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JPH09312380A - 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

Publication number
JPH09312380A
JPH09312380A JP8128541A JP12854196A JPH09312380A JP H09312380 A JPH09312380 A JP H09312380A JP 8128541 A JP8128541 A JP 8128541A JP 12854196 A JP12854196 A JP 12854196A JP H09312380 A JPH09312380 A JP H09312380A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
fet
forming
semiconductor substrate
region
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
JP8128541A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Taniguchi
浩二 谷口
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP8128541A priority Critical patent/JPH09312380A/ja
Publication of JPH09312380A publication Critical patent/JPH09312380A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の技術では、メモリセル形成用FETの
ゲート電極上にTEOS膜を積層すると表面段差が大き
くなり、周辺回路形成用FETのゲート電極の上にTE
OS膜を形成していないとソース/ドレイン注入の際に
チャネル領域やゲート電極内に不純物が注入され、FE
T特性を悪化させる等の問題があった。 【解決手段】 この発明による半導体装置では、メモリ
セル形成用FETのゲート電極上にはTEOS膜を積層
せず、その表面段差をゲート電極の膜厚のみが反映する
ようにし、段差の低減を図り、周辺回路形成用FETの
ゲート電極上にはTEOS膜を積層し、ソース/ドレイ
ン領域の高濃度不純物領域形成のためのイオン注入によ
ってチャネル領域やゲート電極内に不純物イオンが注入
されることを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はメモリセルを有す
るCMOS(complementary metal oxide semiconducto
r)構造の半導体装置とその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図31は、一般的な従来のDRAM(dy
namic random access memory)を構成するFET(fiel
d effect transistor)の断面構造を示す図であり、図
において、101はP型の半導体基板、102は半導体
基板101の表面から所定の深さにかけて形成されたP
ウェル、同じく103はNウェルであり、Pウェル10
2上にはメモリセルのアクセストランジスタとなるN型
FET104と、周辺回路のN型FET105が形成さ
れ、Nウェル103上には周辺回路のP型FET106
が形成されている。これらの同一半導体基板上に形成さ
れたFET104、105、106はそれぞれ素子分離
領域107によって電気的に分離された状態となってい
る。
【0003】また、108は半導体基板101の一主面
上に形成されたゲート絶縁膜、109はゲート絶縁膜1
08上に形成されたゲート電極、110はゲート電極1
09上に積層されたTEOS(tetraethyl orthosilicat
e)膜、111はゲート電極109、TEOS膜110の
側断面に付着して形成された絶縁膜からなるサイドウォ
ールを示している。
【0004】また、112は、メモリセル形成用のN型
FET104と周辺回路形成用のN型FET105のゲ
ート電極109下部以外の半導体基板101の表面に形
成された、ソース/ドレイン領域となるN型不純物を含
む低濃度不純物領域、113はN型FET105のサイ
ドウォール111下部を含まないソース/ドレイン領域
に形成されたN型不純物を含む高濃度不純物領域、11
4は周辺回路形成用N型FET105の低濃度不純物領
域112と高濃度不純物領域113からなるLDD構造
のソース/ドレイン領域を示している。
【0005】115はP型FET106のゲート電極1
09下部以外の活性領域のソース/ドレイン領域となる
半導体基板101の表面に形成された高濃度不純物領域
を示している。図示したように、一般的にはメモリセル
形成用のN型FETについては、DRAMのリフレッシ
ュ特性の劣化を抑制する目的のため、ソース/ドレイン
領域にN型高濃度不純物領域は形成しない。
【0006】図31の半導体装置のゲート電極109、
ソース/ドレイン領域の形成方法は、次のとおりであ
る。まず、半導体基板101上にLOCOS酸化によっ
て、非活性領域となる領域に素子分離領域107を形成
し、次に活性領域となる領域の半導体基板101の表面
を酸化し、ゲート絶縁膜108を形成する。
【0007】その後、半導体基板101の全面にゲート
電極109となる不純物リンを含むポリシリコン膜を所
定の厚さに積層し、続いてTEOS膜110を積層す
る。その後、写真製版により所望の形状のレジストパタ
ーンを形成し、これをエッチングマスクとしてTEOS
膜110をエッチングし、レジストパターンを除去後、
TEOS膜110をエッチングマスクとしてポリシリコ
ン膜をエッチングして、ゲート電極109とその上部の
TEOS膜110を所定の形状にパターニングする。
【0008】次に、メモリセル形成用及び周辺回路形成
用のN型FET104及び105の形成領域に対して選
択的にN型のイオンを注入し、半導体基板101の表面
から比較的浅い位置にかけて低濃度不純物領域112を
形成する。次に、CVD技術によりTEOS膜を積層
