半導体装置及びその製造方法
【課題】低廉なプロセスにて高性能・高信頼性を実現しうる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１の領域に形成された第１導電型の不純物層及び第１のエピタキシャル半導体層と、第１のエピタキシャル半導体層上に第１のゲート絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極と、第１の領域に形成された第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、第２の領域に形成された第２導電型の不純物層及び第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、第２のエピタキシャル半導体層上に第１のゲート絶縁膜と同じ膜厚の第２のゲート絶縁膜を介して形成された第２のゲート電極と、第２の領域に形成された第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタとを有する。
【解決手段】第１の領域に形成された第１導電型の不純物層及び第１のエピタキシャル半導体層と、第１のエピタキシャル半導体層上に第１のゲート絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極と、第１の領域に形成された第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、第２の領域に形成された第２導電型の不純物層及び第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、第２のエピタキシャル半導体層上に第１のゲート絶縁膜と同じ膜厚の第２のゲート絶縁膜を介して形成された第２のゲート電極と、第２の領域に形成された第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化・高集積化に伴い、チャネル不純物の統計的揺らぎによるトランジスタの閾値電圧ばらつきが顕在化している。閾値電圧はトランジスタの性能を決定づける重要なパラメータの一つであり、高性能且つ高信頼性の半導体装置を製造するために、不純物の統計的揺らぎによる閾値電圧ばらつきを低減することは重要である。
【０００３】
不純物の統計的揺らぎによる閾値電圧のばらつきを低減する技術の一つとして、急峻な不純物濃度分布を有する高濃度のチャネル不純物層上にノンドープのエピタキシャルシリコン層を形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４８２７１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１０８３５０号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Asenov, "Suppression of Random Dopant-Induced Threshold Voltage Fluctuations in Sub-0.1-μm MOSFET's with Epitaxial and δ-Doped Channels", IEEE Transactions on Electrond Devices, Vol. 46, NO. 8, p. 1718, 1999
【非特許文献２】Woo-Hyeong Lee, "MOS Device Structure Development for ULSI: Low Power/High Speed Operation", Microelectron. Reliab., Vol. 37, No. 9, pp. 1309-1314, 1997
【非特許文献３】A. Hokazono et al., "Steep Channel Profiles in n/pMOS Controlled by Boron-Doped Si:C Layers for Continual Bulk-CMOS Scaling", IEDM09-673
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、提案されている上記技術を半導体装置の製造プロセスに組み込むための方法については、具体的な提案はなされていなかった。特に、上記技術を半導体装置の製造プロセスに採用することにより生じる新たな課題や、その解決手段について、具体的な検討はなされていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、低廉なプロセスにて高性能・高信頼性を実現しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一観点によれば、半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタとを有する半導体装置が提供される。
【０００９】
また、実施形態の他の観点によれば、半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
また、実施形態の更に他の観点によれば、半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャル半導体層の膜厚を、狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚に設定することができる。これにより、閾値電圧の制御性が向上し、半導体装置の製造を容易にするとともに、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その１）である。
【図２】図２は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その２）である。
【図３】図３は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】図５は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】図６は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図７】図７は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図８】図８は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図９】図９は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図１０】図１０は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図１１】図１１は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【図１２】図１２は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１０）である。
【図１３】図１３は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１１）である。
【図１４】図１４は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１２）である。
【図１５】図１５は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１３）である。
【図１６】図１６は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１４）である。
【図１７】図１７は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１５）である。
【図１８】図１８は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１６）である。
【図１９】図１９は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１７）である。
【図２０】図２０は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１８）である。
【図２１】図２１は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１９）である。
【図２２】図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係を示すグラフである。
【図２３】図２３は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図２４】図２４は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図２５】図２５は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図２６】図２６は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図２７】図２７は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図２８】図２８は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図２９】図２９は、第３実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図３０】図３０は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３１】図３１は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図３２】図３２は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図３３】図３３は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図３４】図３４は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図３５】図３５は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図３６】図３６は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図３７】図３７は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図３８】図３８は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【図３９】図３９は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１０）である。
【図４０】図４９は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４１】図４１は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４２】図４２は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図４３】図４３は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図４４】図４４は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図４５】図４５は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図４６】図４６は、参考例による半導体装置の製造方法により製造した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図２２を用いて説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図３乃至図２１は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係を示すグラフである。
【００１５】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。
【００１６】
シリコン基板１０上には、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０が設けられている。各トランジスタ形成領域には、素子分離絶縁膜７２によって活性領域が画定されている。
【００１７】
低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン基板１０内には、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とが形成されている。Ｎ型高濃度不純物層２２上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層４８が形成されている。シリコン層４８上には、ゲート絶縁膜７８ａが形成されている。ゲート絶縁膜７８ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層４８及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９４が形成されている。これらにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＰＭＯＳ）が形成されている。
【００１８】
低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン基板１０内には、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とが形成されている。Ｐ型高濃度不純物層３０上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長され、シリコン層４８よりも薄いシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、ゲート絶縁膜７８ａが形成されている。ゲート絶縁膜７８ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９２が形成されている。これらにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＮＭＯＳ）が形成されている。
【００１９】
低電圧ＰＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタは、主に、高速動作が必要とされる回路部分に用いられるものである。
【００２０】
高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２のシリコン基板１０内には、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とが形成されている。Ｐ型不純物層３８は、接合耐圧やホットキャリア耐性を向上するために、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０よりも低濃度且つなだらかな不純物分布になっている。Ｐ型不純物層３８上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、低電圧トランジスタのゲート絶縁膜７８ａよりも厚いゲート絶縁膜７４ａが形成されている。ゲート絶縁膜７４ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９２が形成されている。これらにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＮＭＯＳ）が形成されている。
【００２１】
高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０のシリコン基板１０内には、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とが形成されている。Ｎ型不純物層４６は、接合耐圧やホットキャリア耐性を向上するために、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層２２よりも低濃度且つなだらかな不純物分布になっている。Ｎ型不純物層４６上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、低電圧トランジスタのゲート絶縁膜７８ａよりも厚いゲート絶縁膜７４ａが形成されている。ゲート絶縁膜７４ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９４が形成されている。これらにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＰＭＯＳ）が形成されている。
【００２２】
高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタは、３．３Ｖ Ｉ／Ｏ等、高電圧の印加される回路部分に用いられるものである。
【００２３】
各トランジスタのゲート電極８０上及びソース／ドレイン領域９２，９４上には、金属シリサイド膜９６が形成されている。
【００２４】
４種類のトランジスタが形成されたシリコン基板１０上には、層間絶縁膜９８が形成されている。層間絶縁膜９８には、トランジスタに接続されたコンタクトプラグ１００が埋め込まれている。コンタクトプラグ１００には、配線１０２が接続されている。
【００２５】
このように、本実施形態による半導体装置は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタの２種類の低電圧トランジスタと、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタの２種類の高電圧トランジスタとを有している。
【００２６】
低電圧トランジスタは、例えば図２に示すように、チャネル領域２０６に、急峻な不純物濃度分布を有する高濃度不純物層２０８と、高濃度不純物層２０８上にエピタキシャル成長されたノンドープのシリコン層２１０とを有するものである。図２の高濃度不純物層２０８及びシリコン層２１０は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層２２及びシリコン層４８に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０及びシリコン層５２に、それぞれ相当する。高濃度不純物層上にノンドープのエピタキシャル層を有するトランジスタ構造は、不純物の統計的揺らぎによるトランジスタの閾値電圧ばらつきを抑制するために有効である。
【００２７】
ただし、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとでは、高濃度不純物層２０８を形成する不純物が異なっており、これら不純物の拡散速度も異なっている。例えば、後述する参考例の場合では、ＰＭＯＳトランジスタの高濃度不純物層を形成する砒素のシリコン層２１０中への拡散が、ＮＭＯＳトランジスタの高濃度不純物層２０８を形成するボロンのシリコン層２１０中への拡散よりも速くなる。すなわち、ＰＭＯＳトランジスタでは、ＮＭＯＳトランジスタと比較して、高濃度不純物層２０８がよりシリコン層２１０側に分布する（図４６参照）。
【００２８】
高濃度不純物層２０８上にノンドープのシリコン層２１０を有するトランジスタの閾値電圧は、高濃度不純物層２０８の不純物濃度と、シリコン層２１０のノンドープ領域の膜厚（ゲート絶縁膜２１２と高濃度不純物層２０８との距離）とに依存する。このため、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとで不純物の拡散速度が異なることにより、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層２１０の膜厚が異なることがある。その結果、後述する参考例のようにＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとでエピタキシャルシリコン層の膜厚を同じにした場合、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方に最適な不純物プロファイルを実現することが困難である。
【００２９】
