JP2002368211A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2002368211A
JP2002368211A JP2001174573A JP2001174573A JP2002368211A JP 2002368211 A JP2002368211 A JP 2002368211A JP 2001174573 A JP2001174573 A JP 2001174573A JP 2001174573 A JP2001174573 A JP 2001174573A JP 2002368211 A JP2002368211 A JP 2002368211A
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JP
Japan
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oxide film
thickness
film
nitride film
gate
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Application number
JP2001174573A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiji Morifuji
英治 森藤
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce mechanical stresses applied to a semiconductor device, which has a flank structure including a silicon nitride film and is of <=0.14 μm in gate length. SOLUTION: This semiconductor device has on a silicon substrate 1 a gate electrode 5, which is formed while insulated from the substrate 1 and of <=0.14 μm in gate length and a sidewall 15, including a laminated structure of a silicon oxide film 9 which, is formed from the substrate 1 to the sidewall of the gate electrode 5, a silicon nitride film 11 which is formed on the silicon oxide film 9, and a silicon oxide film 13 which is formed on the silicon nitride film 11. Here, the ratio 'TSi O2 /TSi N' of the film thickness TSi O2 of the silicon oxide film 9 and the film thickness TSi N of the silicon nitride film is set >=0.5.

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】この発明は半導体装置に係わ
り、特にゲート側壁上に側壁絶縁膜を有するMOSFE
Tに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MOSFE having a sidewall insulating film on a gate sidewall.
About T.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来からMOSFETでは、その高耐圧
信頼性の確保、及び短チャネル効果を抑制するために、
LDD構造が適用されてきた。MOSFETをLDD構
造とするためには、ゲート電極の側壁上に側壁が形成さ
れる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in MOSFETs, in order to ensure high breakdown voltage reliability and to suppress short channel effects,
LDD structures have been applied. In order to make the MOSFET have the LDD structure, a side wall is formed on the side wall of the gate electrode.

【0003】また、昨今では、ゲート電極、ソース領域
及びドレイン領域を低抵抗化するために、シリサイド層
を、ゲート電極、ソース領域及びドレイン領域に自己整
合的に形成する、いわゆる“サリサイドプロセス”と呼
ばれる技術が必須となってきている。
In recent years, in order to reduce the resistance of a gate electrode, a source region and a drain region, a so-called “salicide process” in which a silicide layer is formed in a self-aligned manner on a gate electrode, a source region and a drain region. A technology called is becoming essential.

【0004】“サリサイドプロセス”を用いる際、側壁
に要求されるのは、サリサイドプロセスに通す際の前処
理、即ちシリコン表面から自然酸化膜等を除去する弗酸
処理において、側壁がエッチングされて後退しないこと
である。このため、側壁には、弗酸によるエッチングレ
ートがシリコン酸化膜よりも遅いシリコン窒化膜を含ん
だ構造が使われることが多い。このようなシリコン窒化
膜を含んだ側壁構造は、例えば特開2000−1960
71公報に記載されている。
When the "salicide process" is used, the side wall is required to be etched and retreated in a pretreatment before passing through the salicide process, that is, a hydrofluoric acid treatment for removing a natural oxide film and the like from the silicon surface. That is not to do. Therefore, a structure including a silicon nitride film whose etching rate by hydrofluoric acid is slower than that of a silicon oxide film is often used for the side wall. A sidewall structure including such a silicon nitride film is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-1960.
71 publication.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】シリコン窒化膜を含ん
だ側壁構造を持つMOSFETにおいて、そのゲート長
Lgが0.14μm以下に縮小されてくると、MOSF
ETの信頼性、例えばホットキャリア耐性等が極度に悪
くなってきた。
In a MOSFET having a sidewall structure including a silicon nitride film, when the gate length Lg is reduced to 0.14 μm or less, the MOSF
The reliability of ET, such as hot carrier resistance, has become extremely poor.

【0006】本願発明者は、半導体装置、例えばMOS
FETにかかる機械的なストレス、特にゲート酸化膜と
基板との界面近傍にかかる機械的なストレスとMOSF
ETの各種信頼性特性との間に相関があることを、付き
止めた。
The present inventor has proposed a semiconductor device such as a MOS device.
The mechanical stress applied to the FET, in particular, the mechanical stress applied near the interface between the gate oxide film and the substrate and the MOSF
We found that there is a correlation between the various reliability characteristics of ET.

【0007】図12は、シリコン窒化膜を含んだ側壁構
造を持つMOSFETにかかる機械的なストレスの分布
を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing distribution of mechanical stress applied to a MOSFET having a sidewall structure including a silicon nitride film.

【0008】図12に示すように、シリコン窒化膜(Si
N)を含んだ側壁構造を持つMOSFETでは、機械的な
ストレス(stress)が、ゲート電極(GATE)の中央からゲー
ト酸化膜(GATE OXIDE)、さらにゲート酸化膜と基板との
界面近傍にかけて集中する。
As shown in FIG. 12, a silicon nitride film (Si
In a MOSFET with a sidewall structure containing (N), mechanical stress is concentrated from the center of the gate electrode (GATE) to the gate oxide film (GATE OXIDE), and further to the vicinity of the interface between the gate oxide film and the substrate. .

【0009】図13は、ゲート酸化膜と基板との界面近
傍にかかる機械的なストレス(Stress)と、加速試験前/
後のドレイン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)との
関係を示す図である。
FIG. 13 shows the mechanical stress (Stress) applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film and the substrate, and the values before and after the acceleration test.
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship with a later change amount (ΔIdsat / Idsat) of a drain saturation current.

【0010】この加速試験では、3000secの間、
ゲート電圧Vg及びドレイン電圧Vdそれぞれを−2.0
VとしてMOSFETに電気的なストレスを与えた。な
お、図中、“Idsat”は、電気的なストレス印加前のド
レイン飽和電流の量で、“Δ(Idsat)”は、電気的なス
トレス印加後のドレイン飽和電流の変化量(減少量)を
示している。
In this accelerated test, for 3000 seconds,
Each of the gate voltage Vg and the drain voltage Vd is -2.0
An electric stress was applied to the MOSFET as V. In the drawing, “Idsat” is the amount of drain saturation current before the application of electrical stress, and “Δ (Idsat)” is the amount of change (reduction amount) of the drain saturation current after application of the electrical stress. Is shown.

【0011】図13に示すように、ゲート酸化膜と基板
との界面近傍に、大きな機械的なストレスがかかるほ
ど、ドレイン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)が大
きくなる。変化量(ΔIdsat/Idsat)は、MOSFET
のホットキャリア耐性を示すもので、この変化量が大き
いほど、ホットキャリア耐性が劣化していることを表
す。
As shown in FIG. 13, the greater the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film and the substrate, the greater the change (ΔIdsat / Idsat) in the drain saturation current. The amount of change (ΔIdsat / Idsat) is
The larger the amount of change, the more the hot carrier resistance is degraded.

