JP3156246B2 - Field effect type semiconductor device and manufacturing method - Google Patents

Field effect type semiconductor device and manufacturing method

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JP3156246B2
JP3156246B2 JP16865289A JP16865289A JP3156246B2 JP 3156246 B2 JP3156246 B2 JP 3156246B2 JP 16865289 A JP16865289 A JP 16865289A JP 16865289 A JP16865289 A JP 16865289A JP 3156246 B2 JP3156246 B2 JP 3156246B2
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舜平 山崎
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電界効果型半導体装置の新規な構造に関
し、特に耐ホットキャリア現象にすぐれた信頼性の高い
電界効果型半導体装置に関するものであります。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a novel structure of a field-effect semiconductor device, and more particularly to a highly reliable field-effect semiconductor device having excellent hot carrier resistance. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、電界効果型半導体装置を構成要素として、半導
体集積回路素子(IC)が著しい進歩をとげている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuit elements (ICs) have made remarkable progress using field effect semiconductor devices as components.

これらICは、より高度な処理,より高速の動作,より
便利な機能を世間が求めるに従って、高集積化,高密度
化が追求され、1つの電界効果型半導体装置の素子寸法
がますます小さくなってきている。
As the world demands more sophisticated processing, faster operation, and more convenient functions, these ICs are pursuing higher integration and higher density, and the element size of one field-effect semiconductor device is becoming smaller and smaller. Is coming.

この電界効果型半導体装置が動作するに必要な電圧
は、必ずしも素子寸法の縮小に伴って比例して減少しな
いために最近の高密度化,高集積化されたICは素子内部
に加わる電界が増加し、素子の信頼性に問題が発生して
きた。特にホットキャリア現象による素子特性の変動は
サブミクロンデバイスの信頼性限界を決める重要な問題
である。
The voltage required for this field-effect semiconductor device to operate does not necessarily decrease in proportion to the reduction in device dimensions, so recent high-density, highly integrated ICs have an increased electric field applied inside the device. However, a problem has occurred in the reliability of the device. In particular, variation in device characteristics due to the hot carrier phenomenon is an important problem that determines the reliability limit of a submicron device.

半導体中を移動するキャリアの平均エネルギーは、温
度をTとすると3/2kTと考えられる。このキャリアに電
界が加わると、キャリアはエネルギーを受ける。このエ
ネルギーは、その値が小さい間はキャリアと格子との相
互作用によって熱エネルギーとなり、結晶の中へ放出さ
れる。一方、電界強度が大きくなると、格子振動へのエ
ネルギーの流れが間に合わなくなり、キャリアの平均エ
ネルギーの値は3/2kTより大きくなる。このようなキャ
リアは、格子温度よりも高い状態となっており、この状
態がホットキャリアと呼ばれている。
The average energy of carriers moving in the semiconductor is considered to be 3/2 kT, where T is the temperature. When an electric field is applied to the carrier, the carrier receives energy. While this energy is small, it becomes thermal energy due to the interaction between the carrier and the lattice, and is released into the crystal. On the other hand, when the electric field intensity increases, the flow of energy to the lattice vibration cannot be made in time, and the average energy value of the carriers becomes larger than 3/2 kT. Such a carrier is in a state higher than the lattice temperature, and this state is called a hot carrier.

このようなホットキャリアは、電界効果型半導体装置
のドレイン近傍,ゲート酸化膜近傍等、強電界が集中す
る部分で加速されて発生する。この付近で発生したホッ
トエレクトロンは、ゲート酸化膜に注入されSi/SiO2
面又はSiO2中の捕獲中心に捕まる。この捕らえられたホ
ットキャリアによって、空間電荷を形成し、電界効果型
半導体装置のVT,gmなどの特性を変化させて、ICの信頼
性を損なわせていた。
Such hot carriers are generated by being accelerated in a portion where a strong electric field is concentrated, such as near a drain and near a gate oxide film of a field effect semiconductor device. Hot electrons generated in the vicinity are injected into the gate oxide film and trapped at the Si / SiO 2 interface or at the trapping center in SiO 2 . This trapped hot carriers, to form a space charge, V T of the field effect semiconductor device, by changing the characteristics such as gm, was allowed to impair the reliability of the IC.

