JP3120428B2 - Method for manufacturing MOS type semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing MOS type semiconductor deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、MOS型半導体装置の製造方法に関し、特
に、電気的特性の異なる二種類のデプレションMOSトラ
ンジスタを有するMOS型半導体装置の製造方法に関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a MOS type semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a MOS type semiconductor device having two types of depletion MOS transistors having different electrical characteristics. About.
従来、デプレションMOSトランジスタは、抵抗性を目
的とした負荷MOSトランジスタや、読出し専用メモリの
コードとしてのメモリセルトランジスタなどとして広く
用いられてきた。Conventionally, a depletion MOS transistor has been widely used as a load MOS transistor for the purpose of resistance, a memory cell transistor as a code of a read-only memory, and the like.
中でも、負荷MOSトランジスタに要求される電気的特
性は、用途によって異なる場合がある。In particular, the electrical characteristics required for the load MOS transistor may vary depending on the application.
例えば、nMOS回路技術上、良く用いられる出力バッフ
ァとして第2図に示す回路構成がある。For example, there is a circuit configuration shown in FIG. 2 as an output buffer often used in the nMOS circuit technology.
このうち、デプレショントランジスタには、通常5V程
度の電源電圧の範囲で、カットオフ(飽和)する浅いデ
プレショントランジスタと、カットオフしない深いデプ
レショントランジスタが使い分けられる。最近、デバイ
ス使用時の消費電力の低減が要求されているため、出力
バッファ部におけるデプレショントランジスタは、浅い
デプレショントランジスタが主流となってきた。Of these, as the depletion transistor, a shallow depletion transistor that cuts off (saturates) and a deep depletion transistor that does not cut off are selectively used within a power supply voltage range of about 5 V. Recently, reduction in power consumption during use of the device has been demanded, so that a shallow depletion transistor has become the mainstream of the depletion transistor in the output buffer unit.
一方、デプレショントランジスタによりデータ書込み
を行う縦積み型の読出し専用メモリでは、読出し速度の
高速化を目的としたメモリセルオン電流増加のため、カ
ットオフしない深いデプレショントランジスタが用いら
れている。On the other hand, in a vertically stacked read-only memory in which data is written by a depletion transistor, a deep depletion transistor that does not cut off is used in order to increase the memory cell on-current for the purpose of increasing the read speed.
以上の理由により、低消費電力型の読出し専用メモリ
では、出力バッファ部のデプレショントランジスタとデ
ータの書込まれたメモリセルのデプレショントランジス
タとは、電気的特性が異なることになる。For the above reasons, in the low power consumption type read-only memory, the electrical characteristics of the depletion transistor of the output buffer unit and the depletion transistor of the memory cell in which data is written are different.
従来は、この異なる電気的特性を有するデプレション
トランジスタの形成には、2度に分けたフォトマスク工
程により別々のイオン注入を行なっていた。Conventionally, in order to form a depletion transistor having different electric characteristics, separate ion implantations are performed by a photomask process divided into two steps.
第3図を用いて、簡単に説明する。 This will be briefly described with reference to FIG.
第3図(a)に示すように、P型半導体基板101上
に、フィールド酸化膜102及びゲート酸化膜103を選択的
に形成する。しかるのち、フォトレジスト106をマスク
にして、将来、浅いデプレショントランジスタを形成す
る予定領域に、例えば、31P+イオンを50keVで1.0×1012
cm-2程度注入することにより、浅いN-型拡散層108を形
成する。As shown in FIG. 3A, a field oxide film 102 and a gate oxide film 103 are selectively formed on a P-type semiconductor substrate 101. Thereafter, using the photoresist 106 as a mask, for example, 31 P + ions are applied to a region where a shallow depletion transistor is to be formed in the future at 50 keV by 1.0 × 10 12
By implanting about cm -2 , a shallow N - type diffusion layer 108 is formed.
