JPH08293598A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH08293598A
JPH08293598A JP7097227A JP9722795A JPH08293598A JP H08293598 A JPH08293598 A JP H08293598A JP 7097227 A JP7097227 A JP 7097227A JP 9722795 A JP9722795 A JP 9722795A JP H08293598 A JPH08293598 A JP H08293598A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
channel
semiconductor
semiconductor device
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7097227A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshikazu Kojima
芳和 小島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP7097227A priority Critical patent/JPH08293598A/en
Priority to US08/459,831 priority patent/US6498376B1/en
Priority to CN95108533A priority patent/CN1089949C/en
Priority to CNB2004100351470A priority patent/CN1320615C/en
Publication of JPH08293598A publication Critical patent/JPH08293598A/en
Priority to US09/270,648 priority patent/US6306709B1/en
Priority to CNB011227117A priority patent/CN1201407C/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE: To form a plurality of types of threshold voltages by one photolithography by planely dividing to provide a plurality of channel impurity regions on a channel region between a source region and a drain region, and providing an insulated gate field effect transistor on the channel region via a gate insulating film. CONSTITUTION: An NMOSFET is formed on the surface of a P-type silicon substrate 1 not formed with an N-type well 2. An N-type source region 4A and an N-type drain region 4B isolated at the channel region are provided in the NMOSFET. A plurality of divided channel impurity regions 7 are provided in a dotlike plane manner on the channel region of the surface of the substrate 1 between the regions 4A and 4B. Further, a gate electrode 4C is provided on the surface of the channel region via a gate oxide film 6. Thus, a plurality of types of threshold voltages can be formed on the same substrate 1 by one time photolithography.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体集積回路装置
を構成するMOSトランジスタのチャネル領域の構成に
係わり、特にチャネル領域の不純物濃度に関する。この
発明は、同一基板上に複数の閾値電圧を有するMOSト
ランジスタから構成される集積回路半導体装置及びその
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of a channel region of a MOS transistor forming a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to the impurity concentration of the channel region. The present invention relates to an integrated circuit semiconductor device composed of MOS transistors having a plurality of threshold voltages on the same substrate and a manufacturing method thereof.

【0002】この発明は、同一基板上に異なる導電型の
MOSトランジスタを有する集積回路半導体装置及びそ
の製造方法に関する。この発明は、同一基板上に異なる
ゲート電圧が印加される高耐圧及び低電圧用のMOSト
ランジスタを有する集積回路半導体装置及びその製造方
法に関する。
The present invention relates to an integrated circuit semiconductor device having different conductivity type MOS transistors on the same substrate and a method for manufacturing the same. The present invention relates to an integrated circuit semiconductor device having high breakdown voltage and low voltage MOS transistors to which different gate voltages are applied on the same substrate, and a manufacturing method thereof.

【0003】この発明は、同一基板上にアナログ回路と
ディジタル回路とから成る半導体装置及びその製造方法
に関する。この発明は、基板上の絶縁膜を介して設けら
れた薄膜半導体に形成された半導体装置及びその製造方
法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device including an analog circuit and a digital circuit on the same substrate and a method for manufacturing the same. The present invention relates to a semiconductor device formed on a thin film semiconductor provided via an insulating film on a substrate and a manufacturing method thereof.

【0004】[0004]

【従来の技術】図19は、従来の半導体集積回路装置内
のMOSトランジスタを表す模式的な平面図である。今
図19においては、3種類のトランジスタのソース、ド
レイン及びゲートを模式的に表しており、簡単のためア
ルミニウムの金属配線等は省いてある。
2. Description of the Related Art FIG. 19 is a schematic plan view showing a MOS transistor in a conventional semiconductor integrated circuit device. In FIG. 19, the sources, drains, and gates of the three types of transistors are schematically shown, and the metal wiring of aluminum and the like are omitted for simplicity.

【0005】トランジスタ1、2、3はそれぞれ異なる
しきい値電圧(Vth)を持つものである。図20は、
従来の半導体集積回路装置内のMOSトランジスタを表
す模式的な断面図である。
The transistors 1, 2 and 3 have different threshold voltages (Vth). 20
It is a typical sectional view showing a MOS transistor in a conventional semiconductor integrated circuit device.

【0006】トランジスタ1においてチャネル領域20
04の不純物濃度は、例えば半導体基板2006の不純
物濃度で決まる値とし、しきい値電圧をVth1とす
る。トランジスタ2のしきい値電圧Vth2をVth1
と異なる値にしたい場合は不純物を導入する領域を選択
するためのマスク等を用いてレジスト等をパターンニン
グ後、イオン打ち込みなどで不純物を導入し、トランジ
スタ1のチャネル領域1とは異なる不純物濃度のチャネ
ル領域2を形成する。
In the transistor 1, the channel region 20
The impurity concentration of 04 is, for example, a value determined by the impurity concentration of the semiconductor substrate 2006, and the threshold voltage is Vth1. The threshold voltage Vth2 of the transistor 2 is set to Vth1
If a different value from that of the channel region 1 of the transistor 1 is used, impurities are introduced by ion implantation after patterning a resist or the like using a mask or the like for selecting a region for introducing the impurity. The channel region 2 is formed.

【0007】このときイオン打ち込み用マスク1のパタ
ーン1905は、図19(b)のようにマスクの合わせ
ずれ等を考慮して、チャネル領域よりわずかに大きくか
つ全面を覆うように作られる。このようにすることでト
ランジスタ2のVth2とトランジスタ1のVth1と
は異なるものが形成でき、同様にしてトランジスタ3の
Vth3のように必要な種類と必要な不純物を導入し必
要なしきい値電圧のトランジスタを形成する。
At this time, the pattern 1905 of the ion implantation mask 1 is made slightly larger than the channel region and covers the entire surface in consideration of mask misalignment as shown in FIG. 19B. By doing so, Vth2 of the transistor 2 and Vth1 of the transistor 1 can be formed differently, and similarly, as in the case of Vth3 of the transistor 3, a transistor having a required threshold voltage by introducing a necessary type and a necessary impurity. To form.

【0008】また、図示しないが、同一基板の表面に厚
いゲート酸化膜の高電圧MOSFETと、薄いゲート酸
化膜の低電圧MOSFETとを設けたICにおいては、
各々の閾値電圧をほぼ同じ値にするために、フォトリソ
グラフィー技術により各々のMOSFETのチャネル領
域の均一な不純物領域の濃度を制御している。
Although not shown, in an IC having a high voltage MOSFET having a thick gate oxide film and a low voltage MOSFET having a thin gate oxide film provided on the surface of the same substrate,
In order to make each threshold voltage almost the same value, the concentration of the uniform impurity region in the channel region of each MOSFET is controlled by the photolithography technique.

【0009】同様に、PMOSFETとNMOSFET
から成るCMOSICにおいても、ほぼ同じ閾値電圧に
するために、別々のチャネルドープ工程により行ってい
る。
Similarly, PMOSFET and NMOSFET
Also in the CMOS IC made of, the channel doping process is performed separately to obtain almost the same threshold voltage.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
集積回路装置内のMOSトランジスタは前述したように
それぞれ均一な不純物濃度のチャネル領域を持つため
に、単一の半導体基板上に形成される半導体集積回路装
置内に複数種類のしきい値電圧のトランジスタを形成す
るには、必要な種類数の不純物あるいは不純物濃度を導
入する工程が必要であった。
However, since the MOS transistors in the conventional semiconductor integrated circuit device each have a channel region having a uniform impurity concentration as described above, a semiconductor formed on a single semiconductor substrate. In order to form a plurality of kinds of threshold voltage transistors in an integrated circuit device, a step of introducing a necessary number of kinds of impurities or impurity concentrations has been necessary.

