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JP2000040749A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

Info

Publication number
JP2000040749A
JP2000040749A JP10208894A JP20889498A JP2000040749A JP 2000040749 A JP2000040749 A JP 2000040749A JP 10208894 A JP10208894 A JP 10208894A JP 20889498 A JP20889498 A JP 20889498A JP 2000040749 A JP2000040749 A JP 2000040749A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
forming
different
semiconductor device
mis transistors
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10208894A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junji Hirase
順司 平瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electronics Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electronics Corp
Priority to JP10208894A priority Critical patent/JP2000040749A/en
Publication of JP2000040749A publication Critical patent/JP2000040749A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method of forming certain conductivity-type MIS transistors which differ from each other in threshold voltage in a chip, without increasing mask processes in number. SOLUTION: This manufacturing method is carried out in a manner, where the gate electrodes 6 of a first and a second MIS transistor, Tr1 and Tr2, which are different from each other in a channel direction are formed on an Si substrate 2, and then oblique ion implantations 12a to 12d in four steps are carried out for the formation of pocket regions 8a and 8b. At this point, and angle that a projection line of the direction of ion implantations 12a and 12b onto the surface of the semiconductor substrate 2 forms with a line parallel with the channel direction of the gate electrode 6 is set different from that which is related to the ion implantations 12c and 12d, and also the ion implantations 12a and 12b, and the ion implantations 12c and 12d are different from each other in dosage of ions implanted. Through this method, the first and second MIS transistor, Tr1 and Tr2, whose threshold voltages are different can be provided in a single chip.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、互いにしきい値電
圧が異なる複数種類のMISトランジスタを有する半導
体装置の製造方法の改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a semiconductor device having a plurality of types of MIS transistors having different threshold voltages from each other.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、1チップ内に互いにしきい値
電圧が異なる2種類以上の同じ導電型のMIS型トラン
ジスタを混在させ、例えば高速性が要求される回路には
しきい値電圧の高いトランジスタを、低消費電力性が要
求される回路にはしきい値電圧の低いトランジスタを配
置するなど、回路の機能などに応じてMIS型トランジ
スタの種類を選択できるようにしたものが知られてい
る。特に、最近、1チップ内に互いにしきい値電圧が異
なる2種類以上のMIS型トランジスタを混在させるこ
とにより、チップ全体として、高速性と低消費電力性を
両立させるケースが増加してきている(1997 VLSI Symp
osium Technology Digest p.13 日経マイクロデバイス
1997年8月号p.113 )。
2. Description of the Related Art Conventionally, two or more kinds of MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages from each other are mixed in one chip. For example, a circuit requiring high speed requires a high threshold voltage. There is known a transistor in which the type of the MIS transistor can be selected according to the function of the circuit, such as disposing a transistor having a low threshold voltage in a circuit requiring low power consumption. . In particular, in recent years, the number of cases in which high-speed operation and low power consumption are compatible with the entire chip has been increasing by mixing two or more types of MIS transistors having different threshold voltages from each other in one chip (1997). VLSI Symp
osium Technology Digest p.13 Nikkei Microdevices August 1997, p.113).

【0003】その場合、同じ導電型のMIS型トランジ
スタ間のしきい値電圧を実現する方法として、ゲート絶
縁膜の厚みを変えたり、基板内のチャネル領域の濃度を
変えるなどの方法がある。特に、基板内のチャネル領域
の不純物濃度を変える方法としては、例えば以下のよう
な方法が一般的に用いられている。
In this case, as a method of realizing a threshold voltage between MIS transistors of the same conductivity type, there are a method of changing a thickness of a gate insulating film and a method of changing a concentration of a channel region in a substrate. In particular, as a method of changing the impurity concentration of a channel region in a substrate, for example, the following method is generally used.

【0004】図6(a),(b)は、しきい値電圧の異
なる2つのMIS型トランジスタを1つのチップ内に形
成する方法を示す断面図である。
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing a method of forming two MIS transistors having different threshold voltages in one chip.

【0005】図6(a)に示す工程で、Si基板101
に活性領域を囲むLOCOS膜102を形成し、このL
OCOS膜102によって囲まれる第1ウエル103と
第2ウエル104との上方を開口した第1レジストマス
ク105を形成する。そして、第1レジストマスク10
5を用いて、第1ウエル103と第2ウエル104とに
例えばn型不純物のイオン注入を行なう。
In the step shown in FIG.
A LOCOS film 102 surrounding the active region is formed in
A first resist mask 105 having an opening above the first well 103 and the second well 104 surrounded by the OCOS film 102 is formed. Then, the first resist mask 10
5, ions of an n-type impurity are implanted into the first well 103 and the second well 104, for example.

【0006】次に、図6(b)に示す工程で、第1レジ
ストマスク105を除去した後、第1ウエル103の上
方のみを開口した第2レジストマスク106を形成す
る。そして、この第2レジストマスク106を用いて第
1ウエル103のみにn型不純物のイオン注入を行な
う。このとき、一般的には、図6(a)に示す工程と同
じ導電型の不純物のイオン注入を行なうので、第1ウエ
ル103の不純物濃度が濃くなる。したがって、第1ウ
エル103の上に形成されるMOSトランジスタのしき
い値電圧は第2ウエル104の上に形成されるMOSト
ランジスタのしきい値電圧よりも高くなる。ただし、図
6(b)に示す工程で、図6(a)に示す工程とは逆導
電型であるp型不純物のイオンを注入して(カウンター
注入)、第1ウエル103の方が低濃度の不純物を含む
ようにしてもよい。そのときには、第1ウエル103の
上に形成されるMOSトランジスタが低しきい値電圧の
MOSトランジスタとなる。
Next, in a step shown in FIG. 6B, after removing the first resist mask 105, a second resist mask 106 having an opening only above the first well 103 is formed. Then, ion implantation of an n-type impurity is performed only in the first well 103 using the second resist mask 106. At this time, generally, the same conductivity type impurity is ion-implanted as in the step shown in FIG. 6A, so that the impurity concentration of the first well 103 is increased. Therefore, the threshold voltage of the MOS transistor formed on the first well 103 is higher than the threshold voltage of the MOS transistor formed on the second well 104. However, in the step shown in FIG. 6B, ions of a p-type impurity having a conductivity type opposite to that of the step shown in FIG. 6A are implanted (counter implantation), and the first well 103 has a lower concentration. May be included. At that time, the MOS transistor formed on the first well 103 becomes a low threshold voltage MOS transistor.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の一
般的な製造工程を用いたのでは、2種類の一導電型MO
Sトランジスタのしきい値電圧の調整のために2回のマ
スク形成工程が必要となる。しかも、一般的にはCMO
Sプロセスを採用しているので、2種類のMOSトラン
ジスタのしきい値電圧の調整のために合計4回のマスク
形成工程が必要となる。もし、互いにしきい値電圧が異
なる3種類以上のMOSトランジスタをNMOSトラン
ジスタとPMOSトランジスタとの双方について設けた
CMOSデバイスを形成しようとすると、しきい値電圧
の調整のためだけに極めて多くのマスク形成工程が必要
となる。その結果、大幅に製造コストが増加してしまう
という問題がある。
However, if the above-mentioned conventional general manufacturing process is used, two types of one conductivity type MOs are used.
Two mask formation steps are required to adjust the threshold voltage of the S transistor. And generally, CMO
Since the S process is employed, a total of four mask forming steps are required for adjusting the threshold voltages of the two types of MOS transistors. If a CMOS device in which three or more types of MOS transistors having different threshold voltages are provided for both an NMOS transistor and a PMOS transistor is to be formed, an extremely large number of masks are formed only for adjusting the threshold voltage. A process is required. As a result, there is a problem that the manufacturing cost is greatly increased.

