JP2004079813A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Rie Miyata
里江 宮田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor fabricating process for excluding certainly surges entering a protecting MIS transistor with a fundamental structure and a process that are held in common between the protecting MIS transistor and the other MIS transistor. <P>SOLUTION: A mask for forming a high concentration source and drain region (7a, 7b) and then shadows of a gate electrode (4) and side wall (5) are utilized to control an implantation angle, so that high concentration well regions (10a, 10b) are formed by an ion implantation. In processes for forming the high concentration source and drain regions (7a, 7b), as the high concentration well regions (10a, 10b) can be formed, the protecting MIS transistor can be formed compatibly with preventing increase in cost and deterioration in transistor characteristics without increase in lithography processes and in the number of masks. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、MIS(metal−insulator−semiconductor)トランジスタを有する半導体装置の製造方法であり、さらに詳しくは、サージ耐性を向上した保護用MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路では、サージ入力への対策として、入出力用パッドに接続されるMISトランジスタ(以下、「保護用MISトランジスタ」と略する)には、サージ入力が入った時に、サージ電流を接地に逃がすための構造が設けられている。
【0003】
図5A−Eは、従来の保護用MISトランジスタ及び通常MISトランジスタを有する半導体装置の製造工程を示す断面図である。ここでは、入出力パッドに接続されるnチャネル型の保護用MISトランジスタと、入出力パッドには接続されないnチャネル型の通常MISトランジスタとを有する半導体装置の製造方法について説明する。
【0004】
まず、図5Aに示す工程で、Si基板101に、保護用MISトランジスタ形成領域A100と通常MISトランジスタ形成領域A150とを区画し、各活性領域を取り囲むシャロートレンチ分離領域(STI:Shallow Trench Isolation)102を形成する。その後、Si基板101内に、イオン注入によりp型不純物の注入を行い、ウェル層やチャネルストッパ層等を有するp型基板領域101aを形成する。その後、基板上に熱酸化膜及びポリシリコン膜を順次形成した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜及び熱酸化膜をパターニングして、活性領域上にゲート絶縁膜103とゲート電極104とを形成する。
【0005】
次に図5Bに示す工程で、リソグラフィ技術を用いて、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A100に開口を有するフォトレジスト膜131を形成する。そして、フォトレジスト膜131及びゲート電極104をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A100のSi基板101内に、n型不純物であるリンイオン(P)を注入して、低濃度ソース領域106a及び低濃度ドレイン領域106bを形成する。続けて、フォトレジストマスク131及びゲート電極104をマスクにして、ボロンイオン(B)を保護用MISトランジスタ形成領域A100のSi基板101内に注入して、ポケット領域108を形成する。
【0006】
次に、図5Cに示す工程で、フォトレジスト膜131を除去した後、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A100上を覆い、通常MISトランジスタ形成領域A150上に開口部を有するフォトレジスト膜132を形成する。そして、このフォトレジスト膜132及びゲート電極104をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A150のSi基板101内に、n型不純物である砒素イオン(As)のイオン注入を行い、エクステンション領域166a、166bを形成する。続けて、フォトレジスト膜132及びゲート電極104をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A150のSi基板101内に、p型不純物であるボロンイオン(B)のイオン注入を行い、ポケット領域168を形成する。
【0007】
次に、図5Dに示す工程で、フォトレジスト膜132を除去した後、基板上にシリコン酸化膜を堆積した後、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜をエッチバックして、ゲート電極104の側面上にサイドウォール105を形成する。その後、ゲート電極104及びサイドウォール105をマスクにして、Si基板101にn型不純物のイオン注入を行い、低濃度ソース・ドレイン領域106a、106b及びエクステンション領域166a,166bよりも拡散深さの深い高濃度ソース・ドレイン領域107a、107bを形成する。
【0008】
次に図5Eに示す工程で、リソグラフィ技術を用いて、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A100の高濃度ソース・ドレイン領域107a,107bにおけるSTI102に近い一部領域上に開口部を有するフォトレジスト膜133を形成する。そして、フォトレジスト膜133をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A100のSi基板101内に、p型不純物であるボロンイオン(B)を注入して、高濃度ウェル領域110a、110bを形成する。
【0009】
このような製造方法により、保護用MISトランジスタ形成領域A100の高濃度ソース・ドレイン領域107a,107bにおけるSTI102に近い一部領域下に高濃度ウェル領域110a、110bが形成される。これにより、保護用MISトランジスタは、サージ入力等によりドレイン―基板間に逆電圧が印加された時、高濃度ウェル領域110bと高濃度ドレイン領域107bとの間で電界が高くなり、ドレイン降伏が生じて、すばやくサージを接地に逃がすことができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のような製造方法では、高濃度ウェル領域110a、110bを形成するためには専用のフォトレジスト膜133が必要なため、リソグラフィ工程などが大幅に増大して製造工程が複雑化するので、製造コストの増大やMISトランジスタ特性の悪化を招くおそれがある。
【0011】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、リソグラフィ工程を増大させることなく、サージを確実に逃がすことができる構造を有する保護用MISトランジスタを備えた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の第1番目の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体領域上の第1MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続される第1MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体領域に、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲むトレンチ型素子分離領域を形成する工程(a)と、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成する工程(b)と、前記工程(b)の後に、基板上に、前記第1MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、前記フォトレジスト膜及び前記第1のゲート電極をマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、第2導電型の低濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程(d)と、前記フォトレジスト膜及び前記第1のゲート電極をマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第1導電型不純物の斜めイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における前記第1のゲート電極の端部下から離間した位置に第1導電型の不純物拡散領域を形成する工程(e)とを含むことを特徴とする。
【0013】
この構成によれば、不純物拡散領域を形成するための斜めイオン注入は、低濃度ソース・ドレイン領域を形成するのと同じフォトレジスト膜をマスクとして用いるため、従来の製造工程のような不純物拡散領域を形成するための専用フォトレジスト膜を形成する必要がない。従って、リソグラフィ工程が増大しないので、製造工程の複雑化を回避することができる。しかも、不純物拡散領域は、第1ゲート電極の端部下から離間した位置で、素子分離領域側の高濃度ソース・ドレイン領域の一部下部領域のみに形成されるため、ソース―ドレイン間に逆電圧が印加された時、この間の電界が高くなり、ドレイン降伏が生じて、サージを接地に逃がすことができるので、サージ耐性の大きい第1MISトランジスタを形成することができる。
【0014】
前記第1番目の半導体装置の製造方法において、前記第1導電型の半導体領域上の第2MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続されない第2MISトランジスタをさらに有し、前記工程(a)では、前記半導体領域に、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲む前記トレンチ型素子分離領域を形成し、前記工程(b)では、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成し、前記工程(c)では、前記第2MISトランジスタ形成領域上を覆うように前記フォトレジスト膜を形成する。
【0015】
また、前記第1番目の半導体装置の製造方法において、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚く形成されている。
【0016】
また、前記第1番目の半導体装置の製造方法において、前記工程(e)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の前記第1のゲート電極の上面端部とを結ぶ直線との間の角度と同等以上の角度を有している。これにより、第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における第1のゲート電極の端部下から離間した位置に、不純物拡散領域を選択的に形成することができる。
【0017】
さらに、前記第1番目の半導体装置の製造方法において、前記工程(e)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の活性領域と前記素子分離領域との境界部とを結ぶ直線との間の角度よりも小さい角度を有している。これにより、第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における第1のゲート電極の端部下から離間した位置における活性領域に不純物拡散領域を選択的に形成することができる。
【0018】
本発明の第2番目の半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体領域上の第1MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続される第1MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体領域に、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲むトレンチ型素子分離領域を形成する工程(a)と、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成する工程(b)と、前記工程(b)の後に、前記第1のゲート電極の側面上に第1の絶縁性サイドウォールを形成する工程(c)と、前記工程(c)の後に、基板上に、前記第1MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程(d)と、前記フォトレジスト膜、前記第1のゲート電極及び前記第1の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタの第2導電型の高濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程(e)と、前記フォトレジスト膜、前記第1のゲート電極及び前記第1の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第1導電型不純物の斜めイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における前記第1のゲート電極の端部下から離間した位置に第1導電型の不純物拡散領域を形成する工程(f)とを含むことを特徴とする。
