JP4708388B2 - Manufacturing method of semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)で構成された容量素子を有する半導体集積回路装置の製造に適用して有効な技術に関する。   The present invention relates to a technology for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technology effective when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element formed of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor).

MISFETを用いて回路を構成するLSIにおいては、MISFETのゲート酸化膜を使用して容量素子を形成する方法が知られている。ゲート酸化膜容量を用いる場合、pチャネル型MISFETの蓄積領域またはnチャネル型MISFETの反転領域が使用される。   In an LSI that configures a circuit using a MISFET, a method of forming a capacitive element using a gate oxide film of the MISFET is known. When the gate oxide film capacitance is used, a p-channel MISFET accumulation region or an n-channel MISFET inversion region is used.

例えば、特開昭61−232656号公報(特許文献1)は、通常のMOSFETのゲート酸化膜を形成する工程で同時にMOS型容量素子の容量絶縁膜を形成する場合は、ゲート酸化膜の膜厚が厚いために、所望する容量値を得るためには電極の面積を大きくせざるを得ないという問題点に鑑み、不揮発性記憶素子を構成する薄いゲート酸化膜を形成する工程で容量絶縁膜を同時に形成することによって、MOS型容量素子の面積を縮小する技術を開示している。   For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-232656 (Patent Document 1), when forming a capacitor insulating film of a MOS capacitor at the same time as a process of forming a gate oxide film of a normal MOSFET, the film thickness of the gate oxide film is disclosed. In view of the problem that the area of the electrode has to be increased in order to obtain a desired capacitance value, the capacitance insulating film is formed in the process of forming a thin gate oxide film constituting the nonvolatile memory element. A technique for reducing the area of a MOS capacitor element by forming them simultaneously is disclosed.

また、特開平5−235289号公報(特許文献2)は、LSIの低消費電力化に伴って動作電源電圧が低下した場合、蓄積領域を使用する従来のMOS型容量素子では電圧依存性が大きくなるという従来の問題点に鑑み、しきい値電圧(Vth)を制御することによって、全入力電圧範囲にわたってMOS型容量素子が反転領域で使用されるようにしたLSIを開示している。
特開昭61−232656号公報 特開平5−235289号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-235289 (Patent Document 2) shows that when the operating power supply voltage is reduced as the power consumption of the LSI is reduced, the conventional MOS type capacitor using the storage region has a large voltage dependency. In view of the conventional problem of the above, there is disclosed an LSI in which a MOS capacitor element is used in an inversion region over the entire input voltage range by controlling a threshold voltage (Vth).
Japanese Patent Laid-Open No. 61-232656 JP-A-5-235289

近年、MISFETの微細化に伴ってゲート酸化膜厚が3nm以下まで薄くなりつつある。しかし、ゲート酸化膜厚がこの程度まで薄くなると、ゲート酸化膜中の欠陥や直接トンネル電流によるリーク電流の増加が顕在化し、容量素子に使用した場合、安定した容量を得ることが困難になってきた。   In recent years, with the miniaturization of MISFETs, the gate oxide film thickness has been reduced to 3 nm or less. However, when the gate oxide film thickness is reduced to this level, defects in the gate oxide film and an increase in leakage current due to direct tunnel current become obvious, and it becomes difficult to obtain a stable capacitance when used in a capacitive element. It was.

本発明の目的は、MISFETのゲート酸化膜を使用した容量素子のリーク電流を低減することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the leakage current of a capacitive element using a gate oxide film of a MISFET.

本発明の他の目的は、製造工程を増やすことなく、低リーク電流の容量素子を形成することのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of forming a capacitor element having a low leakage current without increasing the number of manufacturing steps.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明は、半導体基板の第1MISFET形成領域、第2MISFET形成領域、第3MISFET形成領域および容量素子形成領域に、それぞれ第1MISFET、第2MISFET、第3MISFETおよび容量素子を備える半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記第1MISFET形成領域、前記第3MISFET形成領域および前記容量素子形成領域の前記半導体基板に、それぞれ第2導電型の第1、第3および第4ウエルを形成する工程、
(b)前記第2MISFET形成領域の前記半導体基板に前記第2導電型とは反対の導電型である第1導電型の第2ウエルを形成する工程、
(c)前記(a)工程後に、前記第3ウエルに第1導電型を示す不純物を導入する工程、
(d)前記第1、第2、第3および第4ウエル上に、第2ゲート絶縁膜を形成した後、前記第1ウエル上の前記第2ゲート絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1ウエル上に、前記第2ゲート絶縁膜よりも膜厚の薄い第1ゲート絶縁膜を形成する工程、
(f)前記第1ゲート絶縁膜上および前記第2ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成する工程、
(g)前記多結晶シリコン膜に選択的にイオン注入した後、前記多結晶シリコン膜を選択的にパターニングすることで、前記第1MISFET形成領域の前記第1ゲート絶縁膜上に第1導電型の第1ゲート電極を形成し、前記第2MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第2導電型の第2ゲート電極を形成し、前記容量素子形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第3ゲート電極を形成し、且つ、前記第3MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第4ゲート電極を形成する工程、
(h)前記(g)工程後に、前記第1、第3および第4ウエルにイオン注入することで、それぞれ第1導電型の第1、第3および第4半導体領域を形成する工程、
(i)前記(g)工程後に、前記第2ウエルにイオン注入することで、第2導電型の第2半導体領域を形成する工程、
(j)前記(h)工程および(i)工程後に、前記第1、第2、第3および第4ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程、
(k)前記(j)工程後に、前記第1、第3および第4ウエルにイオン注入することで、第1導電型を示し、且つ、前記第1、第3および第4半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第5、第7および第8半導体領域を、それぞれ形成する工程、
(l)前記(j)工程後に、前記第2ウエルにイオン注入することで、第2導電型を示し、且つ、前記第2半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第6半導体領域を、それぞれ形成する工程、
を有し、
前記第3ウエルは、前記容量素子の二つの電極のうちの一方の電極として作用し、前記第3ゲート電極は、他方の電極として作用するものである。
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein a first MISFET, a second MISFET formation region, a third MISFET formation region, and a capacitor element formation region of a semiconductor substrate are each provided with a first MISFET, a second MISFET, a third MISFET, and a capacitor element. There,
(A) forming first, third, and fourth wells of second conductivity type on the semiconductor substrate in the first MISFET formation region, the third MISFET formation region, and the capacitive element formation region, respectively;
(B) forming a first conductivity type second well having a conductivity type opposite to the second conductivity type on the semiconductor substrate in the second MISFET formation region;
(C) after the step (a), introducing a first conductivity type impurity into the third well;
(D) forming a second gate insulating film on the first, second, third and fourth wells, and then removing the second gate insulating film on the first well;
(E) after the step (d) , forming a first gate insulating film having a thickness smaller than that of the second gate insulating film on the first well;
(F) forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
(G) After selectively implanting ions into the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is selectively patterned to form a first conductivity type on the first gate insulating film in the first MISFET formation region. A first gate electrode is formed, a second conductivity type second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the second MISFET formation region, and a second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the capacitor element formation region. Forming a first conductivity type third gate electrode, and forming a first conductivity type fourth gate electrode on the second gate insulating film in the third MISFET formation region;
(H) After the step (g), a step of forming first, third, and fourth semiconductor regions of the first conductivity type by implanting ions into the first, third, and fourth wells, respectively.
(I) a step of forming a second conductivity type second semiconductor region by ion implantation into the second well after the step (g);
(J) After the step (h) and the step (i), a step of forming a sidewall spacer on the side wall of the first, second, third and fourth gate electrodes,
(K) After the step (j), ions are implanted into the first, third, and fourth wells to show the first conductivity type and higher than the first, third, and fourth semiconductor regions. Forming each of fifth, seventh and eighth semiconductor regions having an impurity concentration;
(L) After the step (j), ion implantation is performed on the second well, thereby forming sixth semiconductor regions that exhibit the second conductivity type and have an impurity concentration higher than that of the second semiconductor region. The process of
Have
The third well serves as one of the two electrodes of the capacitive element, and the third gate electrode serves as the other electrode.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

MISFETで構成された容量素子のリーク電流を低減して安定動作を実現することができる。   A stable operation can be realized by reducing the leakage current of the capacitive element constituted by the MISFET.

また、低電源電圧でも安定して動作する容量素子を製造工程の増加なしに形成することができる。   In addition, a capacitor element that operates stably even at a low power supply voltage can be formed without an increase in manufacturing steps.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
本実施形態の半導体集積回路装置は、本発明をCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)ゲートアレイに適用した例である。このCMOSゲートアレイが形成された半導体チップを図1に示す。
(Embodiment 1)
The semiconductor integrated circuit device of this embodiment is an example in which the present invention is applied to a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) gate array. A semiconductor chip on which this CMOS gate array is formed is shown in FIG.

