(57)【要約】【課題】従来の製造方法に比較して少ない工程数で、互いに異なる閾値電圧を持つ複数種の電界効果トランジスタが形成された半導体装置を製造することを可能にする。【解決手段】Ｐ型の半導体基板１１上のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ａ〜１２ｄと対応する部分に窒化膜１３を形成し、領域１２ａ〜１２ｄ及びフィールド酸化膜を形成すべき領域１５と対応する部分を除いて形成したフォトレジストパターン１６をマスクとして、チャネルストッパを形成するための不純物イオンの注入を行う。このとき、領域１２ｂ，１２ｄにも窒化膜１３を通して不純物イオンが注入される。フォトレジストパターン１６を除去した後、窒化膜１３の存在下での熱酸化によりフィールド酸化膜１７及びチャネルストッパ１８が形成される。次に領域１２ｃ，１２ｄと対応する部分を除いた部分にフォトレジストパターン１９を形成し、不純物イオン注入の注入時と異なる濃度の不純物イオンを注入する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に閾値電圧の異なる複数種の電界効果トランジスタが形成されるとともに、各電界効果トランジスタがフィールド酸化膜により分離されるとともに、チャネルストッパが形成された半導体装置の製造方法であって、
前記チャネルストッパを形成するための不純物イオンを注入する第１のイオン注入工程において、前記複数種の電界効果トランジスタのうちの一部の電界効果トランジスタを形成すべき領域に同時に不純物イオンを注入するようにした半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数種の電界効果トランジスタを形成すべき領域のうち前記第１のイオン注入工程で不純物イオンの注入が行われなかった電界効果トランジスタを形成すべき領域の一部の領域に、前記第１のイオン注入工程における濃度と異なる濃度の不純物イオンを注入する第２のイオン注入工程において、前記第１のイオン注入工程において不純物イオンの注入が行われた電界効果トランジスタを形成すべき領域の少なくとも一つの領域にも、不純物イオンを注入する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電界効果トランジスタはＭＯＳ型電界効果トランジスタである請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記電界効果トランジスタは閾値電圧の異なる４種類が形成され、前記第１のイオン注入工程で前記４種類の電界効果トランジスタのうちの２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域に不純物イオンの注入が行われ、前記第２のイオン注入工程で前記第１のイオン注入工程において不純物イオンの注入が行われた２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域の一方の種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域と、不純物イオンの注入が行われなかった２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域の一方の種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域とに不純物イオンの注入が行われる請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、詳しくは互いに異なる閾値電圧（Ｖｔｈ）を持つ複数種の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ　）をモノリシックに集積した半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の携帯機器への需要が増加し、半導体装置の低電圧低電力化が求められている。これに伴い、ＦＥＴをその構成素子として含む半導体装置においては、ＦＥＴの閾値電圧（Ｖｔｈ）の低減が求められるとともに、オフリークを抑える必要がある。そこで、互いに異なる閾値電圧（Ｖｔｈ）を持つ複数種のＦＥＴにより半導体装置を構成することが行われている。このような半導体装置を製造する場合は、一般にシリコン基板の各異なる閾値電圧を持つＦＥＴを形成すべき領域に、閾値電圧を決める濃度の不純物イオンを注入する工程を、異なる閾値電圧を持つＦＥＴの種類数と同じ回数行う。
【０００３】
