(57)【要約】【課題】一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成する場合に、それぞれゲート酸化膜の膜厚を所定の膜厚とすると共に効率よく形成する手段を提供する。【解決手段】シリコンで構成された素子形成領域を備えた基板上に、第１のゲート酸化膜と第１のゲート酸化膜よりも膜厚の厚い第２のゲート酸化膜を形成する半導体素子の製造方法において、基板の第２のゲート酸化膜を形成する領域に、ゲート酸化膜の形成速度を促進させる元素を注入する工程と、熱酸化法により第１のゲート酸化膜と第２のゲート酸化膜とを同時に形成する工程とを備え、前記元素を注入する工程は、基板の表面から形成予定の第２のゲート酸化膜の酸化膜厚の半分の深さの間に、元素の濃度分布のピークを中心とし、そのピークの両側に濃度分布の標準偏差の２倍を配した濃度分布となるように元素を注入する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンで構成された素子形成領域を備えた基板上に、第１のゲート酸化膜と該第１のゲート酸化膜よりも膜厚の厚い第２のゲート酸化膜を形成する半導体素子の製造方法において、
前記基板の第２のゲート酸化膜を形成する領域に、前記ゲート酸化膜の形成速度を促進させる元素を注入する工程と、
熱酸化法により前記第１のゲート酸化膜と前記第２のゲート酸化膜とを同時に形成する工程とを備え、
前記元素を注入する工程は、前記基板の表面から形成予定の前記第２のゲート酸化膜の酸化膜厚の半分の深さの間に、前記元素の濃度分布のピークを中心とし、該ピークの両側に前記濃度分布の標準偏差の２倍を配した濃度分布となるように前記元素を注入することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記元素のドーズ量が、５×１０１３／ｃｍ２以上であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記元素の注入の際に、前記シリコン基板の表面の鉛直方向に対して斜め方向から前記基板に注入することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３において、
前記ゲート酸化膜の形成速度を促進させる元素が、アルゴンであることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板からなる半導体ウェハやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造やＳＯＳ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ）構造の半導体ウェハのシリコン基板の表層に膜厚の異なるゲート酸化膜を形成する半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を形成する製造方法は、要求されるＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のトランジスタ特性に応じて適切な製造方法が選択され、例えば早い動作速度が要求される場合はＭＯＳＦＥＴのゲート酸化膜の膜厚が薄くかつ短いゲート長を形成する製造方法、高い電圧が印加される場合はその電界に耐えるためにゲート酸化膜の膜厚が厚くかつ長いゲート長を形成する製造方法が選択される。
【０００３】
ゲート長については、半導体ウェハに形成する最短のゲート長を形成できる製造方法を選択すれば、それよりも長いゲート長を同時に形成することに問題はないが、一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を形成するには複雑な製造工程が必要になる。
図７は膜厚の異なるゲート酸化膜の一般的な製造方法を示す説明図である。
図７において、１は半導体ウェハであり、シリコンからなる１枚のシリコン基板２で構成される半導体ウェハである。
【０００４】
このシリコン基板２には、図７に示すように素子分離領域３と第１の素子形成領域４ａおよび第２の素子形成領域４ｂ（区別する必要がないときは素子形成領域４という。）が設定されており、素子形成領域４にはＭＯＳＦＥＴであるｎＭＯＳ（ＮチャンネルＭＯＳ）やｐＭＯＳ（ＰチャンネルＭＯＳ）が形成され、素子分離領域３にはフィールド酸化膜５が形成される。