例えば、単結晶シリコンからなる半導体チップ1Aの主面の中央部には、ゲートアレイの論理部を構成する多数の基本セル2が図のX方向およびY方向に沿ってマトリクス状に配置されている。各基本セル2は、図1には示さないnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpを所定数組み合わせて構成されており、各基本セル2内のMISFET(Qn、Qp)間および基本セル2間を論理設計に基づいて結線することによって、所望の論理機能を実現している。 For example, in the central portion of the main surface of the semiconductor chip 1A made of single crystal silicon, a large number of basic cells 2 constituting the logic portion of the gate array are arranged in a matrix along the X and Y directions in the figure. . Each basic cell 2, the n-channel type MISFET Qn 1 and p-channel type MISFET Qp 1, not shown in Figure 1 is constituted by combining a predetermined number, MISFET in each basic cell 2 (Qn 1, Qp 1) and between the base A desired logic function is realized by connecting the cells 2 based on the logic design.

上記論理機能を実現するための結線は、例えばCAD(Computer Aided Design)を用いた自動配置配線システム(DA;Design Automation)により行われる。自動配置配線システムは、マクロセルなどを用いて設計、検証された論理回路を半導体チップ1A上に自動的にレイアウトすると共に、この論理回路上に仮想的に設定されたX−Y格子座標に配線を自動的にレイアウトして論理回路間を結線する。   The connection for realizing the logic function is performed by, for example, an automatic placement and routing system (DA; Design Automation) using CAD (Computer Aided Design). The automatic placement and routing system automatically lays out a logic circuit designed and verified by using a macro cell or the like on the semiconductor chip 1A, and routes wiring to XY lattice coordinates virtually set on the logic circuit. Automatically lay out and connect logic circuits.

本実施形態のゲートアレイは、特に限定されないが、例えば7層配線を有しており、第1層目の配線から第6層目の配線(信号用配線および電源用配線)まではCu(銅)を主体とする金属で構成され、第7層目の配線(電源用配線)はAl(アルミニウム)合金を主体とする金属で構成されている。   The gate array of the present embodiment is not particularly limited, but has, for example, seven-layer wiring, and Cu (copper) from the first-layer wiring to the sixth-layer wiring (signal wiring and power supply wiring). ) And the seventh layer wiring (power supply wiring) is made of a metal mainly composed of an Al (aluminum) alloy.

上記論理部の周辺近傍には、外部の参照クロックを所定周波数のクロックに変換して内部回路に出力するアナログPLL(Phase Lock Loop)回路3が配置されている。このPLL回路3は、例えば図2に示すように、位相比較器PFC、チャージポンプ回路C.P.、電圧−電流変換回路VI〜VI、時間−電流変換回路TI、発振回路C.C.O.および分周器によって構成されている。 An analog PLL (Phase Lock Loop) circuit 3 that converts an external reference clock into a clock having a predetermined frequency and outputs it to an internal circuit is disposed near the periphery of the logic unit. For example, as shown in FIG. 2, the PLL circuit 3 includes a phase comparator PFC, a charge pump circuit C.I. P. , Voltage-current conversion circuits VI 1 to VI 3 , time-current conversion circuit TI, oscillation circuit C.I. C. O. And a frequency divider.

上記PLL回路3内のチャージポンプ回路C.P.は、例えば図3に示すように、nチャネル型MISFETQn,Qn、pチャネル型MISFETQp,Qpおよび容量素子Cなどによって構成されている。容量素子Cの一方の電極はGND(0V)が印加され、容量素子Cの他方の電極はnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのドレインに電気的に接続される。nチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpのドレインは、電圧−電流変換回路VI,VIの入力に電気的に接続される。チャージポンプ回路C.P.は、位相比較器PFCから出力される位相差信号(UP、DN)に応じた電荷を容量素子Cに蓄積することによって所定レベルの電圧を生成し、これを出力電圧(CPOUT)として電圧−電流変換回路VI〜VIに出力する。 The charge pump circuit C.I. P. For example, as shown in FIG. 3, the n-channel MISFETs Qn 2 and Qn 3 , the p-channel MISFETs Qp 2 and Qp 3, and the capacitive element C 1 are included. One electrode of the capacitive element C 1 is applied with GND (0 V), and the other electrode of the capacitive element C 1 is electrically connected to the drains of the n-channel MISFET Qn 3 and the p-channel MISFET Qp 3 . The drains of the n-channel MISFET Qn 3 and the p-channel MISFET Qp 3 are electrically connected to the inputs of the voltage-current conversion circuits VI 1 and VI 2 . Charge pump circuit C.I. P. Generates a predetermined level of voltage by accumulating the phase difference signal (UP, DN) that is output from the phase comparator PFC charges corresponding to the capacitor C 1, a voltage as the output voltage (CPOUT) - Output to the current conversion circuits VI 1 to VI 2 .

前記論理部の周囲には、複数の入出力(I/O)バッファ回路4が論理部を取り囲むように配置されている。各入出力バッファ回路4は、図1には示さないnチャネル型MISFETQnおよびpチャネル型MISFETQpを所定数組み合わせて構成されており、これらのMISFET(Qn、Qp)間の結線パターンを変えることによって、図4(a)に示すような入力バッファ回路、図4(b)に示すような出力バッファ回路あるいは図示しない双方向性バッファ回路などの回路機能が形成されるようになっている。 Around the logic unit, a plurality of input / output (I / O) buffer circuits 4 are arranged so as to surround the logic unit. Each output buffer circuit 4 is constituted by combining a predetermined number of n-channel type MISFET Qn 4 and p-channel type MISFET Qp 4, not shown in Figure 1, the connection pattern between these MISFET (Qn 4, Qp 4) By changing the circuit function, an input buffer circuit as shown in FIG. 4A, an output buffer circuit as shown in FIG. 4B, or a bidirectional buffer circuit (not shown) is formed. .

上記入出力バッファ回路4の周囲には、外部装置との電気的な接続を取るためのボンディングパッド(外部端子)BPが半導体チップ1Aの各辺に沿って一列に配置されている。これらのボンディングパッドBPは、入出力バッファ回路4の配列に対応する位置に配置されており、各ボンディングパッドBPとそれに対応する入出力バッファ回路4とは、図示しない配線を介して電気的に接続されている。   Around the input / output buffer circuit 4, bonding pads (external terminals) BP for electrical connection with an external device are arranged in a line along each side of the semiconductor chip 1A. These bonding pads BP are arranged at positions corresponding to the arrangement of the input / output buffer circuits 4, and each bonding pad BP and the corresponding input / output buffer circuit 4 are electrically connected via a wiring (not shown). Has been.

図5は、上記CMOSゲートアレイが形成された半導体基板(以下、単に基板という)1の要部断面図である。同図の左側部分は基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)が形成された領域、中央部分はチャージポンプ回路C.P.の容量素子Cが形成された領域、右側部分は入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)が形成された領域を示している。 FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) 1 on which the CMOS gate array is formed. The left part of the figure is a region where the MISFETs (Qn 1 , Qp 1 ) constituting the basic cell 2 are formed, and the central part is the charge pump circuit C.I. P. The right side portion of the region where the capacitive element C 1 is formed shows the region where the MISFETs (Qn 4 , Qp 4 ) constituting the input / output buffer circuit 4 are formed.

基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)のうち、nチャネル型MISFETQnは、基板1のp型ウエル7に形成され、主としてゲート酸化膜9A、ゲート電極10Aおよびn型半導体領域(ソース、ドレイン)13によって構成されている。また、pチャネル型MISFETQpは、基板1のn型ウエル8に形成され、主としてゲート絶縁膜であるゲート酸化膜9A、ゲート電極10Bおよびp型半導体領域(ソース、ドレイン)14によって構成されている。 Of the MISFETs (Qn 1 , Qp 1 ) constituting the basic cell 2, the n-channel type MISFET Qn 1 is formed in the p-type well 7 of the substrate 1 and mainly includes the gate oxide film 9A, the gate electrode 10A, and the n + -type semiconductor region. (Source, drain) 13. The p-channel type MISFET Qp 1 is formed in the n-type well 8 of the substrate 1 and is mainly composed of a gate oxide film 9A, a gate electrode 10B, and a p + type semiconductor region (source, drain) 14 which are gate insulating films. Yes.

上記MISFET(Qn,Qp)のゲート酸化膜9Aは、論理機能の高速化、高性能化を推進するために、薄い膜厚(例えば2.5nm〜3nm)で形成されている。また、上記MISFET(Qn,Qp)のゲート電極10A、10Bは、ゲートの大規模化を推進するために、それらのゲート長が回路の最小加工寸法(例えば0.14μm)で形成され、かつ低抵抗化を推進するために、多結晶シリコン膜の上部にWN膜などのバリアメタルおよびW(タングステン)膜を積層した、いわゆるポリメタル構造で構成されている。さらに、上記ゲート電極10A、10Bは、しきい値電圧(Vth)を低くして回路の低電圧化、低消費電力化を推進するために、ゲート電極10Aの一部を構成する多結晶シリコン膜にn型不純物(例えばAs(ヒ素))をドープし、ゲート電極10Bの一部を構成する多結晶シリコン膜にp型不純物(B(ホウ素))をドープした、いわゆるデュアルゲート構造で構成されている。 The gate oxide film 9A of the MISFET (Qn 1 , Qp 1 ) is formed with a thin film thickness (for example, 2.5 nm to 3 nm) in order to promote higher speed and higher performance of logic functions. Further, the gate electrodes 10A and 10B of the MISFETs (Qn 1 and Qp 1 ) are formed with their gate length being the minimum processing dimension (for example, 0.14 μm) of the circuit in order to promote the enlargement of the gate, In order to promote a reduction in resistance, a so-called polymetal structure is formed in which a barrier metal such as a WN film and a W (tungsten) film are stacked on a polycrystalline silicon film. Further, the gate electrodes 10A and 10B are formed of a polycrystalline silicon film that constitutes a part of the gate electrode 10A in order to lower the threshold voltage (Vth) and promote lowering of the circuit voltage and lowering of power consumption. The gate electrode 10B is doped with an n-type impurity (for example, As (arsenic)), and a polycrystalline silicon film constituting a part of the gate electrode 10B is doped with a p-type impurity (B (boron)). Yes.