このホットキャリア対策として、種々の方法が試みら
れているが、素子構造の改良としてDD(ダブルドレイ
ン)LDD(ライトドープドレイン)等の素子が考案され
ている。
Various methods have been tried as measures against this hot carrier, but devices such as DD (double drain) LDD (lightly doped drain) and the like have been devised as an improvement of the device structure.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明はホットキャリア現象に強い、信頼性の高い新
規な電界効果型半導体装置を提供するものであります。
The present invention provides a novel and highly reliable field effect semiconductor device that is resistant to the hot carrier phenomenon.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

本発明は、上記の目的を達成するために、電界効果型
半導体装置において、ゲート電極とゲート絶縁膜と該ゲ
ート絶縁膜下に、異なる複数の層を有し、該ゲート絶縁
膜側には半絶縁膜を有し、該半絶縁膜の下には、半導体
層を有することを特徴とするものであります。
In order to achieve the above object, the present invention provides a field effect type semiconductor device, comprising a gate electrode, a gate insulating film, and a plurality of different layers below the gate insulating film, and a half of the gate insulating film side. It has an insulating film and a semiconductor layer below the semi-insulating film.

このような構成を取ることにより、ゲート電極に電圧
を印加した場合、チャネルはゲート絶縁膜直下ではな
く、半導体層部に形成される。よって、このような素子
の中で発生したホットキャリアがゲート絶縁膜にまで到
達するためには、半絶縁膜を通過しなければならないた
め、十分に高いエネルギーを持った状態でゲート絶縁膜
に達せず、消滅してしまう。これにより耐ホットキャリ
ア特性を向上するものであります。
With such a structure, when a voltage is applied to the gate electrode, the channel is formed not in the region directly below the gate insulating film but in the semiconductor layer portion. Therefore, hot carriers generated in such an element must pass through the semi-insulating film in order to reach the gate insulating film, so that the hot carriers reach the gate insulating film with sufficiently high energy. And disappears. This improves hot carrier resistance.

以下に図面により本発明を説明します。 The present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の電界効果型半導体装置の概略断面図
を示しています。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a field-effect semiconductor device according to the present invention.

図面において基板(1)としては単結晶シリコン等を
用いることができる。
In the drawing, single crystal silicon or the like can be used as the substrate (1).

この半導体層(1)上に素子分離領域(LOCOS)
(2)が設けられて電界効果型半導体装置の周辺を分離
している。そして、半導体層(1)の中にソース,ドレ
イン領域(3)が形成されておりソース,ドレイン領域
(3)及び半導体層(1)を覆って半絶縁膜(5)が形
成されている。
An element isolation region (LOCOS) is formed on the semiconductor layer (1).
(2) is provided to separate the periphery of the field effect type semiconductor device. A source / drain region (3) is formed in the semiconductor layer (1), and a semi-insulating film (5) is formed to cover the source / drain region (3) and the semiconductor layer (1).

この半絶縁膜(5)としては窒化珪素(Si3N4-x0<X
<4)炭化珪素(SiyC1-y0<y<1)または酸化珪素
(SiO2-z0<Z<2)あるいは半絶縁性を有するものな
ら幅広く使用する材料を選択使用することができる。
As the semi-insulating film (5), silicon nitride (Si 3 N 4-x 0 <X
<4) If silicon carbide (Si y C 1−y 0 <y <1) or silicon oxide (SiO 2−z 0 <Z <2) or semi-insulating material, widely used materials can be selected and used. it can.

この半絶縁膜(5)上でソース,ドレイン間にゲート
絶縁膜(6)及びゲート電極(7)が設けられている。
On the semi-insulating film (5), a gate insulating film (6) and a gate electrode (7) are provided between the source and the drain.

またソース,ドレイン領域(3)にはソース,ドレイ
ン電極(4)が接続された構造となっている。
The source / drain region (3) has a structure in which a source / drain electrode (4) is connected.