【０００５】
フィールド酸化膜５は、シリコン基板２の素子分離領域３にＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法やＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法により形成された２酸化珪素の絶縁膜であって、シリコン基板２の素子形成領域４の間を電気的に絶縁分離する。
図７に示すフィールド酸化膜５は、ＬＯＣＯＳ法により素子分離領域３のシリコンをドライ酸化させて形成したものである。
【０００６】
６はゲート酸化膜であり、素子形成領域４のシリコン基板２のシリコンの表層を熱酸化法により酸化させて形成した２酸化珪素の絶縁膜であって、第１の素子形成領域４ａには膜厚の薄い第１のゲート酸化膜（薄膜ゲート酸化膜６ａという。）が、第２の素子形成領域４ｂには膜厚の厚い第２のゲート酸化膜（厚膜ゲート酸化膜６ｂという。）が形成される。
【０００７】
１０はレジストマスクであり、フォトリソグラフィ等により半導体ウェハ１上に形成されるマスク部材であって、エッチング処理やイオン注入処理等のときにマスクした領域がエッチングやイオン注入の影響を受けないように保護する機能を有している。
以下に、図７を用いてＰＺで示す工程に従って一般的な製造方法による膜厚の異なるゲート酸化膜の形成について説明する。
【０００８】
ＰＺ１、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂと素子分離領域３とを設定したシリコン基板２を準備し、そのシリコン基板２上の素子分離領域３にＬＯＣＯＳによりフィールド酸化膜５を形成して第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂをそれぞれ絶縁分離する。
ＰＺ２、１回目の熱酸化により第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂに同じ膜厚のゲート酸化膜６を形成する。
【０００９】
ＰＺ３、フォトリソグラフィにより厚膜ゲート酸化膜６ｂを形成する第２の素子形成領域４ｂのゲート酸化膜６およびその周囲のフィールド酸化膜５を覆うレジストマスク１０を形成し、これをマスクとして露出している第１の素子形成領域４ａのゲート酸化膜６およびその周囲のフィールド酸化膜５をフッ化水素酸等を用いたウェットエッチングにより除去する。このとき第１の素子形成領域４ａの周囲のフィールド酸化膜５の一部がエッチングにより除去される。
【００１０】
ＰＺ４、アセトン等の剥離剤を用いてレジストマスク１０を除去し、２回目の熱酸化により第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂにゲート酸化膜６を形成する。これにより、ゲート酸化膜６を除去した第１の素子形成領域４ａには新たに薄膜ゲート酸化膜６ａが形成され、第２の素子形成領域４ｂにはそのゲート酸化膜６が更に厚くなって厚膜ゲート酸化膜６ｂが形成される。
【００１１】
その後は、通常の製造工程と同様にしてＭＯＳＦＥＴの閾値や定格電流を調整するための所定の不純物の注入を行った後にゲート電極を形成して一般的な製造方法による半導体素子を形成する。
このように一般的な製造方法においては、異なる膜厚のゲート酸化膜６を一つの半導体ウェハ１上に形成する場合には所望の膜厚になるように熱酸化と酸化膜除去の工程を繰返している。
【００１２】
上記の一般的な製造方法の工程の簡略化を図るためには、一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成することが必要になる。
このような場合に、フィールド酸化膜を形成したシリコン基板上の厚膜ゲート酸化膜を形成する領域およびその両側のフィールド酸化膜をレジストマスクで覆い、酸化膜の形成速度を抑制する元素（酸化抑制元素という。）の一つである窒素（Ｎ）イオンを注入エネルギ２５ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１５／ｃｍ２で注入し、レジストマスクの除去後に再度レジストマスクにより薄膜ゲート酸化膜を形成する領域およびその両側のフィールド酸化膜を覆い、酸化膜の形成速度を促進する元素（酸化促進元素という。）の一つであるアルゴン（Ａｒ）イオンを注入エネルギ５８．８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１５／ｃｍ２で注入し、レジストマスクの除去後に９５０℃、１時間の熱酸化を行って一度の熱酸化で６０オングストロームと３９０オングストロームの膜厚の異なるゲート酸化膜を形成しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