一方、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)のうち、nチャネル型MISFETQnは、基板1のp型ウエル7に形成され、主としてゲート絶縁膜であるゲート酸化膜9B、ゲート電極10Cおよびn型半導体領域(ソース、ドレイン)13によって構成されている。また、pチャネル型MISFETQpは、基板1のn型ウエル8に形成され、主としてゲート酸化膜9B、ゲート電極10Dおよびp型半導体領域(ソース、ドレイン)14によって構成されている。 On the other hand, among the MISFETs (Qn 4 , Qp 4 ) constituting the input / output buffer circuit 4, the n-channel type MISFET Qn 4 is formed in the p-type well 7 of the substrate 1, and mainly a gate oxide film 9 B, which is a gate insulating film, The gate electrode 10C and the n + type semiconductor region (source, drain) 13 are configured. The p-channel MISFET Qp 4 is formed in the n-type well 8 of the substrate 1 and is mainly composed of the gate oxide film 9B, the gate electrode 10D, and the p + -type semiconductor region (source, drain) 14.

上記MISFET(Qn,Qp)は、前記基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)よりも緩いデザインルールで形成されている。また、外部とのインターフェースに使用されるこれらのMISFET(Qn,Qp)は、内部回路を構成するMISFETの動作電圧(例えば1.5V)よりも高い電圧(例えば3.3V)で動作するため、耐圧確保の観点から、それらのゲート酸化膜9Bが厚い膜厚(例えば6.5nm)で形成されている。すなわち、ゲート酸化膜9Bの膜厚は、ゲート酸化膜9Aの膜厚よりも厚く構成される。なお、これらのMISFET(Qn,Qp)のゲート電極10C、10Dは、基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)のゲート電極10A、10Bと同様な、ポリメタル構造かつデュアルゲート構造で構成されている。 The MISFET (Qn 4 , Qp 4 ) is formed with a looser design rule than the MISFET (Qn 1 , Qp 1 ) constituting the basic cell 2. Further, these MISFETs (Qn 4 , Qp 4 ) used for the interface with the outside operate at a voltage (for example, 3.3 V) higher than the operating voltage (for example, 1.5 V) of the MISFET constituting the internal circuit. Therefore, from the viewpoint of ensuring a breakdown voltage, the gate oxide films 9B are formed with a thick film thickness (for example, 6.5 nm). That is, the thickness of the gate oxide film 9B is configured to be larger than the thickness of the gate oxide film 9A. The gate electrodes 10C and 10D of these MISFETs (Qn 4 and Qp 4 ) are similar to the gate electrodes 10A and 10B of the MISFETs (Qn 1 and Qp 1 ) constituting the basic cell 2 and have a dual metal structure. It consists of

チャージポンプ回路C.P.の容量素子Cは、基板1のn型ウエル8に形成され、主としてゲート酸化膜9B、ゲート電極10Eおよびn型ウエル8に接地電圧(GND)を印加するためのn型半導体領域13によって構成されている。すなわち、容量素子Cは、pチャネル型MISFETで構成されている。また、n型ウエル8は容量素子Cの一方の電極として作用し、ゲート電極10Eは容量素子Cの他方の電極として作用し、ゲート酸化膜9Bは容量素子Cの誘導体膜として作用する。この容量素子Cは、例えば50pF〜100pF程度の静電容量を確保するために、1×10−4cm程度の大面積で構成されている。 Charge pump circuit C.I. P. Capacitive element C 1 in is formed in the n-type well 8 of the substrate 1, the n + -type semiconductor region 13 for application mainly gate oxide film 9B, the gate electrode 10E and the n-type well 8 to the ground voltage (GND) It is configured. That is, the capacitive element C 1 is composed of a p-channel type MISFET. Further, n-type well 8 serves as one electrode of the capacitor C 1, the gate electrode 10E acts as the other electrode of the capacitor C 1, a gate oxide film 9B acts as a derivative film of the capacitive element C 1 . The capacitive element C 1, for example in order to secure the capacitance of about 50pF to 100pF, is composed of a large area of about 1 × 10 -4 cm 2.

上記容量素子Cのゲート酸化膜9Bは、リーク電流を低減するために、前記入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)のゲート酸化膜9Bと同じ厚い膜厚(例えば6.5nm)で形成されている。また、上記容量素子Cのゲート電極10Eは、前記基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)のゲート電極10A、10Bおよび入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)のゲート電極10C、10Dと同じくポリメタル構造で構成されている。さらに、上記容量素子Cは、低い電源電圧でも安定に動作するよう、ゲート電極10Eの一部を構成する多結晶シリコン膜にn型不純物(例えばAs)がドープされている。 A gate oxide film 9B of the capacitive element C 1, in order to reduce the leakage current, the output MISFET constituting the buffer circuit 4 (Qn 4, Qp 4) The same large thickness as the gate oxide film 9B (for example 6 .5 nm). Further, the gate electrode 10E of the capacitive element C 1 is, MISFET (Qn 4, Qp 4 constituting the gate electrode 10A, and 10B and the input-output buffer circuit 4 of the MISFET (Qn 1, Qp 1) constituting the basic cell 2 ) In the same manner as the gate electrodes 10C and 10D. Furthermore, the capacitive element C 1 is to operate stably even at a low supply voltage, n-type impurity (e.g., As) is doped to the polycrystalline silicon film constituting a part of the gate electrode 10E.

図6は、pチャネル型MISFETで構成された上記容量素子CのVg−C特性を示す図である。 Figure 6 is a diagram showing the Vg-C characteristic of the capacitive element C 1, which is constituted by p-channel type MISFET.

上記容量素子Cは、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)と同じ厚い膜厚のゲート酸化膜9Bを使用しているため、基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)と同じ薄い膜厚のゲート酸化膜9Aを使用して作成した容量素子に比べてリーク電流が少ない。その反面、pチャネル型MISFETの蓄積領域を容量素子として使用する場合は、図6の破線で示すように、ゲート入力電圧が低い領域において安定した容量が得られない。そこで、本実施の形態では、ゲート電極10Eの一部を構成する多結晶シリコン膜にn型不純物(例えばAs)をドープし、pチャネル型MISFETのしきい値電圧を高くする。これにより、図6の実線で示すように、ゲート入力電圧が低い領域でも安定した容量が得られるようになるので、チャージポンプ回路C.P.の出力電圧(CPOUT)が高い領域においても低い領域においても安定した容量を得ることができる。 Since the capacitive element C 1 uses the gate oxide film 9B having the same thickness as the MISFET (Qn 4 , Qp 4 ) constituting the input / output buffer circuit 4, the MISFET (Qn 1) constituting the basic cell 2 is used. , Qp 1 ), the leakage current is smaller than that of the capacitive element formed using the gate oxide film 9A having the same thin film thickness as that of Qp 1 ). On the other hand, when the storage region of the p-channel type MISFET is used as a capacitive element, a stable capacitance cannot be obtained in a region where the gate input voltage is low, as indicated by a broken line in FIG. Therefore, in this embodiment, the polycrystalline silicon film constituting a part of the gate electrode 10E is doped with an n-type impurity (for example, As) to increase the threshold voltage of the p-channel MISFET. As a result, as shown by the solid line in FIG. 6, a stable capacitance can be obtained even in a region where the gate input voltage is low. P. Stable capacitance can be obtained both in the region where the output voltage (CPOUT) is high and in the low region.

前記図5に示すように、上記MISFET(Qn,Qp,Qn,Qp)および容量素子Cのそれぞれの上部には、2層の層間絶縁膜である酸化シリコン膜17、31が形成されている。また、酸化シリコン膜17に形成されたコンタクトホール18〜22の内部にはプラグ電極23が形成され、プラグ電極23の上部には第1層目の配線24〜30が形成されている。プラグ電極23は、例えば銅とTaNなどのバリアメタル、またはタングステン膜とTiN膜で構成される。さらに、これらの配線24〜30の上部には層間絶縁膜を挟んで6層の配線が形成されているが、それらの図示は省略する。 As shown in FIG. 5, silicon oxide films 17 and 31 which are two-layer interlayer insulating films are formed on the MISFETs (Qn 1 , Qp 1 , Qn 4 , Qp 4 ) and the capacitive element C 1. Is formed. A plug electrode 23 is formed inside the contact holes 18 to 22 formed in the silicon oxide film 17, and first-layer wirings 24 to 30 are formed above the plug electrode 23. The plug electrode 23 is made of, for example, a barrier metal such as copper and TaN, or a tungsten film and a TiN film. Further, six layers of wirings are formed above these wirings 24 to 30 with an interlayer insulating film interposed therebetween, but their illustration is omitted.