また、同図のX−X′面に対応するエネルギーバンド
図を第2図(A)に示します。第2図(A)は、フラッ
トバンド状態のエネルギーバンド図であり、第1図の半
導体(1)として、P型の単結晶シリコン半導体,半絶
縁膜(5)として、窒化珪素Si3N4-x0<X<4を用いた
時の様子を示しています。
FIG. 2A shows an energy band diagram corresponding to the XX ′ plane in FIG. FIG. 2 (A) is an energy band diagram in a flat band state. The semiconductor (1) in FIG. 1 is a P-type single crystal silicon semiconductor, and the semi-insulating film (5) is silicon nitride Si 3 N 4. This shows the situation when -x 0 <X <4 is used.

このような構成を持つ電界効果型半導体装置のゲート
電極(7)に正の電圧を加えた時のエネルギーバンドの
様子を第2図(B)に示す。この場合、ゲート電極
(7)に電圧を加えることによって、ゲート絶縁膜
(6)の下方にチャネルが形成される。チャネルはゲー
ト絶縁膜(6)直下ではなく、その下の第1の半導体層
(1)中の領域(8)の付近に形成され、ソース,ドレ
イン電流はソース電極(4)−ソース(3)−チャネル
(8)−ドレイン(3)−ドレイン電極(4)のパスを
通って流れる。
FIG. 2B shows an energy band when a positive voltage is applied to the gate electrode (7) of the field effect semiconductor device having such a configuration. In this case, a channel is formed below the gate insulating film (6) by applying a voltage to the gate electrode (7). The channel is formed not near the gate insulating film (6) but near the region (8) in the first semiconductor layer (1) thereunder, and the source and drain currents flow from the source electrode (4) to the source (3). It flows through the path: channel (8)-drain (3)-drain electrode (4).

このようにキャリアは、ゲート絶縁膜(6)直下では
なく、ゲート絶縁膜(6)より離れた位置に形成された
チャネル(8)を流れ、デバイス寸法の縮小等によりド
レイン近傍またはゲート絶縁膜付近で強電界領域が形成
され、ホットキャリアが発生してもホットキャリアは、
半絶縁膜中を通過するために消滅またはエネルギーを減
少させて、ゲート絶縁膜に到達することになり、ゲート
絶縁膜が損傷を受けたり、ゲート絶縁膜半導体層界面に
トラップを形成することなく、電界効果型半導体装置の
信頼性を向上させるものであります。
As described above, the carrier flows not through the gate insulating film (6) but through the channel (8) formed at a position distant from the gate insulating film (6). A strong electric field region is formed, and even if hot carriers are generated, the hot carriers are
Since it passes through the semi-insulating film and disappears or reduces energy, it reaches the gate insulating film, without damaging the gate insulating film or forming a trap at the gate insulating film semiconductor layer interface, It improves the reliability of field-effect semiconductor devices.

また、半絶縁膜(5)は適度にキャリアを流すことが
できるので半絶縁膜中にて、キャリアの再結合中心が新
たに形成されることはない。
In addition, since the semi-insulating film (5) can appropriately flow carriers, a recombination center of carriers is not newly formed in the semi-insulating film.

さらにまた、本発明構成によれば、チャネルがゲート
絶縁膜直下に形成されないので、キャリアはゲート絶縁
膜界面に界面準位によって捕獲されたり、界面近傍に存
在する固定電荷によってキャリアが散乱し、キャリアの
移動度が低下するという問題も同時に解決することがで
きる。
Furthermore, according to the structure of the present invention, since the channel is not formed immediately below the gate insulating film, the carrier is trapped by the interface state at the interface of the gate insulating film, or the carrier is scattered by fixed charges existing near the interface, and the carrier is Can also be solved at the same time.

また、使用する材料も本発明の概念を変更するもので
なければ、アモルファス、多結晶、結晶を問わず幅広い
材料を選択することができる。
Further, as long as the material to be used does not change the concept of the present invention, a wide range of materials can be selected irrespective of amorphous, polycrystalline or crystalline.