しかし、それではその不純物イオンを注入する工程数が増加するため、前記異なる閾値電圧に対応する不純物イオンを注入する工程数を低減することができる半導体装置の製造方法が、特開平９−２７５５３号公報に開示されている。この製造方法では、図４（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板４１の表面のｐ−ウェルが形成されるべき領域４３以外の領域にフォトレジストパターン４２を形成し、その後、フォトレジストパターン４２をマスクにして前記ｐ−ウェルが形成されるべき領域４３にＢ＋を注入する。次にフォトレジストパターン４２を除去した後、図４（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板４１の表面のｎ−ウェルが形成されるべき領域４５以外の領域にフォトレジストパターン４４を形成し、そのフォトレジストパターン４４をマスクにしてｎ−ウェルが形成されるべき領域４５にＰ＋を注入する。次にフォトレジストパターン４４を除去した後、熱処理を行って、図４（ｃ）に示すように、ｐ−ウェル４３ａ及びｎ−ウェル４５ａを形成する。
【０００４】
次に図４（ｄ）に示すように、ｐ−ウェル４３ａ内の第１の閾値電圧を有するＮｃｈＴｒ１が形成されるべき領域Ａ１及び第４の閾値電圧を有するＮｃｈＴｒ４が形成されるべき領域Ａ４以外の領域にフォトレジストパターン４６を形成する。そして、フォトレジストパターン４６をマスクにして、ＮｃｈＴｒ１が形成されるべき領域Ａ１及びＮｃｈＴｒ４が形成されるべき領域Ａ４にＢ＋を注入する。次にフォトレジストパターン４６を除去した後、図４（ｅ）に示すように、ｐ−ウェル４３ａ内の第２の閾値電圧を有するＮｃｈＴｒ２が形成されるべき領域Ａ２及び第４の閾値電圧を有するＮｃｈＴｒ４が形成されるべき領域Ａ４以外の領域にフォトレジストパターン４７を形成する。そして、フォトレジストパターン４７をマスクにして、ＮｃｈＴｒ２が形成されるべき領域Ａ２及びＮｃｈＴｒ４が形成されるべき領域Ａ４にＢ＋を前記注入時と異なる濃度で注入する。ここで、ｐ−ウェル４３ａ内のＢ＋の注入がなされない領域が第３の閾値電圧を有するＮｃｈＴｒ３が形成されるべき領域Ａ３として特定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平９−２７５５３号公報に開示された従来方法では、ｎ回のイオン注入工程により、最大で２ｎ種類の互いに異なる閾値電圧を持つ複数種類のＦＥＴを形成すべき領域に不純物イオンを注入できる。従って、４種類の互いに異なる閾値電圧を持つＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型電解効果トランジスタが形成された半導体装置を製造する場合は、閾値電圧を決める量の不純物を注入するのに、２回のマスク形成工程及びイオン注入工程が必要になる。
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は従来の製造方法に比較して少ない工程数で、互いに異なる閾値電圧（Ｖｔｈ）を持つ複数種の電界効果トランジスタが形成された半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、半導体基板上に閾値電圧の異なる複数種の電界効果トランジスタが形成されるとともに、各電界効果トランジスタがフィールド酸化膜により分離されるとともに、チャネルストッパが形成された半導体装置の製造方法である。前記チャネルストッパを形成するための不純物イオンを注入する第１のイオン注入工程において、前記複数種の電界効果トランジスタのうちの一部の電界効果トランジスタを形成すべき領域に同時に不純物イオンを注入するようにした。
【０００８】
この発明では、フィールド酸化膜と基板表面との間に設けられるチャネルストッパを形成するための不純物イオンを注入する第１のイオン注入工程において、複数種の電界効果トランジスタうちの一部の電界効果トランジスタを形成すべき領域に閾値電圧を決める不純物イオンが注入される。即ち、従来技術に比較して電界効果トランジスタを形成すべき領域に不純物イオンを注入するのに必要なマスク形成工程及びイオン注入工程の回数が低減される。従って、従来の製造方法に比較して少ない工程数で、互いに異なる閾値電圧（Ｖｔｈ）を持つ複数種の電界効果トランジスタが形成された半導体装置を製造することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数種の電界効果トランジスタを形成すべき領域のうち前記第１のイオン注入工程で不純物イオンの注入が行われなかった電界効果トランジスタを形成すべき領域の一部の領域に、前記第１のイオン注入工程における濃度と異なる濃度の不純物イオンを注入する第２のイオン注入工程において、前記第１のイオン注入工程において不純物イオンの注入が行われた電界効果トランジスタを形成すべき領域の少なくとも一つの領域にも、不純物イオンを注入する。
【００１０】
