JPH02284461A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 単一の半導体チップ上に第１の厚さのゲート絶縁膜を有
する第１の半導体素子と第１の厚さより厚いゲート絶縁
膜を有する第２の半導体素子とを形成する半導体装置の
製造方法の改良、特に、しきい値電圧を制御するイオン
注入方法の改良に関し、 しきい値電圧を制御するだめの不純物イオン注入に使用
するマスク数を減少し、工程数を低減して経済的利益と
スループットとを向上するように改良することを目的と
し、 チャンネル形成領域にイオン注入をなして、第１の厚さ
のゲート絶縁膜を存する第１の半導体素子と、前記の第
１の厚さより厚いゲート絶縁膜を有する第２の半導体素
子とを有する半導体装置の製造方法において、前記の第
１および第２の半導体素子のチャンネル領域となるべき
部分に不純物を導入するに際し、前記の第１の半導体素
子のゲート絶縁膜をおおい、かつ、前記の第２の半導体
素子のゲート絶縁膜を露出するように形成されたマスク
を介して１ｔｉｌ記の第２の半導体素子のナヤンネル領
域となるべき部分に不純物を導入する丁４１ｊｉｊと、
前記の第１お青−び第２の半ノπ体素子のチャンネル領
域となるべき部分に、同時に不純物を導入する工程とを
含む半導体装置の製造方法をもって構成される。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、単一の半導体チップ１−に第１の厚さのゲー
ト絶縁膜を有する第１の半導体素子と第１の厚さより厚
いゲート絶縁ＩＩりを有する第２の半導体素子とを形成
する半導体装置の製造方法の改良、特に、しきい値電圧
を制？ｆｆ１ｌするイオン注入方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

第１のＪＶさのゲート箱組）１ジをイ１する第１のご１
′導体素子と第１の厚さより厚いゲート絶縁Ｉジをイ１
する第２の半導体素子とを？１′（−の半導体チップ＋
に形成する半導体装置の製造方法において、しきい値電
圧を制御するための従来のイオン注入方法について以下
に説明する。

第８し１参照 第８Ｍは、半導体層１に周知の方法を使用してフィール
ド絶縁膜２が形成され、第１の厚さのグー１絶縁縁朕を
有する第１の半導体素子形成領域１１に第１の厚さのゲ
ート絶縁膜５が形成され、第１の厚さより厚いゲート絶
紅膜を有する第２の半導体素子形成領域１２に第］の厚
さより厚いゲート絶縁膜３が形成された状態を示す。

第９図参照 レジスト（模を形成し、第１の半導体素子形成領域１１
に開［］を有するマスクを使用して露光・現像し、第１
の半導体素子形成領域１］を除く領域にレジスト股７を
形成し、不純物をイオン注入し゛ζ第１のｊＶさのゲー
ト絶縁ＩＩりを有する第１の半導体素子のしきい値電圧
を制御する。

第１０図参照 レジスト膜７を除去し、新たにレジスＩ−膜を形成し、
第２の半導体素子形成領域１２に開ｒ−１を有−づるマ
スクを使用して露光・現像し、第２の半導体素子形成領
域１２を除く領域にレジスｌ”　１１２　Ｅｉを形成し
、不純物をイオン注入し゛ζ第１の厚さより厚いゲート
絶縁膜を有する第２の半導体素子のしきい値電圧を制御
し、レジスト膜６を除去する。

なお、しきい値電圧制御工程の順序を逆にし、第１の厚
さより厚いゲート絶縁１１りを有する第２の半導体素子
のしきい値電圧制御を先に実行しＣもよい。

〔発明が解決しようとする課題］ 第１のｊＶさのゲート絶縁膜を有する第１の半導体素子
のしきい値電圧制御と第１の厚さより厚いゲート絶縁膜
を有する第２の半導体素子のしきい値電圧制御とに、そ
れぞれ異なるマスクを使用しなければならないため、経
済的負（Ｉ）か人きくなると−もに、それにともなうレ
ジストの塗布・露光・現像・レシスＩ・の除去の工程が
必要になり、スループッＩ・が低下する。

本発明の目的は、これらの欠点を解消することにあり、
第１の厚さのゲート絶縁膜を有する第１の半導体素子と
第１の厚さより厚いゲーＩ・絶縁膜を有する第２の半導
体素子とを単一の半導体チップ上に形成する半導体装置
の製造方法において、しきい値電圧を制御するための不
純物イオン注入工程に使用するマスク数を減少し、工程
数を低減して経済的利益とスループットとを向上するよ
うに改良することにある。