後、異方性酸化膜エッチングを行い、ゲート電極109
とTEOS膜110の側断面に選択的にサイドウォール
111を形成する。
【0009】従来の半導体装置の製造段階において、ゲ
ート電極109形成後にソース/ドレイン領域となる高
濃度不純物領域113、115を形成する場合は、注入
エネルギーが大きいため、ゲート電極109上にTEO
S膜110を形成していないとゲート電極109やその
下部のチャネル領域に不純物が注入されることになりF
ETのしきい値が変動する原因となったり、またはP型
FET106の高濃度不純物領域115形成のイオン注
入の際、P型のイオンが注入されると、ゲート電極10
9がリンドープトポリシリコンからなり、N型であるた
め、ゲート電極自体が空乏化して、FET特性、特にし
きい値に悪影響を及ぼすが、図31に示すように、TE
OS膜110の形成により、そのイオン注入においてゲ
ート電極109内に不純物が注入されることを抑制でき
るという利点があった。
【0010】しかし、このTEOS膜110を有する構
造の半導体装置においては、微細加工の面において弊害
がある。図31の断面図から分かるように、ゲート電極
109に加えTEOS膜110が形成されているため、
その膜厚分だけ高さ方向に寸法が大きくなっており、こ
れに伴って図31に示すように表面段差Tも大きくなっ
ている。
【0011】表面段差Tが必要以上に大きくなると特に
最小寸法が用いられるメモリセル部においては、この後
工程でビット線やストレージノード等の写真製版の寸法
制御性を悪化させるという問題につながる。また、この
表面段差Tを小さくするためにTEOS膜110を除去
する方法を用いる場合においては、残査無くTEOS膜
110をエッチングするために、層間絶縁膜の平坦化が
必須となり、平均化させるのにコスト増を招くという問
題があった。
【0012】パターンが密集しているメモリセル部で
は、半導体基板101の表面上の高さとしては、TEO
S膜110の上面で平均化されるが、メモリセル部と、
メモリセル部に比べてパターンが疎である周辺回路部と
の絶対段差も大きくなり、特にアルミニウム配線の工程
でプロセスのマージンを損なうことになるなどの問題が
あった。
【0013】また、図32は、もう一つの従来の技術に
よる半導体装置の断面図を示す図であり、図中の符号は
既に説明に用いた符号と同一符号は同一、若しくは相当
部分を示しており、図31において示した構造のTEO
S膜110を省略した半導体装置を示した図である。
【0014】このような半導体装置では、ゲート電極1
09の表面段差T2は図31の表面段差Tよりも、TE
OS膜110の膜厚分だけ低くなっているので、メモリ
セル部の微細加工には有利である。しかし、周辺回路形
成用FETでは、高濃度不純物領域113、115形成
の不純物注入の際、ゲート電極109やチャネル領域に
不純物が注入され、FETのしきい値に変動が生じる可
能性があるなど、周辺回路形成領域のFET特性に関し
ては不利な構造となる。
【0015】また、ゲート電極109の側断面に付着さ
せて形成するサイドウォール111の高さも必然的に低
くなるため、サイドウォール111の形成時のドライエ
ッチング時間などのプロセスの変動に伴い、サイドウォ
ール幅dが顕著に変動し、FET特性を不安定にさせる
という問題もあった。
【0016】また、一般的な従来の技術による半導体装
置の構造として示した図31に類似の構造であり、メモ
リセル形成用FETにはゲート電極側断面にサイドウォ
ールがなく、ゲート電極上の活性領域全面に酸化膜が形
成され、周辺回路形成用FETにはゲート電極上にTE
OS膜はなく、ゲート電極の側断面のみにサイドウォー
ルが形成された半導体装置の構造が、特開平5−291
530号公報に示されている。このような半導体装置に
おいても図31に示した半導体装置と同様に、FET特
性等の課題を有していた。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】以上示したように、従
来の半導体装置の構造では、FETのゲート電極上にT
EOS膜を形成した場合では、半導体装置の表面段差が
増大し、微細加工が困難となり、TEOS膜を形成しな
い場合では、FETの特性に悪影響を及ぼすという問題
があった。
【0018】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、メモリセル形成領域に形成する
FETについてはゲート電極と半導体基板との表面段差
を低減し、周辺回路形成用のソース/ドレイン領域に高
濃度不純物領域を持つFETについては、ソース/ドレ
イン注入によってゲート電極内及びチャネル領域内に不
純物が注入、拡散されることなく、安定した特性のFE
Tを得るものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】この発明による半導体基
板の一主面上にメモリセル形成用の第一のFETと周辺
回路形成用の第二のFETとが形成された半導体装置
は、上記第一のFETは、少なくとも上記半導体基板の
一主面上に第一のゲート絶縁膜を介して形成された第一
のゲート電極と上記第一のゲート電極の側断面に付着し
て形成された第一のサイドウォールと上記第一のゲート
電極下部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板内に形
成された低濃度不純物領域を有し、上記第二のFET
は、少なくとも上記半導体基板の一主面上に第二のゲー
ト絶縁膜を介して形成された第二のゲート電極と、上記
第二のゲート電極上に積層されたTEOS膜と、上記第
二のゲート電極及び上記TEOS膜の側断面に付着して
形成された第二のサイドウォールと、上記第二のゲート
電極下部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板内に形
成された高濃度不純物領域を有するものである。
【0020】この発明による半導体基板の一主面上にメ
モリセル形成用の第一のFETと周辺回路形成用の第二
のFETとが形成された半導体装置は、上記第一のFE
Tは、少なくとも上記半導体基板の一主面上に第一のゲ
ート絶縁膜を介して形成された第一のゲート電極と上記
第一のゲート電極下部のチャネル領域を挟んで上記半導