【0011】したがって単一の半導体基板上に形成され
る半導体集積回路装置内に複数種類のしきい値電圧のト
ランジスタを形成することは、コスト増の原因でもあり
回路設計上の制約にもなったいた。また、チャネルドー
プ前の閾値電圧が異なる構造のトランジスタを同一基板
上に設けICにおいては、電源電圧の範囲に閾値電圧を
合せこむための複数回のフォトリソグラフィー工程が必
要であった。したがって、異なるゲート絶縁膜、異なる
基板濃度、または、異なる導電型のMOSFETの閾値
電圧を制御するには製造期間が長く、製造コストも高く
なっていた。
Therefore, forming a plurality of types of transistors having threshold voltages in a semiconductor integrated circuit device formed on a single semiconductor substrate causes a cost increase and is a constraint on circuit design. It was Further, in a case where a transistor having a different threshold voltage before channel doping is provided on the same substrate, a plurality of photolithography steps are required for the IC to adjust the threshold voltage to the range of the power supply voltage. Therefore, it takes a long manufacturing period and a high manufacturing cost to control the threshold voltage of different gate insulating films, different substrate concentrations, or different conductivity type MOSFETs.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、以下のような手段をとった。 (1)基板表面の第1導電型の半導体領域に互いに離れ
設けられた第2導電型のソース・ドレイン領域と、ソー
ス領域とドレイン領域との間の半導体領域であるチャネ
ル領域と、チャネル領域に平面的に分割されて設けられ
た閾値制御のための複数のチャネル不純物領域と、チャ
ネル領域の上にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート
電極とから成る絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(M
ISFET)を設けたことを特徴とする半導体装置とし
た。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. (1) A second conductivity type source / drain region provided separately from the first conductivity type semiconductor region on the substrate surface, a channel region which is a semiconductor region between the source region and the drain region, and a channel region. An insulated gate field-effect transistor (M) including a plurality of channel impurity regions which are divided in a plane for controlling a threshold value and a gate electrode which is provided on the channel region with a gate insulating film interposed therebetween.
The semiconductor device has an ISFET).

【0013】(2)チャネル不純物領域をソース・ドレ
イン領域の接合深さより浅く設けたことを特徴とする
(1)の半導体装置とした。 (3)チャネル不純物領域を5個以上設けたことを特徴
とする(1)の半導体装置とした。
(2) The semiconductor device of (1) is characterized in that the channel impurity region is provided shallower than the junction depth of the source / drain regions. (3) The semiconductor device of (1) is characterized in that five or more channel impurity regions are provided.

【0014】(4)ゲート絶縁膜と膜厚の異なる第2の
ゲート絶縁膜を有する第2のMISFETを基板表面に
設けたことを特徴とする(1)の半導体装置とした。 (5)基板表面に設けられるとともに、半導体領域と不
純物濃度の異なる第2の半導体領域に第2のMISFE
Tを設けたことを特徴とする(1)の半導体装置とし
た。
(4) The semiconductor device of (1) is characterized in that a second MISFET having a second gate insulating film having a thickness different from that of the gate insulating film is provided on the surface of the substrate. (5) A second MISFE is provided on the second semiconductor region provided on the substrate surface and having a different impurity concentration from the semiconductor region.
The semiconductor device of (1) is characterized in that T is provided.

【0015】(6)基板表面に設けられるとともに、半
導体領域と導電型の異なる第2導電型の第2の半導体領
域に第2のMISFETを設けた(1)の半導体装置と
した。 (7)MISFETから成るアナログ回路と、チャネル
領域に比べ1桁以上面積の小さい第2のチャネル領域か
ら成る第2のMISFETにより構成されるディジタル
回路とを基板表面に設けた(1)の半導体装置とした。
(6) The semiconductor device of (1) is provided in which the second MISFET is provided on the second semiconductor region of the second conductivity type which is provided on the surface of the substrate and has a conductivity type different from that of the semiconductor region. (7) The semiconductor device according to (1), in which an analog circuit including a MISFET and a digital circuit including a second MISFET including a second channel region having an area smaller than that of the channel region by one digit or more are provided on the substrate surface. And

【0016】(8)半導体基板と半導体基板の上に設け
た絶縁膜から基板を構成するとともに、半導体領域の厚
さを10μmより薄く形成したことを特徴とする(1)
の半導体装置とした。 (9)半導体領域の厚さがチャネル領域と同等の膜厚で
ある(8)の半導体装置とした。
(8) The semiconductor substrate and the insulating film provided on the semiconductor substrate constitute the substrate, and the thickness of the semiconductor region is formed to be thinner than 10 μm (1).
Semiconductor device. (9) The semiconductor device according to (8) has the same thickness as that of the channel region in the semiconductor region.

【0017】(10)半導体領域の厚さがチャネル不純物
領域の深さと同じである(8)の半導体装置とした。 (11)基板表面の第1導電型の半導体領域の表面にフィ
ールド絶縁膜を形成する工程と、半導体領域の第1のト
ランジスタ領域と第2のトランジスタ領域の表面にゲー
ト絶縁膜を形成する工程と、第1のトランジスタ領域の
表面にチャネル不純物領域を形成するためのレジストパ
ターンを形成する工程と、レジストパターンをマスクと
して第1のトランジスタ領域の表面に不純物をイオン注
入してチャネル不純物領域を形成する工程と、ゲート絶
縁膜のうにゲート電極をパターニングする工程と、ゲー
ト電極により区切られるように第1のトランジスタ領域
の表面に第2導電型のソース・ドレイン領域を形成する
工程と、ゲート電極の上に中間絶縁膜を形成する工程
と、中間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
コンタクトホールの上に重なるように金属配線をパター
ニングする工程とから成るとともに、チャネル不純物形
成領域がソース領域とドレイン領域との間に平面的に分
割して複数形成されることを特徴とする半導体装置の製
造方法とした。
(10) The semiconductor device according to (8), in which the thickness of the semiconductor region is the same as the depth of the channel impurity region. (11) A step of forming a field insulating film on the surface of the first conductivity type semiconductor region on the surface of the substrate, and a step of forming a gate insulating film on the surfaces of the first transistor region and the second transistor region of the semiconductor region. A step of forming a resist pattern for forming a channel impurity region on the surface of the first transistor region, and ion implantation of impurities into the surface of the first transistor region using the resist pattern as a mask to form a channel impurity region. A step of patterning a gate electrode such as a gate insulating film, a step of forming a second conductivity type source / drain region on the surface of the first transistor region so as to be divided by the gate electrode, and A step of forming an intermediate insulating film in the step of forming a contact hole in the intermediate insulating film,
And a step of patterning a metal wiring so as to overlap the contact hole, and a plurality of channel impurity forming regions are formed by planarly dividing between the source region and the drain region. And the manufacturing method.

【0018】(12)第1のトランジスタ領域に第1のゲ
ート絶縁膜を形成する工程と、第2のトランジスタ領域
に第1のゲート絶縁膜より膜厚の薄い第2のゲート絶縁
膜とを形成する工程とから成る(11)の半導体装置の製
造方法とした。 (13) 第1のトランジスタ領域のソース・ドレイン領域
を含む半導体領域の表面に第2導電型のウェル領域を形
成する工程と、第1のトランジスタ領域のソース・ドレ
イン領域として第1導電型の不純物をドーピングする工
程と、第2のトランジスタ領域のソース・ドレイン領域
として第2導電型の不純物をドーピングする工程とから
成る(11)の半導体装置の製造方法とした。
(12) Forming a first gate insulating film in the first transistor region, and forming a second gate insulating film having a smaller film thickness than the first gate insulating film in the second transistor region The method of manufacturing a semiconductor device according to (11) includes the steps of: (13) A step of forming a second conductivity type well region on the surface of the semiconductor region including the source / drain regions of the first transistor region, and impurities of the first conductivity type as the source / drain regions of the first transistor region. And a step of doping a second conductivity type impurity as the source / drain regions of the second transistor region.

【0019】[0019]

【作用】絶縁ゲート電界効果型トランジスタ(MOSF
ETと略す)の閾値電圧VTHは以下の式によって表すこ
とができる。 VTH=φMS+(QB /COX)+2φf (1) φMSは、基板とゲート電極との仕事関数差である。QB
は、チャネル領域に発生する単位面積当りの空乏電荷量
である。COXは、ゲート絶縁膜の単位面積当りの容量で
ある。
[Operation] Insulated gate field effect transistor (MOSF
The threshold voltage VTH (abbreviated as ET) can be expressed by the following equation. V TH = φ MS + (Q B / C OX ) + 2φ f (1) φ MS is the work function difference between the substrate and the gate electrode. Q B
Is the depletion charge amount per unit area generated in the channel region. C ox is the capacitance per unit area of the gate insulating film.