【0012】従来、窒化膜を含んだ側壁構造を持つMO
SFETにおいて、特にゲート酸化膜と基板との界面近
傍にかかる機械的なストレスは、何等考慮されていな
い。このため、ゲート長Lgが0.14μm以下、例え
ば0.11μm以下に縮小されてくると、MOSFET
の信頼性の制御が厳しくなる。
Conventionally, an MO having a sidewall structure including a nitride film
In the SFET, no particular consideration is given to mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film and the substrate. Therefore, when the gate length Lg is reduced to 0.14 μm or less, for example, 0.11 μm or less, the MOSFET
The control of the reliability of the equipment becomes strict.

【0013】この発明は、上記事情に鑑み為されたもの
で、その目的は、窒化膜を含んだ側壁構造を持つ半導体
装置において、半導体装置にかかる機械的なストレスを
緩和し、信頼性の低下を抑制できる半導体装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce the mechanical stress applied to a semiconductor device in a semiconductor device having a sidewall structure including a nitride film, thereby reducing reliability. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing the above.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明では、半導体基板と、前記半導体基板上
に、この半導体基板と絶縁されて形成された、0.14
μm以下のゲート長Lgを持つゲート電極と、前記半導
体基板上から前記0.14μm以下のゲート長Lgを持
つゲート電極の側壁上にかけて形成された第1の酸化
膜、この第1の酸化膜上に形成された窒化膜、及びこの
窒化膜上に形成された第2の酸化膜の積層構造を含む側
壁とを具備する。そして、前記第1の酸化膜の膜厚Tox
と前記窒化膜の膜厚Tniとの比“Tox/Tni”を、0.
5以上としたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate, comprising: a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate;
a gate electrode having a gate length Lg of not more than μm, a first oxide film formed on the semiconductor substrate and on a side wall of the gate electrode having a gate length Lg of not more than 0.14 μm, and on the first oxide film And a side wall including a stacked structure of a second oxide film formed on the nitride film. Then, the thickness Tox of the first oxide film
The ratio “Tox / Tni” between the thickness of the nitride film and the film thickness Tni is set to 0.
It is characterized in that it is 5 or more.

【0015】また、半導体基板と、前記半導体基板上
に、この半導体基板と絶縁されて形成された、0.14
μm以下のゲート長Lgを持つゲート電極と、前記半導
体基板上から前記0.14μm以下のゲート長Lgを持
つゲート電極の側壁上にかけて形成された窒化膜、及び
この窒化膜上に形成された酸化膜の積層構造を含む側壁
とを具備する。そして、前記窒化膜は、10nm以下の
膜厚を持つことを特徴としている。
Further, a semiconductor substrate, and 0.14 formed on the semiconductor substrate insulated from the semiconductor substrate.
a gate electrode having a gate length Lg of not more than .mu.m, a nitride film formed on the semiconductor substrate to a side wall of the gate electrode having a gate length Lg of not more than 0.14 .mu.m, and an oxide film formed on the nitride film. And a side wall including a layered structure of the film. The nitride film has a thickness of 10 nm or less.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を、図
面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわた
り、共通する部分には共通する参照符号を付す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings.

【0017】(第1の実施形態)図1は、この発明の第
1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【0018】図1には、半導体装置の一例としてMOS
FETが示されている。N型シリコン基板1(又はN型
ウェル)上には、ゲート酸化膜3が形成されている。ゲ
ート酸化膜3は、例えば二酸化シリコンからなる。ゲー
ト酸化膜3上には、ゲート電極5が形成されている。ゲ
ート電極5は、例えば導電性のポリシリコンからなる。
本例では、ゲート電極5のゲート長Lgは、約0.11
μmに設定されている。N型シリコン基板1内には、ゲ
ート電極5をイオン注入のマスクに用いて形成されたP
-型エクステンション層7が形成されている。P-型エク
ステンション層7は、いわゆるLDD(Lightly Doped D
rain)構造を形成する。
FIG. 1 shows a MOS device as an example of a semiconductor device.
An FET is shown. On the N-type silicon substrate 1 (or N-type well), a gate oxide film 3 is formed. Gate oxide film 3 is made of, for example, silicon dioxide. On the gate oxide film 3, a gate electrode 5 is formed. Gate electrode 5 is made of, for example, conductive polysilicon.
In this example, the gate length Lg of the gate electrode 5 is about 0.11.
It is set to μm. In the N-type silicon substrate 1, a P-type electrode formed by using the gate electrode 5 as a mask for ion implantation is formed.
- -type extension layer 7 is formed. The P -type extension layer 7 is made of a so-called LDD (Lightly Doped D
rain) to form a structure.

【0019】また、N型シリコン基板1上からゲート電
極5の側壁上にかけて、酸化膜9が形成されている。酸
化膜9は、例えば二酸化シリコンからなる。この二酸化
シリコンの具体的一例は、テトラエトキシシラン(TE
OS)のガスを用いて堆積形成されたCVD-二酸化シ
リコンである。本例では、酸化膜9の膜厚TSiO2は、約
20nmに設定されている。
An oxide film 9 is formed on the N-type silicon substrate 1 and on the side wall of the gate electrode 5. Oxide film 9 is made of, for example, silicon dioxide. One specific example of this silicon dioxide is tetraethoxysilane (TE
OS-) CVD-silicon dioxide deposited using a gas. In this example, the thickness T SiO2 of the oxide film 9 is set to about 20 nm.

【0020】酸化膜9上には、窒化膜11が形成されて
いる。窒化膜11は、例えば窒化シリコンからなる。本
例では、窒化膜11の膜厚TSiNは、下地の酸化膜9と
同じ膜厚、約20nmに設定されている。これにより、
酸化膜9の膜厚TSiO2と窒化膜11の膜厚TSiNとの比
“TSiO2/TSiN”は、約1.0となっている。
On oxide film 9, a nitride film 11 is formed. The nitride film 11 is made of, for example, silicon nitride. In this example, the thickness T SiN of the nitride film 11 is set to the same thickness as the underlying oxide film 9, that is, about 20 nm. This allows
The ratio “T SiO2 / T SiN ” between the thickness T SiO2 of the oxide film 9 and the thickness T SiN of the nitride film 11 is about 1.0.

【0021】窒化膜11上には、酸化膜13が形成され
ている。酸化膜13は、例えば二酸化シリコンからな
る。これら酸化膜13、窒化膜11、及び酸化膜9は、
側壁15を構成する。
An oxide film 13 is formed on nitride film 11. Oxide film 13 is made of, for example, silicon dioxide. These oxide film 13, nitride film 11, and oxide film 9
The side wall 15 is formed.