体基板内に形成された低濃度不純物領域と上記第一のゲ
ート電極と上記低濃度不純物領域の上部に積層された第
一のTEOS膜を有し、上記第二のFETは、少なくと
も上記半導体基板の一主面上に第二のゲート絶縁膜を介
して形成された第二のゲート電極と、上記第二のゲート
電極上に積層された第二のTEOS膜と、上記第二のゲ
ート電極及び上記第二のTEOS膜の側断面に付着して
形成されたサイドウォールと、上記第二のゲート電極下
部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板内に形成され
た高濃度不純物領域を有するものである。
【0021】また、上記の構造に加え、この発明による
半導体装置は、第二のFETのうちNチャネル型トラン
ジスタであるものについては、第二のゲート電極下部の
チャネル領域を挟んで上記半導体基板内に形成された低
濃度不純物領域を有するものである。
【0022】さらに、上記の構造に加え、この発明によ
る半導体装置は、第一のFET及び第二のFETが有す
る低濃度不純物領域が、それぞれ異なる構造のものであ
る。
【0023】この発明による半導体装置の製造方法は、
半導体基板の一主面上に素子分離領域を形成し、複数の
電気的に分離された活性領域を形成する第一の工程、上
記活性領域上のメモリセルを構成する第一のFET及び
周辺回路を構成する第二のFETの形成領域上にそれぞ
れゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜を積層する第二
の工程、上記第二のFETの形成領域の上記ポリシリコ
ン膜上に、上記第二のFETのゲート電極の形状のTE
OS膜を選択的に形成する第三の工程、上記第一のFE
Tの形成領域の上記ポリシリコン膜上に上記第一のFE
Tのゲート電極の形状のレジストパターンを選択的に形
成する第四の工程、上記TEOS膜及び上記レジストパ
ターンをエッチングマスクとして上記ポリシリコン膜に
対して異方性エッチングを行い、上記ポリシリコン膜を
上記第一、第二のFETのゲート電極の形状にパターニ
ングし、上記ポリシリコン膜からなる第一のゲート電極
及び第二のゲート電極を得、上記レジストパターンを除
去する第五の工程、少なくとも上記第二のゲート電極の
側断面に絶縁物質からなるサイドウォールを形成する第
六の工程、上記第一のFETの形成領域の上記第一のゲ
ート電極下部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板内
に低濃度不純物領域を形成する第七の工程、上記第二の
FETの形成領域の上記第二のゲート電極下部のチャネ
ル領域を挟んで上記半導体基板内に高濃度不純物領域を
形成する第八の工程を含むものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.この発明の実施の形態1について説明す
る。図1はこの発明による実施の形態1を示す断面図で
あり、図において、1はP型半導体基板、2は半導体基
板1の表面から所定の深さにかけて形成されたPウェ
ル、同じく3はNウェルであり、Pウェル2上にはメモ
リセルのアクセストランジスタとなるN型FET4と、
周辺回路を構成するN型FET5が形成され、Nウェル
3上には周辺回路を構成するP型FET6が形成されて
いる。これらのFET4、5、6はそれぞれ素子分離領
域7によって電気的に分離された活性領域4a、5a、
6a上に形成された状態となっている。
【0025】また、8は半導体基板1の一主面上に形成
されたゲート絶縁膜、9はゲート絶縁膜8上に形成され
たゲート電極、10はゲート電極9上に積層されたTE
OS膜、11はゲート電極9、TEOS膜10の側断面
に付着して形成され、絶縁膜からなるサイドウォールを
示している。
【0026】さらに、12はメモリセルを構成するN型
FET4と周辺回路形成用のN型FET5のゲート電極
9下部以外の半導体基板1の表面に形成された、ソース
/ドレイン領域となるN型不純物を含む低濃度不純物領
域、13はN型FET5のサイドウォール11下部を含
まないソース/ドレイン領域に形成されたN型不純物を
含む高濃度不純物領域、14は周辺回路形成用N型FE
T5の低濃度不純物領域12と高濃度不純物領域13か
らなるLDD構造のソース/ドレイン領域を示してい
る。
【0027】また、メモリセル形成用のN型FET4と
周辺回路形成用のN型FET6とで、それぞれソース/
ドレイン領域に注入する不純物のイオン種、注入エネル
ギー、注入量を変化させ、それぞれのFETに最適な状
態に形成することも可能である。15はP型FET6の
ゲート電極9下部以外の活性領域のソース/ドレイン領
域となる半導体基板1の表面に形成された高濃度不純物
領域を示している。
【0028】また、16はメモリセル形成用FET4の
ゲート電極9の側断面に付着して形成された絶縁膜から
なるサイドウォールを示している。このように形成され
た半導体装置においてはメモリセル形成用N型FET4
はゲート電極9上にTEOS膜を形成していないため、
メモリセル形成用FET4の表面段差Xは、ゲート電極
9の膜厚分に相当している。
【0029】さらに、メモリセル形成用FET4はソー
ス/ドレイン領域には半導体基板1の一主面から比較的
浅い位置にかけて低濃度不純物領域12のみが形成さ
れ、高濃度不純物領域は形成されていないため、ゲート
電極9内に同時に不純物イオンが注入されても、チャネ
ル領域に達する程深く注入されることはなく、また、ゲ
ート電極9に含まれる不純物とソース/ドレイン領域に
対して注入される不純物が同導電型であるため、ゲート
電極9自体を空乏化するということはない。
【0030】さらに、周辺回路形成用のN型、P型FE
T5、6はそのソース/ドレイン領域の表面から比較的
深い位置にかけて高濃度不純物領域を形成する必要があ
るため、TEOS膜10をゲート電極9上に形成した構
造とし、そのゲート電極9及びチャネル領域内にソース
/ドレイン注入と同時に不純物が注入されない構造とし
ている。
【0031】特に、周辺回路形成用のP型FET6にお
いては、ゲート電極がN型FET4、5のゲート電極9
と同じ物質、つまりリンドープトポリシリコン(N型不
純物を含む)からなっていても、ゲート電極9上にTE