次に、第3図(b)に示すように、メモリセルトラン
ジスタへのデータ書込みのために、フォトレジスト膜11
2をマスクに、例えば、31P+イオンを100keVで1.0×1013
cm-2程度、注入する。これにより、深いN-型拡散層107
を形成し、カットオフしない深いデプレショントランジ
スタを形成する。Next, as shown in FIG. 3 (b), a photoresist film 11 is used for writing data to the memory cell transistor.
2 as a mask, for example, 1.0 × 10 13 to 31 P + ions at 100keV
Inject about -2 cm. Thereby, the deep N − type diffusion layer 107
To form a deep depletion transistor that does not cut off.
次に、第3図(c)に示すように、多結晶シリコンゲ
ート電極104a,…を選択的に形成したのち、多結晶シリ
コンゲート電極104a,…をマスクに例えば75As+イオンを
注入することにより、N+型拡散層105を形成する。Next, as shown in FIG. 3 (c), after the polycrystalline silicon gate electrodes 104a,... Are selectively formed, for example, 75 As + ions are implanted using the polycrystalline silicon gate electrodes 104a,. As a result, an N + type diffusion layer 105 is formed.
最後に、第3図(d)に示すように、半導体基板全面
に層間絶縁膜109を形成し、選択的にコンタクト開孔部1
10を形成したのちアルミニウム電極112を形成して終了
する。Finally, as shown in FIG. 3 (d), an interlayer insulating film 109 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate, and the contact opening 1 is selectively formed.
After forming 10, an aluminum electrode 112 is formed and the process is completed.
上述した従来のMOS型半導体装置の製造方法では、別
々のフォトマスク工程を経てチャンネルドーピングを行
ってしきい値制御を行ない出力バッファ部の浅いデプレ
ショントランジスタとメモリセルの深いデプレショント
ランジスタとを形成しているため、製造工程が複雑にな
っていた。In the conventional method of manufacturing a MOS type semiconductor device described above, the threshold voltage is controlled by performing channel doping through separate photomask processes to form a shallow depletion transistor in an output buffer portion and a deep depletion transistor in a memory cell. This complicates the manufacturing process.
また、データ書込み工程が、多結晶シリコンゲート電
極形成工程より前工程にあり、TAT(工程準備期間)の
面からも、損失が大きかった。In addition, the data writing step is in a step before the polycrystalline silicon gate electrode forming step, and the loss is large in terms of TAT (step preparation period).
本発明のMOS型半導体装置の製造方法は、一導電型半
導体基板上に、ゲート絶縁膜の厚さの異なる少なくとも
2種類のMOSトランジスタを形成する工程と、前記各MOS
トランジスタのうちゲート絶縁膜の厚さの異なる少なく
とも2種類のMOSトランジスタを選択して、それぞれの
ゲート電極直上から前記一導電型半導体基板へ他導電型
の不純物導入を同時に行なってしきい値制御を行ない電
気的特性の違ったデプレションMOSトランジスタを形成
する工程とを含み、前記不純物導入が、不純物導入量ピ
ークが前記選択されたゲート絶縁膜の厚さの異なる少な
くとも2種類のMOSトランジスタのうち最も厚いゲート
絶縁膜中に位置するように不純物導入エネルギーが設定
されることを特徴とし、前記最も厚いゲート絶縁膜が、
前記一導電型半導体基板に形成されたフィールド酸化膜
であるというものである。A method of manufacturing a MOS type semiconductor device according to the present invention includes the steps of: forming at least two types of MOS transistors having different thicknesses of a gate insulating film on a semiconductor substrate of one conductivity type;
Among the transistors, at least two types of MOS transistors having different thicknesses of the gate insulating film are selected, and the impurity of the other conductivity type is simultaneously introduced into the one conductivity type semiconductor substrate from immediately above each gate electrode to control the threshold value. And forming a depletion MOS transistor having different electrical characteristics, wherein the impurity introduction is performed with the impurity introduction peak being the most of at least two types of MOS transistors having different thicknesses of the selected gate insulating films. The impurity introduction energy is set so as to be located in the thick gate insulating film, wherein the thickest gate insulating film is
It is a field oxide film formed on the one conductivity type semiconductor substrate.