これに対し、本実施形態による半導体装置では、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に形成するシリコン層４８の膜厚と、ＮＭＯＳトランジスタ形成領域に形成するシリコン層５２の膜厚とを変えている。具体的には、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散よりも速い場合、例えば、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物をＡｓとし、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物をＢ／Ｃとした場合を考慮して、シリコン層５２の膜厚よりもシリコン層４８の膜厚を厚くしている。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層の膜厚を、狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができる。
【００３０】
なお、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散がＮ型高濃度不純物層２２を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散よりも速い場合、例えば、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物をＢ／Ｃとし、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物をＳｂとした場合には、ＮＭＯＳとＰＭＯＳとでシリコン層の膜厚の関係を逆にしてもよい。また、本実施形態では、高電圧トランジスタ形成領域のシリコン層５２の膜厚を、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのシリコン層５２の膜厚と同じにしているが、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の膜厚と同じにしてもよい。高電圧トランジスタ形成領域のシリコン層５２の膜厚は、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのシリコン層５２の膜厚及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の膜厚と異なってもよい。
【００３１】
各トランジスタ領域に形成するエピタキシャルシリコン層の膜厚は、各トランジスタに求められる特性に応じて、適宜変更することができる。
【００３２】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図３乃至図２１を用いて説明する。
【００３３】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外（例えば、スクライブ領域）に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【００３４】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、素子分離絶縁膜７２の形成前に、ウェルやチャネル不純物層を形成する。溝１２は、素子分離絶縁膜７２の形成前に行われるリソグラフィー工程（ウェルやチャネル不純物層の形成等）において、マスクアライメント用のマークとして用いられるものである。
【００３５】
次いで、シリコン基板１０の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図３）。
【００３６】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜１８を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００３７】
次いで、フォトレジスト膜１８をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とを形成する（図４）。
【００３８】
Ｎウェル２０は、例えば、リンイオン（Ｐ＋）を、加速エネルギー３６０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向からそれぞれイオン注入することにより形成する。Ｎ型高濃度不純物層２２は、例えば、砒素イオン（Ａｓ＋）を、加速エネルギー６ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。砒素イオンに代えて、アンチモンイオン（Ｓｂ＋）を、加速エネルギー２０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成してもよい。
【００３９】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１８を除去する。
【００４０】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜２６を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４１】
次いで、フォトレジスト膜２６をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とを形成する（図５）。
【００４２】
Ｐウェル２８は、例えば、ボロンイオン（Ｂ＋）を、加速エネルギー１５０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｐ型高濃度不純物層３０は、例えば、ゲルマニウムイオン（Ｇｅ＋）を、加速エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４ｃｍ−２の条件で、炭素イオン（Ｃ＋）を、加速エネルギー３ｋｅＶ、ドーズ量３×１０１４ｃｍ−２の条件で、ボロンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量３×１０１３ｃｍ−２の条件で、それぞれイオン注入することにより形成する。ゲルマニウムは、シリコン基板１０を非晶質化してボロンイオンのチャネリングを防止するとともに、シリコン基板１０を非晶質化して炭素が格子点に配される確率を高めるように作用する。格子点に配された炭素は、ボロンの拡散を抑制するように作用する。かかる観点から、ゲルマニウムは、炭素及びボロンよりも先にイオン注入する。Ｐウェル２０は、Ｐ型高濃度不純物層３０よりも先に形成することが望ましい。
【００４３】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜２６を除去する。
【００４４】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜３４を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４５】
次いで、フォトレジスト膜３４をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とを形成する（図６）。
【００４６】
Ｐウェル３６は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー１５０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｐ型不純物層３８は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１２ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。なお、高電圧動作のＮＭＯＳトランジスタでは、チャネル領域の不純物濃度分布をなだらかにして接合耐圧、ホットキャリア耐性を改善する観点から、炭素及びゲルマニウムのイオン注入を行っていない。
【００４７】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３４を除去する。
【００４８】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜４２を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４９】
次いで、フォトレジスト膜４２をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とを形成する（図７）。
【００５０】
Ｎウェル４４は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー３６０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｎ型不純物層４６は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１２ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。なお、高電圧動作のＮＭＯＳトランジスタでは、チャネル領域の不純物濃度分布をなだらかにして接合耐圧、ホットキャリア耐性を改善する観点から、砒素又はアンチモンに代えてリンのイオン注入を行っている。
【００５１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【００５２】
なお、各トランジスタ形成領域に行うイオン注入は、どの領域から行ってもよい。
【００５３】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行い、次いで、１０００℃０秒の熱処理を行う。
【００５４】
この際、Ｐ型高濃度不純物層３０にはボロンとともにゲルマニウム及び炭素を導入しているため、ボロンのみを導入しているＰ型不純物層３８と比較して、ボロンの拡散を抑制することができる。これにより、Ｐ型高濃度不純物層３０の急峻な分布を維持しつつ、Ｐ型不純物層３８の不純物をブロードに分布させることができる。
【００５５】
また、Ｎ型高濃度不純物層２２は、Ｎ型不純物層４６を形成する燐よりも拡散定数の小さい砒素を用いて形成されているため、Ｎ型高濃度不純物層２２の急峻な分布を維持しつつ、Ｎ型不純物層４６の不純物をブロードに分布させることができる。
【００５６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【００５７】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚３４ｎｍのノンドープのシリコン層４８をエピタキシャル成長する（図８）。
【００５８】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５０を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。なお、砒素に代えてアンチモンを用いた場合は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５０を形成する。以下の工程では、砒素を用いた場合を想定して説明する。
【００５９】
次いで、フォトレジスト膜５０をマスクとして、例えばＴＭＡＨやフッ硝酸水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ）を用いたウェットエッチングを行い、フォトレジスト膜５０で覆われていない領域のシリコン層４８を、８ｎｍ程度エッチングする（図９）。
【００６０】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５０を除去する。
【００６１】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成し、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０に膜厚２６ｎｍのシリコン層５２を形成する（図１０）。
【００６２】
前述のように、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する砒素のシリコン層４８方向への拡散は、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成するボロンのシリコン層５２方向への拡散よりも１０ｎｍ程度大きい。このため、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層の堆積膜厚も、低電圧ＰＭＯＳトランジスタと低電圧ＮＭＯＳトランジスタとで異なってくる。
【００６３】
図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係の一例を示すグラフである。縦軸は、閾値電圧の絶対値を表し、横軸はシリコン層の堆積膜厚を表している。図中、■印のプロットがＰＭＯＳであり、◆印のプロットがＮＭＯＳである。
【００６４】
図２２に示すように、閾値電圧の絶対値は、シリコン層の堆積膜厚が増加するほどに低くなる傾向にある。ここで、例えば、低電圧ＮＭＯＳトランジスタの狙い閾値電圧を０．３０Ｖと仮定すると、低電圧ＮＭＯＳトランジスタに最適なシリコン層の堆積膜厚は、２６ｎｍ程度となる。一方、低電圧ＰＭＯＳトランジスタの狙い閾値電圧を−０．３３Ｖと仮定すると（図中、一点鎖線）、低電圧ＰＭＯＳトランジスタに最適なシリコン層の堆積膜厚は、３４ｎｍ程度となる。
【００６５】
したがって、図２２に示す例の場合、シリコン層４８の膜厚を３４ｎｍ程度に設定し、シリコン層５２の膜厚を２６ｎｍ程度に設定することにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタの双方において、狙い閾値電圧を得ることができる。
【００６６】
シリコン層４８，５２の膜厚の作り分けは、１つのリソグラフィー工程と１つのエッチング工程を追加するだけの簡単なプロセスにより行うことができ、製造コストの大幅な増加をもたらすこともない。
【００６７】
シリコン層４８及びシリコン層５２の膜厚は、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物の拡散速度、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物の拡散速度、狙い閾値電圧を得るための最適なノンドープ領域の膜厚等に応じて、適宜設定することが望ましい。
【００６８】
次いで、例えばＩＳＳＧ（in-situ steam generation）法により、減圧下でシリコン層４８の表面をウェット酸化し、例えば膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜６６を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を２０秒間とする。
【００６９】
次いで、シリコン酸化膜６６上に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚９０ｎｍのシリコン窒化膜６８を堆積する。処理条件は、例えば、温度を７００℃、時間を１５０分間とする。
【００７０】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、シリコン窒化膜６８、シリコン酸化膜６６、シリコン層４８，５２、及びシリコン基板１０を異方性エッチングし、各トランジスタ形成領域の間の領域を含む素子分離領域に、素子分離溝７０を形成する（図１１）。なお、フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００７１】
次いで、例えばＩＳＳＧ法により、減圧下でシリコン層４８，５２及びシリコン基板１０の表面をウェット酸化し、素子分離溝７０の内壁に、ライナー膜として、例えば膜厚２ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を１２秒間とする。
【００７２】
次いで、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を堆積し、素子分離溝７０をシリコン酸化膜によって埋め込む。
【００７３】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン窒化膜６８上のシリコン酸化膜を除去する。こうして、いわゆるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、素子分離溝７０に埋め込まれたシリコン酸化膜により、素子分離絶縁膜７２を形成する（図１２）。
【００７４】
次いで、シリコン窒化膜６８をマスクとして、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、素子分離絶縁膜７２を、例えば３０ｎｍ程度エッチングする。このエッチングは、完成したトランジスタにおいて、シリコン層４８，５２の表面の高さと素子分離絶縁膜７２の表面の高さとが同程度になるように調整するためのものである。
【００７５】
次いで、例えばホットリン酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６８を除去する（図１３）。
【００７６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６６を除去する。
【００７７】
次いで、熱酸化法により、例えば膜厚７ｎｍのシリコン酸化膜７４を形成する（図１４）。処理条件は、例えば、温度を７５０℃、時間を５２分間とする。
【００７８】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を覆い、低電圧トランジスタ形成領域１６，２４を露出するフォトレジスト膜７６を形成する。
【００７９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、フォトレジスト膜７６をマスクとしてシリコン酸化膜７４をエッチングする。これにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン酸化膜７４を除去する（図１５）。
【００８０】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜７６を除去する。
【００８１】
次いで、熱酸化法により、例えば膜厚２ｎｍのシリコン酸化膜７８を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を８秒間とする。
【００８２】
次いで、ＮＯ雰囲気中で、例えば８７０℃、１３秒間の熱処理を行い、シリコン酸化膜７４，７８内に窒素を導入する。
【００８３】
こうして、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、シリコン酸化膜７４のゲート絶縁膜７４ａを形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、シリコン酸化膜７４よりも薄いシリコン酸化膜７８のゲート絶縁膜７８ａを形成する（図１６）。
【００８４】
次いで、全面に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのノンドープのポリシリコン膜を堆積する。処理条件は、例えば、温度を６０５℃とする。
【００８５】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングし、各トランジスタ形成領域にゲート電極８０を形成する（図１７）。
【００８６】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ゲート電極８０をマスクとしてＮ型不純物を選択的にイオン注入し、ＬＤＤ領域となるＮ型不純物層８２を形成する。例えば、リンイオンを、加速エネルギー３５ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｎ型不純物層８２を形成する。
【００８７】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ゲート電極８０をマスクとしてＰ型不純物を選択的にイオン注入し、ＬＤＤ領域となるＰ型不純物層８４を形成する。例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｐ型不純物層８４を形成する。
【００８８】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、ゲート電極８０をマスクとしてＮ型不純物を選択的にイオン注入し、エクステンション領域となるＮ型不純物層８６を形成する。例えば、砒素イオンを、加速エネルギー６ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１４ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｎ型不純物層８６を形成する。