従って、この発明では、電界効果トランジスタを形成すべき領域の閾値電圧を決める量の不純物イオンを注入するためのみに必要なマスク形成工程及びイオン注入工程の回数がｎ回で、最大２ｎ＋１種類の互いに異なる閾値電圧を持つ複数種類のＦＥＴを形成すべき領域に不純物イオンを注入できる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電界効果トランジスタはＭＯＳ型電界効果トランジスタである。この発明では、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）において前記各請求項に対応した作用効果が得られる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記電界効果トランジスタは閾値電圧の異なる４種類が形成され、前記第１のイオン注入工程で前記４種類の電界効果トランジスタのうちの２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域に不純物イオンの注入が行われる。前記第２のイオン注入工程で前記第１のイオン注入工程において不純物イオンの注入が行われた２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域の一方の種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域と、不純物イオンの注入が行われなかった２種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域の一方の種類の電界効果トランジスタを形成すべき領域とに不純物イオンの注入が行われる。
【００１３】
この発明では、４種類の互いに異なる閾値電圧を持つＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）型電解効果トランジスタが形成された半導体装置を製造する場合、電界効果トランジスタを形成すべき領域の閾値電圧を決める量の不純物イオンを注入するためのみに必要なマスク形成工程及びイオン注入工程の回数が１回で済む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をｐ型の半導体基板上に閾値電圧の異なる４種類のＮチャネル型のＭＯＳ型電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が形成された半導体装置の製造方法に具体化した一実施の形態を図１（ａ）〜（ｅ）に従って説明する。
【００１５】
先ず、図１（ａ）に示すように、ｐ型の半導体基板１１の第１のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ａ、第２のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｂ、第３のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｃ及び第４のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｄと対応する部分に窒化膜１３を形成する。詳述すれば、半導体基板１１の表面に、ＣＶＤにより窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を全面に形成した後、その上にフォトレジスト膜を形成する。フォトレジスト膜のパターニング後、各領域１２ａ〜１２ｄと対応する部分のフォトレジストパターン１４以外のフォトレジスト膜を現像除去し、その後、フォトレジストパターン１４をマスクとしてエッチングを行い、窒化膜の不要部分を除去することにより図１（ａ）に示す状態となる。なお、この実施の形態では半導体基板１１としてシリコン基板が使用されている。
【００１６】
次に、フォトレジストパターン１４を除去した後、図１（ｂ）に示すように、領域１２ｂ，１２ｄ及びフィールド酸化膜を形成すべき領域１５と対応する部分を除いてフォトレジストパターン１６を形成する。その結果、図１（ｂ）に示すように、第１のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ａ及び第３のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｃと対応する窒化膜１３の上にもフォトレジストパターン１６が形成された状態となる。この状態でフォトレジストパターン１６をマスクとして、チャネルストッパを形成するための不純物イオン（この実施の形態ではＢ＋）の注入を行う。このとき、フォトレジストパターン１６で覆われていない窒化膜１３と対応する領域１２ｂ，１２ｄにも窒化膜１３を通して不純物イオンが注入される。この工程が第１のイオン注入工程を構成する。
【００１７】
次にフォトレジストパターン１６を除去した後、窒化膜１３の存在下で熱酸化を行う。その結果、図１（ｃ）に示すように、窒化膜１３で覆われた領域以外の部分で厚い酸化膜が成長して、フィールド酸化膜１７が形成されるとともに、フィールド酸化膜１７と半導体基板１１の表面との間にチャネルストッパ１８が形成される。
【００１８】
次に窒化膜１３を除去した後、図１（ｄ）に示すように、領域１２ｃ，１２ｄと対応する部分を除いた部分にフォトレジストパターン１９を形成する。その状態で、前記第１のイオン注入工程における濃度と異なる濃度の不純物イオンを注入する。この工程が第２のイオン注入工程を構成する。その結果、領域１２ｃ，１２ｄと対応する部分に不純物イオンが注入される。