【0019】
この構成によれば、不純物拡散領域を形成するための斜めイオン注入は、高濃度ソース・ドレイン領域を形成するのと同じフォトレジスト膜をマスクして用いるため、従来の製造工程のような不純物拡散領域を形成するための専用フォトレジスト膜を形成する必要がない。従って、リソグラフィ工程が増大しないので、製造工程の複雑化を回避することができる。しかも、不純物拡散領域は、第1ゲート電極の端部下から離間した位置で、素子分離領域側の高濃度ソース・ドレイン領域の一部下部領域のみに形成されるため、ソース―ドレイン間に逆電圧が印加された時、この間の電界が高くなり、ドレイン降伏が生じて、サージを接地に逃がすことができるので、サージ耐性の大きい第1MISトランジスタを形成することができる。
【0020】
前記第2番目の半導体装置の製造方法において、前記第1導電型の半導体領域上の第2MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続されない第2MISトランジスタをさらに有し、前記工程(a)では、前記半導体領域に、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲む前記トレンチ型素子分離領域を形成し、前記工程(b)では、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成し、前記工程(c)では、前記第2のゲート電極の側面上に第2の絶縁性サイドウォールを形成し、前記工程(d)では、前記第2MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するように前記フォトレジスト膜を形成し、前記工程(e)では、前記フォトレジスト膜、前記第2のゲート電極及び前記第2の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第2MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記第2MISトランジスタの第2導電型の高濃度ソース・ドレイン領域を形成し、前記工程(f)では、前記フォトレジスト膜をマスクにして、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入を行うことによって、前記第2MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域には前記第1導電型不純物を注入しないことが好ましい。
【0021】
また、前記第2番目の半導体装置の製造方法において、前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚く形成されている。
【0022】
また、前記第2番目の半導体装置の製造方法において、前記工程(f)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の前記第1のゲート電極の上面端部とを結ぶ直線との間の角度と同等以上の角度を有している。
【0023】
さらに、前記第2番目の半導体装置の製造方法において、前記工程(f)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の活性領域と前記素子分離領域との境界部とを結ぶ直線との間の角度よりも小さい角度を有している。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図1A−Dおよび図2A−Cは、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。本実施形態では、3.3V電源電圧で駆動する入出力パッドに接続されているnチャネル型の保護用MISトランジスタと、1.5V電源電圧で駆動する入出力パッドには接続されていないnチャネル型の通常MISトランジスタとを有する半導体装置の製造方法について説明する。なお、pチャネル型のMISトランジスタは、拡散層に導入する不純物の導電型を逆にすれば、本実施形態で以下に説明するnチャネル型のMISトランジスタと基本的には同じ製造方法によって形成することが可能である。
【0025】
まず、図1Aに示す工程で、Si基板1に、保護用MISトランジスタ形成領域A10と通常MISトランジスタ形成領域A15とを区画し、各活性領域を取り囲むようにシリコン酸化膜からなる浅いトレンチ型素子分離領域(STI:Shallow Trench Isolation)2を深さ300nm程度で形成する。その後、p型不純物であるボロンイオン(B)(又はフッ化ボロンイオン(BF2+)を、ドーズ量、加速電圧が相異なる3条件で3回に分けて注入してp型基板領域1aを形成する。
【0026】
まず、加速電圧が約280keV、ドーズ量が約1×1013atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、Si基板1の深部(STI2の底部よりも深い領域)にラッチアップ防止用の下段ウェル層21を形成する。
【0027】
次に、加速電圧が約120keV、ドーズ量が約6×1012atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、Si基板1の中部に、下段ウェル層21よりも浅く、STI2の底部とほぼ同じ深さ領域にチャネルストッパーとして機能する中段ウェル層22を形成する。
【0028】
次に、加速電圧が約45keV、ドーズ量が約5×1012atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、Si基板1の浅部に、中段ウェル層22よりも浅い領域(STI2の底部よりも浅い領域)のチャネル領域となる部分に閾値制御のための上段ウェル層23を形成する。
【0029】
これにより、下段ウェル層21、中段ウェル層22及び上段ウェル層23からなるp型基板領域1aが形成される。
【0030】
次に、図1Bに示す工程で、基板上に、保護用MISトランジスタ形成領域A10を覆い、通常MISトランジスタ形成領域A15上に開口部を有するフォトレジスト膜31を形成する。その後、このフォトレジスト膜31をマスクにして、Si基板1の通常MISトランジスタ形成領域A15に、p型不純物であるBF2+イオン(又はBイオン)を、加速電圧45keV、ドーズ量が約5×1012atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、1.5V型の通常MISトランジスタの動作に適した閾値電圧を得る為の高濃度上段ウェル層24を形成する。すなわち、図1Aに示す工程で形成された上段ウェル層23は、3.3V型の保護用MISトランジスタの閾値電圧に適した不純物濃度であり、1.5V型の通常MISトランジスタの閾値電圧に適した不純物濃度を得る為に、高濃度上段ウェル層24を形成する。
【0031】
次に、図1Cに示す工程で、フォトレジスト膜31を除去した後、各MISトランジスタ形成領域A10、A15上に、厚み約6nmのシリコン酸化膜を形成する。その後、保護用MISトランジスタ形成領域A10を覆うフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A15上のシリコン酸化膜のみをウェットエッチによって選択的に除去する。そして、フォトレジスト膜を除去した後、再びSi基板1の表面を熱酸化することによって、保護用MISトランジスタ形成領域A10には厚み約7nmのシリコン酸化膜を形成し、通常MISトランジスタ形成領域A15には厚み約2.8nmのシリコン酸化膜を形成する。
【0032】
その後、シリコン酸化膜上に厚み約180nmのポリシリコン膜を堆積した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術により、ポリシリコン膜及びシリコン酸化膜をパターニングして、ゲート絶縁膜3(3a、3b)及びゲート電極4を形成する。ただし、保護用MISトランジスタ形成領域A10には厚み約7nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3a及びゲート電極4が形成される一方、通常MISトランジスタ形成領域A15には厚みが約2.8nmのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜3b及びゲート電極4が形成される。以下、下段ウェル層21、中段ウェル層22、上段ウェル層23及び高濃度上段ウェル層24の図示は省略する。
【0033】
次に、図1Dに示す工程で、基板上に通常MISトランジスタ形成領域A15を覆い、保護用MISトランジスタ形成領域A10上に開口部を有するフォトレジスト膜32を形成する。そして、このフォトレジスト膜32及びゲート電極4をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSi基板1内に、n型不純物であるリンイオン(P)を、注入角度が約25°、加速電圧が約30keV、ドーズ量が約1.5×1013atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、低濃度ソース領域6a及び低濃度ドレイン領域6bを形成する。
【0034】
続けて、フォトレジスト膜32及びゲート電極4をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSi基板1内に、p型不純物であるBイオン(又はBF2+イオン)を、注入角度が約25°、加速電圧が約25keV、ドーズ量が約3×1012atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、ポケット領域8を形成する。このとき、ポケット領域8は、ゲート電極4下のSi基板1内に、低濃度ソース・ドレイン領域6a、6bのゲート側下端部からチャネル領域側に突出するように形成する。
【0035】
次に、図2Aに示す工程で、フォトレジスト膜32を除去した後、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A10上を覆い、通常MISトランジスタ形成領域A15上に開口部を有するフォトレジスト膜33を形成する。そして、このフォトレジスト膜33及びゲート電極4をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A15のSi基板1内に、n型不純物である砒素イオン(As)を、加速電圧が約10keV、ドーズ量が約4×1014atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、エクステンション領域66a、66bを形成する。このとき、エクステンション領域66a、66bは、Si基板1におけるゲート電極4の端部下に位置する領域からSTI2に隣接する領域に亘って形成される。
【0036】
続けて、フォトレジスト膜33及びゲート電極4をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A15のSi基板1内に、p型不純物であるBF2+イオン(又はBイオン)を、注入角度が約25°、加速電圧が約50keV、ドーズ量が約6×1012atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、ポケット領域68を形成する。このとき、ポケット領域68は、ゲート電極4下のSi基板1内に、エクステンション領域66a、66bのゲート側下端部からチャネル領域側に突出するように形成する。
【0037】
次に、図2Bに示す工程で、フォトレジスト膜33を除去した後、基板上に厚み80nmのシリコン酸化膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜をエッチバックして、ゲート電極4の側面上にサイドウォール5を形成する。その後、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A10及び通常MISトランジスタ形成領域A15に開口部を有するフォトレジスト膜34を形成する。
【0038】
そして、このフォトレジスト膜34、ゲート電極4及びサイドウォール5をマスクにして、Si基板1にn型不純物のイオン注入を行い、低濃度ソース・ドレイン領域6a、6b及びエクステンション領域66a,66bよりも拡散深さの深い高濃度ソース・ドレイン領域7a、7bを形成する。この高濃度ソース・ドレイン領域7a、7bは、注入条件の異なる3回のイオン注入で形成する。まず、加速電圧が約20keV、ドーズ量が約5×1015atms・cm−2の注入条件でAsイオンを注入し、その後、加速電圧が約50keV、ドーズ量が約6×1015atms・cm−2の注入条件でAsイオンを注入し、最後に加速電圧が約50keV、ドーズ量が約5.2×1013atms・cm−2の注入条件でPイオンを注入する。このように、3回のイオン注入で高濃度ソース・ドレイン領域7a、7bを形成することにより、接合近傍のN型不純物濃度を低濃度に形成することができるため、接合容量の低減を図ることができる。
【0039】
次に、図2Cに示す工程で、高濃度ソース・ドレイン領域7a,7bと同様に、ゲート電極4、サイドウォール5及びフォトレジスト膜34をマスクとして、Si基板1にp型不純物であるBイオン(又はBF2+イオン)を、注入角度がθ(65)°、加速電圧が約60keV、ドーズ量が約5×1013atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSTI2側の高濃度ソース・ドレイン領域7a,7b下部の一部のみに高濃度ウェル領域10a、10bを選択的に形成する。
【0040】