【0020】φf は、基板のフェルミレベルである。チ
ャネル領域内に、局所的に異なる閾値電圧VT1、VT2
有する領域を各々複数の領域設けた場合の全体の閾値電
圧VTHは次式となる。 VTH=AVT1+BVT2 (2) 0≦A、B≦1の定数であり、各々の領域のパターン形
状に依存する。従って、フォトリソグラフィー技術によ
り、定数AとBを制御することにより、同一基板上に複
数の種類の閾値電圧を1回のフォトリソグラフィーによ
り形成することができる。但し、常に、VT1≦VTH≦V
T2と各々の局所的閾値電圧の間に設定される。局所的閾
値電圧とは、均一な不純物濃度でチャネル領域を形成し
た場合のチャネルサイズに依存しない(非常に大きなサ
イズのトランジスタ)閾値電圧であり、(1)式より数
学的に導かれる値である。
Φ f is the Fermi level of the substrate. When a plurality of regions having locally different threshold voltages V T1 and V T2 are provided in the channel region, the entire threshold voltage V TH is given by the following equation. V TH = AV T1 + BV T2 (2) A constant of 0 ≦ A and B ≦ 1, which depends on the pattern shape of each region. Therefore, by controlling the constants A and B by the photolithography technique, it is possible to form a plurality of types of threshold voltages on the same substrate by one-time photolithography. However, V T1 ≤ V TH ≤ V
Set between T2 and each local threshold voltage. The local threshold voltage is a threshold voltage that does not depend on the channel size (transistor having a very large size) when the channel region is formed with a uniform impurity concentration, and is a value mathematically derived from the equation (1). .

【0021】また、ゲート絶縁膜容量(ゲート絶縁膜
厚、ゲート絶縁膜の種類)、基板濃度または、φMSが異
なるMOSトランジスタにおいて、1回のフォトリソグ
ラフィーにより、チャネル領域に局所的に異なる不純物
領域をパターニングすることでねらいの閾値電圧にする
ことができる。即ち、異なる不純物領域をパターニング
した場合には、閾値電圧は次式のように近似される。
Further, in MOS transistors having different gate insulating film capacitances (gate insulating film thickness, type of gate insulating film), substrate concentration or φ MS , different impurity regions are locally formed in the channel region by one photolithography. The target threshold voltage can be obtained by patterning. That is, when different impurity regions are patterned, the threshold voltage is approximated by the following equation.

【0022】 VTH=φMS+α・(QB1/COX)+β・(QB2/COX)+2φf (3) 0≦α+β≦1の定数である。QB1及びQB2は、それぞ
れ異なる不純物領域のチャネル領域の表面から基板の深
さ方向に沿ったチャネル深さ方向の単位面積当りの空乏
電荷量である。φMS及びφf は、実効値な値であり、チ
ャネル領域の不純物濃度が複数種類・複数領域存在する
ために実質的には実験的に求めることができる。(3)
式より、例えば、ゲート絶縁膜が異なる各々のトランジ
スタにおいて、チャネル領域の不純物をパターニングす
ることにより、一回のフォトリソグラフィーによりほぼ
同じ閾値電圧に制御することができる。また、同一基板
上に設けられたN型及びP型のMOSFETにおいても
同様の手段により、エンハンス側にほぼ同じ閾値電圧に
制御することができる。
V TH = φ MS + α · (Q B1 / C OX ) + β · (Q B2 / C OX ) +2 φ f (3) 0 ≦ α + β ≦ 1. Q B1 and Q B2 are depletion charge amounts per unit area in the channel depth direction along the depth direction of the substrate from the surfaces of the channel regions of different impurity regions. [phi] MS and [phi] f are effective values and can be practically experimentally obtained because there are a plurality of types of impurity concentrations in the channel region. (3)
From the formula, for example, in each transistor having different gate insulating films, by patterning the impurities in the channel region, it is possible to control the threshold voltage to be almost the same by one photolithography. Further, even in N-type and P-type MOSFETs provided on the same substrate, the threshold voltage can be controlled to be substantially the same on the enhance side by the same means.

【0023】即ち、1回のフォトリソグラフィーにより
以下の特徴を有する集積回路を形成できる。 (1)同一基板上に複数種類(少なくとも3種類以上、
用途に応じて5種類以上)の閾値電圧を有するMOSト
ランジスタを簡単に形成できる。
That is, an integrated circuit having the following features can be formed by one-time photolithography. (1) Multiple types (at least 3 types or more on the same substrate,
It is possible to easily form a MOS transistor having five or more kinds of threshold voltages depending on the application.

【0024】(2)ゲート絶縁膜厚またはゲート絶縁膜
種類の異なるMOSトランジスタの閾値電圧をほぼ同じ
レベル方向の値に制御できる。 (3)基板濃度の異なるMOSトランジスタの閾値電圧
をほぼ同じレベル方向の値に制御できる。
(2) It is possible to control the threshold voltages of MOS transistors having different gate insulating film thicknesses or different types of gate insulating films so that the threshold voltage values are substantially the same in the level direction. (3) The threshold voltages of MOS transistors having different substrate densities can be controlled to values in the substantially same level direction.

【0025】(4)ゲート電極の濃度または材料が異な
るMOSトランジスタの閾値電圧をほぼ同じレベル方向
の値に制御できる。 (5)異なる導電型(例えばNMOSFETとPMOS
FET)のトランジスタの閾値電圧の絶対値をほぼ同じ
レベル方向の値に制御できる。
(4) It is possible to control the threshold voltages of MOS transistors having different gate electrode concentrations or materials so that they are in the same level direction. (5) Different conductivity types (eg NMOSFET and PMOS)
It is possible to control the absolute value of the threshold voltage of the transistor (FET) to almost the same value in the level direction.

【0026】(6)厚いゲート絶縁膜の高電圧MOSF
ETと薄いゲート絶縁膜の低電圧MOSFETの各々の
閾値電圧を同じレベル方向の値に制御できる。 (7)出力電圧がほぼ電源電圧または接地レベルのディ
ジタル回路部のトランジスタと、出力電圧が電源電圧と
接地レベルの間の中間電圧であるアナログ回路部のトラ
ンジスタの各々の閾値電圧を異なる複数のねらい値に制
御できる。
(6) High voltage MOSF with thick gate insulating film
It is possible to control the threshold voltage of each of the low voltage MOSFETs of ET and the thin gate insulating film to the same level direction value. (7) A plurality of different threshold voltages of the transistor of the digital circuit unit whose output voltage is almost the power supply voltage or the ground level and the transistor of the analog circuit unit whose output voltage is the intermediate voltage between the power supply voltage and the ground level are different. You can control the value.

【0027】[0027]

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図1は、本発明に係わる第1の実施例のMOS
トランジスタを表す模式的な平面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a MOS according to a first embodiment of the present invention.
It is a schematic plan view showing a transistor.

【0028】ここで第1の実施例のMOSトランジスタ
をP型半導体基板上に形成されるN型MOSトランジス
タとすると第1の不純物濃度のチャネル領域104の不
純物濃度はP型半導体基板によってきまり、第2の不純
物濃度のチャネル領域105の不純物濃度は不純物導入
用マスクのパターン106によりパターンニングされた
レジスト等で選択された領域にイオン打ち込み等により
不純物を導入する事によりきまるが、不純物導入用マス
クのパターン106がトランジスタのチャネル長と平行
な方向に複数の短冊状に描かれているため、第2の不純
物濃度のチャネル領域を形成するために導入される不純
物も同様にトランジスタのチャネル長と平行な方向の短
冊状に導入される。
If the MOS transistor of the first embodiment is an N-type MOS transistor formed on a P-type semiconductor substrate, the impurity concentration of the channel region 104 having the first impurity concentration depends on the P-type semiconductor substrate, The impurity concentration of the channel region 105 having the impurity concentration of 2 is determined by introducing the impurity into the region selected by the resist patterned by the impurity introducing mask pattern 106 by ion implantation or the like. Since the pattern 106 is drawn in a plurality of strip shapes in a direction parallel to the channel length of the transistor, the impurities introduced to form the channel region having the second impurity concentration are also parallel to the channel length of the transistor. Introduced in strips of direction.

