールスペーサ
19 ソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)
20 溝部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Element isolation insulating film 3 Gate insulating film (1st gate insulating film) of a high voltage transistor
4 Low voltage drive transistor gate insulating film (second gate insulating film)
5 Conductive film 6 Silicon nitride film (first insulating film)
7, 13, 15 Resist pattern 9 High breakdown voltage transistor gate electrode 10 High breakdown voltage LDD region (first low concentration impurity region)
11 Silicon oxide film (second insulating film)
12 Side wall spacer (first side wall spacer)
14 Low voltage drive transistor gate electrode 16 Low voltage LDD region (second low concentration impurity region)
17 Silicon oxide film (third insulating film)
18a Side wall spacer (second side wall spacer)
18b Side wall spacer 19 Source / drain region (high concentration impurity region)
20 Groove

Claims (14)

第1導電型の半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える半導体装置の製造方法において、
半導体層上の高耐圧トランジスタ形成領域に、第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、
半導体層上の低電圧駆動トランジスタ形成領域に、前記第1のゲート絶縁膜と異なる膜厚を有する第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1および第2のゲート絶縁膜が形成された半導体層上の全面に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域および前記低電圧駆動トランジスタ形成領域を被覆する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンをエッチングマスクとして前記第1の絶縁膜および前記導電膜のエッチングを行い、前記第1のゲート絶縁膜上に、前記導電膜のパターンからなる高耐圧トランジスタのゲート電極と当該ゲート電極を被覆する第1の絶縁膜のパターンとの積層体を形成する工程と、
前記積層体をマスクとして高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第1の低濃度不純物領域を形成する工程と、
前記半導体層上の全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜および前記第1の絶縁膜に対して異方性エッチングを行い、前記高耐圧トランジスタのゲート電極の側面に前記第2の絶縁膜からなる第1のサイドウォールスペーサを形成するとともに、前記高耐圧トランジスタのゲート電極および低電圧駆動トランジスタ形成領域の前記導電膜を露出させる工程と、
露出した前記導電膜の低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成領域、および前記高耐圧トランジスタ形成領域を被覆する第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンをエッチングマスクとして前記導電膜のエッチングを行い、前記第2のゲート絶縁膜上に、低電圧駆動トランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第2の低濃度不純物領域を形成する工程と、
半導体層上の全面に第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜に対して異方性エッチングを行い、前記高耐圧トランジスタのゲート電極の側面および低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、
前記第1サイドウォールスペーサ、第2のサイドウォールスペーサ、高耐圧トランジスタのゲート電極、および低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層、および低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device comprising a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor on a surface portion of a first conductivity type semiconductor layer,
Forming a first gate insulating film in a high breakdown voltage transistor formation region on the semiconductor layer;
Forming a second gate insulating film having a thickness different from that of the first gate insulating film in a low voltage driving transistor forming region on the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor layer on which the first and second gate insulating films are formed;
Forming a first insulating film on the conductive film;
Forming a first mask pattern covering the gate electrode formation region of the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor formation region on the first insulating film;
The first insulating film and the conductive film are etched using the first mask pattern as an etching mask, and the gate electrode of the high voltage transistor made of the conductive film pattern is formed on the first gate insulating film. Forming a laminate with a pattern of a first insulating film covering the gate electrode;
Forming a second conductivity type first low-concentration impurity region in the semiconductor layer of the high breakdown voltage transistor formation region using the stacked body as a mask;
Forming a second insulating film on the entire surface of the semiconductor layer;
Anisotropic etching is performed on the second insulating film and the first insulating film to form a first sidewall spacer made of the second insulating film on a side surface of the gate electrode of the high breakdown voltage transistor. And exposing the conductive film in the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor formation region,
Forming a second mask pattern that covers the exposed gate electrode formation region of the low-voltage drive transistor of the conductive film and the high-breakdown-voltage transistor formation region;
Etching the conductive film using the second mask pattern as an etching mask to form a gate electrode of a low-voltage driving transistor on the second gate insulating film;
Forming a second conductivity type second low-concentration impurity region in the semiconductor layer of the low-voltage drive transistor formation region using the gate electrode of the low-voltage drive transistor as a mask;
Forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor layer;
Performing anisotropic etching on the third insulating film to form second side wall spacers on the side surfaces of the gate electrode of the high voltage transistor and the gate electrode of the low voltage driving transistor;
