JP2010171115A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、追加工程を必要とせずオフセット構造のソース・ドレイン領域を形成するための高耐圧トランジスタ用のLDD拡散層を形成することを可能にする。
【解決手段】半導体基板11上に、ゲート絶縁膜21を介して上面に第1絶縁膜42を有する電極形成膜41を形成し、電極形成膜41で第1ゲート電極22と、その両側に沿ってかつ離間して複数のダミーパターン51を形成し、第1ゲート電極22と各ダミーパターン51をマスクにしたイオン注入により半導体基板11に第1LDD拡散層23、24を形成し、第1ゲート電極22の側壁、各ダミーパターン51の側壁、および第1ゲート電極22と各ダミーパターン51間および各ダミーパターン51間に第1サイドウォール25を形成し、第1ゲート電極22、各ダミーパターン51および第1サイドウォール25をマスクにして半導体基板11に第1ソース・ドレイン領域26,27を形成する。
【選択図】図3
【解決手段】半導体基板11上に、ゲート絶縁膜21を介して上面に第1絶縁膜42を有する電極形成膜41を形成し、電極形成膜41で第1ゲート電極22と、その両側に沿ってかつ離間して複数のダミーパターン51を形成し、第1ゲート電極22と各ダミーパターン51をマスクにしたイオン注入により半導体基板11に第1LDD拡散層23、24を形成し、第1ゲート電極22の側壁、各ダミーパターン51の側壁、および第1ゲート電極22と各ダミーパターン51間および各ダミーパターン51間に第1サイドウォール25を形成し、第1ゲート電極22、各ダミーパターン51および第1サイドウォール25をマスクにして半導体基板11に第1ソース・ドレイン領域26,27を形成する。
【選択図】図3
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。
同一基板上に、耐圧の異なるMOSトランジスタ等の半導体素子を搭載する場合、ゲート絶縁膜をその耐圧に最適な膜厚にするために、製造工程を追加で設けることは周知である(例えば、特許文献1参照。)。
また、その耐圧に最適なトランジスタ特性を得るために、例えば、LDD(Lightly Doped Drain)のイオン注入条件を個別に設定し、追加工程を設けることも周知である。LDDイオン注入条件は、その耐圧に最適な(例えば、HCI:Hot Carrier Injectionに関して、一定以上の寿命を確保する)特性を実現するために、高エネルギーに設定される場合がある。これは、ゲート近傍におけるドレイン領域の電界を緩和するために、できるだけ、LDD拡散層を深く形成する必要があるからである。
LDDイオン注入工程は、トランジスタ特性のばらつきを低減させるために、ゲート電極膜の加工後にゲート電極膜をマスクとしてセルフアラインで半導体基板中に形成する方法がとられる。このため、LDDイオン注入が高エネルギーの場合、ゲート電極膜を突き抜けてゲート電極直下のチャネル形成領域に不要なイオン注入が施されてしまうという問題が発生する。
また、低耐圧トランジスタでは、ゲート電極に隣接したサイドウォール絶縁膜をマスクとして、セルフアラインによってソース・ドレイン領域が形成される。
一方、高耐圧トランジスタの場合、前述したように耐圧確保およびドレイン領域の電界緩和のために、サイドウォール幅よりも大きなLDD拡散層が必要となる。このため、オフセットドレイン構造とするのが一般的であり、この構造を実現するには工程が増加してしまう。
また、低耐圧トランジスタでは、ゲート電極に隣接したサイドウォール絶縁膜をマスクとして、セルフアラインによってソース・ドレイン領域が形成される。
一方、高耐圧トランジスタの場合、前述したように耐圧確保およびドレイン領域の電界緩和のために、サイドウォール幅よりも大きなLDD拡散層が必要となる。このため、オフセットドレイン構造とするのが一般的であり、この構造を実現するには工程が増加してしまう。
そこで、高耐圧トランジスタを少ない追加工程で実現する製造方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
この方法によれば、高耐圧トランジスタの第1のサイドウォールとして、導電性膜(例えばポリシリコン)をゲート電極に接続するように形成して、ゲート電極端からソース・ドレイン領域までの距離を大きくしたLDDによるオフセット構造を実現している。しかし、ゲート電極加工後にLDDイオン注入を施しており、高エネルギーの場合はゲート突き抜けを起こしてしまい、高耐圧化に適さない。また、導電性膜の形成工程、エッチバック工程、さらに絶縁膜の形成工程、エッチバック工程を設ける必要があるため、追加工程が多くなる。
また、高耐圧トランジスタと、低耐圧トランジスタのサイドウォール形成工程を別々に設ける製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この方法によれば、高耐圧トランジスタのサイドウォールを形成する際に絶縁膜厚を厚く形成することでオフセット距離を大きくしている。しかしながら、特許文献2と同様に、高耐圧LDD拡散層を深く形成することはできず、また絶縁膜厚を厚くするにも限界がある。さらに別工程のため、当然追加工程数が増加する。
この方法によれば、高耐圧トランジスタの第1のサイドウォールとして、導電性膜(例えばポリシリコン)をゲート電極に接続するように形成して、ゲート電極端からソース・ドレイン領域までの距離を大きくしたLDDによるオフセット構造を実現している。しかし、ゲート電極加工後にLDDイオン注入を施しており、高エネルギーの場合はゲート突き抜けを起こしてしまい、高耐圧化に適さない。また、導電性膜の形成工程、エッチバック工程、さらに絶縁膜の形成工程、エッチバック工程を設ける必要があるため、追加工程が多くなる。
また、高耐圧トランジスタと、低耐圧トランジスタのサイドウォール形成工程を別々に設ける製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
この方法によれば、高耐圧トランジスタのサイドウォールを形成する際に絶縁膜厚を厚く形成することでオフセット距離を大きくしている。しかしながら、特許文献2と同様に、高耐圧LDD拡散層を深く形成することはできず、また絶縁膜厚を厚くするにも限界がある。さらに別工程のため、当然追加工程数が増加する。
解決しようとする問題点は、オフセット構造のソース・ドレイン領域を形成するための高耐圧トランジスタ用のLDD拡散層を形成すると追加工程数が多くなる点である。
本発明は、追加工程を必要とせずオフセット構造のソース・ドレイン領域を形成するための高耐圧トランジスタ用のLDD拡散層を形成することを可能にする。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板のトランジスタ形成領域上に、ゲート絶縁膜を介して上面に絶縁膜を有する電極形成膜を形成する工程と、前記トランジスタ形成領域上に前記電極形成膜でゲート電極と、前記ゲート電極の両側に沿ってかつ離間して複数のダミーパターンを形成する工程と、前記絶縁膜を上面に形成した状態の前記ゲート電極および前記各ダミーパターンをマスクにしたイオン注入により前記トランジスタ形成領域にLDD拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極の側壁および前記各ダミーパターンの側壁に、前記ゲート電極と前記各ダミーパターン間および前記各ダミーパターン間にサイドウォールを形成する工程と、前記ゲート電極、前記各ダミーパターンおよび前記サイドウォールをマスクにして前記トランジスタ形成領域にソース・ドレイン領域を形成する工程を有する。
本発明の半導体装置の製造方法では、ダミーパターンを形成しているが、このダミーパターンは電極形成膜を用いてゲート電極と同時に形成されることから、ダミーパターンを形成するための追加工程は必要ない。また、ダミーパターンを形成した分だけ、第1ゲート電極の側壁部のサイドウォールの長さ(ゲート長方向の長さ)を大きくできるので、ソース・ドレイン領域がオフセット構造に容易に形成される。さらに、上面に絶縁膜を有する電極形成膜で第1ゲート電極が形成される。これによって、LDD拡散層を形成するとき、絶縁膜とゲート電極がマスクになることから、ゲート電極を突き抜けることなくLDD拡散層を深く形成することが可能になる。すなわち、ゲート電極の上面に形成されている絶縁膜によって、イオン注入による不純物のゲート電極の突き抜けが阻止される。
本発明の半導体装置は、半導体基板のトランジスタ形成領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記トランジスタ形成領域上にゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の両側に沿ってかつ間隔を置いて形成された複数のダミーパターンと、前記ゲート電極の両側の前記トランジスタ形成領域に形成されたLDD拡散層と、前記ゲート電極の側壁および前記各ダミーパターンの側壁に、前記ゲート電極と前記各ダミーパターン間および前記各ダミーパターン間を埋め込んで形成されたサイドウォールと、前記ゲート電極の両側の前記トランジスタ形成領域に前記ダミーパターンおよび前記サイドウォールを介して形成されたソース・ドレイン領域と有する。
本発明の半導体装置では、トランジスタ形成領域上にゲート絶縁膜を介してゲート電極の両側に沿ってかつ間隔を置いて形成されている複数のダミーパターンは、ゲート電極と同時に形成されることが可能となっている。よって、ダミーパターンを形成するための追加工程が必要としない。また、ゲート電極とダミーパターン間およびダミーパターン間を埋め込んでサイドウォールが形成されていることから、ゲート電極の側壁部におけるサイドウォール幅を大きくなっている。このため、ソース・ドレイン領域は、ゲート電極の両側の前記トランジスタ形成領域に幅広に形成されるLDD拡散層によってオフセット構造に形成されている。
本発明の半導体装置の製造方法は、オフセット構造のソース・ドレイン領域を形成するための高耐圧用の深いLDD拡散層を、追加工程を必要とせず形成することができるという利点がある。
本発明の半導体装置は、LDD拡散層がオフセット構造の高耐圧用の深いLDD拡散層になるという利点がある。
<1.第1の実施の形態>
[半導体装置の製造方法の第1例]
本発明の第1実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を、図1〜図3の製造工程断面図および図4の平面レイアウト図によって説明する。また、図1〜図3の(A)、(B)、(C)は、それぞれ、図4中のA−A’線の位置、図4中のB−B’線の位置、図4中のC−C’線の位置での断面を示したものである。また、図4は、高耐圧トランジスタが形成される第1領域と低耐圧トランジスタが形成される第2領域と、第1領域および第2領域に形成されるゲート電極、ダミーパターン、サイドウォール等の平面レイアウト上の位置関係を示したものである。以下、耐圧の異なるトランジスタのうち、ある1種類の高耐圧トランジスタ、および、ある1種類の低耐圧トランジスタを例に説明する。なお、図1〜図3の各図面を参照する際、図4も参照されたい。
[半導体装置の製造方法の第1例]
本発明の第1実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を、図1〜図3の製造工程断面図および図4の平面レイアウト図によって説明する。また、図1〜図3の(A)、(B)、(C)は、それぞれ、図4中のA−A’線の位置、図4中のB−B’線の位置、図4中のC−C’線の位置での断面を示したものである。また、図4は、高耐圧トランジスタが形成される第1領域と低耐圧トランジスタが形成される第2領域と、第1領域および第2領域に形成されるゲート電極、ダミーパターン、サイドウォール等の平面レイアウト上の位置関係を示したものである。以下、耐圧の異なるトランジスタのうち、ある1種類の高耐圧トランジスタ、および、ある1種類の低耐圧トランジスタを例に説明する。なお、図1〜図3の各図面を参照する際、図4も参照されたい。
[トランジスタ形成領域と素子分離領域の形成]
図1(1)に示すように、半導体基板11に、高耐圧トランジスタが形成される第1領域(第1トランジスタ形成領域)12と低耐圧トランジスタが形成される第2領域(第2トランジスタ形成領域)13を分離する素子分離領域14を形成する。