【0008】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、できるだけ少ないマスク形成工程
で、複数種類のしきい値電圧を有するトランジスタを形
成する手段を講ずることにより、高速性と低消費電力性
とを兼ね備えた半導体装置を安価に製造できる半導体装
置の製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide means for forming transistors having a plurality of types of threshold voltages in a minimum number of mask forming steps, thereby achieving high speed operation. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device which can manufacture a semiconductor device having low power consumption and low power consumption at low cost.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明が講じた
手段は、互いにチャネル方向が異なる複数のゲート電極
を形成した後に、ポケット領域,低濃度ソース・ドレイ
ン領域又はソース・ドレイン領域を形成するためのイオ
ン注入を行なう条件を、ステップごとに変化させること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides a method of forming a pocket region, a low-concentration source / drain region or a source / drain region after forming a plurality of gate electrodes having different channel directions. Is to change the conditions for performing the ion implantation for each step.

【0010】本発明の第1の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に、相異なるしきい値電圧を有する少なく
とも2つの同じ導電型のMIS型トランジスタを設けて
なる半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上
に、互いにチャネル方向が異なるように上記少なくとも
2つのMIS型トランジスタのゲート電極を形成する工
程と、上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純
物イオンの注入を行なって、上記少なくとも2つのMI
S型トランジスタのソース・ドレイン領域を形成する工
程と、上記ゲート電極をマスクとする第2導電型の不純
物イオンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°
以上傾けた方向から行なって、上記2つのMIS型トラ
ンジスタのうち少なくとも1つのMIS型トランジスタ
のソース・ドレイン領域の少なくともいずれか一方にポ
ケット領域を形成する工程と、上記各工程で注入された
不純物を活性化するための熱処理を行なう工程とを含ん
でいる。
A first method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have different channel directions. Forming a gate electrode of at least two MIS transistors, and implanting impurity ions of a first conductivity type using the gate electrode as a mask,
Forming a source / drain region of an S-type transistor and implanting impurity ions of the second conductivity type using the gate electrode as a mask by 10 ° from a perpendicular to the semiconductor substrate surface;
A step of forming a pocket region in at least one of the source and drain regions of at least one of the two MIS transistors by performing the above-described inclined direction; Performing a heat treatment for activation.

【0011】この方法より、各MIS型トランジスタの
ポケット領域が互いに異なる形状を有していることで、
各MIS型トランジスタのしきい値電圧が異なることに
なる。その場合、各MIS型トランジスタのポケット領
域などを形成するためのマスクは共通に使用できるの
で、従来のごとくしきい値電圧を変えるためにマスク形
成工程を増やす必要がない。よって、半導体装置の製造
コストの低減を図りつつ、高速動作化と低消費電力化と
を実現することができる。
According to this method, since the pocket regions of each MIS transistor have different shapes,
The threshold voltage of each MIS transistor will be different. In this case, a mask for forming a pocket region or the like of each MIS transistor can be used in common, so that it is not necessary to increase the number of mask forming steps to change the threshold voltage as in the related art. Therefore, high-speed operation and low power consumption can be realized while reducing the manufacturing cost of the semiconductor device.

【0012】上記第1の半導体装置の製造方法におい
て、上記ポケット領域を形成する工程を、少なくとも2
つのステップに分けて行ない、かつ各ステップにおける
イオン注入方向の半導体基板面への投影線と上記少なく
とも2つのゲート電極のチャネル方向に平行な線との交
差角を互いに異ならせるとともに、注入量,傾き角及び
注入エネルギーのうち少なくともいずれか1つを各ステ
ップで異ならせることができる。
In the first method for fabricating a semiconductor device, the step of forming the pocket region may include at least two steps.
In each step, the intersection angle between the projection line on the semiconductor substrate surface in the ion implantation direction in each step and the line parallel to the channel direction of the at least two gate electrodes is made different from each other. At least one of the corner and the implantation energy can be different in each step.

【0013】この方法により、より大きなしきい値電圧
の差を設けることが可能になる。
According to this method, it is possible to provide a larger threshold voltage difference.

【0014】上記第1の半導体装置の製造方法におい
て、上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純物
イオンの注入を行なって、上記少なくとも2つのMIS
型トランジスタの低濃度ソース・ドレイン領域を形成す
る工程と、上記ゲート電極の側面にサイドウォールを形
成する工程とをさらに含み、上記ソース・ドレイン領域
を形成する工程を、上記ゲート電極及びサイドウォール
をマスクとする第1導電型の不純物イオンの注入により
行ない、上記ポケット領域を形成する工程を、上記サイ
ドウォールを形成する工程の前に行なうことができる。
In the first method for fabricating a semiconductor device, impurity ions of a first conductivity type are implanted by using the gate electrode as a mask, and the at least two MISs are implanted.
Forming a low-concentration source / drain region of a type transistor; and forming a sidewall on a side surface of the gate electrode, wherein the step of forming the source / drain region includes the step of forming the gate electrode and the sidewall. The step of forming the pocket region by implanting impurity ions of the first conductivity type serving as a mask can be performed before the step of forming the sidewalls.

【0015】この方法により、いわゆるLDD型構造を
有する微細化されたMIS型トランジスタを備えた半導
体装置を形成することができる。
According to this method, a semiconductor device including a miniaturized MIS transistor having a so-called LDD structure can be formed.

【0016】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に、相異なるしきい値電圧を有する少なく
とも2つの同じ導電型のMIS型トランジスタを設けて
なる半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上
に、互いにチャネル方向が異なるように上記少なくとも
2つのMIS型トランジスタのゲート電極を形成する工
程と、上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純
物イオンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°
以上傾けた方向から行なって、上記少なくとも2つのM
IS型トランジスタの低濃度ソース・ドレイン領域を形
成する工程と、上記ゲート電極の側面にサイドウォール
を形成する工程と、上記ゲート電極及びサイドウォール
をマスクとする第1導電型の不純物イオンの注入を行な
って、上記少なくとも2つのMIS型トランジスタの高
濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程と、上記各工
程で注入された不純物を活性化するための熱処理を行な
う工程とを含むとともに、上記低濃度ソース・ドレイン
領域を形成する工程は、少なくとも2つのステップに分
けて行ない、かつ各ステップにおけるイオン注入方向の
半導体基板面への投影線と上記少なくとも2つのゲート
電極のチャネル方向に平行な線との交差角を互いに異な
らせるとともに、注入量,傾き角及び注入エネルギーの
うち少なくともいずれか1つが各ステップで異なってい
る。
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have different channel directions. Forming a gate electrode of at least two MIS transistors; and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrode as a mask by 10 ° from a perpendicular to the semiconductor substrate surface.
From at least two of the M
Forming a low concentration source / drain region of the IS type transistor, forming a sidewall on the side surface of the gate electrode, and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrode and the sidewall as a mask. And forming a high-concentration source / drain region of the at least two MIS transistors; and performing a heat treatment for activating the impurities implanted in each of the steps. The step of forming the drain region is performed in at least two steps, and the intersection of the projection line of the ion implantation direction onto the semiconductor substrate surface in each step and the line parallel to the channel direction of the at least two gate electrodes The angles are made different from each other, and at least one of the injection amount, the tilt angle, and the injection energy One or Re are different at each step.