次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例を説明する
ための工程順に配置した半導体チップの断面図である。1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views of a semiconductor chip arranged in a process order for explaining one embodiment of the present invention.
まず第1図(a)に示すように、P型半導体基板1
(シリコン)上に、フィールド酸化膜2及びゲート酸化
膜3を選択的に形成する。次に、多結晶シリコンゲート
電極4a〜4cを選択的に形成したのち、これらの多結晶シ
リコンゲート電極それぞれと自己整合的に、例えば、75
As+イオンの注入を行なって、N+型拡散層5を形成す
る。First, as shown in FIG.
A field oxide film 2 and a gate oxide film 3 are selectively formed on (silicon). Next, after selectively forming the polysilicon gate electrodes 4a to 4c, each of the polysilicon gate electrodes is self-aligned with, for example, 75
As + ions are implanted to form an N + type diffusion layer 5.
次に、第1図(b)に示すように、メモリセル部にお
いては、データ書込みされるトランジスタ領域の出力バ
ッファ部においては、デプレション化するトランジスタ
領域に、それぞれ不純物の導入を行なう。不純物は多結
晶シリコンゲート電極4a,4bを透過させて、P型半導体
基板1表面へ導入する。ここで、メモリセル・トランジ
スタは、深いデプレショントランジスタ化する必要か
ら、例えば、31P+イオンを500keVで1.0×1013cm-2程度
注入する。この注入エネルギーは、多結晶シリコンゲー
ト電極の膜厚に支配され、300nm程度の膜厚の場合での
最適条件である。ただし、ゲート酸化膜3の厚さは30nm
とする。注入量のほぼ全部が半導体基板へ導入され比較
的濃度の高い,深いN-型拡散層7が形成される。一方、
出力バッファ部における浅いデプレショントランジスタ
化するものは、多結晶シリコンゲート電極4bが、約400n
mの膜厚を有するフィールド酸化膜2a上に存在する構造
をとる。Next, as shown in FIG. 1 (b), in the memory cell portion, impurities are introduced into the depletion transistor region in the output buffer portion in the transistor region where data is written. The impurities pass through the polycrystalline silicon gate electrodes 4a and 4b and are introduced into the surface of the P-type semiconductor substrate 1. Here, since the memory cell transistor needs to be formed as a deep depletion transistor, for example, about 31 × 10 13 cm −2 of 31 P + ions are implanted at 500 keV. This implantation energy is governed by the thickness of the polycrystalline silicon gate electrode, and is an optimum condition for a thickness of about 300 nm. However, the thickness of the gate oxide film 3 is 30 nm
And Almost all of the implantation amount is introduced into the semiconductor substrate to form a relatively high concentration, deep N − -type diffusion layer 7. on the other hand,
In the output buffer section, a shallow depletion transistor is used.
The structure exists on the field oxide film 2a having a thickness of m.
従って、前述した不純物イオンの注入条件では、浅い
デプレショントランジスタの基板表面には、実効的に1.
0×1012cm-2程度の不純物が導入されることになり、所
望の電気的特性を有することになる。Therefore, under the above-described impurity ion implantation conditions, effectively 1.1 is formed on the substrate surface of the shallow depletion transistor.
Impurities of about 0 × 10 12 cm −2 are introduced, and desired electrical characteristics are obtained.
最後に、第1図(c)に示すように、半導体基板全面
に層間絶縁膜9を形成し、選択的にコンタクト開孔10を
形成したのち、アルミニウム電極11を形成して終了す
る。Finally, as shown in FIG. 1 (c), an interlayer insulating film 9 is formed over the entire surface of the semiconductor substrate, a contact opening 10 is selectively formed, and then an aluminum electrode 11 is formed.