【0022】図2は、酸化膜9の膜厚(TEOS thickness)
と機械的なストレス(Stress)との関係を示す図である。
FIG. 2 shows the thickness of the oxide film 9 (TEOS thickness).
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between the mechanical stress and mechanical stress.

【0023】図2では、具体的には、窒化膜11の膜厚
SiNが20nm(Nitride=20nm)、15nm(Nitride=15
nm)、10nm(Nitride=10nm)の3種類のMOSFET
を用意し、それぞれ酸化膜9の膜厚TSiO2を、0nm
(即ち酸化膜9が無い構造)、10nm、20nm、3
0nmに変えたときの、ゲート酸化膜3と基板1との界
面近傍にかかる機械的なストレスを示している。
In FIG. 2, specifically, the thickness T SiN of the nitride film 11 is 20 nm (Nitride = 20 nm) and 15 nm (Nitride = 15 nm).
nm), 10nm (Nitride = 10nm) MOSFET
And the thickness T SiO2 of the oxide film 9 is set to 0 nm, respectively.
(That is, a structure without the oxide film 9), 10 nm, 20 nm, 3
This shows the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 when the thickness is changed to 0 nm.

【0024】図2に示すように、ゲート酸化膜3と基板
1との界面近傍にかかる機械的なストレスは、酸化膜9
を設け、かつその膜厚TSiO2を厚くしていくことで減ら
せることが判明した。
As shown in FIG. 2, mechanical stress applied near the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is reduced by the oxide film 9.
It has been found that the thickness can be reduced by providing and increasing the thickness T SiO2 .

【0025】例えば窒化膜11の膜厚TSiNが20nm
のMOSFETでは、酸化膜9が無い構造では、ゲート
酸化膜3と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレ
スは、約55MPaである。
For example, the thickness T SiN of the nitride film 11 is 20 nm.
In the MOSFET having no oxide film 9, the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is about 55 MPa.

【0026】これに対し、膜厚TSiO2が10nmの酸化
膜9を設けると、機械的なストレスは、約43MPaに
減る(TSiO2/TSiN=10nm/20nm=0.5)。
On the other hand, when the oxide film 9 having a thickness T SiO2 of 10 nm is provided, the mechanical stress is reduced to about 43 MPa (T SiO2 / T SiN = 10 nm / 20 nm = 0.5).

【0027】さらに酸化膜9の膜厚TSiO2を20nmに
厚くすると、同じく約33MPaに減る(TSiO2/TSiN
=20nm/20nm=1.0)。
When the thickness T SiO2 of the oxide film 9 is further increased to 20 nm, the thickness T SiO2 is also reduced to about 33 MPa (T SiO2 / T SiN
= 20 nm / 20 nm = 1.0).

【0028】さらに酸化膜9の膜厚TSiO2を30nmに
厚くすると、同じく約25MPaに減る(TSiO2/TSiN
=30nm/20nm=1.5)。
If the thickness T SiO2 of the oxide film 9 is further increased to 30 nm, the thickness T SiO2 is also reduced to about 25 MPa (T SiO2 / T SiN
= 30 nm / 20 nm = 1.5).

【0029】ゲート酸化膜3と基板1との界面近傍にか
かる機械的なストレスが減れば、例えば図13に示した
ように、加速試験前/後でのドレイン飽和電流の変化量
(ΔIdsat/Idsat)は小さくなり、MOSFETのホッ
トキャリア耐性が良好となる。
If the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is reduced, for example, as shown in FIG.
(ΔIdsat / Idsat) becomes smaller, and the hot carrier resistance of the MOSFET becomes better.

【0030】さらに、ゲート酸化膜3と基板1との界面
近傍にかかる機械的なストレスが減れば、ホットキャリ
ア耐性ばかりでなく、他の信頼性に関する特性も良好と
なる。
Further, if the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is reduced, not only the hot carrier resistance but also other reliability-related characteristics are improved.

【0031】図3(A)は不良到達時間(Time To Failu
re)と累積確率(Cumulative Probability)との関係を示
す図、図3(B)はドレイン電流(Idr)と不良到達時間
(TimeTo Failure)との関係を示す図である。
FIG. 3A shows the time to failure (Time To Failu).
re) and the cumulative probability (Cumulative Probability). FIG. 3B shows the drain current (Idr) and the failure arrival time.
It is a figure which shows the relationship with (TimeTo Failure).

【0032】図3(A)、図3(B)中、“A”は、ゲ
ート酸化膜3と基板1との界面近傍に約43MPaの機
械的なストレスがかかったMOSFETを持つ集積回
路、“B”は、同じく約55MPaの機械的なストレス
がかかったMOSFETを持つ集積回路、“C”は同じ
く約33MPaの機械的なストレスがかかったMOSF
ETを持つ集積回路である。
In FIG. 3A and FIG. 3B, “A” is an integrated circuit having a MOSFET with a mechanical stress of about 43 MPa applied near the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1. B "is an integrated circuit having a MOSFET also subjected to a mechanical stress of about 55 MPa, and" C "is a MOSF also subjected to a mechanical stress of about 33 MPa.
It is an integrated circuit having ET.

【0033】図3(A)は、膜厚(Tox)が2.5nm、
面積(Area)が0.125μm2のゲート酸化膜3に、温
度85℃で11MV/cmの電界を与えたとき、絶縁不
良に到達するまでの時間をプロットしたものである。本
特性は、図3(A)中の矢印の向きに向かうほど、絶縁
不良が起こり難いことを表す。
FIG. 3A shows that the film thickness (Tox) is 2.5 nm,
This is a plot of the time required to reach insulation failure when an electric field of 11 MV / cm is applied at 85 ° C. to the gate oxide film 3 having an area of 0.125 μm 2 . This characteristic indicates that the insulation failure is less likely to occur in the direction of the arrow in FIG.

【0034】図3(A)に示すように、ゲート酸化膜3
と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレスが小さ
いほど、絶縁不良が起こり難くなり、集積回路の耐久性
が向上することが判明した。
As shown in FIG. 3A, the gate oxide film 3
It has been found that as the mechanical stress applied near the interface between the substrate and the substrate 1 is smaller, insulation failure is less likely to occur and the durability of the integrated circuit is improved.

