JP2968548B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はMISトランジスタ,バイポーラトランジスタ
等の半導体装置及びその製造方法に関する。The present invention relates to a semiconductor device such as an MIS transistor and a bipolar transistor and a method for manufacturing the same.
(従来の技術) 近年コンピュータや通信機器の重要部分には大規模集
積回路(LSI)が多用されている。これらのLSIは、数ミ
リ角の半導体基板上に多数の例えば電界効果トランジス
タ(FET)を集積して形成されている。最近では、このL
SIは多種多様の機能を果たすために、より一層の集積化
がなされている。(Prior Art) In recent years, large-scale integrated circuits (LSIs) are frequently used in important parts of computers and communication devices. These LSIs are formed by integrating a large number of field effect transistors (FETs) on a semiconductor substrate of several mm square. Recently, this L
SIs are becoming more integrated to fulfill a wide variety of functions.
従来のMOSFETの製造方法を第9図を用いて説明する。 A conventional method for manufacturing a MOSFET will be described with reference to FIG.
先ず、Pウェル領域(202)およびフィールド酸化膜
(203)を形成したN型シリコン基板(201)上に薄い熱
酸化膜(2041)(ゲート酸化膜)を介して多結晶シリコ
ン膜(2051)を形成する。さらに、この多結晶シリコン
膜(2051)にボロンを導入したP型部、リンあるいはヒ
素を導入したN型部を具備するようにする(第9図
(a))。First, a polycrystalline silicon film (205 1 ) is placed on a thin thermal oxide film (204 1 ) (gate oxide film) on an N-type silicon substrate (201) on which a P well region (202) and a field oxide film (203) are formed. ) Is formed. Further, the polycrystalline silicon film (205 1 ) is provided with a P-type portion into which boron is introduced and an N-type portion into which phosphorus or arsenic is introduced (FIG. 9A).
次いで、フォトリソ工程、異方性エッチング工程を経
てゲート電極(2052)、(2053)を形成する。しかる
後、露出面を酸化してゲート電極(2052)(2053)表面
に薄い熱酸化膜(2042)を形成する。さらに、ゲート電
極上からPMOS領域にはボロンをNMOS領域にはリンあるい
はヒ素を基板(101)表面に導入することにより、この
電極と自己整合的にそれぞれP型、N型のソース・ドレ
イン領域(2061)(2062)(2071)(2072)を形成する
(第9図(b))。Next, gate electrodes (205 2 ) and (205 3 ) are formed through a photolithography step and an anisotropic etching step. Thereafter, the exposed surface is oxidized to form a thin thermal oxide film (204 2 ) on the surface of the gate electrodes (205 2 ) (205 3 ). Further, by introducing boron into the PMOS region and phosphorus or arsenic into the NMOS region from above the gate electrode to the surface of the substrate (101), P-type and N-type source / drain regions ( 206 1 ) (206 2 ) (207 1 ) (207 2 ) are formed (FIG. 9 (b)).
その後、CVD法を用いて酸化膜とBPSG膜の積層構造の
絶縁膜(208)を堆積し、水蒸気雰囲気で熱処理を施す
ことによりゲート電極上の絶縁膜を平坦化した後、所望
の領域にコンタクトホールを設け電極配線(210)を形
成する(第9図(c))。そして、必要に応じて配線に
無理のない温度でプラズマCVD酸化膜を堆積し、所望の
領域にビアホールを設けさらに上層の配線を形成すると
いう工程を繰りかえす。最後に、最上層の配線の上をプ
ラズマSi3N4とPSGの積層構造のパッシベーション膜(20
9)で覆った後パッド部(図示しない)を形成する。以
上のような工程を経てMOSFETは完成する。しかしなが
ら、このようなMOSFETには次のような問題点があった。
即ち、 (1) P+polyゲートPMOSでは、ゲート酸化膜が薄くな
ってくると、ゲート電極からゲート酸化膜を通してボロ
ンが基板側に拡散しチャネル領域の不純物濃度を変化さ
せるため、しきい値電圧の制御性が悪く、場合によって
はカットオフしない特性になってしまっていた。その結
果、スケーリング則に沿ってゲート酸化膜厚を薄くでき
ないという問題点があった。After that, an insulating film (208) having a laminated structure of an oxide film and a BPSG film is deposited using a CVD method, and the insulating film on the gate electrode is planarized by performing a heat treatment in a steam atmosphere, and then contacting a desired region. A hole is provided to form an electrode wiring (210) (FIG. 9 (c)). Then, if necessary, a step of depositing a plasma CVD oxide film at a reasonable temperature on the wiring, providing a via hole in a desired region, and forming an upper wiring is repeated. Finally, a passivation film of a laminated structure of a plasma Si 3 N 4 and PSG over the uppermost wiring (20
After covering in step 9), a pad portion (not shown) is formed. Through these steps, the MOSFET is completed. However, such a MOSFET has the following problems.
(1) In a P + poly gate PMOS, when the gate oxide film becomes thinner, boron diffuses from the gate electrode through the gate oxide film to the substrate side and changes the impurity concentration in the channel region. Controllability is poor, and in some cases, the characteristics do not cut off. As a result, there is a problem that the gate oxide film thickness cannot be reduced according to the scaling rule.
(2) 低温でのBPSG膜の平滑化には水蒸気雰囲気での
熱工程が必要となるが、水蒸気雰囲気中での平滑化の熱
処理を施すと、ゲート電極、拡散層が酸化され、特にシ
リサイド膜を用いている場合にはその膜表面の凹凸が激
しく膜質を劣化させるとともに、ゲート電極および拡散
層中の不純物が層間絶縁膜側に吸い出され、ゲート電
極、拡散層のシート抵抗の増大を招いていた。(2) Smoothing the BPSG film at a low temperature requires a heating step in a steam atmosphere. However, when heat treatment for smoothing is performed in a steam atmosphere, the gate electrode and the diffusion layer are oxidized, and in particular, a silicide film is formed. In the case of using, the unevenness of the film surface becomes severe and deteriorates the film quality, and the impurities in the gate electrode and the diffusion layer are sucked out to the interlayer insulating film side, thereby increasing the sheet resistance of the gate electrode and the diffusion layer. I was
上記(1)(2)を解決する手段としてBPSG膜の上ま
たは下にLPCVD Si3N4膜を堆積する方法があったが、平
滑化時にSi3N4膜にクラックが入ったり、Si3N4膜とBPSG
膜との熱膨張率の差によりストレスが印加され、デバイ
ス特性、信頼性の劣化を引き起こすことがあった。(1) There was a method of depositing on or under the BPSG film as a means for solving the LPCVD the Si 3 N 4 film (2), or cracks within the Si 3 N 4 film during the smoothing, Si 3 N 4 film and a BPSG
Stress may be applied due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the film and the film, which may cause deterioration in device characteristics and reliability.
(発明が解決しようとする課題) 従来のMOSトランジスタの製造方法では、P+ポリシリ
コンゲートからのボロンの突き抜けやゲート電極あるい
は拡散層からの不純物の吸い出し現象、ゲート電極、拡
散層が酸化されることによる膜質の劣化、ゲート電極エ
ッジのバーズビークの増大によるしきい値電圧の不安定
性、寄生抵抗の増大をまねき、スケーリングによる高性
能化が困難であった。(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional method of manufacturing a MOS transistor, the phenomenon of penetration of boron from a P + polysilicon gate, absorption of impurities from a gate electrode or a diffusion layer, and oxidation of the gate electrode and the diffusion layer. As a result, the film quality deteriorates, the threshold voltage becomes unstable due to an increase in bird's beak at the gate electrode edge, and the parasitic resistance increases.