【0029】その結果、第1の不純物濃度のチャネル領
域104と第2の不純物濃度のチャネル領域105はそ
れぞれチャネル長と平行な方向の複数の短冊状に形成さ
れる。さらに、不純物導入用マスクパターンの幅107
と不純物導入用マスクパターンの間隔108の組み合わ
せにより、チャネル領域全面に対する第2の不純物濃度
のチャネル領域の面積比を所望の値に決定する。また、
同一の面積比であっても不純物導入用マスクパターンの
幅107と間隔108のサイズが異なる場合もある。
As a result, the first impurity-concentration channel region 104 and the second impurity-concentration channel region 105 are formed in a plurality of strips in a direction parallel to the channel length. Furthermore, the width 107 of the impurity introducing mask pattern
The area ratio of the channel region having the second impurity concentration with respect to the entire surface of the channel region is determined to be a desired value by the combination of and the interval 108 of the impurity introducing mask pattern. Also,
Even if the area ratio is the same, the width 107 of the impurity introducing mask pattern and the size of the space 108 may be different.

【0030】第2の不純物濃度の領域は、一般的にチャ
ネルドープの工程において形成される。その後の熱処理
により不純物分布は変化する。しかし、その深さは、少
なくともソース領域102及びドレイン領域103の接
合深さより浅く形成されている。第2の不純物濃度の領
域の深さをより浅くすることにより、閾値の制御精度を
高くすることができる。
The region of the second impurity concentration is generally formed in the channel doping process. The impurity distribution is changed by the subsequent heat treatment. However, the depth thereof is at least shallower than the junction depth of the source region 102 and the drain region 103. By making the depth of the region having the second impurity concentration shallower, the threshold control accuracy can be increased.

【0031】図2は、本発明に係わる集積回路型半導体
装置の断面図である。P型シリコン基板1の表面に深さ
が1〜5μm程度のNウエルが形成されている。Nウエ
ル内にPMOSFETが形成されている。Nウエル2の
形成されていないP型シリコン基板1の表面にはNMO
SFETが形成されている。NMOSFETはN型ソー
ス領域4Aと、チャネル領域離れてN型ドレイン領域4
Bが設けられている。ソース領域4Aとドレイン領域4
Bとの間の基板1の表面であるチャネル領域には、第1
の実施例と同様のチャネル不純物領域7がドット状に平
面的に複数分割されて設けられている。チャネル領域の
表面にはゲート酸化膜6を介してゲート電極4Cが設け
られている。PMOSFETも同様に導電型を反対して
形成されている。
FIG. 2 is a sectional view of an integrated circuit type semiconductor device according to the present invention. An N well having a depth of about 1 to 5 μm is formed on the surface of the P type silicon substrate 1. A PMOSFET is formed in the N well. NMO is formed on the surface of the P-type silicon substrate 1 on which the N well 2 is not formed.
The SFET is formed. The NMOSFET is separated from the N-type source region 4A and the channel region by the N-type drain region 4A.
B is provided. Source region 4A and drain region 4
In the channel region, which is the surface of the substrate 1 between B and
The channel impurity regions 7 similar to those in the above embodiment are provided in a dot shape by being divided into a plurality of planes. A gate electrode 4C is provided on the surface of the channel region via a gate oxide film 6. Similarly, the PMOSFET is also formed with the opposite conductivity type.

【0032】また、PMOSFETのチャネル不純物領
域の全チャネル領域に対する割合は、所望のねらい値を
得るためにNMOSFETと異なるパターンに形成され
ている。例えば、チャネル不純物領域7を設けない場合
の各々の閾値電圧が、0.2V(NMOSFET)と−
1.5V(PMOSFET)の場合、各々の閾値電圧を
0.6Vと−0.6Vに制御するために、不純物元素と
してボロンを40keV4×1011cm-2のイオン注入
条件でPMOSFETのチャネル領域には全面に、NM
OSFETには面積比1/5の割合のチャネル領域に選
択的に注入した。即ち、1回のレジストパターン形成
と、そのレジストパターンをマスクとしたイオン注入に
より、導電型の異なるMOSFETの閾値電圧を所望の
値に制御できる。図2に示すように、各々のFETのチ
ャネル領域に各々異なる面積比でイオン注入してもよい
が、一般的には、いづれか一方のみ面積比が0または1
にする。残りの一方のFETが面積比が0から1の間の
中間値により閾値を制御する。
Further, the ratio of the channel impurity region of the PMOSFET to the total channel region is formed in a pattern different from that of the NMOSFET in order to obtain a desired aim value. For example, each threshold voltage when the channel impurity region 7 is not provided is 0.2 V (NMOSFET) and −
In the case of 1.5V (PMOSFET), in order to control each threshold voltage to 0.6V and -0.6V, boron is used as an impurity element under the ion implantation condition of 40 keV 4 × 10 11 cm -2 , and the entire surface of the channel region of the PMOSFET. To NM
In the OSFET, a channel region having an area ratio of 1/5 was selectively implanted. That is, the threshold voltage of MOSFETs having different conductivity types can be controlled to a desired value by forming the resist pattern once and performing ion implantation using the resist pattern as a mask. As shown in FIG. 2, ion implantation may be performed in the channel regions of the respective FETs at different area ratios, but generally, only one of them has an area ratio of 0 or 1.
To The other one FET controls the threshold value by an intermediate value between the area ratios of 0 and 1.

【0033】図2の第2の実施例は、各々のトランジス
タの基板となる半導体領域の導電型が異なる場合の本発
明の実施例の断面図である。同じ導電型の半導体領域の
場合でも、半導体領域の不純物濃度が異なる場合にも同
様に閾値電圧を制御できる。例えば、図示しないが、P
基板に同じ導電型のPウエルを設け、P基板とPウエル
内にそれぞれNMOSFETを形成した場合、P基板内
NMOSFETの閾値電圧は0.1Vに対し、濃いPウ
エル内のNMOSFETの閾値電圧は0.3Vであっ
た。この場合、P基板内NMOSFETのチャネル領域
へは全面ボロンイオンを注入して0.6Vに制御した。
濃いPウエル内のNMOSFETへのチャネル領域へ約
50%の面積比でイオン注入して同様の閾値電圧0.6
Vを得ることができた。
The second embodiment of FIG. 2 is a sectional view of the embodiment of the present invention in which the semiconductor regions serving as the substrates of the respective transistors have different conductivity types. Even in the case of semiconductor regions of the same conductivity type, the threshold voltage can be controlled similarly even when the semiconductor regions have different impurity concentrations. For example, although not shown, P
When P wells of the same conductivity type are provided on the substrate and NMOSFETs are formed in the P substrate and P well, respectively, the threshold voltage of the NMOSFET in the P substrate is 0.1V, whereas the threshold voltage of the NMOSFET in the dark P well is 0V. It was 0.3V. In this case, boron ions were entirely implanted into the channel region of the NMOSFET in the P substrate and controlled to 0.6V.
A similar threshold voltage of 0.6 is obtained by ion-implanting the channel region to the NMOSFET in the dense P-well at an area ratio of about 50%.
I was able to obtain V.

【0034】チャネル不純物領域7は、ソース・ドレイ
ン領域より浅く形成され、一般にはチャネルドープによ
り形成されるので1000Aより浅い不純物分布を有す
る。チャネル不純物領域7の不純物を電気的に効率的に
閾値電圧制御に用いるためには、各々のMOSFETの
チャネル領域が反転した場合に形成されるチャネル領域
の空乏層の深さより浅く形成することが望ましい。ま
た、閾値の制御性を向上するためには、チャネル不純物
領域を少なくともチャネル領域内に5つ、望ましくは1
0つ以上設ける必要がある。
The channel impurity region 7 is formed shallower than the source / drain regions, and is generally formed by channel doping, and therefore has an impurity distribution shallower than 1000A. In order to electrically and efficiently use the impurities in the channel impurity region 7 for controlling the threshold voltage, it is desirable to form the impurity to be shallower than the depth of the depletion layer in the channel region formed when the channel regions of the respective MOSFETs are inverted. . Further, in order to improve the controllability of the threshold value, at least five channel impurity regions are provided in the channel region, preferably 1.
It is necessary to provide 0 or more.