この時、イオン注入の注入角度は、高濃度ソース領域7a側のSi基板1上面から高濃度ドレイン領域7b側のSi基板1内へ斜め注入する場合、フォトレジスト膜34、ゲート電極4及びサイドウォール5がマスクになって、ゲート電極4の端部下から離間した高濃度ドレイン領域7bのSTI2側の一部領域のみに注入される角度に設定する。同様に、高濃度ドレイン領域7b側のSi基板1上面から高濃度ソース領域7a側のSi基板1内へ斜め注入する場合、フォトレジスト膜34、ゲート電極4及びサイドウォール5がマスクになって、ゲート電極4の端部下から離間した高濃度ソース領域7aのSTI2側の一部領域のみに注入される角度に設定する。
【0041】
すなわち、注入角度θ°が、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSi基板1表面への垂直線と、一方側のフォトレジスト膜34の上面端部(例えば、高濃度ソース領域7a側のSTI2上のフォトレジスト膜34の上面端部)と他方側のゲート電極4及びサイドウォール5の上面端部(例えば、高濃度ドレイン領域7b側のゲート電極4及びサイドウォール5の上面端部)とを結んだ直線との間の角度と同等以上の角度になるように設定する。さらに、注入角度θ°が、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSi基板1表面への垂直線と、一方側のフォトレジスト膜34の上面端部(例えば、高濃度ソース領域7a側のSTI2上のフォトレジスト膜34の上面端部)と、他方側のSTI2と活性領域との境界部(例えば、高濃度ドレイン領域7bとSTI2との境界部)とを結んだ直線との間の角度よりも小さい角度になるように設定する。この結果、保護用MISトランジスタ形成領域A10に比べてゲート長方向の活性領域の幅が狭い通常MISトランジスタ形成領域A15にはイオン注入されず、保護用MISトランジスタ形成領域A10の一部領域のみにイオン注入され、高濃度ウェル領域10a、10bが形成される。
【0042】
その後、フォトレジスト膜34を除去し、熱処理を施してSi基板1内に注入された不純物を活性化した後、基板上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜(図示せず)を形成する。そして、接続孔の形成とコンタクト及び配線層の形成とを行うことにより、保護用MISトランジスタ及び通常MISトランジスタを有する半導体装致置が得られる。
【0043】
本実施形態によれば、高濃度ウェル領域10a、10bを形成するためのイオン注入の際に、従来の製造工程のような高濃度ウェル領域形成用のフォトレジストマスクが必要ないため、製造工程の複雑化を回避することができる。すなわち、高濃度ソース・ドレイン領域7a、7b形成用のフォトレジスト膜34をそのままマスクとして用い、ゲート電極4とサイドウォール5の影を利用し、イオン注入の注入角度を30°〜80°の範囲に制御することで、保護用MISトランジスタ形成領域A10の一部領域のみに高濃度ウェル領域10a、10bを形成することができる。
【0044】
この形成方法では、高濃度ソース・ドレイン領域7a、7b形成工程に引き続いて、高濃度ウェル領域10a、10bを形成できるため、リソグラフィ工程とマスクを増やすことなく、製造コストの増大やMISトランジスタ特性の悪化を防ぎながら、保護用MISトランジスタを形成することが可能である。しかも、高濃度ウェル領域10a、10bは、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSTI2側の高濃度ソース・ドレイン領域7a、7bの一部下部領域に形成されるため、ソース―ドレイン間に逆電圧が印加された時、この間の電界が高くなり、ドレイン降伏が生じて、サージを接地に逃がすことができるので、サージ耐性の大きい保護用MISトランジスタを形成することができる。
【0045】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図3A−Dおよび図4A−Cは、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。ここで、図3A−Cに示す各工程は、第1の実施形態における図1A−Cに示す各工程と同一工程であるため、説明を省略する。
【0046】
次に、図3Dに示す工程で、基板上に通常MISトランジスタ形成領域A15を覆い、保護用MISトランジスタ形成領域A10上に開口部を有するフォトレジスト膜32を形成する。そして、このフォトレジスト膜32及びゲート電極4をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSi基板1内に、n型不純物であるPイオンを、注入角度が約25°、加速電圧が約30keV、ドーズ量が約1.5×1013atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、低濃度ソース領域6a及び低濃度ドレイン領域6bを形成する。
【0047】
続けて、フォトレジスト膜32及びゲート電極4をマスクにして、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSi基板1内に、p型不純物であるBF2+イオン(又はBイオン)を、注入角度が約25°、加速電圧が約50keV、ドーズ量が約6×1012atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、ポケット領域8を形成する。このとき、ポケット領域8は、ゲート電極4下のSi基板1内に、低濃度ソース・ドレイン領域6a、6bのゲート側下端部からチャネル領域側に突出するように形成する。
【0048】
次に、図4Aに示す工程で、低濃度ソース・ドレイン領域6a、6bやポケット領域8の形成と同様に、ゲート電極4及びフォトレジスト膜32をマスクとして、Si基板1にp型不純物であるBイオン(又はBF2+イオン)を、注入角度がθ(65)°、加速電圧が約60keV、ドーズ量が約5×1013atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSTI2側の一部のみに高濃度ウェル領域10a、10bを選択的に形成する。
【0049】
この時、イオン注入の注入角度は、低濃度ソース領域6a側のSi基板1上面から低濃度ドレイン領域6b側のSi基板1内へ斜め注入する場合、フォトレジスト膜32及びゲート電極4がマスクになって低濃度ドレイン領域6bのSTI2側の一部領域のみに注入される角度に設定する。同様に、低濃度ドレイン領域6b側のSi基板1上面から低濃度ソース領域6a側のSi基板1内へ斜め注入する場合、フォトレジスト膜32及びゲート電極4がマスクになって低濃度ソース領域6aのSTI2側の一部領域のみに注入される角度に設定する。すなわち、注入角度θ°が、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSi基板1表面への垂直線と、一方側のフォトレジスト膜32の上面端部(例えば、低濃度ソース領域6a側のSTI2上のフォトレジスト膜32の上面端部)と他方側のゲート電極4の上面端部(例えば、低濃度ドレイン領域6b側のゲート電極4の上面端部)とを結んだ直線との間の角度と同等以上の角度になるように設定する。さらに、注入角度θ°が、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSi基板1表面への垂直線と、一方側のフォトレジスト膜32の上面端部(例えば、低濃度ソース領域6a側のSTI2上のフォトレジスト膜32の上面端部)と、他方側のSTI2と活性領域との境界部(例えば、低濃度ドレイン領域6bとSTI2との境界部)とを結んだ直線との間の角度よりも小さい角度になるように設定する。この結果、保護用MISトランジスタ形成領域A10のSTI2側の一部領域のみにイオン注入され、高濃度ウェル領域10a、10bが形成される。
【0050】
次に、図4Bに示す工程で、フォトレジスト膜32を除去した後、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A10上を覆い、通常MISトランジスタ形成領域A15上に開口部を有するフォトレジスト膜33を形成する。そして、このフォトレジスト膜33及びゲート電極4をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A15のSi基板1内に、n型不純物である砒素イオン(As)を、加速電圧が約10keV、ドーズ量が約4×1014atms・cm−2の注入条件でイオン注入を行い、エクステンション領域66a、66bを形成する。このとき、エクステンション領域66a、66bは、Si基板1におけるゲート電極4の端部下に位置する領域からSTI2に隣接する領域に亘って形成される。
【0051】
続けて、フォトレジスト膜33及びゲート電極4をマスクにして、通常MISトランジスタ形成領域A15のSi基板1内に、p型不純物であるBF2+イオン(又はBイオン)を、注入角度が約25°、加速電圧が約50keV、ドーズ量が約6×1012atms・cm−2の注入条件で4ステップの斜め回転イオン注入を行い、ポケット領域68を形成する。このとき、ポケット領域68は、ゲート電極4下のSi基板1内に、エクステンション領域66a、66bのゲート側下端部からチャネル領域側に突出するように形成する。
【0052】
次に、図4Cに示す工程で、フォトレジスト膜33を除去した後、基板上に厚み80nmのシリコン酸化膜を堆積し、異方性ドライエッチングによりシリコン酸化膜をエッチバックして、ゲート電極4の側面上にサイドウォール5を形成する。その後、基板上に保護用MISトランジスタ形成領域A10及び通常MISトランジスタ形成領域A15に開口部を有するフォトレジスト膜34を形成する。
【0053】
そして、このフォトレジスト膜34、ゲート電極4及びサイドウォール5をマスクにして、Si基板1にn型不純物のイオン注入を行い、低濃度ソース領域6a及び低濃度ドレイン領域6b及びエクステンション領域66a,66bよりも拡散深さの深い高濃度ソース領域7a及び高濃度ドレイン領域7bを形成する。この高濃度ソース領域7a及び高濃度ドレイン領域7bは、第1の実施形態と同様に注入条件の異なる3回のイオン注入で形成しても良い。
【0054】
その後、フォトレジスト膜34を除去し、熱処理を施してSi基板1内に注入された不純物を活性化した後、基板上にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜(図示せず)を形成する。そして、接続孔の形成とコンタクト及び配線層の形成とを行うことにより、保護用MISトランジスタ及び通常MISトランジスタを有する半導体装致置が得られる。
【0055】
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、高濃度ウェル領域10a、10bを形成するためのイオン注入の際に、従来の製造工程のような高濃度ウェル領域形成用のフォトレジストマスクが必要ないため、製造工程の複雑化を回避することができる。しかも、高濃度ウェル領域10a、10bは、保護用MISトランジスタ形成領域A10におけるSTI2側の高濃度ソース・ドレイン領域7a、7bの一部下部領域のみに形成されるため、ソース―ドレイン間に逆電圧が印加された時、この間の電界が高くなり、ドレイン降伏が生じて、サージを接地に逃がすことができるので、サージ耐性の大きい保護用MISトランジスタを形成することができる。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トランジスタ特性に影響を与えることなく、かつリソグラフィ工程の増大なく、入出力パッドに接続されている保護用MISトランジスタのソース・ドレイン領域と基板領域との接合耐圧が低下し、パッドから入ったサージを素早く基板領域に逃がすことができるので、サージ耐性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】A−Dは本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造工程の前半部を示す断面図である。
【図2】A−Cは本発明の第1の実施形態における半導体装置の製造工程の後半部を示す断面図である。
【図3】A−Dは本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造工程の前半部を示す断面図である。
【図4】A−Cは本発明の第2の実施形態における半導体装置の製造工程の後半部を示す断面図である。
【図5】A−Eは、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 Si基板
1a 基板領域
2 浅いトレンチ型素子分離領域(STI)
3a,3b ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
5 サイドウォール
6a 低濃度ソース領域
6b 低濃度ドレイン領域
7a 高濃度ソース領域
7b 高濃度ドレイン領域
8 ポケット領域
10a 高濃度ウェル領域
10b 高濃度ウェル領域
21 下段ウェル層
22 中段ウェル層
23 上段ウェル層
31〜34 フォトレジスト膜
66a エクステンション領域
66b エクステンション領域
68 ポケット領域
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a metal-insulator-semiconductor (MIS) transistor, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a protective MIS transistor with improved surge resistance.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor integrated circuit, as a countermeasure against a surge input, a MIS transistor connected to an input / output pad (hereinafter abbreviated as a “protection MIS transistor”) receives a surge current when a surge input is applied. There is provided a structure for allowing the air to escape to the ground.
