JP2006261559A - Mos-type semiconductor apparatus - Google Patents
Mos-type semiconductor apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006261559A JP2006261559A JP2005079754A JP2005079754A JP2006261559A JP 2006261559 A JP2006261559 A JP 2006261559A JP 2005079754 A JP2005079754 A JP 2005079754A JP 2005079754 A JP2005079754 A JP 2005079754A JP 2006261559 A JP2006261559 A JP 2006261559A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate electrode
- type semiconductor
- gate
- insulating film
- sub
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ゲートの構造、特に、ゲート絶縁膜(酸化膜)近傍の構造を改良してリーク電流の発生を抑制して信頼性を向上したMOS型半導体装置に関する。 The present invention relates to a MOS type semiconductor device in which the structure of a gate, in particular, the structure in the vicinity of a gate insulating film (oxide film) is improved to suppress the occurrence of leakage current and improve the reliability.
近年、半導体集積回路装置を製造する技術の進歩が著しいが、MOS型半導体装置に於けるゲート絶縁膜は益々薄膜化し、また、ゲート長やゲート幅は益々微細化の一途を辿っている。 In recent years, the progress of technology for manufacturing semiconductor integrated circuit devices has been remarkable. However, gate insulating films in MOS semiconductor devices have become increasingly thinner, and gate lengths and gate widths have been increasingly miniaturized.
図7は従来の標準的なMOS型半導体装置を表す要部切断側面図であり、図に見られるように、半導体基板31にエピタキシャル成長したチャネル層32上にゲート絶縁膜33を形成し、ゲート絶縁膜33上にゲート電極34を形成し、そのゲートの側方にソース領域35やドレイン領域36が形成されている。
FIG. 7 is a cutaway side view showing a main part of a conventional standard MOS type semiconductor device. As shown in FIG. 7, a
図示のMOS型半導体装置は、微細化することで性能向上は達成されるが、反面、半導体装置として信頼性面での問題点が次第に顕在化している。 Although the MOS type semiconductor device shown in the drawing can be improved in performance by miniaturization, on the other hand, problems in terms of reliability as a semiconductor device are gradually becoming apparent.
最近の微細化されたMOS型半導体装置においては、2〜3%のドレイン電流の変動が観測されたり、ストレスを印加すると特性が変動し、そして、逆方向のストレスの印加、例えば、逆方向の一定電圧を与え続けるなどの操作で回復したりする現象が観測されていて、これらの原因はゲート絶縁膜33中に存在するイオン化した不純物原子( 例えばナトリウム) 、或いは、格子欠陥(例えば水素が離脱した欠陥)ではないかと考えられる。
In recent miniaturized MOS type semiconductor devices, fluctuations in drain current of 2 to 3% are observed, characteristics change when stress is applied, and application of reverse stress, for example, reverse direction The phenomenon of recovery by an operation such as continuously applying a constant voltage has been observed, and these are caused by ionized impurity atoms (for example, sodium) present in the
これら、イオン化した不純物、或いは、格子欠陥は絶縁膜の格子中、或いは、格子間に存在し、非常い遅い速度で移動可能であると考えられる。 These ionized impurities or lattice defects are present in the lattice of the insulating film or between the lattices, and are considered to be movable at a very low speed.
前記した従来のMOS型半導体装置の構造では、前記移動可能なイオン化した不純物、乃至、格子欠陥は、半導体装置が動作中のバイアス電圧に依って、ゲート絶縁膜中のゲート電極直下の領域、或いは、その近傍に移動して来て、不純物同士の間隔が短くなる為、トラップ間のトンネル効果を起こす確率が増加し、その結果、ゲートリーク電流の増加、突発的な電流パスの形成を引き起し、回路動作の不良、装置の破壊を引き起こす可能性が増大する。 In the structure of the conventional MOS type semiconductor device described above, the movable ionized impurity or lattice defect is caused by the region under the gate electrode in the gate insulating film depending on the bias voltage during operation of the semiconductor device, or Since the distance between the impurities is reduced and the distance between the impurities is shortened, the probability of the tunnel effect between traps increases, resulting in an increase in gate leakage current and the formation of a sudden current path. However, there is an increased possibility of causing malfunction of the circuit and destruction of the device.