ここで、低耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が3.3V以下、例えば1.8V〜3.3V程度の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
また上記高耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が10V以上の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
上記半導体基板11は、例えばp型シリコン基板を用いる。このp型シリコン基板の基板濃度は、例えば1×1015/cm3程度である。もちろん、上記半導体基板11には、n型シリコン基板や化合物半導体基板を用いることもできる。
上記素子分離領域14は、例えば、通常のSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離である。STI構造以外の素子分離領域を用いることも可能である。
図1(1)に示すように、半導体基板11に、高耐圧トランジスタが形成される第1領域(第1トランジスタ形成領域)12と低耐圧トランジスタが形成される第2領域(第2トランジスタ形成領域)13を分離する素子分離領域14を形成する。
ここで、低耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が3.3V以下、例えば1.8V〜3.3V程度の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
また上記高耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が10V以上の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
上記半導体基板11は、例えばp型シリコン基板を用いる。このp型シリコン基板の基板濃度は、例えば1×1015/cm3程度である。もちろん、上記半導体基板11には、n型シリコン基板や化合物半導体基板を用いることもできる。
上記素子分離領域14は、例えば、通常のSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離である。STI構造以外の素子分離領域を用いることも可能である。
[第1ウエル領域の形成]
次に、上記第2領域13側を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記第1領域12に高耐圧用の第1ウエル領域15を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。
そして、nチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第1ウエル領域15はp型領域に形成するため、ホウ素イオン(B+)をイオン注入する。一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜2MeVのイオン注入エネルギーで、1×1011/cm3〜1×1013/cm3程度のドーズ量でイオン注入を行う。トランジスタの耐圧によって上記注入エネルギーを調整することで、上記第1ウエル領域15の深さを調整する。
一方、pチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第1ウエル領域15はn型領域に形成するため、リンイオン(P+)をイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
次に、上記第2領域13側を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記第1領域12に高耐圧用の第1ウエル領域15を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。
そして、nチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第1ウエル領域15はp型領域に形成するため、ホウ素イオン(B+)をイオン注入する。一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜2MeVのイオン注入エネルギーで、1×1011/cm3〜1×1013/cm3程度のドーズ量でイオン注入を行う。トランジスタの耐圧によって上記注入エネルギーを調整することで、上記第1ウエル領域15の深さを調整する。
一方、pチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第1ウエル領域15はn型領域に形成するため、リンイオン(P+)をイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
[第2ウエル領域の形成]
続いて、上記第1領域12側を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記第2領域13に低耐圧用の第2ウエル領域16を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。
そして、nチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第2ウエル領域16はp型領域に形成するため、ホウ素イオン(B+)をイオン注入する。一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜500keVのイオン注入エネルギーで、1×1013/cm3〜1×1014/cm3程度のドーズ量でイオン注入を行う。
なお、pチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第2ウエル領域16はn型領域に形成するため、リンイオン(P+)をイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
続いて、上記第1領域12側を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記第2領域13に低耐圧用の第2ウエル領域16を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。
そして、nチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第2ウエル領域16はp型領域に形成するため、ホウ素イオン(B+)をイオン注入する。一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜500keVのイオン注入エネルギーで、1×1013/cm3〜1×1014/cm3程度のドーズ量でイオン注入を行う。
なお、pチャネルトランジスタを形成する場合は、上記第2ウエル領域16はn型領域に形成するため、リンイオン(P+)をイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
[チャネルストップ領域の形成]
続いて、上記素子分離領域14下の上記第1領域12にチャネルストップ領域を形成するためのイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記素子分離領域14下の上記第1領域12にチャネルストップ領域17を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。上記イオン注入条件は、一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜200keVのイオン注入エネルギーで、1×1012/cm2〜1×1013/cm2程度のドーズ量でイオン注入を行う。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
なお、素子分離領域14、第1ウエル領域15、第2ウエル領域16、チャネルストップ領域17を形成順は問わないが、好ましくは、素子分離領域14はチャネルストップ領域17を形成する前がよい。
続いて、上記素子分離領域14下の上記第1領域12にチャネルストップ領域を形成するためのイオン注入マスク(図示せず)を形成した状態で、上記素子分離領域14下の上記第1領域12にチャネルストップ領域17を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。上記イオン注入条件は、一例として、ホウ素イオン(B+)を100keV〜200keVのイオン注入エネルギーで、1×1012/cm2〜1×1013/cm2程度のドーズ量でイオン注入を行う。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
なお、素子分離領域14、第1ウエル領域15、第2ウエル領域16、チャネルストップ領域17を形成順は問わないが、好ましくは、素子分離領域14はチャネルストップ領域17を形成する前がよい。
[ゲートとダミーパターンの形成]
次に、上記第1ウエル領域15が形成されている上記半導体基板11上に、第1ゲート絶縁膜21を形成する。また上記第2ウエル領域16が形成されている上記半導体基板11上に、第2ゲート絶縁膜31を形成する。上記第1ゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成される。上記第2ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成される。いずれのゲート絶縁膜も既存の熱酸化技術によって形成される。上記第1ゲート絶縁膜21、上記第2ゲート絶縁膜31の各膜厚は一例であって、それぞれのトランジスタの耐圧に応じて、適宜決定される。もちろん、酸化シリコン膜以外に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の高誘電率膜を用いることもできる。
次に、上記第1ウエル領域15が形成されている上記半導体基板11上に、第1ゲート絶縁膜21を形成する。また上記第2ウエル領域16が形成されている上記半導体基板11上に、第2ゲート絶縁膜31を形成する。上記第1ゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成される。上記第2ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成される。いずれのゲート絶縁膜も既存の熱酸化技術によって形成される。上記第1ゲート絶縁膜21、上記第2ゲート絶縁膜31の各膜厚は一例であって、それぞれのトランジスタの耐圧に応じて、適宜決定される。もちろん、酸化シリコン膜以外に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の高誘電率膜を用いることもできる。
次に、上記第1ゲート絶縁膜21、第2ゲート絶縁膜31等が形成された上記半導体基板11上にゲート電極用の電極形成膜41を形成する。この電極形成膜41は、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成される。さらに電極形成膜41上に第1絶縁膜42を形成する。この第1絶縁膜42は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜で形成される。一例として、化学気相成長法を用いて、上記第1絶縁膜42を100nm〜200nmの厚さの酸化シリコン膜で形成した。
次に、図1(2)に示すように、上記第1絶縁膜42上に、第1トランジスタのゲート電極とダミーパターン、および第2トランジスタのゲート電極を形成するためのレジストマスク(図示せず)を形成する。このレジストマスクを用いて、上記第1絶縁膜42、上記電極形成膜41をエッチングして、上記第1ウエル領域15上に第1ゲート電極22と、上記第1ゲート電極22の両側(チャネル幅方向)に沿ってかつ離間して複数のダミーパターン51を形成する。したがって、上記電極形成膜41で第1ゲート電極22とダミーパターン51が形成される。すなわち、第1ゲート電極22のチャネル長方向に距離dlだけ離して、第1ゲート電極22のチャネル幅方向に沿って、距離dwの間隔でダミーパターン51が形成される。各ダミーパターン51同士の距離dwは等間隔とすることが好ましい。