【0017】本発明の第3の半導体装置の製造方法は、
半導体基板上に、相異なるしきい値電圧を有する少なく
とも2つの同じ導電型のMIS型トランジスタを設けて
なる半導体装置の製造方法であって、上記半導体基板上
に、互いにチャネル方向が異なるように上記少なくとも
2つのMIS型トランジスタのゲート電極を形成する工
程と、上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純
物イオンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°
以上傾けた方向から行なって、上記少なくとも2つのM
IS型トランジスタのソース・ドレイン領域を形成する
工程と、上記工程で注入された不純物を活性化するため
の熱処理を行なう工程とを含むとともに、上記ソース・
ドレイン領域を形成する工程は、少なくとも2つのステ
ップに分けて行ない、かつ各ステップにおけるイオン注
入方向の半導体基板面への投影線と上記少なくとも2つ
のゲート電極のチャネル方向に平行な線との交差角を互
いに異ならせるとともに、注入量,傾き角及び注入エネ
ルギーのうち少なくともいずれか1つが各ステップで異
なっている。
According to a third method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have different channel directions. Forming a gate electrode of at least two MIS transistors; and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrode as a mask by 10 ° from a perpendicular to the semiconductor substrate surface.
From at least two of the M
Forming a source / drain region of the IS type transistor; and performing a heat treatment for activating the impurities implanted in the above-described step.
The step of forming the drain region is performed in at least two steps, and an intersection angle between a projection line of the ion implantation direction on the semiconductor substrate surface in each step and a line of the at least two gate electrodes parallel to the channel direction. Are different from each other, and at least one of the implantation amount, the inclination angle, and the implantation energy is different in each step.

【0018】上述の第2,第3の半導体装置の製造方法
によっても、各MIS型トランジスタのソース・ドレイ
ン領域あるいは低濃度ソース・ドレイン領域が互いに異
なる濃度や形状を有していることで、各MIS型トラン
ジスタのしきい値電圧が異なることになる。その場合、
各MIS型トランジスタのポケット領域などを形成する
ためのマスクは共通に使用できるので、従来のごとくし
きい値電圧を変えるためにマスク形成工程を増やす必要
がない。よって、半導体装置の製造コストの低減を図り
つつ、高速動作化と低消費電力化とを実現することがで
きる。
According to the above-described second and third manufacturing methods of the semiconductor device, the source / drain regions or the low-concentration source / drain regions of each MIS transistor have different densities and shapes. The threshold voltage of the MIS transistor will be different. In that case,
Since a mask for forming a pocket region and the like of each MIS transistor can be used in common, there is no need to increase the number of mask forming steps to change the threshold voltage as in the related art. Therefore, high-speed operation and low power consumption can be realized while reducing the manufacturing cost of the semiconductor device.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1(a),(b),(c)は、
それぞれ本発明の実施形態に係る半導体装置の平面図、
図1(a)のIb−Ib線における断面図、図1(a)のIc
−Ic線における断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c)
A plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention,
FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line Ib-Ib, and FIG.
It is sectional drawing in the -Ic line.

【0020】図1(a)〜(c)に示すように、本実施
形態に係る半導体装置は、p型のSi基板上に形成され
たpウエル4と、pウエル4に形成されたLOCOS膜
3と、LOCOS膜3によって囲まれる第1,第2活性
領域Re1,Re2と、各活性領域Re1,Re2に形成された
互いにしきい値電圧の異なる第1,第2のn型MOSト
ランジスタTr1,Tr2とを備えている。ここで、pウエ
ル4内には、高濃度のn型不純物であるヒ素(As)が
導入されたソース・ドレイン領域9と、低濃度のリンが
導入されたLDD領域7(低濃度ソース・ドレイン領
域)とが形成されている。また、pウエル4の上には、
酸化シリコンからなるゲート酸化膜5と、ポリシリコン
からなるゲート電極6と、酸化シリコンからなる絶縁体
サイドウォール13とが設けられており、第1,第2M
OSトランジスタTr1,Tr2は、同じ構造のソース・ド
レイン領域9,LDD領域7,ゲート酸化膜5,ゲート
電極6及び絶縁体サイドウォール13を構成要素として
備えている。さらに、基板上には層間絶縁膜10が堆積
されていて、この層間絶縁膜10の上には、層間絶縁膜
10に形成されたコンタクトホールに埋め込まれた導体
膜を介してソース・ドレイン領域9に接続される配線1
1が形成されている。
As shown in FIGS. 1A to 1C, a semiconductor device according to this embodiment has a p-well 4 formed on a p-type Si substrate and a LOCOS film formed on the p-well 4. 3, first and second active regions Re1 and Re2 surrounded by the LOCOS film 3, and first and second n-type MOS transistors Tr1 and Tr1 formed in the active regions Re1 and Re2, respectively having different threshold voltages. Tr2. Here, in the p well 4, a source / drain region 9 into which arsenic (As) as a high concentration n-type impurity is introduced, and an LDD region 7 (low concentration source / drain) into which low concentration phosphorus is introduced. Region) is formed. Also, on p-well 4,
A gate oxide film 5 made of silicon oxide, a gate electrode 6 made of polysilicon, and an insulator sidewall 13 made of silicon oxide are provided.
Each of the OS transistors Tr1 and Tr2 includes, as constituent elements, a source / drain region 9, an LDD region 7, a gate oxide film 5, a gate electrode 6, and an insulator sidewall 13 having the same structure. Further, an interlayer insulating film 10 is deposited on the substrate, and the source / drain region 9 is formed on the interlayer insulating film 10 via a conductor film embedded in a contact hole formed in the interlayer insulating film 10. Wiring 1 connected to
1 is formed.

【0021】ここで、本実施形態に係る半導体装置の特
徴は、第1,第2MOSトランジスタTr1,Tr2におい
て、各LDD領域7の下方側に隣接する領域には、それ
ぞれp型不純物を含むポケット領域8a,8bが形成さ
れており、この各トランジスタTr1,Tr2の各ポケット
領域8a,8bの不純物濃度が相異なっている点であ
る。そして、このようにポケット領域8a,8bにおけ
る不純物濃度が相異なることから、第1,第2MOSト
ランジスタTr1,Tr2のしきい値電圧Vtが相異なる構
造となっている。
Here, the semiconductor device according to the present embodiment is characterized in that, in the first and second MOS transistors Tr1 and Tr2, pocket regions containing p-type impurities are respectively provided in regions adjacent to the lower side of each LDD region 7. 8a and 8b are formed, and the pocket regions 8a and 8b of the transistors Tr1 and Tr2 have different impurity concentrations. Since the impurity concentrations in the pocket regions 8a and 8b are different from each other, the threshold voltages Vt of the first and second MOS transistors Tr1 and Tr2 are different from each other.