[0003]
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device having a conventional protective MIS transistor and a normal MIS transistor. Here, a method of manufacturing a semiconductor device having an n-channel type protection MIS transistor connected to an input / output pad and an n-channel type normal MIS transistor not connected to an input / output pad will be described.
[0004]
First, in a step shown in FIG. 5A, a shallow trench isolation (STI) region 102 that divides a protection MIS transistor formation region A100 and a normal MIS transistor formation region A150 on the Si substrate 101 and surrounds each active region. To form Thereafter, a p-type impurity is implanted into the Si substrate 101 by ion implantation to form a p-type substrate region 101a having a well layer, a channel stopper layer, and the like. After that, a thermal oxide film and a polysilicon film are sequentially formed on the substrate, and then the polysilicon film and the thermal oxide film are patterned by lithography and dry etching to form a gate insulating film 103 and a gate electrode 104 on the active region. And are formed.
[0005]
Next, in a step shown in FIG. 5B, a photoresist film 131 having an opening in the protection MIS transistor formation region A100 is formed on the substrate by using a lithography technique. Then, using the photoresist film 131 and the gate electrode 104 as a mask, phosphorus ions (P) as n-type impurities are formed in the Si substrate 101 in the protective MIS transistor formation region A100. + ) Is implanted to form a lightly doped source region 106a and a lightly doped drain region 106b. Subsequently, using the photoresist mask 131 and the gate electrode 104 as masks, boron ions (B + ) Is implanted into the Si substrate 101 in the protection MIS transistor formation region A100 to form a pocket region.
[0006]
Next, in a step shown in FIG. 5C, after removing the photoresist film 131, a photoresist film 132 having an opening over the normal MIS transistor formation region A150 is formed by covering the protection MIS transistor formation region A100 on the substrate. Form. Then, using the photoresist film 132 and the gate electrode 104 as a mask, arsenic ions (As + ) Is performed to form the extension regions 166a and 166b. Subsequently, using the photoresist film 132 and the gate electrode 104 as a mask, boron ions (B) as p-type impurities are formed in the Si substrate 101 in the normal MIS transistor formation region A150. + ) Is performed to form a pocket region 168.
[0007]
Next, in a step shown in FIG. 5D, after the photoresist film 132 is removed, a silicon oxide film is deposited on the substrate, and the silicon oxide film is etched back by anisotropic dry etching to form a side surface of the gate electrode 104. A sidewall 105 is formed thereon. Thereafter, using the gate electrode 104 and the side wall 105 as a mask, n-type impurities are ion-implanted into the Si substrate 101, and the diffusion depth is higher than the low-concentration source / drain regions 106a and 106b and the extension regions 166a and 166b. Concentration source / drain regions 107a and 107b are formed.
[0008]
Next, in a step shown in FIG. 5E, a photoresist having an opening in a part of the high-concentration source / drain regions 107a and 107b of the protection MIS transistor formation region A100 close to the STI 102 by using a lithography technique. A film 133 is formed. Then, using the photoresist film 133 as a mask, boron ions (B) as p-type impurities are formed in the Si substrate 101 in the protection MIS transistor formation region A100. + ) Is implanted to form high concentration well regions 110a and 110b.
[0009]
By such a manufacturing method, the high-concentration well regions 110a and 110b are formed in the high-concentration source / drain regions 107a and 107b of the protection MIS transistor formation region A100 under a part near the STI 102. As a result, when a reverse voltage is applied between the drain and the substrate due to surge input or the like, the electric field between the high-concentration well region 110b and the high-concentration drain region 107b increases in the protective MIS transistor, causing drain breakdown. The surge can be quickly released to the ground.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional manufacturing method, a dedicated photoresist film 133 is required to form the high-concentration well regions 110a and 110b, which greatly increases the lithography process and the like, and complicates the manufacturing process. Therefore, there is a possibility that the manufacturing cost will increase and the MIS transistor characteristics will deteriorate.
[0011]
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a protective MIS transistor having a structure capable of reliably releasing a surge without increasing the number of lithography steps in order to solve the conventional problem. And
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first MIS transistor directly connected to an input / output pad formed in a first MIS transistor formation region on a first conductivity type semiconductor region. Forming a trench-type element isolation region surrounding an active region of the first MIS transistor formation region in the semiconductor region; and (a) forming an active region of the first MIS transistor formation region in the semiconductor region. (B) forming a first gate insulating film and a first gate electrode thereon; and after the step (b), a photoresist film having an opening on the first MIS transistor formation region on the substrate. Forming the first MIS transistor using the photoresist film and the first gate electrode as a mask. (D) performing ion implantation of a second conductivity type impurity into the semiconductor region to form a second conductivity type low concentration source / drain region; and using the photoresist film and the first gate electrode as a mask. Oblique ion implantation of a first conductivity type impurity into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, and a first ion implantation of a first impurity at a position separated from below the end of the first gate electrode in the source / drain region of the first MIS transistor. (E) forming a one conductivity type impurity diffusion region.