同時に、上記第1絶縁膜42、上記電極形成膜41をエッチングして、上記第2ウエル16上に第2ゲート電極32を形成する。したがって、上記電極形成膜41で第2ゲート電極32が形成される。
同時に、上記第1絶縁膜42、上記電極形成膜41をエッチングして、上記第2ウエル16上に第2ゲート電極32を形成する。したがって、上記電極形成膜41で第2ゲート電極32が形成される。
上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との距離dlと、上記各ダミーパターン51同士の距離dwは同等とすることが好ましい。上記このようにダミーパターン51を配置することによって、後に形成されるサイドウォール形成膜の膜厚を上記距離dlまたは距離dwに合わせるだけでよくなり、設計がしやすくなる。
[LDD拡散層の形成]
次に、図2(3)に示すように、上記第2領域13を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。この状態で、さらに上記第1ゲート電極22、第1絶縁膜42および上記ダミーパターン51をマスクにして、イオン注入により上記第1ウエル領域15に第1LDD拡散層23、24を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このときのイオン注入条件は、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、一例として、リンイオン(P+)を120keVのイオン注入エネルギーで、3×1012/cm2のドーズ量で、斜めイオン注入する。このときのイオンの入射角は、例えば30度〜60度の範囲で適宜決定される。上記イオン注入では、イオン注入エネルギーが120keVと高いが、上記第1ゲート電極22上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜42が形成されているので、この第1絶縁膜42によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極22を突き抜けることはない。
また、上記第1LDD拡散層23、24の深さは、第1トランジスタの耐圧に応じて、イオン注入エネルギーによって調整する。
例えば、耐圧が12Vの場合、リンイオン(P+)を90keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。また耐圧が20Vの場合、リンイオン(P+)を120keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。さらに耐圧が30Vの場合、リンイオン(P+)を160keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1LDD拡散層23、24の形成には、ホウ素イオン(B+)を用いる。例えば、耐圧が12Vの場合、ホウ素イオン(B+)を25keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。また耐圧が20Vの場合、ホウ素イオン(B+)を30keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。さらに耐圧が30Vの場合、ホウ素イオン(B+)を50keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
次に、図2(3)に示すように、上記第2領域13を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。この状態で、さらに上記第1ゲート電極22、第1絶縁膜42および上記ダミーパターン51をマスクにして、イオン注入により上記第1ウエル領域15に第1LDD拡散層23、24を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このときのイオン注入条件は、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、一例として、リンイオン(P+)を120keVのイオン注入エネルギーで、3×1012/cm2のドーズ量で、斜めイオン注入する。このときのイオンの入射角は、例えば30度〜60度の範囲で適宜決定される。上記イオン注入では、イオン注入エネルギーが120keVと高いが、上記第1ゲート電極22上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜42が形成されているので、この第1絶縁膜42によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極22を突き抜けることはない。
また、上記第1LDD拡散層23、24の深さは、第1トランジスタの耐圧に応じて、イオン注入エネルギーによって調整する。
例えば、耐圧が12Vの場合、リンイオン(P+)を90keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。また耐圧が20Vの場合、リンイオン(P+)を120keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。さらに耐圧が30Vの場合、リンイオン(P+)を160keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1LDD拡散層23、24の形成には、ホウ素イオン(B+)を用いる。例えば、耐圧が12Vの場合、ホウ素イオン(B+)を25keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。また耐圧が20Vの場合、ホウ素イオン(B+)を30keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。さらに耐圧が30Vの場合、ホウ素イオン(B+)を50keVのイオン注入エネルギーでイオン注入する。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
次に、上記第1領域12を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。この状態で、さらに上記第2ゲート電極32および上記第1絶縁膜42をマスクにして、イオン注入により上記第2ウエル領域16に第2LDD拡散層33、34を形成する。上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このときのイオン注入条件は、第2トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、一例として、リンイオン(P+)を20keVのイオン注入エネルギーで、3×1012/cm2のドーズ量で、斜めイオン注入する。このときのイオンの入射角は、例えば30度〜60度の範囲で適宜決定される。
また、第2トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、一例として、ホウ素イオン(B+)を斜めイオン注入する。このときのイオンの入射角は、例えば30度〜60度の範囲で適宜決定される。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
また、第2トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、一例として、ホウ素イオン(B+)を斜めイオン注入する。このときのイオンの入射角は、例えば30度〜60度の範囲で適宜決定される。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
[サイドウォールの形成]
次に、図2(4)に示すように、上記第1ゲート電極22、上記ダミーパターン51および上記第2ゲート電極32を、上記第1絶縁膜42を載せた状態で被覆するサイドウォール形成膜43を形成する。このとき、上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51間および上記各ダミーパターン51間は、上記サイドウォール形成膜43で完全に埋め込まれる。このサイドウォール形成膜43は、例えば化学気相成長法によって、例えば酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜もしくはそれらの積層膜で形成される。また、上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との距離dl、および上記各ダミーパターン51同士の距離dwとする。このとき、上記サイドウォール形成膜43は、上記距離dl、距離dwに対して同等以上の膜厚tで形成されることが好ましい。例えば、dl=dw=100nmの場合、上記サイドウォール形成膜43は100nm以上の膜厚に形成される。ただし、後の工程でエッチバックするため、例えば200nmを超えるような膜厚に形成する必要ない。
次に、図2(4)に示すように、上記第1ゲート電極22、上記ダミーパターン51および上記第2ゲート電極32を、上記第1絶縁膜42を載せた状態で被覆するサイドウォール形成膜43を形成する。このとき、上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51間および上記各ダミーパターン51間は、上記サイドウォール形成膜43で完全に埋め込まれる。このサイドウォール形成膜43は、例えば化学気相成長法によって、例えば酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜もしくはそれらの積層膜で形成される。また、上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との距離dl、および上記各ダミーパターン51同士の距離dwとする。このとき、上記サイドウォール形成膜43は、上記距離dl、距離dwに対して同等以上の膜厚tで形成されることが好ましい。例えば、dl=dw=100nmの場合、上記サイドウォール形成膜43は100nm以上の膜厚に形成される。ただし、後の工程でエッチバックするため、例えば200nmを超えるような膜厚に形成する必要ない。
次に、図3(5)に示すように、上記サイドウォール形成膜43をエッチバックする。このエッチバックには、例えば反応性イオンエッチング(RIE)を用いる。その結果、上記第1ゲート電極22の側壁、上記ダミーパターン51の側壁に第1サイドウォール25が形成される。同時に、上記第2ゲート電極32の側壁に第2サイドウォール35が形成される。このとき、上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との間および上記各ダミーパターン51同士の間は、上記サイドウォール形成膜43が埋め込まれた状態が維持されている。以下、上記埋め込まれたサイドウォール形成膜43も含めて第1サイドウォール25として説明する。
また、上記エッチバックにより、上記第1絶縁膜42(前記図2(4)参照)が除去されて、第1ゲート電極22、第2ゲート電極32、ダミーパターン51の表面が露出される。なお、上記第1絶縁膜42は、第1ゲート電極22上、第2ゲート電極32上およびダミーパターン51上に残されていてもよい。
また、上記エッチバックにより、上記第1絶縁膜42(前記図2(4)参照)が除去されて、第1ゲート電極22、第2ゲート電極32、ダミーパターン51の表面が露出される。なお、上記第1絶縁膜42は、第1ゲート電極22上、第2ゲート電極32上およびダミーパターン51上に残されていてもよい。
上記ダミーパターン51の平面レイアウト上の大きさと上記第1ゲート電極22との間隔dlは、第1ゲート電極22の側壁から上記第1サイドウォール25をどの位置まで形成するかによって決定される。例えば、上記第1ゲート電極22の側壁からゲート長方向に300nmの位置まで上記第1サイドウォール25を形成する場合を考える。この場合、上記間隔dlを100nm、上記第1サイドウォール25の平面レイアウト上の大きさを100nm角、上記サイドウォール形成膜43の膜厚を100nmに設定すればよい。また、上記間隔dwも、一例として100nmに設定すればよい。さらに、サイドウォール形成膜43の膜厚t(前記図2(4)参照)は、第1ゲート電極22の高さhの1/2以下に形成することが好ましい。このような膜厚とすることで、サイドウォール形成膜43の膜厚が上記ダミーパターン51の外側の側壁に形成される第1サイドウォール25の膜厚となり、第1サイドウォール25の膜厚設計がしやすくなる。
