JPH11154747A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH11154747A
JPH11154747A JP32074397A JP32074397A JPH11154747A JP H11154747 A JPH11154747 A JP H11154747A JP 32074397 A JP32074397 A JP 32074397A JP 32074397 A JP32074397 A JP 32074397A JP H11154747 A JPH11154747 A JP H11154747A
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oxide film
gate oxide
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forming
mos transistor
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Takamichi Fukui
孝道 福井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MOSトランジスタのゲート酸化膜の耐電圧
を向上させ、また、初期故障率を低下させる。 【解決手段】 本発明は、MOSトランジスタを製造す
る際、Si基板1上にSTIを形成してイオン注入を行
う第1の工程と、Si基板上に第1のゲート酸化膜4を
形成する第2の工程と、第1のゲート酸化膜をその一部
を残してエッチングする第3の工程と、Si基板上に第
2のゲート酸化膜5を形成し、ゲート電極6をパターニ
ングする第4の工程を含み、Si基板の拡散層端部にお
ける第1のゲート酸化膜を局部的に厚く形成する半導体
装置の製造方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タ型半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】素子分離プロセスには、従来からLOC
OS(Local Oxidation of Sil
icon)による素子分離法が採用されていたが、微細
な素子分離法には、現在はSTI(Shallow T
rench Isolation)による素子分離法が
採用されている。
【0003】従来の多電源用MOSトランジスタの製造
方法について図3を参照して説明する。
【0004】まず、図3(a)に示されるように、多電
源用MOSトランジスタ、例えば、ゲート酸化膜厚が異
なる低電圧電源MOS(2.5V用)トランジスタと高
電圧電源MOS(3.3V用)トランジスタを同一チッ
プ上に形成する際、Si基板1上にリソグラフィ技術及
びドライエッチング技術により所望のパターニング及び
Siのエッチングを500nm程度行い、CVD(Ch
emical Vapor Deposition 化
学的気相成長法)技術により埋め込みプラズマ酸化膜2
を600nm程度形成し、Si基板1の表面の平坦化を
行い、STIを形成する。これにより、幅300nm程
度の拡散層をSi基板1に形成する。更に、拡散層とな
る箇所にフォトレジスト3のパターニングを行う。更
に、ウェル形成又はトランジスタ特性の制御を行うため
に、高低両電圧電源MOSトランジスタに応じて別々に
イオン注入を行う。フォトレジスト3は、イオン注入後
に除去される。
【0005】次に、図3(b)に示されるように、Si
基板1上に熱酸化により第1のゲート酸化膜4を5nm
程度形成する。更に、拡散層となる箇所にフォトレジス
ト3′のパターニングを行う。更に、リソグラフィ技術
及びエッチング技術により、低電圧電源MOSトランジ
スタ部の第1のゲート酸化膜4のエッチングを行う。フ
ォトレジスト3′は、エッチング後に除去される。
【0006】その後、図3(c)に示されるように、フ
ォトレジスト3′の剥離後に、Si基板1上に熱酸化に
より第2のゲート酸化膜5を6nm程度形成する。
【0007】続いて、図3(d)に示されるように、S
i基板1の表面にゲート電極材を200nm程度スパッ
タし、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によ
り、所望のゲート電極6をパターニングする。
【0008】上述したように、高低両電圧電源MOSト
ランジスタの各ゲート酸化膜にかかる電界を同じレベル
にするために、低電圧電源MOSトランジスタでは薄い
ゲート酸化膜を、高電圧電源トランジスタでは厚いゲー
ト酸化膜を、それぞれ採用する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の多電源用M
OSトランジスタには、次の欠点があった。ゲート酸化
膜の工程時に、低電圧電源MOSトランジスタの拡散層
端部が鋭角なために、酸化膜が形成されにくい。したが
って、ゲート酸化膜は、所望の厚さに形成されず、薄膜
化する。
【0010】よって、極薄なゲート酸化膜を使用するM
OSトランジスタにおいて、拡散層端部のゲート電極下
のゲート酸化膜のゲート耐電圧の低下及び真性破壊寿命
(偶発故障を除いた真のゲート酸化膜の寿命)の低下
が、発生していた。
【0011】そこで、本発明は、前記従来の技術の欠点
を改良し、MOSトランジスタのゲート酸化膜の耐電圧
を向上させ、また、初期故障率を低下させることを図る
ものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。