OS膜10が形成された構造であるため、ゲート電極9
内にソース/ドレイン注入によるP型の不純物が注入さ
れて空乏化することを抑制でき、FETの特性を劣化さ
せることはない。
【0032】次に、この半導体装置の製造方法について
説明する。まず、図2に示すように、P型半導体基板1
の一主面にPウェル2及びNウェル3を形成し、次に非
活性領域となる領域を選択的にLOCOS酸化し、素子
分離領域7を形成する。この素子分離領域7によって半
導体基板1の表面の活性領域は、例えばDRAM等のメ
モリセルのアクセストランジスタとなるN型FET4が
形成される活性領域4a、周辺回路形成用N型FET
5、P型FET6が形成される活性領域5a、6aに分
離される。
【0033】その後、図3に示すように、半導体基板1
の活性領域となる領域の表面に熱酸化によってゲート絶
縁膜8を100〜120Å程度の厚さに形成する。さら
に、素子分離領域7、ゲート絶縁膜8上に、FET4、
5、6の共通のゲート電極9となるリンを含むポリシリ
コン膜9aをCVD技術を用いて1000〜2000Å
の厚さとなるように積層し、その後、TEOS膜10を
1000Å程度の厚さとなるように積層する。
【0034】次に、図4に示すように、周辺回路形成用
N型FET5、P型FET6の活性領域5a、6a上に
それぞれのゲート電極9の形状のレジストパターン17
を写真製版によって形成し、同時にメモリセル形成用F
ET4の形成領域を覆うレジストパターン17aを形成
する。その後、図5に示すように酸化膜ドライエッチン
グを行い、レジストパターン17下部及びメモリセル形
成用FET4の活性領域4a上に位置するTEOS膜1
0を残し、他のTEOS膜を選択的に除去し、レジスト
パターン17、17aを除去する。
【0035】次に、周辺回路形成用FET5、6の形成
領域を覆ってレジストパターン(図示せず)を形成し、
選択的にメモリセル形成用FET4の形成領域上のTE
OS膜10を選択的に除去する。その後、図6に示すよ
うに、メモリセル形成用FET4の活性領域4a上にゲ
ート電極9の形状のレジストパターン18を写真製版に
よって形成し、同時に周辺回路形成用FET5、6の形
成領域を覆ってレジストパターン18aを形成する。
【0036】その後、図7に示すように、レジストパタ
ーン18、18aをエッチングマスクとしてポリシリコ
ン膜9aのエッチングを行い、メモリセル形成用FET
4のゲート電極9を形成し、レジストパターン18、1
8aを除去する。
【0037】次に、図8に示すように、P型FET6の
形成領域上にレジストマスク19を形成し、N型FET
4、5の形成領域に対してN型不純物、つまりリンや砒
素等の不純物イオン注入を行い、N型低濃度不純物領域
12を活性領域4a、5aのゲート電極9の下部以外の
領域に形成し、レジストマスク19を除去する。このイ
オン注入工程において、メモリセル活性領域4a上には
ゲート電極9上にTEOS膜が積層されていないが、イ
オン注入条件が低エネルギー、低濃度(高濃度不純物領
域13、15の約100分の1程度)なのでFET特性
に悪影響を与えることはない。
【0038】その後、図9に示すように、半導体基板1
の全面にCVD技術を用いてTEOS膜11aを積層す
る。次に、図10に示すように異方性エッチングによっ
てTEOS膜11aをエッチングし、ゲート電極9及び
TEOS膜10の側壁にサイドウォール幅dのサイドウ
ォール11を形成する。これと同時にメモリセル形成用
FET4のゲート電極9の側断面にはサイドウォール1
6が形成される。
【0039】その後、図11に示すように、周辺回路形
成用のN型FET5の活性領域5aを露出させ、他の領
域をレジストマスク20で被覆し、砒素のイオン注入を
行い、活性領域5aのゲート電極9下部のチャネル領域
を挟んで、半導体基板1内に高濃度不純物領域13を形
成し、低濃度不純物領域12とでLDD構造のソース/
ドレイン領域14を形成する。その後、レジストマスク
20は除去する。
【0040】次に、図12に示すように、周辺回路形成
用P型FET6の形成領域以外の領域を覆うようにレジ
ストマスク21をパターニングし、その後、FET6の
形成領域に対してボロンを注入し、活性領域6aの露出
領域の表面にP型の高濃度不純物領域15を形成する。
その後、レジストマスク21を除去することで図1に示
すような半導体装置を得ることが可能になる。
【0041】このように形成された半導体装置において
は、特に高集積化が必要とされ、これに伴って高さ方向
の微細化が必要とされているメモリセル形成用FET4
の表面段差Xは、ゲート電極9の膜厚のみが反映された
ものであり、従来のようにTEOS膜10の厚さを含ん
でいないため、表面段差Xは非常に小さいものとでき高
さ方向への微細化が可能となり、微細加工に適した構造
にすることができる。
【0042】また、ゲート電極9上にTEOS膜は形成
されていないが、低濃度不純物領域12形成のためのイ
オン注入の際、同時にゲート電極9内に不純物が注入さ
れても、その注入エネルギーと不純物濃度が小さいた
め、ゲート電極9を突き抜け、チャネル領域まで不純物
が注入されることはなく、また、ゲート電極9の不純物
濃度を変化させたことによってもFET特性に変化を及
ぼすことはない。
【0043】また、ソース/ドレイン領域に高濃度不純
物領域13、15を有する周辺回路形成用N型、P型F
ET5、6については、高濃度不純物領域13、15形
成のためにイオン注入を行う際に、ゲート電極9上にT
EOS膜10を積層することでチャネル領域に不純物が
注入されることを防止し、FETのしきい値の変動を抑
制することができる。また、TEOS膜10を積層した
状態でゲート電極9の側断面にサイドウォール11を形
成するため、サイドウォール幅dを安定な値とすること
が可能である。
【0044】このように、同一半導体装置に形成される
メモリセル形成用N型FET4、周辺回路形成用N型、
P型FET5、6をそれぞれ適した構造のFETとする
ことが可能となる。
【0045】また、上記の図4〜図6に示した製造方法
に変えて、次の図13〜図15に示すような方法によっ
て同様の構造の半導体装置を得ることも可能である。ま
ず、図13に示すように、周辺回路形成用N型、P型F
ETの活性領域5a、6a上にそれぞれのゲート電極の