[ソース・ドレイン領域の形成]
次に、図3(6)に示すように、上記第2領域13を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。このイオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。この状態で、さらに上記第1ゲート電極22、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51をマスクにして、イオン注入により上記第1領域12の上記第1LDD拡散層23、24に第1ソース・ドレイン領域26、27を自己整合的に形成する。このとき、第1ソース・ドレイン領域26、27は、上記第1LDD拡散層23、24よりも浅く形成される。また、上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このイオン注入は、浅くイオン注入するので上記第1ゲート電極22だけで注入イオンが十分に阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極22を突き抜けることはない。
これによって、第1ソース・ドレイン領域26、27はオフセットドレイン構造に形成される。
上記イオン注入では、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の形成には、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)を用いる。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の形成には、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)を用いる。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
次に、図3(6)に示すように、上記第2領域13を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。このイオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。この状態で、さらに上記第1ゲート電極22、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51をマスクにして、イオン注入により上記第1領域12の上記第1LDD拡散層23、24に第1ソース・ドレイン領域26、27を自己整合的に形成する。このとき、第1ソース・ドレイン領域26、27は、上記第1LDD拡散層23、24よりも浅く形成される。また、上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このイオン注入は、浅くイオン注入するので上記第1ゲート電極22だけで注入イオンが十分に阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極22を突き抜けることはない。
これによって、第1ソース・ドレイン領域26、27はオフセットドレイン構造に形成される。
上記イオン注入では、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の形成には、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)を用いる。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の形成には、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)を用いる。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
次に、上記第1領域12側を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を形成する。この状態で、さらに上記第2ゲート電極32および上記第2サイドウォール35をマスクにして、イオン注入により上記第2領域12の上記第2LDD拡散層33、34に第2ソース・ドレイン領域36、37を自己整合的に形成する。このとき、第2ソース・ドレイン領域36、37は、上記第2LDD拡散層33、34よりも浅く形成される。また、上記イオン注入マスクには、例えば、レジストマスクを用いる。このイオン注入は、浅くイオン注入するので上記第2ゲート電極32だけで注入イオンが十分に阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第2ゲート電極32を突き抜けることはない。
上記イオン注入では、第2トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の形成には、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)を用いる。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の形成には、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)を用いる。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
このようにして、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を有する高耐圧の第1トランジスタ1と、低耐圧の第2トランジスタ2が形成される。
上記イオン注入では、第2トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の形成には、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)を用いる。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の形成には、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)を用いる。
その後、ここで用いたイオン注入マスクを除去する。
このようにして、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を有する高耐圧の第1トランジスタ1と、低耐圧の第2トランジスタ2が形成される。
その後、上記第1、第2トランジスタ1、2を被覆する第2絶縁膜(図示せず)を形成し、さらに多層配線構造を形成してもよい。
上記半導体装置の製造方法では、ダミーパターン51を形成しているが、このダミーパターン51は電極形成膜41を用いて第1ゲート電極22と同時に形成されることから、ダミーパターン51を形成するための追加工程は必要ない。また、ダミーパターン51を形成したことで、第1ゲート電極22の側壁部の第1サイドウォール25の長さ(ゲート長方向の長さ)を長くできるので、第1ソース・ドレイン領域26、27がオフセット構造に容易に形成される。さらに、上面に第1絶縁膜42を有する電極形成膜41で第1ゲート電極22が形成される。これによって、第1LDD拡散層23、24を形成するとき、第1絶縁膜42と第1ゲート電極22がマスクになることから、第1ゲート電極22を注入イオンが突き抜けることなく第1LDD拡散層23、24を深く形成することが可能になる。すなわち、第1ゲート電極22の上面に形成されている第1絶縁膜42によって、イオン注入による不純物の第1ゲート電極22の突き抜けが阻止される。
よって、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するための高耐圧用の深い第1LDD拡散層23、24を、追加工程を必要とせず形成することができるという利点がある。
よって、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するための高耐圧用の深い第1LDD拡散層23、24を、追加工程を必要とせず形成することができるという利点がある。
[ダミーパターンの配置の変形例]
また、図5に示すように、上記製造方法において、上記ダミーパターン51の配列は、上記第1ゲート電極22の側壁にそって(ゲート幅方向)にそって、かつ距離dlだけおいて、素子分離領域14上にも形成されていることがより好ましい。この場合も、ダミーパターン51間の距離dwを均等に形成することが好ましい。このように、ダミーパターン51が素子分離領域14上にも形成されることによって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22の側壁にそって、第1領域12上において均等な厚さで形成されることになる。よって、第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するときに、第1ゲート電極22端部における第1LDD拡散層23、24の長さ(チャネル長方向の長さ)を確実に確保することができるようになる。
また、図5に示すように、上記製造方法において、上記ダミーパターン51の配列は、上記第1ゲート電極22の側壁にそって(ゲート幅方向)にそって、かつ距離dlだけおいて、素子分離領域14上にも形成されていることがより好ましい。この場合も、ダミーパターン51間の距離dwを均等に形成することが好ましい。このように、ダミーパターン51が素子分離領域14上にも形成されることによって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22の側壁にそって、第1領域12上において均等な厚さで形成されることになる。よって、第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するときに、第1ゲート電極22端部における第1LDD拡散層23、24の長さ(チャネル長方向の長さ)を確実に確保することができるようになる。
また、上記ダミーパターン51は、第1ゲート電極22と間隔を置かず、第1ゲート電極22と一体になるように、等間隔で形成することもできる。この場合、第1ゲート電極22は、平面レイアウト上、両側に櫛歯が形成されたような形状となる。したがって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22およびダミーパターン51の各側壁に形成され、第1ゲート電極22とダミーパターン51との間には形成されない。
[半導体装置の製造方法の比較例]
次に、比較例として、従来の高耐圧トランジスタと低耐圧トランジスタの製造工程を、図6〜図11の製造工程断面図によって説明する。図面では、一例として、高耐圧トランジスタと低耐圧トランジスタを同一基板上に形成する場合を説明する。高耐圧トランジスタとして、NMOSの高耐圧トランジスタ、PMOSの高耐圧トランジスタ、NMOSのトリプルウエル構造の高耐圧トランジスタを形成する。また低耐圧トランジスタとして、NMOSの低耐圧トランジスタ、PMOSの低耐圧トランジスタ、NMOSのトリプルウエル構造の低耐圧トランジスタを同一基板上に形成する。
次に、比較例として、従来の高耐圧トランジスタと低耐圧トランジスタの製造工程を、図6〜図11の製造工程断面図によって説明する。図面では、一例として、高耐圧トランジスタと低耐圧トランジスタを同一基板上に形成する場合を説明する。高耐圧トランジスタとして、NMOSの高耐圧トランジスタ、PMOSの高耐圧トランジスタ、NMOSのトリプルウエル構造の高耐圧トランジスタを形成する。また低耐圧トランジスタとして、NMOSの低耐圧トランジスタ、PMOSの低耐圧トランジスタ、NMOSのトリプルウエル構造の低耐圧トランジスタを同一基板上に形成する。
[トランジスタ形成領域と素子分離領域の形成]