【0022】図2は、4ステップ注入(90°回転)で
ポケット領域を形成した場合の1ステップ当たりのボロ
ンイオン(B+ )の注入量(ドーズ量)をパラメータと
して、nMOSトランジスタのゲート長としきい値電圧
との関係を示す図である。同図において、横軸はゲート
長Lg(μm)を表し、縦軸はしきい値電圧Vt(V)
を表している。図中の□,○,△で示すデータは、それ
ぞれボロンイオンを、1ステップで傾き角が25°の斜
めイオン注入法により、1ステップ当たり1012
-2,2×1012cm-2,3×1012cm-2のドーズ量
でポケット注入を行なったもののデータである。また、
図中●で示すデータは、ポケット注入を行なっていない
nMOSトランジスタについて得られたデータである。
FIG. 2 shows the implantation length (dose) of boron ions (B + ) per step when a pocket region is formed by four-step implantation (rotation by 90 °) as a parameter and the gate length of an nMOS transistor. FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship with a threshold voltage. In the figure, the horizontal axis represents the gate length Lg (μm), and the vertical axis represents the threshold voltage Vt (V).
Is represented. The data indicated by □, ○, and Δ in the figure indicate that boron ions were implanted in one step by an oblique ion implantation method at a tilt angle of 25 ° and 10 12 c per step.
These are data obtained by performing pocket implantation at doses of m −2 , 2 × 10 12 cm −2 , and 3 × 10 12 cm −2 . Also,
Data indicated by ● in the figure is data obtained for an nMOS transistor in which pocket injection has not been performed.

【0023】同図に示されるように、斜めイオン注入法
におけるポケット領域への不純物イオンの注入量を変え
ることにより、MOSトランジスタのしきい値電圧を調
整できることがわかる。特に、ゲート長Lgが約0.5
μm以下のnMOSトランジスタにおいては、ボロンイ
オンの注入量が多くなるほどしきい値電圧Vtの低下量
が小さい。その結果、ゲート長Lgが短くなるほど、つ
まり、半導体装置が微細化されるほど、ボロンイオンの
注入量によるしきい値電圧Vtの調整幅が広くなる。ま
た、ドーズ量が多くなるほど、nMOSトランジスタの
しきい値電圧Vtのゲート長依存性が小さい、つまり、
短チャネル効果が小さいことを意味している。
As shown in the figure, it can be seen that the threshold voltage of the MOS transistor can be adjusted by changing the amount of impurity ions implanted into the pocket region in the oblique ion implantation method. In particular, when the gate length Lg is about 0.5
In an nMOS transistor of μm or less, the decrease in the threshold voltage Vt decreases as the amount of implanted boron ions increases. As a result, as the gate length Lg becomes shorter, that is, as the semiconductor device becomes finer, the width of adjustment of the threshold voltage Vt by the amount of boron ions implanted becomes wider. Further, as the dose increases, the gate length dependence of the threshold voltage Vt of the nMOS transistor decreases, that is,
This means that the short channel effect is small.

【0024】以上のように、本実施形態の半導体装置に
よると、共通のチップに設けられた複数のMOSトラン
ジスタ間でポケット領域の不純物濃度を異ならせること
により、複数のMOSトランジスタに相異なるしきい値
電圧を有するように構成することができる。すなわち、
チャネル領域における不純物濃度を変えなくても、ポケ
ット注入の調整だけで1チップに複数のしいき値電圧の
トランジスタを混在させることが可能となる。
As described above, according to the semiconductor device of the present embodiment, by making the impurity concentration of the pocket region different among a plurality of MOS transistors provided on a common chip, the plurality of MOS transistors have different thresholds. It can be configured to have a value voltage. That is,
Even if the impurity concentration in the channel region is not changed, it becomes possible to mix a plurality of threshold voltage transistors in one chip only by adjusting the pocket injection.

【0025】次に、本実施形態に係る半導体装置の製造
工程について説明する。図3(a)〜(e)は、本実施
形態に係るnMOSデバイスの製造方法の主要工程を示
す断面図である。ここで、図3(a)〜(e)の左側の
図は図1のIb−Ib線における断面図であり、図3(a)
〜(e)の右側の図は図1のIc−Ic線における断面図で
ある。
Next, the manufacturing process of the semiconductor device according to this embodiment will be described. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating main steps of a method for manufacturing the nMOS device according to the present embodiment. 3A to 3E are cross-sectional views taken along the line Ib-Ib in FIG.
1E are cross-sectional views taken along line Ic-Ic in FIG.

【0026】まず、図3(a)に示す工程で、不純物濃
度が1×1015cm-3のP型Si基板2の所定の領域
に、活性領域を取り囲むように厚み約300nmのLO
COS膜3を成長させ、Si基板2の活性領域内にボロ
ンイオン(B+ )を注入して、Pウエル4を形成する。
ただし、Pウエル4は、下方から順に埋め込みウェル,
パンチスルストッパ及びしきい値電圧制御領域(チャネ
ル領域)の3層から成り立っていて(図示せず)、埋め
込みウェル,パンチスルストッパ及びしきい値電圧制御
領域の形成は、それぞれ400keV,1×1013cm
-2の条件、100keV,3×12cm-2の条件、20k
eV,1×1012cm-2の条件でB+ の注入を行なうこ
とにより形成されている。
First, in a step shown in FIG. 3A, an LO having a thickness of about 300 nm is formed in a predetermined region of the P-type Si substrate 2 having an impurity concentration of 1 × 10 15 cm -3 so as to surround the active region.
A COS film 3 is grown, and boron ions (B + ) are implanted into the active region of the Si substrate 2 to form a P well 4.
However, the P well 4 is a buried well,
It is composed of three layers, a punch-through stopper and a threshold voltage control region (channel region) (not shown). The formation of the buried well, the punch-through stopper and the threshold voltage control region is 400 keV, 1 × 10 13 cm
-2 condition, 100 keV, 3 × 12 cm -2 condition, 20k
It is formed by implanting B + under the conditions of eV and 1 × 10 12 cm −2 .

【0027】次に、図3(b)に示す工程で、Pウエル
4の上にゲート絶縁膜5とゲート電極6とを形成した
後、基板上に活性領域上を開口したレジストマスク20
を形成する。そして、レジストマスク20とゲート電極
6とをマスクとして、リンイオン(P+ )を20ke
V,2×1013cm-2の条件で注入して、Pウエル4内
にLDD(低濃度ソース・ドレイン)領域7を形成す
る。
Next, in a step shown in FIG. 3B, after forming a gate insulating film 5 and a gate electrode 6 on the P well 4, a resist mask 20 having an opening on the active region is formed on the substrate.
To form Then, using the resist mask 20 and the gate electrode 6 as a mask, phosphorus ions (P + ) are
V is implanted under the condition of 2 × 10 13 cm −2 to form an LDD (low concentration source / drain) region 7 in the P well 4.

