JP2000311950A - 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Info
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Abstract
T、I/O部に形成される第2のMOSFET及びES
D保護部に形成される第3のMOSFETがそれぞれ求
められる機能を発揮できるようにする。 【解決手段】 第1のMOSFETは、相対的に小さい
膜厚を持つ第1のゲート絶縁膜12の上に形成された第
1のn型ゲート電極13Aを有すると共に、第1の高濃
度不純物層24のチャネル領域側に第1の低濃度不純物
層18を有している。第2のMOSFETは、相対的に
大きい膜厚を持つ第2のゲート絶縁膜14の上に形成さ
れた第2のn型ゲート電極15Aを有すると共に、第2
の高濃度不純物層25のチャネル領域側に、不純物濃度
が異なる第1の低濃度不純物層19及び第2の低濃度不
純物層22を有している。第3のMOSFETは、相対
的に大きい膜厚を持つ第3のゲート絶縁膜16の上に形
成された第3のn型ゲート電極17Aを有すると共に、
第3の高濃度不純物層26のチャネル領域側に第3の低
濃度不純物層20を有している。
Description
に、第1のMOSFETを有するロジック部と、第2の
MOSFETを有するI/O部(入出力部)と、第3の
MOSFETを有するESD(Electric Static Discha
rge )保護部とを備えた半導体装置及びその製造方法に
関する。
ETは、消費電力の低減のために低電圧例えば2.5V
で動作することが求められると共に、処理能力の向上の
ために高速で動作することが求められている。
FETは、外部から電源電圧が入力されたり又は外部と
の間で信号電圧の入出力を行なったりするために用いら
れるので、高電圧例えば3.3Vで動作することが求め
られる。
OSFETは、サージ電圧を吸収するために、バイポー
ラ動作をし易いことが望ましいので、ソース領域又はド
レイン領域とウェル領域との間の不純物の濃度勾配は急
峻であることが求められる。
体装置においては、ロジック部の第1のMOSFET、
I/O部の第2のMOSFET及びESD保護部の第3
のMOSFETは、工程の簡素化のために同一の構造を
有するのが通常である。
められる特性を有するように形成すると、I/O部又は
ESD保護部に形成されたMOSFETは求められる機
能を発揮せず、MOSFETをI/O部に求められる特
性を有するように形成すると、ロジック部又はESD保
護部に形成されたMOSFETは求められる機能を発揮
せず、MOSFETをESD保護部に求められる特性を
有するように形成すると、MOSFETはロジック部又
はI/O部に求められる機能を発揮しないという問題が
ある。
される第1のMOSFET、I/O部に形成される第2
のMOSFET及びESD保護部に形成される第3のM
OSFETがそれぞれ求められる機能を発揮できるよう
にすることを目的とする。
め、本発明に係る半導体装置は、一の半導体基板上に、
第1のMOSFETを有するロジック部と、第2のMO
SFETを有するI/O部と、第3のMOSFETを有
するESD保護部とを備えた半導体装置を対象とし、第
1のMOSFETは、相対的に小さい膜厚を持つ第1の
ゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極を有す
ると共に、ソース又はドレインとなる高濃度不純物層の
チャネル領域側に低濃度不純物層を有しており、相対的
に低い電圧で動作するように設定されており、第2のM
OSFETは、相対的に大きい膜厚を持つ第2のゲート
絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極を有すると共
に、ソース又はドレインとなる高濃度不純物層のチャネ
ル領域側に第1の低濃度不純物層を有し且つ該第1の低
濃度不純物層のチャネル領域側に該第1の低濃度不純物
層よりも不純物濃度が低い第2の低濃度不純物層を有し
ており、相対的に高い電圧で動作するように設定されて
おり、第3のMOSFETは、相対的に大きい膜厚を持
つ第3のゲート絶縁膜の上に形成された第3のゲート電
極を有すると共に、ソース又はドレインとなる高濃度不