【0013】1.MOSトランジスタ用STI構造のS
i基板の拡散層端部におけるゲート電極下のゲート酸化
膜を局部的に厚く形成した半導体装置。
【0014】2.前記MOSトランジスタが多電源用で
あって、前記拡散層端部が低電圧電源用である前記1記
載の半導体装置。
【0015】3.MOSトランジスタを製造する際、S
TI構造のSi基板の拡散層端部におけるゲート酸化膜
を局部的に厚く形成する半導体装置の製造方法。
【0016】4.MOSトランジスタを製造する際、S
i基板上にSTIを形成してイオン注入を行う第1の工
程と、前記Si基板上に第1のゲート酸化膜を形成する
第2の工程と、前記第1のゲート酸化膜をその一部を残
してエッチングする第3の工程と、前記Si基板上に第
2のゲート酸化膜を形成し、ゲート電極をパターニング
する第4の工程を含み、前記Si基板の拡散層端部にお
ける前記第1のゲート酸化膜を局部的に厚く形成する半
導体装置の製造方法。
【0017】5.多電源用MOSトランジスタを形成す
る際、Si基板上にSTIを形成し、高低両電源電圧M
OSトランジスタに応じて別々にイオン注入を行う第1
の工程と、前記Si基板上に第1のゲート酸化膜を形成
する第2の工程と、前記低電源電圧MOSトランジスタ
の前記第1のゲート酸化膜をその一部を残してエッチン
グする第3の工程と、前記Si基板上に第2のゲート酸
化膜を形成し、ゲート電極をパターニングする第4の工
程を含み、前記Si基板の拡散層端部における前記第1
のゲート酸化膜を局部的に厚く形成する半導体装置の製
造方法。
【0018】6.前記第1のゲート酸化膜及び前記第2
のゲート酸化膜を熱酸化により形成する前記4又は5記
載の半導体装置の製造方法。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の二つの実施の形態例につ
いて説明する。
【0020】本発明の第1実施の形態例について図1と
図4を参照して説明する。
【0021】まず、図1(a)に示されるように、Si
基板1上にリソグラフィ技術及びドライエッチング技術
により所望のパターニング及びSiのエッチングを50
0nm程度行い、CVD技術により埋め込みプラズマ酸
化膜2を600nm程度形成し、Si基板1の表面の平
坦化を行い、STIを形成する。
【0022】これにより、幅300nm程度の拡散層を
Si基板1に形成する。更に、拡散層となる箇所にフォ
トレジスト3のパターニングを行う。更に、ウェル形成
又はトランジスタ特性の制御を行うために、イオン注入
を行う。フォトレジスト3は、イオン注入後に除去され
る。
【0023】次に、図1(b)に示されるように、Si
基板1上に熱酸化により第1のゲート酸化膜4を5nm
程度形成する。更に、拡散層となる箇所にフォトレジス
ト3′のパターニングを若干オーバーサイズするように
行う。更に、リソグラフィ技術及びエッチング技術によ
り、拡散層となるSi基板1の端部の第1のゲート酸化
膜4の一部を残して、第1のゲート酸化膜4のエッチン
グを行う。フォトレジスト3′は、エッチング後に除去
される。
【0024】その後、図1(c)に示されるように、フ
ォトレジスト3の剥離後に、Si基板1上に熱酸化によ
り第2のゲート酸化膜5を6nm程度形成する。
【0025】続いて、図1(d)に示されるように、S
i基板1の表面にゲート電極材を200nm程度スパッ
タし、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によ
り、所望のゲート電極6をパターニングする。
【0026】以下に本発明の第1実施の形態例の動作に
ついて説明する。
【0027】微細なゲート酸化膜を有するMOSトラン
ジスタでは、ゲート酸化膜を形成する際、酸化時のシリ
コン量の供給がゲート酸化膜端部で極端に少なくなるた
め、図4に示されるように、第2のゲート酸化膜5は、
矢印の先に示されるように所望の厚さ以下になってしま
う。したがって、ゲート電極6に電圧がかかるときに、
従来のSTI分離プロセスでは、下記の表1に示される
ように、第2のゲート酸化膜5の端部で耐電圧不良及び
初期ゲート酸化膜破壊が発生する。
【0028】
【表1】 ここで、耐電圧不良率とは、ゲートに一定電圧を印加し
たときの不良が発生する割合を意味し、初期ゲート酸化
膜破壊率とは、TDDB試験において、低注入電荷(Q
bd>1C/cm2 )で破壊が発生する割合を意味す
る。なお、TDDB(Time Dependent
Dielectric Break Down)試験
は、ゲート酸化膜に電荷を注入し、破壊寿命を指標に評
価を行う加速試験であり、また、Qbd値は、この加速
試験でのゲート酸化膜が破壊するまでの電荷注入量であ
る。
【0029】上述した欠点の発生を防止するために、表
1から判明するように、本発明のSTI分離プロセスで
は、ゲート酸化膜端部の膜厚を一定以上に厚く形成する
ことにより、耐電圧不良率及び初期ゲート酸化膜破壊率
を低下させることができる。
【0030】本発明の第2実施の形態例について図2を
参照して説明する。
【0031】まず、図2(a)に示されるように、多電
源用MOSトランジスタ、例えば、ゲート酸化膜厚が異
なる低電圧電源MOS(2.5V用)トランジスタと高
電圧電源MOS(3.3V用)トランジスタを同一チッ
プ上に形成する際、Si基板1上にリソグラフィ技術及
びドライエッチング技術により所望のパターニング及び
Siのエッチングを500nm程度行い、CVD技術に
より埋め込みプラズマ酸化膜2を600nm程度形成