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、しきい値
電圧の制御性がよく、寄生抵抗の小さな半導体装置を容
易に形成する事ができる半導体装置及びその製造方法を
提供する事を目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a semiconductor device having good controllability of a threshold voltage and capable of easily forming a semiconductor device having a small parasitic resistance, and a method for manufacturing the same. I do.
[発明の構成] (課題を解決するため手段) 本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、第1の
発明は、半導体基板表面部に形成されたトランジスタ
と、このトランジスタの一部を成す不純物を含有する導
電性膜上に形成された酸素及び窒素を含む層間膜と、こ
の層間膜上に形成された水素含有の絶縁膜とを具備した
ことを特徴とする半導体装置を提供するものである。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first invention is directed to a transistor formed on a surface portion of a semiconductor substrate and a part of the transistor. A semiconductor device comprising: an interlayer film containing oxygen and nitrogen formed on a conductive film containing impurities, which forms: and a hydrogen-containing insulating film formed on the interlayer film. Things.
また、第2の発明は、半導体基板表面部にトランジス
タを形成する工程と、このトランジスタの一部を成す不
純物を含有する導電性膜上に酸素及び窒素を含む層間膜
を形成する工程と、この層間膜上に水素含有の絶縁膜を
形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体装置
の製造方法を提供するものである。According to a second aspect of the present invention, a step of forming a transistor on a surface portion of a semiconductor substrate, a step of forming an interlayer film containing oxygen and nitrogen on a conductive film containing impurities forming a part of the transistor, Forming a hydrogen-containing insulating film on the interlayer film.
(作 用) 本発明によれば、素子上の層間膜中に拡散バリアとな
る窒素を含ませることにより、パッシベーション膜とし
てプラズマ窒化膜を形成する際あるいは平坦化に優れた
水蒸気雰囲気でのリフローを用いた際のH基、OH基やO
基の侵入をシャットアウトできる。従って、ゲート電極
あるいは、エミッタ電極等の不純物を含有する導電性膜
や拡散層の酸化による膜質の劣化や、ゲート電極あるい
は拡散層からの不純物の吸い出し現象、ゲート電極エッ
ジのバーズビークの発生が抑制され、その結果、寄生抵
抗の小さな高性能な半導体装置を容易に形成する事がで
きる。(Operation) According to the present invention, when a plasma nitride film is formed as a passivation film or in a water vapor atmosphere excellent in flattening, reflow is performed by including nitrogen serving as a diffusion barrier in an interlayer film on the device. H group, OH group and O
Can shut out radical invasion. Therefore, deterioration of the film quality due to oxidation of the conductive film or the diffusion layer containing impurities such as the gate electrode or the emitter electrode, the phenomenon of sucking out the impurities from the gate electrode or the diffusion layer, and the occurrence of bird's beak at the gate electrode edge are suppressed. As a result, a high-performance semiconductor device having a small parasitic resistance can be easily formed.
また、配線形成後の、水素が発生しやすい膜堆積工程
の前に、この水素を通しにくい窒素含有の酸化膜を形成
するため、ゲート電極中への水素の侵入に起因するP+ポ
リシリコンゲートPMOSFETのしきい値電圧の制御性の問
題を解決することができる。In addition, before forming a film in which hydrogen is likely to be generated after the wiring is formed, a nitrogen-containing oxide film that is difficult to pass through hydrogen is formed, so that a P + polysilicon gate caused by intrusion of hydrogen into the gate electrode is formed. The problem of controllability of the threshold voltage of the PMOSFET can be solved.
(実施例) 本発明の詳細を実施例を用いて説明する。(Examples) Details of the present invention will be described using examples.
第1の実施例 本発明の第1の実施例にかかる電界効果トランジスタ
の製造方法を第1図(a)〜(h)に沿って説明する。First Embodiment A method for manufacturing a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (h).
先ず、例えばN型の単結晶シリコン基板(1)の表面
に、P型ウェル領域(2)および素子分離用のフィール
ド酸化膜(3)を形成した後、800℃のドライ酸化によ
って40Å厚の薄い熱酸化膜(41)を形成する。ついで全
面にLPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposi
tion)法により多結晶シリコン膜(51)を約3500Å堆積
する。(第1図(a)) 次ぎに、レジストのマクス(61)を形成し、これをマ
スクとして多結晶シリコン膜(51)中にフッ化ボロンイ
オンをドーズ量3E15cm-2、加速電圧30KeVの条件で注入
することによりP+型多結晶シリコン(52)を形成する
(第1図(b))。First, a P-type well region (2) and a field oxide film (3) for element isolation are formed on the surface of, for example, an N-type single crystal silicon substrate (1). to form a thermal oxide film (4 1). Next, LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposi
The polycrystalline silicon film (5 1 ) is deposited for about 3500Å by the method of (tion). The next (FIG. 1 (a)), the resist Makusu (6 1) is formed, a polycrystalline silicon film (5 1) a dose of boron fluoride ions in 3E15 cm -2 as a mask, the accelerating voltage 30KeV P + -type polycrystalline silicon by implanting in condition (5 2) forming a (FIG. 1 (b)).
さらにマスク(61)を除去した後、再びレジストマス
ク(62)を形成し、これをマスク(62)として多結晶シ
リコン膜(51)中に不純物例えばリンイオンをドーズ量
3E15cm-2、加速電圧30KeVの条件で注入することにより
今度はN+多結晶シリコン(53)を形成する(第1図
(c))。After further removing the mask (61), a resist mask (6 2) again, a dose of impurities e.g., phosphorus ions into the polycrystalline silicon film (5 1) as a mask (6 2)
3E15 cm -2, this time by implanting in the conditions of an acceleration voltage 30KeV to form an N + polysilicon (5 3) (FIG. 1 (c)).
その後レジストのマスク(62)を除去し、除去面上に
再びパターニングを施した電極形成用のマスクを形成
し、このマスクの上から例えば異方性エッチングを行っ
て不要の多結晶シリコン膜を除去する事によって、不純
物を含有する導電性膜としてのN+型のゲート電極(55)
及びP+型のゲート電極(54)を形成する。(42)はそれ
ぞれのゲート電極のゲート酸化膜である(第1図
(d))。After that, the resist masks (6 2) is removed, again to form a mask for forming an electrode subjected to patterning on the removal surface, the unnecessary polysilicon film from above the mask, for example, by anisotropic etching By removing the N + -type gate electrode as a conductive film containing impurities ( 55 )
And forming the P + -type gate electrode (4). (4 2) is a gate oxide film of each of the gate electrode (FIG. 1 (d)).
