JP3198803B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば液晶ディスプレ
イ駆動用ICのように、低電圧駆動CMOS部と高電圧
駆動CMOS部を集積した半導体装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】液晶フラットパネルディスプレイ (以
下、LCDパネルと記す) の駆動用ICなどに対して
は、その表示特性などを向上する目的に多くの要求があ
る。例えば、LCDパネルの大型化、カラー化にともな
って、コントラスト特性を向上する目的に、駆動用IC
などの高耐電圧化が要求され、また、表示の情報量の増
大にともなって、ロジック回路部には高速動作化が要求
されている。ここで、ロジック回路部の動作速度の向上
に加えて、その低コスト化をも目的に、その構成要素を
微細化して、チップを小型化することが要求されてい
る。LCDパネル駆動用ICは、CMOSICでありな
がら、5V度以下の低電圧で駆動する低電圧駆動CM
OS部と、数十V以上の高電圧で駆動する高電圧駆動C
MOS部を集積したものであり、ゲート酸化膜の厚さ
は、低電圧駆動CMOS部では、例えば25nmと薄
く、高電圧駆動CMOS部では、例えば150nmと厚
い。このような厚さの異なるゲート酸化膜を形成するた
めに、特開平5−308128号公報で公知の方法は、
高電圧駆動CMOSのゲート酸化膜用の厚い酸化膜を形
成したのち、その上に積層した多結晶シリコン層からゲ
ート電極を形成し、このゲート電極をマスクに利用して
のエッチングにより露出した基板面の上に低電圧駆動C
MOSのゲート酸化膜用の薄い酸化膜を形成し、その上
に積層した多結晶シリコン層からゲート電極を形成す
る。このようにいずれのゲート酸化膜も形成直後の清浄
な状態のまま多結晶シリコン層に覆われ、レジストが直
接ゲート酸化膜に触れることがないので、レジストによ
るゲート酸化膜の汚染がない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし上記の公知の方
法は、品質のよいゲート酸化膜は形成できるが、2種類
の厚さのゲート酸化膜を形成するために2回の多結晶シ
リコン堆積が必要となり、プロセスの複雑化やコスト高
を招く欠点がある。本発明の目的は、このような欠点を
除去し、簡単に形成できる2種類の異なる厚さのゲート
絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、半導体基板表面上に相対的に薄いゲー
ト絶縁膜とフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁膜を
形成する工程と、相対的に薄いゲート絶縁膜上に第一の
導電層よりなるゲート電極を形成する工程と、第一ゲー
ト電極およびフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁膜
を被覆する層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜を
エッチングして第一ゲート電極および半導体基板表面に
達するコンタクトホールを明けると共に、層間絶縁膜お
よびフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁膜をエッチ
ングして相対的に厚いゲート絶縁膜を残す工程と、各コ
ンタクトホールを埋めると共に厚いゲート絶縁膜を被覆
する第二の導電層を形成する工程と、第二の導電層より
配線および相対的に厚いゲート絶縁膜上のゲート電極を
形成する工程とを含むことが有効である。その場合、第
一の導電層が多結晶シリコンよりなり、第二の導電層が
金属よりなることが良い。
【0005】
【作用】高電圧駆動回路用の厚いゲート絶縁膜をフィー
ルド絶縁膜と同時に形成されるさらに厚い絶縁膜をエッ
チングして形成することにより、厚いゲート絶縁膜形成
工程が削除できる。また、高電圧駆動回路のゲート電極
は金属で形成することにより、前記公開公報で開示され
た方法と比較すると、多結晶シリコン層堆積工程が1回
ですみ、一導電形の多結晶シリコン層のみとなるので配
線等が単純化される。さらに、厚い絶縁膜のエッチング
工程を層間絶縁膜へのコンタクトホール形成のためのエ
ッチング工程につづいて行えば、特に新しい工程の付加
の必要がない。
【0006】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