１課題を解決するだめの手段］ 上記の目的は、チャンネル形成領域にイオン注入をなし
て、第］の厚さのデー１−絶縁膜を有する第１の半導体
素子と、前記の第１の厚さより厚いグー１−絶縁膜を有
する第２の半導体素子とを有する半導体装置の製造方法
において、前記の第１および第２の半導体素子のチャン
ネル領域となるべき部分に不純物を導入するに際し、前
記の第１の半導体素子のゲート絶縁膜をおおい、かつ、
前記の第２の半導体素子のゲート絶縁膜を露出するよう
に形成されたマスクを介して前記の第２の半導体素子の
チャンネル領域となるべき部分に不純物を導入する工程
と、前記の第１および第２の半導体素子のチャンネル領
域となるべき部分に、同時に不純物を導入する工程とを
含む゛１８導体装置の製造方法によって達成される。

〔作用〕

第５図参照 第５図は、横軸に不純物ホｒＪンの加速電圧をとり、そ
の加速電圧をもっ゛ζボロンを二酸化シリコン膜中にイ
オン注入した時のイオン注入方向に対応するイオン濃度
分布を測定し、イオン濃度が、最大になるところまでの
二酸化シリコン膜の表面からの厚さを図中に実線をもっ
て示し、イオン濃度かは一〇になるとごろまでの二酸化
シリコン膜の表面からの厚さを図中に一点鎖線をもって
示している。

第６図参照 第６図は、不純物としてリンを使用した場合につい゛Ｃ
１第５図と同様に、加速電圧とイオン濃度が最大になる
ところまでの厚さ及びイオン濃度が０になるところまで
の厚さとの関係を示す。

第７図参照 第７図は、不純物としてヒ素を使用した場合について、
第５図と同様に、加速電圧とイオン濃度が最大になると
ころまでの厚さ及びイオン濃度が０になるとごろまでの
厚さとの関係を示す。

１例として、しきい値電圧制御にヒ素をイオン注入する
場合について、第７図を使用してその作用を説明する。

例えば、第１の厚さのゲート絶縁膜を有する第１の半導
体素子のゲート絶縁膜の厚さが２００Ａであり、第１の
厚ざより厚いゲート絶縁膜を有する第２の半導体素子の
ゲート絶縁膜の厚さが６００人であるとする。イオンの
加速電圧として４０〜６０ＫｅＶを選択すれば、注入さ
れたイオンの濃度分そｊが最大になるのは、第７図から
２１．０〜３００人ｊソのところとなるので、不純物イ
オンは２００人厚のゲート絶縁膜を有する第１の半導体
素子のゲート絶縁膜を貫通して、第■の半導体素子のチ
ャンネル形成領域に注入される。一方、注入されたイオ
ン濃度の分布がＯになるのは、第７図から４３０〜６０
０人厚のとごろとなるので、不純物イオンは（ｉ　００
人厚のゲート絶縁膜を有する第２の半導体素子のゲート
絶縁１１ｔ；！。

を貫通することができず、第２の半導体素子のチャンネ
ル形成領域には注入されない。

本発明に係る第１の厚さのチー１−絶縁膜を有する第１
の半導体素子と第１の厚さより厚いゲート絶縁膜を有す
る第２の半導体素子とが単一の半導体チップ上に共存す
る半導体装；〃のしきい値電圧の制御においては、ゲー
Ｉ・絶縁膜の厚さと不純物の種類とイオンの加速電圧と
の関係をト記の例に示すように選択するごとによって、
マスクを使用しなくても、第２の半導体素子のしきいイ
■電圧に影響を及ぼすことなく、第１の半導体素子のし
きい仙電圧のみを制御することができるので、しきい値
電圧制御のための不純物イオン注入時に使用するマスク
数を戚少し、工程数を低減することかできる。

（実施例］ 以下、図面を参照しつ一８本発明に係る第１の厚さのゲ
ート絶縁膜を有する第１の半導体素子と第１の厚さより
ｊ７いゲート絶縁膜を有する第２の半導体素子とが単一
の半導体チップ−ヒに共存する半導体装置のしきい値電
圧制御のための不純物イオン注入方法について説明する
。

第２図参照 周知の方法を使用して、シリコン基板１の半導体素子形
成領域を囲んでフィールド絶縁膜２を形成し、熱酸化を
なして全面に６００λ厚程度の酸化シリコン膜３を形成
する。

第３図参照 レジスト膜を形成し、第１の厚さのゲート絶縁膜を有す
る第１の半導体素子形成領域１１に開口を有するマスク
を使用して露光・現像し、第１の半導体素子形成領域１
１を除く領域にレジスＩ・膜４を形成する。フッ酸等を
使用して第１の半導体素子形成領域］１の二酸化シリコ
ン膜３を２００人厚程度にまでエノナンクして二酸化シ
リコン膜５を形成し、レジスＩ−ＪＩＧ！　４を除去す
る。単一の半導体チップ上に約６０００厚の第２の半導
体素子用ゲート絶縁膜３と約２０００厚の第１の半導体
素子用ゲート絶縁ｊ模５とが形成された半導体基板１が
形成される。