次いで、例えば、酸素雰囲気中、800℃のドライ酸化
を行って、それぞれのゲート電極(54)(55)上及び露
出した基板(1)、Pウェル領域(2)表面に80Å程度
の熱酸化膜(43)を形成する。以下の説明では、この膜
を後酸化膜と称する。後酸化膜は厚すぎると電極の下に
バーズビークが入りゲート電極形状が悪くなってしま
う。このバーズビークが極端に大きい場合には、電極エ
ッジのゲート酸化膜厚が実効的に厚くなるため、電極エ
ッジでのトランジスタのしきい値電圧が上昇する。その
結果、このゲートバーズビーク領域は寄生抵抗の増大に
つながることとなりトランジスタのパフォーマンスを劣
化させる。これは、LDD(Lightly Doped Drain)構
造、GDD(Graded Diffused Drain)構造などでより顕
著となる。前記後酸化膜を介してP+型のゲート電極
(54)をマスクに基板(1)にボロンを導入してP+型の
ソース・ドレイン領域(71)(81)を形成する。同様
に、Pウェル領域(2)上にリンを導入してN+型のゲー
ト電極(55)と自己整合的にN+型のソース・ドレイン領
域(72)(82)を形成する(第1図(e))。Then, for example, in an oxygen atmosphere, and subjected to dry oxidation at 800 ° C., the gate electrodes (5 4) (5 5) and on the exposed substrate (1), 80 Å heat of about the P-well region (2) the surface forming an oxide film (4 3). In the following description, this film is referred to as a post-oxide film. If the post-oxide film is too thick, bird's beaks will be formed under the electrode and the shape of the gate electrode will be deteriorated. When the bird's beak is extremely large, the gate oxide film on the electrode edge is effectively thickened, so that the threshold voltage of the transistor at the electrode edge increases. As a result, the gate bird's beak region leads to an increase in the parasitic resistance, and deteriorates the performance of the transistor. This is more noticeable in an LDD (Lightly Doped Drain) structure, a GDD (Graded Diffused Drain) structure, and the like. Forming a P + -type gate electrode through the post oxide film (5 4) by introducing boron into the substrate (1) on the mask P + -type source and drain regions (7 1) (8 1). Similarly, to form a by introducing phosphorus N + -type gate electrode (5 5) in a self-aligned manner N + -type source and drain regions (7 2) (8 2) on a P-well region (2) (FIG. 1 (e)).
次に、CVD(Chemical Vapour Deposition)法によ
り第一の層間絶縁膜として酸化膜(9)を例えば2000Å
堆積する(第1図(f))。Next, an oxide film (9) is formed as a first interlayer insulating film by CVD (Chemical Vapor Deposition), for example, to a thickness of 2000 Å.
It is deposited (FIG. 1 (f)).
この酸化膜(9)形成工程の後、窒素原子の含有ガス
例えば、アンモニアガスを含む雰囲気中で、1100℃で60
秒間のランプ加熱を行い、窒素を含む酸化膜(10)を形
成する(第1図(g))。After the oxide film (9) forming step, the atmosphere is heated at 1100 ° C. for 60 minutes in an atmosphere containing a nitrogen-containing gas, for example, an ammonia gas.
The lamp is heated for 2 seconds to form an oxide film (10) containing nitrogen (FIG. 1 (g)).
その後、全面に第2の層間絶縁膜としてボロン及びリ
ンを含むBPSG(Boro Phospho Silicate Glass)膜
(11)を形成し、続いて、POCl3雰囲気中、あるいは窒
素もしくはアルゴン雰囲気中で、例えば、温度850℃で3
0分の熱処理を行う事により、第2の層間絶縁膜を流動
化させる。以上の様な工程を経て、ゲート電極(54)
(55)上の層間絶縁膜を平坦化した後、写真蝕刻法によ
りゲート電極、ソース、ドレイン領域上にコンタクトホ
ール(12)を開口し、配線材料としてアルミ合金、例え
ばAl−Si−Cuをスパッタ法で堆積し、パターニングして
配線(13)を形成する。最後に配線の上をパッシベーシ
ョン膜例えばプラズマ窒化膜(141)とPSG(Phospho S
ilicate Glass)膜(142)の積層膜(14)で覆った後
パッド部(図示しない)を開口する(第1図(h))。Thereafter, a BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) film (11) containing boron and phosphorus is formed as a second interlayer insulating film on the entire surface, and subsequently, in a POCl 3 atmosphere or a nitrogen or argon atmosphere, 3 at 850 ° C
By performing the heat treatment for 0 minutes, the second interlayer insulating film is fluidized. Through the above such processes, the gate electrode (4)
(5 5) on after planarizing the interlayer insulating film, a gate electrode by photolithography method, a source, and a contact hole (12) on the drain region, an aluminum alloy as a wiring material, for example, Al-Si-Cu The wiring (13) is formed by depositing by sputtering and patterning. Finally, on the wiring passivation film, for example a plasma nitride layer (14 1) and PSG (Phospho S
After covering with a laminated film (14) of an ilicate glass) film (14 2 ), a pad portion (not shown) is opened (FIG. 1 (h)).
このプラズマ窒化膜(141)はSiH4及びNH4雰囲気中で
生成され、この際、このプラズマ窒化膜(141)中に水
素原子がとりこまれる。以上のような工程を経る事によ
ってNMOSFETとPMOSFETを同一基板上に形成する事ができ
る。このMOSFETのうちPMOSFETについてSubthres−hold
特性を評価した結果を第2図に示す。This plasma nitride film (14 1 ) is generated in an atmosphere of SiH 4 and NH 4 , and at this time, hydrogen atoms are taken into this plasma nitride film (14 1 ). Through the above-described steps, the NMOSFET and the PMOSFET can be formed on the same substrate. Subthreshold for PMOSFET
FIG. 2 shows the results of evaluating the characteristics.
従来例では、第1の層間絶縁膜(9)に窒素が含有さ
れていない為、パッシベーション膜としてのプラズマ窒
化膜形成の際発生する水素原子がゲート電極(5)中へ
拡散し、この水素原子に起因してゲート電極(5)中の
ボロンが基板側に拡散し、基板表面にP型層を形成す
る。従って第2図(a)に示す様にチャネル領域をゲー
ト電圧で制御できていない。一方、本実施例では、第1
の層間絶縁膜(10)には窒素を含有している為、水素原
子のゲート電極(5)への拡散が抑制され、ゲート電極
(5)中のボロンの基板側への拡散も抑制できる。従っ
て第2図(b)に示す様に良好なカットオフ特性が得ら
れている。尚、第2図(b)に見られるゲート電圧が正
の領域でのドレインリーク電流はゲート酸化膜を薄膜化
したときに見られる現象でありLDD構造などを用いドレ
イン近傍の電界強度を下げる事により低減できる事は確
かめられている。これは、本発明における本質的な問題
ではない。以上の様にして、ゲート絶縁膜が薄い場合に
もPMOSFETを所望のしきい値電圧でつくる事が可能とな
る。この実施例では、一層配線について説明したが、必
要に応じて多層配線を用いても良い。即ち、第一層配線
形成後、配線に無理のない低い温度で例えばプラズマCV
D酸化膜を堆積し、所望の領域に第一層配線との配線引
き出し口(ビアホール)を設けさらに上層の配線を形成
するという工程を繰り返し、最後に、最上層の配線の上
をパッシベーション膜で覆った後パッド部(図示しな
い)を開口すればよい。また、本実施例では、窒素を含
む酸化膜(10)を形成した後、全面に第2の層間絶縁膜
としてボロン及びリンを含むBPSG(Boro Phospho Sil
icate Glass)膜を形成し、熱処理により第2の層間絶
縁膜を流動化させ、ゲート電極上の層間絶縁膜を平坦化
したが、この工程の後、必要に応じレジストエッチバッ
クの工程を追加してもよいし、熱処理によって流動化す
る代わりに、これをレジストエッチバック技術による平
坦化工程で置き換えても構わない。In the conventional example, since the first interlayer insulating film (9) does not contain nitrogen, hydrogen atoms generated when a plasma nitride film as a passivation film is formed diffuse into the gate electrode (5), and the hydrogen atoms are diffused into the gate electrode (5). As a result, boron in the gate electrode (5) diffuses toward the substrate, forming a P-type layer on the substrate surface. Therefore, the channel region cannot be controlled by the gate voltage as shown in FIG. On the other hand, in the present embodiment, the first
Since the interlayer insulating film (10) contains nitrogen, diffusion of hydrogen atoms to the gate electrode (5) is suppressed, and diffusion of boron in the gate electrode (5) to the substrate side can also be suppressed. Therefore, good cut-off characteristics are obtained as shown in FIG. The drain leakage current in the region where the gate voltage is positive as shown in FIG. 2 (b) is a phenomenon that is observed when the gate oxide film is thinned, and the electric field intensity near the drain is reduced by using an LDD structure or the like. It has been confirmed that it can be reduced by This is not an essential problem in the present invention. As described above, even when the gate insulating film is thin, the PMOSFET can be formed with a desired threshold voltage. In this embodiment, a single-layer wiring has been described, but a multilayer wiring may be used if necessary. In other words, after forming the first layer wiring, the plasma CV is applied to the wiring at a reasonable low temperature.