【００８９】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、ゲート電極６６をマスクとして選択的にイオン注入し、エクステンション領域となるＰ型不純物層８８を形成する（図１８）。例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー０．６ｋｅＶ、ドーズ量７×１０１４ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｐ型不純物層８８を形成する。
【００９０】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚８０ｎｍのシリコン酸化膜を堆積する。処理条件は、例えば、温度を５２０℃とする。
【００９１】
次いで、全面に堆積したシリコン酸化膜を異方性エッチングし、ゲート電極８０の側壁部分に選択的に残存させる。これにより、シリコン酸化膜のサイドウォールスペーサ９０を形成する（図１９）。
【００９２】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ゲート電極８０及びサイドウォールスペーサ９０をマスクとして選択的にイオン注入する。これにより、ソース／ドレイン領域となるＮ型不純物層９２を形成するとともに、ＮＭＯＳトランジスタのゲート電極８０にＮ型不純物を添加する。イオン注入条件は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー８ｋｅＶ、ドーズ量１．２×１０１６ｃｍ−２とする。
【００９３】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ゲート電極８０及びサイドウォールスペーサ９０をマスクとして選択的にイオン注入する。これにより、ソース／ドレイン領域となるＰ型不純物層９４を形成するとともに、ＰＭＯＳトランジスタのゲート電極８０にＰ型不純物を添加する。イオン注入条件は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー４ｋｅＶ、ドーズ量６×１０１５ｃｍ−２とする。
【００９４】
次いで、不活性ガス雰囲気中で、例えば１０２５℃、０秒間の短時間熱処理を行い、注入した不純物の活性化及びゲート電極８０中の拡散を行う。１０２５℃、０秒間の短時間熱処理は、ゲート電極８０とゲート絶縁膜との界面まで不純物を拡散させるのに十分である。
【００９５】
こうして、シリコン基板１０上に、４種類のトランジスタを完成する。すなわち、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＮＭＯＳ）を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＰＭＯＳ）を形成する。また、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＮＭＯＳ）を形成する。また、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＰＭＯＳ）を形成する（図２０）。
【００９６】
次いで、サリサイドプロセスにより、ゲート電極８０上、Ｎ型不純物層９２上、及びＰ型不純物層９４上に、金属シリサイド膜９６、例えばコバルトシリサイド膜を形成する。
【００９７】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜を堆積し、エッチングストッパ膜としてのシリコン窒化膜を形成する。
【００９８】
次いで、シリコン窒化膜上に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を堆積する。
【００９９】
これにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜の層間絶縁膜９８を形成する。
【０１００】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜９８の表面を研磨し、平坦化する。
【０１０１】
この後、層間絶縁膜９８に埋め込まれたコンタクトプラグ１００、コンタクトプラグ１００に接続された配線１０２等を形成し、半導体装置を完成する（図２１）。
【０１０２】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１０３】
［第２実施形態］
第２実施形態による半導体装置の製造方法について図２３乃至図２８を用いて説明する。図１乃至図２２に示す第１実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【０１０４】
図２３乃至図２８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１０５】
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による半導体装置の他の製造方法を説明する。
【０１０６】
まず、図３乃至図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、シリコン基板１０内に、Ｎウェル２０，４４、Ｐウェル２８，３６、Ｎ型高濃度不純物層２２、Ｐ型高濃度不純物層３０、Ｐ型不純物層３８、Ｎ型不純物層４６等を形成する（図７参照）。
【０１０７】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【０１０８】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。
【０１０９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１１０】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚２６ｎｍのノンドープのシリコン層５４をエピタキシャル成長する（図２３）。
【０１１１】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン層５４上に、例えば膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜５６を形成する。
【０１１２】
次いで、シリコン酸化膜５６上に、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５８を形成する（図２４）。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１１３】
次いで、フォトレジスト膜５８をマスクとして、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン酸化膜５８を除去する（図２５）。
【０１１４】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５８を除去する（図２６）。
【０１１５】
次いで、パターニングしたシリコン酸化膜５６をマスクとして、シリコン酸化膜５６により覆われていない領域のシリコン層５４上に、例えば膜厚８ｎｍのノンドープのシリコン層６０を選択的にエピタキシャル成長する（図２７）。
【０１１６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、シリコン酸化膜５８を除去する。
【０１１７】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、膜厚２６ｎｍのシリコン層５４と膜厚１０ｎｍのシリコン層６０との積層膜により、膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成する。また、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０に、膜厚２０ｎｍのシリコン層５４により、シリコン層５２を形成する。
【０１１８】
この後、図１１乃至図２１に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、図１に示す第１実施形態による半導体装置を完成する。
【０１１９】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１２０】
［第３実施形態］
第３実施形態による半導体装置の製造方法について図２９乃至図３９を用いて説明する。図１乃至図２８に示す第１及び第２実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【０１２１】
図２９は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図３０乃至図３９は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１２２】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図２９を用いて説明する。
【０１２３】
本実施形態による半導体装置は、各トランジスタの基本的な構造は、図１に示す第１実施形態による半導体装置と同様である。本実施形態による半導体装置は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の表面高さと低電圧ＮＭＯＳトランジスタの表面高さとが同じである点で、第１実施形態による半導体装置とは異なっている。
【０１２４】
第１実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン層４８をエッチングしてシリコン層５２を形成しているため、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとが異なっている。また、第２実施形態では、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン層５４上にシリコン層６０を選択成長しているため、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとが異なっている。
【０１２５】
シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとを等しくすることにより、基板表面の平坦性を向上することができ、後工程の製造プロセスを容易にすることができる。また、マスクが不要であり、工程数の削減、ひいては製造コストを削減することができる。
【０１２６】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図３０乃至図３９を用いて説明する。
【０１２７】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外（例えば、スクライブ領域）に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【０１２８】
次いで、シリコン基板１０の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図３０）。
【０１２９】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜１８を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１３０】
次いで、フォトレジスト膜１８をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とを形成する（図３１）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１３１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１８を除去する。
【０１３２】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行う。
【０１３３】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１３４】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚８ｎｍのノンドープのシリコン層６０をエピタキシャル成長する（図３２）。
【０１３５】
次いで、シリコン層６０上に、例えば熱酸化法により、表面の保護膜としてのシリコン酸化膜６２を形成する。
【０１３６】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜３４を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１３７】
次いで、フォトレジスト膜３４をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とを形成する（図３３）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１３８】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３４を除去する。
【０１３９】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜４２を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１４０】
次いで、フォトレジスト膜４２をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とを形成する（図３４）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１４１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【０１４２】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜２６を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１４３】
次いで、フォトレジスト膜２６をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とを形成する（図３５）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１４４】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜２６を除去する。
【０１４５】
なお、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に行うイオン注入は、何れの領域を先に行ってもよい。
【０１４６】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行う。
【０１４７】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６２を除去する。
【０１４８】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚２６ｎｍのノンドープのシリコン層５４をエピタキシャル成長する。
【０１４９】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のＮ型高濃度不純物層２２上に、膜厚８ｎｍのシリコン層６０と膜厚２６ｎｍのシリコン層５４との積層膜により、膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成する。また、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のＰ型高濃度不純物層３０上、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域のＰ型不純物層３８上、及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域のＮ型不純物層４４上に、膜厚２６ｎｍのシリコン層５４により、シリコン層５２を形成する（図３６）。
【０１５０】
次いで、図１１乃至図１３に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、活性領域を画定する素子分離絶縁膜７２を形成する（図３７）。なお、本実施形態では、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さが同じであるため、素子分離絶縁膜７２を形成する際の研磨を容易に行うことができる。また、マスクが不要であり、工程数の削減、ひいては製造コストを削減することができる。
【０１５１】
次いで、図１４乃至図２０に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、各トランジスタを形成する（図３８）。
【０１５２】
次いで、図２１に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、金属シリサイド膜９６、層間絶縁膜９８、コンタクトプラグ１００、配線１０２等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する（図３９）。
【０１５３】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１５４】
［参考例］
参考例による半導体装置の製造方法について図４０乃至図４６を用いて説明する。図１乃至図３９に示す第１乃至第３実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１５５】
図４０乃至図４５は、本参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図４６は、本参考例による半導体装置の製造方法により製造した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【０１５６】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【０１５７】
次いで、シリコン基板１０の全面に、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図４０（ａ））。
【０１５８】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０及びＮ型高濃度不純物層２２を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１５９】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８及びＮ型高濃度不純物層３０を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１６０】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６及びＰ型不純物層３８を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１６１】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４及びＮ型不純物層４６を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる（図４０（ｂ））。
【０１６２】
次いで、熱処理を行い、イオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。
【０１６３】
次いで、弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１６４】
次いで、シリコン基板１０上に、例えば膜厚３０ｎｍのノンドープのシリコン層４８をエピタキシャル成長する（図４１（ａ））。
【０１６５】
次いで、ＳＴＩ法により、シリコン基板１０及びシリコン層４８に、素子分離絶縁膜７２を形成する（図４１（ｂ））。
【０１６６】
次いで、弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６６を除去する。
【０１６７】
次いで、活性領域上に、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ用のゲート絶縁膜７４ａとなるシリコン酸化膜７４を形成する（図４２（ａ））。