し、Si基板1の表面の平坦化を行い、STIを形成す
る。これにより、幅300nm程度の拡散層をSi基板
1に形成する。更に、拡散層となる箇所にフォトレジス
ト3のパターニングを行う。更に、ウェル形成又はトラ
ンジスタ特性の制御を行うために、高低両電源電圧MO
Sトランジスタに応じて別々にイオン注入を行う。フォ
トレジスト3は、イオン注入後に除去される。
【0032】次に、図2(b)に示されるように、Si
基板1上に熱酸化により第1のゲート酸化膜4を5nm
程度形成する。更に、拡散層となる箇所にフォトレジス
ト3′のパターニングを若干オーバーサイズするように
行う。更に、リソグラフィ技術及びエッチング技術によ
り、低電圧電源MOSトランジスタ部の第1のゲート酸
化膜4を、その一部を残してエッチングを行う。フォト
レジスト3′は、エッチング後に除去される。
【0033】その後、図2(c)に示されるように、フ
ォトレジスト3′の剥離後に、Si基板1上に熱酸化に
より第2のゲート酸化膜5を6nm程度形成する。
【0034】続いて、図2(d)に示されるように、S
i基板1の表面にゲート電極材を200nm程度スパッ
タし、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によ
り、所望のゲート電極6をパターニングする。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次の効果を奏することができる。
【0036】1.Si基板の拡散層端部におけるゲート
電極下のゲート酸化膜を局部的に厚く形成することによ
り、拡散層端部での耐電圧不良及び初期ゲート酸化膜破
壊を防止する。したがって、ゲート酸化膜の耐電圧が向
上し、また、初期故障率が低下する。
【0037】2.多電源用MOSトランジスタの低電圧
側のゲート酸化膜を除去する際、拡散層端部はフォトレ
ジストによって除去されないため、フォトレジストは増
加しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態例のMOSトランジス
タの製造方法を示す断面図であり、工程を順次(a)〜
(d)に示す。
【図2】本発明の第2実施の形態例のMOSトランジス
タの製造方法を示す断面図であり、工程を順次(a)〜
(d)に示す。
【図3】従来のMOSトランジスタの製造方法を示す断
面図であり、工程を順次(a)〜(d)に示す。
【図4】従来のMOSトランジスタの製造方法の欠点を
示す要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 埋め込みプラズマ酸化膜 3 フォトレジスト 3′ フォトレジスト 4 第1のゲート酸化膜 5 第2のゲート酸化膜 6 ゲート電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MOSトランジスタ用STI構造のSi
    基板の拡散層端部におけるゲート電極下のゲート酸化膜
    を局部的に厚く形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記MOSトランジスタが多電源用であ
    って、前記拡散層端部が低電圧電源用であることを特徴
    とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 MOSトランジスタを製造する際、ST
    I構造のSi基板の拡散層端部におけるゲート酸化膜を
    局部的に厚く形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 MOSトランジスタを製造する際、Si
    基板上にSTIを形成してイオン注入を行う第1の工程
    と、前記Si基板上に第1のゲート酸化膜を形成する第
    2の工程と、前記第1のゲート酸化膜をその一部を残し
    てエッチングする第3の工程と、前記Si基板上に第2
    のゲート酸化膜を形成し、ゲート電極をパターニングす
    る第4の工程を含み、前記Si基板の拡散層端部におけ
    る前記第1のゲート酸化膜を局部的に厚く形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 多電源用MOSトランジスタを形成する
    際、Si基板上にSTIを形成し、高低両電源電圧MO
    Sトランジスタに応じて別々にイオン注入を行う第1の
    工程と、前記Si基板上に第1のゲート酸化膜を形成す
    る第2の工程と、前記低電源電圧MOSトランジスタの
    前記第1のゲート酸化膜をその一部を残してエッチング
    する第3の工程と、前記Si基板上に第2のゲート酸化
    膜を形成し、ゲート電極をパターニングする第4の工程
    を含み、前記Si基板の拡散層端部における前記第1の
    ゲート酸化膜を局部的に厚く形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第1のゲート酸化膜及び前記第2の
    ゲート酸化膜を熱酸化により形成することを特徴とする
    請求項4又は5記載の半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010066382A (ko) * 1999-12-31 2001-07-11 박종섭 듀얼 게이트절연막을 갖는 반도체장치의 제조방법
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