A step of depositing a D oxide film, providing a wiring lead-out hole (via hole) with the first layer wiring in a desired region, and forming an upper layer wiring is repeated. Finally, a passivation film is formed on the uppermost layer wiring. The pad portion (not shown) may be opened after the cover. Further, in this embodiment, after forming an oxide film (10) containing nitrogen, BPSG (Boro Phospho Silo) containing boron and phosphorus is formed as a second interlayer insulating film on the entire surface.
icate Glass) film was formed, the second interlayer insulating film was fluidized by heat treatment, and the interlayer insulating film on the gate electrode was flattened. After this step, a resist etch back step was added as necessary. Alternatively, instead of fluidizing by heat treatment, this may be replaced by a flattening step using a resist etch-back technique.
また(従来技術)の最後の部分で記したLPCVD Si3N4
膜を堆積した場合の堆積Si3N4膜のクラックや、熱膨張
率の差によるストレスに起因する問題点を解決できた。
これは膜質そのものが堆積膜のように急激に組成がSiO2
からSi3N4に変わるのではなくSiOXNγという組成で連続
的に変化するためである。LPCVD Si 3 N 4 described in the last part (prior art)
The problems caused by the cracks in the deposited Si 3 N 4 film when the film was deposited and the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion could be solved.
This rapidly composition as the film quality itself deposited film SiO 2
This is because the composition does not change from Si 3 N 4 to the composition SiO x N γ but continuously.
尚、本実施例では、第2の層間膜を平坦化させる熱処
理を水蒸気雰囲気中で行ってもよい。この際、水蒸気雰
囲気中の水素原子が第2の層間膜にとりこまれる。In this embodiment, the heat treatment for planarizing the second interlayer film may be performed in a steam atmosphere. At this time, hydrogen atoms in the water vapor atmosphere are taken into the second interlayer film.
第4図に水蒸気雰囲気中でのリフローを用いた従来技
術により作製したNMOSFETのI−V特性と本発明のそれ
と比較して示す。FIG. 4 shows an IV characteristic of an NMOSFET manufactured by a conventional technique using reflow in a steam atmosphere and a comparison with that of the present invention.
従来例(第4図で下側の曲線)では線形領域の立ち上
がりが遅く、また、ソースおよびドレインにかける電圧
が高いところでは差が、小さくなっている事が解る。な
お、ゲート長の長いところではこの様な顕著な差はみら
れなかった。以上はチャネル抵抗とソース及びドレイン
に直列に入る寄生抵抗で説明できる。すなわち、ゲート
長が長い場合にはチャネルの抵抗に比べこの寄生抵抗は
無視できるが、ゲート長が短くなりチャネル抵抗に対し
寄生抵抗が比較できる程度に大きくなってくると第4図
の示す差になってくる。また、このとき、拡散層のシー
ト抵抗及びゲート電極のシート抵抗はそれぞれ従来例で
は本発明の約8倍、約2倍上昇していた。これらは、拡
散層、ゲート電極の酸化による膜質の劣化、ゲートエッ
ジに形成されるバーズビーク、不純物の外方拡散で説明
できる。さらに、本発明で水蒸気雰囲気でのリフローを
用いてもN2,POCl3のリフローと比べて電気的特性に遜色
ない事も解った。従来例と本発明でのゲートエッジの形
状、ボロンイオンの動きを第3図に示す。ここで同図
(a)は従来例、(b)は本発明を示す。In the conventional example (lower curve in FIG. 4), it can be seen that the rise of the linear region is slow, and the difference is small where the voltage applied to the source and drain is high. Such a remarkable difference was not observed at a place where the gate length was long. The above can be explained by the channel resistance and the parasitic resistance in series with the source and the drain. That is, when the gate length is long, the parasitic resistance can be ignored compared to the channel resistance. However, when the gate length becomes short and the parasitic resistance becomes large enough to be compared with the channel resistance, the difference shown in FIG. It is becoming. At this time, the sheet resistance of the diffusion layer and the sheet resistance of the gate electrode were increased by about 8 times and about 2 times, respectively, in the conventional example. These can be explained by deterioration of the film quality due to oxidation of the diffusion layer and the gate electrode, bird's beak formed at the gate edge, and outward diffusion of impurities. Further, it has been found that even when reflow in a steam atmosphere is used in the present invention, the electrical characteristics are not inferior to those of N 2 and POCl 3 . FIG. 3 shows the shape of the gate edge and the movement of boron ions in the conventional example and the present invention. FIG. 1A shows a conventional example, and FIG. 1B shows the present invention.
第2の実施例 第1の実施例をバイポーラトランジスタに適用した例
について第5図(a)〜(g)を参照し説明する。Second Embodiment An example in which the first embodiment is applied to a bipolar transistor will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (g).
P型シリコン基板(101)にn+型埋め込み層(102)を
介してn型エピタキシャル層(103)を形成したウェー
ハを用いている。このウェーハの素子分離領域にはチャ
ネル・ストッパとなるP型層(104)が形成され、また
選択酸化による酸化膜(105)が形成される。このウェ
ーハの素子領域表面に薄い酸化膜(106)を形成した
後、全面に耐酸化性マスクとなる窒化膜(Si3N4膜)(1
07)を堆積し、続いて第一の多結晶シリコン膜(108)
を堆積する。この第一の多結晶シリコン膜(108)のう
ち素子分離領域上の不要な部分は熱酸化により熱酸化膜
(109)に変える。次いで、第一の多結晶シリコン膜(1
08)にボロンをイオン注入して添加し、フォトエッチン
グによりエミッタ形成領域上の第一の多結晶シリコン膜
(108)をエッチングして開口を設ける。(第5図
(a))。A wafer is used in which an n-type epitaxial layer (103) is formed on a P-type silicon substrate (101) via an n + -type buried layer (102). A P-type layer (104) serving as a channel stopper is formed in an element isolation region of the wafer, and an oxide film (105) is formed by selective oxidation. After forming a thin oxide film (106) on the surface of the device region of this wafer, a nitride film (Si 3 N 4 film) (1
07), followed by the first polycrystalline silicon film (108)
Is deposited. Unnecessary portions on the element isolation region in the first polycrystalline silicon film (108) are changed to a thermal oxide film (109) by thermal oxidation. Next, the first polycrystalline silicon film (1
08), boron is ion-implanted and added, and the first polycrystalline silicon film (108) on the emitter formation region is etched by photoetching to provide an opening. (FIG. 5 (a)).