次に、本実施形態のCMOSゲートアレイの製造方法を図7〜図19を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the CMOS gate array of this embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図7に示すように、基板1の素子分離領域に形成した溝の内部に例えば酸化シリコン膜6を埋め込んで素子分離溝5を形成する。次に、図示しないフォトレジスト膜をマスクにして基板1の一部にn型不純物(例えばP(リン))をイオン注入し、他の一部にp型不純物(例えばB)をイオン注入した後、基板1を熱処理して上記不純物を拡散させることによって、p型ウエル7およびn型ウエル8を形成する。   First, as shown in FIG. 7, for example, a silicon oxide film 6 is buried in a groove formed in an element isolation region of the substrate 1 to form an element isolation groove 5. Next, an n-type impurity (for example, P (phosphorus)) is ion-implanted into a part of the substrate 1 using a photoresist film (not shown) as a mask, and a p-type impurity (for example, B) is ion-implanted into the other part. The p-type well 7 and the n-type well 8 are formed by heat-treating the substrate 1 to diffuse the impurities.

次に、図8に示すように、基板1を熱酸化することによって基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の表面に膜厚3nm〜4nm程度の薄いゲート酸化膜9を形成した後、図9に示すように、容量素子領域(図の中央部分)および入出力バッファ回路領域(図の右側部分)の基板1の上部を例えばフォトレジスト膜41で覆い、基本セル領域(図の左側部分)のゲート酸化膜9をウェットエッチングで除去する。   Next, as shown in FIG. 8, after the substrate 1 is thermally oxidized, a thin gate oxide film 9 having a thickness of about 3 nm to 4 nm is formed on the surface of the substrate 1 (p-type well 7 and n-type well 8). As shown in FIG. 9, the upper portion of the substrate 1 in the capacitive element region (center portion in the figure) and the input / output buffer circuit region (right side portion in the figure) is covered with, for example, a photoresist film 41, and the basic cell region (left side in the figure). Part) of the gate oxide film 9 is removed by wet etching.

次に、フォトレジスト膜41を除去した後、図10に示すように、基板1を熱酸化することによって、基本セル領域の基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の表面に膜厚2.5nm〜3nm程度の薄いゲート酸化膜9Aを形成する。このとき、容量素子領域および入出力バッファ回路領域の基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の表面に形成された前記酸化シリコン膜9が成長して膜厚6.5nm程度の厚いゲート酸化膜9Bとなる。この後、ゲート酸化膜9A、9Bに窒化処理を施しても良い。   Next, after removing the photoresist film 41, as shown in FIG. 10, the substrate 1 is thermally oxidized to form a film thickness on the surface of the substrate 1 (p-type well 7 and n-type well 8) in the basic cell region. A thin gate oxide film 9A having a thickness of about 2.5 nm to 3 nm is formed. At this time, the silicon oxide film 9 formed on the surface of the substrate 1 (p-type well 7 and n-type well 8) in the capacitive element region and the input / output buffer circuit region grows to form a thick gate having a thickness of about 6.5 nm. The oxide film 9B is formed. Thereafter, nitriding treatment may be performed on the gate oxide films 9A and 9B.

次に、図11に示すように、基板1上にCVD法で膜厚70nm程度の多結晶シリコン膜42を堆積した後、図12に示すように、基本セル領域のp型ウエル7の上部、容量素子領域の基板1(n型ウエル8)の上部および入出力バッファ回路領域のp型ウエル7の上部を例えばフォトレジスト膜43で覆い、基本セル領域のn型ウエル8の上部の多結晶シリコン膜42および入出力バッファ回路領域のn型ウエル8の上部の多結晶シリコン膜42にp型不純物(B)をイオン注入する。   Next, as shown in FIG. 11, after depositing a polycrystalline silicon film 42 having a thickness of about 70 nm on the substrate 1 by the CVD method, as shown in FIG. 12, the upper portion of the p-type well 7 in the basic cell region, The upper part of the substrate 1 (n-type well 8) in the capacitive element region and the upper part of the p-type well 7 in the input / output buffer circuit region are covered with, for example, a photoresist film 43, and polycrystalline silicon on the upper part of the n-type well 8 in the basic cell region. A p-type impurity (B) is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 42 above the film 42 and the n-type well 8 in the input / output buffer circuit region.

上記p型不純物のイオン注入は、基本セル2の一部を構成するpチャネル型MISFETQpのゲート電極10Bおよび入出力バッファ回路4の一部を構成するpチャネル型MISFETQpのゲート電極10Dをp型にするために行う。 The ion implantation of the p-type impurity is performed by using the gate electrode 10B of the p-channel type MISFET Qp 1 constituting a part of the basic cell 2 and the gate electrode 10D of the p-channel type MISFET Qp 4 constituting a part of the input / output buffer circuit 4 as p. To make a mold.

次に、フォトレジスト膜43を除去した後、図13に示すように、基本セル領域のn型ウエル8の上部および入出力バッファ回路領域のn型ウエル8の上部をフォトレジスト膜44で覆い、基本セル領域のp型ウエル7の上部の多結晶シリコン膜42、容量素子領域の基板1(n型ウエル8)の上部の多結晶シリコン膜42および入出力バッファ回路領域のp型ウエル7の上部の多結晶シリコン膜42にn型不純物(As)をイオン注入する。   Next, after removing the photoresist film 43, as shown in FIG. 13, the upper portion of the n-type well 8 in the basic cell region and the upper portion of the n-type well 8 in the input / output buffer circuit region are covered with a photoresist film 44. The polycrystalline silicon film 42 above the p-type well 7 in the basic cell region, the polycrystalline silicon film 42 above the substrate 1 (n-type well 8) in the capacitive element region, and the upper portion of the p-type well 7 in the input / output buffer circuit region. An n-type impurity (As) is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 42.

上記n型不純物のイオン注入は、基本セル2の他の一部を構成するnチャネル型MISFETQnのゲート電極10Aおよび入出力バッファ回路4の他の一部を構成するnチャネル型MISFETQnのゲート電極10Cをn型にするために行う。また、このイオン注入によって容量素子Cのゲート電極10Eがn型になるため、容量素子Cを構成するpチャネル型MISFETのしきい値電圧が高くなる(前記図6参照)。 The ion implantation of the n-type impurity is performed by the gate electrode 10A of the n-channel type MISFET Qn 1 constituting the other part of the basic cell 2 and the gate of the n-channel type MISFET Qn 4 constituting the other part of the input / output buffer circuit 4. This is done to make the electrode 10C n-type. Further, since the gate electrode 10E of the capacitor C 1 by the ion implantation is n-type, the threshold voltage of the p-channel type MISFET composing the capacitor C 1 increases (see FIG. 6).

このように、上記の製造方法では、nチャネル型MISFETQnのゲート電極10Aおよびnチャネル型MISFETQnのゲート電極10Cをn型にするためのイオン注入工程を利用して容量素子Cのゲート電極10Eにn型不純物を導入する。すなわち、上記の製造方法では、容量素子Cのゲート電極10Eにn型不純物を導入するに際して、別途フォトマスクを用意したり、イオン注入を行ったりする必要はなく、製造工程を増やさずに容量素子Cのゲート電極10Eにn型不純物を導入することができる。 As described above, in the above manufacturing method, the gate electrode of the capacitive element C 1 is utilized by using the ion implantation process for making the gate electrode 10A of the n-channel type MISFET Qn 1 and the gate electrode 10C of the n-channel type MISFET Qn 4 n-type. An n-type impurity is introduced into 10E. That is, in the above-described manufacturing method, when introducing an n-type impurity into the gate electrode 10E of the capacitor element C 1, or preparing a photomask separately, it is not necessary or by ion implantation, the capacitance without increasing the manufacturing process can be n-type impurities are introduced into the gate electrode 10E of the element C 1.

次に、フォトレジスト膜44を除去した後、図14に示すように、多結晶シリコン膜42の上部にスパッタリング法で膜厚5nm程度のWN膜45および膜厚100nm程度のW膜46を堆積し、さらにその上部にCVD法で膜厚50nm程度のキャップ絶縁膜である窒化シリコン膜15を堆積する。   Next, after removing the photoresist film 44, as shown in FIG. 14, a WN film 45 having a thickness of about 5 nm and a W film 46 having a thickness of about 100 nm are deposited on the polycrystalline silicon film 42 by sputtering. Further, a silicon nitride film 15 which is a cap insulating film having a film thickness of about 50 nm is deposited thereon by CVD.