形状のレジストパターン17を写真製版によって形成す
る。その後、図14に示すように酸化膜ドライエッチン
グを行い、レジストパターン17下部に位置するTEO
S膜10を残し、他のTEOS膜を選択的に除去し、レ
ジストパターン17を除去する。
【0046】次に、図15に示すように、メモリセル形
成用FET4の活性領域4a上にゲート電極9の形状の
レジストパターン18を写真製版によって形成する。そ
の後、レジストパターン18と既にパターニングしたT
EOS膜10をエッチングマスクとしてポリシリコン膜
9aのエッチングを行い、それぞれのFETのゲート電
極9を同時にパターニングし、その後、レジストパター
ン18を除去することで、既に説明した図7に示すよう
な状態とする。
【0047】このように、ゲート電極9のパターニング
を、レジストパターン18とTEOS膜10の異なる物
質からなるエッチングマスクを用いて同時に行うことも
可能であり、この工程により、ゲート電極9のパターニ
ング工程数を減少させることができるという効果があ
る。
【0048】実施の形態2.次に、実施の形態2につい
て説明する。先述の実施の形態1においては、メモリセ
ル形成用N型FET4のゲート電極9の側壁にもサイド
ウォール11が形成されていたが、この実施の形態2の
構造は、図16に示すように、メモリセル形成用N型F
ET4のゲート電極9の側壁にサイドウォールが形成さ
れておらず、TEOS膜10aがN型FET4形成領域
4上に均一な厚さに積層された構造となっている。よっ
て、メモリセル形成用FET4の表面段差X2は、ゲー
ト電極9の膜厚を反映した状態となっている。この図1
6において、既に説明のために用いた符号と同一符号は
同一、若しくは相当部分を示すものである。
【0049】次に、図16に示す半導体装置の製造方法
について説明する。まず、実施の形態1の図2ないし図
9の製造方法と同様に製造し、次に、図17に示すよう
に、周辺回路形成用N型FET5の形成領域以外の領域
にレジストマスク22を形成し、これをマスクとして砒
素等をイオン注入し、N型FET5のソース/ドレイン
領域14となる高濃度不純物領域13を形成する。その
後、レジストマスク22を除去する。
【0050】次に、図18に示すように周辺回路形成用
のP型FET6の形成領域以外の領域にレジストマスク
23を形成し、異方性酸化膜ドライエッチングでP型F
ET6のゲート電極9及びTEOS膜10の側断面にサ
イドウォール11を形成する。その後、ボロン等をイオ
ン注入してソース/ドレイン領域となる高濃度不純物領
域15を形成する。次にレジストマスク23を除去する
ことで図16に示す半導体装置を形成することが可能と
なる。
【0051】通常のサイドウォール11の形成工程にお
いてはゲート電極9形成後、FETの全面に絶縁膜を積
層し、その後、異方性の酸化膜エッチングを行うことで
ゲート電極9の側断面のみに絶縁膜を残してサイドウォ
ールを形成するが、この方法では活性領域4aの表面に
までエッチングが及び、エッチングダメージを与えるこ
とになり、これによってDRAMメモリセルのリフレッ
シュ特性を悪化させてしまう場合があった。
【0052】しかし、図16の構造の半導体装置におい
ては、実施の形態1の効果に加え、メモリセル形成用N
型FET4のゲート電極9の側断面にサイドウォールを
形成する工程が含まれていないため、より安定した特性
のメモリセル形成用のN型FET4を形成することが可
能となる。
【0053】実施の形態3.次に、この発明の実施の形
態3について説明する。この実施の形態3によって形成
する半導体装置は実施の形態2に示したタイプの半導体
装置と類似の構造の半導体装置を得る方法を示すもので
ある。
【0054】実施の形態1、2では同一半導体基板上に
形成するFETについても、そのゲート電極のパターニ
ングの際にエッチングマスクとして用いる物質がメモリ
セル形成用FET4と周辺回路形成用FET5、6とで
異なっていた。この実施の形態3で示す半導体装置の製
造方法では、同一半導体基板上に形成するメモリセル形
成用FET4及び周辺回路形成用FET5、6のゲート
電極をすべて同じ物質からなるエッチングマスクを用い
てパターニングする例を示す。
【0055】まず、図19に、この実施の形態3の半導
体装置の製造方法によって形成した半導体装置の断面図
を示す。図において、実施の形態2を示す図16との相
違点は、メモリセル形成用のN型FET4のゲート電極
9上に形成されたTEOS膜10aの断面に付着したサ
イドウォール11が、素子分離領域7上に形成されてい
る点である。また、図面に付した符号で、既に実施の形
態1、2において用いた符号と同一符号は、同一、若し
くは相当部分を示している。
【0056】この図19の半導体装置は、実施の形態2
に示した半導体装置と同様に、メモリセル形成用N型F
ET4の表面段差X2が、つまりゲート電極9の膜厚分
しか無く、実効的な高さ方向の微細化が可能な構造とな
っており、周辺回路形成用のN型、P型FET5、6に
おいては、ゲート電極9の上部にTEOS膜10を形成
しているため、ソース/ドレイン注入の際にゲート電極
9内に対する注入の抑制が可能な構造である。
【0057】次に、図19の半導体装置の製造方法につ
いて説明する。まず、図20に示すように、実施の形態
1と同様に、半導体基板1内にPウェル2、Nウェル3
を形成し、LOCOS酸化によって素子分離領域7を形
成する。素子分離領域によって、半導体基板1の一主面
は複数に分割され、図20においては、左側から順に活
性領域4a、5a、6aが形成されている。この活性領
域4aにはメモリセルのアクセストランジスタとなるN
型FET4が形成され、また5a、6aには周辺回路形
成用のN型FET5、P型FET6がそれぞれ形成され
る。
【0058】その後、図21に示すように、活性領域4
a、5a、6a表面を酸化し、シリコン酸化膜からなる
ゲート絶縁膜8を形成する。次に、半導体基板1の全面
にゲート電極9となるポリシリコン膜9aを所定の厚さ
に積層する。さらに、活性領域4a上には、ここに形成
しようとするN型FET4のゲート電極9の形状にレジ
ストパターン24aをパターニングし、同時にN型FE
T4の形成領域以外の領域上にはレジストパターン24
bを形成する。