【0035】また、複数のチャネル不純物領域をチャネ
ル領域に設けて閾値電圧を制御するトランジスタのサイ
ズは、従来方法による全面イオン注入制御、または、全
面イオン注入しないトランジスタのサイズに比べ少なく
とも4倍、望ましくは10倍以上のチャネル領域の面積
を必要とする。従って、本発明の半導体装置としては、
入出力レベルが”H””L”のディシタル信号のみ処理
するディジタル回路を構成するMOSFETには最小設
計ルールを用いてチャネル領域を均一不純物領域にて形
成する。入出力レベルが電源電圧と異なるアナログ信号
を処理するアナログ回路を構成するMOSFETには、
最小ルールによるトランジスタの約10倍以上のトラン
ジスタで構成し、チャネル領域に複数のチャネル不純物
領域を設けて閾値を制御することが好ましい。一般に、
ICは、アナログ回路とディジタル回路により構成され
る。しかし、アナログ回路の面積は少ない場合が一般的
である。従って、アナログ回路の面積が少し増加して
も、製造工程が従来より簡単にできるためコストダウン
できる。特に、閾値電圧を数多く必要とする、または、
チャネルドープ前の閾値が数多く存在して合せ込む必要
がある場合に大きな効果がある。
Also, the size of the transistor for controlling the threshold voltage by providing a plurality of channel impurity regions in the channel region is at least four times as large as the size of a transistor for which full surface ion implantation is controlled by a conventional method or not for whole surface ion implantation. Requires 10 times or more the area of the channel region. Therefore, as the semiconductor device of the present invention,
A channel region is formed in a uniform impurity region by using the minimum design rule for MOSFETs that constitute a digital circuit that processes only digital signals whose input / output levels are "H" and "L". The MOSFET that constitutes the analog circuit that processes the analog signal whose input / output level is different from the power supply voltage,
It is preferable that the threshold voltage be controlled by forming the transistor by about 10 times or more of the transistor according to the minimum rule and providing a plurality of channel impurity regions in the channel region. In general,
The IC is composed of an analog circuit and a digital circuit. However, the area of the analog circuit is generally small. Therefore, even if the area of the analog circuit is slightly increased, the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional method, and the cost can be reduced. In particular, requires a large number of threshold voltages, or
This is very effective when there are many thresholds before channel doping and it is necessary to adjust them.

【0036】図3は、本発明の第3の実施例の半導体装
置の断面図である。P型シリコン基板1にゲート絶縁膜
の膜厚の異なる低電圧MOSトランジスタ(LVMOS
FET)と高耐圧MOSトランジスタ(HVMOSFE
T)が設けられている。LVMOSFETは電源電圧3
Vにで動作するために、約100Aのシリコン酸化膜で
薄いゲート酸化膜22Cを形成している。HVMOSF
ETは、電源電圧より大きな電圧(例えば30V)にて
動作できるように約1000Aのシリコン酸化膜で厚い
ゲート酸化膜23Cを形成している。また、LVMOS
FETは、ゲート絶縁膜として100Aの酸化膜を用い
ているために、チャネル不純物領域22Eをチャネル領
域全面に設けることにより閾値電圧を0.4Vに制御し
ている。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. Low voltage MOS transistors (LVMOS) having different gate insulating film thicknesses are formed on the P-type silicon substrate 1.
FET) and high voltage MOS transistor (HVMOSFE
T) is provided. LVMOSFET has power supply voltage 3
In order to operate at V, a thin gate oxide film 22C is formed of a silicon oxide film of about 100A. HVMOSF
The ET has a thick gate oxide film 23C formed of a silicon oxide film of about 1000 A so that it can operate at a voltage (eg, 30 V) higher than the power supply voltage. Also, LVMOS
Since the FET uses an oxide film of 100 A as a gate insulating film, the threshold voltage is controlled to 0.4 V by providing the channel impurity region 22E over the entire surface of the channel region.

【0037】一方、HVMOSFETは、ゲート絶縁膜
が1000Aと厚いために同様に全面オン注入すると閾
値電圧は3V以上と非常に大きく変化してしまう。そこ
で、図3に示すように、HVMOSFETのみ、チャネ
ル面積に対して10%の割合にのみチャネル不純物領域
23Eを分割して形成することにより0.8V±0.1
Vに制御することができた。図3においては、ゲート絶
縁膜として、膜厚の異なるMOSFETの閾値電圧制御
の実施例を示した。図示しないが、誘電率が異なる材料
のゲート絶縁膜を用いても同様に制御できる。例えば、
LVMOSFETのゲート絶縁膜としてはシリコン酸化
膜を用い、HVMOSFETのゲート絶縁膜としてシリ
コン酸化膜・シリコンチッ化膜・シリコン酸化膜の三層
の複合膜を用いて形成することがある。
On the other hand, since the HVMOSFET has a thick gate insulating film of 1000 A, the threshold voltage changes greatly to 3 V or more when the entire surface is ON-implanted. Therefore, as shown in FIG. 3, only the HVMOSFET is divided into the channel impurity regions 23E at a rate of 10% with respect to the channel area to form 0.8V ± 0.1.
It was possible to control to V. FIG. 3 shows an example of controlling the threshold voltage of MOSFETs having different film thicknesses as the gate insulating film. Although not shown, the same control can be performed by using gate insulating films made of materials having different dielectric constants. For example,
A silicon oxide film may be used as the gate insulating film of the LVMOSFET, and a three-layer composite film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film may be used as the gate insulating film of the HVMOSFET.

【0038】このような場合でも、図3のようなチャネ
ル不純物領域をパターニングすることにより1回のイオ
ン注入により各々のトランジスタの閾値電圧を所望の値
に制御することができる。図4は図3の半導体装置の製
造方法を説明するための工程順断面図である。
Even in such a case, the threshold voltage of each transistor can be controlled to a desired value by performing ion implantation once by patterning the channel impurity region as shown in FIG. 4A to 4D are cross-sectional views in order of the processes, for illustrating the method for manufacturing the semiconductor device in FIG.

【0039】まず、図4(a)に示すように各々のトラ
ンジスタを電気的に分離するためのフィールド酸化膜3
を基板1の表面に形成する。一般的には、P型シリコン
基板の上に酸化膜を介してシリコンチッ化膜を通常のフ
ォトリソグラフィー技術によりパターニングする。
First, as shown in FIG. 4A, a field oxide film 3 for electrically isolating each transistor.
Are formed on the surface of the substrate 1. Generally, a silicon nitride film is patterned on a P-type silicon substrate through an oxide film by a normal photolithography technique.

【0040】次に、シリコンチッ化膜をマスク膜として
選択酸化することにより、図4(a)のようなフィール
ド酸化膜をパターニングすることができる。シリコンチ
ッ化膜の形成されている領域には厚いフィールド酸化膜
3が形成されない。選択酸化後に、シリコンチッ化膜と
シリコンチッ化膜の下の薄い酸化膜を除去するとトラン
ジスタ領域のみシリコン表面が露出して図4(a)のよ
うになる。
Next, by selectively oxidizing the silicon nitride film as a mask film, the field oxide film as shown in FIG. 4A can be patterned. The thick field oxide film 3 is not formed in the region where the silicon nitride film is formed. After the selective oxidation, when the silicon nitride film and the thin oxide film under the silicon nitride film are removed, the silicon surface is exposed only in the transistor region, as shown in FIG.