【０１６８】
次いで、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン酸化膜７４を選択的に除去する（図４２（ｂ））。
【０１６９】
次いで、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４の活性領域上に、ゲート絶縁膜７８ａとなるシリコン酸化膜７８を形成する（図４３（ａ））。
【０１７０】
こうして、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、シリコン酸化膜７４のゲート絶縁膜７４ａを形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、シリコン酸化膜７４よりも薄いシリコン酸化膜７８のゲート絶縁膜７８ａを形成する。
【０１７１】
次いで、全面に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのポリシリコン膜を堆積する。
【０１７２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングし、各トランジスタ形成領域にゲート電極８０を形成する（図４３（ｂ））。
【０１７３】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４に、エクステンション領域となるＮ型不純物層８６を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６に、エクステンション領域となるＰ型不純物層８８を形成する。また、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ＬＤＤ領域となるＮ型不純物層８２を形成する。また、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ＬＤＤ領域となるＰ型不純物層８４を形成する（図４４（ａ））。
【０１７４】
次いで、シリコン酸化膜を堆積して異方性エッチングし、ゲート電極８０の側壁部分に、サイドウォールスペーサ９０を形成する（図４４（ｂ））。
【０１７５】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４及び高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ソース／ドレイン領域となるＮ型不純物層９２を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ソース／ドレイン領域となるＰ型不純物層９２を形成する（図４５）。
【０１７６】
次いで、熱処理を行い、注入した不純物を活性化する。
【０１７７】
こうして、シリコン基板１０上に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタと、低電圧ＰＭＯＳトランジスタと、高電圧ＮＭＯＳトランジスタと、高電圧ＰＭＯＳトランジスタを形成する。
【０１７８】
図４６は、上述の製造方法により形成した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【０１７９】
図４６に示すように、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０を形成するボロン（Ｂ）は、エピタキシャルシリコン層（図中、「Ｅｐｉ」）よりも深くに不純物濃度のピークを有しており、エピタキシャルシリコン層方向への拡散は小さい。
【０１８０】
これに対し、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層を形成する砒素（Ａｓ）は、エピタキシャルシリコン層とシリコン基板との界面近傍に不純物濃度のピークを有しており、エピタキシャルシリコン層方向へ拡散していることが判る。ボロンの不純物濃度分布と比較すると、エピタキシャルシリコン層側へ、およそ１０ｎｍ程度拡散している。
【０１８１】
高濃度不純物層上にエピタキシャルシリコン層を有するトランジスタの閾値電圧は、高濃度不純物層の不純物濃度とノンドープのシリコン層の膜厚（ゲート絶縁膜と高濃度不純物層との距離）に依存する。このため、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとで不純物の拡散速度が異なると、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層の膜厚が異なってくる。このため、このため、本参考例による半導体装置の製造方法では、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方に最適な不純物プロファイルを実現することが困難である。
【０１８２】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１８３】
例えば、上記実施形態では、下地の半導体基板としてシリコン基板を用いたが、下地の半導体基板は、必ずしもバルクのシリコン基板である必要はない。ＳＯＩ基板など、他の半導体基板を適用してもよい。
【０１８４】
また、上記実施形態では、エピタキシャル半導体層としてシリコン層を用いたが、必ずしもシリコン層である必要はない。シリコン層の代わりに、ＳｉＧｅ層やＳｉＣ層等の他の半導体層を適用してもよい。
【０１８５】
また、上記実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ、高電圧ＰＭＯＳトランジスタの４種類のトランジスタを有する半導体装置を示したが、必ずしも４種類のトランジスタを有する必要はない。例えば、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタの２種類のトランジスタだけを含むようにしてもよいし、閾値電圧の異なる複数種類の低電圧トランジスタや高電圧トランジスタを設けるようにしてもよい。
【０１８６】
また、上記実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタと高電圧ＮＭＯＳトランジスタのウェル、及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタと高電圧ＰＭＯＳトランジスタのウェルを、それぞれ別々に形成したが、低電圧トランジスタのウェルと高電圧トランジスタのウェルを同時に形成してもよい。
【０１８７】
また、上記実施形態では、各トランジスタのウェルを形成した後に素子分離絶縁膜を形成しているが、これは、エッチング工程における素子分離絶縁膜の膜減り抑制するためである。素子分離絶縁膜は必ずしもウェルの形成後に形成する必要はなく、素子分離絶縁膜の形成後にウェルを形成するようにしてもよい。
【０１８８】
また、上記実施形態に記載した半導体装置の構造、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【０１８９】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１９０】
（付記１） 半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、
前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、
前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、
前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、
前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、
前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、
前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【０１９１】
（付記２） 付記１記載の半導体装置において、
前記半導体基板の第３の領域に形成された前記第１導電型の第３の不純物層と、
前記第３の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第３のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に形成された第３のゲート電極と、
前記第３のエピタキシャル半導体層及び前記第３の領域の前記半導体基板内に形成された前記第２導電型の第３のソース／ドレイン領域とを有する第３のトランジスタと、
前記半導体基板の第４の領域に形成された前記第２導電型の第４の不純物層と、
前記第４の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第４のエピタキシャル半導体層と、
前記第４のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第４のゲート絶縁膜と、
前記第４のゲート絶縁膜上に形成された第４のゲート電極と、
前記第４のエピタキシャル半導体層及び前記第４の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第４のソース／ドレイン領域とを有する第４のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【０１９２】
（付記３） 付記１又は２記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の膜厚は、前記第２のエピタキシャル半導体層の膜厚よりも厚く、
前記第１の不純物層を形成する不純物の拡散速度は、前記第２の不純物層を形成する不純物の拡散速度よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９３】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９４】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、砒素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９５】
（付記６） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９６】
（付記７） 付記１乃至３及び６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、アンチモンを含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９７】
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の表面高さと、前記第２のエピタキシャル半導体層の表面高さとが等しい
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９８】
（付記９） 半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、
前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１９９】
（付記１０） 付記９記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体層をエピタキシャル成長する工程よりも前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記マスクを形成する工程では、前記半導体層上に、前記第１の領域及び前記第３の領域を露出し、前記第２の領域及び前記第４の領域を覆う前記マスクを形成し、
前記半導体層の一部を除去する工程では、前記マスクを用いて、前記第３の領域及び前記第４の領域の前記半導体層の一部を更に除去し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２００】
（付記１１） 半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０１】
（付記１２） 付記１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程の後、前記第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程の前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０２】
（付記１３） 付記９乃至１２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、
前記第２の不純物層を形成する工程では、ボロン及び炭素を含む前記第２の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置。
【０２０３】
（付記１４） 付記９乃至１３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、
前記第１の不純物層を形成する工程では、砒素を含む前記第１の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０４】
（付記１５） 付記９乃至１２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、
前記第２の不純物層を形成する工程では、アンチモンを含む前記第２の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置。
【０２０５】
（付記１６） 付記９乃至１２及び１５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、
前記第１の不純物層を形成する工程では、ボロン及び炭素を含む前記第１の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０２０６】
１０…シリコン基板
１２…溝
１４，５２，５６，６２，６６，７４…シリコン酸化膜
１６…低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域
１８，２６，３４，４２，５０，５８，７６…フォトレジスト膜
２０，４４…Ｎウェル
２２…Ｎ型高濃度不純物層
２４…低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域
２８，３６…Ｐウェル
３０…Ｐ型高濃度不純物層
３２…高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域
３８，８４，８８…Ｐ型不純物層
４０…高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域
４６，８２，８６…Ｎ型不純物層
４８，５２，５４，６０…シリコン層
６８…シリコン窒化膜
７０…素子分離溝
７２…素子分離絶縁膜
７４ａ，７８ａ…ゲート絶縁膜
８０…ゲート電極
９０…サイドウォールスペーサ
９２…Ｎ型不純物層（ソース／ドレイン領域）
９４…Ｐ型不純物層（ソース／ドレイン領域）
９６…金属シリサイド膜
９８…層間絶縁膜
１００…コンタクトプラグ
１０２…配線
２００…シリコン基板
２０２…ソース領域
２０４…ドレイン領域
２０６…チャネル領域
２０８…高濃度不純物層
２１０…シリコン層
２１２…ゲート絶縁膜
２１４…ゲート電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化・高集積化に伴い、チャネル不純物の統計的揺らぎによるトランジスタの閾値電圧ばらつきが顕在化している。閾値電圧はトランジスタの性能を決定づける重要なパラメータの一つであり、高性能且つ高信頼性の半導体装置を製造するために、不純物の統計的揺らぎによる閾値電圧ばらつきを低減することは重要である。
【０００３】
不純物の統計的揺らぎによる閾値電圧のばらつきを低減する技術の一つとして、急峻な不純物濃度分布を有する高濃度のチャネル不純物層上にノンドープのエピタキシャルシリコン層を形成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４８２７１４号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９／０１０８３５０号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】A. Asenov, "Suppression of Random Dopant-Induced Threshold Voltage Fluctuations in Sub-0.1-μm MOSFET's with Epitaxial and δ-Doped Channels", IEEE Transactions on Electrond Devices, Vol. 46, NO. 8, p. 1718, 1999
【非特許文献２】Woo-Hyeong Lee, "MOS Device Structure Development for ULSI: Low Power/High Speed Operation", Microelectron. Reliab., Vol. 37, No. 9, pp. 1309-1314, 1997
【非特許文献３】A. Hokazono et al., "Steep Channel Profiles in n/pMOS Controlled by Boron-Doped Si:C Layers for Continual Bulk-CMOS Scaling", IEDM09-673
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、提案されている上記技術を半導体装置の製造プロセスに組み込むための方法については、具体的な提案はなされていなかった。特に、上記技術を半導体装置の製造プロセスに採用することにより生じる新たな課題や、その解決手段について、具体的な検討はなされていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、低廉なプロセスにて高性能・高信頼性を実現しうる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一観点によれば、半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタとを有する半導体装置が提供される。
【０００９】
また、実施形態の他の観点によれば、半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
また、実施形態の更に他の観点によれば、半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
開示の半導体装置及びその製造方法によれば、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャル半導体層の膜厚を、狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚に設定することができる。これにより、閾値電圧の制御性が向上し、半導体装置の製造を容易にするとともに、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その１）である。
【図２】図２は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その２）である。
【図３】図３は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４】図４は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図５】図５は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図６】図６は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図７】図７は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図８】図８は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図９】図９は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図１０】図１０は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図１１】図１１は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【図１２】図１２は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１０）である。