【0028】次に、図3(c)に示す工程で、2ステッ
プのイオン注入によりポケット領域を形成する。まず、
レジストマスク20とゲート電極6とをマスクとして、
第1MOSトランジスタTr1のチャネル方向(ゲート長
方向)と平行で、基板面への垂線に対して角θ1=25
だけ傾いた方向からボロンイオン(B+ )を20ke
V,1×1012cm-2の条件で注入する(注入12
a)。その後、基板全体を基板面に垂直な線を軸として
180°回転させ、ボロンイオン(B+ )を同じ条件
(20keV,1×1012cm-2)で注入する(注入1
2b)。このとき、いずれの注入12a,12bも、第
2MOSトランジスタTr2のゲート電極6のチャネル方
向とは直交しており、そのゲート幅方向と平行である。
その結果、第1MOSトランジスタTr1には、両側のL
DD領域7の下方の領域からチャネル領域側に入り込ん
だ領域まで延びるポケット領域8xが形成され、第2M
OSトランジスタTr2には、両側のLDD領域7の下方
の領域のみを含むポケット領域8yが形成される。
Next, in the step shown in FIG. 3C, a pocket region is formed by two-step ion implantation. First,
Using the resist mask 20 and the gate electrode 6 as a mask,
The angle θ1 = 25 with respect to the perpendicular to the substrate surface, parallel to the channel direction (gate length direction) of the first MOS transistor Tr1.
Boron ions (B + ) from the direction inclined only 20 ke
V, implanted under the condition of 1 × 10 12 cm −2 (implantation 12
a). Thereafter, the entire substrate is rotated 180 ° about a line perpendicular to the substrate surface, and boron ions (B + ) are implanted under the same conditions (20 keV, 1 × 10 12 cm −2 ) (implantation 1).
2b). At this time, both of the implantations 12a and 12b are orthogonal to the channel direction of the gate electrode 6 of the second MOS transistor Tr2, and are parallel to the gate width direction.
As a result, the first MOS transistor Tr1 has L on both sides.
A pocket region 8x extending from a region below the DD region 7 to a region entering the channel region side is formed.
In the OS transistor Tr2, a pocket region 8y including only a region below the LDD regions 7 on both sides is formed.

【0029】なお、ポケット領域形成のためのイオン注
入方向の傾き角は、基板面の垂線に対して10°〜60
°の範囲であればよく、10°〜45°の範囲であるこ
とが好ましい。
The inclination angle of the ion implantation direction for forming the pocket region is 10 ° to 60 ° with respect to the perpendicular to the substrate surface.
The angle may be in the range of 10 ° to 45 °.

【0030】次に、図3(d)に示す工程で、ゲート電
極6とレジストマスク20とをマスクとして、第2MO
SトランジスタTr2のチャネル方向と平行で、基板面に
垂直な方向から角θ2=25だけ傾いた方向からボロン
イオン(B+ )を20keV,1.5×1012cm-2
条件で注入する(注入12c)。つまり、図3(c)に
示す工程よりも高濃度の不純物を導入する。その後、基
板全体を基板面に垂直な線を軸として180°回転さ
せ、ボロンイオン(B+ )を同じ条件(20keV,
1.5×1012cm-2)で注入する(注入12d)。こ
のとき、いずれの注入12c,12dも、第1MOSト
ランジスタTr1のゲート電極6のチャネル方向とは直交
しており、そのゲート幅方向と平行である。その結果、
第1,第2MOSトランジスタTr1,Tr2いずれにおい
ても、両側のLDD領域7の下方の領域からチャネル領
域側に入り込んだ領域まで延びるポケット領域8a,8
bが形成されるが、チャネル領域側に入り込んだ領域に
おける不純物濃度を比較すると、第2MOSトランジス
タTr2のポケット領域8bの方がより高濃度の不純物を
含んでいる。MOSトランジスタのしきい値電圧Vt
は、ポケット領域のうちでもチャネル領域側に入り込ん
だ領域における不純物濃度によって大きく左右されるの
で、図2に示す特性から第2MOSトランジスタTr2の
方がしきい値電圧Vtが高いことがわかる。具体的に
は、本実施形態のゲート長0.25μmのゲート電極を
有するMOSトランジスタにおいて、第1MOSトラン
ジスタTr1のしきい値電圧が約0.33Vであり、第2
MOSトランジスタTr2のしきい値電圧Vtは約0.5
5Vであった。なお、図2のデータはパラメータを1ス
テップ当たりのドーズ量として、同一条件で4ステップ
注入した場合の評価結果のため、本実施形態の製造方法
における直接のデータとはならないが、ポケット注入に
よるしきい値の制御は、ゲート電極下に入り込む不純物
イオンの注入条件でほぼ決まるため、十分本実施形態の
参考データとなりうるものである。
Next, in the step shown in FIG. 3D, the second MO is formed using the gate electrode 6 and the resist mask 20 as a mask.
Boron ions (B + ) are implanted under the conditions of 20 keV and 1.5 × 10 12 cm −2 from a direction parallel to the channel direction of the S transistor Tr2 and inclined at an angle θ2 = 25 from a direction perpendicular to the substrate surface ( Injection 12c). In other words, a higher concentration of impurities is introduced than in the step shown in FIG. Thereafter, the entire substrate is rotated by 180 ° about a line perpendicular to the substrate surface, and boron ions (B + ) are subjected to the same conditions (20 keV,
1.5 × 10 12 cm −2 ) (implantation 12d). At this time, both of the implantations 12c and 12d are orthogonal to the channel direction of the gate electrode 6 of the first MOS transistor Tr1, and are parallel to the gate width direction. as a result,
In both the first and second MOS transistors Tr1 and Tr2, the pocket regions 8a and 8 extending from the region below the LDD region 7 on both sides to the region entering the channel region side.
Although b is formed, the pocket region 8b of the second MOS transistor Tr2 contains a higher concentration of impurity when comparing the impurity concentration in the region that has entered the channel region side. MOS transistor threshold voltage Vt
Is greatly influenced by the impurity concentration in the region of the pocket region which enters the channel region side, and the characteristics shown in FIG. 2 indicate that the second MOS transistor Tr2 has a higher threshold voltage Vt. Specifically, in the MOS transistor having a gate electrode with a gate length of 0.25 μm of the present embodiment, the threshold voltage of the first MOS transistor Tr1 is about 0.33 V,
The threshold voltage Vt of the MOS transistor Tr2 is about 0.5
It was 5V. Note that the data in FIG. 2 is an evaluation result when four steps of implantation are performed under the same conditions with a parameter as a dose per one step, and thus does not become direct data in the manufacturing method of the present embodiment. The control of the threshold value is substantially determined by the implantation conditions of the impurity ions entering below the gate electrode, and thus can sufficiently serve as reference data of the present embodiment.

【0031】その後、図3(e)に示す工程で、レジス
トマスク20を剥離した後、基板上にシリコン酸化膜を
堆積してから異方性エッチングを行なうことにより、ゲ
ート電極6及びゲート酸化膜5の側面に絶縁体サイドウ
ォール13を形成する。そして、ゲート電極6と絶縁体
サイドウォール13と所定の位置に形成されたレジスト
マスク(図示せず)をマスクとして、砒素イオン(As
+ )を20keV,5×1015cm-2の条件で基板内に
注入して、高濃度ソース・ドレイン領域9を形成する。
さらに、レジストマスクを剥離した後、所定の熱処理を
施し、注入した不純物の活性化を行う。
Thereafter, in the step shown in FIG. 3E, after the resist mask 20 is removed, a silicon oxide film is deposited on the substrate and then anisotropically etched to form the gate electrode 6 and the gate oxide film. The insulator side wall 13 is formed on the side surface of the fifth electrode 5. Then, arsenic ions (As) are formed using the gate electrode 6, the insulator sidewalls 13, and a resist mask (not shown) formed at a predetermined position as a mask.
+ ) Is implanted into the substrate under the conditions of 20 keV and 5 × 10 15 cm −2 to form the high-concentration source / drain regions 9.
Further, after removing the resist mask, a predetermined heat treatment is performed to activate the implanted impurities.