[0013]
According to this configuration, the oblique ion implantation for forming the impurity diffusion region uses the same photoresist film as the mask for forming the low concentration source / drain regions as a mask. It is not necessary to form a dedicated photoresist film for forming the substrate. Therefore, since the number of lithography steps does not increase, the complexity of the manufacturing steps can be avoided. In addition, since the impurity diffusion region is formed only in a part of the high-concentration source / drain region on the element isolation region side at a position separated from below the end of the first gate electrode, a reverse voltage is applied between the source and the drain. Is applied, the electric field during this period becomes high, drain breakdown occurs, and the surge can be released to the ground, so that the first MIS transistor having high surge resistance can be formed.
[0014]
The method for manufacturing a first semiconductor device further includes a second MIS transistor that is not directly connected to an input / output pad formed in a second MIS transistor formation region on the first conductivity type semiconductor region, and the step (a). In the step (b), the trench-type element isolation region surrounding the active region of the second MIS transistor formation region is formed in the semiconductor region. In the step (b), a second region is formed on the active region of the second MIS transistor formation region. A gate insulating film and a second gate electrode are formed, and in the step (c), the photoresist film is formed so as to cover the second MIS transistor formation region.
[0015]
Further, in the first method for manufacturing a semiconductor device, the first gate insulating film is formed to be thicker than the second gate insulating film.
[0016]
In the first method of manufacturing a semiconductor device, in the step (e), an implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity may be a vertical line to the surface of the semiconductor region and the one side. The angle is equal to or greater than the angle between the upper end of the photoresist film and the straight line connecting the upper end of the first gate electrode on the other side. Thereby, the impurity diffusion region can be selectively formed at a position separated from below the end of the first gate electrode in the source / drain region of the first MIS transistor.
[0017]
Further, in the first method of manufacturing a semiconductor device, in the step (e), an implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is set such that a vertical line to the surface of the semiconductor region and the one side of the impurity are implanted. The angle is smaller than the angle between a straight line connecting the edge of the upper surface of the photoresist film, the active region on the other side, and the boundary between the element isolation region. This makes it possible to selectively form the impurity diffusion region in the active region at a position separated from below the end of the first gate electrode in the source / drain region of the first MIS transistor.
[0018]
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a first MIS transistor directly connected to an input / output pad formed in a first MIS transistor formation region on a first conductivity type semiconductor region. Forming a trench type element isolation region surrounding the active region of the first MIS transistor formation region in the semiconductor region (a); and forming a first gate insulating region on the active region of the first MIS transistor formation region. (B) forming a film and a first gate electrode; and (c) forming a first insulating sidewall on a side surface of the first gate electrode after the step (b). Forming a photoresist film having an opening on the first MIS transistor formation region on the substrate after the step (c); Using the first film, the first gate electrode, and the first insulating sidewall as a mask, ion-implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, Forming a second conductive type high concentration source / drain region (e), forming the first MIS transistor by using the photoresist film, the first gate electrode, and the first insulating sidewall as a mask; Oblique ion implantation of a first conductivity type impurity into the semiconductor region of the first region, and a first conductivity type impurity diffusion region at a position separated from below an end of the first gate electrode in a source / drain region of the first MIS transistor. And (f) forming
[0019]
According to this configuration, the oblique ion implantation for forming the impurity diffusion region is performed using the same photoresist film as that for forming the high-concentration source / drain regions as a mask, so that the impurity diffusion as in the conventional manufacturing process is performed. There is no need to form a dedicated photoresist film for forming the region. Therefore, since the number of lithography steps does not increase, the complexity of the manufacturing steps can be avoided. In addition, since the impurity diffusion region is formed only in a part of the high-concentration source / drain region on the element isolation region side at a position separated from below the end of the first gate electrode, a reverse voltage is applied between the source and the drain. Is applied, the electric field during this period becomes high, drain breakdown occurs, and the surge can be released to the ground, so that the first MIS transistor having high surge resistance can be formed.
[0020]
The method for manufacturing a second semiconductor device further includes a second MIS transistor that is not directly connected to an input / output pad formed in a second MIS transistor formation region on the first conductivity type semiconductor region, In the step (b), the trench-type element isolation region surrounding the active region of the second MIS transistor formation region is formed in the semiconductor region. In the step (b), a second region is formed on the active region of the second MIS transistor formation region. Forming a gate insulating film and a second gate electrode, forming a second insulating sidewall on a side surface of the second gate electrode in the step (c), and forming the second insulating sidewall in the step (d); The photoresist film is formed so as to have an opening on the 2MIS transistor formation region, and in the step (e), the photoresist film and the photoresist film are formed. Using the second gate electrode and the second insulating sidewall as a mask, ion implantation of a second conductivity type impurity is performed into the semiconductor region of the second MIS transistor formation region, and a second conductivity type impurity of the second MIS transistor is formed. Forming a high-concentration source / drain region, and in the step (f), performing oblique ion implantation of the first conductivity type impurity using the photoresist film as a mask, thereby forming the semiconductor in the second MIS transistor formation region. It is preferable that the first conductivity type impurity is not implanted into the region.
[0021]
In the second method for manufacturing a semiconductor device, the first gate insulating film is formed to be thicker than the second gate insulating film.
[0022]
In the second method for fabricating a semiconductor device, in the step (f), an angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity may be a vertical line to the surface of the semiconductor region and the one side. The angle is equal to or greater than the angle between the upper end of the photoresist film and the straight line connecting the upper end of the first gate electrode on the other side.
[0023]
Further, in the manufacturing method of the second semiconductor device, in the step (f), an angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is set such that an implantation angle of the oblique ion implantation is equal to a vertical line to the surface of the semiconductor region, and The angle is smaller than the angle between a straight line connecting the edge of the upper surface of the photoresist film, the active region on the other side, and the boundary between the element isolation region.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1A to 1D and 2A to 2C are cross-sectional views showing the steps of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, an n-channel protection MIS transistor connected to an input / output pad driven by a 3.3V power supply voltage and an n-channel not connected to an input / output pad driven by a 1.5V power supply voltage A method of manufacturing a semiconductor device having a normal type MIS transistor will be described. Note that the p-channel MIS transistor is formed by basically the same manufacturing method as the n-channel MIS transistor described below in this embodiment, if the conductivity type of the impurity introduced into the diffusion layer is reversed. It is possible.
[0025]
First, in the step shown in FIG. 1A, a shallow trench-type element isolation region made of a silicon oxide film is defined on a Si substrate 1 so as to partition a protection MIS transistor formation region A10 and a normal MIS transistor formation region A15 so as to surround each active region. A region (STI: Shallow Trench Isolation) 2 is formed with a depth of about 300 nm. Then, boron ions (B + ) (Or boron fluoride ion (BF 2+ ) Is implanted three times under three conditions with different dose amounts and different acceleration voltages to form a p-type substrate region 1a.
[0026]
First, the acceleration voltage is about 280 keV and the dose is about 1 × 10 Thirteen atms · cm -2 Ion implantation is performed under the implantation conditions described above to form a lower well layer 21 for preventing latch-up in a deep portion (a region deeper than the bottom of the STI 2) of the Si substrate 1.
[0027]
Next, the acceleration voltage is about 120 keV and the dose is about 6 × 10 12 atms · cm -2 By performing ion implantation under the implantation conditions described above, a middle well layer 22 functioning as a channel stopper is formed in the middle portion of the Si substrate 1 in a region which is shallower than the lower well layer 21 and has substantially the same depth as the bottom of the STI 2.
[0028]
Next, the acceleration voltage is about 45 keV and the dose is about 5 × 10 12 atms · cm -2 The upper well layer 23 for controlling the threshold is formed in a shallow portion of the Si substrate 1 in a channel region in a region shallower than the middle well layer 22 (shallower than the bottom of the STI 2). To form
[0029]
Thus, a p-type substrate region 1a including the lower well layer 21, the middle well layer 22, and the upper well layer 23 is formed.
[0030]
Next, in a step shown in FIG. 1B, a photoresist film 31 is formed on the substrate so as to cover the protection MIS transistor formation region A10 and to have an opening on the normal MIS transistor formation region A15. Thereafter, using this photoresist film 31 as a mask, BF as a p-type impurity is added to the normal MIS transistor formation region A15 of the Si substrate 1. 2+ Ion (or B + Ions) at an acceleration voltage of 45 keV and a dose of about 5 × 10 12 atms · cm -2 Is performed under the implantation conditions described above to form a high-concentration upper well layer 24 for obtaining a threshold voltage suitable for the operation of a 1.5 V type normal MIS transistor. That is, the upper well layer 23 formed in the step shown in FIG. 1A has an impurity concentration suitable for the threshold voltage of the 3.3 V type protection MIS transistor, and suitable for the threshold voltage of the 1.5 V type normal MIS transistor. In order to obtain an improved impurity concentration, a high concentration upper well layer 24 is formed.