純物層のチャネル領域側に低濃度不純物層を有してお
り、相対的に高い電圧で動作するように設定されてい
る。
ク部に形成される第1のMOSFETの第1のゲート電
極の下に形成されている第1のゲート絶縁膜の膜厚が相
対的に小さいため、高速で動作することができる。ま
た、第1のMOSFETは相対的に低い電圧で動作する
ため、第1のゲート絶縁膜の膜厚が小さくても、第1の
ゲート絶縁膜が破壊することはない。
は、第2のゲート電極の下に形成される第2のゲート絶
縁膜の膜厚が相対的に大きいため、相対的に高い電圧で
動作させても第2のゲート絶縁膜が破壊することがな
い。また、第1の低濃度不純物層のチャネル領域側に、
該第1の低濃度不純物層よりも不純物濃度が低い第2の
低濃度不純物層が形成されているため、ソース又はドレ
インとなる高濃度不純物層とチャネル領域との間の不純
物濃度の勾配が緩やかになる。
ETは、第2のゲート電極の下に形成される第2のゲー
ト絶縁膜の膜厚が相対的に大きいため、相対的に高い電
圧で動作させても第2のゲート絶縁膜が破壊することが
ない。また、第2のMOSFETのように、チャネル又
はドレインとなる高濃度不純物層のチャネル領域側に不
純物濃度が異なる2つの低濃度不純物層を有していない
ため、高濃度不純物層とチャネル領域との間の不純物濃
度の勾配を急峻にすることができる。
の半導体基板上に、ロジック部、I/O部及びESD保
護部を備えた半導体装置の製造方法を対象とし、一の半
導体基板上に形成された半導体領域の上におけるロジッ
ク部形成領域に相対的に小さい膜厚を持つ第1の絶縁膜
を形成すると共に、半導体領域の上におけるI/O部形
成領域に相対的に大きい膜厚を持つ第2の絶縁膜を形成
すると共に、半導体領域の上におけるESD保護部形成
領域に相対的に大きい膜厚を持つ第3の絶縁膜を形成す
る工程と、第1、第2及び第3の絶縁膜の上に導電膜を
形成する工程と、導電膜及び第1の絶縁膜をパターニン
グして相対的に小さい膜厚を持つ第1のゲート絶縁膜の
上に第1のゲート電極を形成すると共に、導電膜及び第
2の絶縁膜をパターニングして相対的に大きい膜厚を持
つ第2のゲート絶縁膜の上に第2のゲート電極を形成す
ると共に、導電膜及び第3の絶縁膜をパターニングして
相対的に大きい膜厚を持つ第3のゲート絶縁膜の上に第
3のゲート電極を形成する工程と、半導体領域に対して
第1、第2及び第3のゲート電極をマスクとして第1の
不純物をドーピングすることにより、ロジック部形成領
域に低濃度不純物層を形成すると共に、I/O部形成領
域に第1の低濃度不純物層を形成すると共に、ESD保
護部形成領域に低濃度不純物層を形成する工程と、半導
体領域におけるI/O部形成領域に第2のゲート電極を
マスクとして第1の不純物よりも拡散係数が大きい第2
の不純物をドーピングすることにより、第1の低濃度不
純物層のチャネル領域側に第1の低濃度不純物層よりも
不純物濃度が低い第2の低濃度不純物層を形成する工程
と、第1、第2及び第3のゲート電極の側面にそれぞれ
サイドウォールを形成する工程と、半導体領域に対して
第1、第2及び第3のゲート電極並びにサイドウォール
をマスクとして第3の不純物をドーピングすることによ
り、ロジック部形成領域、I/O部形成領域及びESD
保護部形成領域にソース又はドレインとなる高濃度不純
物層を形成する工程とを備えている。
と、ロジック部形成領域に形成され、膜厚が相対的に小
さい第1の絶縁膜をパターニングして第1のゲート絶縁
膜を形成するため、ロジック部に形成される第1のMO
SFETの第1のゲート絶縁膜の膜厚は相対的に小さく
なる。
的に大きい第2の絶縁膜をパターニングして第2のゲー
ト絶縁膜を形成するため、I/O部に形成される第2の
MOSFETの第2のゲート絶縁膜の膜厚は相対的に大
きくなる。また、半導体領域におけるI/O部形成領域
に第2のゲート電極をマスクとして第1の不純物よりも
拡散係数が大きい第2の不純物をドーピングするため、
第1の低濃度不純物層のチャネル領域側に該第1の低濃
度不純物層よりも不純物濃度が低い第2の低濃度不純物
層が形成される。
相対的に大きい第3の絶縁膜をパターニングして第3の
ゲート絶縁膜を形成するため、I/O部に形成される第
2のMOSFETの第2のゲート絶縁膜の膜厚は相対的
に大きくなる。また、チャネル又はドレインとなる高濃