本発明のMOS型半導体装置については、勿論、〔発明の開示〕の項で詳細に説明してあるが、ゲート電極の側方にサブゲート電極を設置した構造がベースになっている。そして、これに類似する構造は既に知られているところである(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4を参照。)。
The MOS type semiconductor device of the present invention is, of course, described in detail in the section [Disclosure of the Invention], but is based on a structure in which a sub-gate electrode is provided on the side of the gate electrode. A structure similar to this is already known (see, for example, Patent Document 1,
然しながら、これら何れの公知例も、サブゲート電極に電圧を与える事でチャネル層に生成される反転層を制御する事を目的とする発明であり、本発明に於けるように、ゲート絶縁膜中の可動性イオン化不純物を排除する為の技術を開示するものではなく、その為、自ずからゲートの構造が相違している。 However, any of these known examples is an invention for the purpose of controlling the inversion layer generated in the channel layer by applying a voltage to the sub-gate electrode, and in the present invention, as shown in FIG. It does not disclose a technique for eliminating mobile ionized impurities, and therefore the gate structure is naturally different.
即ち、特許文献1、特許文献3、特許文献4に開示された発明は、何れもサブゲート電極に印加する電圧でしきい値を制御するものである為、サブゲート電極をチャネル領域の上に存在させることが必要なのであるが、本発明に依るMOS型半導体装置では、その必要がない。 That is, since the inventions disclosed in Patent Document 1, Patent Document 3, and Patent Document 4 all control the threshold value with the voltage applied to the sub-gate electrode, the sub-gate electrode is present on the channel region. However, this is not necessary in the MOS type semiconductor device according to the present invention.
また、特許文献2の公知例においては、サブゲート電極はドレイン( あるいはソース) 領域の上に存在し、チャネル領域の上には存在しない点において本発明のMOS型半導体装置と同様の構造であるように認識されるであろうが、ドレイン( あるいはソース) 電極とサブゲート電極間の静電容量を減らすため、サブゲート電極下の絶縁膜はゲート電極下の絶縁膜に比較し、厚くした構造になっている。
Further, in the known example of
これに対し、本発明に於いては、サブゲート電極下の絶縁膜の厚みはゲート電極下の絶縁膜と同等か、或いは、それよりも薄くする構造になっているから、この点において、発明の目的も構成も相違していると認識される。
本発明では、薄膜化されたゲート絶縁膜中の可動性且つイオン性の不純物を簡単な構成で排除できるようにして、MOS型半導体装置の信頼性を向上させようとする。 In the present invention, it is intended to improve the reliability of a MOS type semiconductor device by removing movable and ionic impurities in a thin gate insulating film with a simple structure.
本発明に依るMOS型半導体装置に於いては、ゲート絶縁膜(例えば、ゲート絶縁膜13)上のゲート電極(例えば、ゲート電極14)両側で、且つ、ゲート絶縁膜下地のチャネル領域(例えば、チャネル領域14)から外れた位置に形成され、該ゲート電極直下のゲート絶縁膜から可動不純物(例えば、可動不純物19)を排除する電圧が印加されるサブゲート電極(例えば、サブゲート電極17)を備えてなることを特徴とする。 In the MOS type semiconductor device according to the present invention, the channel region (for example, the gate insulating film, for example, on both sides of the gate electrode (for example, the gate electrode 14) on the gate insulating film (for example, the gate insulating film 13) A sub-gate electrode (for example, sub-gate electrode 17), which is formed at a position deviated from the channel region 14) and to which a voltage for eliminating movable impurities (for example, movable impurities 19) is applied from the gate insulating film immediately below the gate electrode. It is characterized by becoming.