[0031]
Next, in a step shown in FIG. 1C, after removing the photoresist film 31, a silicon oxide film having a thickness of about 6 nm is formed on each of the MIS transistor formation regions A10 and A15. Thereafter, using the photoresist film (not shown) covering the protection MIS transistor formation region A10 as a mask, only the silicon oxide film on the normal MIS transistor formation region A15 is selectively removed by wet etching. Then, after removing the photoresist film, the surface of the Si substrate 1 is thermally oxidized again to form a silicon oxide film having a thickness of about 7 nm in the protection MIS transistor formation region A10 and the normal MIS transistor formation region A15. Forms a silicon oxide film having a thickness of about 2.8 nm.
[0032]
Then, after depositing a polysilicon film having a thickness of about 180 nm on the silicon oxide film, the polysilicon film and the silicon oxide film are patterned by a lithography technique and a dry etching technique to form a gate insulating film 3 (3a, 3b) and a gate. The electrode 4 is formed. However, while the gate insulating film 3a and the gate electrode 4 made of a silicon oxide film having a thickness of about 7 nm are formed in the protection MIS transistor formation area A10, the silicon film having a thickness of about 2.8 nm is formed in the normal MIS transistor formation area A15. A gate insulating film 3b and a gate electrode 4 made of an oxide film are formed. Hereinafter, illustration of the lower well layer 21, the middle well layer 22, the upper well layer 23, and the high concentration upper well layer 24 is omitted.
[0033]
Next, in a step shown in FIG. 1D, a photoresist film 32 covering the normal MIS transistor formation region A15 on the substrate and having an opening on the protection MIS transistor formation region A10 is formed. Then, using the photoresist film 32 and the gate electrode 4 as a mask, phosphorus ions (P) as n-type impurities are formed in the Si substrate 1 in the protection MIS transistor formation region A10. + ) At an implantation angle of about 25 °, an acceleration voltage of about 30 keV, and a dose of about 1.5 × 10 Thirteen atms · cm -2 The oblique rotation ion implantation of four steps is performed under the implantation conditions described above to form a low-concentration source region 6a and a low-concentration drain region 6b.
[0034]
Subsequently, by using the photoresist film 32 and the gate electrode 4 as a mask, p-type impurities of B + Ion (or BF 2+ Ions) at an implantation angle of about 25 °, an acceleration voltage of about 25 keV, and a dose of about 3 × 10 12 atms · cm -2 4 steps of obliquely rotating ion implantation are performed under the implantation conditions described above to form pocket regions 8. At this time, the pocket region 8 is formed in the Si substrate 1 below the gate electrode 4 so as to protrude from the lower end of the low-concentration source / drain regions 6a and 6b on the gate side toward the channel region.
[0035]
Next, in the step shown in FIG. 2A, after removing the photoresist film 32, a photoresist film 33 having an opening over the normal MIS transistor formation region A15 is formed by covering the protection MIS transistor formation region A10 on the substrate. Form. Then, using the photoresist film 33 and the gate electrode 4 as a mask, arsenic ions (As + ) At an acceleration voltage of about 10 keV and a dose of about 4 × 10 14 atms · cm -2 The ion implantation is performed under the implantation conditions described above to form the extension regions 66a and 66b. At this time, the extension regions 66a and 66b are formed from the region located below the end of the gate electrode 4 on the Si substrate 1 to the region adjacent to the STI2.
[0036]
Then, using the photoresist film 33 and the gate electrode 4 as a mask, BF as a p-type impurity is formed in the Si substrate 1 in the normal MIS transistor formation region A15. 2+ Ion (or B + Ions) at an implantation angle of about 25 °, an acceleration voltage of about 50 keV, and a dose of about 6 × 10 12 atms · cm -2 4 steps of obliquely rotating ion implantation are performed under the implantation conditions described above to form pocket regions 68. At this time, the pocket region 68 is formed in the Si substrate 1 below the gate electrode 4 so as to protrude from the lower end of the extension regions 66a and 66b on the gate side toward the channel region.
[0037]
Next, in the step shown in FIG. 2B, after removing the photoresist film 33, a silicon oxide film having a thickness of 80 nm is deposited on the substrate, and the silicon oxide film is etched back by anisotropic dry etching to form the gate electrode 4. Is formed on the side surface of the. Thereafter, a photoresist film 34 having openings in the protective MIS transistor formation region A10 and the normal MIS transistor formation region A15 is formed on the substrate.
[0038]
Then, using the photoresist film 34, the gate electrode 4 and the sidewalls 5 as a mask, ion implantation of n-type impurities is performed on the Si substrate 1 to reduce the concentration of the low-concentration source / drain regions 6a and 6b and the extension regions 66a and 66b. High-concentration source / drain regions 7a and 7b having a large diffusion depth are formed. The high-concentration source / drain regions 7a and 7b are formed by three times of ion implantation under different implantation conditions. First, the acceleration voltage is about 20 keV, and the dose is about 5 × 10 Fifteen atms · cm -2 Under the injection conditions of As + After ion implantation, the acceleration voltage is about 50 keV and the dose is about 6 × 10 Fifteen atms · cm -2 Under the injection conditions of As + Ions are implanted, and finally, the accelerating voltage is about 50 keV, and the dose is about 5.2 × 10 Thirteen atms · cm -2 P + Implant ions. By forming the high-concentration source / drain regions 7a and 7b by three ion implantations in this manner, the N-type impurity concentration in the vicinity of the junction can be formed at a low concentration, thereby reducing the junction capacitance. Can be.
[0039]
Next, in the step shown in FIG. 2C, similarly to the high-concentration source / drain regions 7a and 7b, using the gate electrode 4, the side wall 5, and the photoresist film 34 as a mask, the Si substrate 1 contains p-type impurity B + Ion (or BF 2+ Ions) at an implantation angle of θ (65) °, an acceleration voltage of about 60 keV, and a dose of about 5 × 10 Thirteen atms · cm -2 Ion implantation is performed under the implantation conditions described above to selectively form the high-concentration well regions 10a and 10b only in a part of the lower part of the high-concentration source / drain regions 7a and 7b on the STI2 side of the protection MIS transistor formation region A10.
[0040]
At this time, the implantation angle of the ion implantation is such that when the oblique implantation is performed from the upper surface of the Si substrate 1 on the side of the high-concentration source region 7a into the Si substrate 1 on the side of the high-concentration drain region 7b, the photoresist film 34, the gate electrode 4, and the side wall 5 is used as a mask, and the angle is set so as to be implanted into only a part of the high-concentration drain region 7b on the STI2 side separated from below the end of the gate electrode 4. Similarly, when the oblique implantation is performed from the upper surface of the Si substrate 1 on the side of the high-concentration drain region 7b into the Si substrate 1 on the side of the high-concentration source region 7a, the photoresist film 34, the gate electrode 4, and the sidewall 5 serve as a mask. The angle is set so as to be injected only into a part of the high-concentration source region 7a on the STI2 side separated from below the end of the gate electrode 4.
[0041]
That is, the implantation angle θ ° is perpendicular to the surface of the Si substrate 1 in the protective MIS transistor formation region A10 and the upper surface end of the photoresist film 34 on one side (for example, on the STI 2 on the high concentration source region 7a side). The upper end of the photoresist film 34 was connected to the upper end of the gate electrode 4 and the sidewall 5 on the other side (for example, the upper end of the gate electrode 4 and the sidewall 5 on the high-concentration drain region 7b side). Set the angle to be equal to or greater than the angle between the straight line. Further, the implantation angle θ ° is different from the vertical line to the surface of the Si substrate 1 in the protective MIS transistor formation region A10 and the upper end of the photoresist film 34 on one side (for example, on the STI 2 on the high concentration source region 7a side). The angle is smaller than the angle between the upper surface edge of the photoresist film 34 and the straight line connecting the boundary between the STI 2 on the other side and the active region (for example, the boundary between the high concentration drain region 7 b and the STI 2). Set the angle. As a result, ions are not implanted into the normal MIS transistor formation region A15 where the width of the active region in the gate length direction is smaller than that of the protection MIS transistor formation region A10, and ions are implanted only in a part of the protection MIS transistor formation region A10. Implantation is performed to form high concentration well regions 10a and 10b.
[0042]
Thereafter, the photoresist film 34 is removed, a heat treatment is performed to activate the impurities implanted in the Si substrate 1, and then an interlayer insulating film (not shown) made of a silicon oxide film is formed on the substrate. Then, by forming the connection hole and the contact and the wiring layer, a semiconductor device having a protective MIS transistor and a normal MIS transistor can be obtained.
[0043]
According to the present embodiment, when ion implantation for forming the high concentration well regions 10a and 10b, a photoresist mask for forming a high concentration well region as in a conventional manufacturing process is not required, so that the manufacturing process Complexity can be avoided. That is, using the photoresist film 34 for forming the high-concentration source / drain regions 7a and 7b as a mask as it is and utilizing the shadow of the gate electrode 4 and the side wall 5, the ion implantation angle is in the range of 30 ° to 80 °. By doing so, the high concentration well regions 10a and 10b can be formed only in a part of the protection MIS transistor formation region A10.