また、フィールド酸化膜を形成したシリコン基板にウェルイオンの注入を行い、薄膜ゲート酸化膜を形成する領域をレジストマスクで覆い、チャネルイオンの注入後に酸化促進元素としてのアルゴンイオンをドーズ量１×１０１５／ｃｍ２程度で注入してシリコン基板の表面近傍に濃度分布のピークがくるように導入し、レジストマスクを除去して薄膜ゲート酸化膜を形成する領域にチャネルイオンを注入した後に熱酸化を行い、一度の熱酸化で６０オングストロームと９０オングストローム膜厚の異なるゲート酸化膜を形成しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−９４５０３号公報（第５頁段落００４４−段落００４７、第４図）
【特許文献２】特開平１０−３３５６５６号公報（第６頁段落００３２−第７頁段落００３７、第１図、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した一般的な製造方法においては、工程ＰＺ３でウェットエッチングを行った際にレジストマスク１０で覆われていないフィールド酸化膜５が同時にエッチングされて後退してしまい、第１の素子形成領域４ａの領域が実質的に拡大して寄生トランジスタがオンしやすくなる等、薄膜トランジスタへの影響が出やすくなる。
このことは、特にＳＯＩ構造やＳＯＳ構造の半導体ウェハ１の場合に重要で、このような半導体ウェハ１では半導体素子を形成するシリコン基板２が薄いためにフィールド酸化膜５を十分厚くすることが難しく、工程ＰＺ３でのウェットエッチングによりフィールド酸化膜５が後退して第１の素子形成領域４ａの縁部のフィールド酸化膜５が薄くなり、縁部に閾値の低い寄生トランジスタが形成され、オフリークが増加しやすくなる。
【００１５】
また、ウェットエッチングはエッチングレートの管理幅が比較的大きいために半導体ウェハ１毎のエッチングレートが変動してエッチング量にばらつきが生じやすく、第１の素子形成領域４ａの寸法ばらつきが大きくなる。
このような問題は、熱酸化と酸化膜除去の工程を繰返さずに一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成することにより解消されるが、酸化抑制元素や酸化促進元素の注入には以下のことを考慮する必要がある。
【００１６】
すなわち、注入されるイオンはシリコン基板の表面に到達した後はその注入エネルギを失いながら深さ方向に侵入するので、その濃度分布は図８に示すように表面では薄く、深さ方向に徐々に濃度を増してピークを形成し、その後は深さ方向に濃度が減少する分布形状、つまり正規分布になる。この場合にシリコン基板の表面から濃度分布のピークまでの距離（拡散侵入長という。）を決定する要素は注入エネルギであり、濃度分布のピークの高さを決定する要素はドーズ量である。
【００１７】
図９はアルゴンイオンの注入エネルギにより形成される拡散侵入長を示すグラフであり、拡散侵入長はドーズ量に関わらず注入エネルギにほぼ比例して深くなることを示している。
また、濃度分布のピークのシリコン基板の表面側は、イオンの侵入によりシリコン結晶の結合が破壊され、これによる酸化膜形成の促進作用があるので、同一のアルゴン濃度のピークから奥側に比べれば酸化膜の形成速度は速くなる。
【００１８】
イオン注入は上記の特性を有しているので、例えばアルゴンイオンの場合は、その注入エネルギを高くし過ぎると拡散侵入長が深くなり、シリコン基板の表面付近のアルゴン濃度が薄くなってアルゴンによる酸化膜形成の促進作用が薄れ、酸化膜の形成速度が遅くなって酸化膜形成に時間を要する結果となる。
図１０はアルゴンイオンの注入エネルギを変化させながらドーズ量１×１０１４／ｃｍ２でアルゴンイオンを注入し、その後に８５０℃、５分の熱酸化により形成される酸化膜の膜厚を示したものである。
【００１９】