以上説明したように本発明では、ゲート絶縁膜とし
て、膜厚の大きなフィールド絶縁膜と比較的薄い通常の
厚さの絶縁膜の2種類をそれぞれ浅いデプレショントラ
ンジスタ用と深いデプレショントランジスタ用として採
用することにより、単一のイオン注入工程で浅いデプレ
ショントランジスタと深いデプレショントランジスタの
しきい値制御が可能となるので、製造工程数が削減でき
る効果がある。As described above, in the present invention, two types of gate insulating films, a field insulating film having a large thickness and an insulating film having a relatively small thickness, are employed for a shallow depletion transistor and a deep depletion transistor, respectively. By doing so, the threshold of the shallow depletion transistor and the threshold of the deep depletion transistor can be controlled in a single ion implantation step, and thus the number of manufacturing steps can be reduced.
第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例を説明するた
めの工程順に配置した半導体チップの断面図、第2図は
出力バッファの回路図、第3図(a)〜(d)は従来例
を説明するための工程順に配置した半導体チップの断面
図である。 1,101……P型半導体基板、2,102……フィールド酸化
膜、3,103……ゲート酸化膜、4,104……多結晶シリコン
ゲート電極、5,105……N+型拡散層、6,106……フォトレ
ジスト膜、7,107……ディープN-型拡散層、8,108……シ
ャローN-型拡散層、9,109……層間絶縁膜、10,110……
コンタクト開孔部、11,111……アルミニウム電極、112
……フォトレジストマスク。1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views of a semiconductor chip arranged in the order of steps for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an output buffer, and FIGS. 3 (a) to 3 ( 4D is a sectional view of the semiconductor chip arranged in the order of steps for explaining the conventional example. 1,101 P-type semiconductor substrate, 2,102 Field oxide film, 3,103 Gate oxide film, 4,104 Polycrystalline silicon gate electrode, 5,105 N + -type diffusion layer, 6,106 Photoresist film, 7,107 Deep N - type diffusion layer, 8,108… shallow N - type diffusion layer, 9,109… interlayer insulating film, 10,110…
Contact opening, 11,111 …… Aluminum electrode, 112
...... Photoresist mask.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 - 21/8238 H01L 27/08 H01L 27/088 - 27/092 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/8234-21/8238 H01L 27/08 H01L 27/088-27/092
Claims (2)
厚さの異なる少なくとも2種類のMOSトランジスタを形
成する工程と、前記各MOSトランジスタのうちゲート絶
縁膜の厚さの異なる少なくとも2種類のMOSトランジス
タを選択して、それぞれのゲート電極直上から前記一導
電型半導体基板へ他導電型の不純物導入を同時に行って
しきい値制御を行い、電気的特性の違ったデプレショMO
Sトランジスタを形成する工程とを含み、前記不純物導
入が、不純物導入量ピークが前記選択されたゲート絶縁
膜の厚さの異なる少なくとも2種類のMOSトランジスタ
のうち最も厚いゲート絶縁膜中に位置するように不純物
導入エネルギーが設定されることを特徴とするMOS型半
導体装置の製造方法。A step of forming at least two types of MOS transistors having different thicknesses of a gate insulating film on a semiconductor substrate of one conductivity type; The MOS transistors are selected and the threshold control is performed by simultaneously introducing impurities of the other conductivity type into the semiconductor substrate of the one conductivity type from immediately above the respective gate electrodes, thereby controlling the depletion MO having different electrical characteristics.
Forming an S transistor, wherein the impurity introduction is performed such that the impurity introduction peak is located in the thickest gate insulating film of at least two types of MOS transistors having different thicknesses of the selected gate insulating film. A method of manufacturing a MOS type semiconductor device, characterized in that an impurity introduction energy is set in the semiconductor device.
型半導体基板に形成されたフィールド酸化膜である請求
項1記載のMOS型半導体装置の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein said thickest gate insulating film is a field oxide film formed on said one conductivity type semiconductor substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01193018A JP3120428B2 (en) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | Method for manufacturing MOS type semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH0357268A JPH0357268A (en) | 1991-03-12 |
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