Using the first sidewall spacer, the second sidewall spacer, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, and the gate electrode of the low voltage drive transistor as a mask, the semiconductor layer in the high breakdown voltage transistor formation region and the low voltage drive transistor formation region Forming a second conductivity type high concentration impurity region in the semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁膜が異なる材質からなる膜を含む多層膜である請求項1記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film is a multilayer film including films made of different materials. 前記第1の低濃度不純物領域を形成した後、前記第2の絶縁膜を形成するまでの間に、前記第1の低濃度不純物領域を熱拡散させる工程をさらに有する請求項1記載の半導体装置の製造方法。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of thermally diffusing the first low-concentration impurity region after forming the first low-concentration impurity region and before forming the second insulating film. Manufacturing method. 前記第1のサイドウォールスペーサを形成した後、前記第3の絶縁膜を形成するまでの間に、高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサをマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の不純物領域を形成する工程をさらに有する請求項1記載の半導体装置の製造方法。   After forming the first sidewall spacer and before forming the third insulating film, the semiconductor in the high breakdown voltage transistor formation region using the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the first sidewall spacer as a mask. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming a second conductivity type impurity region in the layer. 第1導電型の半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える半導体装置の製造方法において、
半導体層上の高耐圧トランジスタ形成領域に、第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、
半導体層上の低電圧駆動トランジスタ形成領域に、前記第1のゲート絶縁膜と異なる膜厚を有する第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1および第2のゲート絶縁膜が形成された半導体層上の全面に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に、高耐圧トランジスタのゲート電極形成領域および前記低電圧駆動トランジスタ形成領域を被覆する第1のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンをエッチングマスクとして前記第1の絶縁膜および前記導電膜のエッチングを行い、前記第1のゲート絶縁膜上に、前記導電膜のパターンからなる高耐圧トランジスタのゲート電極と当該ゲート電極を被覆する第1の絶縁膜のパターンとの積層体を形成する工程と、
前記積層体をマスクとして高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第1の低濃度不純物領域を形成する工程と、
半導体層上の全面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜に対して異方性エッチングを行い、前記高耐圧トランジスタのゲート電極の側面に前記第2の絶縁膜からなる第1のサイドウォールスペーサを形成するとともに、高耐圧トランジスタのゲート電極上の第1の絶縁膜および低電圧駆動トランジスタ形成領域の前記第1の絶縁膜を露出させる工程と、
高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサをエッチングマスクとして第1の絶縁膜、第1のゲート絶縁膜、および半導体層のエッチングを行い、高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサで被覆されていない半導体層に溝部を形成するとともに、高耐圧トランジスタのゲート電極および低電圧駆動トランジスタ形成領域の前記導電膜を露出させる工程と、
露出した前記導電膜の低電圧駆動トランジスタのゲート電極形成領域、および高耐圧トランジスタ形成領域を被覆する第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第2のマスクパターンをエッチングマスクとして前記導電膜のエッチングを行い、前記第2のゲート絶縁膜上に、低電圧駆動トランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の第2の低濃度不純物領域を形成する工程と、
半導体層上の全面に第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第3の絶縁膜に対して異方性エッチングを行い、前記高耐圧トランジスタのゲート電極の側面および低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に第2のサイドウォールスペーサを形成する工程と、
前記第1サイドウォールスペーサ、第2のサイドウォールスペーサ、高耐圧トランジスタのゲート電極、および低電圧駆動トランジスタのゲート電極をマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層、および低電圧駆動トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の高濃度不純物領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device comprising a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor on a surface portion of a first conductivity type semiconductor layer,
Forming a first gate insulating film in a high breakdown voltage transistor formation region on the semiconductor layer;
Forming a second gate insulating film having a thickness different from that of the first gate insulating film in a low voltage driving transistor forming region on the semiconductor layer;
Forming a conductive film on the entire surface of the semiconductor layer on which the first and second gate insulating films are formed;
Forming a first insulating film on the conductive film;
Forming a first mask pattern covering the gate electrode formation region of the high breakdown voltage transistor and the low voltage drive transistor formation region on the first insulating film;
The first insulating film and the conductive film are etched using the first mask pattern as an etching mask, and the gate electrode of the high voltage transistor made of the conductive film pattern is formed on the first gate insulating film. Forming a laminate with a pattern of a first insulating film covering the gate electrode;
Forming a second conductivity type first low-concentration impurity region in the semiconductor layer of the high breakdown voltage transistor formation region using the stacked body as a mask;
Forming a second insulating film on the entire surface of the semiconductor layer;
The second insulating film is anisotropically etched to form a first sidewall spacer made of the second insulating film on the side surface of the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, and the gate of the high breakdown voltage transistor Exposing the first insulating film on the electrode and the first insulating film in the low-voltage driving transistor formation region;
The first insulating film, the first gate insulating film, and the semiconductor layer are etched using the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the first sidewall spacer as an etching mask, and the gate electrode and the first sidewall of the high breakdown voltage transistor are etched. Forming a groove in the semiconductor layer not covered with the spacer, and exposing the conductive film in the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the low voltage driving transistor formation region;