【００１９】
以上で閾値電圧（Ｖｔｈ）の異なる４種のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ａ〜１２ｄに、各領域１２ａ〜１２ｄの閾値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３，Ｖｔｈ４を決める所定濃度の不純物イオンが注入された状態となる。即ち、第１のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ａのＰ型不純物イオンの濃度は、半導体基板１１のＰ型不純物イオンの濃度と等しくなり、第２のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｂのＰ型不純物イオンの濃度は、半導体基板１１のＰ型不純物イオンの濃度と第１のイオン注入工程における濃度との和となる。第３のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｃのＰ型不純物イオンの濃度は、半導体基板１１のＰ型不純物イオンの濃度及び第２のイオン注入工程における濃度の和となる。第４のＭＯＦＦＥＴを形成すべき領域１２ｄのＰ型不純物イオンの濃度は、半導体基板１１のＰ型不純物イオンの濃度、第１のイオン注入工程における濃度及び第２のイオン注入工程における濃度の和となる。従って、各領域１２ａ〜１２ｄが異なる４種類の閾値電圧に対応するＰ型不純物イオンの濃度を有する状態となる。各領域１２ａ〜１２ｄにおけるＰ型不純物イオンの濃度は、第２のイオン注入工程における濃度が第１のイオン注入工程における濃度より高い場合、領域１２ａ＜領域１２ｂ＜領域１２ｃ＜領域１２ｄの順になる。
【００２０】
次に通常のＭＯＳＦＥＴの製造工程であるゲート絶縁膜及び多結晶シリコン膜の形成工程、ゲート電極の形成工程、Ｎ型不純物となるリン又はヒ素のイオン注入工程を行うことにより、図１（ｅ）に示すように、ゲート電極２０、ソース２１及びドレイン２２が形成される。
【００２１】
その後、全面にＣＶＤによりＳｉＯ２膜及びリンガラスを堆積して層間絶縁膜を形成し、エッチングにより電極部分にコンタクトホールを形成した後、Ａｌ配線を形成し、さらにパッシベーション膜を形成することにより半導体装置が製造される。
【００２２】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）　チャネルストッパ１８を形成するための不純物イオンを注入する第１のイオン注入工程において、複数種のＭＯＳＦＥＴのうちの一部のＭＯＳＦＥＴを形成すべき領域に同時に不純物イオンを注入するようにした。従って、従来の製造方法に比較して少ない工程数で、互いに異なる閾値電圧を持つ複数種のＭＯＳＦＥＴが形成された半導体装置を製造することができる。
【００２３】
（２）　ＭＯＳＦＥＴは閾値電圧の異なる４種類が形成され、第１のイオン注入工程で４種類のＭＯＳＦＥＴのうちの２種類のＭＯＳＦＥＴを形成すべき領域１２ｂ，１２ｄに不純物イオンの注入が行われる。第２のイオン注入工程では第１のイオン注入工程において不純物イオンの注入が行われた領域１２ｂ，１２ｄのうちの一方の領域１２ｄと、不純物イオンの注入が行われなかった領域１２ａ，１２ｃのうちの一方の領域１２ｃとに不純物イオンの注入が行われる。従って、４種類の互いに異なる閾値電圧を持つＭＯＳＦＥＴが形成された半導体装置を製造する場合、ＭＯＳＦＥＴを形成すべき領域の閾値電圧を決める量の不純物イオンを注入するためのみに必要なマスク形成工程及びイオン注入工程の回数が１回で済む。
【００２４】
（３）　不純物濃度のもっとも低い第１のＭＯＳＦＥＴを形成すべき領域１２ａの不純物濃度は、半導体基板１１に予め注入されている不純物濃度に設定されているため、一番低い不純物濃度となるｐ−ウェルを第１のイオン注入工程に先だって形成する必要がない。
【００２５】
（４）　半導体基板１１としてシリコン基板を使用し、複数種類の素子形成領域（ＭＯＳＦＥＴを形成すべき領域）の分離をフィールド酸化膜１７で行うＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴに適用したので、チャネルストッパ１８が効果的に機能する。
【００２６】
なお、実施の形態は前記に限らず、例えば次のように構成してもよい。
○　フィールド酸化膜１７を形成するための熱酸化工程を、第２のイオン注入工程が終了後に行ってもよい。即ち、前記実施の形態において、第１のイオン注入工程がまでは同じに処理を行い、次に図２（ａ）に示すように、領域１２ｃ，１２ｄと対応する部分を除いた部分にフォトレジストパターン２３を形成する。その状態で、前記第１のイオン注入工程における濃度と異なる濃度の不純物イオンを注入する。この工程が第２のイオン注入工程を構成する。その結果、領域１２ｃ，１２ｄと対応する部分に窒化膜１３を通して不純物イオンが注入される。