【0041】次に、図4(b)のように1000℃程度
の高温にて1000Aのゲート酸化膜31を形成する。
フィールド酸化膜3は5000A以上の厚い酸化膜であ
る。VLMOSFETとなるトランジスタ領域に100
Aのゲート酸化膜を形成するために、図4(b)のよう
にHVMOSFETの領域にレジスト膜32を形成し、
レジスト膜32をマスクとしてゲート酸化膜31を除去
する。次に、同様に1000℃程度の高温にて、短い酸
化時間でシリコン基板1を酸化する。HVMOSFET
の領域には1000Aのゲート酸化膜が存在していたの
でほとんどそのままで、LVMOSFETの領域にのみ
100Aの酸化膜33がゲート酸化膜として形成され
る。
Next, as shown in FIG. 4B, a gate oxide film 31 of 1000 A is formed at a high temperature of about 1000.degree.
The field oxide film 3 is a thick oxide film of 5000 A or more. 100 in the transistor area that becomes VLMOSFET
In order to form the gate oxide film of A, a resist film 32 is formed in the HVMOSFET region as shown in FIG.
The gate oxide film 31 is removed using the resist film 32 as a mask. Next, similarly, the silicon substrate 1 is oxidized at a high temperature of about 1000 ° C. for a short oxidation time. HVMOSFET
Since the gate oxide film of 1000 A was present in the region (1), the oxide film 33 of 100 A was formed as the gate oxide film only in the region of the LVMOSFET.

【0042】次に、図4(d)のようにチャネル不純物
形成のためのレジスト膜34を形成する。図4(d)に
おいては、LVMOSFETの領域には全面レジストが
形成されている。一方、HVMOSFETの領域には、
チャネル領域に複数のチャネル不純物領域36が形成さ
れるように平面的に分割されたレジストの窓が複数チャ
ネル領域内に形成されている。レジスト膜34をマスク
としてボロンイオンをイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 4D, a resist film 34 for forming channel impurities is formed. In FIG. 4D, a resist is entirely formed on the LVMOSFET region. On the other hand, in the HVMOSFET region,
A resist window that is divided in a plane so that a plurality of channel impurity regions 36 are formed in the channel region is formed in the plurality of channel regions. Boron ions are ion-implanted using the resist film 34 as a mask.

【0043】次に、各々のゲート絶縁膜の上にゲート電
極35を形成する。図示しないが、ゲート電極35を形
成後、ゲート電極及びフィールド酸化膜をマスクとして
N型の不純物元素ヒ素イオンを注入して、各々のMOS
FETのソース・ドレイン領域を形成する。次に、Al
配線とゲート電極との間の電気的分離をするための中間
絶縁膜を全面に形成する。次に、各々の領域及びゲート
電極とAl配線とのコンタクトをするためのコンタクト
ホールを中間絶縁膜に形成する。次に、コンタクトホー
ルをカバーするようにAl配線をパターニングして半導
体装置を製造する。チャネル不純物領域を形成するため
のイオン注入工程は、図4(a)に示したフィールド酸
化膜3の形成と図4(b)と厚いゲート酸化膜形成との
間、または、図4(b)の厚いゲート酸化膜形成と図4
(c)の薄いゲート酸化膜形成工程との間でもよい。薄
い酸化膜33の上にレジスト膜34を形成すると絶縁膜
33の歩留りが低下することがある。従って、一般に
は、厚いゲート酸化膜形成工程と薄い酸化膜形成工程と
の間にイオン注入工程を行う。
Next, a gate electrode 35 is formed on each gate insulating film. Although not shown, after the gate electrode 35 is formed, N-type impurity element arsenic ions are implanted by using the gate electrode and the field oxide film as a mask to form each MOS.
The source / drain regions of the FET are formed. Next, Al
An intermediate insulating film for electrically separating the wiring and the gate electrode is formed on the entire surface. Next, contact holes for making contact between each region and the gate electrode and the Al wiring are formed in the intermediate insulating film. Next, the Al wiring is patterned so as to cover the contact hole to manufacture a semiconductor device. The ion implantation process for forming the channel impurity region is performed between the formation of the field oxide film 3 shown in FIG. 4A and the formation of the thick gate oxide film shown in FIG. 4B, or FIG. Of thick gate oxide film and Fig. 4
It may be between the thin gate oxide film forming step (c). If the resist film 34 is formed on the thin oxide film 33, the yield of the insulating film 33 may decrease. Therefore, generally, the ion implantation step is performed between the thick gate oxide film forming step and the thin oxide film forming step.

【0044】図5は、本発明の第4実施例のSOI(S
ilicon On Insulatorの略)基板を
用いた半導体製造の説明するための工程順断面図であ
る。本発明は、図5に示すように、チャネル領域がシリ
コン薄膜で形成された場合に効果を大きくすることがで
きる。シリコン薄膜は、単結晶、多結晶あるいは、非晶
質(アモルファス)いづれの場合も適用できる。チャネ
ル領域を薄膜で形成することにより、閾値電圧制御のた
めのチャネル不純物領域により効果的に制御できる。特
に、チャネル領域の厚さを反転時の空乏層より薄く形成
することにより、さらに効果的に制御できる。閾値電圧
がチャネル不純物領域により、主に影響されるためであ
る。SOI基板でない厚い基板の場合には、反転になる
場合の空乏層の電荷が反転層の下に多く形成される。S
OI基板においては、チャネル領域が空乏層より薄い膜
のために空乏電荷量が少ない。空乏電荷量は基板濃度の
関数であるが、基板が無いために閾値電圧はほとんどチ
ャネル領域内の不純物濃度分布によって制御される。
FIG. 5 shows the SOI (S) of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view in order of the steps, for explaining the semiconductor manufacturing using the substrate (abbreviation of ilicon On Insulator). The present invention can increase the effect when the channel region is formed of a silicon thin film as shown in FIG. The silicon thin film can be applied to any of single crystal, polycrystal, and amorphous. By forming the channel region with a thin film, the channel impurity region for controlling the threshold voltage can be effectively controlled. In particular, by forming the thickness of the channel region thinner than the depletion layer at the time of inversion, it is possible to control more effectively. This is because the threshold voltage is mainly affected by the channel impurity region. In the case of a thick substrate that is not an SOI substrate, a large amount of charges in the depletion layer when being inverted are formed under the inversion layer. S
In the OI substrate, the depletion charge amount is small because the channel region is thinner than the depletion layer. The depletion charge amount is a function of the substrate concentration, but since there is no substrate, the threshold voltage is almost controlled by the impurity concentration distribution in the channel region.

【0045】図5を用いて製造方法を説明する。シリコ
ン基板1の表面に1μmの酸化膜41を介して1000
Aの単結晶シリコン膜42が設けられている。チャネル
不純物領域を形成するためのレジストパターン43を通
常のフォトリソグラフィー技術により形成する。MOS
FETのチャネル領域にレジスト膜の複数の窓を設けて
いる。レジスト膜43をマスクとしてボロンイオンを単
結晶シリコン膜42へイオン注入する。
The manufacturing method will be described with reference to FIG. 1000 is formed on the surface of the silicon substrate 1 through the oxide film 41 of 1 μm.
A single crystal silicon film 42 of A is provided. A resist pattern 43 for forming a channel impurity region is formed by a normal photolithography technique. MOS
A plurality of windows of resist film are provided in the channel region of the FET. Boron ions are ion-implanted into the single crystal silicon film 42 using the resist film 43 as a mask.

【0046】次に、必要に応じて、図5(b)のよう
に、ボロンを1000℃程度の高温にて熱拡散すること
により不純物分布を一様に平均化する。次に、通常のフ
ォトリソ工程によりトランジスタ領域にレジスト膜46
をパターニングして分離領域を形成する。図4(c)に
おいては、レジスト膜46をマスクにして異なる不純物
濃度分布となったシリコン膜44、45をエッチング除
去する。分離形成は、選択酸化により形成してもよい。
Next, if necessary, as shown in FIG. 5B, the impurity distribution is uniformly averaged by thermally diffusing boron at a high temperature of about 1000.degree. Next, a resist film 46 is formed on the transistor region by a normal photolithography process.
Are patterned to form isolation regions. In FIG. 4C, the silicon films 44 and 45 having different impurity concentration distributions are removed by etching using the resist film 46 as a mask. Separate formation may be performed by selective oxidation.