次に、図15に示すように、フォトレジスト膜47をマスクにして窒化シリコン膜15、W膜46、WN膜45および多結晶シリコン膜42を順次ドライエッチングすることによって、基本セル領域にゲート電極10A、10Bを形成し、入出力バッファ回路にゲート電極10C、10Dを形成し、容量素子領域にゲート電極10Eを形成する。なお、ゲート電極10A〜10Eは、ポリメタル以外の材料、例えば多結晶シリコン膜で形成したり、多結晶シリコン膜の上部にタングステンシリサイド(WSi)膜を積層したポリサイド膜で形成したりしてもよい。   Next, as shown in FIG. 15, the silicon nitride film 15, the W film 46, the WN film 45, and the polycrystalline silicon film 42 are sequentially dry-etched using the photoresist film 47 as a mask to form a gate electrode in the basic cell region. 10A and 10B are formed, gate electrodes 10C and 10D are formed in the input / output buffer circuit, and a gate electrode 10E is formed in the capacitor element region. The gate electrodes 10A to 10E may be formed of a material other than polymetal, for example, a polycrystalline silicon film, or a polycide film in which a tungsten silicide (WSi) film is stacked on the polycrystalline silicon film. .

次に、フォトレジスト膜47を除去した後、図16に示すように、図示しないフォトレジスト膜をマスクにして基本セル領域のn型ウエル8および入出力バッファ回路領域のn型ウエル8にp型不純物(例えばB)をイオン注入することによってp型半導体領域12を形成し、基本セル領域のp型ウエル7、容量素子領域のn型ウエル8および入出力バッファ回路領域のp型ウエル7にn型不純物(例えばP)をイオン注入することによってn型半導体領域11を形成する。n型半導体領域11およびp型半導体領域12は、基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)、容量素子Cを構成するMISFETおよび入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)をLDD(Lightly Doped Drain)構造にするために形成する。 Next, after removing the photoresist film 47, as shown in FIG. 16, the n-type well 8 in the basic cell region and the n-type well 8 in the input / output buffer circuit region are p-typed using a photoresist film (not shown) as a mask. Impurity ions (for example, B) are ion-implanted to form a p type semiconductor region 12. The p type well 7 in the basic cell region, the n type well 8 in the capacitive element region, and the p type well 7 in the input / output buffer circuit region are formed. An n type semiconductor region 11 is formed by ion implantation of an n type impurity (for example, P). The n type semiconductor region 11 and the p type semiconductor region 12 include a MISFET (Qn 1 , Qp 1 ) constituting the basic cell 2, a MISFET constituting the capacitive element C 1 , and a MISFET (Qn constituting the input / output buffer circuit 4). 4 , Qp 4 ) to form an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

次に、図17に示すように、基板1上に例えばCVD法で堆積した窒化シリコン膜(図示せず)を異方的にエッチングしてゲート電極10A〜10Eの側壁にサイドウォールスペーサ16を形成した後、図示しないフォトレジスト膜をマスクにして基本セル領域のn型ウエル8および入出力バッファ回路領域のn型ウエル8にp型不純物(例えばB)をイオン注入することによってp型半導体領域(ソース、ドレイン)14を形成し、基本セル領域のp型ウエル7、容量素子領域のn型ウエル8および入出力バッファ回路領域のp型ウエル7にn型不純物(例えばP)をイオン注入することによってn型半導体領域(ソース、ドレイン)13を形成する。ここまでの工程により、基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)および容量素子Cが完成する。 Next, as shown in FIG. 17, a silicon nitride film (not shown) deposited on the substrate 1 by, eg, CVD is anisotropically etched to form sidewall spacers 16 on the sidewalls of the gate electrodes 10A to 10E. after, p + -type semiconductor region by ion implantation of p-type impurities (e.g., B) to the n-type well 8 of the n-type well 8 and the output buffer circuit area of the basic cell region by using a photoresist film (not shown) as a mask (Source, drain) 14 is formed, and n-type impurities (for example, P) are ion-implanted into the p-type well 7 in the basic cell region, the n-type well 8 in the capacitive element region, and the p-type well 7 in the input / output buffer circuit region. As a result, an n + type semiconductor region (source, drain) 13 is formed. Through the steps so far, the MISFET (Qn 1 , Qp 1 ) constituting the basic cell 2, the MISFET (Qn 4 , Qp 4 ) constituting the input / output buffer circuit 4 and the capacitive element C 1 are completed.

次に、図18に示すように、基板1上にCVD法で酸化シリコン膜17を堆積し、続いてフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜17にコンタクトホール18〜22を形成した後、コンタクトホール18〜22の内部にプラグ電極23を形成する。プラグ電極23を形成するには、例えばコンタクトホール18〜22の内部および酸化シリコン膜17の上部にCVD法でTiN膜23aおよびW膜23bを堆積した後、コンタクトホール18〜22の外部のW膜23bおよびTiN膜23aを化学機械研磨法で除去する。   Next, as shown in FIG. 18, a silicon oxide film 17 is deposited on the substrate 1 by a CVD method, and then contact holes 18 are formed in the silicon oxide film 17 by dry etching using a photoresist film (not shown) as a mask. After forming ˜22, the plug electrode 23 is formed inside the contact holes 18-22. In order to form the plug electrode 23, for example, a TiN film 23a and a W film 23b are deposited by the CVD method in the contact holes 18-22 and on the silicon oxide film 17, and then the W film outside the contact holes 18-22. The 23b and TiN film 23a are removed by a chemical mechanical polishing method.

次に、図19に示すように、酸化シリコン膜17の上部にCVD法で酸化シリコン膜31を堆積した後、フォトレジスト膜(図示せず)をマスクにしたドライエッチングで酸化シリコン膜31に配線溝48〜54を形成する。   Next, as shown in FIG. 19, after depositing a silicon oxide film 31 on the silicon oxide film 17 by a CVD method, wiring is performed on the silicon oxide film 31 by dry etching using a photoresist film (not shown) as a mask. Grooves 48 to 54 are formed.

その後、配線溝48〜54の内部に第1層目の配線24〜30を形成することによって、前記図5に示すCMOSゲートアレイが得られる。第1層目の配線24〜30を形成するには、例えば配線溝48〜54の内部および酸化シリコン膜31の上部にCVD法でTiN膜およびW膜を堆積した後、配線溝48〜54の外部のW膜およびTiN膜を化学機械研磨法で除去する。また、第1層目の配線24〜30は、配線溝48〜54の内部および酸化シリコン膜31の上部にTaN膜を形成し、TaN膜上にCuシード膜を形成した後、例えばメッキ法によりCu膜を形成し、その後Cuシード膜、Cu膜を化学機械研磨法で除去する。   Thereafter, the first layer wirings 24 to 30 are formed in the wiring grooves 48 to 54, thereby obtaining the CMOS gate array shown in FIG. In order to form the first layer wirings 24 to 30, for example, a TiN film and a W film are deposited by CVD in the wiring grooves 48 to 54 and on the silicon oxide film 31, and then the wiring grooves 48 to 54 are formed. The external W film and TiN film are removed by a chemical mechanical polishing method. The first-layer wirings 24 to 30 are formed by forming a TaN film inside the wiring grooves 48 to 54 and on the silicon oxide film 31 and forming a Cu seed film on the TaN film. A Cu film is formed, and then the Cu seed film and Cu film are removed by a chemical mechanical polishing method.

本実施形態によれば、PLL回路3の容量素子Cの一部を構成するゲート酸化膜9Bを入出力バッファ回路4のMISFET(Qn,Qp)の一部を構成するゲート酸化膜9Bを同じ厚い膜厚で構成することにより、CMOSゲートアレイを微細化してもリーク電流の少ない容量素子Cを得ることができる。 According to this embodiment, the gate oxide film 9B constituting a part of a MISFET of the gate oxide film 9B the output buffer circuit 4 constituting a part of the capacitor element C 1 in the PLL circuit 3 (Qn 4, Qp 4) the by configuring the same large thickness, it can be miniaturized CMOS gate array to obtain a capacitor element C 1 low leakage current.

また、本実施形態によれば、フォトマスクの枚数やイオン注入工程を増やすことなく、上記容量素子Cを形成することができる。 Further, according to this embodiment, without increasing the number and ion implantation process of the photomask, it is possible to form the capacitor element C 1.

(実施の形態2)
前述したPLL回路3の容量素子Cは、図20に示すようなnチャネル型MISFETで構成してもよい。この容量素子Cは、基板1のp型ウエル7に形成され、主としてゲート酸化膜9B、ゲート電極10Eおよびn型半導体領域13によって構成される。
(Embodiment 2)
Capacitive element C 1 of the PLL circuit 3 described above may be constituted by n-channel type MISFET as shown in FIG. 20. The capacitive element C 1 is formed in the p-type well 7 of the substrate 1 and is mainly composed of the gate oxide film 9 B, the gate electrode 10 E, and the n + -type semiconductor region 13.

上記容量素子Cのゲート酸化膜9Bは、リーク電流を低減するために、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)のゲート酸化膜9Bと同じ厚い膜厚(例えば6.5nm)で形成される。また、上記容量素子Cは、低い電源電圧でも安定に動作するよう、p型ウエル7にn型不純物(例えばAs)がドープされ、nチャネル型MISFETのしきい値電圧が、他のnチャネル型MISFETQnのしきい値電圧よりも下げられている。 A gate oxide film 9B of the capacitive element C 1, in order to reduce the leakage current, output the same large thickness as the gate oxide film 9B of MISFET constituting the buffer circuit 4 (Qn 4, Qp 4) ( e.g., 6. 5 nm). Further, the capacitive element C 1 is to operate stably even at a low supply voltage, n-type impurity (e.g., As) is doped to the p-type well 7, the threshold voltage of the n-channel type MISFET, other n-channel It has been lowered than the threshold voltage of the type MISFET Qn 4.