【００２７】
その後、フォトレジストパターン２３を除去した後、窒化膜１３の存在下で熱酸化を行う。その結果、図２（ｂ）に示すように、窒化膜１３で覆われた領域以外の部分で厚い酸化膜が成長して、フィールド酸化膜１７が形成されるとともに、フィールド酸化膜１７と半導体基板１１の表面との間にチャネルストッパ１８が形成される。その後、前記と同様にして、図２（ｃ）に示すように、ゲート電極２０、ソース２１及びドレイン２２が形成される。この場合も、前記実施の形態の（１）〜（４）の効果が得られる。
【００２８】
○　第１のイオン注入工程における濃度と異なる濃度の不純物イオンを注入する第２のイオン注入工程において、不純物イオンの濃度を第１のイオン注入工程における不純物イオン濃度より低くしてもよい。
【００２９】
○　ｐ型基板にＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴを形成した構成に代えて、ｎ型基板に領域１２ａ〜１２ｄを含んだｐウェルを設け、そのｐウェルにＮチャネル型のＭＯＳＦＥＴを形成してもよい。また、ｎ型基板にＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴを形成したり、ｐ型基板に領域１２ａ〜１２ｄを含んだｎウェルを設け、そのｎウェルにＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴを形成してもよい。Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴを形成する場合、チャネルストッパ１８及び各領域１２ａ〜１２ｄにはＮ型の不純物イオンが注入される。
【００３０】
○　複数種類のＭＯＳＦＥＴのうちの一番低い閾値電圧の領域の不純物イオンの濃度として、半導体基板１１に予め注入されている不純物イオンの濃度を利用する代わりに、一番低い閾値電圧に対応する濃度となるｐ−ウェル又はｎ−ウェルを半導体基板１１に形成する。そして、そのウェル内に複数種類のＭＯＳＦＥＴを形成してもよい。この場合、一番低い閾値電圧を半導体基板１１に予め注入されている不純物イオンの濃度に対応させる必要がなく、閾値電圧の設定の自由度が大きくなる。
【００３１】
○　ＭＯＳＦＥＴに限らず、接合型ＦＥＴに適用してもよい。接合型ＦＥＴはゲート電極２０の下にＰＮ接合が形成されるため、半導体基板１１としてシリコン基板を使用した場合、ＮチャネルのＦＥＴでは、図３に示すように、ｐ＋型高濃度拡散層の上にｎ型拡散層を形成する。そして、ｎ型拡散層の上にｐ＋型高濃度拡散領域２４、ソース２１、ドレイン２２が形成される。
【００３２】
○　閾値電圧の異なるＭＯＳＦＥＴの種類は４種類に限らず、５種類以上としたり、３種類以下としてもよい。
○　Ｎチャネル型又はＰチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限らず、ＣＭＯＳ−ＦＥＴに適用してもよい。
【００３３】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について、以下に記載する。
（１）　請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載発明において、前記半導体基板はシリコン基板であり、前記複数種の閾値電圧を持つ電界効果トランジスタのうち、不純物濃度のもっとも低い電界効果トランジスタを形成すべき領域の不純物濃度は、半導体基板に予め注入されている不純物濃度に設定されている。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１〜請求項４に記載の発明によれば、従来の製造方法に比較して少ない工程数で、互いに異なる閾値電圧を持つ複数種の電界効果トランジスタが形成された半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、一実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、別の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図。
【図３】別の実施の形態の半導体装置を示す模式断面図。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は従来技術の半導体装置の製造方法を説明するための模式断面図。
【符号の説明】
１１…半導体基板、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…領域、１７…フィールド酸化膜、１８…チャネルストッパ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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