【図１３】図１３は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１１）である。
【図１４】図１４は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１２）である。
【図１５】図１５は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１３）である。
【図１６】図１６は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１４）である。
【図１７】図１７は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１５）である。
【図１８】図１８は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１６）である。
【図１９】図１９は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１７）である。
【図２０】図２０は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１８）である。
【図２１】図２１は、第１実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１９）である。
【図２２】図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係を示すグラフである。
【図２３】図２３は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図２４】図２４は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図２５】図２５は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図２６】図２６は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図２７】図２７は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図２８】図２８は、第２実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図２９】図２９は、第３実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図３０】図３０は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３１】図３１は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図３２】図３２は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図３３】図３３は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図３４】図３４は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図３５】図３５は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図３６】図３６は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その７）である。
【図３７】図３７は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その８）である。
【図３８】図３８は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その９）である。
【図３９】図３９は、第３実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１０）である。
【図４０】図４９は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図４１】図４１は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４２】図４２は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図４３】図４３は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図４４】図４４は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図４５】図４５は、参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その６）である。
【図４６】図４６は、参考例による半導体装置の製造方法により製造した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
第１実施形態による半導体装置及びその製造方法について図１乃至図２２を用いて説明する。
【００１４】
図１及び図２は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図３乃至図２１は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係を示すグラフである。
【００１５】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。
【００１６】
シリコン基板１０上には、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０が設けられている。各トランジスタ形成領域には、素子分離絶縁膜７２によって活性領域が画定されている。
【００１７】
低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン基板１０内には、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とが形成されている。Ｎ型高濃度不純物層２２上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層４８が形成されている。シリコン層４８上には、ゲート絶縁膜７８ａが形成されている。ゲート絶縁膜７８ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層４８及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９４が形成されている。これらにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＰＭＯＳ）が形成されている。
【００１８】
低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン基板１０内には、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とが形成されている。Ｐ型高濃度不純物層３０上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長され、シリコン層４８よりも薄いシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、ゲート絶縁膜７８ａが形成されている。ゲート絶縁膜７８ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９２が形成されている。これらにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＮＭＯＳ）が形成されている。
【００１９】
低電圧ＰＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタは、主に、高速動作が必要とされる回路部分に用いられるものである。
【００２０】
高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２のシリコン基板１０内には、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とが形成されている。Ｐ型不純物層３８は、接合耐圧やホットキャリア耐性を向上するために、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０よりも低濃度且つなだらかな不純物分布になっている。Ｐ型不純物層３８上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、低電圧トランジスタのゲート絶縁膜７８ａよりも厚いゲート絶縁膜７４ａが形成されている。ゲート絶縁膜７４ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９２が形成されている。これらにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＮＭＯＳ）が形成されている。
【００２１】
高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０のシリコン基板１０内には、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とが形成されている。Ｎ型不純物層４６は、接合耐圧やホットキャリア耐性を向上するために、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層２２よりも低濃度且つなだらかな不純物分布になっている。Ｎ型不純物層４６上には、シリコン基板１０上にエピタキシャル成長されたシリコン層５２が形成されている。シリコン層５２上には、低電圧トランジスタのゲート絶縁膜７８ａよりも厚いゲート絶縁膜７４ａが形成されている。ゲート絶縁膜７４ａ上には、ゲート電極８０が形成されている。ゲート電極８０の両側のシリコン層５２及びシリコン基板１０内には、ソース／ドレイン領域９４が形成されている。これらにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＰＭＯＳ）が形成されている。
【００２２】
高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタは、３．３Ｖ Ｉ／Ｏ等、高電圧の印加される回路部分に用いられるものである。
【００２３】
各トランジスタのゲート電極８０上及びソース／ドレイン領域９２，９４上には、金属シリサイド膜９６が形成されている。
【００２４】
４種類のトランジスタが形成されたシリコン基板１０上には、層間絶縁膜９８が形成されている。層間絶縁膜９８には、トランジスタに接続されたコンタクトプラグ１００が埋め込まれている。コンタクトプラグ１００には、配線１０２が接続されている。
【００２５】
このように、本実施形態による半導体装置は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタの２種類の低電圧トランジスタと、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタの２種類の高電圧トランジスタとを有している。
【００２６】
低電圧トランジスタは、例えば図２に示すように、チャネル領域２０６に、急峻な不純物濃度分布を有する高濃度不純物層２０８と、高濃度不純物層２０８上にエピタキシャル成長されたノンドープのシリコン層２１０とを有するものである。図２の高濃度不純物層２０８及びシリコン層２１０は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層２２及びシリコン層４８に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０及びシリコン層５２に、それぞれ相当する。高濃度不純物層上にノンドープのエピタキシャル層を有するトランジスタ構造は、不純物の統計的揺らぎによるトランジスタの閾値電圧ばらつきを抑制するために有効である。
【００２７】
ただし、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとでは、高濃度不純物層２０８を形成する不純物が異なっており、これら不純物の拡散速度も異なっている。例えば、後述する参考例の場合では、ＰＭＯＳトランジスタの高濃度不純物層を形成する砒素のシリコン層２１０中への拡散が、ＮＭＯＳトランジスタの高濃度不純物層２０８を形成するボロンのシリコン層２１０中への拡散よりも速くなる。すなわち、ＰＭＯＳトランジスタでは、ＮＭＯＳトランジスタと比較して、高濃度不純物層２０８がよりシリコン層２１０側に分布する（図４６参照）。
【００２８】
高濃度不純物層２０８上にノンドープのシリコン層２１０を有するトランジスタの閾値電圧は、高濃度不純物層２０８の不純物濃度と、シリコン層２１０のノンドープ領域の膜厚（ゲート絶縁膜２１２と高濃度不純物層２０８との距離）とに依存する。このため、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとで不純物の拡散速度が異なることにより、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層２１０の膜厚が異なることがある。その結果、後述する参考例のようにＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとでエピタキシャルシリコン層の膜厚を同じにした場合、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方に最適な不純物プロファイルを実現することが困難である。
【００２９】
これに対し、本実施形態による半導体装置では、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に形成するシリコン層４８の膜厚と、ＮＭＯＳトランジスタ形成領域に形成するシリコン層５２の膜厚とを変えている。具体的には、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散よりも速い場合、例えば、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物をＡｓとし、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物をＢ／Ｃとした場合を考慮して、シリコン層５２の膜厚よりもシリコン層４８の膜厚を厚くしている。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層の膜厚を、狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができる。
【００３０】
なお、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散がＮ型高濃度不純物層２２を形成する不純物のエピタキシャル層方向への拡散よりも速い場合、例えば、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物をＢ／Ｃとし、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物をＳｂとした場合には、ＮＭＯＳとＰＭＯＳとでシリコン層の膜厚の関係を逆にしてもよい。また、本実施形態では、高電圧トランジスタ形成領域のシリコン層５２の膜厚を、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのシリコン層５２の膜厚と同じにしているが、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の膜厚と同じにしてもよい。高電圧トランジスタ形成領域のシリコン層５２の膜厚は、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのシリコン層５２の膜厚及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の膜厚と異なってもよい。
【００３１】
各トランジスタ領域に形成するエピタキシャルシリコン層の膜厚は、各トランジスタに求められる特性に応じて、適宜変更することができる。
【００３２】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図３乃至図２１を用いて説明する。
【００３３】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外（例えば、スクライブ領域）に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【００３４】
本実施形態による半導体装置の製造方法では、素子分離絶縁膜７２の形成前に、ウェルやチャネル不純物層を形成する。溝１２は、素子分離絶縁膜７２の形成前に行われるリソグラフィー工程（ウェルやチャネル不純物層の形成等）において、マスクアライメント用のマークとして用いられるものである。
【００３５】
次いで、シリコン基板１０の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図３）。
【００３６】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜１８を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００３７】
次いで、フォトレジスト膜１８をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とを形成する（図４）。
【００３８】
Ｎウェル２０は、例えば、リンイオン（Ｐ＋）を、加速エネルギー３６０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向からそれぞれイオン注入することにより形成する。Ｎ型高濃度不純物層２２は、例えば、砒素イオン（Ａｓ＋）を、加速エネルギー６ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。砒素イオンに代えて、アンチモンイオン（Ｓｂ＋）を、加速エネルギー２０ｋｅＶ、ドーズ量１×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成してもよい。
【００３９】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１８を除去する。
【００４０】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜２６を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４１】
次いで、フォトレジスト膜２６をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とを形成する（図５）。
【００４２】
Ｐウェル２８は、例えば、ボロンイオン（Ｂ＋）を、加速エネルギー１５０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｐ型高濃度不純物層３０は、例えば、ゲルマニウムイオン（Ｇｅ＋）を、加速エネルギー５０ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１４ｃｍ−２の条件で、炭素イオン（Ｃ＋）を、加速エネルギー３ｋｅＶ、ドーズ量３×１０１４ｃｍ−２の条件で、ボロンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量３×１０１３ｃｍ−２の条件で、それぞれイオン注入することにより形成する。ゲルマニウムは、シリコン基板１０を非晶質化してボロンイオンのチャネリングを防止するとともに、シリコン基板１０を非晶質化して炭素が格子点に配される確率を高めるように作用する。格子点に配された炭素は、ボロンの拡散を抑制するように作用する。かかる観点から、ゲルマニウムは、炭素及びボロンよりも先にイオン注入する。Ｐウェル２０は、Ｐ型高濃度不純物層３０よりも先に形成することが望ましい。