【0032】その後の工程の図示は省略するが、周知の
技術を用いて、図1に示す層間絶縁膜10や配線11を
形成する。
Although illustration of the subsequent steps is omitted, the interlayer insulating film 10 and the wiring 11 shown in FIG. 1 are formed by using a known technique.

【0033】本実施形態の半導体装置の製造方法による
と、ゲート長方向が互いに直交する複数のゲート電極を
基板上に形成しておいて、このゲート電極をマスクとし
て、基板面への垂線から傾いた方向からポケット領域8
a,8b形成のための不純物イオンの注入を4ステップ
(注入12a〜12d)で行なうとともに、注入12
a,12bの注入条件と、注入12c,12dの注入条
件(本実施形態では不純物のドーズ量)とを異ならせて
いる。その結果、第1MOSトランジスタTr1のポケッ
ト領域8aと第2MOSトランジスタTr2のポケット領
域8bとにおいて、チャネル領域側に入り込んだ部分の
不純物濃度が相異なることになり、図2に示す特性に基
づいて各MOSトランジスタTr1,Tr2のしきい値電圧
Vtが異なることになる。しかも、図3(b)〜(d)
の工程は共通のレジストマスク20を用いて行なわれ
る。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a plurality of gate electrodes whose gate length directions are orthogonal to each other are formed on a substrate, and the gate electrodes are used as a mask to incline from a perpendicular to the substrate surface. Pocket area 8 from the direction
Impurity ions for forming a and 8b are implanted in four steps (implantation 12a to 12d) and implanted.
The implantation conditions of a and 12b are different from the implantation conditions of the implantations 12c and 12d (in this embodiment, the dose of the impurity). As a result, in the pocket region 8a of the first MOS transistor Tr1 and the pocket region 8b of the second MOS transistor Tr2, the impurity concentration of the portion that enters the channel region side is different from each other. The threshold voltages Vt of the transistors Tr1 and Tr2 are different. Moreover, FIGS. 3 (b) to 3 (d)
Is performed using a common resist mask 20.

【0034】このようなしきい値電圧Vtの相違は、不
純物濃度の相違だけでなくポケット領域の形状,特にポ
ケット領域のチャネル領域側への入り方の相違によって
も現れることは明らかである。すなわち、イオン注入の
際の傾き角の相違や注入エネルギーの相違によってもし
きい値電圧Vtの調整が可能である。すなわち、MOS
トランジスタのチャネル方向に応じて、形状や不純物濃
度が互いに異なるポケット領域を有する複数のMOSト
ランジスタを形成することができ、マスク工程を追加す
ることなく、相異なるしきい値電圧Vtを有する複数の
トランジスタを1チップ上に混在させることができる。
したがって、半導体装置の高速動作化と低消費電力化と
を低コストで実現することができる。
It is clear that such a difference in the threshold voltage Vt is caused not only by the difference in the impurity concentration but also by the difference in the shape of the pocket region, particularly, the difference in how the pocket region enters the channel region. That is, the threshold voltage Vt can be adjusted also by the difference in the inclination angle and the difference in the implantation energy at the time of ion implantation. That is, MOS
A plurality of MOS transistors having pocket regions having different shapes and different impurity concentrations can be formed in accordance with the channel direction of the transistors, and a plurality of transistors having different threshold voltages Vt can be formed without adding a mask step. Can be mixed on one chip.
Therefore, high-speed operation and low power consumption of the semiconductor device can be realized at low cost.

【0035】(その他の実施形態)上記実施形態では、
ポケット注入後におけるソース・ドレイン領域の対称性
を保つために、ポケット領域8a,8bを形成するため
の注入12aと12bを同条件、注入12cと12dを
同条件としたが、各注入12a,12b,12c,12
dの条件をいずれも互いに異ならせてもよいものとす
る。
(Other Embodiments) In the above embodiment,
In order to maintain the symmetry of the source / drain regions after the pocket implantation, the implantations 12a and 12b for forming the pocket regions 8a and 8b have the same conditions, and the implantations 12c and 12d have the same conditions. , 12c, 12
Any of the conditions of d may be different from each other.

【0036】また、図3(c)に示す工程で、例えば注
入12aのみを行なってもよい。その場合にも、第1M
OSトランジスタTr1と第2MOSトランジスタTr2と
ではポケット領域8x,8yの形状が異なることから、
互いに異なるしきい値電圧Vtを有する複数のトランジ
スタTr1,Tr2を形成することができる。すなわち、必
ずしも複数回のステップに分けたポケット注入を行なう
必要はない。
In the step shown in FIG. 3C, for example, only the implantation 12a may be performed. In that case, the first M
Since the shapes of the pocket regions 8x and 8y are different between the OS transistor Tr1 and the second MOS transistor Tr2,
A plurality of transistors Tr1 and Tr2 having different threshold voltages Vt can be formed. That is, it is not always necessary to perform pocket injection divided into a plurality of steps.

【0037】また、ポケット注入おいてドーズ量を変更
する代わりに傾き角θや注入エネルギーを変更し、ある
いはこれらのパラメータの変更を組み合わせてもよい。
Further, instead of changing the dose amount in the pocket implantation, the inclination angle θ and the implantation energy may be changed, or these parameters may be changed in combination.

【0038】また、ポケット注入の代わりに低濃度ソー
ス・ドレイン注入において、あるいは高濃度ソース・ド
レイン注入において、上記ポケット注入と同様に、斜め
方向からのイオン注入におけるドーズ量,傾き角,注入
エネルギーの相違を利用しててもよいし、それらを組み
合わせてよい。
In the case of low-concentration source / drain implantation or high-concentration source / drain implantation instead of pocket implantation, similarly to the above-mentioned pocket implantation, the dose, tilt angle, and implantation energy in oblique ion implantation are similar. Differences may be used or they may be combined.

【0039】図4は、nチャネル型MOSトランジスタ
のLDD領域形成用n型不純物(リンイオンP+ )の濃
度に対するしきい値電圧Vtの変化を示す図である。同
図の縦軸はしきい値電圧Vtを横軸はゲート長Lgをそ
れぞれ表している。同図に示すように、ドーズ量が多い
ほどしきい値電圧Vtが低くなっており、LDD領域に
おける不純物濃度の相違によってもMOSトランジスタ
のしきい値電圧Vtの相違を実現することができること
がわかる。同様に、高濃度ソース・ドレイン領域形成用
の不純物イオンの注入条件を変えることで、MOSトラ
ンジスタのしきい値電圧Vtを異ならせることができ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a change in the threshold voltage Vt with respect to the concentration of an n-type impurity (phosphorous ion P + ) for forming an LDD region of an n-channel MOS transistor. In the figure, the vertical axis represents the threshold voltage Vt, and the horizontal axis represents the gate length Lg. As shown in the figure, the threshold voltage Vt decreases as the dose increases, and it can be seen that the difference in the threshold voltage Vt of the MOS transistor can be realized also by the difference in the impurity concentration in the LDD region. . Similarly, the threshold voltage Vt of the MOS transistor can be changed by changing the conditions for implanting the impurity ions for forming the high-concentration source / drain regions.