図6(1)に示すように、半導体基板110に、第1領域111から第6領域116を分離する素子分離領域117を形成する。第1領域111にはNMOSの高耐圧トランジスタが形成され、第2領域112にはPMOSの高耐圧トランジスタが形成され、第3領域113にはNMOSのトリプルウエル構造の高耐圧トランジスタが形成される。また、第4領域114にはNMOSの低耐圧トランジスタが形成され、第5領域115にはPMOSの低耐圧トランジスタが形成され、第6領域116にはNMOSのトリプルウエル構造の低耐圧トランジスタが形成される。
ここで、低耐圧トランジスタおよび高耐圧トランジスタの定義は、上記実施例と同様である。
図6(1)に示すように、半導体基板110に、第1領域111から第6領域116を分離する素子分離領域117を形成する。第1領域111にはNMOSの高耐圧トランジスタが形成され、第2領域112にはPMOSの高耐圧トランジスタが形成され、第3領域113にはNMOSのトリプルウエル構造の高耐圧トランジスタが形成される。また、第4領域114にはNMOSの低耐圧トランジスタが形成され、第5領域115にはPMOSの低耐圧トランジスタが形成され、第6領域116にはNMOSのトリプルウエル構造の低耐圧トランジスタが形成される。
ここで、低耐圧トランジスタおよび高耐圧トランジスタの定義は、上記実施例と同様である。
[ウエル領域の形成]
また、第1領域111の半導体基板110にはpウエル領域121が形成され、第2領域112の半導体基板110にはnウエル領域122が形成され、第3領域113の半導体基板110にはpウエル領域121とその周囲にnウエル領域127が形成される。さらに、第4領域114の半導体基板110にはpウエル領域124が形成され、第5領域115の半導体基板110にはnウエル領域125が形成され、第6領域116の半導体基板110にはpウエル領域126とその周囲にnウエル領域128が形成される。
また、第1領域111の半導体基板110にはpウエル領域121が形成され、第2領域112の半導体基板110にはnウエル領域122が形成され、第3領域113の半導体基板110にはpウエル領域121とその周囲にnウエル領域127が形成される。さらに、第4領域114の半導体基板110にはpウエル領域124が形成され、第5領域115の半導体基板110にはnウエル領域125が形成され、第6領域116の半導体基板110にはpウエル領域126とその周囲にnウエル領域128が形成される。
[チャネルストップ領域の形成]
続いて、高耐圧トランジスタの形成領域である第1領域111、第3領域113の各上記素子分離領域117下には、チャネルストップ領域118を形成する。また、高耐圧トランジスタの形成領域である第2領域112の上記素子分離領域117下には、チャネルストップ領域119を形成する。上記チャネルストップ領域118はn型に形成され、上記チャネルストップ領域119はp型に形成される。
続いて、高耐圧トランジスタの形成領域である第1領域111、第3領域113の各上記素子分離領域117下には、チャネルストップ領域118を形成する。また、高耐圧トランジスタの形成領域である第2領域112の上記素子分離領域117下には、チャネルストップ領域119を形成する。上記チャネルストップ領域118はn型に形成され、上記チャネルストップ領域119はp型に形成される。
[ゲートとダミーパターンの形成]
次に、上記第1領域111〜第2領域113の上記半導体基板110上に、第1ゲート絶縁膜131を形成する。また上記第4領域114〜第6領域116の上記半導体基板110上に、第2ゲート絶縁膜132を形成する。上記第1ゲート絶縁膜131は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成される。上記第2ゲート絶縁膜132は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成される。いずれのゲート絶縁膜も熱酸化技術によって形成される。
次に、上記第1領域111〜第2領域113の上記半導体基板110上に、第1ゲート絶縁膜131を形成する。また上記第4領域114〜第6領域116の上記半導体基板110上に、第2ゲート絶縁膜132を形成する。上記第1ゲート絶縁膜131は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成される。上記第2ゲート絶縁膜132は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成される。いずれのゲート絶縁膜も熱酸化技術によって形成される。
次に、上記第1ゲート絶縁膜131、第2ゲート絶縁膜132等が形成された上記半導体基板110上にゲート電極用の電極形成膜133を形成する。この電極形成膜133は、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成する。さらに電極形成膜133上に第1絶縁膜134を形成する。この第1絶縁膜134は、例えば100nm〜200nmの厚さの酸化シリコン膜で形成される。
次に、図6(2)に示すように、上記第1絶縁膜134上に、各ゲート電極を形成するためのレジストマスク(図示せず)を形成する。このレジストマスクを用いて、上記第1絶縁膜134、上記電極形成膜133をエッチングする。その結果、上記第1ウエル領域121〜第3ウエル領域123上のそれぞれに、上記第1ゲート絶縁膜131を介して第1ゲート電極142、152、162が形成される。また、上記第4ウエル領域124〜第6ウエル領域126上のそれぞれに、上記第2ゲート絶縁膜132を介して第2ゲート電極172、182、192が形成される。なお、ゲート電極を形成する前に、第4領域114〜第6領域116の上記第1絶縁膜134は、例えばリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて除去しておく。したがって、第1領域111〜第3領域113の上記第1絶縁膜134は残される。
[NMOSの高耐圧トランジスタのLDD拡散層の形成]
次に、図7(3)に示すように、上記第1領域111および第3領域113上を開口し、第2領域112、第4領域114〜第6領域116を被覆するイオン注入マスク211を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第1ゲート電極142、第1絶縁膜134をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第1ウエル領域121にn型の第1LDD拡散層143、144を形成する。同時に、上記第3ゲート電極162、第1絶縁膜134をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第3ウエル領域123にn型の第3LDD拡散層163、164を形成する。上記第1ゲート電極142、第3ゲート電極162上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜134が形成されているので、この第1絶縁膜134によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極142、第3ゲート電極162を突き抜けてチャネル領域に達することはない。
その後、ここで用いたイオン注入マスク211を除去する。なお、図面はイオン注入マスク211を除去する直前の状態を示した。
次に、図7(3)に示すように、上記第1領域111および第3領域113上を開口し、第2領域112、第4領域114〜第6領域116を被覆するイオン注入マスク211を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第1ゲート電極142、第1絶縁膜134をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第1ウエル領域121にn型の第1LDD拡散層143、144を形成する。同時に、上記第3ゲート電極162、第1絶縁膜134をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第3ウエル領域123にn型の第3LDD拡散層163、164を形成する。上記第1ゲート電極142、第3ゲート電極162上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜134が形成されているので、この第1絶縁膜134によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第1ゲート電極142、第3ゲート電極162を突き抜けてチャネル領域に達することはない。
その後、ここで用いたイオン注入マスク211を除去する。なお、図面はイオン注入マスク211を除去する直前の状態を示した。
[PMOSの高耐圧トランジスタのLDD拡散層の形成]
次に、図7(4)に示すように、上記第2領域112上を開口し、第1領域111、第3領域113〜第6領域116を被覆するイオン注入マスク212を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第2ゲート電極152、第1絶縁膜134をマスクにして、イオン注入により上記第2ウエル領域122にp型の第2LDD拡散層153、154を形成する。上記第2ゲート電極152上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜134が形成されているので、この第1絶縁膜134によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第2ゲート電極152を突き抜けてチャネル領域に達することはない。
その後、ここで用いたイオン注入マスク212を除去する。なお、図面はイオン注入マスク212を除去する直前の状態を示した。
次に、図7(4)に示すように、上記第2領域112上を開口し、第1領域111、第3領域113〜第6領域116を被覆するイオン注入マスク212を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第2ゲート電極152、第1絶縁膜134をマスクにして、イオン注入により上記第2ウエル領域122にp型の第2LDD拡散層153、154を形成する。上記第2ゲート電極152上に100nm以上の厚さに第1絶縁膜134が形成されているので、この第1絶縁膜134によって注入イオンが阻止される。よって、イオン注入のイオンが上記第2ゲート電極152を突き抜けてチャネル領域に達することはない。
その後、ここで用いたイオン注入マスク212を除去する。なお、図面はイオン注入マスク212を除去する直前の状態を示した。
[NMOSの低耐圧トランジスタのLDD拡散層の形成]
次に、図8(5)に示すように、上記第4領域114および第6領域116上を開口し、第1領域111〜第3領域113、第5領域115を被覆するイオン注入マスク213を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第4ゲート電極172をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第4ウエル領域124にn型の第4LDD拡散層173、174を形成する。同時に、上記第6ゲート電極192をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第6ウエル領域126にn型の第6LDD拡散層193、194を形成する。
その後、ここで用いたイオン注入マスク213を除去する。なお、図面はイオン注入マスク213を除去する直前の状態を示した。
次に、図8(5)に示すように、上記第4領域114および第6領域116上を開口し、第1領域111〜第3領域113、第5領域115を被覆するイオン注入マスク213を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第4ゲート電極172をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第4ウエル領域124にn型の第4LDD拡散層173、174を形成する。同時に、上記第6ゲート電極192をマスクにして、n型不純物の斜めイオン注入により上記第6ウエル領域126にn型の第6LDD拡散層193、194を形成する。
その後、ここで用いたイオン注入マスク213を除去する。なお、図面はイオン注入マスク213を除去する直前の状態を示した。
[PMOSの低耐圧トランジスタのLDD拡散層の形成]