第４図参照 レジスト膜を形成し、第２の半導体素子形成領域１２に
開口を有するマスクを使用して露光・現像して第２の半
導体素子形成領域１２を除く領域にレジスト膜６を形成
し、例えば不純物リンを加速電圧６５ＫｅＶ程度をもっ
てイオン注入する。第６図から明らかなように、リンイ
オンは６００人厚０ゲート絶縁膜を有する第２の半導体
素子のゲート絶縁膜３を貫通してチャンネル形成領域に
注入され、第２の半導体素子のしきい値電圧か制御され
る。

第１図参照 レジスト膜６を除去し、全面に不純物リンを加速電圧２
５ＫｅＶ程度をもってイオン注入する。

第６図から明らかなようにリンイオンは２００人１　］ 厚のグー１−絶縁膜を有する第１の半導体素子のゲート
絶縁膜５を切通してチャンネル形成領域に注入され、第
１の半導体素子のしきい値電圧が制御されるが、第２の
半導体素子の６００人厚０ゲート絶縁膜３は貫通しない
ので、第２の半導体素子のしきいイＩｌ′Ｉ電圧には影
響を与えない。このように、マスクを１個使用するのみ
で第１の厚さのゲート絶縁膜を有する第１の半導体素子
及び第１の厚さより厚いゲート絶縁膜を有する第２の半
導体素子の両方のしきい値電圧を制御することが可能で
ある。

なお、第１のｊＶさのゲート絶縁膜を有する第］の半導
体素子のしきい値電圧制御と、第１のｊ￥さより厚いゲ
ート絶縁膜を有する第２の半導体素子のしきい値電圧制
御との順序を逆にしてもよく、また、しきい値電圧を制
御するためにイオン注入する不純物としては、リンに限
らずヒ素、ボロン、２フツ化ホロン等が使用できること
は云うまでもない。

〔発明の効果］ 以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装ｉ６の製造
方法においては、第１のｊＶさのデーｌ−絶縁膜を有す
る第１の半導体素子のゲート絶縁膜は貫通ずるが、第］
の厚さより厚いゲーＩ・絶縁膜を有する第２の半導体素
子のデー１−絶縁膜は貫通しないようにイオンの加速電
圧を選択して不純物をイオン注入することによって、第
１の厚さより厚いゲート絶縁膜を有する第２の半導体素
子のしきい値電圧を制御するイオン注入工程においては
マスクを使用するが、第１の厚さのゲート絶縁）１りを
有する第１の半導体素子のしきい値電圧を制御するイオ
ン注入工程においてはマスクを使用する必要がないので
、マスク数が減少して経済的利益が向」二し、また、そ
れにともなってレジストの塗布・露光・現像・レジスト
の除去の工程を一工程省略することかできるので、スル
ープットを向」−するごとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明の一実施例に係るしきい値電
圧制御の］二程図である。 第５図は、ボロンをイオン注入した時の加速電圧と濃度
分布との関係を示す図である。 第６図は、リンをイオン注入した時の加速電圧と濃度分
布との関係を示す図である。 第７図は、ヒ素をイオン注入した時の加速電圧と濃度分
布との関係を示す図である。 第８図〜第１０図は、従来技術に係るしきい値電圧制御
の工程図である。 １・・・シリコン基板、 ２・・・フィールド絶縁膜、 ３・・・二酸化シリコン膜（第１の厚さより厚いゲート
絶縁膜を有する第２の半導体素子のゲート絶縁膜）、 ４．６．７・　　・レジスト膜、 ５・・・第１の厚さのゲート絶縁膜を有する第１の゛）
先導体素子のゲート絶縁膜、 １１　・ １２・ ・第１の半導体素子形成領域、 第２の半導体素子形成領域（域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 チャンネル形成領域にイオン注入をなして、第１の厚さ
   のゲート絶縁膜を有する第１の半導体素子と、前記第１
   の厚さより厚いゲート絶縁膜を有する第２の半導体素子
   とを有する半導体装置の製造方法において、 前記第１および第２の半導体素子のチャンネル領域とな
   るべき部分に不純物を導入するに際し、前記第１の半導
   体素子のゲート絶縁膜をおおい、かつ、前記第２の半導
   体素子のゲート絶縁膜を露出するように形成されたマス
   クを介して前記第２の半導体素子のチャンネル領域とな
   るべき部分に不純物を導入する工程と、 前記第１および第２の半導体素子のチャンネル領域とな
   るべき部分に、同時に不純物を導入する工程とを含む ことを特徴とする半導体装置の製造方法。