図１０に示すように同一の熱酸化条件の場合には、酸化膜形成の促進作用は注入エネルギが１０ｋｅＶ程度までは増加するが、１０ｋｅＶ程度で飽和して１５ｋｅＶでは減少傾向となることを示している。つまり注入エネルギを高くし過ぎると同一の熱酸化条件では形成される酸化膜が薄くなり、同じ膜厚の酸化膜を得ようとすれば熱酸化の時間を長くする必要があることを示している。
【００２０】
このため、上記の特許文献１の技術では、酸化促進元素としてのアルゴンイオンを注入エネルギ５８．８ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１５／ｃｍ２と高い注入エネルギで注入しているため、シリコン基板の表面付近のアルゴンの酸化膜形成の促進作用が薄れ、所定の膜厚を得ようとすると酸化膜形成時に時間を要するという問題がある。
また、高い注入エネルギでアルゴンイオンを注入しているため、拡散侵入長が深くなってチャネル形成領域に残留するアルゴンイオンが増加し、チャネル形成領域のキャリア（電子または正孔）の移動度が低下してトランジスタ特性の定格電流値が低下するという問題がある。なおアルゴンは不活性元素であるのでトランジスタ特性の閾値に影響を与えることはない。
【００２１】
上記の特許文献２の技術では、ドーズ量のみに着目して酸化促進元素としてのアルゴンイオンを注入してシリコン基板の表面近傍に濃度分布のピークがくるようにしているため、上記のようにピークの深さは注入エネルギにより決まるので、ピークが表面に近すぎる場合は、ピークの奥側の濃度が薄くなってアルゴンによる酸化膜形成の促進作用が薄れ、所定の膜厚を得ようとすると酸化膜形成時に時間を要するという問題がある。
【００２２】
また、ピークが表面から離れすぎた場合には、上記特許文献１の場合と同様の結果となる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成する場合に、それぞれゲート酸化膜の膜厚を所定の膜厚とすると共に効率よく形成する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、上記課題を解決するために、シリコンで構成された素子形成領域を備えた基板上に、第１のゲート酸化膜と該第１のゲート酸化膜よりも膜厚の厚い第２のゲート酸化膜を形成する半導体素子の製造方法において、前記基板の第２のゲート酸化膜を形成する領域に、前記ゲート酸化膜の形成速度を促進させる元素を注入する工程と、熱酸化法により前記第１のゲート酸化膜と前記第２のゲート酸化膜とを同時に形成する工程とを備え、前記元素を注入する工程は、前記基板の表面から形成予定の前記第２のゲート酸化膜の酸化膜厚の半分の深さの間に、前記元素の濃度分布のピークを中心とし、該ピークの両側に前記濃度分布の標準偏差の２倍を配した濃度分布となるように前記元素を注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
このように、本発明は、第２のゲート酸化膜（厚膜ゲート酸化膜）を形成する領域に酸化促進元素を注入して形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間に濃度分布のピーク±２σを配置するように酸化促進元素を注入するので、酸化促進元素による酸化膜形成の促進作用を有効に利用することができ、一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成する場合の製造効率を向上させることができると共に、酸化促進元素による酸化膜形成の促進作用を確実に発揮させることができ、それぞれゲート酸化膜の膜厚を所定の膜厚に容易に形成することができるという効果が得られる。
【００２５】
また、形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間に濃度分布のピーク±２σを配置するように酸化促進元素を注入するようにしたことによって、ゲート酸化膜の形成後にチャネル形成領域に残留する酸化促進元素を大幅に減少させることができ、チャネル形成領域への酸化促進元素の拡散を抑制して定格電流値の低下を防止することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、図面を参照して本発明による半導体素子の製造方法の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１は実施例１の半導体素子の製造方法を示す説明図である。