次に、図8(6)に示すように、上記第5領域115上を開口し、第1領域111〜第4領域114、第6領域116を被覆するイオン注入マスク214を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第5ゲート電極182をマスクにして、イオン注入により上記第5ウエル領域125にp型の第2LDD拡散層183、184を形成する。
その後、ここで用いたイオン注入マスク214を除去する。なお、図面はイオン注入マスク214を除去する直前の状態を示した。
次に、図8(6)に示すように、上記第5領域115上を開口し、第1領域111〜第4領域114、第6領域116を被覆するイオン注入マスク214を、例えばレジストで形成する。この状態で、さらに上記第5ゲート電極182をマスクにして、イオン注入により上記第5ウエル領域125にp型の第2LDD拡散層183、184を形成する。
その後、ここで用いたイオン注入マスク214を除去する。なお、図面はイオン注入マスク214を除去する直前の状態を示した。
[低耐圧トランジスタ側のサイドウォールの形成]
次に、図9(7)に示すように、上記第1ゲート電極142〜上記第6ゲート電極192および上記第1絶縁膜134を被覆するサイドウォール形成膜135を形成する。
次に、図9(7)に示すように、上記第1ゲート電極142〜上記第6ゲート電極192および上記第1絶縁膜134を被覆するサイドウォール形成膜135を形成する。
次に、図9(8)に示すように、上記第4領域114および第6領域116上を開口し、第1領域111〜第3領域113を被覆するエッチングマスク(図示せず)を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記サイドウォール形成膜135をエッチングする。このエッチングには、例えば反応性イオンエッチング(RIE)を用いる。その結果、上記第4ゲート電極172、第5ゲート電極182、上記第6ゲート電極192の各側壁に、第4サイドウォール175、第5サイドウォール185、第6サイドウォール195が形成される。そして、第1領域111〜第3領域113上には、上記サイドウォール形成膜135が残される。
その後、ここで用いた上記エッチングマスクを除去する。
その後、ここで用いた上記エッチングマスクを除去する。
次に、図10(9)に示すように、上記第1領域111〜第3領域113のゲート電極上およびソース・ドレイン領域が形成される領域上に開口を設け、その他の領域を被覆するエッチングマスク221を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記サイドウォール形成膜135、上記第1絶縁膜134をエッチングする。このエッチングには、例えば反応性イオンエッチング(RIE)を用いる。その結果、上記サイドウォール形成膜135および上記第1絶縁膜134に、開口部231〜239が形成される。
その後、ここで用いたエッチングマスク221を除去する。なお、図面はエッチングマスク211を除去する直前の状態を示した。
その後、ここで用いたエッチングマスク221を除去する。なお、図面はエッチングマスク211を除去する直前の状態を示した。
[NMOSのトランジスタのソース・ドレイン領域の形成]
次に、図10(10)に示すように、上記第1領域111、第3領域113、第4領域114および第6領域116上を開口し、第2領域112、第5領域115上を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記開口部231、233からイオン注入により上記第1ウエル領域121にn型の第1ソース・ドレイン領域146、147を形成する。このとき、開口部231から第1ゲート電極142にもイオン注入される。また同時に、上記開口部237、239からイオン注入により上記第3ウエル領域123にn型の第3ソース・ドレイン領域166、167を形成する。このとき、開口部238から第3ゲート電極162にもイオン注入される。また、第4ゲート電極172、第4サイドウォール175をイオン注入マスクにして、上記第4ウエル領域124にn型の第4ソース・ドレイン領域176、177を形成する。さらに、第6ゲート電極192、第6サイドウォール195をイオン注入マスクにして、上記第6ウエル領域126にn型の第6ソース・ドレイン領域196、197を形成する。
これによって、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域146、147および第3ソース・ドレイン領域166、167が形成される。
その後、ここで用いた上記イオン注入マスクを除去する。
次に、図10(10)に示すように、上記第1領域111、第3領域113、第4領域114および第6領域116上を開口し、第2領域112、第5領域115上を被覆するイオン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記開口部231、233からイオン注入により上記第1ウエル領域121にn型の第1ソース・ドレイン領域146、147を形成する。このとき、開口部231から第1ゲート電極142にもイオン注入される。また同時に、上記開口部237、239からイオン注入により上記第3ウエル領域123にn型の第3ソース・ドレイン領域166、167を形成する。このとき、開口部238から第3ゲート電極162にもイオン注入される。また、第4ゲート電極172、第4サイドウォール175をイオン注入マスクにして、上記第4ウエル領域124にn型の第4ソース・ドレイン領域176、177を形成する。さらに、第6ゲート電極192、第6サイドウォール195をイオン注入マスクにして、上記第6ウエル領域126にn型の第6ソース・ドレイン領域196、197を形成する。
これによって、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域146、147および第3ソース・ドレイン領域166、167が形成される。
その後、ここで用いた上記イオン注入マスクを除去する。
[PMOSのトランジスタのソース・ドレイン領域の形成]
次に、図11(11)に示すように、上記第1領域111、第3領域113、第4領域114および第6領域116上を被覆し、第2領域112、第5領域115上を開口するイオン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記開口部234〜236からイオン注入により上記第2ウエル領域122にp型の第2ソース・ドレイン領域156、157を形成する。このとき、開口部235から第2ゲート電極152にもイオン注入される。同時に、第5ゲート電極182、第5サイドウォール185をイオン注入マスクにして、上記第5ウエル領域125にp型の第5ソース・ドレイン領域186、187を形成する。
これによって、オフセット構造の第2ソース・ドレイン領域156、157が形成される。
その後、ここで用いた上記イオン注入マスクを除去する。
次に、図11(11)に示すように、上記第1領域111、第3領域113、第4領域114および第6領域116上を被覆し、第2領域112、第5領域115上を開口するイオン注入マスク(図示せず)を、例えばレジストで形成する。この状態で、上記開口部234〜236からイオン注入により上記第2ウエル領域122にp型の第2ソース・ドレイン領域156、157を形成する。このとき、開口部235から第2ゲート電極152にもイオン注入される。同時に、第5ゲート電極182、第5サイドウォール185をイオン注入マスクにして、上記第5ウエル領域125にp型の第5ソース・ドレイン領域186、187を形成する。
これによって、オフセット構造の第2ソース・ドレイン領域156、157が形成される。
その後、ここで用いた上記イオン注入マスクを除去する。
このようにして、第1領域111にNMOSの高耐圧トランジスタからなる第1トランジスタ101が形成され、第2領域112にPMOSの高耐圧トランジスタからなる第2トランジスタ102が形成される。また第3領域113にNMOSのトリプルウエル構造の高耐圧トランジスタからなる第3トランジスタ103が形成される。また低耐圧トランジスタとして、第4領域114にNMOSの低耐圧トランジスタからなる第4トランジスタ104が形成され、第5領域115にPMOSの低耐圧トランジスタからなる第5トランジスタ105が形成される。さらに第6領域116にNMOSのトリプルウエル構造の低耐圧トランジスタからなる第6トランジスタ106が形成される。
その後、上記第1〜第6トランジスタ101〜106を被覆する第2絶縁膜(図示せず)を形成し、さらに多層配線構造を形成する。
以上説明したように、比較例では、高耐圧トランジスタのLDD拡散層を深く形成するときに、高エネルギーイオン注入を行っても、ゲート電極の突き抜けは防止ができる。また高耐圧トランジスタのソース・ドレイン領域をオフセット構造に形成することができる。しかし、追加工程が非常に多く、また複雑である。
以下に、比較例における高耐圧の第1トランジスタ101と低耐圧の第4トランジスタ104を形成する工程と、本発明の製造方法(以下、実施例という。)における高耐圧の第1トランジスタ1と低耐圧の第2トランジスタ2を形成する工程を比較する。
実施例では、比較例では形成されていないダミーパターン51を形成しているが、このダミーパターン51は、同層の電極形成膜41および第1絶縁膜42を用いて第1ゲート電極22と同時に形成される。このため、比較例と比較して、ダミーパターン51を形成するために特別な工程数の増加はない。
実施例の第1LDD拡散層23、24を形成する工程および第2LDD拡散層33、34を形成する工程は、比較例の第1LDD拡散層143、144を形成する工程および第4LDD拡散層163、164を形成する工程と同様であり、工程数は同等である。
また実施例の第1サイドウォール25を形成する工程は、サイドウォール形成膜43の成膜工程とそれをエッチバックするエッチング工程の2工程であり、比較例と比較して、工程数の増加はない。
さらに、実施例において、第1ソース・ドレイン領域26、27は、第1ゲート電極22、ダミーパターン51、第1サイドウォール25を用いてイオン注入により自己整合的に形成される。同様に、第2ソース・ドレイン領域36、37は、第2ゲート電極32、第2サイドウォール35を用いてイオン注入により自己整合的に形成される。
一方、比較例において、リソグラフィ技術とエッチング技術によって、サイドウォール形成膜135と第1絶縁膜134とに開口部231〜233を形成する工程を行う。その後、開口部231、233よりイオン注入により第1ソース・ドレイン領域146、147を形成している。このため、実施例よりもリソグラフィ工程とエッチング工程が余分に必要となっている。また、リソグラフィ工程では、フォトマスクが必要であり、製造コストの上昇を来たす。
よって、本発明の製造方法は、従来の製造方法よりも製造工程数が少なく、製造コストも低くなるという効果を有する。
実施例の第1LDD拡散層23、24を形成する工程および第2LDD拡散層33、34を形成する工程は、比較例の第1LDD拡散層143、144を形成する工程および第4LDD拡散層163、164を形成する工程と同様であり、工程数は同等である。
また実施例の第1サイドウォール25を形成する工程は、サイドウォール形成膜43の成膜工程とそれをエッチバックするエッチング工程の2工程であり、比較例と比較して、工程数の増加はない。
さらに、実施例において、第1ソース・ドレイン領域26、27は、第1ゲート電極22、ダミーパターン51、第1サイドウォール25を用いてイオン注入により自己整合的に形成される。同様に、第2ソース・ドレイン領域36、37は、第2ゲート電極32、第2サイドウォール35を用いてイオン注入により自己整合的に形成される。
一方、比較例において、リソグラフィ技術とエッチング技術によって、サイドウォール形成膜135と第1絶縁膜134とに開口部231〜233を形成する工程を行う。その後、開口部231、233よりイオン注入により第1ソース・ドレイン領域146、147を形成している。このため、実施例よりもリソグラフィ工程とエッチング工程が余分に必要となっている。また、リソグラフィ工程では、フォトマスクが必要であり、製造コストの上昇を来たす。
よって、本発明の製造方法は、従来の製造方法よりも製造工程数が少なく、製造コストも低くなるという効果を有する。
<2.第2の実施の形態>
[半導体装置の構成の一例]