【0040】また、上記実施形態では、基板上にチャネ
ル方向が互いに直交する複数種類のMOSトランジスタ
を設けたが、チャネル方向が様々な角度で交差する複数
種類のMOSトランジスタを設けてもよい。
In the above embodiment, a plurality of types of MOS transistors whose channel directions are orthogonal to each other are provided on the substrate. However, a plurality of types of MOS transistors whose channel directions intersect at various angles may be provided.

【0041】図5は、チャネル方向が互いに直交するゲ
ート電極を有する2種類の第1,第2MOSトランジス
タTr1,Tr2に加えて、チャネル方向が各MOSトラン
ジスタTr1,Tr2のチャネル方向とは45°の角度で交
差する第3MOSトランジスタTr3を1つのチップ内に
設けた半導体装置の例を示すレイアウト図である。同図
に示すように、例えば上記実施形態と同様の4ステップ
のイオン注入12a〜12dを行なうことにより、しき
い値電圧Vtが最も高い第1MOSトランジスタと、し
きい値電圧Vtが最も低い第2MOSトランジスタと、
しきい値電圧Vtが中間程度の第3MOSトランジスタ
Tr3とが形成される。
FIG. 5 shows two types of first and second MOS transistors Tr1 and Tr2 having gate electrodes whose channel directions are orthogonal to each other, and that the channel direction is 45 ° with respect to the channel direction of each of the MOS transistors Tr1 and Tr2. FIG. 14 is a layout diagram illustrating an example of a semiconductor device in which third MOS transistors Tr3 intersecting at an angle are provided in one chip. As shown in the drawing, for example, by performing ion implantation 12a to 12d in the same manner as in the above embodiment, the first MOS transistor having the highest threshold voltage Vt and the second MOS transistor having the lowest threshold voltage Vt are provided. Transistors and
A third MOS transistor Tr3 having an intermediate threshold voltage Vt is formed.

【0042】上記実施形態では、nチャネル型MOSト
ランジスタを例にとって説明したが、本発明はpチャネ
ル型MOSトランジスタにも適用することができること
はいうまでもない。
In the above embodiment, an n-channel MOS transistor has been described as an example. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a p-channel MOS transistor.

【0043】上記実施形態ではイオン注入は4ステップ
としたが、3ステップでも2ステップでもよいし、ステ
ップ数を4ステップよりも多くしてもよい。また、ステ
ップごとの基板の法線を軸とした基板の回転角度も等間
隔である必要もない。また、低濃度ソース・ドレイン領
域をリンイオンを用いて形成したが、例えば砒素イオン
を例えば1014〜1015cm-2のドーズ量で注入して、
低濃度ソース・ドレイン領域を形成してもよい。
In the above embodiment, the ion implantation is performed in four steps. However, three or two steps may be performed, or the number of steps may be more than four. Also, the rotation angles of the substrate about the normal line of the substrate for each step do not need to be at equal intervals. Although the low concentration source / drain regions are formed using phosphorus ions, for example, arsenic ions are implanted at a dose of, for example, 10 14 to 10 15 cm −2 ,
Low concentration source / drain regions may be formed.

【0044】上記実施形態では、MOSトランジスタを
例にとって説明したが、ゲート絶縁膜が窒化膜や酸窒化
膜により形成されたトランジスタであってもよく、MI
S型トランジスタ全般に適用できることはいうまでもな
い。
In the above embodiment, a MOS transistor has been described as an example. However, a transistor having a gate insulating film formed of a nitride film or an oxynitride film may be used.
It goes without saying that the present invention can be applied to all S-type transistors.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の第1の半導体装置の製造方法に
よれば、基板上にチャネル方向が相異なる少なくとも2
つのゲート電極を設けて、このゲート電極をマスクとし
て斜め方向からのイオン注入を行なって、少なくとも1
つのゲート電極下の片側にポケット領域を形成すること
により、新たなマスク工程を追加することなく、互いに
相異なるしきい値電圧を有する複数の一導電型のMIS
型トランジスタを1チップ内に形成することができ、よ
って、半導体装置の高速動作化と低消費電力化とを低コ
ストで実現することができる。
According to the first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least two channels having different channel directions are formed on a substrate.
One gate electrode is provided, and ion implantation is performed in an oblique direction using the gate electrode as a mask.
By forming a pocket region on one side under one gate electrode, a plurality of one-conductivity-type MISs having different threshold voltages can be formed without adding a new mask process.
Since the type transistor can be formed in one chip, high-speed operation and low power consumption of the semiconductor device can be realized at low cost.

【0046】本発明の第2の半導体装置の製造方法によ
れば、基板上にチャネル方向が相異なる少なくとも2つ
のゲート電極を設け、このゲート電極をマスクとして少
なくとも2回のステップによる斜め方向からのイオン注
入をその注入条件を変えて行なって、LDD領域又はソ
ース・ドレイン領域を形成することにより、新たなマス
ク工程を追加することなく、互いに相異なるしきい値電
圧を有する複数の一導電型のMIS型トランジスタを1
チップ内に形成することができ、よって、半導体装置の
高速動作化と低消費電力化とを低コストで実現すること
ができる。
According to the second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least two gate electrodes having different channel directions are provided on a substrate, and the gate electrodes are used as masks to perform oblique directions by at least two steps. By performing ion implantation under different implantation conditions to form LDD regions or source / drain regions, a plurality of one conductivity type having different threshold voltages can be formed without adding a new mask process. 1 MIS transistor
Since the semiconductor device can be formed in a chip, high-speed operation and low power consumption of the semiconductor device can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】nチャネル型MOSトランジスタのしきい値電
圧のゲート長依存特性を、ポケット領域の不純物濃度を
パラメータとして示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a gate length dependence characteristic of a threshold voltage of an n-channel MOS transistor using an impurity concentration of a pocket region as a parameter.

【図3】実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図
である。
FIG. 3 is a view illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

【図4】nチャネル型MOSトランジスタのしきい値電
圧のゲート長依存特性を、LDD領域の不純物濃度をパ
ラメータとして示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the gate length dependence of the threshold voltage of an n-channel MOS transistor using the impurity concentration of an LDD region as a parameter.

【図5】その他の実施形態に係る半導体装置中の各MO
Sトランジスタのゲート電極のレイアウトを示す平面図
である。
FIG. 5 shows each MO in a semiconductor device according to another embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing a layout of a gate electrode of an S transistor.