なお、上記で図７を用いて説明したと同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のフィールド酸化膜５は、ＬＯＣＯＳ法により形成されたものである。
以下に、図１を用いてＰで示す工程に従って本実施例の半導体素子の製造方法について説明する。
【００２８】
Ｐ１、上記工程ＰＺ１と同様にしてシリコン基板２にフィールド酸化膜５を形成し、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂをそれぞれ絶縁分離する。
Ｐ２、フォトリソグラフィにより薄膜ゲート酸化膜６ａを形成する第１の素子形成領域４ａおよびその周囲のフィールド酸化膜５を覆うレジストマスク１０を形成し、これをマスクとして露出している第２の素子形成領域４ｂに酸化促進元素としてのアルゴンイオンをドーズ量５×１０１４／ｃｍ２とし、注入エネルギ５ｋｅＶ程度の低い注入エネルギで注入する。
【００２９】
Ｐ３、剥離剤を用いてレジストマスク１０を除去し、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂを８５０℃、５分間の条件で熱酸化法により熱酸化し、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂに薄膜ゲート酸化膜６ａ（第１のゲート酸化膜）および厚膜ゲート酸化膜６ｂ（第２のゲート酸化膜）を同時に形成する。
その後は、通常の製造工程と同様にしてＭＯＳＦＥＴの閾値や定格電流を調整するための所定の不純物の注入を行った後にゲート電極を形成して本実施例の半導体素子を形成する。
【００３０】
上記の工程Ｐ３で形成される薄膜ゲート酸化膜６ａおよび厚膜ゲート酸化膜６ｂの酸化膜の膜厚は、アルゴンイオンを注入していない第１の素子形成領域４ａの薄膜ゲート酸化膜６ａの膜厚は図２に×印で示す４８オングストローム程度となり、上記の条件でアルゴンイオンを注入した第２の素子形成領域４ｂの厚膜ゲート酸化膜６ｂの膜厚は図２に□印で示す５４オングストローム程度となる。
【００３１】
なお、図２は横軸をアルゴンイオンのドーズ量、縦軸を８５０℃、５分間の条件で熱酸化したときに形成される酸化膜厚とし、アルゴンイオンを注入しない場合を×印で、注入エネルギとドーズ量を変化させた場合の注入エネルギ３ｋｅＶを△印で、５ｋｅＶを□印で、７ｋｅＶを◇印で示したものである。
図３は図２で形成された酸化膜のばらつきを示したものであり、アルゴンイオンの注入に伴う酸化膜厚のばらつきはアルゴンイオンを注入しない場合と同程度となることを示している。
【００３２】
このように低い注入エネルギでシリコン基板２の表面にアルゴンイオンを注入することで、アルゴンイオンを注入していないシリコン基板２の表面と同程度の膜厚ばらつきで厚膜ゲート酸化膜６ｂを形成することができる。
上記の場合に厚膜ゲート酸化膜６ｂを所定の膜厚に形成するための設定について図４を用いて説明する。
【００３３】
半導体ウェハ１を用いて製造するＬＳＩ等の半導体素子の仕様が決定すると、そこに用いるＭＯＳＦＥＴの特性からそれぞれのゲート酸化膜６の膜厚が決定される。このゲート酸化膜６の最も薄い膜厚を薄膜ゲート酸化膜６ａ（第１のゲート酸化膜）の膜厚として、アルゴンイオンを注入しない第１の素子形成領域４ａの熱酸化の条件を決定する。
また、第２の素子形成領域４ｂに形成する厚膜ゲート酸化膜６ｂ（第２のゲート酸化膜）の所定の膜厚はそのＭＯＳＦＥＴの特性から決定されているので、前記の熱酸化の条件から図２と同様のグラフを用いてアルゴンイオンのドーズ量を決定する。
【００３４】
この場合のドーズ量は図２に示すように５×１０１３／ｃｍ２以上とすると酸化膜の膜厚を厚くすることができ、酸化膜を更に厚くする場合はドーズ量を増加させて行うことも可能である。
一方、シリコンを酸化すると、シリコンは酸素と結合しながら結晶構造を変化させて２酸化珪素が形成される。この２酸化珪素はシリコンの２倍の容積を持つ結晶であるので生成される酸化膜の膜厚は酸化したシリコンの２倍の厚さになり、図４に破線で示す元のシリコン基板２の表面から酸化したシリコンの厚さと同等の厚さ分膨らんだ状態で酸化膜が形成される。