【0059】次に、図22に示すように、レジストパタ
ーン24a、24bをエッチングマスクとして、ポリシ
リコン膜9aに対して異方性エッチングを行い、メモリ
セル形成用N型FETのゲート電極9を形成し、レジス
トパターン24a、24bを除去する。
【0060】その後、図23に示すように、メモリセル
形成用FET4の活性領域4aに対し、N型不純物イオ
ンを注入することにより、ソース/ドレイン領域となる
低濃度不純物領域12を形成する。
【0061】次に、図24に示すように、半導体基板1
の全面にTEOS膜10を所定の厚さに積層し、次にメ
モリセル形成用FET4の形成領域上にレジストパター
ン25aを形成し、周辺回路形成用のN型FET5、P
型FET6のゲート電極9の形成領域上に、それぞれの
ゲート電極9の設計寸法と同じ寸法のレジストパターン
25b、25cを形成する。
【0062】その後、図25に示すように、レジストパ
ターン25a、25b、25cをエッチングマスクとし
て異方性エッチングを行い、TEOS膜10及び周辺回
路形成用FET5、6のゲート電極9を設計寸法通りに
パターニングし、レジストパターン25a、25b、2
5cを除去する。この段階で、メモリセル形成用N型F
ET4の形成領域上には、TEOS膜10aが残った状
態となる。
【0063】次に、図26に示すように、周辺回路形成
用N型FET5の形成領域以外の領域上にレジストパタ
ーン26を形成し、周辺回路形成用N型FET5の形成
領域に対して不純物イオン注入を行い、ソース/ドレイ
ン領域にN型低濃度不純物領域12aを形成する。その
後、レジストパターン26は除去する。このように、周
辺回路形成用N型FET5の低濃度不純物領域12aと
メモリセル形成用N型FET4の低濃度不純物領域12
とをそれぞれ別々の工程で、それぞれのFETに対して
最適な構造となるように形成することが可能となる。
【0064】その後、図27に示すように、半導体基板
1の全面に所定の厚さのTEOS膜11aを積層する。
次に、図28に示すように、TEOS膜11aに対して
異方性エッチングを行い、周辺回路形成用FET5、6
のゲート電極9と、その上層に積層されたTEOS膜1
0の側断面に付着した状態のサイドウォール11を形成
する。このとき、メモリセル形成用N型FET4の形成
領域上に積層されているTEOS膜10aの側断面にも
サイドウォール11が形成された状態となる。
【0065】その後、図29に示すように、周辺回路形
成用N型FET5の形成領域以外の領域に対してレジス
トパターン27を形成し、周辺回路形成用N型FET5
の活性領域に対して不純物イオン注入を行い、N型高濃
度不純物領域13を形成する。これによって、低濃度不
純物領域12と高濃度不純物領域13からなるLDD構
造のソース/ドレイン領域14を構成することができ
る。その後、レジストパターン27は除去する。
【0066】次に、図30に示すように、周辺回路形成
用P型FET6形成領域以外の領域に対してレジストパ
ターン28を形成し、周辺回路形成用P型FET6のソ
ース/ドレイン領域に対して不純物イオン注入を行い、
P型の高濃度不純物領域15を形成する。その後、レジ
ストパターン28を除去することで図19に示す半導体
装置を得ることが可能となる。
【0067】このように、実施の形態3による製造方法
によって形成される半導体装置は、実施の形態1、2の
半導体装置と同様に、ソース/ドレイン領域に高濃度不
純物領域13、15を有するFETのゲート電極9上に
はTEOS膜10を形成しているため、高濃度不純物領
域13、15を形成するためのイオン注入の際に、ゲー
ト電極9内に不純物が注入されることはなく、また、メ
モリセル形成用N型FET4の形成後の表面段差X2
は、実質的にはゲート電極9の膜厚分だけが反映された
状態であるため、その表面段差X2は他の周辺回路形成
用FET5、6の表面段差に比べて格段に小さく、メモ
リセル形成用N型FET4は高さ方向に微細化された構
造になると言える。
【0068】また、この半導体装置の製造方法によれ
ば、メモリセル形成用N型FET4、周辺回路形成用N
型FET5、メモリセル形成用P型FET6のいずれの
ゲート電極9も、エッチングマスクをレジストパターン
により構成している。レジストパターンをエッチングマ
スクに用いた加工技術は、従来から存在する一般的な加
工技術であり、このエッチングマスクを用いた加工とす
ることで、容易に半導体装置の形成が可能となる。
【0069】さらに、この半導体装置の製造方法によれ
ば、メモリセル形成用N型FET4と周辺回路形成用N
型FET5のソース/ドレイン領域を構成する低濃度不
純物領域12、12aを別々の段階で形成したため、イ
オン注入の条件をそれぞれのFETに最適な条件とする
ことができるという効果がある。
【0070】さらに、実施の形態2と同様に、TEOS
膜10aをメモリセル形成用N型FET4の形成領域の
全面に配置形成しているため、活性領域4aの表面をエ
ッチングする工程は、ゲート電極9のパターニング以外
には無く、極めてエッチングによるダメージが少ないF
ET4を形成でき、DRAMのリフレッシュ特性を良好
な状態とすることが可能になる。
【0071】その他、この実施の形態1〜3に示した製
造方法に限らず、最終的に図1、図16、図19のよう
に、メモリセル形成用FET4のゲート電極9上にはゲ
ート電極9と同じ寸法のTEOS膜が形成されておら
ず、同一半導体基板1上の周辺回路形成用FET5、6
にはゲート電極9上にTEOS膜10が形成されてお
り、その側断面に付着してサイドウォール11が形成さ
れているという構造を得ることが可能であれば、いかな
る製造方法により形成されていても、実施の形態1〜3
の効果とほとんど同じ効果を期待することができること
は言うまでもない。
【0072】
【発明の効果】この発明による半導体装置においては、
メモリセル形成用のFETにはゲート電極上にTEOS
膜を形成せず、ゲート電極の側断面のみに第一のサイド
ウォールを形成し、周辺回路形成用のFETにはゲート
電極とこのゲート電極の上層に積層されたTEOS膜の
側断面に付着して第二のサイドウォールを形成する構造
を取ることで、メモリセル形成領域における表面段差を
低減し、周辺回路形成用FETのソース/ドレイン領域