度不純物層のチャネル領域側に不純物濃度が異なる2つ
の低濃度不純物層を有していないため、高濃度不純物層
とチャネル領域との間の不純物濃度の勾配を急峻にする
ことができる。
半導体装置及びその製造方法について、図1(a)、
(b)及び図2(a)、(b)を参照しながら説明す
る。
導体基板上に形成されたp型のウェル領域10に、ロジ
ック部形成領域、I/O部形成領域及びESD保護部形
成領域の各領域を区画する素子分離領域11を形成した
後、熱酸化法により、ウェル領域10の上におけるロジ
ック部形成領域に例えば5nmの膜厚を有する第1のシ
リコン酸化膜を形成すると共に、ウェル領域10の上に
おけるI/O部形成領域に例えば9nmの膜厚を有する
第2のシリコン酸化膜を形成すると共に、ウェル領域1
0の上におけるESD保護部形成領域に例えば9nmの
膜厚を有する第3のシリコン酸化膜を形成する。この場
合、膜厚が異なる第1、第2及び第3のシリコン酸化膜
を形成する方法としては、例えば同じ膜厚例えば9nm
の膜厚を有するシリコン酸化膜を全面的に熱酸化法によ
り形成した後、該シリコン酸化膜における第2及び第3
のシリコン酸化膜を形成する領域をマスクパターンによ
り覆った状態でエッチングを行なって、5nmの膜厚を
有する第1のシリコン酸化膜を形成する方法、又は、5
nmの膜厚を有する第1のシリコン酸化膜と、9nmの
膜厚を有する第2及び第3のシリコン酸化膜とを異なる
熱処理工程により形成する方法が挙げられる。
膜の上に、例えばCVD法により650℃の温度下で例
えば250nmの膜厚を有するノンドープ型のポリシリ
コン膜を堆積する。その後、ノンドープ型のポリシリコ
ン膜の上に、ロジック部形成領域における第1のゲート
電極形成領域に第1のマスク部を有し、I/O部形成領
域における第2のゲート電極形成領域に第2のマスク部
を有し、ESD保護部形成領域における第3のゲート電
極形成領域に第3のマスク部を有するマスクパターンを
形成した後、該マスクパターンをマスクとして、ノンド
ープ型のポリシリコン膜、並びに第1、第2及び第3の
シリコン酸化膜に対してエッチングを行なうことによ
り、ロジック部形成領域に、5nmの膜厚を有する第1
のゲート絶縁膜12を介して例えば0.25μmのゲー
ト長を有する第1のゲート電極13を形成すると共に、
I/O部形成領域に、9nmの膜厚を有する第2のゲー
ト絶縁膜14を介して例えば0.4μmのゲート長を有
する第2のゲート電極15を形成すると共に、ESD保
護部形成領域に、9nmの膜厚を有する第3のゲート絶
縁膜16を介して例えば0.4μmのゲート長を有する
第3のゲート電極17を形成する。
オン注入した後、熱処理を行なって不純物を活性化する
ことにより、図1(b)に示すように、ロジック部形成
領域に、第1の低濃度不純物層18を形成すると共に第
1のゲート電極13からなる第1のn型ゲート電極13
Aを形成し、第1の、I/O部形成領域に、第2の低濃
度不純物層19を形成すると共に第2のゲート電極15
からなる第2のn型ゲート電極15Aを形成し、ESD
保護部形成領域に、第3の低濃度不純物層20を形成す
ると共に第3のゲート電極17からなる第3のn型ゲー
ト電極17Aを形成する。
部形成領域及びESD保護部形成領域を覆うマスクパタ
ーン21を形成した後、該マスクパターン21及び第2
のn型ゲート電極15Aをマスクとして、n型不純物例
えばリン(P)をイオン注入した後、熱処理を行なって
不純物の活性化を行なう。このようにすると、リンはヒ
素よりも拡散性が高いので、第2の低濃度不純物層19
の外側つまり第2の低濃度不純物層19のチャネル領域
側に、第2の低濃度不純物層19よりも不純物濃度が低
い第4の低濃度不純物層22が形成される。
例えばCVD法により、半導体基板10の上に全面に亘
ってTEOS膜を堆積した後、該TEOS膜に対して異
方性エッチングを行なって、第1、第2及び第3のn型
ゲート電極13A、15A、17Aの側面にそれぞれサ
イドウォール23を形成する。その後、第1、第2及び
第3のn型ゲート電極13A、15A、17A並びに各
サイドウォール23をマスクとしてn型不純物例えばヒ
素をイオン注入した後、熱処理を行なって不純物を活性
化させることにより、ロジック部形成領域に第1のMO
SFETのソース又はドレインとなる第1の高濃度不純