以下に実施例を示し本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.

『実施例1』 第3図は本発明の電界効果型半導体装置の製造工程を
示す概略縦断面図である。
Embodiment 1 FIG. 3 is a schematic vertical sectional view showing a manufacturing process of the field-effect semiconductor device of the present invention.

第3図(A)において、本実施例において基板(1)
はP型の導電型の単結晶シリコン半導体を用いた。この
基板上に電界効果型半導体装置の素子領域周辺に分離領
域(2)を形成するため素子領域に対応して窒化珪素膜
Si3N4を減圧CVD法にて約2000Åの厚さに形成しこれマス
クとして、基板全体を1150℃で2時間程酸化処理を行い
電界効果型半導体装置の素子周辺の分離領域(2)を約
1.5μmの厚さに形成し、この窒化珪素膜はエッチング
除去し(A)の状態を得た。この時第1のマスクを使用
した。
In FIG. 3A, in this embodiment, the substrate (1) is used.
Used a P-type conductive single crystal silicon semiconductor. A silicon nitride film corresponding to the element region is formed on the substrate to form an isolation region (2) around the element region of the field-effect semiconductor device.
Si 3 N 4 is formed to a thickness of about 2000 mm by low-pressure CVD, and as a mask, the entire substrate is oxidized at 1150 ° C. for about 2 hours to form an isolation region (2) around the element of the field-effect semiconductor device. about
The silicon nitride film was formed to a thickness of 1.5 μm, and the silicon nitride film was removed by etching to obtain the state shown in FIG. At this time, the first mask was used.

次にこの基板上面にプラズマCVD法にて、半絶縁膜と
して窒化珪素(Si3N4-x0<X<4)を約100Åの厚さに
形成した。その時の条件を以下に示す。
Then by a plasma CVD method on the substrate top surface, it was formed to a thickness of about 100Å silicon nitride for the semi-insulating film (Si 3 N 4-x 0 <X <4). The conditions at that time are shown below.

・基板温度 280℃ ・反応気体 SiH4+N2 ・Rf パワー 200W ・反応圧力 0.1Torr この時、窒素の量を通常の窒化珪素膜の作製の時に比
べて少なめとして、化学量論比とは、ずれたSiN膜を形
成した。このSiN膜は半絶縁性を有しており更に通常のS
iN膜と同様に不純物にたいするブロッキング作用も持っ
ていた。
・ Substrate temperature 280 ℃ ・ Reaction gas SiH 4 + N 2・ Rf power 200W ・ Reaction pressure 0.1 Torr At this time, the amount of nitrogen is smaller than that in the production of normal silicon nitride film. The resulting SiN film was formed. This SiN film has semi-insulating properties,
Like the iN film, it also had a blocking effect on impurities.

更にこの半絶縁膜(5)の上面に光CVD法にて、酸化
珪素膜を形成しゲート絶縁膜(6)とする。
Further, a silicon oxide film is formed on the upper surface of the semi-insulating film (5) by a photo CVD method to form a gate insulating film (6).

この時の条件を以下に示す。 The conditions at this time are shown below.

・基板温度 150℃ ・反応気体 Si2H6+O2 ・紫外光パワー 600W ・反応圧力 4.1Torr 特に本実施例のようにゲート絶縁膜の形成工程に光CV
D法を使用することはゲート絶縁膜と半導体層界面に発
生する界面順位を非常に少なくすることができ、電界効
果型半導体装置の素子特性を良好なものとすることが可
能であった。
・ Substrate temperature 150 ℃ ・ Reaction gas Si 2 H 6 + O 2・ UV light power 600W ・ Reaction pressure 4.1 Torr In particular, light CV is applied to the gate insulating film forming process as in this embodiment.
By using the method D, the order of the interface generated at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be extremely reduced, and the element characteristics of the field-effect semiconductor device can be improved.

このゲート絶縁膜を第2のマスクを使用して第3図
(B)のように公知のフォトリソグラフィー技術を使用
してエッチングを行った。
The gate insulating film was etched using a second mask and using a known photolithography technique as shown in FIG. 3B.