前記手段を採ることに依り、サブゲート電極に適切な電圧を加えることで、ゲート絶縁膜中の不純物や欠陥などの可動性イオンをゲート電極直下の領域から排除してサブゲート電極側に移動させることができるので、ゲート絶縁膜中のトンネル電流が減少させることが可能となり、ゲート電極直下に於けるゲート絶縁膜の破壊を招来するリーク電流の発生が良好に抑制され、MOS型半導体装置の信頼性が向上する。 By adopting the above means, by applying an appropriate voltage to the sub-gate electrode, mobile ions such as impurities and defects in the gate insulating film can be removed from the region directly under the gate electrode and moved to the sub-gate electrode side. As a result, the tunnel current in the gate insulating film can be reduced, the generation of leakage current that causes the breakdown of the gate insulating film directly under the gate electrode is suppressed well, and the reliability of the MOS semiconductor device is improved. improves.
図1は本発明を実施したMOS型半導体装置を例示する要部切断側面図であり、図に見られるように、シリコン半導体基板11に形成したエピタキシャル成長シリコン半導体層12上にゲート絶縁膜13を形成し、ゲート絶縁膜13上にゲート電極14を形成し、ゲート電極14の側方にゲート絶縁膜13を掘り下げて更に薄膜化した領域13Aが形成され、その薄膜化した領域13A上にサブゲート電極17が形成され、ゲートの側方に於けるシリコン半導体層12にソース領域15及びドレイン領域16が形成されている。尚、18はゲート電極14直下のチャネル領域、19はイオン化して可動性になった不純物を示している。
FIG. 1 is a cutaway side view illustrating a MOS type semiconductor device embodying the present invention. As shown in FIG. 1, a
図2及び図3図は本発明に依るMOS型半導体装置を作製する工程を説明する為の工程要所に於けるMOS型半導体装置を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。 FIG. 2 and FIG. 3 are fragmentary cutaway side views showing the MOS type semiconductor device at the main points of the process for explaining the process of manufacturing the MOS type semiconductor device according to the present invention. Will be described with reference to FIG.
図2参照
(1)
MBE(molecular beam epitaxy)法を適用することに依り、シリコン半導体基板21上にシリコン半導体層22をエピタキシャル成長させる。このシリコン半導体層22はチャネル層として動作する。尚、MBE法はMOCVC(metal organic chemical vapour deposition)法に代替しても良い。また、若干、工程は複雑になるが、シリコン半導体層22の表面に酸化膜を形成し、別のシリコン半導体基板に貼付して、その後、シリコン半導体基板21を除去してSOI構造にしても良い。
See Fig. 2 (1)
A
図3参照
(2)
熱酸化法を適用し、エピタキシャル成長のシリコン半導体層22の表面を電気炉内で水蒸気に曝すことに依り、SiO2 からなるゲート絶縁膜23を形成する。
See Fig. 3 (2)
A
図4参照
(3)
CVD(chemical vapour deposition)法を適用することに依り、ゲート絶縁膜23上にポリシリコン層を形成し、次いで、リソグラフィ技術を適用することに依り、ポリシリコン層のエッチングを行ってゲート電極24を形成する。
See Fig. 4 (3)
By applying a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a polysilicon layer is formed on the
図5参照
(4)
イオン注入法を適用することに依り、シリコン半導体層22にAsイオン或いはGaイオンなどの打ち込みを行ってソース領域25及びドレイン領域26を形成する。
Refer to FIG. 5 (4)
The
図6参照
(5)
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセス、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、ゲート絶縁膜23をエッチングしてソース電極形成予定部分及びドレイン電極形成予定部分に開口を形成し、次いで、スパッタリング法を適用することに依って金属膜を形成してから再びリソグラフィ技術に於けるレジストプロセス、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、前記金属膜をエッチングしてソース電極27及びドレイン電極28を形成する。
See FIG. 6 (5)
By applying a resist process and a dry etching method in lithography technology, the
(6)
リソグラフィ技術に於けるレジストプロセス、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、ゲート電極24の両側に於けるゲート絶縁膜23のサブゲート電極形成予定部分をエッチングして凹所を形成する。このエッチングは、ゲート絶縁膜23の一部を薄膜化することが目的であって、ゲート絶縁膜23を貫通する開口は形成しない。
(6)
By applying a resist process in the lithography technique and a dry etching method, the sub-gate electrode formation scheduled portions of the
(7)
スパッタリング法を適用することに依って金属膜を形成し、次いで、リソグラフィ技術に於けるレジストプロセス、及び、ドライエッチング法を適用することに依り、該金属膜のエッチングを行って前記凹所を埋めるサブゲート電極29を形成する。
(7)
A metal film is formed by applying a sputtering method, and then the metal film is etched to fill the recess by applying a resist process in a lithography technique and a dry etching method. A
以上のようにしてMOS型半導体装置が完成されるのであるが、サブゲート電極29への電圧印加は、MOS型半導体装置の作成途上で実施し、ゲート電極24の直下に在るゲート絶縁膜23から可動性不純物の排除を行なった後は、実際にデバイスを動作させている状況での電圧印加は行わない。然しながら、実際にMOS型半導体装置を動作させる事で不純物( 欠陥) が発生する場合もあるので、動作中に於いてもサブゲート電極29に電圧を印加することは任意である。
As described above, the MOS type semiconductor device is completed. The voltage application to the
11 シリコン半導体基板
