JPH04260364A - 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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JPH04260364A
JPH04260364A JP3043017A JP4301791A JPH04260364A JP H04260364 A JPH04260364 A JP H04260364A JP 3043017 A JP3043017 A JP 3043017A JP 4301791 A JP4301791 A JP 4301791A JP H04260364 A JPH04260364 A JP H04260364A
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gate insulating
insulating film
gate
film
semiconductor substrate
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Tadahachi Naiki
内貴 唯八
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板に異なる膜
厚のゲート絶縁膜等を形成するための半導体装置のゲー
ト絶縁膜の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置は高集積化の要求を満たすた
めに、設計ルールとして0.5μmルールが採用されて
いる。0.5μmルールのMOSデバイスでは信頼性を
確保するために電源電圧を従来の5Vよりも低い電圧、
例えば3.3Vで使用する必要がある。そこで、電源電
圧が3.3VのMOSデバイスと電源電圧が5VのMO
Sデバイスとの両方を用いるには、例えば0.5μmル
ールのMOSデバイスの入出力部分等のいわゆる外部を
0.8μmルールで形成し、スイッチングトランジスタ
等のいわゆる内部を0.5μmルールで形成して、外部
を5Vで駆動し、内部を電圧降下させて例えば3.3V
で駆動する。上記場合において、5Vで駆動させる0.
8μmルールのMOSデバイスの特性と3.3Vで駆動
させる0.5μmルールのMOSデバイスの特性とをそ
れぞれに最適化するには、それぞれのゲート絶縁膜の膜
厚を最適化する必要がある。例えば前者のMOSデバイ
スのゲート絶縁膜の膜厚を16nmに形成し、後者のM
OSデバイスのゲート絶縁膜の膜厚を11nmに形成す
る。
【0003】上記のように、異なる膜厚のゲート絶縁膜
を製造する方法を図12ないし図15により説明する。 図12に示す如く、LOCOS法により、半導体基板5
1の上層に素子分離領域52a,52b,52cを形成
する。その後熱酸化法により、素子分離領域52a,5
2b間、素子分離領域52b,52c間にシリコン酸化
膜よりなる第1ゲート絶縁膜53を形成する。この第1
ゲート絶縁膜53の膜厚は例えば11.5nmに形成さ
れる。次いで図13に示すように、一方の素子分離領域
52a,52b間を覆う状態で半導体基板51の上面に
レジストよりなるエッチングマスク54を形成する。そ
の後、例えばフッ化水素(HF)等でエッチングして素
子分離領域52b,52c間の第1ゲート酸化膜53(
図12参照)を除去する。このとき素子分離領域52b
の上層の一部と素子分離領域52cの上層もエッチング
されて除去される。
【0004】そしてエッチングマスク54をアッシャー
処理等により除去する。続いて図14に示す如く、例え
ばフッ化水素(HF)等でいわゆるライトエッチングを
行って、素子分離領域52a,52b間の第1ゲート絶
縁膜53を所定の膜厚(例えば9nm)にエッチングす
る。このライトエッチングは素子分離領域52b,52
c間の半導体基板51の上面に形成された自然酸化膜を
除去する効果もある。
【0005】次いで図15に示すように、熱酸化法を用
いて、素子分離領域52a,52b間、素子分離領域5
2b,52c間にシリコン酸化膜よりなる第2ゲート絶
縁膜55を形成する。そして、素子分離領域52a,5
2b間の膜厚が厚い方のゲート絶縁膜56の膜厚を第1
ゲート絶縁膜53と第2ゲート絶縁膜55とを合わせて
例えば16nmに形成し、素子分離領域52b,52c
間の膜厚が薄い方の第2ゲート絶縁膜55の膜厚を例え
ば11nmに形成する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によるゲート絶縁膜の形成方法で膜厚が厚い方のゲー
ト絶縁膜を形成するには、11.5nmの膜厚の第1ゲ
ート絶縁膜を形成し、その後2.5nmだけエッチング
して膜厚を9nmにする。続いて第2ゲート絶縁膜を形
成して16nmの膜厚を有する膜厚が厚い方のゲート絶
縁膜を形成する。このため、膜厚が厚い方のゲート絶縁
膜の膜厚を高精度に制御することが困難である。また、
膜厚が厚い方のゲート絶縁膜を形成する途中でエッチン
グを行うために、このゲート絶縁膜中に不純物が入り込
んで耐圧が劣化し、ゲート耐圧の信頼性が低下する。
【0007】本発明は、膜厚精度と膜質とに優れた半導
体装置のゲート絶縁膜の製造方法を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものである。すなわち、半導体基