【0035】図3(B)も図3(A)と同様に集積回路
の耐久性に関する特性を示しており、集積回路を通常の
電源電圧で動作させ続けた時、ドレイン飽和電流の変化
量ΔIdsatが5%に到達するまでの時間を表す。本特性
は、図3(B)中の矢印の向きに向かうほど、ドレイン
飽和電流が変化し難くなることを表す。
FIG. 3B also shows the characteristic relating to the durability of the integrated circuit, similarly to FIG. 3A. When the integrated circuit is continuously operated at a normal power supply voltage, the change ΔIdsat of the drain saturation current is obtained. Represents the time to reach 5%. This characteristic indicates that the drain saturation current becomes more difficult to change in the direction of the arrow in FIG.

【0036】図3(B)に示すように、ゲート酸化膜3
と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレスが小さ
いほど、ドレイン飽和電流が変化し難くなり、集積回路
の耐久性が向上する。
As shown in FIG. 3B, the gate oxide film 3
As the mechanical stress applied near the interface between the substrate and the substrate 1 is smaller, the drain saturation current is less likely to change, and the durability of the integrated circuit is improved.

【0037】このように、ゲート酸化膜3と基板1との
界面近傍にかかる機械的なストレスを緩和することで、
MOSFETの信頼性の低下を抑制できる。ひいてはそ
の信頼性を向上させることもできる。そして、ゲート酸
化膜3と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレス
は、窒化膜11の下に、酸化膜9を設けることで緩和で
きる。したがって、窒化膜11の下に、酸化膜9を設け
ることで、MOSFETの信頼性を向上させることがで
きる。
As described above, by reducing the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1,
A decrease in the reliability of the MOSFET can be suppressed. As a result, its reliability can be improved. The mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 can be reduced by providing the oxide film 9 under the nitride film 11. Therefore, by providing the oxide film 9 below the nitride film 11, the reliability of the MOSFET can be improved.

【0038】また、図2に示した関係から、窒化膜11
の膜厚TSiNを薄くすることでも、ゲート酸化膜3と基
板1との界面近傍にかかる機械的なストレスを減らせる
ことが分かる。
Further, based on the relationship shown in FIG.
It can be seen that the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 can also be reduced by reducing the film thickness T SiN of FIG.

【0039】例えば窒化膜11の膜厚TSiNが10nm
のMOSFETでは、酸化膜9が無くても、ゲート酸化
膜3と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレス
は、約38MPaまで減る。約38MPaは、“TSiO2
/TSiN=10nm/20nm=0.5”のMOSFETにかかる
機械的なストレス、約43MPaよりも小さい。つま
り、窒化膜11が10nm以下の膜厚TSiNを有してい
れば、上記同様の効果を期待できる。
For example, the thickness T SiN of the nitride film 11 is 10 nm.
In the MOSFET described above, even without the oxide film 9, the mechanical stress applied near the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is reduced to about 38 MPa. About 38 MPa is "T SiO2
The mechanical stress applied to the MOSFET of / T SiN = 10 nm / 20 nm = 0.5 ″ is smaller than about 43 MPa. That is, if the nitride film 11 has a thickness T SiN of 10 nm or less, the same as above. The effect can be expected.

【0040】もちろん、窒化膜11の膜厚TSiNを10
nm以下とした上で、さらに窒化膜11の下に酸化膜9
を設ければ、上記効果をさらにより良く得ることができ
る。
Of course, the thickness T SiN of the nitride film 11 is set to 10
nm or less, and an oxide film 9 is further formed under the nitride film 11.
Is provided, the above effect can be further improved.

【0041】また、シリコン窒化膜を含んだ側壁構造を
持つMOSFETにおいて、そのゲート長Lgが0.1
4μm以下に縮小されてくると、MOSFETの信頼
性、例えばホットキャリア耐性等が極度に悪くなること
が見出された。
In a MOSFET having a side wall structure including a silicon nitride film, the gate length Lg is 0.1
It has been found that when the size is reduced to 4 μm or less, the reliability of the MOSFET, for example, the hot carrier resistance, is extremely deteriorated.

【0042】図4はゲート長(GATE length)と加速試験
前/後のドレイン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)と
の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the gate length (GATE length) and the amount of change (ΔIdsat / Idsat) of the drain saturation current before and after the acceleration test.

【0043】図4に示すように、ゲート長Lgが0.1
4μm程度までは、加速試験前/後のドレイン飽和電流
の変化量(ΔIdsat/Idsat)は、さほど変化しないが、ゲ
ート長Lgが0.14μm以下となると、変化量(ΔIds
at/Idsat)が、大きく変化する。
As shown in FIG. 4, the gate length Lg is 0.1
Up to about 4 μm, the change amount (ΔIdsat / Idsat) of the drain saturation current before / after the accelerated test does not change much, but when the gate length Lg becomes 0.14 μm or less, the change amount (ΔIds
at / Idsat) changes significantly.

【0044】これは、ゲート長Lgが小さくなるにつ
れ、ゲート電極の側壁に形成された窒化膜から加わる力
が、より大きく影響するようになるから、と推測され
る。
This is presumably because as the gate length Lg decreases, the force applied from the nitride film formed on the side wall of the gate electrode has a greater effect.

【0045】図5(A)〜図5(E)はそれぞれMOS
FETをゲート長毎に示した断面図である。
FIGS. 5A to 5E respectively show MOS transistors.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an FET for each gate length.

【0046】図5(A)〜図5(E)に示すように、ゲ
ート長Lgが小さくなると、窒化膜11に挟まれたゲー
ト電極5が小さくなる。このため、ゲート酸化膜3と基
板1との界面を含む領域が狭くなり、ゲート酸化膜3と
基板1との界面近傍に、機械的なストレスがより強く集
中しやすくなる。
As shown in FIGS. 5A to 5E, when the gate length Lg decreases, the size of the gate electrode 5 sandwiched between the nitride films 11 decreases. For this reason, a region including the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 is narrowed, and mechanical stress is more likely to be concentrated near the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1.

【0047】図4に示した結果から、ゲート長Lgが
0.14μm程度、あるいはゲート電極の膜厚Tgとゲ
ート長Lgとの比“Tg/Lg”が1.42程度を臨界点と
して、MOSFETの信頼性が極度に悪くなる。
From the results shown in FIG. 4, it is assumed that the gate length Lg is about 0.14 μm or that the ratio “Tg / Lg” of the gate electrode thickness Tg to the gate length Lg is about 1.42 as a critical point Is extremely unreliable.

【0048】したがって、この発明は、特にゲート長L
gが0.14μm以下のMOSFET、あるいはゲート
電極の膜厚Tgと前記ゲート長Lgとの比“Tg/Lg”が
1.42以上のMOSFETに適用すると、特に有効で
ある。
Therefore, the present invention is particularly applicable to the gate length L
This is particularly effective when applied to a MOSFET having a g of 0.14 μm or less, or a MOSFET having a ratio “Tg / Lg” of the gate electrode thickness Tg to the gate length Lg of 1.42 or more.