その後、酸化性雰囲気中で熱処理して多結晶シリコン
膜(108)の表面に熱酸化膜(110)を形成し、この酸化
膜(110)をマスクとして開口部の窒化膜(107)を加熱
リン酸水溶液でエッチング除去する。そして露出した熱
酸化膜(106)をNH4F水溶液で除去してウェーハ面を露
出させる。このとき開口部の窒化膜(107)のエッチン
グを意図的にオーバー・エッチングすることによって、
オーバーハング部(111)を形成し、第一の多結晶シリ
コン膜(108)の一部を露出させる(第5図(b))。Thereafter, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a thermal oxide film (110) on the surface of the polycrystalline silicon film (108). Using the oxide film (110) as a mask, the nitride film (107) in the opening is heated with phosphorus. Etching is removed with an acid aqueous solution. Then, the exposed thermal oxide film (106) is removed with an NH 4 F aqueous solution to expose the wafer surface. At this time, by intentionally over-etching the etching of the nitride film (107) in the opening,
An overhang portion (111) is formed to expose a part of the first polycrystalline silicon film (108) (FIG. 5 (b)).
次いで第二の多結晶シリコン膜(112)を全面に堆積
してオーバーハング部(111)の下の空洞部も埋め込
み、その後第二の多結晶シリコンをエッチングして酸化
膜(110)及び開口部のウェーハ面を露出させる(第5
図(c))。Next, a second polycrystalline silicon film (112) is deposited on the entire surface to fill the cavity below the overhang portion (111), and then the second polycrystalline silicon is etched to form an oxide film (110) and an opening. To expose the wafer surface (No. 5)
Figure (c).
次いで露出させたウェーハ表面及び多結晶シリコン膜
の側面に熱酸化による酸化膜(113)を形成する。この
とき第一の多結晶シリコン膜(108)に予めドープして
おいたボロンを、前記オーバーハング部(111)の第二
の多結晶シリコン膜(112)を介してウェーハ面に拡散
させ、P型の外部ベース層(114)を形成する。次に、
ボロンのイオン注入によりP型の内部のベース層(11
5)を形成する。次いで、CVD絶縁膜(116)と第三の多
結晶シリコン膜(117)を堆積し、反応性イオンエッチ
ングによりこれらをエッチングして開口部側壁にのみこ
れらを残し、第三の多結晶シリコン膜(117)をマスク
として開口部のウェーハ表面の熱酸化膜を除去する。そ
して高濃度に砒素をイオン注入した第四の多結晶シリコ
ン膜(118)を堆積する(第5図(d))。Next, an oxide film (113) is formed on the exposed wafer surface and side surfaces of the polycrystalline silicon film by thermal oxidation. At this time, boron previously doped in the first polycrystalline silicon film (108) is diffused into the wafer surface through the second polycrystalline silicon film (112) of the overhang portion (111), and P An external base layer (114) for the mold is formed. next,
The base layer (11
5) Form. Next, a CVD insulating film (116) and a third polycrystalline silicon film (117) are deposited, and these are etched by reactive ion etching to leave them only on the side walls of the opening. Using 117) as a mask, the thermal oxide film on the wafer surface in the opening is removed. Then, a fourth polycrystalline silicon film (118) in which arsenic is ion-implanted at a high concentration is deposited (FIG. 5 (d)).
その後、CVD(Chemical Vapour Deposition)法に
より第一の層間絶縁膜として酸化膜(119)を例えば100
0Å堆積する(第5図(e))。Thereafter, an oxide film (119) is formed as a first interlayer insulating film, for example, by CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
0 ° is deposited (FIG. 5 (e)).
この酸化膜(119)形成工程の後、窒素原子の含有ガ
ス例えば、アンモニアガスを含む雰囲気中で、1200℃で
60秒間のランプ加熱を行い、窒素を含む酸化膜(120)
を形成するとともに砒素を拡散させてN型エミッタ層
(123)を形成する(第5図(f))。After the oxide film (119) forming step, at 1200 ° C. in an atmosphere containing a nitrogen-containing gas, for example, an ammonia gas.
Oxide film containing nitrogen (120) by lamp heating for 60 seconds
Is formed and arsenic is diffused to form an N-type emitter layer (123) (FIG. 5 (f)).
次ぎに、全面に第2の層間絶縁膜としてバイアススパ
ッタ膜(121)を堆積後、不純物を含有する導電性膜と
してのエミッタ電極上の層間絶縁膜を平坦化し、写真蝕
刻法によりエミッタ、ベース、コレクタ領域上にコンタ
クトホールを開口し、配線材料としてアルミ合金、例え
ばAl−Si−Cuをスパッタ法で堆積し、パターニングして
配線(122)を形成する(第5図(g))。Next, after a bias sputtering film (121) is deposited as a second interlayer insulating film on the entire surface, the interlayer insulating film on the emitter electrode as a conductive film containing impurities is planarized, and the emitter, base, A contact hole is opened on the collector region, and an aluminum alloy, for example, Al—Si—Cu is deposited as a wiring material by a sputtering method and patterned to form a wiring (122) (FIG. 5 (g)).
この図ではエミッタ電極のみ図示した。最後に、配線
の上をパッシベーション膜例えばプラズマ窒化膜とPSG
膜の積層膜(124)で覆った後パッド部(図示しない)
を開口する。以上のような工程を経る事によってNPNト
ランジスタを形成する事ができる。この実施例では、一
層配線について説明したが、必要に応じて多層配線を用
いても良い。即ち、第一層配線形成後、プラズマCVD酸
化膜を堆積し、所望の領域に第一層配線との配線引き出
し口(ビアホール)を設けさらに上層の配線を形成する
という工程を繰り返し、最後に、最上層の配線の上をパ
ッシベーション膜で覆った後パッド部(図示しない)を
開口すればよい。また、本実施例では、窒素を含む酸化
膜(120)を形成した後、全面に第2の層間絶縁膜とし
てバイアススパッタ酸化膜を形成、熱処理により第2の
層間絶縁膜を流動化させ、電極上の層間絶縁膜を平坦化
したが、この工程の後、必要に応じてレジストエッチバ
ックの工程を追加してもよい。In this figure, only the emitter electrode is shown. Finally, passivation film such as plasma nitride film and PSG
Pad part (not shown) after covered with film stack (124)
Open. An NPN transistor can be formed through the above steps. In this embodiment, a single-layer wiring has been described, but a multilayer wiring may be used if necessary. That is, after forming the first layer wiring, a process of depositing a plasma CVD oxide film, providing a wiring lead-out port (via hole) with the first layer wiring in a desired region, and further forming an upper layer wiring is repeated. A pad (not shown) may be opened after the uppermost wiring is covered with a passivation film. In this embodiment, after forming an oxide film containing nitrogen (120), a bias sputtered oxide film is formed as a second interlayer insulating film on the entire surface, and the second interlayer insulating film is fluidized by heat treatment to form an electrode. Although the upper interlayer insulating film is planarized, a resist etch-back step may be added after this step, if necessary.