本発明の第2実施の形態に係る半導体装置の構成の一例を、図12の概略構成断面図および図13の平面レイアウト図によって説明する。によって説明する。また、図12の(A)、(B)、(C)は、それぞれ、図13中のA−A’線の位置、図13中のB−B’線の位置、図13中のC−C’線の位置での断面を示したものである。また、図13は、高耐圧トランジスタが形成される第1領域と低耐圧トランジスタが形成される第2領域と、第1領域および第2領域に形成されるゲート電極、ダミーパターン、サイドウォール等の平面レイアウト上の位置関係を示したものである。以下、耐圧の異なるトランジスタのうち、ある1種類の高耐圧トランジスタ、および、ある1種類の低耐圧トランジスタを例に説明する。
[半導体装置の構成の一例]
本発明の第2実施の形態に係る半導体装置の構成の一例を、図12の概略構成断面図および図13の平面レイアウト図によって説明する。によって説明する。また、図12の(A)、(B)、(C)は、それぞれ、図13中のA−A’線の位置、図13中のB−B’線の位置、図13中のC−C’線の位置での断面を示したものである。また、図13は、高耐圧トランジスタが形成される第1領域と低耐圧トランジスタが形成される第2領域と、第1領域および第2領域に形成されるゲート電極、ダミーパターン、サイドウォール等の平面レイアウト上の位置関係を示したものである。以下、耐圧の異なるトランジスタのうち、ある1種類の高耐圧トランジスタ、および、ある1種類の低耐圧トランジスタを例に説明する。
[トランジスタ形成領域と素子分離領域]
図12、図13に示すように、半導体基板11には、高耐圧トランジスタが形成される第1領域(第1トランジスタ形成領域)12と低耐圧トランジスタが形成される第2領域(第2トランジスタ形成領域)13とを分離する素子分離領域14が形成されている。
ここで、低耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が3.3V以下、例えば1.8V〜3.3V程度の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
また上記高耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が10V以上の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
上記半導体基板11には、例えばp型シリコン基板を用いている。このp型シリコン基板の基板濃度は、例えば1×1015/cm3程度である。もちろん、上記半導体基板11には、n型シリコン基板や化合物半導体基板を用いることもできる。
上記素子分離領域14は、例えば、通常のSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離である。STI構造以外の素子分離領域とすることも可能である。
図12、図13に示すように、半導体基板11には、高耐圧トランジスタが形成される第1領域(第1トランジスタ形成領域)12と低耐圧トランジスタが形成される第2領域(第2トランジスタ形成領域)13とを分離する素子分離領域14が形成されている。
ここで、低耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が3.3V以下、例えば1.8V〜3.3V程度の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
また上記高耐圧トランジスタとは、一例として耐圧が10V以上の耐圧を有するトランジスタをいう。この耐圧は一例であって、トランジスタの世代等によって適宜変更される。
上記半導体基板11には、例えばp型シリコン基板を用いている。このp型シリコン基板の基板濃度は、例えば1×1015/cm3程度である。もちろん、上記半導体基板11には、n型シリコン基板や化合物半導体基板を用いることもできる。
上記素子分離領域14は、例えば、通常のSTI(Shallow Trench Isolation)構造の素子分離である。STI構造以外の素子分離領域とすることも可能である。
[第1ウエル領域、第2ウエル領域、チャネルストップ領域]
上記第1領域12の半導体基板11には高耐圧用の第1ウエル領域15が形成されている。上記第1領域12の第1トランジスタ1がnチャネルトランジスタの場合は、上記第1ウエル領域15はp型領域に形成されている。一方、pチャネルトランジスタの場合は、上記第1ウエル領域15はn型領域に形成されている。
また第2領域13の半導体基板11には低耐圧用の第2ウエル領域16が形成されている。上記第2領域13の第2トランジスタ2がnチャネルトランジスタの場合は、上記第2ウエル領域16はp型領域に形成されている。
また、上記素子分離領域14下の上記第1領域12には、チャネルストップ領域17が形成されている。
上記第1領域12の半導体基板11には高耐圧用の第1ウエル領域15が形成されている。上記第1領域12の第1トランジスタ1がnチャネルトランジスタの場合は、上記第1ウエル領域15はp型領域に形成されている。一方、pチャネルトランジスタの場合は、上記第1ウエル領域15はn型領域に形成されている。
また第2領域13の半導体基板11には低耐圧用の第2ウエル領域16が形成されている。上記第2領域13の第2トランジスタ2がnチャネルトランジスタの場合は、上記第2ウエル領域16はp型領域に形成されている。
また、上記素子分離領域14下の上記第1領域12には、チャネルストップ領域17が形成されている。
[ゲートとダミーパターン]
上記第1ウエル領域15上には、第1ゲート絶縁膜21が形成されている。この第1ゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成されている。また上記第2ウエル領域16上には、第2ゲート絶縁膜31が形成されている。この第2ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成されている。
上記第1ゲート絶縁膜21、上記第2ゲート絶縁膜31の各膜厚は一例であって、それぞれのトランジスタの耐圧に応じて、適宜決定される。もちろん、酸化シリコン膜以外に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の高誘電率膜で形成されていてもよい。
上記第1ウエル領域15上には、第1ゲート絶縁膜21が形成されている。この第1ゲート絶縁膜21は、例えば酸化シリコン膜で40nmの厚さに形成されている。また上記第2ウエル領域16上には、第2ゲート絶縁膜31が形成されている。この第2ゲート絶縁膜31は、例えば酸化シリコン膜で8nmの厚さに形成されている。
上記第1ゲート絶縁膜21、上記第2ゲート絶縁膜31の各膜厚は一例であって、それぞれのトランジスタの耐圧に応じて、適宜決定される。もちろん、酸化シリコン膜以外に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜、もしくは酸化ハフニウム、酸化アルミニウム等の高誘電率膜で形成されていてもよい。
上記第1ゲート絶縁膜21上には、第1ゲート電極22が、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成されている。さらに第1ゲート電極22上に第1絶縁膜(図示せず)が形成されていてもよい。この第1絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、もしくは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜で形成される。例えば100nm〜200nmの厚さの酸化シリコン膜で形成されている。
また、上記第2ゲート絶縁膜31上には、第2ゲート電極32が、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成されている。
また、上記第2ゲート絶縁膜31上には、第2ゲート電極32が、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成されている。
さらに、上記第1ウエル領域15上には上記第1ゲート電極22の両側(チャネル幅方向)に沿ってかつ離間して複数のダミーパターン51が形成されている。このダミーパターン51も、上記第1ゲート電極22と同様に、例えばポリシリコンを200nmの厚さに堆積して形成されている。したがって、上記第1ゲート電極22と上記ダミーパターン51は同一層の膜で形成することが可能となっている。すなわち、同時に形成されるものであってよい。
このダミーパターン51は、例えば、第1ゲート電極22のチャネル長方向に距離dlだけ離して、第1ゲート電極22のチャネル幅方向に沿って、距離dwの間隔でダミーパターン51が形成されている。各ダミーパターン51同士の距離dwは等間隔とすることが好ましい。
このダミーパターン51は、例えば、第1ゲート電極22のチャネル長方向に距離dlだけ離して、第1ゲート電極22のチャネル幅方向に沿って、距離dwの間隔でダミーパターン51が形成されている。各ダミーパターン51同士の距離dwは等間隔とすることが好ましい。
上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との距離dlと、上記各ダミーパターン51同士の距離dwは同等とすることが好ましい。このようにダミーパターン51が配置されていることによって、サイドウォールを形成するときに用いるサイドウォール形成膜の膜厚を上記距離dlまたは距離dwに合わせるだけでよくなり、設計がしやすくなる。
[LDD拡散層]
上記第1ゲート電極22の両側の上記第1ウエル領域15には、第1LDD拡散層23、24が形成されている。この第1LDD拡散層23、24は、後に説明する第2LDD拡散層33、34よりも深く形成されている。その深さは第1トランジスタの耐圧に応じて決定される。
また、上記第2ゲート電極32の両側の上記第2ウエル領域16には、第2LDD拡散層33、34が形成されている。
上記第1ゲート電極22の両側の上記第1ウエル領域15には、第1LDD拡散層23、24が形成されている。この第1LDD拡散層23、24は、後に説明する第2LDD拡散層33、34よりも深く形成されている。その深さは第1トランジスタの耐圧に応じて決定される。
また、上記第2ゲート電極32の両側の上記第2ウエル領域16には、第2LDD拡散層33、34が形成されている。
[サイドウォール]
また、上記第1ゲート電極22の側壁および上記ダミーパターン51の側壁には、第1サイドウォール25が形成されている。上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との間および上記各ダミーパターン51同士の間は、上記第1サイドウォール25で埋め込まれた状態となっている。
そのためには、上記第1サイドウォール25は、上記距離dl、距離dwに対して同等以上の膜厚tで形成されることが好ましい。例えば、dl=dw=100nmの場合、上記第1サイドウォール25は100nm以上の膜厚に形成される。ただし、上記第1サイドウォール25はエッチバックで形成されるため、例えば200nmを超えるような膜厚に形成する必要ない。
また、上記第1ゲート電極22の側壁および上記ダミーパターン51の側壁には、第1サイドウォール25が形成されている。上記第1ゲート電極22と上記各ダミーパターン51との間および上記各ダミーパターン51同士の間は、上記第1サイドウォール25で埋め込まれた状態となっている。
そのためには、上記第1サイドウォール25は、上記距離dl、距離dwに対して同等以上の膜厚tで形成されることが好ましい。例えば、dl=dw=100nmの場合、上記第1サイドウォール25は100nm以上の膜厚に形成される。ただし、上記第1サイドウォール25はエッチバックで形成されるため、例えば200nmを超えるような膜厚に形成する必要ない。
一方、上記ダミーパターン51の平面レイアウト上の大きさと上記第1ゲート電極22との間隔dlは、第1ゲート電極22の側壁から上記第1サイドウォール25をどの位置まで形成するかによって決定される。例えば、上記第1ゲート電極22の側壁からゲート長方向に300nmの位置まで上記第1サイドウォール25を形成する場合を考える。この場合、上記間隔dlを100nm、上記第1サイドウォール25の平面レイアウト上の大きさを100nm角、上記第1サイドウォール25の膜厚を100nmに設定すればよい。また、上記間隔dwも、一例として100nmに設定すればよい。さらに、第1サイドウォール25の膜厚tは、第1ゲート電極22の高さhの1/2以下に形成することが好ましい。このような膜厚とすることで、第1サイドウォール25の膜厚設計がしやすくなる。