【００３５】
アルゴン等の酸化促進元素による酸化膜形成の促進作用は、濃度分布のピークから両側（表面側および奥側）へそれぞれ標準偏差σの２倍、つまりピークの深さである拡散侵入長±２σの範囲が促進作用に優れているので、アルゴンイオン注入時のシリコン基板２の表面から形成予定の厚膜ゲート酸化膜６ｂの膜厚の半分の厚さ分の深さの間、つまりシリコン基板２の表面から形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間に濃度分布のピーク±２σを含んで配置するように拡散侵入長を決定し、図９を用いてそのときのアルゴンイオンの注入エネルギを決定する。
【００３６】
このようにして、上記工程Ｐ２のアルゴンイオンの注入条件を決定すれば、厚膜ゲート酸化膜６ｂを所定の膜厚に形成することができる。
以上説明したように、本実施例では、厚膜ゲート酸化膜を形成する第２の素子形成領域にアルゴンイオンを注入して形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間に濃度分布のピーク±２σを配置するようにアルゴンイオンを注入するようにしたことによって、アルゴンによる酸化膜形成の促進作用を有効に利用することができ、一つの半導体ウェハ上に膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成する場合の製造効率を向上させることができると共に、アルゴンによる酸化膜形成の促進作用を確実に発揮させることができ、それぞれゲート酸化膜の膜厚を所定の膜厚に容易に形成することができる。
【００３７】
また、形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間に濃度分布のピーク±２σを配置するようにアルゴンイオンを注入するようにしたことによって、ゲート酸化膜の形成後にチャネル形成領域に残留するアルゴンを大幅に減少させることができ、チャネル形成領域へのアルゴンの拡散を抑制して定格電流値の低下を防止することができる。
更に、３ｋｅＶ以上、１０ｋｅＶ以下の低い注入エネルギでシリコン基板の表面にアルゴンイオンを注入するようにしたことによって、アルゴンイオンを注入していないシリコン基板の表面と同程度の膜厚ばらつきで厚膜ゲート酸化膜を形成することができる。
【００３８】
更に、膜厚の異なるゲート酸化膜を一度の熱酸化で形成するようにしたことによって、一般的な製造方法に比べて、ウェットエッチングの工程を省略することができ、エッチングにより酸化膜を除去する素子形成領域の寸法変動やフィールド酸化膜の後退によるトランジスタ特性への影響を排除することができる。
このことは、フィールド酸化膜の膜厚により影響を受けやすいＳＯＩ構造やＳＯＳ構造の半導体ウェハにおける膜厚の異なるゲート酸化膜の形成に特に有用であり、フィールド酸化膜の残膜量をコントロールしながら工程を設計する必要がある一般的な製造方法に比べて安定した工程を容易に設計することができる。
【００３９】
更に、厚膜ゲート酸化膜を形成する素子形成領域のシリコン基板の表面のみにアルゴンイオンを注入するようにしたことによって、他の素子形成領域に全く影響を与えることなく、厚膜ゲート酸化膜を形成することが可能になる。
なお、アルゴン等の酸化促進元素の濃度分布の配置は、図４に示すように形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間の全てをピーク±２σで埋めることが望ましいが、濃度分布の標準偏差σはシリコン基板の状態やイオンの注入装置の状態、半導体ウェハの周囲の環境等で定まるので形成予定の酸化膜厚の半分の深さの間にピーク±２σが含まれていれば足りる。
【００４０】
この場合にはピークとシリコン基板の表面との間は、上記したイオンの侵入に伴う酸化膜形成の促進作用があるので奥側の２σの裾を形成予定の酸化膜厚の半分の深さに合わせるように配置するとよい。
【実施例２】
【００４１】
図５は実施例２の半導体素子の製造方法を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５において、４ｃは第３の素子形成領域であり、厚膜ゲート酸化膜６ｂ（第２のゲート酸膜）のよりも更に厚い膜厚の第２の厚膜ゲート酸化膜６ｃ（第３のゲート酸化膜）が形成される領域である。