次にこの上面に多結晶シリコン被覆を減圧CVD法を使
用して、約2000Åの厚さに形成した。
Next, a polycrystalline silicon coating was formed on this upper surface to a thickness of about 2000 mm by using a low pressure CVD method.

その条件を以下に示す。 The conditions are shown below.

基板温度 350℃ 反応気体 SiH4 反応圧力 3.0Torr この後、第3のマスクを使用してこの多結晶シリコン
被覆及びゲート絶縁膜をエッチング除去し第3図(C)
のようにゲート絶縁膜(6)、ゲート電極(7)ソー
ス,ドレイン電極(4)を形成した。このゲート電極幅
は1.5μm以下、本実施例においては0.8μmとサブミク
ロンの幅とすることができる。
Substrate temperature 350 ° C. Reaction gas SiH 4 Reaction pressure 3.0 Torr Thereafter, the polycrystalline silicon coating and the gate insulating film are removed by etching using a third mask, and FIG. 3 (C)
As described above, a gate insulating film (6), a gate electrode (7), and a source / drain electrode (4) were formed. The width of this gate electrode is 1.5 μm or less, and in this embodiment, it can be 0.8 μm, which is a submicron width.

本実施例においては、第3のマスク一つでゲート電極
とゲート絶縁膜をエッチングして、セルファライン構造
とした。
In this embodiment, the gate electrode and the gate insulating film are etched with one third mask to have a self-aligned structure.

次に多結晶シリコンをエッチングした時のフォトレジ
ストを除去しイオン注入法によりリンイオンを基板全面
に打ち込みソース,ドレイン領域の形成及びゲート電極
(7)ソース,ドレイン電極(4)の低抵抗化を行っ
た。この後450℃で30分間アニールを行い不純物を活性
状態とした。
Next, the photoresist at the time of etching the polycrystalline silicon is removed, and phosphorus ions are implanted into the entire surface of the substrate by ion implantation to form source and drain regions and to reduce the resistance of the gate electrode (7) source and drain electrodes (4). Was. Thereafter, annealing was performed at 450 ° C. for 30 minutes to make the impurities active.

このようにして、第3図(D)の状態の電界効果型半
導体装置を完成させた。
Thus, the field-effect semiconductor device in the state shown in FIG. 3D was completed.

本実施例において、半絶縁膜を形成する際にこの膜中
には水素をできるだけ含まない条件で作製を行った。す
なわち、この半絶縁膜(5)中に水素が多量に存在する
と、この水素が移動してゲート絶縁膜付近でSi−O結合
と反応し、この付近で新たに界面準位を形成する。その
ため、この半絶縁膜(5)には余分な水素、多量の水素
を含まないようにすることが重要であった。
In this example, when a semi-insulating film was formed, the film was manufactured under conditions that contained as little hydrogen as possible. That is, if a large amount of hydrogen is present in the semi-insulating film (5), the hydrogen moves and reacts with the Si—O bond near the gate insulating film, and a new interface state is formed near this. Therefore, it is important that the semi-insulating film (5) does not contain extra hydrogen or a large amount of hydrogen.

また、この膜形成後、真空アニール、不活性気体中で
のプラズマ処理等により、膜中の水素を減らすことを行
ってもよい。
After the formation of the film, the amount of hydrogen in the film may be reduced by vacuum annealing, plasma treatment in an inert gas, or the like.

また、ソース,ドレイン領域への不純物ドープをイオ
ン注入法を使用したがその他の方法例えばリンガラスか
らの不純物拡散等の方法を使用してもよい。
Although the impurity doping into the source and drain regions is performed by the ion implantation method, other methods such as impurity diffusion from phosphorus glass may be used.

この素子を動作状態で1ヶ月連続動作させた結果VT
びにgmは、ほとんど変化せず、このデータを基にして外
挿し、10年後のVT並びにgmの変化量は3%以内であっ
た。これより、本発明の素子構造は長期の信頼性が非常
に高いものである。
As a result of operating this element continuously for one month in the operating state, V T and gm hardly changed. Extrapolated based on this data, the changes of V T and gm after 10 years were within 3%. Was. Thus, the device structure of the present invention has very high long-term reliability.