【0049】また、酸化膜9の膜厚TSiO2と窒化膜11
の膜厚TSiNとの比“TSiO2/TSiNi”と、MOSFET
の信頼性との関係についても調査した。
The thickness T SiO2 of the oxide film 9 and the nitride film 11
The ratio of the film thickness T SiN to “T SiO2 / T SiN i” and the MOSFET
We also investigated the relationship with the credibility.

【0050】図6は、酸化膜9の膜厚TSiO2と窒化膜1
1の膜厚TSiNとの比と平均絶縁破壊時間(平均TDDB)と
の関係を示す図である。
FIG. 6 shows the thickness T SiO2 of the oxide film 9 and the nitride film 1.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a ratio of a film thickness T SiN of No. 1 to an average dielectric breakdown time (average TDDB).

【0051】図6に示すように、絶縁破壊に至る平均時
間は、比“TSiO2/TSiN”が0.5以上になると、急激
に延びるようになった。
As shown in FIG. 6, when the ratio “T SiO2 / T SiN ” becomes 0.5 or more, the average time to dielectric breakdown rapidly increases.

【0052】同じく図7は、酸化膜9の膜厚TSiO2と窒
化膜11の膜厚TSiNとの比と加速試験前/後のドレイ
ン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)との関係を示す図
である。
FIG. 7 also shows the relationship between the ratio between the thickness T SiO2 of the oxide film 9 and the thickness T SiN of the nitride film 11 and the amount of change in drain saturation current (ΔIdsat / Idsat) before and after the acceleration test. FIG.

【0053】図7に示すように、ドレイン飽和電流の変
化量についても同様に、比“TSiO2/TSiN”が0.5以
上になると、急激に減少するようになった。
As shown in FIG. 7, similarly, the amount of change in the drain saturation current sharply decreases when the ratio "T SiO2 / T SiN " becomes 0.5 or more.

【0054】これらの知見から、酸化膜9の膜厚TSiO2
と窒化膜11の膜厚TSiNとの比は、信頼性の低下を抑
制するためには、0.5以上に設定することが好ましい
ことが分かった。
From these findings, the thickness T SiO2 of the oxide film 9
It has been found that the ratio between the thickness and the thickness T SiN of the nitride film 11 is preferably set to 0.5 or more in order to suppress a decrease in reliability.

【0055】図8(A)〜図8(D)はそれぞれ、MO
SFETを酸化膜9の膜厚TSiO2と窒化膜11の膜厚T
SiNとの比毎に示した断面図である。
FIGS. 8A to 8D show the MOs, respectively.
The SFET is formed by forming the film thickness T SiO2 of the oxide film 9 and the film thickness T of the nitride film 11.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the ratio with respect to SiN .

【0056】図8(A)は、比“TSiO2/TSiN”が0.
25のMOSFETである。このMOSFETでは、膜
厚TSiNが、膜厚TSiO2の4倍であり、窒化膜11が酸
化膜9よりも充分に厚い。
FIG. 8A shows that the ratio "T SiO2 / T SiN " is equal to 0.
25 MOSFETs. In this MOSFET, the thickness T SiN is four times the thickness T SiO2 , and the nitride film 11 is sufficiently thicker than the oxide film 9.

【0057】図8(B)は、比“TSiO2/TSiN”が0.
5のMOSFETである。このMOSFETでは、膜厚
SiNが、膜厚TSiO2の2倍である。
FIG. 8B shows that the ratio “T SiO2 / T SiN ” is 0.
5 MOSFET. In this MOSFET, the film thickness T SiN is twice the film thickness T SiO2 .

【0058】図8(C)は、比“TSiO2/TSiN”が1.
0のMOSFETである。このMOSFETでは、膜厚
SiNと、膜厚TSiO2とが互いに等しい。
FIG. 8C shows that the ratio "T SiO2 / T SiN " is 1.
0 MOSFET. In this MOSFET, the film thickness T SiN and the film thickness T SiO2 are equal to each other.

【0059】図8(D)は、比“TSiO2/TSiN”が2.
0のMOSFETである。このMOSFETでは、膜厚
SiNが、膜厚TSiO2の半分であり、窒化膜11が酸化
膜9よりも薄い。
FIG. 8D shows that the ratio “T SiO2 / T SiN ” is 2.
0 MOSFET. In this MOSFET, the thickness T SiN is half of the thickness T SiO2 , and the nitride film 11 is thinner than the oxide film 9.

【0060】図6、図7に示した知見から、信頼性の低
下を抑制するためには、図8(A)に示すように、窒化
膜11の下に酸化膜9がある構造であっても、図8
(B)〜図8(D)に示す構造のほうが好ましい。
According to the findings shown in FIGS. 6 and 7, in order to suppress a decrease in reliability, as shown in FIG. FIG. 8
The structures shown in FIGS. 8B to 8D are more preferable.

【0061】このような第1実施形態に係るMOSFE
Tによれば、0.14μm以下のゲート長Lgを持つゲ
ート電極と、酸化膜9、窒化膜11及び酸化膜13の積
層構造を含む側壁15とを具備するので、ゲート酸化膜
3と基板1との界面近傍にかかる機械的なストレスを緩
和することができる。
The MOSFE according to the first embodiment as described above
According to T, a gate electrode having a gate length Lg of 0.14 μm or less and a side wall 15 including a stacked structure of an oxide film 9, a nitride film 11, and an oxide film 13 are provided. Mechanical stress applied to the vicinity of the interface with the substrate can be reduced.

【0062】さらに好ましくは、酸化膜9の膜厚TSiO2
と窒化膜11の膜厚TSiNとの比“TSiO2/TSiN”を
0.5以上に設定することで、ゲート酸化膜3と基板1
との界面近傍にかかる機械的なストレスは、さらに緩和
することが可能となる。
More preferably, the thickness T SiO2 of the oxide film 9
By setting the ratio “T SiO2 / T SiN ” between the gate oxide film 3 and the substrate 1 to a thickness T SiN of the nitride film 11 and the thickness T SiN of 0.5 or more,
The mechanical stress applied to the vicinity of the interface can be further reduced.

【0063】このようにゲート酸化膜3と基板1との界
面近傍にかかる機械的なストレスを緩和できた結果、M
OSFETの信頼性に関する特性、例えばホットキャリ
ア耐性、絶縁破壊耐性等の低下を抑制することができ
る。さらにはこれら信頼性に関する特性を向上させるこ
とも可能である。
As described above, the mechanical stress applied to the vicinity of the interface between the gate oxide film 3 and the substrate 1 can be reduced.
It is possible to suppress a decrease in characteristics related to the reliability of the OSFET, for example, hot carrier resistance, dielectric breakdown resistance, and the like. Further, it is also possible to improve these reliability-related characteristics.