第一、第二の多結晶シリコン膜(108)、(112)はベ
ース電極として用いられ、第四の多結晶シリコン膜(11
8)はエミッタ電極として用いられる。The first and second polycrystalline silicon films (108) and (112) are used as base electrodes, and the fourth polycrystalline silicon film (11
8) is used as an emitter electrode.
以上のようにして作製されたバイポーラトランジスタ
は外部ベース層(114)及び外部ベースに接続されたP+
多結晶シリコン(108)からのボロンの吸い出し(酸化
膜(110)への外方拡散)が抑えられる。この結果、ベ
ース抵抗の低抵抗化が図れ優れた高周波特性を示す。The bipolar transistor manufactured as described above has an external base layer (114) and P + connected to the external base.
The absorption of boron from the polycrystalline silicon (108) (outward diffusion to the oxide film (110)) is suppressed. As a result, the base resistance can be reduced and excellent high-frequency characteristics can be obtained.
この実施例では2層多結晶シリコンプロセスを例に示
したが、1層多結晶シリコンプロセスでも構わないし、
エミッタとベースが自己整合的に形成されないプロセス
であっても構わない。In this embodiment, a two-layer polycrystalline silicon process has been described as an example, but a one-layer polycrystalline silicon process may be used.
A process in which the emitter and the base are not formed in a self-aligned manner may be used.
尚、上記実施例1、上記実施例2においては、ゲート
絶縁膜として酸化膜を用いたが、その他の材料例えば窒
化膜あるいはTaO2O5膜さらにはこれらと酸化膜との積層
構造などを用いて良いのであって、本発明はMOS型FET以
外の他のMIS型FETに対しても適用できる。In the first and second embodiments, an oxide film is used as a gate insulating film. However, other materials such as a nitride film or a TaO 2 O 5 film, and a stacked structure of these and an oxide film are used. However, the present invention can be applied to other MIS type FETs other than the MOS type FET.
また、上記実施例1、2では、第1の層間膜を窒化す
る方法としてランプアニールによる高温短時間の熱窒化
を用いたが、これ以外の方法、例えば窒素を含むイオン
の注入(ドーズ量1E14cm-2から1E17cm-2程度)によって
も行う事ができる。また、上記実施例では、ゲートある
いはエミッタ電極上の層間絶縁膜は膜の組成の異なる2
つの層で構成されている場合について示したが同じ膜質
の酸化膜でも良い。プラズマ系の水素を発生し易い膜を
用いなければ、SOG(Spin On Glass)膜、LPD(Liqui
d Phase Deposition)膜などを用いても良い。また、
これらの膜を組み合わせ3層以上にしても良い。尚、上
記実施例中ゲート及びエミッタをはじめとする引き出し
電極は多結晶シリコン膜を用いたが、金属例えば高融点
金属との積層膜あるいは、高融点金属とシリコンの化合
物膜で形成しても良い。In the first and second embodiments, the first interlayer film is nitrided by high-temperature, short-time thermal nitridation by lamp annealing. However, other methods, such as implantation of ions containing nitrogen (dose amount: 1E14 cm), may be used. -2 to 1E17cm -2 ). In the above embodiment, the interlayer insulating film on the gate or the emitter electrode has a different composition.
Although the description has been made of the case of being composed of three layers, an oxide film having the same film quality may be used. Unless a plasma-based film that easily generates hydrogen is used, an SOG (Spin On Glass) film and an LPD (Liquid
d Phase Deposition) film or the like may be used. Also,
These films may be combined into three or more layers. In the above embodiment, the extraction electrodes including the gate and the emitter are formed of a polycrystalline silicon film, but may be formed of a metal, for example, a laminated film of a high melting point metal or a compound film of a high melting point metal and silicon. .
第3の実施例 第1の実施例では、酸化膜(10)に窒素を含有させた
が、このかわりに後酸化膜(43)に窒素を含有させても
よい。即ち、第1図(e)において後酸化膜(43)を形
成する。次に窒素原子の含有ガス例えばアンモニアガス
を含む雰囲気中で、温度1050℃にて60秒間のランプ加熱
を行い、窒素を含有する後酸化膜を形成する。In a third embodiment the first embodiment, but was contained nitrogen in the oxide film (10) may be the nitrogen is contained in the post-oxidation film (4 3) instead. That is, to form a post-oxide film (4 3) in FIG. 1 (e). Next, lamp heating is performed at a temperature of 1050 ° C. for 60 seconds in an atmosphere containing a nitrogen-containing gas such as an ammonia gas to form a nitrogen-containing post-oxide film.
また、更に続けて酸素雰囲気中にて温度1050℃、60秒
間の熱処理を行って後酸化膜の表面を再び酸化してもよ
い。これにより、後酸化膜は表面近傍で窒素濃度が低く
なりゲート電極に近くなるに従い濃い分布となる。この
様な工程を経ることによって第1の実施例と同様の効果
を得る。Further, the surface of the post-oxide film may be oxidized again by performing a heat treatment at a temperature of 1050 ° C. for 60 seconds in an oxygen atmosphere. As a result, the post-oxide film has a lower nitrogen concentration in the vicinity of the surface, and has a denser distribution nearer to the gate electrode. Through these steps, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
第4の実施例 本発明の第4の実施例を説明する。この実施例は、第
3の実施例で形成した窒素含有の後酸化膜の代わりに窒
素及びフッ素を含有する後酸化膜を用いた点で第1の実
施例と異なる。後酸化膜にフッ素を含ませる方法は例え
ば、アンモニアガスの代わりにNF3等のフッ素及び窒素
を含むガス中で熱処理するか、或は後酸化膜の形成後フ
ッ素をイオン注入して導入しひき続きアンモニア雰囲気
中でランプ加熱する事によって形成できる。Fourth Embodiment A fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a post-oxide film containing nitrogen and fluorine is used instead of the post-oxide film containing nitrogen formed in the third embodiment. For example, a method of including fluorine in the post-oxide film is to perform heat treatment in a gas containing fluorine and nitrogen such as NF 3 instead of ammonia gas, or to introduce and introduce fluorine by ion implantation after the formation of the post-oxide film. Subsequently, it can be formed by lamp heating in an ammonia atmosphere.
この様にフッ素及び窒素を含む後酸化膜を用いる事に
よって、第3の実施例と同様の効果を得る他に次の様な
効果を得る。即ち、弗素を導入することにより、シリコ
ン基板(ソース・ドレイン領域を含む)とゲート酸化膜
界面でのシリコン原子のダングリング・ボンド(dangri
ng bond)が埋められ、FETの耐圧及び信頼性は一層向
上する。By using the post-oxide film containing fluorine and nitrogen in this way, the following effects can be obtained in addition to the effects obtained in the third embodiment. That is, by introducing fluorine, dangling bonds (dangrid) of silicon atoms at the interface between the silicon substrate (including the source / drain regions) and the gate oxide film.
ng bond) is filled, and the breakdown voltage and reliability of the FET are further improved.
尚、フッ素のイオン注入による導入は、後酸化膜の形
成前、後酸化膜の形成後、後酸化膜の窒化後、この窒素
を含む後酸化膜の再酸化後のいずれで行っても良い。The introduction of fluorine by ion implantation may be performed before the post-oxide film is formed, after the post-oxide film is formed, after the post-oxide film is nitrided, or after the post-oxidation film containing nitrogen is re-oxidized.