図21は、nチャネル型MISFETで構成された上記容量素子CのVg−C特性を示す図である。 Figure 21 is a diagram showing the Vg-C characteristic of the capacitive element C 1, which is composed of n-channel type MISFET.

上記容量素子Cは、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)と同じ厚い膜厚のゲート酸化膜9Bを使用しているため、薄い膜厚のゲート酸化膜9Aを使用した場合に比べてリーク電流が減少する。その反面、nチャネル型MISFETの反転領域を容量素子として使用する場合は、図21の破線で示すように、ゲート酸化膜厚の増加によってしきい値電圧が高くなるので、ゲート入力電圧が低い領域において安定した容量が得られなくなる。そこで、p型ウエル7にn型不純物(例えばAs)をドープし、nチャネル型MISFETのしきい値電圧を低くすることにより、図21の実線で示すように、ゲート入力電圧が低い領域でも安定した容量が得られるようになる。 Since the capacitor element C 1 uses the gate oxide film 9B having the same thickness as that of the MISFETs (Qn 4 , Qp 4 ) constituting the input / output buffer circuit 4, the gate oxide film 9A having a thin thickness is used. Compared with the case, the leakage current is reduced. On the other hand, when the inversion region of the n-channel type MISFET is used as a capacitive element, the threshold voltage increases as the gate oxide film thickness increases as shown by the broken line in FIG. In this case, a stable capacity cannot be obtained. Therefore, the p-type well 7 is doped with an n-type impurity (for example, As), and the threshold voltage of the n-channel MISFET is lowered to stabilize the gate input voltage even in a low region as shown by the solid line in FIG. Capacity will be obtained.

nチャネル型MISFETで構成された上記容量素子Cは、次のような方法で形成する。 the capacitive element C 1, which is composed of n-channel type MISFET is formed by the following method.

まず、図22に示すように、基板1の素子分離領域に素子分離溝5を形成した後、図示しないフォトレジスト膜をマスクにして基板1の一部にn型不純物(例えばP)をイオン注入し、他の一部にp型不純物(例えばB)をイオン注入した後、基板1を熱処理して上記不純物を拡散させることにより、p型ウエル7およびn型ウエル8を形成する。このとき、本実施の形態では、容量素子領域の基板1にp型ウエル7を形成する。   First, as shown in FIG. 22, after element isolation trenches 5 are formed in the element isolation region of the substrate 1, an n-type impurity (for example, P) is ion-implanted into a part of the substrate 1 using a photoresist film (not shown) as a mask. Then, after p-type impurities (for example, B) are ion-implanted into other parts, the substrate 1 is heat-treated to diffuse the impurities, thereby forming the p-type well 7 and the n-type well 8. At this time, in this embodiment, the p-type well 7 is formed in the substrate 1 in the capacitive element region.

次に、図23に示すように、基本セル領域の上部および入出力バッファ回路領域の上部をフォトレジスト膜60で覆い、容量素子領域の基板1であるp型ウエル7にn型不純物(As)をイオン注入する。このイオン注入は、容量素子Cを構成するnチャネル型MISFETのしきい値電圧を下げるために行う。 Next, as shown in FIG. 23, the upper part of the basic cell region and the upper part of the input / output buffer circuit region are covered with a photoresist film 60, and an n-type impurity (As) is added to the p-type well 7 which is the substrate 1 in the capacitive element region. Ion implantation. This ion implantation is performed in order to lower the threshold voltage of the n-channel type MISFET composing the capacitor C 1.

次に、フォトレジスト膜60を除去した後、図24に示すように、基板1を熱酸化することによって、基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の表面に膜厚2.5nm〜3nm程度の薄いゲート酸化膜9Aを形成する。   Next, after removing the photoresist film 60, the substrate 1 is thermally oxidized as shown in FIG. A thin gate oxide film 9A of about 3 nm is formed.

次に、図25に示すように、基本セル領域の基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の上部を窒化シリコンのような耐酸化性の絶縁膜61で覆った状態で基板1を熱酸化する。このとき、容量素子領域および入出力バッファ回路領域の基板1(p型ウエル7およびn型ウエル8)の表面に形成された前記酸化シリコン膜9Aが成長して膜厚6.5nm程度の厚いゲート酸化膜9Bとなる。なお、膜厚の異なる上記2種のゲート酸化膜9A、9Bは、前記実施の形態1と同じ方法で形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 25, the substrate 1 is covered with an oxidation-resistant insulating film 61 such as silicon nitride covering the upper portion of the substrate 1 (p-type well 7 and n-type well 8) in the basic cell region. Thermal oxidation. At this time, the silicon oxide film 9A formed on the surface of the substrate 1 (p-type well 7 and n-type well 8) in the capacitive element region and the input / output buffer circuit region grows to form a thick gate having a thickness of about 6.5 nm. The oxide film 9B is formed. The two types of gate oxide films 9A and 9B having different thicknesses may be formed by the same method as in the first embodiment.

その後、基本セル領域の絶縁膜61を除去し、さらに前記実施の形態1の図11〜図17に示す工程に従って、基本セル2を構成するMISFET(Qn,Qp)、入出力バッファ回路4を構成するMISFET(Qn,Qp)および容量素子Cを形成する。 Thereafter, the insulating film 61 in the basic cell region is removed, and the MISFETs (Qn 1 , Qp 1 ) and the input / output buffer circuit 4 that constitute the basic cell 2 according to the steps shown in FIGS. 11 to 17 of the first embodiment. MISFETs (Qn 4 , Qp 4 ) and a capacitive element C 1 are formed.

このように、nチャネル型MISFETで容量素子Cを構成した場合においても、その一部を構成するゲート酸化膜9Bを入出力バッファ回路4のMISFET(Qn,Qp)と同じ厚いゲート酸化膜9Bで構成することにより、リーク電流を低減することができる。 As described above, even when the capacitive element C 1 is configured by the n-channel type MISFET, the gate oxide film 9B constituting a part of the capacitive element C 1 has the same thick gate oxidation as the MISFET (Qn 4 , Qp 4 ) of the input / output buffer circuit 4. By using the film 9B, leakage current can be reduced.

また、p型ウエル7にnチャネル型MISFETで構成された容量素子Cを形成する場合は、このnチャネル型MISFETのしきい値電圧を調整するためのイオン注入工程とフォトマスクとが別途必要になる(図23参照)。しかし、nチャネル型MISFETの反転領域を使用する本実施の形態の容量素子Cは、pチャネル型MISFETの蓄積領域を使用する容量素子に比べると、ゲート入力電圧が低い領域においてより安定した容量が得られるという利点がある。 In the case of forming a capacitive element C 1 to the p-type well 7 composed of n-channel type MISFET, and is required separately ion implantation process and the photomask for adjusting the threshold voltage of the n-channel type MISFET (See FIG. 23). However, the capacitor C 1 of this embodiment uses the inversion region of the n-channel type MISFET, as compared to a capacitive element that uses an accumulation region of p-channel type MISFET, the gate input voltage more stable at low area capacitance There is an advantage that can be obtained.

(実施の形態3)
前記実施の形態1、2では、CMOSゲートアレイに適用した場合について説明したが、例えば図26に示すような、論理ブロック、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)などのマクロセルを備えたスタンダードセル方式の特定用途向けLSIに適用することもできる。この場合も、入出力バッファ回路4を構成するMISFET、あるいはDRAMやSRAMのメモリセルを構成するMISFETQM,QSと同じ厚いゲート酸化膜9Bを使ってアナログPLL回路内のアナログ回路用容量素子を形成することにより、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the case where the present invention is applied to a CMOS gate array has been described. For example, as shown in FIG. 26, a macro cell such as a logic block, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), or the like. The present invention can also be applied to a standard cell LSI for specific applications having Also in this case, the capacitor element for the analog circuit in the analog PLL circuit is formed using the thick gate oxide film 9B which is the same as the MISFET constituting the input / output buffer circuit 4 or the MISFETs QM and QS constituting the memory cell of DRAM or SRAM. Thus, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、ゲートアレイやスタンダードセルだけでなく、例えばマイクロコンピュータ(マイコン)など、ゲート酸化膜厚の異なる2種以上のMISFETを使って回路を構成するLSIに広く適用することができる。例えばマイクロコンピュータの場合は、マイクロプロセッサユニットを構成するMISFETの薄いゲート酸化膜9Aではなく、入出力バッファ回路やメモリ回路を構成するMISFETと同じ厚いゲート酸化膜9Bを使ってアナログPLL回路内のアナログ回路用容量素子を形成すればよい。   Further, the present invention can be widely applied not only to gate arrays and standard cells but also to LSIs that form circuits using two or more MISFETs having different gate oxide film thicknesses, such as microcomputers. For example, in the case of a microcomputer, the analog gate in the analog PLL circuit is not formed by using the gate oxide film 9B which is the same as the MISFET constituting the input / output buffer circuit and the memory circuit, instead of the thin gate oxide film 9A of the MISFET constituting the microprocessor unit. A circuit capacitor element may be formed.

また、本発明の適用対象となる容量素子は、上記したアナログPLL回路内のアナログ回路用容量素子に限定されるものではなく、例えば図27に示すような、アナログ回路またはデジタル回路の電源ライン(Vdd、Vss)間にノイズ対策として接続される電源安定化容量素子Cや、図28に示すような、フィルタ容量素子Cなどに適用することもできる。 The capacitive element to which the present invention is applied is not limited to the analog circuit capacitive element in the analog PLL circuit described above. For example, as shown in FIG. Vdd, Vss) power supply and stabilizing capacitive element C 2, which is connected as a noise countermeasure between, as shown in FIG. 28 can also be applied to a filter capacitor element C 3.

厚いゲート酸化膜9Bを使って容量素子を形成した場合、リーク電流を低減することができる反面、薄いゲート酸化膜9Aを使って容量素子を形成した場合に比べて単位面積当たりの容量は小さくなる。従って、容量素子の使用目的に応じてゲート酸化膜の膜厚を使い分ける必要がある。   When the capacitive element is formed using the thick gate oxide film 9B, the leakage current can be reduced. On the other hand, the capacitance per unit area is smaller than when the capacitive element is formed using the thin gate oxide film 9A. . Therefore, the thickness of the gate oxide film needs to be properly used according to the purpose of use of the capacitive element.

図29(a)に示すように、チップ面積が大きく、回路消費電力も大きいような場合は、例えばアナログPLL回路内の容量素子Cおよび電源安定化容量素子Cは、共に厚いゲート酸化膜9Bを使って形成する。この場合、アナログPLL回路内の容量素子Cは、低い電圧でも安定した容量が得られるよう、pチャネル型MISFETで構成するが、電源安定化容量素子Cは、ゲート電極を電源(Vdd)に固定するので、pチャネル型MISFETでもnチャネル型MISFETでもよい。 As shown in FIG. 29 (a), a large chip area, when the circuit power consumption is also large such, for example capacitive element C 1 and the power supply stabilizing capacitor element C 2 in the analog PLL circuit are both thick gate oxide film It is formed using 9B. In this case, the capacitor element C 1 in the analog PLL circuit, so that stable capacitance even at a low voltage is obtained, and constitute a p-channel type MISFET, the power supply stabilizing capacitor element C 2 is the gate electrode power supply (Vdd) Therefore, a p-channel MISFET or an n-channel MISFET may be used.

また、図29(b)に示すように、チップ面積が小さく、回路消費電力も小さいような場合は、例えばリーク電流が特に問題となるアナログPLL回路内の容量素子Cのみ厚いゲート酸化膜9Bを使ったpチャネル型MISFETで構成し、電源安定化容量素子Cは、その面積を小さくするために薄いゲート酸化膜9Aを使用する。この場合も電源安定化容量素子Cは、ゲート電極を電源(Vdd)に固定するので、pチャネル型MISFETでもnチャネル型MISFETでもよい。 Further, as shown in FIG. 29 (b), a small chip area, if such be the circuit power consumption low, for example, the capacitive element C 1 only thick gate oxide film 9B in the analog PLL circuit leakage current is particularly problematic constituted by p-channel type MISFET using, power supply stabilizing capacitor element C 2 uses a thin gate oxide film 9A in order to reduce its area. Power supply stabilizing capacitor element C 2 In this case, since to secure the gate electrode to a power source (Vdd), may be n-channel type MISFET any p-channel type MISFET.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

本発明は、MISFETで構成された容量素子を有する半導体集積回路装置の製造に適用して有用な技術である。   The present invention is a technique useful when applied to the manufacture of a semiconductor integrated circuit device having a capacitive element composed of MISFETs.

本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイを示す半導体チップの平面図である。It is a top view of the semiconductor chip which shows the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイのアナログPLL回路を示す図である。It is a figure which shows the analog PLL circuit of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 図2に示すアナログPLL回路内のチャージポンプ回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a charge pump circuit in the analog PLL circuit shown in FIG. 2. (a)は、本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの入力バッファ回路を示す図、(b)は、同じく出力バッファ回路を示す図である。(A) is a figure which shows the input buffer circuit of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention, (b) is a figure which similarly shows an output buffer circuit. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイを示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 図2に示すチャージポンプ回路内の容量素子のVg−C特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-C characteristic of the capacitive element in the charge pump circuit shown in FIG. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2であるCMOSゲートアレイを示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the CMOS gate array which is Embodiment 2 of this invention. nチャネル型MISFETで構成された容量素子のVg−C特性を示す図である。It is a figure which shows the Vg-C characteristic of the capacitive element comprised by n channel type MISFET. 本発明の実施の形態2であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2であるCMOSゲートアレイの製造方法を示す半導体基板の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the manufacturing method of the CMOS gate array which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3であるスタンダードセルを示す半導体チップの平面図である。It is a top view of the semiconductor chip which shows the standard cell which is Embodiment 3 of this invention. 本発明の他の実施の形態である電源安定化容量素子を示す図である。It is a figure which shows the power supply stabilization capacitive element which is other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態であるフィルタ容量素子を示す図である。It is a figure which shows the filter capacitive element which is other embodiment of this invention. (a)、(b)は、容量素子の使用目的に応じたゲート酸化膜厚の使い分け方法の具体例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the specific example of the usage method of the gate oxide film thickness according to the use purpose of a capacitive element.

符号の説明Explanation of symbols

1A 半導体チップ
1 半導体基板
2 基本セル
3 アナログPLL回路
4 入出力(I/O)バッファ回路
5 素子分離溝
6 酸化シリコン膜
7 p型ウエル
8 n型ウエル
9 ゲート酸化膜
9A ゲート酸化膜(薄いゲート酸化膜)
9B ゲート酸化膜(厚いゲート酸化膜)
10A〜10E ゲート電極
11 n型半導体領域
12 p型半導体領域
13 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
14 p型半導体領域(ソース、ドレイン)
15 窒化シリコン膜
16 サイドウォールスペーサ
17 酸化シリコン膜
18〜22 コンタクトホール
23 プラグ電極
24〜30 配線
31 酸化シリコン膜
41 フォトレジスト膜
42 多結晶シリコン膜
43、44 フォトレジスト膜
45 WN膜
46 W膜
47 フォトレジスト膜
48〜54 配線溝
60 フォトレジスト膜
61 絶縁膜
BP ボンディングパッド
〜C容量素子
C.C.O. 発振回路
C.P. チャージポンプ回路
PFC 位相比較器
TI 時間−電流変換回路
VI〜VI 電圧−電流変換回路
1A semiconductor chip 1 semiconductor substrate 2 basic cell 3 analog PLL circuit 4 input / output (I / O) buffer circuit 5 element isolation groove 6 silicon oxide film 7 p-type well 8 n-type well 9 gate oxide film 9A gate oxide film (thin gate) Oxide film)
9B Gate oxide film (thick gate oxide film)
10A to 10E Gate electrode 11 n type semiconductor region 12 p type semiconductor region 13 n + type semiconductor region (source, drain)
14 p + type semiconductor region (source, drain)
15 Silicon nitride film 16 Side wall spacer 17 Silicon oxide film 18 to 22 Contact hole 23 Plug electrodes 24 to 30 Wiring 31 Silicon oxide film 41 Photoresist film 42 Polycrystalline silicon films 43 and 44 Photoresist film 45 WN film 46 W film 47 The photoresist film 48 to 54 wiring groove 60 a photoresist film 61 insulating film BP bonding pad C 1 -C 3 capacitive element C. C. O. Oscillator C. P. Charge pump circuit PFC Phase comparator TI Time-current conversion circuit VI 1 to VI 3 Voltage-current conversion circuit

Claims (9)