【００４２】
以下に、図５を用いてＰＡで示す工程に従って本実施例の半導体素子の製造方法について説明する。
ＰＡ１、上記実施例１の工程Ｐ１と同様にしてシリコン基板２にフィールド酸化膜５を形成し、第１、第２および第３の素子形成領域４ａ、４ｂ、４ｃをそれぞれ絶縁分離する。
【００４３】
ＰＡ２、フォトリソグラフィにより厚膜ゲート酸化膜６ｂを形成する第２の素子形成領域４ｂおよびその周囲のフィールド酸化膜５を除く領域を覆うレジストマスク１０を形成し、これをマスクとして露出している第２の素子形成領域４ｂにアルゴンイオンをドーズ量５×１０１４／ｃｍ２とし、注入エネルギ７ｋｅＶ程度の低い注入エネルギで注入する。
【００４４】
ＰＡ３、剥離剤を用いて工程ＰＡ２で形成したレジストマスク１０を除去し、再度フォトリソグラフィにより第２の厚膜ゲート酸化膜６ｃを形成する第３の素子形成領域４ｃおよびその周囲のフィールド酸化膜５を除く領域を覆うレジストマスク１０を形成し、これをマスクとして露出している第３の素子形成領域４ｃにアルゴンイオンをドーズ量１０×１０１４／ｃｍ２とし、注入エネルギ７ｋｅＶ程度の低い注入エネルギで注入する。
【００４５】
ＰＡ４、剥離剤を用いて工程ＰＡ３で形成したレジストマスク１０を除去し、第１、第２および第３の素子形成領域４ａ、４ｂ、４ｃを８５０℃、５分間の条件で熱酸化法により熱酸化し、第１、第２および第３の素子形成領域４ａ、４ｂ、４ｃに薄膜ゲート酸化膜６ａ（第１のゲート酸膜）、厚膜ゲート酸化膜６ｂ（第２のゲート酸膜）および第２の厚膜ゲート酸化膜６ｃ（第３のゲート酸膜）を同時に形成する。
【００４６】
その後は、通常の製造工程と同様にしてＭＯＳＦＥＴの閾値や定格電流を調整するための所定の不純物の注入を行った後にゲート電極を形成して本実施例の半導体素子を形成する。
上記の工程ＰＡ４で形成される薄膜ゲート酸化膜６ａ、厚膜ゲート酸化膜６ｂおよび第２の厚膜ゲート酸化膜６ｃの酸化膜の膜厚は、アルゴンイオンを注入していない第１の素子形成領域４ａに形成される薄膜ゲート酸化膜６ａの膜厚は図２に×印で示す４８オングストローム程度となり、上記の条件でアルゴンイオンを注入した第２の素子形成領域４ｂに形成される厚膜ゲート酸化膜６ｂの膜厚は図２に◇印で示す５５オングストローム程度、第３の素子形成領域４ｃに形成される第２の厚膜ゲート酸化膜６ｃの膜厚は図２に◇印で示す６２オングストローム程度となる。
【００４７】
この場合の工程ＰＡ２、ＰＡ３におけるアルゴンイオンの注入条件の設定は、上記実施例１で説明した拡散進入長の設定方法に基づいてそれぞれの素子形成領域４毎に定めればよい。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、３種類の膜厚の異なるゲート酸化膜の形成する場合においても１度の熱酸化により同時に形成することが可能になる。４種類以上の異なる膜厚のゲート酸化膜を形成する場合も同様である。
【実施例３】
【００４８】
図６は実施例３の半導体素子の製造方法を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例のシリコン基板２の構成は、上記実施例１と同様である。
以下に、図６を用いてＰＢで示す工程に従って本実施例の半導体素子の製造方法について説明する。
【００４９】
ＰＢ１、上記実施例１の工程Ｐ１と同様にしてシリコン基板２にフィールド酸化膜５を形成し、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂをそれぞれ絶縁分離する。
ＰＢ２、上記実施例１の工程Ｐ２と同様にして第１の素子形成領域４ａおよびその周囲のフィールド酸化膜５を覆うレジストマスク１０を形成し、露出している第２の素子形成領域４ｂに注入角度θ＝４５度で斜めにアルゴンイオンをドーズ量５×１０１４／ｃｍ２とし、注入エネルギ７ｋｅＶ程度の低い注入エネルギで注入する。
【００５０】
このときの注入エネルギ７ｋｅＶは、実施例１の工程Ｐ２におけるシリコン基板２の表面の鉛直方向（単に、鉛直方向という。）に注入する場合の５ｋｅＶと同等である。つまり注入角度θが４５度であるので、同様の拡散侵入長を得ようとすればその約１．４倍（１／ｃｏｓθ倍）の注入エネルギを要するからである。ここに注入角度θは鉛直方向から図った角度である。