[0044]
In this formation method, the high-concentration well regions 10a and 10b can be formed subsequent to the high-concentration source / drain regions 7a and 7b forming step, so that the manufacturing cost can be increased and the MIS transistor characteristics can be increased without increasing the number of lithography steps and masks. It is possible to form a protective MIS transistor while preventing deterioration. Moreover, since the high concentration well regions 10a and 10b are formed in the protection MIS transistor formation region A10 in a part of the high concentration source / drain regions 7a and 7b on the STI2 side, a reverse voltage is applied between the source and the drain. When the voltage is applied, the electric field during this period increases, causing drain breakdown, and the surge can be released to the ground. Therefore, a protective MIS transistor having high surge resistance can be formed.
[0045]
(Second embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. 3A to 3D and 4A to 4C are cross-sectional views illustrating the steps of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Here, the steps shown in FIGS. 3A to 3C are the same as the steps shown in FIGS. 1A to 1C in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
[0046]
Next, in a step shown in FIG. 3D, a photoresist film 32 covering the normal MIS transistor formation region A15 on the substrate and having an opening on the protection MIS transistor formation region A10 is formed. Then, using the photoresist film 32 and the gate electrode 4 as a mask, a P-type impurity as an n-type impurity is formed in the Si substrate 1 in the protection MIS transistor formation region A10. + The ion implantation angle is about 25 °, the acceleration voltage is about 30 keV, and the dose is about 1.5 × 10 Thirteen atms · cm -2 The oblique rotation ion implantation of four steps is performed under the implantation conditions described above to form a low-concentration source region 6a and a low-concentration drain region 6b.
[0047]
Subsequently, using the photoresist film 32 and the gate electrode 4 as a mask, BF as a p-type impurity is introduced into the Si substrate 1 in the protection MIS transistor formation region A10. 2+ Ion (or B + Ions) at an implantation angle of about 25 °, an acceleration voltage of about 50 keV, and a dose of about 6 × 10 12 atms · cm -2 4 steps of obliquely rotating ion implantation are performed under the implantation conditions described above to form pocket regions 8. At this time, the pocket region 8 is formed in the Si substrate 1 below the gate electrode 4 so as to protrude from the lower end of the low-concentration source / drain regions 6a and 6b on the gate side toward the channel region.
[0048]
Next, in the step shown in FIG. 4A, similarly to the formation of the low-concentration source / drain regions 6a and 6b and the pocket region 8, the p-type impurity is contained in the Si substrate 1 using the gate electrode 4 and the photoresist film 32 as a mask. B + Ion (or BF 2+ Ions) at an implantation angle of θ (65) °, an acceleration voltage of about 60 keV, and a dose of about 5 × 10 Thirteen atms · cm -2 The high-concentration well regions 10a and 10b are selectively formed only in a part of the protection MIS transistor formation region A10 on the STI2 side under the implantation conditions of FIG.
[0049]
At this time, the implantation angle of the ion implantation is such that when the oblique implantation is performed from the upper surface of the Si substrate 1 on the side of the low concentration source region 6a into the Si substrate 1 on the side of the low concentration drain region 6b, the photoresist film 32 and the gate electrode 4 serve as a mask. The angle is set such that it is implanted into only a part of the low-concentration drain region 6b on the STI2 side. Similarly, when the oblique implantation is performed from the upper surface of the Si substrate 1 on the side of the low-concentration drain region 6b into the Si substrate 1 on the side of the low-concentration source region 6a, the photoresist film 32 and the gate electrode 4 serve as a mask to form the low-concentration source region 6a. The angle is set so as to be injected into only a part of the region on the STI2 side. That is, the implantation angle θ ° is different from the vertical line to the surface of the Si substrate 1 in the protective MIS transistor formation region A10 and the upper surface end of the photoresist film 32 on one side (for example, on the STI2 on the low concentration source region 6a side). Equivalent to the angle between the straight line connecting the upper end of the photoresist film 32 and the upper end of the gate electrode 4 on the other side (for example, the upper end of the gate electrode 4 on the low-concentration drain region 6b side). The angle is set so as to be above. Further, the implantation angle θ ° is different from the vertical line to the surface of the Si substrate 1 in the protective MIS transistor formation region A10 and the upper end of the photoresist film 32 on one side (for example, on the STI2 on the low concentration source region 6a side). The angle is smaller than the angle between the upper surface end of the photoresist film 32 and a straight line connecting the other side of the boundary between the STI2 and the active region (for example, the boundary between the low-concentration drain region 6b and the STI2). Set the angle. As a result, ions are implanted only into a part of the protection MIS transistor formation region A10 on the STI2 side, and the high concentration well regions 10a and 10b are formed.
[0050]
Next, in the step shown in FIG. 4B, after removing the photoresist film 32, a photoresist film 33 having an opening over the normal MIS transistor formation region A15 is formed by covering the protection MIS transistor formation region A10 on the substrate. Form. Then, using the photoresist film 33 and the gate electrode 4 as a mask, arsenic ions (As + ) At an acceleration voltage of about 10 keV and a dose of about 4 × 10 14 atms · cm -2 The ion implantation is performed under the implantation conditions described above to form the extension regions 66a and 66b. At this time, the extension regions 66a and 66b are formed from the region located below the end of the gate electrode 4 on the Si substrate 1 to the region adjacent to the STI2.
[0051]
Then, using the photoresist film 33 and the gate electrode 4 as a mask, BF as a p-type impurity is formed in the Si substrate 1 in the normal MIS transistor formation region A15. 2+ Ion (or B + Ions) at an implantation angle of about 25 °, an acceleration voltage of about 50 keV, and a dose of about 6 × 10 12 atms · cm -2 4 steps of obliquely rotating ion implantation are performed under the implantation conditions described above to form pocket regions 68. At this time, the pocket region 68 is formed in the Si substrate 1 below the gate electrode 4 so as to protrude from the lower end of the extension regions 66a and 66b on the gate side toward the channel region.
[0052]
Next, in the step shown in FIG. 4C, after removing the photoresist film 33, a silicon oxide film having a thickness of 80 nm is deposited on the substrate, and the silicon oxide film is etched back by anisotropic dry etching to form the gate electrode 4. Is formed on the side surface of the. Thereafter, a photoresist film 34 having openings in the protective MIS transistor formation region A10 and the normal MIS transistor formation region A15 is formed on the substrate.
[0053]
Then, using the photoresist film 34, the gate electrode 4 and the sidewalls 5 as a mask, n-type impurities are ion-implanted into the Si substrate 1 to form the low-concentration source region 6a, the low-concentration drain region 6b, and the extension regions 66a and 66b. A high-concentration source region 7a and a high-concentration drain region 7b having a deeper diffusion depth are formed. The high-concentration source region 7a and the high-concentration drain region 7b may be formed by three times of ion implantation under different implantation conditions as in the first embodiment.
[0054]
Thereafter, the photoresist film 34 is removed, a heat treatment is performed to activate the impurities implanted in the Si substrate 1, and then an interlayer insulating film (not shown) made of a silicon oxide film is formed on the substrate. Then, by forming the connection hole and the contact and the wiring layer, a semiconductor device having a protective MIS transistor and a normal MIS transistor can be obtained.