板の上面に第1ゲート絶縁膜を形成し、次いで第1ゲー
ト絶縁膜の上面に第1ゲートを形成する。その後露出し
ている第1ゲート絶縁膜を除去してから、露出している
半導体基板の上面と第1ゲートの表面とに第2ゲート絶
縁膜を形成する。続いて第1ゲート上を除く第2ゲート
絶縁膜の上面に第2ゲートを形成し、次いで露出してい
る第2ゲート絶縁膜を除去する。
【0009】
【作用】上記方法による半導体装置のゲート絶縁膜の製
造方法では、各第1,第2ゲート絶縁膜は別々でしかも
1回の膜形成プロセスで形成されるために、各ゲート絶
縁膜の膜厚の制御が容易になる。このため、ゲート絶縁
膜は高精度な膜厚に形成される。また絶縁膜形成中にエ
ッチング等の他の処理工程が入らないので、絶縁膜に不
純物が入らない。このため形成されるゲート絶縁膜は高
耐圧になる。
【0010】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す流れ図により説
明する。まず第1工程では、例えば熱酸化法により、半
導体基板11の上面に第1ゲート絶縁膜12を形成する
。続いて第2工程では、第1ゲート絶縁膜12の上面に
例えば化学的気相成長法によりpoly−Si膜を形成
し、このpoly−Si膜の上面にホトリソグラフィー
技術によりエッチングマスクを形成して、その後pol
y−Si膜をエッチングし、poly−Si膜よりなる
第1ゲート13を形成する。その後第3工程では、露出
している第1ゲート絶縁膜12(2点鎖線部分)を例え
ばエッチングにより除去する。次いで第4工程では、例
えば熱酸化法を用いて、露出している半導体基板11の
上面と第1ゲート12の表面とに第2ゲート絶縁膜14
を形成する。続いて第5工程では、第1ゲート13上を
除く第2ゲート絶縁膜14の上面に前記第2工程と同様
にして第2ゲート15を形成する。上記の如くして、異
なる膜厚の第1,第2ゲート絶縁膜12,14が形成さ
れる。
【0011】上記説明した方法を用いてゲート絶縁膜の
膜厚が異なる半導体装置を形成する場合を図2ないし図
10により説明する。まず図2に示すように、LOCO
S法により、半導体基板11の上層に素子分離領域21
a,21b,21cを形成して、第1トランジスタ形成
領域22と第2トランジスタ形成領域23とを形成する
。その後第1工程を用いて、熱酸化法により、第1トラ
ンジスタ形成領域22と第2トランジスタ形成領域23
とにおける半導体基板11の上層に第1ゲート絶縁膜1
2を形成する。この第1ゲート絶縁膜12の膜厚は例え
ば16nmに形成する。
【0012】次いで図3に示す如く、例えば化学的気相
成長法により、第1ゲート絶縁膜12側の全面に第1ゲ
ートを形成するためのポリシリコン(以下poly−S
iと記す)膜24を形成する。その後poly−Si膜
24の上面にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、
このレジスト膜に感光,現像処理を行ってエッチングマ
スク25を形成する。
【0013】そして第2工程を用いて、poly−Si
膜24をエッチングし、図4に示すように、第1トラン
ジスタ形成領域22側の第1ゲート絶縁膜12の上面に
poly−Si膜(24)よりなる第1ゲート13を形
成する。その後エッチングマスク(25)をアッシャー
処理等により除去する。
【0014】その後図5に示す如く、第1ゲート13側
の全面にレジストを塗布してレジスト膜を形成し、この
レジスト膜に感光,現像処理を行って第2トランジスタ
形成領域23を覆うレジストマスク(図示せず)を形成
する。このレジストマスクと素子分離領域21aないし
21cと第1ゲート13とをイオン注入マスクにして、
露出している半導体基板11の上層にイオン注入を行い
、LDD拡散層26を形成する。その後化学的気相成長
法により、第1ゲート13側の全面にシリコン酸化膜2
7(2点鎖線部分)を形成する。そして異方性エッチン
グを行って、第1ゲート13の両側にシリコン酸化膜2
7よりなる第1サイドウォール28を形成する。そして
レジストマスクをアッシャー処理等により除去するこの
方法では、シリコン酸化膜27を異方性エッチングする
ことにより、第3工程にあたる第1ゲート絶縁膜12の
エッチングが同時に行われる。
【0015】続いて図6に示すように、例えばフッ化水
素等でいわゆるライトエッチングを行って、半導体基板
11の表層に形成されている自然酸化膜を除去する。そ
の後第4工程を用いて、熱酸化法により露出している半
導体基板11の上面に、例えば膜厚が11nmの第2ゲ
ート絶縁膜14を形成する。この第2ゲート絶縁膜14
は、poly−Si製の第1ゲート13の上面にも形成
される。
【0016】次いで図7に示す如く、第2ゲート絶縁膜
14側の全面に第2ゲートを形成するためのpoly−
Si膜29を形成する。その後poly−Si膜29上
に前記図3で説明したと同様の方法によりエッチングマ
スク30を形成する。
【0017】続いて第5工程を用いてエッチングを行い
、図8に示すように、第2ゲート形成領域23の第2ゲ
ート絶縁膜14の上面にpoly−Si膜29よりなる
第2ゲート15を形成する。その後エッチングマスク(
30)をアッシャー処理等により除去する。
【0018】その後図9に示す如く、第1,第2ゲート
13,15側の全面にレジストを塗布してレジスト膜を
形成し、このレジスト膜に感光,現像処理を行って第1