物層24を形成すると共に、I/O部形成領域に第2の
MOSFETのソース又はドレインとなる第2の高濃度
不純物層25を形成すると共に、ESD保護部形成領域
に第3のMOSFETのソース又はドレインとなる第3
の高濃度不純物層26を形成する。
れる第1のMOSFETにおいては、第1のゲート絶縁
膜12の膜厚が相対的に小さいと共に、第1のn型ゲー
ト電極13Aのゲート長が相対的に小さいので、高速で
の動作が可能になる。また、第1のMOSFETは、低
電圧例えば2.5Vの電圧で動作するように設定される
ので、第1のゲート絶縁膜12の膜厚が小さくても差し
支えない。さらに、第1のMOSFETは低電圧で動作
するため、チャネルホットエレクトロンのエネルギーが
小さくなるので、ホットキャリア現象は余り問題になら
ない。このため、第1の高濃度不純物層24に拡散係数
の小さいヒ素をドーピングして、短チャネル効果の防止
を図っている。
は、ロジック部に形成される第1のMOSFETに比べ
て高電圧例えば3.3Vの電圧で動作するため、ホット
キャリア耐性が求められる。そこで、第2のMOSFE
Tにおいては、第2の低濃度不純物層19のチャネル領
域側に、第2の低濃度不純物層19よりも不純物濃度が
低い第4の低濃度不純物層22が形成された複雑LDD
構造に構成することにより、第1の高濃度不純物層25
とチャネル領域との間の不純物濃度の勾配を緩やかにし
ているので、ホットキャリア耐性が向上する。本実施形
態においては、第1の低濃度不純物層19に拡散係数が
小さいヒ素をドーピングすると共に、第4の低濃度不純
物層25に拡散係数が大きいリンをドーピングすること
によって、複雑LDD構造を実現している。
ETにおいては、第3の低濃度不純物層20とチャネル
領域との間に、第3の低濃度不純物層20よりも不純物
濃度が低い領域を形成していないと共に、第3の低濃度
不純物層20には拡散係数が小さいヒ素をドーピングし
ているため、第3の高濃度拡散層26とチャネル領域と
の間の不純物濃度の勾配は急峻になる。このため、第3
のMOSFETは、オン動作がし易いため、バイポーラ
動作をし易いので、サージ電流を吸収し易くなる。
ーピングを行なった場合(図中においては「あり」で示
している。)と、ヒ素のドーピングの後にリンのドーピ
ングを行なわない場合(図中においては「なし」で示し
ている。)とにおけるゲート電極が破壊されるときの電
流(破壊電流)の大きさを示している。図3から明らか
なように、第2のMOSFETのように複雑LDD構造
にすると、ゲート電極の耐圧が低下するが、ESD保護
部に形成される第3のMOSFETは、単純LDD構造
を有しているので、ゲート電極の耐圧が向上する。
ック部に形成される第1のMOSFETの第1のゲート
電極の下に形成されている第1のゲート絶縁膜の膜厚が
相対的に小さいため、第1のMOSFETひいてはロジ
ック部の高速動作化を図ることができる。I/O部に形
成される第2のMOSFETは、ソース又はドレインと
なる高濃度拡散層のチャネル側に、不純物濃度が異なる
2つの低濃度不純物層を備えているため、ソース領域又
はドレイン領域とチャネル領域との間の不純物濃度の勾
配が緩やかになるので、相対的に高い電圧で動作させて
もホットキャリア現象が発生し難い。ESD保護部に形
成される第3のMOSFETにおいては、ソース領域又
はドレイン領域とチャネル領域との間の不純物濃度の勾
配を急峻にできるので、第3のMOSFETにバイポー
ラ動作をさせ易くなる。
と、ロジック部に形成される第1のMOSFETの第1
のゲート絶縁膜の膜厚を相対的に小さくできるため、第
1のMOSFETひいてはロジック部の高速動作化を図
ることができる。半導体領域におけるI/O部形成領域
に第2のゲート電極をマスクとして第1の不純物よりも
拡散係数が大きい第2の不純物をドーピングして第2の
低濃度不純物層を形成するため、ソース領域又はドレイ
ン領域とチャネル領域との間の不純物濃度の勾配が緩や
かになるので、相対的に高い電圧で動作させてもホット
キャリア現象が発生し難い。また、ESD保護部形成領
域においては、高濃度不純物層とチャネル領域との間の
不純物濃度の勾配を急峻にできるため、第3のMOSF
ETにバイポーラ動作をさせ易くなるので、サージ電流