[0055]
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, at the time of ion implantation for forming the high-concentration well regions 10a and 10b, a photoresist for forming a high-concentration well region as in a conventional manufacturing process is used. Since a mask is not required, complication of the manufacturing process can be avoided. In addition, since the high concentration well regions 10a and 10b are formed only in a part of the high concentration source / drain regions 7a and 7b on the STI2 side in the protection MIS transistor formation region A10, a reverse voltage is applied between the source and the drain. Is applied, the electric field during this period increases, causing drain breakdown and allowing the surge to escape to the ground, so that a protective MIS transistor having high surge resistance can be formed.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the source / drain region and the substrate region of the protective MIS transistor connected to the input / output pad can be connected without affecting the transistor characteristics and without increasing the lithography process. The junction withstand voltage is reduced, and the surge entering from the pad can be quickly released to the substrate region, so that the surge resistance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first half of a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a latter half of a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
3A to 3D are cross-sectional views illustrating a first half of a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
4A to 4C are cross-sectional views illustrating a latter half of a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 Si substrate
1a Substrate area
2 Shallow trench isolation region (STI)
3a, 3b Gate insulating film
4 Gate electrode
5 Sidewall
6a Low concentration source region
6b Low concentration drain region
7a High concentration source region
7b High concentration drain region
8 pocket area
10a High concentration well area
10b High concentration well area
21 Lower well layer
22 Middle well layer
23 Upper well layer
31-34 Photoresist film
66a Extension area
66b extension area
68 pocket area

Claims (10)

第1導電型の半導体領域上の第1MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続される第1MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体領域に、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲むトレンチ型素子分離領域を形成する工程(a)と、
前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、基板上に、前記第1MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程(c)と、
前記フォトレジスト膜及び前記第1のゲート電極をマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、第2導電型の低濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程(d)と、
前記フォトレジスト膜及び前記第1のゲート電極をマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第1導電型不純物の斜めイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における前記第1のゲート電極の端部下から離間した位置に第1導電型の不純物拡散領域を形成する工程(e)とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a first MIS transistor directly connected to an input / output pad formed in a first MIS transistor formation region on a first conductivity type semiconductor region,
(A) forming a trench-type element isolation region surrounding the active region of the first MIS transistor formation region in the semiconductor region;
(B) forming a first gate insulating film and a first gate electrode on the active region of the first MIS transistor formation region;
(C) forming a photoresist film having an opening on the first MIS transistor formation region on the substrate after the step (b);
Using the photoresist film and the first gate electrode as a mask, ions of a second conductivity type impurity are implanted into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, and a second conductivity type low concentration source / drain region is formed. Forming (d),
Using the photoresist film and the first gate electrode as a mask, oblique ion implantation of a first conductivity type impurity is performed into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, and the oblique ion implantation of a source / drain region of the first MIS transistor is performed. Forming a first conductivity type impurity diffusion region at a position separated from below the end of the first gate electrode (e).
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型の半導体領域上の第2MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続されない第2MISトランジスタをさらに有し、
前記工程(a)では、前記半導体領域に、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲む前記トレンチ型素子分離領域を形成し、
前記工程(b)では、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成し、
前記工程(c)では、前記第2MISトランジスタ形成領域上を覆うように前記フォトレジスト膜を形成する半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
A second MIS transistor that is not directly connected to an input / output pad formed in a second MIS transistor formation region on the first conductivity type semiconductor region;
In the step (a), the trench type element isolation region surrounding the active region of the second MIS transistor formation region is formed in the semiconductor region.
In the step (b), a second gate insulating film and a second gate electrode are formed on the active region of the second MIS transistor formation region,
In the step (c), a method of manufacturing a semiconductor device, wherein the photoresist film is formed so as to cover the second MIS transistor formation region.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the first gate insulating film is larger than the thickness of the second gate insulating film.
請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(e)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の前記第1のゲート電極の上面端部とを結ぶ直線との間の角度と同等以上の角度を有する半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
In the step (e), the implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is perpendicular to the surface of the semiconductor region, the upper surface end of the photoresist film on one side, and the first angle on the other side. A method of manufacturing a semiconductor device having an angle equal to or greater than an angle between a straight line connecting the upper end of the gate electrode and the upper end.
請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(e)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の活性領域と前記素子分離領域との境界部とを結ぶ直線との間の角度よりも小さい角度を有する半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4,
In the step (e), the implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is set such that a vertical line to the surface of the semiconductor region, an upper end of the photoresist film on one side, and an active region on the other side. A method of manufacturing a semiconductor device having an angle smaller than an angle between a straight line connecting the boundary with the element isolation region.
第1導電型の半導体領域上の第1MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続される第1MISトランジスタを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体領域に、前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲むトレンチ型素子分離領域を形成する工程(a)と、
前記第1MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第1のゲート絶縁膜及び第1のゲート電極を形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記第1のゲート電極の側面上に第1の絶縁性サイドウォールを形成する工程(c)と、
前記工程(c)の後に、基板上に、前記第1MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するフォトレジスト膜を形成する工程(d)と、
前記フォトレジスト膜、前記第1のゲート電極及び前記第1の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタの第2導電型の高濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程(e)と、
前記フォトレジスト膜、前記第1のゲート電極及び前記第1の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第1MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第1導電型不純物の斜めイオン注入を行い、前記第1MISトランジスタのソース・ドレイン領域における前記第1のゲート電極の端部下から離間した位置に第1導電型の不純物拡散領域を形成する工程(f)とを含む半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a first MIS transistor directly connected to an input / output pad formed in a first MIS transistor formation region on a first conductivity type semiconductor region,
(A) forming a trench-type element isolation region surrounding the active region of the first MIS transistor formation region in the semiconductor region;
(B) forming a first gate insulating film and a first gate electrode on the active region of the first MIS transistor formation region;
(C) forming a first insulating sidewall on a side surface of the first gate electrode after the step (b);
Forming a photoresist film having an opening on the first MIS transistor formation region on the substrate after the step (c);
Using the photoresist film, the first gate electrode, and the first insulating sidewall as a mask, ion implantation of a second conductivity type impurity is performed into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, and the first MIS is formed. Forming a second conductive type high concentration source / drain region of the transistor (e);
Using the photoresist film, the first gate electrode, and the first insulating sidewall as a mask, oblique ion implantation of a first conductivity type impurity is performed into the semiconductor region of the first MIS transistor formation region, Forming a first conductivity type impurity diffusion region in a source / drain region of a 1MIS transistor at a position separated from below an end of the first gate electrode (f).
請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型の半導体領域上の第2MISトランジスタ形成領域に形成された入出力パッドに直接接続されない第2MISトランジスタをさらに有し、
前記工程(a)では、前記半導体領域に、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域を取り囲む前記トレンチ型素子分離領域を形成し、
前記工程(b)では、前記第2MISトランジスタ形成領域の活性領域上に第2のゲート絶縁膜及び第2のゲート電極を形成し、
前記工程(c)では、前記第2のゲート電極の側面上に第2の絶縁性サイドウォールを形成し、
前記工程(d)では、前記第2MISトランジスタ形成領域上に開口部を有するように前記フォトレジスト膜を形成し、
前記工程(e)では、前記フォトレジスト膜、前記第2のゲート電極及び前記第2の絶縁性サイドウォールをマスクにして、前記第2MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域に第2導電型不純物のイオン注入を行い、前記第2MISトランジスタの第2導電型の高濃度ソース・ドレイン領域を形成し、
前記工程(f)では、前記フォトレジスト膜をマスクにして、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入を行うことによって、前記第2MISトランジスタ形成領域の前記半導体領域には前記第1導電型不純物が注入されない半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6,
A second MIS transistor that is not directly connected to an input / output pad formed in a second MIS transistor formation region on the first conductivity type semiconductor region;
In the step (a), the trench type element isolation region surrounding the active region of the second MIS transistor formation region is formed in the semiconductor region.
In the step (b), a second gate insulating film and a second gate electrode are formed on the active region of the second MIS transistor formation region,
In the step (c), a second insulating sidewall is formed on a side surface of the second gate electrode,
In the step (d), the photoresist film is formed so as to have an opening on the second MIS transistor formation region,
In the step (e), using the photoresist film, the second gate electrode, and the second insulating sidewall as a mask, ions of a second conductivity type impurity are added to the semiconductor region of the second MIS transistor formation region. Implanting to form a second conductive type high concentration source / drain region of the second MIS transistor;
In the step (f), the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is performed using the photoresist film as a mask, so that the first conductivity type impurity is in the semiconductor region of the second MIS transistor formation region. A method for manufacturing a semiconductor device that is not implanted.
請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1のゲート絶縁膜の膜厚は、前記第2のゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the first gate insulating film is larger than the thickness of the second gate insulating film.
請求項6〜8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の前記第1のゲート電極の上面端部とを結ぶ直線との間の角度と同等以上の角度を有する半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein
In the step (f), the implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is perpendicular to the surface of the semiconductor region, the upper end of the photoresist film on one side, and the first side on the other side. A method of manufacturing a semiconductor device having an angle equal to or greater than an angle between a straight line connecting the upper end of the gate electrode and the upper end.
請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程(f)では、前記第1導電型不純物の斜めイオン注入の注入角度は、前記半導体領域表面への垂直線と、一方側の前記フォトレジスト膜の上面端部と他方側の活性領域と前記素子分離領域との境界部とを結ぶ直線との間の角度よりも小さい角度を有する半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9,
In the step (f), the implantation angle of the oblique ion implantation of the first conductivity type impurity is such that a vertical line to the surface of the semiconductor region, an upper end of the photoresist film on one side, and an active region on the other side. A method of manufacturing a semiconductor device having an angle smaller than an angle between a straight line connecting the boundary with the element isolation region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013084754A (en) * 2011-10-07 2013-05-09 Canon Inc Method of manufacturing solid-state imaging device
JP2019062080A (en) * 2017-09-26 2019-04-18 日新イオン機器株式会社 Semiconductor manufacturing method

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