説明する。図1〜図3は、本発明の実施例のLCDパネ
ル駆動用ICの製造工程を示し、図1(a) 〜 (d)は製
造工程の半を、図2は図1に続く製造構成を、図3は
図2に続く製造工程を示すものである。
【0007】この製造工程は、p形の単結晶シリコン基
板1に、ロジック回路として5V以下の駆動電圧で駆動
される低圧駆動回路部と数十V以上の駆動電圧で駆動さ
れる高電圧駆動回路部とが集積されるLCDパネルの駆
動用ICを製造するものである。 図 (a) :p形、抵抗率10Ω・cmのCZ法による
単結晶シリコン基板1を用意し、低電圧駆動回路部のC
MOS形成予定領域10の中のpチャネルMOSFET
形成領域30と、高電圧駆動回路部のCMOS形成予定
領域20のpチャネルMOSFET形成領域50に、表
面不純物濃度2〜3×1016cm-3で拡散深さ4〜5μ
mのnウエル21、22を形成する。
【0008】図 (b) :次に、低電圧駆動CMOS形
成予定領域10のnチャネルMOSFET形成領域40
と、高電圧駆動CMOS形成予定領域20のnチャネル
MOSFET形成領域60に、表面不純物濃度1×10
17cm-3程度で拡散深さ2〜3μmのpウエル拡散層3
1、32を形成すると同時に、厚さ40nm程度のベー
ス酸化膜4を形成する。
【0009】図 (c) :nウエル22の表面層に表面
不純物濃度1×1017cm-3程度で拡散深さ1.5μm程
度のpオフセット拡散層5を、pウエル32の表面層に
表面不純物濃度1×1017cm-3程度で拡散深さ1.5μ
m程度のnオフセット拡散層6をそれぞれ形成する。 図 (d) :高電圧駆動CMOS20の素子分離のた
め、n+ ガードリング7とp+ ガードリング8をそれぞ
れ形成し、その後、シリコン窒化膜をマスクとして選択
酸化を行い、低電圧駆動CMOS形成予定領域10の活
性領域すなわち後に薄いゲート酸化膜が形成される部分
と高電圧駆動CMOS形成予定領域20のソースおよび
ドレインコンタクトを形成する部分を除いて、フィール
ド酸化膜9を厚さ600nm程度に形成する。なお図で
は省略するが、低電圧駆動CMOS10の素子分離のた
めに、フィールド酸化膜下の所望部分にはpフィールド
拡散層が同時形成される。
【0010】図1の製造工程に続く製造工程を図2を用
いて説明する。 (a) :図 (d) の状態と同じで厚さ600nm
のフィールド酸化膜9までの形成工程が終了している。 図 (b) :ベース酸化膜4をふっ酸水溶液を用いて除
去する。このときフィールド酸化膜9は約50nmエッ
チングされて残膜が550nm程度の厚さとなる。その
後、低電圧駆動CMOS10用の厚さ約25nmの薄い
ゲート酸化膜12を形成し、n形高濃度の多結晶シリコ
ン層13を減圧CVD法で約400nmの厚さに堆積す
る。
【0011】図 (c) :低電圧駆動CMOS10のゲ
ート電極41、42となる各部を残すように多結晶シリ
コン層13をエッチングする。 図 (a) :低電圧駆動CMOS10および高電圧駆動
CMOS20のnチャネルMOSFET部40、60に
対してはn+ ソース・ドレイン拡散層45、46を形成
し、pチャネルMOSFET部30、50に対してはp
+ ソース・ドレイン拡散層47、48を形成する。次
に、CVD法で1μmの厚さのPSGなどの層間絶縁膜
14を形成したのち、この発明のポイントであるコンタ
クトホール形成工程を行う。
【0012】コンタクトホール形成用フォトマスク (レ
チクル) は、ソース・ドレイン拡散層45、46、4
7、48および低電圧駆動CMOS10のゲート電極4
1、42に接続する部分のほか、高電圧駆動CMOS2
0のゲート部分にもパターン形成しておく。このマスク
を用いてレジストパターンを形成し、まずふっ酸水溶液
で層間絶縁膜14およびゲート酸化膜12のエッチング
を行い、コンタクトホール上部にテーパをつけ、ついで
異方性ドライエッチングでほぼ垂直な切り口のコンタク
トホール下部を形成する。このとき、コンタクトホール
15はソース・ドレイン拡散層45、46、47、48
の表面に到達し、図示しないコンタクトホールは多結晶
シリコンのゲート電極41、42に到達する。高電圧駆
動CMOS20のゲート部分においては、ウェットエッ
チングおよび異方性ドライエッチングで層間絶縁膜14
が貫通され、フィールド酸化膜9の約150nm程度の
厚さの残膜91が残る時点で異方性ドライエッチングを
終了させることでコンタクトホール16が形成される。
【0013】なお、異方性ドライエッチングは酸化膜と
シリコンの選択比が10倍以上あれば、層間絶縁膜14
がエッチングされたあと、フィールド酸化膜9が約40
0nmエッチングされる間に、ソース・ドレイン拡散層
45、46、47、48の表面部のシリコン、ゲート電
極41、42の表面部の多結晶シリコンがオーバーエッ
チングされる深さは40nm程度であり、問題はない。
図3 (a) は、エッチング工程終了後、レジストを除去
した状態を示す。
【0014】図 (b) :Al層の成膜、パターニング
により、コンタクトホール15でソース・ドレイン拡散
層45、46、47、48に接触する金属配線17と、
フィールド酸化膜の残膜91をゲート酸化膜として、そ
のウェットエッチングのコンタクトホール16内に位置
するゲート電極43、44を形成する金属配線工程を行
う。すなわち、この実施例では、低電圧駆動CMOS1
0は多結晶シリコンゲートを有し、高電圧駆動CMOS
20ではAlゲートを有する。このあと、保護膜形成工
程を経てウエハプロセスを終了する。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、高電圧駆動回路などの
ための厚いゲート絶縁膜をフィールド絶縁膜と同時に形
成できる厚い絶縁膜をエッチングして形成することによ
り、ゲート絶縁膜形成工程が大幅に簡素化される。さら
に、その厚い絶縁膜のエッチング工程をコンタクトホー
ル形成のための層間絶縁膜エッチング工程につづけるこ
とにより、一切の工程の追加が不要となり、製造コスト
の低減を可能とする。ゲート電極を多結晶シリコンより
形成する場合は、一導電形の多結晶シリコン層となるた
め、ゲート電極への配線も簡単になり、チップ面積の大
幅な縮小も達成できる。これらにより低電圧駆動CMO
S部および高電圧駆動CMOS部を集積するLCDパネ
ル駆動用ICの低価格での供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のLCDパネル駆動用IC製造
工程の半の要部を (a) ないし (d) の順に示す断面
【図2】図1に示した製造工程につづく工程を (a) 、
(b) 、 (c) の順に示す断面図
【図3】図2に示した製造工程につづく工程を (a) 、
(b) の順に示す断面図
【符号の説明】
1 p形シリコン基板 21、22 nウエル 31、32 pウエル 4 ベース酸化膜 5 p形オフセット拡散層 6 n形オフセット拡散層 9 フィールド酸化膜 91 フィールド酸化膜残膜(ゲート酸化膜) 12 ゲート酸化膜 13 多結晶シリコン層 14 層間絶縁膜 15、16 コンタクトホール 17 金属配線 41、42、43、44 ゲート電極 45、46 n+ ソース・ドレイン拡散層 47、48 p+ ソース・ドレイン拡散層 10 低電圧駆動回路部 20 高電圧駆動回路部 30、50 pチャネルMOSFET 40、60 nチャネルMOSFET

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板表面上に相対的に薄いゲート絶
    縁膜とフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁膜を形
    成する工程と、相対的に薄いゲート絶縁膜上に第一の導
    電層よりなる第一ゲート電極を形成する工程と、第一ゲ
    ート電極およびフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁
    膜を被覆する層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜
    をエッチングして第一ゲート電極および半導体基板表面
    に達するコンタクトホールを開孔すると共に、層間絶縁
    膜およびフィールド絶縁膜と同時に形成した絶縁膜をエ
    ッチングして相対的に厚いゲート絶縁膜を残す工程と、
    各コンタクトホールを埋めると共に相対的に厚いゲート
    絶縁膜を被覆する第二の導電層を形成する工程と、第二
    の導電層から配線および相対的に厚いゲート絶縁膜上の
    第二ゲート電極を形成する工程とを含む請求項1記載の
    半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】第一の導電層が多結晶シリコンよりなり、
    第二の導電層が金属よりなる請求項記載の半導体装置
    の製造方法。
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