【0064】(第2実施形態)次に、この発明が適用さ
れた具体的なMOSFETの一例について、その一製造
方法例とともに説明する。
(Second Embodiment) Next, an example of a specific MOSFET to which the present invention is applied will be described together with an example of its manufacturing method.

【0065】図9(A)〜図9(D)、図10(A)〜
図10(D)はそれぞれ、この発明の第2実施形態に係
るMOSFETを主要な製造工程毎に示す断面図、図1
1は、この発明の第2実施形態に係るMOSFETを示
す断面図である。
FIGS. 9 (A) to 9 (D) and FIGS. 10 (A) to 10 (A)
FIG. 10D is a sectional view showing a MOSFET according to a second embodiment of the present invention in each of main manufacturing steps.
FIG. 1 is a sectional view showing a MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【0066】まず、図9(A)に示すように、N型シリ
コン基板(又はN型ウェル)1の表面を例えば熱酸化
し、例えば2.5nm程度の膜厚を持つゲート酸化膜3
を形成する。次いで、ゲート酸化膜3上に導電性ポリシ
リコンを堆積し、例えば0.2μm程度の膜厚Tgを持
つ導電性ポリシリコン膜を形成する。次いで、導電性ポ
リシリコン膜、及びゲート酸化膜3をパターニングし、
例えば0.11μ程度のゲート長Lgを持つゲート電極
5を形成する。この後、必要に応じて、N型シリコン基
板1の表面、及びゲート電極5の表面を薄く熱酸化、即
ち後酸化する。
First, as shown in FIG. 9A, the surface of an N-type silicon substrate (or N-type well) 1 is thermally oxidized, for example, to form a gate oxide film 3 having a thickness of, for example, about 2.5 nm.
To form Next, conductive polysilicon is deposited on the gate oxide film 3 to form a conductive polysilicon film having a thickness Tg of about 0.2 μm, for example. Next, the conductive polysilicon film and the gate oxide film 3 are patterned,
For example, a gate electrode 5 having a gate length Lg of about 0.11 μm is formed. Thereafter, if necessary, the surface of the N-type silicon substrate 1 and the surface of the gate electrode 5 are thinly thermally oxidized, that is, post-oxidized.

【0067】次に、図9(B)に示すように、ゲート電
極5をマスクに用いて、N型シリコン基板1内にP型不
純物イオン、例えばボロンイオンを低加速電圧で浅く注
入する。これはP-型エクステンション層7を形成する
ためのイオン注入工程である。
Next, as shown in FIG. 9B, P-type impurity ions, for example, boron ions are implanted shallowly at a low acceleration voltage into the N-type silicon substrate 1 using the gate electrode 5 as a mask. This is an ion implantation step for forming the P type extension layer 7.

【0068】次に、図9(C)に示すように、N型シリ
コン基板1上からゲート電極5の側壁上にかけて二酸化
シリコンを堆積し、例えば20nm程度の膜厚TSiO2
持つ酸化膜9を形成する。酸化膜9は、テトラエトキシ
シラン(TEOS)を原料ガスに用いたCVD法により
形成されることが望ましい。テトラエトキシシランを原
料ガスに用いたCVD法は、段差被覆性に優れており、
酸化膜9をN型シリコン基板1上からゲート電極5の側
壁上にかけて、段切れなく形成することができる。ま
た、酸化膜9は、N型シリコン基板1の表面、及びゲー
ト電極5の表面を厚く熱酸化して形成することも可能で
ある。しかし、酸化膜9は、熱酸化よりも堆積により形
成するほうが望ましい。これは、N型シリコン基板1の
表面を厚く熱酸化すると、酸化膜9が、P-型エクステ
ンション層7の接合深さよりも深く形成される可能性が
あるためである。次いで、酸化膜9上に窒化シリコンを
堆積し、例えば20nm程度の膜厚TSiNを持つ窒化膜
11を形成する。次いで、窒化膜11上に二酸化シリコ
ンを堆積し、例えば60nm程度の膜厚T2SiO2を持つ
酸化膜13を形成する。酸化膜13の膜厚T2SiO2は、
側壁の最終幅に合うように設定される。
Next, as shown in FIG. 9C, silicon dioxide is deposited from the N-type silicon substrate 1 to the side wall of the gate electrode 5 to form an oxide film 9 having a thickness T SiO2 of, for example, about 20 nm. Form. The oxide film 9 is desirably formed by a CVD method using tetraethoxysilane (TEOS) as a source gas. The CVD method using tetraethoxysilane as a source gas has excellent step coverage,
Oxide film 9 can be formed from N-type silicon substrate 1 to the side wall of gate electrode 5 without any step. Oxide film 9 can also be formed by thickly thermally oxidizing the surface of N-type silicon substrate 1 and the surface of gate electrode 5. However, the oxide film 9 is preferably formed by deposition rather than thermal oxidation. This is because if the surface of the N-type silicon substrate 1 is thermally oxidized to a large thickness, the oxide film 9 may be formed deeper than the junction depth of the P -type extension layer 7. Next, silicon nitride is deposited on the oxide film 9 to form a nitride film 11 having a thickness T SiN of, for example, about 20 nm. Then, depositing a silicon dioxide on the nitride film 11, to form an oxide film 13 having for example a thickness T2 SiO2 of about 60 nm. The thickness T2 SiO2 of the oxide film 13 is
It is set to match the final width of the side wall.

【0069】次に、図9(D)に示すように、酸化膜1
3、窒化膜11、及び酸化膜9を異方性のドライエッチ
ング法を用いてエッチングし、酸化膜13、窒化膜1
1、及び酸化膜9の積層構造を含む側壁15を形成す
る。側壁15を形成するための異方性のドライエッチン
グでは、酸化膜13、9をエッチングする際、及び窒化
膜11をエッチングする際でそれぞれ、エッチャントを
切り替えるようにしても良い。しかし、酸化膜13、9
をエッチングする際、及び窒化膜11をエッチングする
際でエッチャントを切り替えず、酸化膜13、9と窒化
膜11とでエッチングレートの差が小さいエッチャント
を用いて、連続してエッチングするほうが望ましい。エ
ッチャントを切り替えると、側壁15の形状がいびつに
なり易いからである。エッチャントを切り替えず、酸化
膜13、窒化膜11、及び酸化膜9を連続してエッチン
グすることで、図9(D)に示すように、形状が良好な
側壁15を形成することができる。
Next, as shown in FIG.
3, the nitride film 11 and the oxide film 9 are etched using an anisotropic dry etching method, and the oxide film 13 and the nitride film 1 are etched.
1 and a sidewall 15 including a stacked structure of the oxide film 9 is formed. In the anisotropic dry etching for forming the side wall 15, the etchants may be switched when the oxide films 13 and 9 are etched and when the nitride film 11 is etched. However, the oxide films 13 and 9
It is preferable that the etchant is not switched between the etching of the nitride film 11 and the etching of the nitride film 11 and the etching is continuously performed using an etchant having a small difference in etching rate between the oxide films 13 and 9 and the nitride film 11. This is because when the etchant is switched, the shape of the side wall 15 tends to be distorted. By successively etching the oxide film 13, the nitride film 11, and the oxide film 9 without switching the etchant, the sidewall 15 having a good shape can be formed as shown in FIG. 9D.