【0047】次に、図4(d)のようにLVMOSFE
Tに薄いゲート絶縁膜47をHVMOSFETに厚いゲ
ート酸化膜48を形成する。次に、図4(e)のように
各々のゲート絶縁膜の上にゲート電極49を形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, LVMOSFE
A thin gate insulating film 47 is formed on T and a thick gate oxide film 48 is formed on the HVMOSFET. Next, as shown in FIG. 4E, a gate electrode 49 is formed on each gate insulating film.

【0048】次に、図4(d)のようにゲート電極49
をマスクとしてN型不純物をイオン注入してLVNMO
SFETとHVNMOSFETを形成する。少なくとも
いづれか一方のチャネル領域には、図4(a)でイオン
注入された形成されたチャネル領域不純物領域が平面的
に分割されて複数設けられている。
Next, as shown in FIG. 4D, the gate electrode 49 is formed.
LNMO by ion-implanting N-type impurities using as a mask
Form SFET and HVNMOSFET. In at least one of the channel regions, a plurality of ion-implanted channel region impurity regions formed by ion implantation in FIG.

【0049】SOI基板においては、図4(b)の熱拡
散の条件と図4(a)のレジスト膜の間隔との関係によ
り、チネル不純物領域を分割せずに、平均的に均一分布
として異なる濃度として形成することもできる。均一分
布に制御したい場合には、不純物の拡散長よりレジスト
膜の間隔を充分小さく形成すればよい。
In the SOI substrate, the tinel impurity region is not divided but has a uniform distribution on average due to the relationship between the thermal diffusion condition of FIG. 4B and the resist film spacing of FIG. 4A. It can also be formed as a concentration. When it is desired to control the distribution to be uniform, the distance between the resist films may be formed sufficiently smaller than the diffusion length of impurities.

【0050】また、図5においては、半導体領域として
1000Aと非常に薄いSOI基板の場合の実施例につ
いて説明した。熱拡散を充分した場合には、チャネル不
純物領域がシリコン薄膜の底に達る。この場合には、閾
値電圧は、ほとんどチャネル不純物領域により主に制御
されることになる。即ち、半導体領域の厚さが、チャネ
ル不純物領域の深さとほぼ同じになる場合には、空乏層
の影響が小さくなるために閾値電圧の制御性がより高く
できる。また、チャネル不純物領域の深さ程度まで半導
体領域としてのシリコン薄膜を薄くせずとも効果を得る
ことができる。少なくとも、チャネル領域である空乏層
の深さよりシリコン薄膜を薄くできれば空乏層の影響は
小さくなるため閾値制御感度を高くできる。一般に、従
来の厚い半導体基板と異なるSOI基板においては10
μm以下のシリコン薄膜が用いられている。また、図示
しないが、各々異なる膜厚のシリコン薄膜を有するMO
SFETに対しても同様な方法にて容易に閾値電圧を制
御できる。また、CMOSSOIICも同様な方法にて
形成できる。
Further, in FIG. 5, an embodiment in the case of an SOI substrate having a very thin semiconductor region of 1000 A has been described. When the thermal diffusion is sufficient, the channel impurity region reaches the bottom of the silicon thin film. In this case, the threshold voltage is mostly controlled mainly by the channel impurity region. That is, when the thickness of the semiconductor region is almost the same as the depth of the channel impurity region, the influence of the depletion layer is small, and thus the controllability of the threshold voltage can be made higher. Further, the effect can be obtained without thinning the silicon thin film as the semiconductor region to the depth of the channel impurity region. At least, if the silicon thin film can be made thinner than the depth of the depletion layer which is the channel region, the influence of the depletion layer will be small and the threshold control sensitivity can be increased. Generally, in an SOI substrate different from the conventional thick semiconductor substrate, 10
A silicon thin film having a thickness of μm or less is used. Also, although not shown, MOs having silicon thin films having different thicknesses are used.
The threshold voltage of the SFET can be easily controlled by the same method. Further, CMOSSOIIC can be formed by the same method.

【0051】[0051]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように一回の
同時に行うチャネルドープのような不純物導入工程によ
り以下の半導体装置を簡単に製造できる効果を有する。 (1)同一基板上に非常に多くの種類の閾値電圧を有す
るMOSFETを形成できる。
As described above, the present invention has an effect that the following semiconductor device can be easily manufactured by one impurity doping step such as channel doping performed simultaneously. (1) MOSFETs having a great number of kinds of threshold voltages can be formed on the same substrate.

【0052】(2)ほぼ同じレベルの閾値電圧を有する
高耐圧MOSFETと低電圧MOSFETを形成でき
る。 (3)ほぼ同じレベルの閾値電圧を有するN型MOSF
ETとP型MOSFETを形成できる。
(2) It is possible to form a high voltage MOSFET and a low voltage MOSFET having a threshold voltage of approximately the same level. (3) N-type MOSF having almost the same threshold voltage
ET and P-type MOSFETs can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における第1の実施例のMOSトランジ
スタ半導体装置の模式的平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a MOS transistor semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例のCMOSICの断面図で
ある。
FIG. 2 is a sectional view of a CMOS IC according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3実施例の高耐圧MOS内蔵ICの
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a high voltage MOS built-in IC according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施例の高耐圧MOS内蔵IC
の製造工程順断面図である。
FIG. 4 is an IC with a high withstand voltage MOS according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view in order of the manufacturing steps.

【図5】本発明の第4の実施例のSOI半導体装置の製
造工程順断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view in order of the manufacturing steps of the SOI semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図6】(a),(b),(c)は、従来のMOSトラ
ンジスタの模式的平面図である。
6A, 6B and 6C are schematic plan views of a conventional MOS transistor.

【図7】従来の技術によるMOSトランジスタの模式的
断面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a conventional MOS transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 ゲート電極 102 ソース領域 103 ドレイン領域 104 第1の不純物濃度のチャネル領域 105 第2の不純物濃度のチャネル領域 106 不純物導入用レジストマスクのパターン 101 gate electrode 102 source region 103 drain region 104 first impurity concentration channel region 105 second impurity concentration channel region 106 impurity introduction resist mask pattern