を構成する高濃度不純物領域を形成する際のイオン注入
時においてもチャネル領域及びゲート電極内に不純物が
注入されることを抑制でき、安定したFET特性の半導
体装置とすることが可能となり、さらに、周辺回路形成
用FETのサイドウォール幅の変動が少ない構造とする
ことが可能となる。
【0073】また、この発明による半導体装置において
は、メモリセル形成用のFETにはゲート電極を介して
活性領域上にTEOS膜を所定の厚さに積層し、周辺回
路形成用のFETにはゲート電極とこのゲート電極の上
層に積層されたTEOS膜の側断面に付着してサイドウ
ォールを形成する構造を取ることで、メモリセル形成領
域における表面段差を低減し、周辺回路形成用FETの
ソース/ドレイン領域を構成する高濃度不純物領域を形
成する際のイオン注入時においてもチャネル領域及びゲ
ート電極内に不純物が注入されることを抑制でき、安定
したFET特性の半導体装置とすることが可能となり、
さらに、周辺回路形成用FETのサイドウォール幅の変
動が少ない構造とすることが可能となる。さらに、メモ
リセル形成用FETのゲート電極の側断面に付着させて
サイドウォールを形成していないため、サイドウォール
形成のためのエッチングがなされないため、活性領域表
面に与えるダメージを少なくでき、DRAMのリフレッ
シュ特性の劣化を抑制できるという効果がある。
【0074】さらに、この発明による半導体装置におい
ては、上記のような効果に加え、周辺回路形成用の第二
のFETのNチャネル型トランジスタについては、チャ
ネル領域を挟んで形成されるソース/ドレイン構造を低
濃度不純物領域を付加的に形成することでLDD構造と
し、FET特性を向上させることが可能となる。
【0075】また、この発明による半導体装置において
は、上記のような効果に加え、メモリセル形成用FET
と周辺回路形成用FETのNチャネル型トランジスタに
形成される低濃度不純物領域とはそれぞれ異なる構造で
あり、それぞれのFETの特性に適した条件とすること
が可能であり、FET特性を向上させることが可能とな
る。
【0076】また、この発明による半導体装置の製造方
法においては、メモリセル形成用FETと周辺回路形成
用FETのゲート電極をパターニングする際に用いるエ
ッチングマスクは、メモリセル形成用FETではレジス
トパターン、周辺回路形成用FETでは所定の寸法に形
成したTEOS膜であり、異なる物質からなるエッチン
グマスクを用いて同時にエッチングを行うことが可能で
あり、ゲート電極上にゲート電極と同じ形状のTEOS
膜を積層しているものとしていないものの区別無く、同
時にゲート電極のパターニングを行えるため、工程数増
大を伴うことなく、それぞれのFETに適した構造とす
ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1の半導体装置の断面
図である。
【図2】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図3】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図4】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図5】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図6】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図7】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図8】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図9】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す図
である。
【図10】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図11】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図12】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図13】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図14】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図15】 この発明の実施の形態1の製造工程を示す
図である。
【図16】 この発明の実施の形態2の半導体装置の断
面図である。
【図17】 この発明の実施の形態2の製造工程を示す
図である。
【図18】 この発明の実施の形態2の製造工程を示す
図である。
【図19】 この発明の実施の形態3の半導体装置の断
面図である。
【図20】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図21】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図22】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図23】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図24】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図25】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図26】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図27】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図28】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図29】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図30】 この発明の実施の形態3の製造工程を示す
図である。