【0070】次に、図10(A)に示すように、ゲート
電極5、及び側壁15をマスクに用いて、N型シリコン
基板1内にP型不純物イオン、例えばボロンイオンを注
入する。これはP+型ソース/ドレイン領域17を形成す
るためのイオン注入工程である。
Next, as shown in FIG. 10A, P-type impurity ions, for example, boron ions are implanted into the N-type silicon substrate 1 using the gate electrode 5 and the side walls 15 as a mask. This is an ion implantation process for forming the P + type source / drain regions 17.

【0071】次に、図10(B)に示すように、図10
(A)に示した構造を弗酸処理し、N型シリコン基板1
上及びゲート電極5上に存在する自然酸化膜を除去す
る。次に、N型シリコン基板1上から側壁15上及びゲ
ート電極5の上面上にかけて高融点金属を堆積し、高融
点金属膜19を形成する。高融点金属は、シリコンと反
応し、シリコンよりも低抵抗なシリサイド層を形成する
ものであれば良い。
Next, as shown in FIG.
The structure shown in (A) is treated with hydrofluoric acid, and an N-type silicon substrate 1
The natural oxide film existing on the gate electrode 5 is removed. Next, a refractory metal is deposited from the N-type silicon substrate 1 to the sidewalls 15 and the upper surface of the gate electrode 5 to form a refractory metal film 19. The refractory metal may react with silicon to form a silicide layer having a lower resistance than silicon.

【0072】次に、図10(C)に示すように、例えば
熱処理し、高融点金属膜19をシリコンと反応させ、P
+型ソース/ドレイン領域17及びゲート電極5の表面部
分をシリサイド化する。
Next, as shown in FIG. 10C, for example, heat treatment is performed to cause the high melting point metal film 19 to react with silicon,
The surface portions of the + type source / drain region 17 and the gate electrode 5 are silicided.

【0073】次に、図10(D)に示すように、高融点
金属膜19のうち、シリコンと反応していない部分を除
去する。これにより、P+型ソース/ドレイン領域17内
及びゲート電極5内に自己整合的にシリサイド層21が
形成される。
Next, as shown in FIG. 10D, a portion of the high melting point metal film 19 that has not reacted with silicon is removed. Thereby, the silicide layer 21 is formed in the P + type source / drain region 17 and the gate electrode 5 in a self-aligned manner.

【0074】次に、図11に示すように、図10(D)
に示した構造上に層間絶縁膜23を形成し、層間絶縁膜
23にシリサイド層21に達するコンタクト孔25を形
成し、層間絶縁膜23上にコンタクト孔25を介してシ
リサイド層21に電気的に接触する配線層27を形成す
ることで、この発明の第2実施形態に係るPチャネル型
MOSFETが完成する。
Next, as shown in FIG. 11, FIG.
A contact hole 25 reaching the silicide layer 21 is formed in the interlayer insulating film 23, and the silicide layer 21 is electrically connected to the silicide layer 21 through the contact hole 25 on the interlayer insulating film 23. By forming the contacting wiring layer 27, the P-channel MOSFET according to the second embodiment of the present invention is completed.

【0075】このような第2実施形態においても、酸化
膜9の膜厚TSiO2が20nm、窒化膜11の膜厚TSiN
が20nmであり、比“TSiO2/TSiN”が1.0であ
る。つまり、比“TSiO2/TSiN”が0.5以上を満たし
ている。このため、第1実施形態と同様に、ゲート酸化
膜3とN型シリコン基板1との界面近傍にかかる機械的
なストレスを緩和することができる。
Also in the second embodiment, the thickness T SiO2 of the oxide film 9 is 20 nm and the thickness T SiN of the nitride film 11 is 20 nm.
Is 20 nm, and the ratio “T SiO2 / T SiN ” is 1.0. That is, the ratio "T SiO2 / T SiN " satisfies 0.5 or more. Therefore, similarly to the first embodiment, mechanical stress applied near the interface between the gate oxide film 3 and the N-type silicon substrate 1 can be reduced.

【0076】以上、この発明を第1、第2実施形態によ
り説明したが、この発明は、これら実施形態それぞれに
限定されるものではなく、その実施にあたっては、発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能で
ある。
As described above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to each of these embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention. It is possible to transform to

【0077】また、上記第1、第2実施形態はそれぞ
れ、単独で実施することが可能であるが、適宜組み合わ
せて実施することも、もちろん可能である。
Although the first and second embodiments can be implemented independently, they can of course be implemented in appropriate combinations.

【0078】さらに、上記第1、第2実施形態には、種
々の段階の発明が含まれており、各実施形態において開
示した複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々
の段階の発明を抽出することも可能である。
Further, the first and second embodiments include inventions of various stages, and the invention of various stages is extracted by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in each embodiment. It is also possible.

【0079】[0079]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、窒化膜を含んだ側壁構造を持つ半導体装置におい
て、半導体装置にかかる機械的なストレスを緩和し、信
頼性の低下を抑制できる半導体装置を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, in a semiconductor device having a sidewall structure including a nitride film, a semiconductor stress which can reduce the mechanical stress applied to the semiconductor device and can suppress a decrease in reliability. An apparatus can be provided.

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

【図1】図1はこの発明の第1実施形態に係るMOSF
ETを示す断面図。
FIG. 1 is a MOSF according to a first embodiment of the present invention;
Sectional drawing which shows ET.

【図2】図2は酸化膜膜厚(TEOS thickness)と機械的な
ストレス(Stress)との関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an oxide film thickness (TEOS thickness) and mechanical stress (Stress).

【図3】図3(A)は不良到達時間(Time To Failure)
と累積確率(Cumulative Probability)との関係を示す
図、図3(B)はドレイン電流(Idr)と不良到達時間(Ti
meTo Failure)との関係を示す図。
FIG. 3 (A) is a failure arrival time (Time To Failure).
FIG. 3B is a graph showing the relationship between the cumulative probability (Cumulative Probability) and the drain current (Idr) and the failure arrival time (Ti
FIG.