【００５１】
ＰＢ３、上記実施例１の工程Ｐ３と同様にして熱酸化を行い、第１および第２の素子形成領域４ａ、４ｂに薄膜ゲート酸化膜６ａ（第１のゲート酸膜）および厚膜ゲート酸化膜６ｂ（第２のゲート酸膜）を同時に形成する。
その後は、通常の製造工程と同様にしてＭＯＳＦＥＴの閾値や定格電流を調整するための所定の不純物の注入を行った後にゲート電極を形成して本実施例の半導体素子を形成する。
【００５２】
上記の工程ＰＢ３で形成される薄膜ゲート酸化膜６ａおよび厚膜ゲート酸化膜６ｂの酸化膜の膜厚は、実施例１の工程Ｐ３の場合と同様になるが、アルゴンイオンの注入を斜めから行うので、アルゴンイオンは広がりをもって注入され、シリコン基板２の表層における濃度分布を濃くすることができ、アルゴンによる酸化膜形成の促進作用を更に高めることができる。
【００５３】
これを鉛直方向に注入した場合に比べると、同じドーズ量、注入エネルギの場合は、拡散侵入長が浅くなり、浅い拡散侵入長のイオン注入を行う場合に有効である。
また、同じ拡散侵入長とする場合は、注入エネルギを大きくすることができ、注入のための処理時間を短縮することができる。
なお、本実施例ではアルゴンイオンの注入角度は４５度であるとして説明したが、注入角度は前記に限らず、どのような角度であってもよい。要は製造装置との関係で適宜定めればよい。この場合に装置の都合が許せば注入角度は深い角度（水平に近づく角度）とすることが望ましい。これにより上記の効果を更に高めることができる。
【００５４】
本実施例の工程ＰＢ２におけるアルゴンイオンの注入条件の設定は、上記実施例１で説明した拡散進入長の設定方法に準じて行えばよい。つまり厚膜ゲート酸化膜６ｂを形成するための拡散侵入長を決定し、図９を用いて求めた注入エネルギを設定した注入角度θを基に１／ｃｏｓθ倍して実際の注入エネルギを求める。
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、アルゴンイオンの注入を斜めから行うようにしたことによって、注入エネルギを大きくすることができ、注入のための処理時間を短縮して半導体素子の製造工程の効率化を更に図ることができる。
【００５５】
なお、上記各実施例においては、酸化促進元素は不活性元素のアルゴンであるとして説明したが、酸化促進元素は前記に限らず、酸素（Ｏ）や不活性元素としてのクリプトン（Ｋｒ）やキセノン（Ｘｅ）等であってもよい。特にアルゴンよりも質量の大きいクリプトンやキセノン等はシリコン中でエネルギを失いやすいので、シリコン基板表面の濃度を高くした濃度分布を容易に形成して配置することができ、酸化膜形成の促進作用を更に高めることができる。
【００５６】
また、上記各実施例においては、１枚のシリコン基板からなる半導体ウェハを例に説明したが、半導体ウェハがＳＯＩ構造やＳＯＳ構造の場合も半導体素子を形成するシリコン基板に本発明を適用すれば同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１の半導体素子の製造方法を示す説明図
【図２】実施例１のゲート酸化膜の膜厚のドーズ量による変化を示すグラフ
【図３】実施例１のゲート酸化膜の酸化膜厚ばらつきを示すグラフ
【図４】実施例１の拡散侵入長の設定方法を示す説明図
【図５】実施例２の半導体素子の製造方法を示す説明図
【図６】実施例３の半導体素子の製造方法を示す説明図
【図７】膜厚の異なるゲート酸化膜の一般的な製造方法を示す説明図
【図８】シリコン基板表層の注入イオンの濃度分布を示す説明図
【図９】シリコン基板への拡散侵入長を示すグラフ
【図１０】注入エネルギにより形成される酸化膜厚を示すグラフ
【符号の説明】
【００５８】
１    半導体ウェハ
２    シリコン基板
３    素子分離領域
４    素子形成領域
４ａ  第１の素子形成領域
４ｂ  第２の素子形成領域
４ｃ  第３の素子形成領域
５    フィールド酸化膜
６    ゲート酸化膜
６ａ  薄膜ゲート酸化膜
６ｂ  厚膜ゲート酸化膜
６ｃ  第２の厚膜ゲート酸化膜
１０  レジストマスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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