12 エピタキシャル成長シリコン半導体層
13 ゲート絶縁膜
13A ゲート絶縁膜13の薄膜化した領域
14 ゲート電極
15 ソース領域
16 ドレイン領域
17 サブゲート電極
18 チャネル領域
19 イオン化した可動性不純物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
Claims (2)
を備えてなることを特徴とするMOS型半導体装置。 A sub-gate electrode formed on both sides of the gate electrode on the gate oxide film and at a position deviated from the channel region under the gate oxide film, to which a voltage for removing movable impurities is applied from the gate oxide film immediately below the gate electrode. A MOS type semiconductor device comprising:
を特徴とする請求項1記載のMOS型半導体装置。 The gate oxide film that is the base of the sub-gate electrode is made thinner than the other parts, and the side surface of one of the sub-gate electrodes formed at the thinned portion is connected to the other through the gate oxide film on the channel region. 2. The MOS type semiconductor device according to claim 1, wherein the MOS type semiconductor device is opposed to a side surface of the sub-gate electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005079754A JP2006261559A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Mos-type semiconductor apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005079754A JP2006261559A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Mos-type semiconductor apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006261559A true JP2006261559A (en) | 2006-09-28 |
Family
ID=37100426
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005079754A Withdrawn JP2006261559A (en) | 2005-03-18 | 2005-03-18 | Mos-type semiconductor apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006261559A (en) |
-
2005
- 2005-03-18 JP JP2005079754A patent/JP2006261559A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100524653C (en) | Anisotropic wet etch device and its production method | |
JP5204645B2 (en) | Technology for forming contact insulation layers with enhanced stress transmission efficiency | |
US8828832B2 (en) | Strained structure of semiconductor device | |
US6753235B2 (en) | Method of manufacturing CMOS thin film transistor | |
US20090045456A1 (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
US8222100B2 (en) | CMOS circuit with low-k spacer and stress liner | |
JP5774261B2 (en) | Silicon carbide self-aligned epitaxial MOSFET and manufacturing method thereof | |
CN103633029B (en) | Semiconductor structure and manufacture method thereof | |
TWI701835B (en) | High electron mobility transistor | |
JP2009177110A (en) | Nitride semiconductor element, and method for manufacturing nitride semiconductor element | |
JP2008053283A (en) | Manufacturing method for semiconductor device | |
WO2006050283A2 (en) | Resonant tunneling device using metal oxide semiconductor processing | |
KR20030058641A (en) | Method for manufacturing transistor of semiconductor device | |
JP2007036116A (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
JP4627211B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5036399B2 (en) | Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
JP5107027B2 (en) | Method for manufacturing field effect transistor having diamond-like carbon channel | |
US10991537B2 (en) | Vertical vacuum channel transistor | |
JP2006261559A (en) | Mos-type semiconductor apparatus | |
KR100650900B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR100372645B1 (en) | Method for manufacturing soi device | |
TW201340184A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
EP4020588A1 (en) | Method for processing a fet device | |
JP2009088081A (en) | Field-effect transistor using group iii nitride semiconductor | |
KR0130626B1 (en) | Structure and fabrication of mosfet |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |