JP5161408B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係わり、特に、高耐圧なMOSトランジスタに好適な半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CMOSロジックトランジスタと不揮発性メモリとを混載する半導体装置では、不揮発性メモリの制御のために高い電圧が必要とされるため、高電圧を印加できるMOSトランジスタ素子(高耐圧トランジスタ)が必要である。このような高耐圧トランジスタの一例として、特開2000−299390号公報に示されているようなものが、提案されている。図8に、その断面図を示す。
【0003】
しかし、次のような二つの条件が重なった場合、上記した従来例のトランジスタでは、十分な耐圧が得られない場合があった。
【0004】
まず、第1の条件は、ウェル形成イオン注入時とソース・ドレイン(以下、SDという)形成イオン注入時の素子分離領域のシリコン酸化膜厚が大きく異なるということである。CMOSロジックトランジスタと不揮発性メモリとを混載する半導体装置では、不揮発性メモリのトランジスタ、不揮発性メモリの制御を行う高耐圧トランジスタ及びCMOSロジックトランジスタと多くのゲート酸化膜の膜厚の異なるMOSトランジスタが混在する。このため、ゲート酸化とそのゲート酸化膜のエッチングが複数回行われる。ゲート酸化膜のエッチングの際、同時に素子分離領域のシリコン酸化膜もエッチングされる。通常、ウェル形成イオン注入は、ゲート酸化前に行われ、SD形成イオン注入は、すべてのゲート酸化後に行われる。従って、ウェル形成イオン注入時とSD形成イオン注入時の素子分離領域のシリコン酸化膜厚が大きく異なるということになる。
【0005】
次に、第2の条件は、素子分離領域と接している素子領域端の傾きが緩やかであるということである。素子分離領域の形成が、1100℃程度の高温の熱酸化で行われた場合、もしくは、傾斜が緩やかになる条件でシリコン基板に溝を掘りシリコン酸化膜を埋め込む場合、素子分離領域と接している素子領域端の傾きが緩やかになる。
【0006】
このような二つの条件が重なった場合に十分な耐圧が得られない理由を、図9の断面図を用いて説明する。
【0007】
まず、図9の素子分離領域54の上部には、破線と実線の二つあるが、破線はウェル形成イオン注入時であり、実線はSD形成イオン注入時を示している。また、一点鎖線はウェル形成イオン注入でできた基板の不純物濃度が高いところを等高線60で結んだものであり、点線は高濃度SD領域56を示している。このように、シリコン基板表面の平らな部分での高濃度SD領域56と基板高濃度等高線60の距離をL1とすると、シリコン基板表面が素子分離領域にかかっている部分の高濃度SD領域56と基板高濃度等高線60の距離L2はL1よりも接近することとなる。このために、耐圧が低下するのである。
【0008】
また、別の方法として、特開平8−181223号公報に示されているものもある。その断面図を図10(a)に、平面図を図10(b)に示した。
【0009】
しかし、図11のような回路を形成する場合、本発明では、図2(b)のように回路を配置できるが、この従来例では、ゲート電極112が存在するために、このような配置は不可能であり、面積が増大し、コストの増加が見込まれる。
【0010】
さらに、この従来例では、高耐圧トランジスタのゲート酸化膜が、シリコン窒化膜のエッチングにさらされる。従来例のように50〜100nmといったような厚いゲート酸化膜の場合には適応できるが、膜厚が、20〜30nmのゲート酸化膜の場合には、信頼性の面や膜厚制御といった点から適応が困難である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改良し、特に、十分な耐圧を得ることを可能にした新規な半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
【0014】
即ち、本発明に係わる半導体装置の製造方法の第1態様は、CMOSトランジスタと不揮発性メモリと前記不揮発性メモリにデータを書き込むための高耐圧MOSトランジスタとが混載された半導体装置の製造方法であって、半導体基板上に形成された前記高耐圧MOSトランジスタのゲートの両側に、第1の不純物濃度の第1のソース・ドレイン領域を形成する第1の工程と、前記高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁を形成する第2の工程と、前記第2の工程の後、前記半導体基板全体を覆う膜を形成する第3の工程と、前記膜を形成した後、パターニングされたフォトレジストを用いて前記膜をエッチングし、前記CMOSトランジスタ又は不揮発性メモリのゲートの側壁を形成すると共に、前記高耐圧MOSトランジスタが形成される素子領域の端部を覆うための被覆部を形成する第4の工程と、前記第4の工程の後、前記フォトレジストを剥離する第5の工程と、前記第5の工程の後、前記被覆部が前記素子領域の端部を覆った状態で、前記第1の不純物濃度より高濃度な第2のソース・ドレイン領域を、前記第1のソース・ドレイン領域内に、前記第1のソース・ドレイン領域よりも浅く形成する第6の工程と、を含むものであり、叉、第2態様は、前記被覆部は、シリコン酸化膜であることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
CMOSロジックトランジスタと不揮発性メモリとを混載する半導体装置において、高電圧が印加されるMOSトランジスタ素子(高耐圧トランジスタ)の素子領域端22を覆うように、シリコン酸化膜10を設け、このシリコン酸化膜10がゲート電極12のサイドウォールと同一膜で形成されているものである。
【0016】
図1に、本発明によるトランジスタの断面図を、図2(a)に、その平面図を示す。これらの図に示すように、本発明では、素子領域端22が、シリコン酸化膜10で覆われているために、高ドーズSDイオン注入時に、素子領域端22で、高濃度SD領域16と基板中の高濃度領域とが接近することがなくなり、トランジスタのSD領域に印加する電圧を高くすることができるという効果が得られる。
【0017】
【実施例】
以下に、本発明に係わる半導体装置とその製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0018】
(第1の具体例)
図1〜図4は、本発明に係わる半導体装置とその製造方法の第1の具体例を示す図であって、これらの図には、
半導体基板8上に形成された素子分離領域14で画定された素子領域内に形成されたMOS型の半導体装置において、
前記素子領域の端部22を少なくとも覆うための被覆部10を設け、この被覆部10を前記半導体装置のゲート12の側壁の材料10と同一の材料で形成したことを特徴とする半導体装置が示されている。
【0019】
以下に、 図3、図4を用いて、本発明の第1の具体例を説明する。
【0020】
まず、素子領域のみにシリコン窒化膜を残した状態で1100℃程度の温度で熱酸化を行うことで、素子分離領域14をシリコン酸化膜で形成し、次に、シリコン窒化膜を除去する。シリコン窒化膜があった部分のシリコン酸化膜を除去し、再度、熱酸化により薄いシリコン酸化膜を形成した後、ウェルのイオン注入を行う。この状態が図3(a)である。
【0021】
次に、先ほどの薄いシリコン酸化膜をエッチングし、不揮発性メモリのトランジスタのゲート酸化、さらに、そのゲート酸化膜のエッチング、続いて、高耐圧トランジスタのゲート酸化を行った状態が、図3(b)に示されている。このとき、数回のシリコン酸化膜のエッチングにより素子分離領域14のシリコン酸化膜は薄くなっている。
【0022】
次に、ゲート電極膜をシリコン基板8上全体に形成し、フォトリソグラフィーとエッチングによりゲート電極12をパターニングする。つづいて、このゲート電極12をマスクとして低濃度SD領域18形成のためのイオン注入を行う。この状態が図3(c)である。
【0023】
次に、シリコン酸化膜10をシリコン基板8上全体に形成する。この状態が図3(d)である。
【0024】
次に、ゲート電極12および素子領域端22を覆い、シリコン基板8の表面が剥き出しになっている部分と素子分離領域14をオーバーラップしてシリコン酸化膜10が残るように、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト24のパターニングを行う。この状態が図4(a)である。
【0025】
次に、異方性エッチを行った状態が、図4(b)である。
【0026】
そして、フォトレジスト24の剥離後、高ドーズのイオン注入を行い、高濃度SD領域16を形成する。この状態が図4(c)である。
【0027】
その後、通常の配線工程を経て、半導体装置が完成する。
【0028】
上記した具体例では、素子分離の形成方法を熱酸化で行ったが、シリコン基板に溝を掘り、それをシリコン酸化膜で埋め込むものでも良い。
【0029】
また、前記具体例では、シリコン酸化膜10を素子領域端22に沿ってリング状に形成したが、素子分離領域14の全面を覆っても良い。
【0030】
又、上記具体例では、被覆部を高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁の材料と同一の材料で形成するように構成したが、高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁の材料と異なる材料で形成してもよい。
【0031】
なお、図11のような回路を形成する場合、本発明では、図2(b)のように回路を配置できるが、図10に示した従来例では、ゲート電極112が存在するために、このような配置は不可能であり、図10の従来例の場合、面積が増大し、コストの増加が見込まれる。従って、この点においても、本発明は、従来例に対して、優れた効果を有している。
【0032】
(第2の具体例)
図5〜図7は、本発明に係わる半導体装置の第2の具体例を示す図である。
【0033】
図5は、前記した高耐圧MOSトランジスタと共に混載されるCMOSトランジスタ200の一例を示した図である、上記した高耐圧MOSトランジスタとほぼ同様な工程で製造される。
【0034】
この具体例では、図1の高耐圧MOSトランジスタの素子領域の端部22を少なくとも覆うための被覆部10は、CMOSトランジスタ200のゲートの側壁の材料210又は不揮発性メモリのゲートの側壁の材料(図示していない)又は図1の高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁の材料10と同一の材料で形成するものである。
【0035】
従って、上記CMOSトランジスタのゲートの側壁、不揮発性メモリのゲートの側壁、高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁が、全て同一の材料で形成するようにしても良い。
【0036】
【発明の効果】
本発明に係わる半導体装置の製造方法は、上述のように構成したので、安定して、高い耐圧を確保することを可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる半導体装置の第1の具体例の断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の被覆部の形状を示す平面図である。
【図3】第1の具体例の製造工程を示す断面図である。
【図4】図3の続きの工程を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の具体例を説明するための図であり、高耐圧トランジスタと共に混載されるトランジスタの断面図である。
【図6】高耐圧トランジスタと共に混載されるトランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図7】図6の続きの工程を示す断面図である。
【図8】従来技術を示す断面図である。
【図9】従来技術を説明するための図である。
【図10】他の従来技術を示す断面図である。
【図11】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
8 シリコン基板
10 シリコン酸化膜(被覆部)
12 ゲート電極
14 素子分離領域
16 高濃度SD領域
18 低濃度SD領域
22 素子領域端
Claims (2)
- CMOSトランジスタと不揮発性メモリと前記不揮発性メモリにデータを書き込むための高耐圧MOSトランジスタとが混載された半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に形成された前記高耐圧MOSトランジスタのゲートの両側に、第1の不純物濃度の第1のソース・ドレイン領域を形成する第1の工程と、
前記高耐圧MOSトランジスタのゲートの側壁を形成する第2の工程と、
前記第2の工程の後、前記半導体基板全体を覆う膜を形成する第3の工程と、
前記膜を形成した後、パターニングされたフォトレジストを用いて前記膜をエッチングし、前記CMOSトランジスタ又は不揮発性メモリのゲートの側壁を形成すると共に、前記高耐圧MOSトランジスタが形成される素子領域の端部を覆うための被覆部を形成する第4の工程と、
前記第4の工程の後、前記フォトレジストを剥離する第5の工程と、
前記第5の工程の後、前記被覆部が前記素子領域の端部を覆った状態で、前記第1の不純物濃度より高濃度な第2のソース・ドレイン領域を、前記第1のソース・ドレイン領域内に、前記第1のソース・ドレイン領域よりも浅く形成する第6の工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 - 前記被覆部は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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