本実施例において、半絶縁膜として窒化珪素膜を使用
したが、その他の炭化珪素、酸化珪素膜を使用しても同
様の効果が得られる。
In this embodiment, the silicon nitride film is used as the semi-insulating film, but the same effect can be obtained by using other silicon carbide or silicon oxide films.

このように、ゲート電極の幅を1μm以下としても、
電界効果型半導体装置の信頼性は非常に高いものであっ
た。これにより、電界効果型半導体装置の寸法の限界は
信頼性による限界は無くなりプロセス技術の限界が残る
だけとなった。
Thus, even if the width of the gate electrode is 1 μm or less,
The reliability of the field effect type semiconductor device was very high. As a result, the size limit of the field-effect type semiconductor device is no longer limited by reliability, but only by process technology.

『実施例2』 第4図は本発明の電界効果型半導体装置の製造工程を
示す概略縦断面図である。
Embodiment 2 FIG. 4 is a schematic vertical sectional view showing a manufacturing process of the field-effect semiconductor device of the present invention.

第4図(A)において、本実施例において基板(1)
はP型の導電型の単結晶シリコン半導体を用いた。この
基板上に電界効果型半導体装置の素子領域周辺に分離領
域(2)を形成するため素子領域に対応して窒化珪素膜
Si3N4を減圧CVD法にて約2000Åの厚さに形成しこれマス
クとして、基板全体を1150℃で2時間程酸化処理を行い
電界効果型半導体装置の素子周辺の分離領域(2)を形
成し、窒化珪素膜はエッチング除去し(A)の状態を得
た。この時第1のマスクを使用した。
In FIG. 4A, in this embodiment, the substrate (1) is used.
Used a P-type conductive single crystal silicon semiconductor. A silicon nitride film corresponding to the element region is formed on the substrate to form an isolation region (2) around the element region of the field-effect semiconductor device.
Si 3 N 4 is formed to a thickness of about 2000 mm by low-pressure CVD, and as a mask, the entire substrate is oxidized at 1150 ° C. for about 2 hours to form an isolation region (2) around the element of the field-effect semiconductor device. The silicon nitride film was formed and removed by etching to obtain the state shown in FIG. At this time, the first mask was used.

次にこの基板上面にプラズマCVD法にて、窒化珪素(S
i3N4-x0<X<4)を約100Åの厚さに形成した。その時
の条件を以下に示す。
Next, silicon nitride (S
i 3 N 4-x 0 <X <4) was formed to a thickness of about 100 °. The conditions at that time are shown below.

・基板温度 300℃ ・反応気体 SiH4+N2 ・Rf パワー 200W ・反応圧力 0.1Torr この時、窒素の量を通常の窒化珪素膜の作製の時に比
べて少なめとして、化学量論比とはずれたSiN膜を形成
した。このSiN膜は半絶縁性を有しており更に通常のSiN
膜と同様に不純物にたいするブロッキング作用も持って
いた。
・ Substrate temperature 300 ℃ ・ Reaction gas SiH 4 + N 2・ Rf power 200W ・ Reaction pressure 0.1 Torr At this time, the amount of nitrogen is smaller than that in the production of a normal silicon nitride film. A film was formed. This SiN film has semi-insulating properties,
Like the film, it also had a blocking effect on impurities.

更にこの半絶縁膜(5)の上面に光CVD法にて、酸化
珪素膜を形成しゲート絶縁膜(6)とする。
Further, a silicon oxide film is formed on the upper surface of the semi-insulating film (5) by a photo CVD method to form a gate insulating film (6).

この時の条件を以下に示す。 The conditions at this time are shown below.