半導体基板の第1MISFET形成領域、第2MISFET形成領域、第3MISFET形成領域および容量素子形成領域に、それぞれ第1MISFET、第2MISFET、第3MISFETおよび容量素子を備える半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記第1MISFET形成領域、前記第3MISFET形成領域および前記容量素子形成領域の前記半導体基板に、それぞれ第2導電型の第1、第3および第4ウエルを形成する工程、
(b)前記第2MISFET形成領域の前記半導体基板に前記第2導電型とは反対の導電型である第1導電型の第2ウエルを形成する工程、
(c)前記(a)工程後に、前記第3ウエルに第1導電型を示す不純物を導入する工程、
(d)前記第1、第2、第3および第4ウエル上に、第2ゲート絶縁膜を形成した後、前記第1ウエル上の前記第2ゲート絶縁膜を除去する工程、
(e)前記(d)工程の後、前記第1ウエル上に、前記第2ゲート絶縁膜よりも膜厚の薄い第1ゲート絶縁膜を形成する工程、
(f)前記第1ゲート絶縁膜上および前記第2ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成する工程、
(g)前記多結晶シリコン膜に選択的にイオン注入した後、前記多結晶シリコン膜を選択的にパターニングすることで、前記第1MISFET形成領域の前記第1ゲート絶縁膜上に第1導電型の第1ゲート電極を形成し、前記第2MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第2導電型の第2ゲート電極を形成し、前記容量素子形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第3ゲート電極を形成し、且つ、前記第3MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第4ゲート電極を形成する工程、
(h)前記(g)工程後に、前記第1、第3および第4ウエルにイオン注入することで、それぞれ第1導電型の第1、第3および第4半導体領域を形成する工程、
(i)前記(g)工程後に、前記第2ウエルにイオン注入することで、第2導電型の第2半導体領域を形成する工程、
(j)前記(h)工程および(i)工程後に、前記第1、第2、第3および第4ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程、
(k)前記(j)工程後に、前記第1、第3および第4ウエルにイオン注入することで、第1導電型を示し、且つ、前記第1、第3および第4半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第5、第7および第8半導体領域を、それぞれ形成する工程、
(l)前記(j)工程後に、前記第2ウエルにイオン注入することで、第2導電型を示し、且つ、前記第2半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第6半導体領域を、それぞれ形成する工程、
を有し、
前記第3ウエルは、前記容量素子の二つの電極のうちの一方の電極として作用し、前記第3ゲート電極は、他方の電極として作用することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a first MISFET, a second MISFET, a third MISFET, and a capacitor element in a first MISFET formation region, a second MISFET formation region, a third MISFET formation region, and a capacitor element formation region of a semiconductor substrate, respectively.
(A) forming first, third, and fourth wells of second conductivity type on the semiconductor substrate in the first MISFET formation region, the third MISFET formation region, and the capacitive element formation region, respectively;
(B) forming a first conductivity type second well having a conductivity type opposite to the second conductivity type on the semiconductor substrate in the second MISFET formation region;
(C) after the step (a), introducing a first conductivity type impurity into the third well;
(D) forming a second gate insulating film on the first, second, third and fourth wells, and then removing the second gate insulating film on the first well;
(E) after the step (d) , forming a first gate insulating film having a thickness smaller than that of the second gate insulating film on the first well;
(F) forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
(G) After selectively implanting ions into the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is selectively patterned to form a first conductivity type on the first gate insulating film in the first MISFET formation region. A first gate electrode is formed, a second conductivity type second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the second MISFET formation region, and a second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the capacitor element formation region. Forming a first conductivity type third gate electrode, and forming a first conductivity type fourth gate electrode on the second gate insulating film in the third MISFET formation region;
(H) After the step (g), a step of forming first, third, and fourth semiconductor regions of the first conductivity type by implanting ions into the first, third, and fourth wells, respectively.
(I) a step of forming a second conductivity type second semiconductor region by ion implantation into the second well after the step (g);
(J) After the step (h) and the step (i), a step of forming a sidewall spacer on the side wall of the first, second, third and fourth gate electrodes,
(K) After the step (j), ions are implanted into the first, third, and fourth wells to show the first conductivity type and higher than the first, third, and fourth semiconductor regions. Forming each of fifth, seventh and eighth semiconductor regions having an impurity concentration;
(L) After the step (j), ion implantation is performed on the second well, thereby forming sixth semiconductor regions that exhibit the second conductivity type and have an impurity concentration higher than that of the second semiconductor region. The process of
Have
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the third well acts as one of the two electrodes of the capacitive element, and the third gate electrode acts as the other electrode.
半導体基板の第1MISFET形成領域、第2MISFET形成領域、第3MISFET形成領域および容量素子形成領域に、それぞれ第1MISFET、第2MISFET、第3MISFETおよび容量素子を備える半導体集積回路装置の製造方法であって、
(a)前記第1MISFET形成領域、前記第2MISFET形成領域および前記容量素子形成領域の前記半導体基板に、それぞれ第1導電型の第1、第2および第3ウエルを形成する工程、
(b)前記第3MISFET形成領域の前記半導体基板に、前記第1導電型とは反対の導電型である第2導電型の第4ウエルを形成する工程、
(c)前記第1、第2、第3および第4ウエル上に、第2ゲート絶縁膜を形成した後、前記第1ウエル上の前記第2ゲート絶縁膜を除去する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記第1ウエル上に、前記第2ゲート絶縁膜よりも膜厚の薄い第1ゲート絶縁膜を形成する工程、
(e)前記第1ゲート絶縁膜上および前記第2ゲート絶縁膜上に多結晶シリコン膜を形成する工程、
(f)前記多結晶シリコン膜に選択的にイオン注入した後、前記多結晶シリコン膜を選択的にパターニングすることで、前記第1MISFET形成領域の前記第1ゲート絶縁膜上に第2導電型の第1ゲート電極を形成し、前記第2MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第2導電型の第2ゲート電極を形成し、前記容量素子形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第3ゲート電極を形成し、且つ、前記第3MISFET形成領域の前記第2ゲート絶縁膜上に第1導電型の第4ゲート電極を形成する工程、
(g)前記(f)工程後に、前記第1および第2ウエルにイオン注入することで、それぞれ第2導電型の第1および第2半導体領域を形成する工程、
(h)前記(f)工程後に、前記第3および第4ウエルにイオン注入することで、それぞれ第1導電型の第3および第4半導体領域を形成する工程、
(i)前記(g)工程および(h)工程後に、前記第1、第2、第3および第4ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する工程、
(j)前記(i)工程後に、前記第1および第2ウエルにイオン注入することで、第2導電型を示し、且つ、前記第1および第2半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第5および第6半導体領域を、それぞれ形成する工程、
(k)前記(i)工程後に、前記第3および第4ウエルにイオン注入することで、第1導電型を示し、且つ、前記第3および第4半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第7および第8半導体領域を、それぞれ形成する工程、
を有し、
前記第3ウエルは、前記容量素子の二つの電極のうちの一方の電極として作用し、前記第3ゲート電極は、他方の電極として作用することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising a first MISFET, a second MISFET, a third MISFET, and a capacitor element in a first MISFET formation region, a second MISFET formation region, a third MISFET formation region, and a capacitor element formation region of a semiconductor substrate, respectively.
(A) forming first, second, and third wells of the first conductivity type on the semiconductor substrate in the first MISFET formation region, the second MISFET formation region, and the capacitive element formation region, respectively;
(B) forming a second well of a second conductivity type, which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, on the semiconductor substrate in the third MISFET formation region;
(C) forming a second gate insulating film on the first, second, third and fourth wells, and then removing the second gate insulating film on the first well;
(D) after the step (c) , forming a first gate insulating film having a thickness smaller than that of the second gate insulating film on the first well;
(E) forming a polycrystalline silicon film on the first gate insulating film and the second gate insulating film;
(F) After selectively implanting ions into the polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film is selectively patterned to form a second conductivity type on the first gate insulating film in the first MISFET formation region. A first gate electrode is formed, a second conductivity type second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the second MISFET formation region, and a second gate electrode is formed on the second gate insulating film in the capacitor element formation region. Forming a first conductivity type third gate electrode, and forming a first conductivity type fourth gate electrode on the second gate insulating film in the third MISFET formation region;
(G) A step of forming first and second semiconductor regions of the second conductivity type by implanting ions into the first and second wells after the step (f),
(H) After the step (f), a step of forming third and fourth semiconductor regions of the first conductivity type by implanting ions into the third and fourth wells, respectively.
(I) a step of forming sidewall spacers on the side walls of the first, second, third and fourth gate electrodes after the steps (g) and (h);
(J) After the step (i), a fifth conductivity is obtained by implanting ions into the first and second wells, thereby exhibiting a second conductivity type and having a higher impurity concentration than the first and second semiconductor regions. And forming a sixth semiconductor region,
(K) After the step (i), a seventh conductivity is obtained by implanting ions into the third and fourth wells, thereby exhibiting the first conductivity type and having a higher impurity concentration than the third and fourth semiconductor regions. And an eighth semiconductor region, respectively,
Have
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the third well acts as one of the two electrodes of the capacitive element, and the third gate electrode acts as the other electrode.
請求項1または2記載の半導体集積回路装置の製造方法において、さらに、
前記容量素子上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜中に、前記第7半導体領域と接続するプラグを形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記プラグと接続する配線を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device according to claim 1, further comprising:
Forming an insulating film on the capacitive element;
Forming a plug connected to the seventh semiconductor region in the insulating film;
Forming a wiring connected to the plug on the insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising:
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記第1および第5半導体領域は前記第1MISFETのソース・ドレイン領域を構成し、
前記第2および第6半導体領域は前記第2MISFETのソース・ドレイン領域を構成し、
前記第4および第8半導体領域は前記第3MISFETのソース・ドレイン領域を構成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 3,
The first and fifth semiconductor regions constitute source / drain regions of the first MISFET,
The second and sixth semiconductor regions constitute source / drain regions of the second MISFET,
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the fourth and eighth semiconductor regions constitute source / drain regions of the third MISFET.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、さらに、
前記第1、第2、第3および第4ゲート電極の前記多結晶シリコン膜上に、シリサイド膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 4,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising: forming a silicide film on the polycrystalline silicon film of the first, second, third, and fourth gate electrodes.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記第2ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜で形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 6,
The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the second gate insulating film is formed of a silicon oxide film.
請求項7記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記第2ゲート絶縁膜を形成する際に、窒化処理が施されることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to claim 7,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein nitriding is performed when forming the second gate insulating film.
請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体集積回路装置の製造方法において、
前記第1ゲート絶縁膜の膜厚は、3nm以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 8,
A method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, wherein the thickness of the first gate insulating film is 3 nm or less.
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