【図6】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体チップ 2 P型Si基板 3 LOCOS 4 Pウェル 5 ゲート酸化膜 6 ゲート電極 7 低濃度ソース・ドレイン領域 8 ポケット領域 9 高濃度ソース・ドレイン領域 10 層間絶縁膜 11 配線 12 注入 13 絶縁体サイドウォール 20 レジストマスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor chip 2 P-type Si substrate 3 LOCOS 4 P well 5 Gate oxide film 6 Gate electrode 7 Low concentration source / drain region 8 Pocket region 9 High concentration source / drain region 10 Interlayer insulating film 11 Wiring 12 Injection 13 Insulator sidewall 20 Resist mask

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、相異なるしきい値電圧
を有する少なくとも2つの同じ導電型のMIS型トラン
ジスタを設けてなる半導体装置の製造方法であって、 上記半導体基板上に、互いにチャネル方向が異なるよう
に上記少なくとも2つのMIS型トランジスタのゲート
電極を形成する工程と、 上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純物イオ
ンの注入を行なって、上記少なくとも2つのMIS型ト
ランジスタのソース・ドレイン領域を形成する工程と、 上記ゲート電極をマスクとする第2導電型の不純物イオ
ンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°以上傾
けた方向から行なって、上記2つのMIS型トランジス
タのうち少なくとも1つのMIS型トランジスタのソー
ス・ドレイン領域の少なくともいずれか一方にポケット
領域を形成する工程と、 上記各工程で注入された不純物を活性化するための熱処
理を行なう工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have different threshold voltages. Forming the gate electrodes of the at least two MIS transistors, and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrodes as masks, so that the source and the source of the at least two MIS transistors are different. Forming a drain region and implanting impurity ions of the second conductivity type using the gate electrode as a mask from a direction inclined by 10 ° or more from a perpendicular to the semiconductor substrate surface to form the two MIS transistors At least one of the source / drain regions of at least one MIS transistor Forming a preparative area, a method of manufacturing a semiconductor device which comprises a step of performing heat treatment for activating the impurity implanted in the above process.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記ポケット領域を形成する工程は、少なくとも2つの
ステップに分けて行ない、かつ各ステップにおけるイオ
ン注入方向の半導体基板面への投影線と上記少なくとも
2つのゲート電極のチャネル方向に平行な線との交差角
を互いに異ならせるとともに、注入量,傾き角及び注入
エネルギーのうち少なくともいずれか1つが各ステップ
で異なっていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the pocket region is performed in at least two steps, and a projection line of the ion implantation direction onto the semiconductor substrate surface in each step. And a crossing angle of the at least two gate electrodes with a line parallel to the channel direction is made different from each other, and at least one of an injection amount, a tilt angle, and an injection energy is different in each step. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項3】 請求項1又は2記載の半導体装置の製造
方法において、 上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純物イオ
ンの注入を行なって、上記少なくとも2つのMIS型ト
ランジスタの低濃度ソース・ドレイン領域を形成する工
程と、 上記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
とをさらに含み、 上記ソース・ドレイン領域を形成する工程は、上記ゲー
ト電極及びサイドウォールをマスクとする第1導電型の
不純物イオンの注入により行ない、 上記ポケット領域を形成する工程は、上記サイドウォー
ルを形成する工程の前に行なわれることを特徴とする半
導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein impurity ions of a first conductivity type are implanted by using said gate electrode as a mask, and said low-concentration source of said at least two MIS transistors is implanted. Forming a drain region; forming a sidewall on a side surface of the gate electrode; forming the source / drain region in the first conductive layer using the gate electrode and the sidewall as a mask; A step of forming the pocket region by implanting impurity ions of a mold, and the step of forming the pocket region is performed before the step of forming the sidewall.
【請求項4】 半導体基板上に、相異なるしきい値電圧
を有する少なくとも2つの同じ導電型のMIS型トラン
ジスタを設けてなる半導体装置の製造方法であって、 上記半導体基板上に、互いにチャネル方向が異なるよう
に上記少なくとも2つのMIS型トランジスタのゲート
電極を形成する工程と、 上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純物イオ
ンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°以上傾
けた方向から行なって、上記少なくとも2つのMIS型
トランジスタの低濃度ソース・ドレイン領域を形成する
工程と、 上記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程
と、 上記ゲート電極及びサイドウォールをマスクとする第1
導電型の不純物イオンの注入を行なって、上記少なくと
も2つのMIS型トランジスタの高濃度ソース・ドレイ
ン領域を形成する工程と、 上記各工程で注入された不純物を活性化するための熱処
理を行なう工程とを含むとともに、 上記低濃度ソース・ドレイン領域を形成する工程は、少
なくとも2つのステップに分けて行ない、かつ各ステッ
プにおけるイオン注入方向の半導体基板面への投影線と
上記少なくとも2つのゲート電極のチャネル方向に平行
な線との交差角を互いに異ならせるとともに、注入量,
傾き角及び注入エネルギーのうち少なくともいずれか1
つが各ステップで異なっていることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
4. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have different threshold voltages. Forming the gate electrodes of the at least two MIS transistors so as to be different from each other, and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrodes as masks by 10 ° or more from a perpendicular to the semiconductor substrate surface. Forming a low-concentration source / drain region of the at least two MIS transistors, forming a sidewall on a side surface of the gate electrode, and using the gate electrode and the sidewall as a mask. 1
Implanting conductive impurity ions to form high-concentration source / drain regions of the at least two MIS transistors; and performing a heat treatment for activating the implanted impurities in each of the steps. The step of forming the low-concentration source / drain regions is performed in at least two steps, and a projection line of the ion implantation direction onto the semiconductor substrate surface in each step and a channel of the at least two gate electrodes are formed. The angle of intersection with the line parallel to the direction is made different from each other.
At least one of tilt angle and implantation energy
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein each method is different in each step.
【請求項5】 半導体基板上に、相異なるしきい値電圧
を有する少なくとも2つの同じ導電型のMIS型トラン
ジスタを設けてなる半導体装置の製造方法であって、 上記半導体基板上に、互いにチャネル方向が異なるよう
に上記少なくとも2つのMIS型トランジスタのゲート
電極を形成する工程と、 上記ゲート電極をマスクとする第1導電型の不純物イオ
ンの注入を上記半導体基板面への垂線から10°以上傾
けた方向から行なって、上記少なくとも2つのMIS型
トランジスタのソース・ドレイン領域を形成する工程
と、 上記工程で注入された不純物を活性化するための熱処理
を行なう工程とを含むとともに、 上記ソース・ドレイン領域を形成する工程は、少なくと
も2つのステップに分けて行ない、かつ各ステップにお
けるイオン注入方向の半導体基板面への投影線と上記少
なくとも2つのゲート電極のチャネル方向に平行な線と
の交差角を互いに異ならせるとともに、注入量,傾き角
及び注入エネルギーのうち少なくともいずれか1つが各
ステップで異なっていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: providing at least two MIS transistors of the same conductivity type having different threshold voltages on a semiconductor substrate, wherein the MIS transistors have at least two different threshold voltages. Forming the gate electrodes of the at least two MIS transistors so as to be different from each other, and implanting impurity ions of the first conductivity type using the gate electrodes as masks by 10 ° or more from a perpendicular to the semiconductor substrate surface. Forming a source / drain region of the at least two MIS transistors in a direction, and performing a heat treatment for activating the impurities implanted in the step. Is performed in at least two steps, and ion implantation in each step is performed. Angles of the projection lines on the semiconductor substrate surface in different directions and lines parallel to the channel direction of the at least two gate electrodes are made different from each other, and at least one of the implantation amount, the inclination angle, and the implantation energy is adjusted in each step. A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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