さらに上記第2ゲート電極32の側壁には、第2サイドウォール35が形成されている。
さらに上記第2ゲート電極32の側壁には、第2サイドウォール35が形成されている。
[ソース・ドレイン領域]
上記第1ゲート電極22の一方側の第1ウエル領域15には、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51の下方に形成された上記第1LDD拡散層23を介して、第1ソース・ドレイン領域26が形成されている。また、上記第1ゲート電極22の他方側の第1ウエル領域15には、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51の下方に形成された上記第1LDD拡散層24を介して、第1ソース・ドレイン領域27が形成されている。上記第1ソース・ドレイン領域26、27は、上記第1LDD拡散層23、24よりも浅く形成されている。
よって、第1ソース・ドレイン領域26、27は、オフセット構造(例えば、オフセットドレイン構造)に形成されている。
上記イオン注入では、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の不純物として、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)が用いられている。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の不純物として、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)が用いられている。
上記第1ゲート電極22の一方側の第1ウエル領域15には、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51の下方に形成された上記第1LDD拡散層23を介して、第1ソース・ドレイン領域26が形成されている。また、上記第1ゲート電極22の他方側の第1ウエル領域15には、上記第1サイドウォール25および上記ダミーパターン51の下方に形成された上記第1LDD拡散層24を介して、第1ソース・ドレイン領域27が形成されている。上記第1ソース・ドレイン領域26、27は、上記第1LDD拡散層23、24よりも浅く形成されている。
よって、第1ソース・ドレイン領域26、27は、オフセット構造(例えば、オフセットドレイン構造)に形成されている。
上記イオン注入では、第1トランジスタがnチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の不純物として、例えばヒ素(As+)もしくはリン(P+)が用いられている。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第1ソース・ドレイン領域26、27の不純物として、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)が用いられている。
また、上記第2ゲート電極32の一方側の第2ウエル領域16には、上記第2サイドウォール35の下方に形成された上記第2LDD拡散層33を介して、第2ソース・ドレイン領域36が形成されている。また、上記第2ゲート電極32の他方側の第2ウエル領域16には、上記第2サイドウォール35の下方に形成された上記第1LDD拡散層34を介して、第2ソース・ドレイン領域37が形成されている。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の不純物として、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)が用いられている。
このように、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を有する高耐圧の第1トランジスタ1と、低耐圧の第2トランジスタ2とからなる半導体装置3が形成されている。
また、第1トランジスタがpチャネルトランジスタの場合、上記第2ソース・ドレイン領域36、37の不純物として、二フッ化ホウ素(BF2 +)もしくはホウ素イオン(B+)が用いられている。
このように、オフセット構造の第1ソース・ドレイン領域26、27を有する高耐圧の第1トランジスタ1と、低耐圧の第2トランジスタ2とからなる半導体装置3が形成されている。
さらに、上記第1、第2トランジスタ1、2を被覆する第2絶縁膜(図示せず)が形成され、さらに多層配線構造が形成されていてもよい。
上記半導体装置3は、複数のダミーパターン51が第1ゲート電極22と同時に形成されることが可能な構造となっているので、ダミーパターン51を形成するための追加工程を必要としない構造になっている。また、第1ゲート電極22とダミーパターン51間およびダミーパターン51間を埋め込んで第1サイドウォール25が形成されていることから、第1ゲート電極22の側壁部におけるサイドウォール幅(ゲート長方向の幅)が大きくなっている。このため、第1ソース・ドレイン領域26、26は、第1ゲート電極22の両側に幅広に形成される第1LDD拡散層23、24によってオフセット構造に形成されている。
よって、第1LDD拡散層23、24がオフセット構造の高耐圧用の深いLDD拡散層になるという利点がある。
よって、第1LDD拡散層23、24がオフセット構造の高耐圧用の深いLDD拡散層になるという利点がある。
[ダミーパターンの配置の変形例]
また、前記図5に示すように、上記ダミーパターン51の配列は、上記第1ゲート電極22の側壁にそって(ゲート幅方向)にそって、かつ距離dlだけおいて、素子分離領域14上にも形成されていることがより好ましい。このように、ダミーパターン51が素子分離領域14上にも形成されることによって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22の側壁にそって、第1領域12上において均等な厚さで形成されることになる。よって、第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するときに、第1ゲート電極22端部における第1LDD拡散層23、24の長さ(チャネル長方向の長さ)を確実に確保することができるようになる。
また、前記図5に示すように、上記ダミーパターン51の配列は、上記第1ゲート電極22の側壁にそって(ゲート幅方向)にそって、かつ距離dlだけおいて、素子分離領域14上にも形成されていることがより好ましい。このように、ダミーパターン51が素子分離領域14上にも形成されることによって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22の側壁にそって、第1領域12上において均等な厚さで形成されることになる。よって、第1ソース・ドレイン領域26、27を形成するときに、第1ゲート電極22端部における第1LDD拡散層23、24の長さ(チャネル長方向の長さ)を確実に確保することができるようになる。
また、上記ダミーパターン51は、第1ゲート電極22と間隔を置かず、第1ゲート電極22と一体になるように、等間隔で形成することもできる。この場合、第1ゲート電極22は、平面レイアウト上、両側に櫛歯が形成されたような形状となる。したがって、第1サイドウォール25は、第1ゲート電極22およびダミーパターン51の各側壁に形成され、第1ゲート電極22とダミーパターン51との間には形成されない。
上記半導体装置3は、例えば上記第1の実施の形態で説明した製造方法によって形成することができる。
1…第1トランジスタ、2…第2トランジスタ、11…半導体基板、12…第1領域(第1トランジスタ形成領域)、13…第2領域(第2トランジスタ形成領域)、21…第1ゲート絶縁膜、22…第1ゲート電極、23,24…第1LDD拡散層、25…第1サイドウォール、26,27…第1ソース・ドレイン領域、41…電極形成膜、42…第1絶縁膜、51…ダミーパターン
Claims (6)
- 半導体基板のトランジスタ形成領域上に、ゲート絶縁膜を介して上面に絶縁膜を有する電極形成膜を形成する工程と、
前記トランジスタ形成領域上に前記電極形成膜でゲート電極と、前記ゲート電極の両側に沿ってかつ離間して複数のダミーパターンを形成する工程と、
前記絶縁膜を上面に形成した状態の前記ゲート電極および前記各ダミーパターンをマスクにしたイオン注入により前記トランジスタ形成領域にLDD拡散層を形成する工程と、
前記ゲート電極の側壁および前記各ダミーパターンの側壁に、前記ゲート電極と前記各ダミーパターン間および前記各ダミーパターン間にサイドウォールを形成する工程と、
前記ゲート電極、前記各ダミーパターンおよび前記サイドウォールをマスクにして前記トランジスタ形成領域にソース・ドレイン領域を形成する工程を有する
半導体装置の製造方法。 - 前記サイドウォールを形成する工程は、
前記ゲート電極および前記各ダミーパターンを被覆するサイドウォール形成膜を形成する工程と、
前記サイドウォール形成膜をエッチバックして、前記サイドウォールを形成する工程を有し、
前記サイドウォール形成膜は、前記ゲート電極と前記各ダミーパターンとの間隔および前記各ダミーパターン同士の間隔と同等以上の厚さに形成される
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ゲート電極と前記各ダミーパターンとの間隔と、前記各ダミーパターン同士の間隔を同等にする
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記トランジスタ形成領域は前記半導体基板に形成された素子分離領域により分離され、
前記各ダミーパターンの配列は、前記ゲート電極の側壁に沿って、前記素子分離領域上にも形成される
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記各ダミーパターンは等間隔に形成される
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板のトランジスタ形成領域上にゲート絶縁膜を介して形成された第1ゲート電極と、
前記トランジスタ形成領域上にゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の両側に沿ってかつ間隔を置いて形成された複数のダミーパターンと、
前記ゲート電極の両側の前記トランジスタ形成領域に形成されたLDD拡散層と、
前記ゲート電極の側壁および前記各ダミーパターンの側壁に、前記ゲート電極と前記各ダミーパターン間および前記各ダミーパターン間を埋め込んで形成されたサイドウォールと、
前記ゲート電極の両側の前記トランジスタ形成領域に前記ダミーパターンおよび前記サイドウォールを介して形成されたソース・ドレイン領域と有する
半導体装置。
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JP2009010788A JP2010171115A (ja) | 2009-01-21 | 2009-01-21 | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
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JP2012059932A (ja) * | 2010-09-09 | 2012-03-22 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
CN113544824A (zh) * | 2019-09-05 | 2021-10-22 | 富士电机株式会社 | 半导体装置以及半导体装置的制造方法 |
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2009
- 2009-01-21 JP JP2009010788A patent/JP2010171115A/ja active Pending
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