Forming a second mask pattern covering the exposed gate electrode formation region of the low-voltage driving transistor and the high-breakdown-voltage transistor formation region of the conductive film;
Etching the conductive film using the second mask pattern as an etching mask to form a gate electrode of a low-voltage driving transistor on the second gate insulating film;
Forming a second conductivity type second low-concentration impurity region in the semiconductor layer of the low-voltage drive transistor formation region using the gate electrode of the low-voltage drive transistor as a mask;
Forming a third insulating film on the entire surface of the semiconductor layer;
Performing anisotropic etching on the third insulating film to form second side wall spacers on the side surfaces of the gate electrode of the high voltage transistor and the gate electrode of the low voltage driving transistor;
Using the first sidewall spacer, the second sidewall spacer, the gate electrode of the high breakdown voltage transistor, and the gate electrode of the low voltage drive transistor as a mask, the semiconductor layer in the high breakdown voltage transistor formation region and the low voltage drive transistor formation region Forming a second conductivity type high concentration impurity region in the semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の絶縁膜が異なる材質からなる膜を含む多層膜である請求項5記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the first insulating film is a multilayer film including films made of different materials. 前記第1の低濃度不純物領域を形成した後、前記第2の絶縁膜を形成するまでの間に、前記第1の低濃度不純物領域を熱拡散させる工程をさらに有する請求項5記載の半導体装置の製造方法。   6. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of thermally diffusing the first low-concentration impurity region after forming the first low-concentration impurity region and before forming the second insulating film. Manufacturing method. 前記溝部を形成した後、前記第3の絶縁膜を形成するまで間に、高耐圧トランジスタのゲート電極および第1のサイドウォールスペーサをマスクとして、高耐圧トランジスタ形成領域の半導体層に第2導電型の不純物領域を形成する工程をさらに有する請求項5記載の半導体装置の製造方法。   After the trench is formed and before the third insulating film is formed, the second conductivity type is formed on the semiconductor layer in the high breakdown voltage transistor formation region using the gate electrode of the high breakdown voltage transistor and the first sidewall spacer as a mask. 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of forming an impurity region. 前記溝部の底面が、各トランジスタを電気的に分離する素子分離絶縁膜の底面より浅い位置に形成される請求項5記載の半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the bottom surface of the groove is formed at a position shallower than the bottom surface of the element isolation insulating film that electrically isolates each transistor. 半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える半導体装置において、
前記高耐圧トランジスタが、
半導体層上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面に形成された第1のサイドウォールスペーサと、
前記第1のサイドウォールスペーサの側面に形成された第2のサイドウォールスペーサと、
前記ゲート電極の両側に位置する半導体層に形成された低濃度不純物領域と、
前記ゲート電極の両側に位置する半導体層に、前記第2のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された高濃度不純物領域と、
を備え、
前記低電圧駆動トランジスタが、
半導体層上に第2のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に形成されたサイドウォールスペーサと、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層に形成された低濃度不純物領域と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層に、前記低電圧駆動トランジスタのサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された高濃度不純物領域と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor on the surface of the semiconductor layer,
The high voltage transistor is
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a first gate insulating film;
A first sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode;
A second sidewall spacer formed on a side surface of the first sidewall spacer;
A low concentration impurity region formed in a semiconductor layer located on both sides of the gate electrode;
A high concentration impurity region formed in a semiconductor layer on both sides of the gate electrode in a self-aligned manner with respect to the second sidewall spacer;
With
The low-voltage drive transistor is
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a second gate insulating film;
A sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode of the low-voltage drive transistor;
A low concentration impurity region formed in a semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low voltage driving transistor;
A high-concentration impurity region formed in a semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low-voltage drive transistor in a self-aligned manner with respect to a sidewall spacer of the low-voltage drive transistor;
A semiconductor device comprising:
前記高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域が、
高耐圧トランジスタのゲート電極に対して自己整合的に形成された第1の不純物領域と、
前記第1のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された、前記第1の不純物領域よりも高濃度の第2の不純物領域と、
を備える請求項10記載の半導体装置。
The low concentration impurity region of the high breakdown voltage transistor is
A first impurity region formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode of the high breakdown voltage transistor;
A second impurity region having a higher concentration than the first impurity region, formed in a self-aligned manner with respect to the first sidewall spacer;
A semiconductor device according to claim 10.