本発明は上述実施例に限られるものではなく、以下の
様にしても良い事が判った。It has been found that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be made as follows.
窒化するためにアンモニアガスを用いたが、窒素原
子を含む他のガス例えばN2等でも良い。また窒素と弗素
原子を含むガスとしてNF3を用いたが他のフッ素を含む
ガスでも良い。Although ammonia gas was used for nitriding, another gas containing nitrogen atoms, such as N 2 , may be used. Although NF 3 is used as the gas containing nitrogen and fluorine atoms, another gas containing fluorine may be used.
後酸化膜を窒化する方法には熱窒化を用いたが、こ
れ以外の方法たとえばプラズマ窒化及び、LPCVD(Low
Pressure chemicalvapour deposition)法による窒化
シリコン膜(Si3N4)の堆積によっても行う事ができ
る。Thermal nitridation was used to nitride the post-oxide film. Other methods such as plasma nitridation and LPCVD (Low-
Pressure chemical vapor deposition) can be used to deposit a silicon nitride film (Si 3 N 4 ).
ゲート絶縁膜には酸化膜を用いたが、他の材料たと
えば窒化膜等を用いても良いのであって、本発明はMOS
型FET以外の他のMIS型FETに対しても適用できる。Although an oxide film is used for the gate insulating film, another material such as a nitride film may be used.
It can be applied to other MIS type FETs other than the type FET.
ゲート電極は多結晶シリコンで形成したが、金属例
えば高融点金属との積層膜あるいは、高融点金属とシリ
コンの化合物膜で形成しても良い。Although the gate electrode is formed of polycrystalline silicon, it may be formed of a metal, for example, a laminated film of a high melting point metal or a compound film of a high melting point metal and silicon.
基板にはシリコンを用いたが、これ以外の半導体例
えばGe,GaAs,InP等でも差し支えない。Although silicon was used for the substrate, other semiconductors such as Ge, GaAs, and InP may be used.
第5の実施例 第1の実施例では、酸化膜(10)に窒素を含有させた
が、本実施例では、ゲート絶縁膜に窒素を含有させる。
即ち、第1の実施例において熱酸化膜(41)を形成後、
アンモニア雰囲気中で1050℃,60秒間のランプ加熱処理
を行うことにより、シリコン基板と窒素を含有するゲー
ト絶縁膜の界面より10Åの範囲における窒素原子の濃度
(原子濃度)が平均で1〜10atom・%の範囲にあるゲー
ト絶縁膜を形成する。Fifth Embodiment In the first embodiment, the oxide film (10) contains nitrogen, but in the present embodiment, the gate insulating film contains nitrogen.
That is, after forming the thermal oxide film (4 1 ) in the first embodiment,
By performing a lamp heat treatment at 1050 ° C. for 60 seconds in an ammonia atmosphere, the concentration of nitrogen atoms (atomic concentration) within an area of 10 mm from the interface between the silicon substrate and the gate insulating film containing nitrogen is 1 to 10 atom · on average. % Of the gate insulating film is formed.
第6図は、この実施例にしたがって作製したゲート絶
縁膜のシリコン、酸素及び窒素の濃度プロファイル(オ
ージェ分析結果)である。FIG. 6 is a concentration profile (Auger analysis result) of silicon, oxygen and nitrogen of the gate insulating film manufactured according to this embodiment.
本実施例により以下の効果を奏する。即ち、ゲート絶
縁膜をシリコン基板をHCl希釈酸化して得た従来の半導
体装置では、微細化が進むにつれて、高電界部で表面ラ
フネス散乱の影響が大きくなり、モビリティの低下が問
題であった。この問題は、高速デバイスの実現が難しい
ことを示す。This embodiment has the following effects. That is, in a conventional semiconductor device obtained by diluting and oxidizing a silicon substrate with an HCl in a gate insulating film, as miniaturization progresses, the influence of surface roughness scattering in a high electric field portion increases, and there is a problem that mobility is reduced. This problem indicates that it is difficult to realize a high-speed device.
これに対して本発明はこの様の問題がない。この事を
以下具体的に説明する。In contrast, the present invention does not have such a problem. This will be specifically described below.
第7図に、本発明を用いて作製したMOSFETのモビリテ
ィを従来技術を用いて作製したMOSFETのものと比較して
示す。第7図(a),第7図(b)はそれぞれNチャネ
ル、PチャネルMOSFETに対応するものである。FIG. 7 shows the mobility of a MOSFET manufactured using the present invention in comparison with that of a MOSFET manufactured using the conventional technique. FIGS. 7A and 7B correspond to N-channel and P-channel MOSFETs, respectively.
また第8図は、シリコン基板と該窒素を含有するゲー
ト絶縁膜の界面より10Åの範囲におけるシリコンと酸素
と窒素原子に対する窒素原子の濃度(原子濃度)に対す
る高電界側のモビリティを示す。第8図(a),第8図
(b)はそれぞれNチャネル、PチャネルMOSFETに対応
するものである。FIG. 8 shows the mobility on the high electric field side with respect to the concentration of nitrogen atoms (atomic concentration) with respect to silicon, oxygen and nitrogen atoms within a range of 10 ° from the interface between the silicon substrate and the gate insulating film containing nitrogen. FIGS. 8A and 8B correspond to N-channel and P-channel MOSFETs, respectively.
以上の図から高電界側で、本発明を用いたMOSFETは、
Nチャネルでモビリティが著しく向上し、Pチャネルで
低下することが解る。本発明は、シリコン基板と窒素を
含有するゲート絶縁膜の界面において、窒素原子の濃度
(原子濃度)が10Åの範囲でシリコンと酸素と窒素原子
に対して平均で1〜10atom・%の範囲にあるため、窒素
原子が生じさせる表面ラフネス散乱が酸化膜をゲート絶
縁膜に用いた場合と比べNチャネルで減少しPチャネル
で増大することによる。From the above figures, on the high electric field side, the MOSFET using the present invention is:
It can be seen that mobility increases significantly in the N channel and decreases in the P channel. According to the present invention, the concentration of nitrogen atoms (atomic concentration) at the interface between the silicon substrate and the gate insulating film containing nitrogen is in the range of 10 ° and the average of 1 to 10 atom ·% with respect to silicon, oxygen and nitrogen atoms. Therefore, surface roughness scattering caused by nitrogen atoms is reduced in the N channel and increased in the P channel as compared with the case where an oxide film is used as a gate insulating film.
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではな
く、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
ることはいうまでもない。The present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
また、本発明は、BICMOSをはじめとする他の半導体装
置の製造に適用することができる。Further, the present invention can be applied to the manufacture of other semiconductor devices such as BICMOS.
[発明の効果] 以上述べた様に本発明によれば、層間絶縁膜,後酸化
膜等に窒素を含有させている為P+ポリシリコンゲートか
らのボロンの突き抜けやゲート電極あるいは拡散層から
の不純物の吸い出し現象,ゲート電極エッジのバーズビ
ークの増大によるしきい値電圧の不安定性,寄生抵抗の
増大等を防ぐことができ,高速性に優れたデバイスを制
御性よく得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since nitrogen is contained in the interlayer insulating film, the post-oxide film, etc., boron penetrates from the P + polysilicon gate and the gate electrode or the diffusion layer does not. It is possible to prevent the impurity draining phenomenon, the instability of the threshold voltage due to the increase of the bird's beak at the gate electrode edge, the increase of the parasitic resistance, and the like, and it is possible to obtain a device excellent in high-speed operation with good controllability.