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面の第1導電型の半導体領域に互
いに離れ設けられた第2導電型のソース・ドレイン領域
と、前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の前記半
導体領域であるチャネル領域と、前記チャネル領域に平
面的に分割されて設けられた閾値制御のための複数のチ
ャネル不純物領域と、前記チャネル領域の上にゲート絶
縁膜を介して設けられたゲート電極とから成る絶縁ゲー
ト電界効果型トランジスタ(MISFET)を設けたこ
とを特徴とする半導体装置。
1. A channel region, which is a semiconductor region between the source region and the drain region, and a second conductivity type source / drain region provided in a semiconductor region of the first conductivity type on the surface of the substrate so as to be separated from each other. And an insulated gate electric field comprising a plurality of channel impurity regions for planarly controlling the threshold value, which are provided in the channel region in a plane, and a gate electrode provided on the channel region via a gate insulating film. A semiconductor device comprising an effect transistor (MISFET).
【請求項2】 前記チャネル不純物領域を前記ソース・
ドレイン領域の接合深さより浅く設けたことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
2. The channel impurity region is connected to the source.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is provided shallower than a junction depth of the drain region.
【請求項3】 前記チャネル不純物領域を5個以上設け
たことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein five or more channel impurity regions are provided.
【請求項4】 前記ゲート絶縁膜と膜厚の異なる第2の
ゲート絶縁膜を有する第2のMISFETを前記基板表
面に設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a second MISFET having a second gate insulating film having a film thickness different from that of the gate insulating film is provided on the surface of the substrate.
【請求項5】 前記基板表面に設けられるとともに、前
記半導体領域と不純物濃度の異なる第2の半導体領域に
第2のMISFETを設けたことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
5. A second MISFET is provided in the second semiconductor region provided on the surface of the substrate and having an impurity concentration different from that of the semiconductor region.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項6】 前記基板表面に設けられるとともに、前
記半導体領域と導電型の異なる第2導電型の第2の半導
体領域に第2のMISFETを設けた請求項1記載の半
導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second MISFET provided on the surface of the substrate and in a second semiconductor region of a second conductivity type having a conductivity type different from that of the semiconductor region.
【請求項7】 前記MISFETから成るアナログ回路
と、前記チャネル領域に比べ1桁以上面積の小さい第2
のチャネル領域から成る第2のMISFETにより構成
されるディジタル回路とを前記基板表面に設けた請求項
1記載の半導体装置。
7. An analog circuit composed of the MISFET and a second circuit having an area smaller than that of the channel region by one digit or more.
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a digital circuit including a second MISFET having the channel region of 1. and provided on the surface of the substrate.
【請求項8】 半導体基板と前記半導体基板の上に設け
た絶縁膜から前記基板を構成するとともに、前記半導体
領域の厚さを10μmより薄く形成したことを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is composed of a semiconductor substrate and an insulating film provided on the semiconductor substrate, and the thickness of the semiconductor region is thinner than 10 μm. .
【請求項9】 前記半導体領域の厚さが前記チャネル領
域と同等の膜厚である請求項8記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor region has a thickness equivalent to that of the channel region.
【請求項10】 前記半導体領域の厚さが前記チャネル
不純物領域の深さと同じである請求項8記載の半導体装
置。
10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the thickness of the semiconductor region is the same as the depth of the channel impurity region.
【請求項11】 基板表面の第1導電型の半導体領域の
表面にフィールド絶縁膜を形成する工程と、前記半導体
領域の第1のトランジスタ領域と第2のトランジスタ領
域の表面にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1の
トランジスタ領域の表面にチャネル不純物領域を形成す
るためのレジストパターンを形成する工程と、前記レジ
ストパターンをマスクとして前記第1のトランジスタ領
域の表面に不純物をイオン注入して前記チャネル不純物
領域を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上にゲート
電極をパターニングする工程と、前記ゲート電極により
区切られるように前記第1のトランジスタ領域の表面に
第2導電型のソース・ドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に中間絶縁膜を形成する工程と、前
記中間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前
記コンタクトホールの上に重なるように金属配線をパタ
ーニングする工程とから成るとともに、前記チャネル不
純物形成領域が前記ソース領域と前記ドレイン領域との
間に平面的に分割して複数形成されることを特徴とする
半導体装置の製造方法。
11. A step of forming a field insulating film on a surface of a semiconductor region of a first conductivity type on a surface of a substrate, and a gate insulating film on surfaces of a first transistor region and a second transistor region of the semiconductor region. And a step of forming a resist pattern for forming a channel impurity region on the surface of the first transistor region, and ion-implanting impurities into the surface of the first transistor region using the resist pattern as a mask. Forming the channel impurity region, patterning a gate electrode on the gate insulating film, and forming a second conductive type source / drain on the surface of the first transistor region so as to be partitioned by the gate electrode. Forming a region,
The method includes the steps of forming an intermediate insulating film on the gate electrode, forming a contact hole in the intermediate insulating film, and patterning a metal wiring so as to overlap the contact hole, and the channel A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a plurality of impurity formation regions are formed by being planarly divided between the source region and the drain region.
【請求項12】 前記第1のトランジスタ領域に第1の
ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第2のトランジス
タ領域に前記第1のゲート絶縁膜より膜厚の薄い第2の
ゲート絶縁膜とを形成する工程とから成る請求項11記
載の半導体装置の製造方法。
12. A step of forming a first gate insulating film in the first transistor region, and a second gate insulating film having a smaller film thickness than the first gate insulating film in the second transistor region. 12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising the step of forming.
【請求項13】 前記第1のトランジスタ領域の前記ソ
ース・ドレイン領域を含む前記半導体領域の表面に第2
導電型のウェル領域を形成する工程と、前記第1のトラ
ンジスタ領域の前記ソース・ドレイン領域として第1導
電型の不純物をドーピングする工程と、前記第2のトラ
ンジスタ領域のソース・ドレイン領域として第2導電型
の不純物をドーピングする工程とから成る請求項11記
載の半導体装置の製造方法。
13. A second surface is formed on the surface of the semiconductor region including the source / drain regions of the first transistor region.
Forming a conductivity type well region; doping a first conductivity type impurity as the source / drain region of the first transistor region; and secondly forming a source / drain region of the second transistor region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising the step of doping with a conductivity type impurity.
JP7097227A 1994-06-03 1995-04-21 Semiconductor device and manufacture thereof Pending JPH08293598A (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7097227A JPH08293598A (en) 1995-04-21 1995-04-21 Semiconductor device and manufacture thereof
US08/459,831 US6498376B1 (en) 1994-06-03 1995-06-02 Semiconductor device and manufacturing method thereof
CN95108533A CN1089949C (en) 1994-06-03 1995-06-03 Semiconductor device and manufacturing method thereof
CNB2004100351470A CN1320615C (en) 1994-06-03 1995-06-03 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US09/270,648 US6306709B1 (en) 1994-06-03 1999-03-16 Semiconductor device and manufacturing method thereof
CNB011227117A CN1201407C (en) 1994-06-03 2001-07-03 Semiconductor device and mfg. method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7097227A JPH08293598A (en) 1995-04-21 1995-04-21 Semiconductor device and manufacture thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH08293598A true JPH08293598A (en) 1996-11-05

Family

ID=14186751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7097227A Pending JPH08293598A (en) 1994-06-03 1995-04-21 Semiconductor device and manufacture thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH08293598A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198140B1 (en) 1999-09-08 2001-03-06 Denso Corporation Semiconductor device including several transistors and method of manufacturing the same
JP2006324442A (en) * 2005-05-18 2006-11-30 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006332400A (en) * 2005-05-27 2006-12-07 Nec Corp Thin-film semiconductor device and manufacturing method thereof
US7326604B2 (en) 1997-07-14 2008-02-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7535053B2 (en) 1997-11-18 2009-05-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Nonvolatile memory and electronic apparatus
JP2009200515A (en) * 2009-04-27 2009-09-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
JP2011071243A (en) * 2009-09-24 2011-04-07 Seiko Instruments Inc Semiconductor device and method for manufacturing the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7326604B2 (en) 1997-07-14 2008-02-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
US7535053B2 (en) 1997-11-18 2009-05-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Nonvolatile memory and electronic apparatus
US6198140B1 (en) 1999-09-08 2001-03-06 Denso Corporation Semiconductor device including several transistors and method of manufacturing the same
JP2006324442A (en) * 2005-05-18 2006-11-30 Sharp Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006332400A (en) * 2005-05-27 2006-12-07 Nec Corp Thin-film semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009200515A (en) * 2009-04-27 2009-09-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device
JP2011071243A (en) * 2009-09-24 2011-04-07 Seiko Instruments Inc Semiconductor device and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4395726A (en) Semiconductor device of silicon on sapphire structure having FETs with different thickness polycrystalline silicon films
US4703552A (en) Fabricating a CMOS transistor having low threshold voltages using self-aligned silicide polysilicon gates and silicide interconnect regions
US6163053A (en) Semiconductor device having opposite-polarity region under channel
US6306709B1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US4110899A (en) Method for manufacturing complementary insulated gate field effect transistors
US6861304B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of manufacturing thereof
US4891326A (en) Semiconductor device and a process for manufacturing the same
JPH05315561A (en) Manufacture of semiconductor device
US4178605A (en) Complementary MOS inverter structure
JP3206026B2 (en) Semiconductor device having high voltage MISFET
JP3470133B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH09162417A (en) Cmos integrated circuit formed on silicon-on-insulator substrate, and its forming method
JP3380117B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH08293598A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPS6329967A (en) Manufacture of semiconductor device
GB2064866A (en) Field effect semiconductor device
US5691564A (en) Semiconductor device with high speed operation and high integration
JP3957117B2 (en) Semiconductor device
JPH09223793A (en) Semiconductor device and its manufacture
JPH1050860A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JPH061826B2 (en) Solid-state imaging device
JPS62262462A (en) Semiconductor device
JP2605757B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR100631279B1 (en) Manufacturing Method for High Voltage Transistor
JP2728424B2 (en) Semiconductor integrated circuit device