半導体層の表面部に高耐圧トランジスタと低電圧駆動トランジスタとを備える半導体装置において、
前記高耐圧トランジスタが、
半導体層上に第1のゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極の側面に形成された第1のサイドウォールスペーサと、
前記第1のサイドウォールスペーサの両側に位置する半導体層が掘り下げられた溝部と、
前記第1のサイドウォールスペーサの側面と溝部の側面とにわたって形成された第2のサイドウォールスペーサと、
前記ゲート電極の両側に位置する半導体層、前記溝部のゲート電極側の側部、および前記溝部の底部にわたって連続的に形成された低濃度不純物領域と、
前記溝部の底部に位置する半導体層に、第2のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された高濃度不純物領域と、
を備え、
前記低電圧駆動トランジスタが、
半導体層上に第2のゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の側面に形成されたサイドウォールスペーサと、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層に形成された低濃度不純物領域と、
前記低電圧駆動トランジスタのゲート電極の両側に位置する半導体層に、前記低電圧駆動トランジスタのサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された高濃度不純物領域と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a high breakdown voltage transistor and a low voltage drive transistor on the surface of the semiconductor layer,
The high voltage transistor is
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a first gate insulating film;
A first sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode;
A groove part in which a semiconductor layer located on both sides of the first sidewall spacer is dug;
A second sidewall spacer formed across the side surface of the first sidewall spacer and the side surface of the groove;
A semiconductor layer located on both sides of the gate electrode, a side portion on the gate electrode side of the groove, and a low concentration impurity region continuously formed over the bottom of the groove;
A high concentration impurity region formed in a self-aligned manner with respect to the second sidewall spacer in the semiconductor layer located at the bottom of the groove;
With
The low-voltage drive transistor is
A gate electrode formed on the semiconductor layer via a second gate oxide film;
A sidewall spacer formed on a side surface of the gate electrode of the low-voltage drive transistor;
A low concentration impurity region formed in a semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low voltage driving transistor;
A high-concentration impurity region formed in a semiconductor layer located on both sides of the gate electrode of the low-voltage drive transistor in a self-aligned manner with respect to a sidewall spacer of the low-voltage drive transistor;
A semiconductor device comprising:
前記高耐圧トランジスタの低濃度不純物領域が、
前記高耐圧トランジスタのゲート電極に対して自己整合的に形成された第1の不純物領域と、
前記第1のサイドウォールスペーサに対して自己整合的に形成された、前記第1の不純物領域よりも高濃度の第2の不純物領域と、
を備える請求項12記載の半導体装置。
The low concentration impurity region of the high breakdown voltage transistor is
A first impurity region formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode of the high breakdown voltage transistor;
A second impurity region having a higher concentration than the first impurity region, formed in a self-aligned manner with respect to the first sidewall spacer;
A semiconductor device according to claim 12.
前記溝部の底面が、各トランジスタを電気的に分離する素子分離絶縁膜の底面より浅い位置に形成される請求項12記載の半導体装置。

13. The semiconductor device according to claim 12, wherein a bottom surface of the groove is formed at a position shallower than a bottom surface of an element isolation insulating film that electrically isolates each transistor.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010067748A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Rohm Co Ltd Semiconductor device, and method for manufacturing the same
JP2011124272A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Oki Semiconductor Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2016207853A (en) * 2015-04-23 2016-12-08 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device manufacturing method

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