【００４３】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜２６を除去する。
【００４４】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜３４を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４５】
次いで、フォトレジスト膜３４をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とを形成する（図６）。
【００４６】
Ｐウェル３６は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー１５０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｐ型不純物層３８は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１２ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。なお、高電圧動作のＮＭＯＳトランジスタでは、チャネル領域の不純物濃度分布をなだらかにして接合耐圧、ホットキャリア耐性を改善する観点から、炭素及びゲルマニウムのイオン注入を行っていない。
【００４７】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３４を除去する。
【００４８】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜４２を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００４９】
次いで、フォトレジスト膜４２をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とを形成する（図７）。
【００５０】
Ｎウェル４４は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー３６０ｋｅＶ、ドーズ量７．５×１０１２ｃｍ−２の条件で、基板法線方向に対して傾斜した４方向から、それぞれイオン注入することにより形成する。Ｎ型不純物層４６は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー２ｋｅＶ、ドーズ量５×１０１２ｃｍ−２の条件でイオン注入することにより形成する。なお、高電圧動作のＮＭＯＳトランジスタでは、チャネル領域の不純物濃度分布をなだらかにして接合耐圧、ホットキャリア耐性を改善する観点から、砒素又はアンチモンに代えてリンのイオン注入を行っている。
【００５１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【００５２】
なお、各トランジスタ形成領域に行うイオン注入は、どの領域から行ってもよい。
【００５３】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行い、次いで、１０００℃０秒の熱処理を行う。
【００５４】
この際、Ｐ型高濃度不純物層３０にはボロンとともにゲルマニウム及び炭素を導入しているため、ボロンのみを導入しているＰ型不純物層３８と比較して、ボロンの拡散を抑制することができる。これにより、Ｐ型高濃度不純物層３０の急峻な分布を維持しつつ、Ｐ型不純物層３８の不純物をブロードに分布させることができる。
【００５５】
また、Ｎ型高濃度不純物層２２は、Ｎ型不純物層４６を形成する燐よりも拡散定数の小さい砒素を用いて形成されているため、Ｎ型高濃度不純物層２２の急峻な分布を維持しつつ、Ｎ型不純物層４６の不純物をブロードに分布させることができる。
【００５６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【００５７】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚３４ｎｍのノンドープのシリコン層４８をエピタキシャル成長する（図８）。
【００５８】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５０を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。なお、砒素に代えてアンチモンを用いた場合は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５０を形成する。以下の工程では、砒素を用いた場合を想定して説明する。
【００５９】
次いで、フォトレジスト膜５０をマスクとして、例えばＴＭＡＨやフッ硝酸水溶液（ＨＦ／ＨＮＯ３／Ｈ２Ｏ）を用いたウェットエッチングを行い、フォトレジスト膜５０で覆われていない領域のシリコン層４８を、８ｎｍ程度エッチングする（図９）。
【００６０】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５０を除去する。
【００６１】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成し、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０に膜厚２６ｎｍのシリコン層５２を形成する（図１０）。
【００６２】
前述のように、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する砒素のシリコン層４８方向への拡散は、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成するボロンのシリコン層５２方向への拡散よりも１０ｎｍ程度大きい。このため、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層の堆積膜厚も、低電圧ＰＭＯＳトランジスタと低電圧ＮＭＯＳトランジスタとで異なってくる。
【００６３】
図２２は、低電圧トランジスタの閾値電圧とエピタキシャルシリコン層の堆積膜厚との関係の一例を示すグラフである。縦軸は、閾値電圧の絶対値を表し、横軸はシリコン層の堆積膜厚を表している。図中、■印のプロットがＰＭＯＳであり、◆印のプロットがＮＭＯＳである。
【００６４】
図２２に示すように、閾値電圧の絶対値は、シリコン層の堆積膜厚が増加するほどに低くなる傾向にある。ここで、例えば、低電圧ＮＭＯＳトランジスタの狙い閾値電圧を０．３０Ｖと仮定すると、低電圧ＮＭＯＳトランジスタに最適なシリコン層の堆積膜厚は、２６ｎｍ程度となる。一方、低電圧ＰＭＯＳトランジスタの狙い閾値電圧を−０．３３Ｖと仮定すると（図中、一点鎖線）、低電圧ＰＭＯＳトランジスタに最適なシリコン層の堆積膜厚は、３４ｎｍ程度となる。
【００６５】
したがって、図２２に示す例の場合、シリコン層４８の膜厚を３４ｎｍ程度に設定し、シリコン層５２の膜厚を２６ｎｍ程度に設定することにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタの双方において、狙い閾値電圧を得ることができる。
【００６６】
シリコン層４８，５２の膜厚の作り分けは、１つのリソグラフィー工程と１つのエッチング工程を追加するだけの簡単なプロセスにより行うことができ、製造コストの大幅な増加をもたらすこともない。
【００６７】
シリコン層４８及びシリコン層５２の膜厚は、Ｎ型高濃度不純物層２２を形成する不純物の拡散速度、Ｐ型高濃度不純物層３０を形成する不純物の拡散速度、狙い閾値電圧を得るための最適なノンドープ領域の膜厚等に応じて、適宜設定することが望ましい。
【００６８】
次いで、例えばＩＳＳＧ（in-situ steam generation）法により、減圧下でシリコン層４８の表面をウェット酸化し、例えば膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜６６を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を２０秒間とする。
【００６９】
次いで、シリコン酸化膜６６上に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚９０ｎｍのシリコン窒化膜６８を堆積する。処理条件は、例えば、温度を７００℃、時間を１５０分間とする。
【００７０】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、シリコン窒化膜６８、シリコン酸化膜６６、シリコン層４８，５２、及びシリコン基板１０を異方性エッチングし、各トランジスタ形成領域の間の領域を含む素子分離領域に、素子分離溝７０を形成する（図１１）。なお、フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【００７１】
次いで、例えばＩＳＳＧ法により、減圧下でシリコン層４８，５２及びシリコン基板１０の表面をウェット酸化し、素子分離溝７０の内壁に、ライナー膜として、例えば膜厚２ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を１２秒間とする。
【００７２】
次いで、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を堆積し、素子分離溝７０をシリコン酸化膜によって埋め込む。
【００７３】
次いで、例えばＣＭＰ法により、シリコン窒化膜６８上のシリコン酸化膜を除去する。こうして、いわゆるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により、素子分離溝７０に埋め込まれたシリコン酸化膜により、素子分離絶縁膜７２を形成する（図１２）。
【００７４】
次いで、シリコン窒化膜６８をマスクとして、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、素子分離絶縁膜７２を、例えば３０ｎｍ程度エッチングする。このエッチングは、完成したトランジスタにおいて、シリコン層４８，５２の表面の高さと素子分離絶縁膜７２の表面の高さとが同程度になるように調整するためのものである。
【００７５】
次いで、例えばホットリン酸を用いたウェットエッチングにより、シリコン窒化膜６８を除去する（図１３）。
【００７６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６６を除去する。
【００７７】
次いで、熱酸化法により、例えば膜厚７ｎｍのシリコン酸化膜７４を形成する（図１４）。処理条件は、例えば、温度を７５０℃、時間を５２分間とする。
【００７８】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧トランジスタ形成領域３２，４０を覆い、低電圧トランジスタ形成領域１６，２４を露出するフォトレジスト膜７６を形成する。
【００７９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、フォトレジスト膜７６をマスクとしてシリコン酸化膜７４をエッチングする。これにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン酸化膜７４を除去する（図１５）。
【００８０】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜７６を除去する。
【００８１】
次いで、熱酸化法により、例えば膜厚２ｎｍのシリコン酸化膜７８を形成する。処理条件は、例えば、温度を８１０℃、時間を８秒間とする。
【００８２】
次いで、ＮＯ雰囲気中で、例えば８７０℃、１３秒間の熱処理を行い、シリコン酸化膜７４，７８内に窒素を導入する。
【００８３】
こうして、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、シリコン酸化膜７４のゲート絶縁膜７４ａを形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、シリコン酸化膜７４よりも薄いシリコン酸化膜７８のゲート絶縁膜７８ａを形成する（図１６）。
【００８４】
次いで、全面に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのノンドープのポリシリコン膜を堆積する。処理条件は、例えば、温度を６０５℃とする。
【００８５】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングし、各トランジスタ形成領域にゲート電極８０を形成する（図１７）。
【００８６】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ゲート電極８０をマスクとしてＮ型不純物を選択的にイオン注入し、ＬＤＤ領域となるＮ型不純物層８２を形成する。例えば、リンイオンを、加速エネルギー３５ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｎ型不純物層８２を形成する。
【００８７】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ゲート電極８０をマスクとしてＰ型不純物を選択的にイオン注入し、ＬＤＤ領域となるＰ型不純物層８４を形成する。例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー１０ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１３ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｐ型不純物層８４を形成する。
【００８８】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、ゲート電極８０をマスクとしてＮ型不純物を選択的にイオン注入し、エクステンション領域となるＮ型不純物層８６を形成する。例えば、砒素イオンを、加速エネルギー６ｋｅＶ、ドーズ量２×１０１４ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｎ型不純物層８６を形成する。
【００８９】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、ゲート電極６６をマスクとして選択的にイオン注入し、エクステンション領域となるＰ型不純物層８８を形成する（図１８）。例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー０．６ｋｅＶ、ドーズ量７×１０１４ｃｍ−２の条件でイオン注入し、Ｐ型不純物層８８を形成する。
【００９０】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚８０ｎｍのシリコン酸化膜を堆積する。処理条件は、例えば、温度を５２０℃とする。
【００９１】
次いで、全面に堆積したシリコン酸化膜を異方性エッチングし、ゲート電極８０の側壁部分に選択的に残存させる。これにより、シリコン酸化膜のサイドウォールスペーサ９０を形成する（図１９）。
【００９２】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ゲート電極８０及びサイドウォールスペーサ９０をマスクとして選択的にイオン注入する。これにより、ソース／ドレイン領域となるＮ型不純物層９２を形成するとともに、ＮＭＯＳトランジスタのゲート電極８０にＮ型不純物を添加する。イオン注入条件は、例えば、リンイオンを、加速エネルギー８ｋｅＶ、ドーズ量１．２×１０１６ｃｍ−２とする。
【００９３】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ゲート電極８０及びサイドウォールスペーサ９０をマスクとして選択的にイオン注入する。これにより、ソース／ドレイン領域となるＰ型不純物層９４を形成するとともに、ＰＭＯＳトランジスタのゲート電極８０にＰ型不純物を添加する。イオン注入条件は、例えば、ボロンイオンを、加速エネルギー４ｋｅＶ、ドーズ量６×１０１５ｃｍ−２とする。
【００９４】
次いで、不活性ガス雰囲気中で、例えば１０２５℃、０秒間の短時間熱処理を行い、注入した不純物の活性化及びゲート電極８０中の拡散を行う。１０２５℃、０秒間の短時間熱処理は、ゲート電極８０とゲート絶縁膜との界面まで不純物を拡散させるのに十分である。
【００９５】
こうして、シリコン基板１０上に、４種類のトランジスタを完成する。すなわち、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＮＭＯＳ）を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＬＶ ＰＭＯＳ）を形成する。また、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＮＭＯＳ）を形成する。また、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ（ＨＶ ＰＭＯＳ）を形成する（図２０）。
【００９６】
次いで、サリサイドプロセスにより、ゲート電極８０上、Ｎ型不純物層９２上、及びＰ型不純物層９４上に、金属シリサイド膜９６、例えばコバルトシリサイド膜を形成する。
【００９７】
次いで、全面に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのシリコン窒化膜を堆積し、エッチングストッパ膜としてのシリコン窒化膜を形成する。
【００９８】
次いで、シリコン窒化膜上に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を堆積する。
【００９９】
これにより、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との積層膜の層間絶縁膜９８を形成する。
【０１００】
次いで、例えばＣＭＰ法により、層間絶縁膜９８の表面を研磨し、平坦化する。
【０１０１】
この後、層間絶縁膜９８に埋め込まれたコンタクトプラグ１００、コンタクトプラグ１００に接続された配線１０２等を形成し、半導体装置を完成する（図２１）。
【０１０２】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１０３】
［第２実施形態］
第２実施形態による半導体装置の製造方法について図２３乃至図２８を用いて説明する。図１乃至図２２に示す第１実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【０１０４】
図２３乃至図２８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１０５】
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による半導体装置の他の製造方法を説明する。
【０１０６】
まず、図３乃至図７に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、シリコン基板１０内に、Ｎウェル２０，４４、Ｐウェル２８，３６、Ｎ型高濃度不純物層２２、Ｐ型高濃度不純物層３０、Ｐ型不純物層３８、Ｎ型不純物層４６等を形成する（図７参照）。
【０１０７】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【０１０８】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。
【０１０９】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１１０】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚２６ｎｍのノンドープのシリコン層５４をエピタキシャル成長する（図２３）。
【０１１１】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン層５４上に、例えば膜厚３ｎｍのシリコン酸化膜５６を形成する。
【０１１２】
次いで、シリコン酸化膜５６上に、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜５８を形成する（図２４）。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１１３】
次いで、フォトレジスト膜５８をマスクとして、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン酸化膜５８を除去する（図２５）。
【０１１４】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜５８を除去する（図２６）。