【図4】図4はゲート長(GATE length)と加速試験前/
後のドレイン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)との関
係を示す図。
FIG. 4 shows the gate length (GATE length) and before the acceleration test /
FIG. 14 is a diagram showing a relationship with a change amount (ΔIdsat / Idsat) of a drain saturation current later.

【図5】図5(A)〜図5(E)はそれぞれMOSFE
Tをゲート長毎に示した断面図。
FIGS. 5A to 5E show MOSFEs, respectively.
Sectional drawing which showed T for every gate length.

【図6】図6は酸化膜の膜厚と窒化膜の膜厚との比(T
SiO2/TSiN)と平均絶縁破壊時間(平均TDDB)との関係を
示す図。
FIG. 6 is a graph showing the ratio of the thickness of the oxide film to the thickness of the nitride film (T
The figure which shows the relationship between ( SiO2 / TSiN ) and average dielectric breakdown time (average TDDB).

【図7】図7は酸化膜の膜厚と窒化膜の膜厚との比(T
SiO2/TSiN)と加速試験前/後のドレイン飽和電流の変
化量(ΔIdsat/Idsat)との関係を示す図。
FIG. 7 is a graph showing the ratio of the thickness of the oxide film to the thickness of the nitride film (T
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between ( SiO2 / T SiN ) and a change amount (ΔIdsat / Idsat) of a drain saturation current before / after an acceleration test.

【図8】図8(A)〜図8(D)はそれぞれMOSFE
Tを酸化膜の膜厚と窒化膜の膜厚との比毎に示した断面
図。
8 (A) to 8 (D) each show a MOSFE.
Sectional drawing which showed T for every ratio of the film thickness of the oxide film to the film thickness of the nitride film.

【図9】図9(A)〜図9(D)はそれぞれこの発明の
第2実施形態に係るMOSFETを主要な製造工程毎に
示す断面図。
FIGS. 9A to 9D are cross-sectional views illustrating a MOSFET according to a second embodiment of the present invention for each of main manufacturing steps.

【図10】図10(A)〜図10(D)はそれぞれこの
発明の第2実施形態に係るMOSFETを主要な製造工
程毎に示す断面図。
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views illustrating a MOSFET according to a second embodiment of the present invention for each of main manufacturing steps.

【図11】図11はこの発明の第2実施形態に係るMO
SFETを示す断面図。
FIG. 11 is an MO according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an SFET.

【図12】図12は従来のMOSFETにかかる機械的
なストレスの分布を示す図。
FIG. 12 is a view showing distribution of mechanical stress applied to a conventional MOSFET.

【図13】図13は機械的なストレス(Stress)と加速試
験前/後のドレイン飽和電流の変化量(ΔIdsat/Idsat)
との関係を示す図。
FIG. 13 is a graph showing mechanical stress (Stress) and change in drain saturation current before and after an acceleration test (ΔIdsat / Idsat).
FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…N型シリコン基板又はN型ウェル、 3…ゲート酸化膜、 5…ゲート電極、 7…P-型エクステンション層、 9…シリコン酸化膜、 11…シリコン窒化膜、 13…シリコン酸化膜、 15…側壁、 17…P+型ソース/ドレイン領域、 19…高融点金属膜、 21…シリサイド層、 23…層間絶縁膜、 25…コンタクト孔、 27…配線層。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type silicon substrate or N-type well, 3 ... Gate oxide film, 5 ... Gate electrode, 7 ... P - type extension layer, 9 ... Silicon oxide film, 11 ... Silicon nitride film, 13 ... Silicon oxide film, 15 ... Side walls, 17: P + type source / drain regions, 19: refractory metal film, 21: silicide layer, 23: interlayer insulating film, 25: contact hole, 27: wiring layer.

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Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されて形成
された、0.14μm以下のゲート長Lgを持つゲート
電極と、 前記半導体基板上から前記0.14μm以下のゲート長
Lgを持つゲート電極の側壁上にかけて形成された第1
の酸化膜、この第1の酸化膜上に形成された窒化膜、及
びこの窒化膜上に形成された第2の酸化膜の積層構造を
含む側壁とを具備し、 前記第1の酸化膜の膜厚Toxと前記窒化膜の膜厚Tniと
の比“Tox/Tni”が、0.5以上であることを特徴と
する半導体装置。
1. A semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate and insulated from the semiconductor substrate and having a gate length Lg of 0.14 μm or less, and 0.14 μm or less from the semiconductor substrate. Formed on the side wall of the gate electrode having the gate length Lg.
An oxide film, a nitride film formed on the first oxide film, and a side wall including a stacked structure of a second oxide film formed on the nitride film. A semiconductor device, wherein the ratio "Tox / Tni" between the thickness Tox and the thickness Tni of the nitride film is 0.5 or more.
【請求項2】 前記第1の酸化膜は、前記半導体基板上
から前記0.14μm以下のゲート長Lgを持つゲート
電極の側壁上にかけて、段切れなく形成されていること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first oxide film is formed from the semiconductor substrate to a sidewall of the gate electrode having a gate length Lg of 0.14 μm or less without a step. 2. The semiconductor device according to 1.
【請求項3】 前記ゲート電極の膜厚Tgは、前記ゲー
ト長Lgよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness Tg of the gate electrode is larger than the gate length Lg.
【請求項4】 前記ゲート電極の膜厚Tgと前記ゲート
長Lgとの比“Tg/Lg”が1.42以上であることを特
徴とする請求項3に記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the ratio “Tg / Lg” of the thickness Tg of the gate electrode to the gate length Lg is 1.42 or more.
【請求項5】 前記第1の酸化膜はテトラエトキシシラ
ンを原料ガスに用いて堆積されたシリコン酸化物である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれか一項に
記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first oxide film is a silicon oxide deposited using tetraethoxysilane as a source gas. .
【請求項6】 半導体基板と、 前記半導体基板上に、この半導体基板と絶縁されて形成
された、0.14μm以下のゲート長Lgを持つゲート
電極と、 前記半導体基板上から前記0.14μm以下のゲート長
Lgを持つゲート電極の側壁上にかけて形成された窒化
膜、及びこの窒化膜上に形成された酸化膜の積層構造を
含む側壁とを具備し、 前記窒化膜は、10nm以下の膜厚を持つことを特徴と
する半導体装置。
6. A semiconductor substrate, a gate electrode formed on the semiconductor substrate and insulated from the semiconductor substrate and having a gate length Lg of 0.14 μm or less, and 0.14 μm or less from the semiconductor substrate. A nitride film formed over a sidewall of a gate electrode having a gate length of Lg, and a sidewall including a stacked structure of an oxide film formed on the nitride film, wherein the nitride film has a thickness of 10 nm or less. A semiconductor device having:
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