トランジスタ形成領域22を覆うレジストマスク(図示
せず)を形成する。このレジストマスクと素子分離領域
21aないし21cと第2ゲート15とをイオン注入マ
スクにして、第2ゲート15の両側に露出している半導
体基板11の上層にイオン注入を行ってLDD拡散層3
1を形成する。あるいは、第1トランジスタ形成領域2
2にも、第2トランジスタ形成領域23に行うイオン注
入のイオンが入っても機能上問題ない場合は、イオン注
入マスクを形成しないで全面にイオン注入を行う場合も
ある。その後化学的気相成長法により、第2ゲート15
側の全面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成してから
、全面を異方性エッチングして、第2ゲート15の両側
にシリコン酸化膜よりなる第2サイドウォール32を形
成する。このとき、露出している第2ゲート絶縁膜(1
4)も除去される。
【0019】その後、図10に示す如く、素子分離領域
21aないし21cと第1,第2ゲート13,15と第
1,第2サイドウォール28,32とをイオン注入マス
クにして、各第1,第2サイドウォール28,32を介
した各第1,第2ゲート13,15の両側で露出してい
る半導体基板11の上層にソース・ドレイン領域33な
いし36を形成する。そして、第1ゲート13と第1ゲ
ート絶縁膜12とソース・ドレイン拡散層33,34と
LDD拡散層26とよりなる第1トランジスタ1が形成
され、第2ゲート15と第2ゲート絶縁膜14とソース
・ドレイン拡散層35,36とLDD拡散層31とより
なる第2トランジスタ2が形成される。
【0020】このように、第1,第2ゲート絶縁膜12
,14は一回の熱酸化によって形成されるために、設計
膜厚に対して高精度に形成される。また不純物を含まな
い高純度のシリコン酸化膜が形成されるために、各第1
,第2ゲート絶縁膜12,14は高耐圧になる。
【0021】上記製造方法において、前記図5で説明し
たLDD用拡散層26を形成後、第1サイドウォール2
8の形成を行わないで、前記図6で説明した第2ゲート
絶縁膜14を形成する。さらに、前記図7で説明したp
oly−Si膜29を形成し、その後前記図8で説明し
た第2ゲート15を形成するときに異方性エッチングを
行って、図11に示すように、第1ゲート13の両側に
第2ゲート絶縁膜14を介してpoly−Si膜29の
第1サイドウォール28を形成することも可能である。 この場合には、第1サイドウォール28がpoly−S
i膜29で形成されるために、ホットエレクトロンによ
るトランジスタの劣化を防ぐことができる。よってトラ
ンジスタの信頼性をさらに高めることが可能になる。
【0022】また前記図6において、第2ゲート15を
形成するためのpoly−Si膜29の下面側は第2ゲ
ート絶縁膜14と第1サイドウォール28と各素子分離
領域21aないし21cとが形成されているので、半導
体基板11および第1ゲート13の両方に対して絶縁状
態になっている。このため、poly−Si膜29を他
の配線として用いることができるので、配線の高集積化
が可能になる。
【0023】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
各第1,第2ゲート絶縁膜を一回の処理で形成したので
、各ゲート絶縁膜の膜厚の制御が容易になる。このため
膜厚の精度を向上することができる。また膜形成中にエ
ッチング等の他の工程が介在しないので、不純物を含有
しない高品質のゲート絶縁膜が得られる。よって、ゲー
ト絶縁膜の耐圧を向上することができるので、このゲー
ト絶縁膜を用いて形成した半導体装置の信頼性の向上が
図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の製造方法の流れ図である。
【図2】実施例の製造工程図である。
【図3】実施例の製造工程図である。
【図4】実施例の製造工程図である。
【図5】実施例の製造工程図である。
【図6】実施例の製造工程図である。
【図7】実施例の製造工程図である。
【図8】実施例の製造工程図である。
【図9】実施例の製造工程図である。
【図10】実施例の製造工程図である。
【図11】実施例の製造工程図である。
【図12】従来例の製造工程図である。
【図13】従来例の製造工程図である。
【図14】従来例の製造工程図である。
【図15】従来例の製造工程図である。
【符号の説明】
11  半導体基板 12  第1ゲート絶縁膜 13  第1ゲート 14  第2ゲート絶縁膜 15  第2ゲート

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板の上面に第1ゲート絶縁膜
    を形成する第1工程と、前記第1ゲート絶縁膜の上面に
    第1ゲートを形成する第2工程と、前記第1ゲートに覆
    われた部分の前記第1ゲート絶縁膜を除く当該第1ゲー
    ト絶縁膜を除去する第3工程と、露出している前記半導
    体基板の上面と前記第1ゲートの表面とに第2ゲート絶
    縁膜を形成する第4工程と、前記第1ゲート上を除く前
    記第2ゲート絶縁膜の上面に第2ゲートを形成する第5
    工程とを順次行うことを特徴とする半導体装置のゲート
    絶縁膜の製造方法。
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