を吸収し易くなる。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
なった場合と、ヒ素のドーピングの後にリンのドーピン
グを行なわない場合とにおける破壊電流の対比状態を示
す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 一の半導体基板上に、第1のMOSFE
Tを有するロジック部と、第2のMOSFETを有する
I/O部と、第3のMOSFETを有するESD保護部
とを備えた半導体装置であって、 前記第1のMOSFETは、相対的に小さい膜厚を持つ
第1のゲート絶縁膜の上に形成された第1のゲート電極
を有すると共に、ソース又はドレインとなる高濃度不純
物層のチャネル領域側に低濃度不純物層を有しており、
相対的に低い電圧で動作するように設定されており、 前記第2のMOSFETは、相対的に大きい膜厚を持つ
第2のゲート絶縁膜の上に形成された第2のゲート電極
を有すると共に、ソース又はドレインとなる高濃度不純
物層のチャネル領域側に第1の低濃度不純物層を有し且
つ該第1の低濃度不純物層のチャネル領域側に該第1の
低濃度不純物層よりも不純物濃度が低い第2の低濃度不
純物層を有しており、相対的に高い電圧で動作するよう
に設定されており、 前記第3のMOSFETは、相対的に大きい膜厚を持つ
第3のゲート絶縁膜の上に形成された第3のゲート電極
を有すると共に、ソース又はドレインとなる高濃度不純
物層のチャネル領域側に低濃度不純物層を有しており、
相対的に高い電圧で動作するように設定されていること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 一の半導体基板上に、ロジック部、I/
O部及びESD保護部を備えた半導体装置の製造方法で
あって、 一の半導体基板上に形成された半導体領域の上における
ロジック部形成領域に相対的に小さい膜厚を持つ第1の
絶縁膜を形成すると共に、前記半導体領域の上における
I/O部形成領域に相対的に大きい膜厚を持つ第2の絶
縁膜を形成すると共に、前記半導体領域の上におけるE
SD保護部形成領域に相対的に大きい膜厚を持つ第3の
絶縁膜を形成する工程と、 前記第1、第2及び第3の絶縁膜の上に導電膜を形成す
る工程と、 前記導電膜及び第1の絶縁膜をパターニングして相対的
に小さい膜厚を持つ第1のゲート絶縁膜の上に第1のゲ
ート電極を形成すると共に、前記導電膜及び第2の絶縁
膜をパターニングして相対的に大きい膜厚を持つ第2の
ゲート絶縁膜の上に第2のゲート電極を形成すると共
に、前記導電膜及び第3の絶縁膜をパターニングして相
対的に大きい膜厚を持つ第3のゲート絶縁膜の上に第3
のゲート電極を形成する工程と、 前記半導体領域に対して前記第1、第2及び第3のゲー
ト電極をマスクとして第1の不純物をドーピングするこ
とにより、ロジック部形成領域に低濃度不純物層を形成
すると共に、I/O部形成領域に第1の低濃度不純物層
を形成すると共に、ESD保護部形成領域に低濃度不純
物層を形成する工程と、 前記半導体領域におけるI/O部形成領域に前記第2の
ゲート電極をマスクとして前記第1の不純物よりも拡散
係数が大きい第2の不純物をドーピングすることによ
り、前記第1の低濃度不純物層のチャネル領域側に前記
第1の低濃度不純物層よりも不純物濃度が低い第2の低
濃度不純物層を形成する工程と、 前記第1、第2及び第3のゲート電極の側面にそれぞれ
サイドウォールを形成する工程と、 前記半導体領域に対して前記第1、第2及び第3のゲー
ト電極並びに前記サイドウォールをマスクとして第3の
不純物をドーピングすることにより、ロジック部形成領
域、I/O部形成領域及びESD保護部形成領域にソー
ス又はドレインとなる高濃度不純物層を形成する工程と
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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JP11799199A JP4339952B2 (ja) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | 半導体装置及びその製造方法 |
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