【０１１５】
次いで、パターニングしたシリコン酸化膜５６をマスクとして、シリコン酸化膜５６により覆われていない領域のシリコン層５４上に、例えば膜厚８ｎｍのノンドープのシリコン層６０を選択的にエピタキシャル成長する（図２７）。
【０１１６】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチング又はドライエッチングにより、シリコン酸化膜５８を除去する。
【０１１７】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、膜厚２６ｎｍのシリコン層５４と膜厚１０ｎｍのシリコン層６０との積層膜により、膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成する。また、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４及び高電圧トランジスタ形成領域３２，４０に、膜厚２０ｎｍのシリコン層５４により、シリコン層５２を形成する。
【０１１８】
この後、図１１乃至図２１に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、図１に示す第１実施形態による半導体装置を完成する。
【０１１９】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１２０】
［第３実施形態］
第３実施形態による半導体装置の製造方法について図２９乃至図３９を用いて説明する。図１乃至図２８に示す第１及び第２実施形態による半導体装置及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
【０１２１】
図２９は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図３０乃至図３９は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１２２】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図２９を用いて説明する。
【０１２３】
本実施形態による半導体装置は、各トランジスタの基本的な構造は、図１に示す第１実施形態による半導体装置と同様である。本実施形態による半導体装置は、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのシリコン層４８の表面高さと低電圧ＮＭＯＳトランジスタの表面高さとが同じである点で、第１実施形態による半導体装置とは異なっている。
【０１２４】
第１実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン層４８をエッチングしてシリコン層５２を形成しているため、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとが異なっている。また、第２実施形態では、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のシリコン層５４上にシリコン層６０を選択成長しているため、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとが異なっている。
【０１２５】
シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さとを等しくすることにより、基板表面の平坦性を向上することができ、後工程の製造プロセスを容易にすることができる。また、マスクが不要であり、工程数の削減、ひいては製造コストを削減することができる。
【０１２６】
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について図３０乃至図３９を用いて説明する。
【０１２７】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外（例えば、スクライブ領域）に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【０１２８】
次いで、シリコン基板１０の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図３０）。
【０１２９】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜１８を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１３０】
次いで、フォトレジスト膜１８をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０の低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０と、Ｎ型高濃度不純物層２２とを形成する（図３１）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１３１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜１８を除去する。
【０１３２】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行う。
【０１３３】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１３４】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚８ｎｍのノンドープのシリコン層６０をエピタキシャル成長する（図３２）。
【０１３５】
次いで、シリコン層６０上に、例えば熱酸化法により、表面の保護膜としてのシリコン酸化膜６２を形成する。
【０１３６】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜３４を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１３７】
次いで、フォトレジスト膜３４をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６と、Ｐ型不純物層３８とを形成する（図３３）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１３８】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜３４を除去する。
【０１３９】
次いで、フォトリソグラフィにより、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜４２を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１４０】
次いで、フォトレジスト膜４２をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４と、Ｎ型不純物層４６とを形成する（図３４）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１４１】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜４２を除去する。
【０１４２】
次いで、フォトリソグラフィにより、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４を露出し、他の領域を覆うフォトレジスト膜２６を形成する。フォトリソグラフィの位置合わせには、溝１２のマークを用いる。
【０１４３】
次いで、フォトレジスト膜２６をマスクとしてイオン注入を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０の低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８と、Ｐ型高濃度不純物層３０とを形成する（図３５）。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１４４】
次いで、例えばアッシングにより、フォトレジスト膜２６を除去する。
【０１４５】
なお、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域に行うイオン注入は、何れの領域を先に行ってもよい。
【０１４６】
次いで、不活性雰囲気中で熱処理を行い、シリコン基板１０及びシリコン層６０に導入されたイオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。例えば、窒素雰囲気中で、６００℃１５０秒の熱処理を行う。
【０１４７】
次いで、例えば弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６２を除去する。
【０１４８】
次いで、例えばＣＶＤ法により、シリコン基板１０の表面に、例えば膜厚２６ｎｍのノンドープのシリコン層５４をエピタキシャル成長する。
【０１４９】
こうして、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６のＮ型高濃度不純物層２２上に、膜厚８ｎｍのシリコン層６０と膜厚２６ｎｍのシリコン層５４との積層膜により、膜厚３４ｎｍのシリコン層４８を形成する。また、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のＰ型高濃度不純物層３０上、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域のＰ型不純物層３８上、及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域のＮ型不純物層４４上に、膜厚２６ｎｍのシリコン層５４により、シリコン層５２を形成する（図３６）。
【０１５０】
次いで、図１１乃至図１３に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、活性領域を画定する素子分離絶縁膜７２を形成する（図３７）。なお、本実施形態では、シリコン層４８の表面高さとシリコン層５２の表面高さが同じであるため、素子分離絶縁膜７２を形成する際の研磨を容易に行うことができる。また、マスクが不要であり、工程数の削減、ひいては製造コストを削減することができる。
【０１５１】
次いで、図１４乃至図２０に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、各トランジスタを形成する（図３８）。
【０１５２】
次いで、図２１に示す第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、金属シリサイド膜９６、層間絶縁膜９８、コンタクトプラグ１００、配線１０２等を形成し、本実施形態による半導体装置を完成する（図３９）。
【０１５３】
このように、本実施形態によれば、Ｎ型不純物とＰ型不純物との拡散速度の違いを考慮して、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域と低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域とで、エピタキシャルシリコン層の膜厚を変化している。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方において、エピタキシャルシリコン層を狙い閾値電圧を得るための最適な膜厚にすることができ、閾値電圧の制御性を向上することができる。これにより、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１５４】
［参考例］
参考例による半導体装置の製造方法について図４０乃至図４６を用いて説明する。図１乃至図３９に示す第１乃至第３実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１５５】
図４０乃至図４５は、本参考例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。図４６は、本参考例による半導体装置の製造方法により製造した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【０１５６】
まず、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、シリコン基板１０の製品形成領域外に、マスクアライメント用のマークとして用いる溝１２を形成する。
【０１５７】
次いで、シリコン基板１０の全面に、シリコン基板１０の表面の保護膜としてのシリコン酸化膜１４を形成する（図４０（ａ））。
【０１５８】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６に、Ｎウェル２０及びＮ型高濃度不純物層２２を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１５９】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、Ｐウェル２８及びＮ型高濃度不純物層３０を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１６０】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、Ｐウェル３６及びＰ型不純物層３８を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる。
【０１６１】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、Ｎウェル４４及びＮ型不純物層４６を形成する。イオン注入には、例えば第１実施形態と同じ条件を用いることができる（図４０（ｂ））。
【０１６２】
次いで、熱処理を行い、イオン注入ダメージを回復するとともに、注入した不純物を活性化する。
【０１６３】
次いで、弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜１４を除去する。
【０１６４】
次いで、シリコン基板１０上に、例えば膜厚３０ｎｍのノンドープのシリコン層４８をエピタキシャル成長する（図４１（ａ））。
【０１６５】
次いで、ＳＴＩ法により、シリコン基板１０及びシリコン層４８に、素子分離絶縁膜７２を形成する（図４１（ｂ））。
【０１６６】
次いで、弗酸水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜６６を除去する。
【０１６７】
次いで、活性領域上に、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ用のゲート絶縁膜７４ａとなるシリコン酸化膜７４を形成する（図４２（ａ））。
【０１６８】
次いで、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４のシリコン酸化膜７４を選択的に除去する（図４２（ｂ））。
【０１６９】
次いで、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４の活性領域上に、ゲート絶縁膜７８ａとなるシリコン酸化膜７８を形成する（図４３（ａ））。
【０１７０】
こうして、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、シリコン酸化膜７４のゲート絶縁膜７４ａを形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域１６及び低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域２４に、シリコン酸化膜７４よりも薄いシリコン酸化膜７８のゲート絶縁膜７８ａを形成する。
【０１７１】
次いで、全面に、例えばＬＰＣＶＤ法により、例えば膜厚１００ｎｍのポリシリコン膜を堆積する。
【０１７２】
次いで、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングし、各トランジスタ形成領域にゲート電極８０を形成する（図４３（ｂ））。
【０１７３】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４に、エクステンション領域となるＮ型不純物層８６を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６に、エクステンション領域となるＰ型不純物層８８を形成する。また、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ＬＤＤ領域となるＮ型不純物層８２を形成する。また、高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ＬＤＤ領域となるＰ型不純物層８４を形成する（図４４（ａ））。
【０１７４】
次いで、シリコン酸化膜を堆積して異方性エッチングし、ゲート電極８０の側壁部分に、サイドウォールスペーサ９０を形成する（図４４（ｂ））。
【０１７５】
次いで、フォトリソグラフィ及びイオン注入により、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ領域２４及び高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域３２に、ソース／ドレイン領域となるＮ型不純物層９２を形成する。また、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ領域１６及び高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域４０に、ソース／ドレイン領域となるＰ型不純物層９２を形成する（図４５）。
【０１７６】
次いで、熱処理を行い、注入した不純物を活性化する。
【０１７７】
こうして、シリコン基板１０上に、低電圧ＮＭＯＳトランジスタと、低電圧ＰＭＯＳトランジスタと、高電圧ＮＭＯＳトランジスタと、高電圧ＰＭＯＳトランジスタを形成する。
【０１７８】
図４６は、上述の製造方法により形成した低電圧トランジスタのチャネル部の不純物濃度分布を示す図である。
【０１７９】
図４６に示すように、低電圧ＮＭＯＳトランジスタのＰ型高濃度不純物層３０を形成するボロン（Ｂ）は、エピタキシャルシリコン層（図中、「Ｅｐｉ」）よりも深くに不純物濃度のピークを有しており、エピタキシャルシリコン層方向への拡散は小さい。
【０１８０】
これに対し、低電圧ＰＭＯＳトランジスタのＮ型高濃度不純物層を形成する砒素（Ａｓ）は、エピタキシャルシリコン層とシリコン基板との界面近傍に不純物濃度のピークを有しており、エピタキシャルシリコン層方向へ拡散していることが判る。ボロンの不純物濃度分布と比較すると、エピタキシャルシリコン層側へ、およそ１０ｎｍ程度拡散している。
【０１８１】
高濃度不純物層上にエピタキシャルシリコン層を有するトランジスタの閾値電圧は、高濃度不純物層の不純物濃度とノンドープのシリコン層の膜厚（ゲート絶縁膜と高濃度不純物層との距離）に依存する。このため、ＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとで不純物の拡散速度が異なると、狙い閾値電圧を得るための最適なシリコン層の膜厚が異なってくる。このため、このため、本参考例による半導体装置の製造方法では、ＮＭＯＳトランジスタ及びＰＭＯＳトランジスタの双方に最適な不純物プロファイルを実現することが困難である。
【０１８２】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１８３】
例えば、上記実施形態では、下地の半導体基板としてシリコン基板を用いたが、下地の半導体基板は、必ずしもバルクのシリコン基板である必要はない。ＳＯＩ基板など、他の半導体基板を適用してもよい。
【０１８４】
また、上記実施形態では、エピタキシャル半導体層としてシリコン層を用いたが、必ずしもシリコン層である必要はない。シリコン層の代わりに、ＳｉＧｅ層やＳｉＣ層等の他の半導体層を適用してもよい。
【０１８５】
また、上記実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ、低電圧ＰＭＯＳトランジスタ、高電圧ＮＭＯＳトランジスタ、高電圧ＰＭＯＳトランジスタの４種類のトランジスタを有する半導体装置を示したが、必ずしも４種類のトランジスタを有する必要はない。例えば、低電圧ＮＭＯＳトランジスタ及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタの２種類のトランジスタだけを含むようにしてもよいし、閾値電圧の異なる複数種類の低電圧トランジスタや高電圧トランジスタを設けるようにしてもよい。