第1図は本発明の実施例(MOSFET)を示す工程断面図、
第2図は別の実施例を従来例と比較する図、第3図は本
発明を説明する図、第4図は本発明の効果を説明する
図、第5図は第2の実施例(バイポーラトランジスタ)
を示す工程断面図、第6図,第7図,第8図は第5の実
施例を説明する図、第9図は従来例を示す工程断面図で
ある。 1……N型単結晶シリコン基板, 2……P型ウェル領域,3……素子分離領域, 4……ゲート絶縁膜,5……多結晶シリコン膜, 6……レジスト膜 7,8……ソース、ドレイン領域 9……酸化膜, 10……窒素を含むシリコン酸化膜, 11……BPSG膜,12……コンタクト, 13……配線,14……パッシベーション膜, 101……P型シリコン基板, 102……埋め込み層, 103……N型エピタキシャル層, 104……チャネル・ストッパ, 105……酸化膜,106……薄い酸化膜, 107……窒化膜,108……多結晶シリコン膜, 109……酸化膜,110……酸化膜, 111……オーバーハング部, 112……多結晶シリコン膜, 113……熱酸化膜,114……外部ベース層, 115……P型拡散層(内部ベース), 116……CVD絶縁膜,117……多結晶シリコン膜, 118……多結晶シリコン膜, 119……酸化膜,120……窒素を含む酸化膜, 121……バイアススパッタ酸化膜, 122……アルミニウム配線, 123……エミッタ層,124……パッシベーション膜, 201……N型シリコン基板, 202……P型ウェル領域, 203……フィールド酸化膜, 204……ゲート酸化膜,205……多結晶シリコン膜, 206,207……ソース・ドレイン領域, 208……絶縁膜,209……パッシベーション膜, 210……電極配線。FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment (MOSFET) of the present invention,
FIG. 2 is a diagram comparing another embodiment with a conventional example, FIG. 3 is a diagram illustrating the present invention, FIG. 4 is a diagram illustrating the effect of the present invention, and FIG. 5 is a second embodiment ( Bipolar transistor)
6, 7 and 8 are views for explaining the fifth embodiment, and FIG. 9 is a process cross-sectional view showing a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type single crystal silicon substrate, 2 ... P-type well region, 3 ... Device isolation region, 4 ... Gate insulating film, 5 ... Polycrystalline silicon film, 6 ... Resist film 7, 8 ... Source and drain regions 9 oxide film, 10 silicon oxide film containing nitrogen, 11 BPSG film, 12 contacts, 13 wiring, 14 passivation film, 101 p-type silicon substrate, 102 buried layer, 103 N-type epitaxial layer, 104 channel stopper, 105 oxide film, 106 thin oxide film, 107 nitride film, 108 polycrystalline silicon film, 109 ... Oxide film, 110 ... Oxide film, 111 ... Overhang portion, 112 ... Polycrystalline silicon film, 113 ... Thermal oxide film, 114 ... External base layer, 115 ... P-type diffusion layer (internal base) 116 116 CVD insulating film 117 117 Polycrystalline silicon film 118 Polycrystalline silicon film 119 Oxide film 120 Nitrogen Included oxide film, 121: Bias sputtered oxide film, 122: Aluminum wiring, 123: Emitter layer, 124: Passivation film, 201: N-type silicon substrate, 202: P-type well region, 203: Field Oxide film, 204: gate oxide film, 205: polycrystalline silicon film, 206, 207: source / drain region, 208: insulating film, 209: passivation film, 210: electrode wiring.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/092 29/73 29/78 (72)発明者 高木 信一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 岩井 洋 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 山部 紀久夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−154171(JP,A) 特開 昭63−236357(JP,A) 特開 昭59−117133(JP,A) 特開 平1−228135(JP,A) 実開 昭64−13125(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/318,21/316 H01L 29/73,29/78 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/092 29/73 29/78 (72) Inventor Shinichi Takagi 1 Kosuka Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Within Toshiba Research Institute (72) Inventor Hiroshi Iwai No. 1 Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Within Toshiba Research Institute Co., Ltd. (56) References JP-A-61-154171 (JP, A) JP-A-63-236357 (JP, A) JP-A-59-117133 (JP, A) JP-A-1-228135 ( JP, A) Japanese Utility Model Showa 64-13125 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21 / 318,21 / 316 H01L 29 / 73,29 / 78
Claims (8)
タと、このトランジスタの一部を成す不純物を含有する
導電性膜の上に形成された後酸化膜と、この後酸化膜の
上方であって前記導電層の上方に形成され、酸素及び窒
素を含む単層からなる層間膜と、この層間膜の上方に形
成された水素を含む絶縁膜とを具備したことを特徴とす
る半導体装置。1. A transistor formed on a surface portion of a semiconductor substrate, a post-oxide film formed on a conductive film containing impurities forming a part of the transistor, and a post-oxide film formed on the post-oxide film. A semiconductor device, comprising: an interlayer film formed above the conductive layer and formed of a single layer containing oxygen and nitrogen; and an insulating film containing hydrogen formed above the interlayer film.
って、前記導電性膜はゲート電極を構成することを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said transistor is an MIS transistor, and said conductive film forms a gate electrode.
タであって、前記導電性膜はエミッタ電極を構成するこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said transistor is a bipolar transistor, and said conductive film forms an emitter electrode.
特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載
の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said interlayer film further contains fluorine.
工程と、このトランジスタの一部を成す不純物を含有す
る導電性膜の上に後酸化膜を形成する工程と、この後酸
化膜の上方であって前記導電性膜の上方に酸素及び窒素
を含む単層からなる層間膜を形成する工程と、この層間
膜の上方に水素を含む絶縁膜を形成する工程とを具備し
たことを特徴とする半導体装置の製造方法。5. A step of forming a transistor on the surface of a semiconductor substrate, a step of forming a post-oxide film on a conductive film containing impurities forming a part of the transistor, and a step of forming a post-oxidation film above the oxide film. Forming an interlayer film comprising a single layer containing oxygen and nitrogen above the conductive film, and forming an insulating film containing hydrogen above the interlayer film. Device manufacturing method.
る工程と、このトランジスタの一部を構成し不純物を含
有する導電性膜の上方に酸化膜を形成する工程と、この
酸化膜中に窒素を導入する工程と、前記窒素が導入され
た酸化膜上に水素含有の絶縁膜を形成する工程とを具備
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。6. A step of forming a transistor on a surface portion of a semiconductor substrate, a step of forming an oxide film above a conductive film forming a part of the transistor and containing impurities, and adding nitrogen to the oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: introducing a hydrogen-containing insulating film on an oxide film into which nitrogen has been introduced.
子を含む雰囲気中で熱処理を行うことを特徴とする請求
項6記載の半導体装置の製造方法。7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein said means for introducing nitrogen is heat treatment in an atmosphere containing nitrogen atoms.
で熱処理を行って平坦化されていることを特徴とする請
求項5または請求項6記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 5, wherein the hydrogen-containing insulating film is flattened by performing a heat treatment in a steam atmosphere.
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JPH03245563A JPH03245563A (en) | 1991-11-01 |
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