【図31】 従来の技術を示す断面図である。
【図32】 従来の技術を示す断面図である。
【符号の説明】
1.半導体基板 2.Pウェル 3.Nウェル 4.N型FET 5.N型FET 6.P型FET 7.素子分離領域 8.ゲート絶縁膜 9.ゲート電極 9a.ポリシリコン膜 10、10a、11a.TEOS膜 11、16.サイドウォール 12、12a.低濃度
不純物領域 13、15.高濃度不純物領域 14.ソース/ドレイ
ン領域 17、17a、18、18a、24a、24b、25
a、25b、25c、26、27、28.レジストパタ
ーン 19、20、21、22、23.レジストマスク

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面上にメモリセル形成
    用の第一のFETと周辺回路形成用の第二のFETとが
    形成された半導体装置において、上記第一のFETは、
    少なくとも上記半導体基板の一主面上に第一のゲート絶
    縁膜を介して形成された第一のゲート電極と上記第一の
    ゲート電極の側断面に付着して形成された第一のサイド
    ウォールと上記第一のゲート電極下部のチャネル領域を
    挟んで上記半導体基板内に形成された低濃度不純物領域
    を有し、上記第二のFETは、少なくとも上記半導体基
    板の一主面上に第二のゲート絶縁膜を介して形成された
    第二のゲート電極と、上記第二のゲート電極上に積層さ
    れたTEOS膜と、上記第二のゲート電極及び上記TE
    OS膜の側断面に付着して形成された第二のサイドウォ
    ールと、上記第二のゲート電極下部のチャネル領域を挟
    んで上記半導体基板内に形成された高濃度不純物領域を
    有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 半導体基板の一主面上にメモリセル形成
    用の第一のFETと周辺回路形成用の第二のFETとが
    形成された半導体装置において、上記第一のFETは、
    少なくとも上記半導体基板の一主面上に第一のゲート絶
    縁膜を介して形成された第一のゲート電極と上記第一の
    ゲート電極下部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板
    内に形成された低濃度不純物領域と上記第一のゲート電
    極と上記低濃度不純物領域の上部に積層された第一のT
    EOS膜を有し、上記第二のFETは、少なくとも上記
    半導体基板の一主面上に第二のゲート絶縁膜を介して形
    成された第二のゲート電極と、上記第二のゲート電極上
    に積層された第二のTEOS膜と、上記第二のゲート電
    極及び上記第二のTEOS膜の側断面に付着して形成さ
    れたサイドウォールと、上記第二のゲート電極下部のチ
    ャネル領域を挟んで上記半導体基板内に形成された高濃
    度不純物領域を有することを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 第二のFETは、少なくともNチャネル
    型トランジスタを含み、上記Nチャネル型トランジスタ
    は、第二のゲート電極下部のチャネル領域を挟んで半導
    体基板内に形成された低濃度不純物領域を有することを
    特徴とする請求項1、2のいずれか一項記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 第一のFET及び第二のFETが有する
    低濃度不純物領域は、それぞれ異なる構造であることを
    特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 半導体基板の一主面上に素子分離領域を
    形成し、複数の電気的に分離された活性領域を形成する
    第一の工程、上記活性領域上のメモリセルを構成する第
    一のFET及び周辺回路を構成する第二のFETの形成
    領域上にそれぞれゲート絶縁膜を介してポリシリコン膜
    を積層する第二の工程、上記第二のFETの形成領域の
    上記ポリシリコン膜上に、上記第二のFETのゲート電
    極の形状のTEOS膜を選択的に形成する第三の工程、
    上記第一のFETの形成領域の上記ポリシリコン膜上に
    上記第一のFETのゲート電極の形状のレジストパター
    ンを選択的に形成する第四の工程、上記TEOS膜及び
    上記レジストパターンをエッチングマスクとして上記ポ
    リシリコン膜に対して異方性エッチングを行い、上記ポ
    リシリコン膜を上記第一、第二のFETのゲート電極の
    形状にパターニングし、上記ポリシリコン膜からなる第
    一のゲート電極及び第二のゲート電極を得、上記レジス
    トパターンを除去する第五の工程、少なくとも上記第二
    のゲート電極の側断面に絶縁物質からなるサイドウォー
    ルを形成する第六の工程、上記第一のFETの形成領域
    の上記第一のゲート電極下部のチャネル領域を挟んで上
    記半導体基板内に低濃度不純物領域を形成する第七の工
    程、上記第二のFETの形成領域の上記第二のゲート電
    極下部のチャネル領域を挟んで上記半導体基板内に高濃
    度不純物領域を形成する第八の工程を含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6331462B1 (en) 1999-06-30 2001-12-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Manufacturing method of a semiconductor device for desired circuit patterns
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JP2014127527A (ja) * 2012-12-25 2014-07-07 Renesas Electronics Corp 半導体装置の製造方法

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