【０１８６】
また、上記実施形態では、低電圧ＮＭＯＳトランジスタと高電圧ＮＭＯＳトランジスタのウェル、及び低電圧ＰＭＯＳトランジスタと高電圧ＰＭＯＳトランジスタのウェルを、それぞれ別々に形成したが、低電圧トランジスタのウェルと高電圧トランジスタのウェルを同時に形成してもよい。
【０１８７】
また、上記実施形態では、各トランジスタのウェルを形成した後に素子分離絶縁膜を形成しているが、これは、エッチング工程における素子分離絶縁膜の膜減り抑制するためである。素子分離絶縁膜は必ずしもウェルの形成後に形成する必要はなく、素子分離絶縁膜の形成後にウェルを形成するようにしてもよい。
【０１８８】
また、上記実施形態に記載した半導体装置の構造、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【０１８９】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１９０】
（付記１） 半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、
前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、
前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、
前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、
前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、
前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、
前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【０１９１】
（付記２） 付記１記載の半導体装置において、
前記半導体基板の第３の領域に形成された前記第１導電型の第３の不純物層と、
前記第３の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第３のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に形成された第３のゲート電極と、
前記第３のエピタキシャル半導体層及び前記第３の領域の前記半導体基板内に形成された前記第２導電型の第３のソース／ドレイン領域とを有する第３のトランジスタと、
前記半導体基板の第４の領域に形成された前記第２導電型の第４の不純物層と、
前記第４の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第４のエピタキシャル半導体層と、
前記第４のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第４のゲート絶縁膜と、
前記第４のゲート絶縁膜上に形成された第４のゲート電極と、
前記第４のエピタキシャル半導体層及び前記第４の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第４のソース／ドレイン領域とを有する第４のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【０１９２】
（付記３） 付記１又は２記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の膜厚は、前記第２のエピタキシャル半導体層の膜厚よりも厚く、
前記第１の不純物層を形成する不純物の拡散速度は、前記第２の不純物層を形成する不純物の拡散速度よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９３】
（付記４） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９４】
（付記５） 付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、砒素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９５】
（付記６） 付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９６】
（付記７） 付記１乃至３及び６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、アンチモンを含む
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９７】
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の表面高さと、前記第２のエピタキシャル半導体層の表面高さとが等しい
ことを特徴とする半導体装置。
【０１９８】
（付記９） 半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、
前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１９９】
（付記１０） 付記９記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体層をエピタキシャル成長する工程よりも前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記マスクを形成する工程では、前記半導体層上に、前記第１の領域及び前記第３の領域を露出し、前記第２の領域及び前記第４の領域を覆う前記マスクを形成し、
前記半導体層の一部を除去する工程では、前記マスクを用いて、前記第３の領域及び前記第４の領域の前記半導体層の一部を更に除去し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２００】
（付記１１） 半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０１】
（付記１２） 付記１１記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程の後、前記第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程の前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０２】
（付記１３） 付記９乃至１２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、
前記第２の不純物層を形成する工程では、ボロン及び炭素を含む前記第２の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置。
【０２０３】
（付記１４） 付記９乃至１３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、
前記第１の不純物層を形成する工程では、砒素を含む前記第１の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０２０４】
（付記１５） 付記９乃至１２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、
前記第２の不純物層を形成する工程では、アンチモンを含む前記第２の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置。
【０２０５】
（付記１６） 付記９乃至１２及び１５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、
前記第１の不純物層を形成する工程では、ボロン及び炭素を含む前記第１の不純物層を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０２０６】
１０…シリコン基板
１２…溝
１４，５２，５６，６２，６６，７４…シリコン酸化膜
１６…低電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域
１８，２６，３４，４２，５０，５８，７６…フォトレジスト膜
２０，４４…Ｎウェル
２２…Ｎ型高濃度不純物層
２４…低電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域
２８，３６…Ｐウェル
３０…Ｐ型高濃度不純物層
３２…高電圧ＮＭＯＳトランジスタ形成領域
３８，８４，８８…Ｐ型不純物層
４０…高電圧ＰＭＯＳトランジスタ形成領域
４６，８２，８６…Ｎ型不純物層
４８，５２，５４，６０…シリコン層
６８…シリコン窒化膜
７０…素子分離溝
７２…素子分離絶縁膜
７４ａ，７８ａ…ゲート絶縁膜
８０…ゲート電極
９０…サイドウォールスペーサ
９２…Ｎ型不純物層（ソース／ドレイン領域）
９４…Ｐ型不純物層（ソース／ドレイン領域）
９６…金属シリサイド膜
９８…層間絶縁膜
１００…コンタクトプラグ
１０２…配線
２００…シリコン基板
２０２…ソース領域
２０４…ドレイン領域
２０６…チャネル領域
２０８…高濃度不純物層
２１０…シリコン層
２１２…ゲート絶縁膜
２１４…ゲート電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、
前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、
前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、
前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、
前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、
前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、
前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体基板の第３の領域に形成された前記第１導電型の第３の不純物層と、
前記第３の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第３のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に形成された第３のゲート電極と、
前記第３のエピタキシャル半導体層及び前記第３の領域の前記半導体基板内に形成された前記第２導電型の第３のソース／ドレイン領域とを有する第３のトランジスタと、
前記半導体基板の第４の領域に形成された前記第２導電型の第４の不純物層と、
前記第４の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第４のエピタキシャル半導体層と、
前記第４のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第４のゲート絶縁膜と、
前記第４のゲート絶縁膜上に形成された第４のゲート電極と、
前記第４のエピタキシャル半導体層及び前記第４の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第４のソース／ドレイン領域とを有する第４のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の膜厚は、前記第２のエピタキシャル半導体層の膜厚よりも厚く、
前記第１の不純物層を形成する不純物の拡散速度は、前記第２の不純物層を形成する不純物の拡散速度よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、砒素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至３及び６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、アンチモンを含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、
前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体層をエピタキシャル成長する工程よりも前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記マスクを形成する工程では、前記半導体層上に、前記第１の領域及び前記第３の領域を露出し、前記第２の領域及び前記第４の領域を覆う前記マスクを形成し、
前記半導体層の一部を除去する工程では、前記マスクを用いて、前記第３の領域及び前記第４の領域の前記半導体層の一部を更に除去し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程の後、前記第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程の前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板の第１の領域に形成された第１導電型の第１の不純物層と、
前記第１の不純物層上に形成された第１のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成された第１のゲート絶縁膜と、
前記第１のゲート絶縁膜上に形成された第１のゲート電極と、
前記第１のエピタキシャル半導体層及び前記第１の領域の前記半導体基板内に形成された第２導電型の第１のソース／ドレイン領域とを有する第１のトランジスタと、
前記半導体基板の第２の領域に形成された前記第２導電型の第２の不純物層と、
前記第２の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第２のエピタキシャル半導体層と、
前記第２のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜と、
前記第２のゲート絶縁膜上に形成された第２のゲート電極と、
前記第２のエピタキシャル半導体層及び前記第２の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第２のソース／ドレイン領域とを有する第２のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記半導体基板の第３の領域に形成された前記第１導電型の第３の不純物層と、
前記第３の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第３のエピタキシャル半導体層と、
前記第１のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第３のゲート絶縁膜と、
前記第３のゲート絶縁膜上に形成された第３のゲート電極と、
前記第３のエピタキシャル半導体層及び前記第３の領域の前記半導体基板内に形成された前記第２導電型の第３のソース／ドレイン領域とを有する第３のトランジスタと、
前記半導体基板の第４の領域に形成された前記第２導電型の第４の不純物層と、
前記第４の不純物層上に形成され、前記第１のエピタキシャル半導体層とは膜厚の異なる第４のエピタキシャル半導体層と、
前記第４のエピタキシャル半導体層上に形成され、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜と膜厚の異なる第４のゲート絶縁膜と、
前記第４のゲート絶縁膜上に形成された第４のゲート電極と、
前記第４のエピタキシャル半導体層及び前記第４の領域の前記半導体基板内に形成された前記第１導電型の第４のソース／ドレイン領域とを有する第４のトランジスタと
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記第１のエピタキシャル半導体層の膜厚は、前記第２のエピタキシャル半導体層の膜厚よりも厚く、
前記第１の不純物層を形成する不純物の拡散速度は、前記第２の不純物層を形成する不純物の拡散速度よりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、砒素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第１の不純物層は、ボロン及び炭素を含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至３及び６のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の不純物層は、アンチモンを含む
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層及び前記第２の不純物層が形成された前記半導体基板上に、半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記半導体層上に、前記第１の領域を覆い、前記第２の領域を露出するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて、前記第２の領域の前記半導体層の一部を除去する工程と、
前記マスクを除去した後、前記第１の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体層をエピタキシャル成長する工程よりも前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記マスクを形成する工程では、前記半導体層上に、前記第１の領域及び前記第３の領域を露出し、前記第２の領域及び前記第４の領域を覆う前記マスクを形成し、
前記半導体層の一部を除去する工程では、前記マスクを用いて、前記第３の領域及び前記第４の領域の前記半導体層の一部を更に除去し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の第１の領域に、第１導電型の第１の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層が形成された前記半導体基板上に、第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板の第２の領域に、第２導電型の第２の不純物層を形成する工程と、
前記第１の不純物層、前記第２の不純物層及び前記第１の半導体層が形成された前記半導体基板上に、第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程と、
前記第１の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜を形成し、前記第２の領域の前記第２の半導体層上に第１のゲート絶縁膜と膜厚の等しい第２のゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を、前記第２のゲート絶縁膜上に第２のゲート電極を、それぞれ形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の半導体層をエピタキシャル成長する工程の後、前記第２の半導体層をエピタキシャル成長する工程の前に、前記半導体基板の第３の領域に前記第１導電型の第３の不純物層を形成する工程と、前記半導体基板の第４の領域に前記第２導電型の第４の不純物層を形成する工程とを更に有し、
前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、前記第３の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第３のゲート絶縁膜を、前記第４の領域の前記第２の半導体層上に、前記第１のゲート絶縁膜及び前記第２のゲート絶縁膜よりも厚い第４のゲート絶縁膜を、更に形成し、
前記第１のゲート電極及び前記第２のゲート電極を形成する工程では、前記第３のゲート絶縁膜上に第３のゲート電極を、前記第４のゲート絶縁膜上に第４のゲート電極を、更に形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【公開番号】特開２０１２−１８６２８１（Ｐ２０１２−１８６２８１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７７６４（Ｐ２０１１−４７７６４）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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