・基板温度 150℃ ・反応気体 Si2H6+N2O ・紫外光パワー 600W ・反応圧力 5.0Torr 特に本実施例のようにゲート絶縁膜の形成工程に光CV
Dを使用することはゲート絶縁膜と半導体層界面に発生
する界面順位を非常に少なくすることができ、電界効果
型半導体装置の素子特性を良好なものとすることが可能
であった。
・ Substrate temperature 150 ℃ ・ Reaction gas Si 2 H 6 + N 2 O ・ UV light power 600W ・ Reaction pressure 5.0 Torr In particular, as shown in this embodiment, light CV
By using D, the order of the interface generated at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be extremely reduced, and the element characteristics of the field-effect semiconductor device can be improved.

次にこの上面にN型の多結晶珪素被膜を減圧CVD法を
使用して、約2000Åの厚さに形成した。
Next, an N-type polycrystalline silicon film was formed on this upper surface to a thickness of about 2000 mm by using a low pressure CVD method.

その条件を以下に示す。 The conditions are shown below.

基板温度 350℃ 反応気体 SiH4+PH3 反応圧力 3.0Torr このゲート絶縁膜及びN型の多結晶シリコン被膜を第
2のマスクを使用して第3図(B)のように公知のフォ
トリソグラフィー技術を使用してゲート電極幅が0.9μ
mとなるようにセルファラインにエッチングを行った。
Substrate temperature 350 ° C. Reaction gas SiH 4 + PH 3 Reaction pressure 3.0 Torr This gate insulating film and N-type polycrystalline silicon film are applied to a known photolithography technique using a second mask as shown in FIG. 3 (B). Use 0.9μ gate electrode width
The etching was performed on the self-alignment so as to obtain m.

次に多結晶シリコンをエッチングした時のフォトレジ
ストを残しイオン注入法によりリンイオンを基板全面に
打ち込みソース,ドレイン領域の形成を行った。この後
450℃で30分間アニールを行い不純物を活性状態とし第
4図(C)の状態を得た。
Next, source and drain regions were formed by implanting phosphorus ions over the entire surface of the substrate by ion implantation, leaving the photoresist when the polycrystalline silicon was etched. After this
Annealing was performed at 450 ° C. for 30 minutes to activate the impurities to obtain the state shown in FIG. 4 (C).

この時、半絶縁層(5)を通して、不純物の注入を行
ったので、この半絶縁膜も十分な導通性を有している。
この後スパッタ法により、この上面にアルミニウムを約
3000Å形成したのち、第3のマスクを使用してアルミニ
ウム及び半絶縁膜を除去しソース,ドレイン電極(4)
を形成した第4図(D)の構造を得た。
At this time, since the impurity was implanted through the semi-insulating layer (5), the semi-insulating film also has sufficient conductivity.
After this, aluminum is deposited on this upper surface by sputtering.
After the formation of 3000 mm, the third mask is used to remove the aluminum and the semi-insulating film, and the source and drain electrodes (4)
The structure shown in FIG. 4 (D) was obtained.

この時、アルミニウム配線とソース,ドレイン領域
(3)の間には半絶縁層の一部が残っており、アルミニ
ウムと半導体層との反応をこの半絶縁層の一部が防止し
ており、長期の信頼性を高めることができた。
At this time, a part of the semi-insulating layer remains between the aluminum wiring and the source and drain regions (3), and the reaction between the aluminum and the semiconductor layer is prevented by the part of the semi-insulating layer. Was able to increase the reliability.

以上の実施例において、半絶縁膜を何れもCVD法にて
形成したが、特にこの方法のみに限定されることはな
い、電界効果型半導体装置の動作電圧をさげる為にこの
半絶縁膜をさらに薄くする場合は半導体基板を直接窒
化、炭化、酸化する方がより精密に薄い被膜を形成する
ことができる。この時にはプラズマ、レーザ等のエネル
ギーを使用してこれらの処理を行うとより早くこの半絶
縁膜を形成することができる。
In the above embodiments, all the semi-insulating films are formed by the CVD method. However, the present invention is not particularly limited to this method. In order to reduce the operating voltage of the field-effect semiconductor device, the semi-insulating film is further formed. When the semiconductor substrate is thinned, a thin film can be formed more precisely by directly nitriding, carbonizing, or oxidizing the semiconductor substrate. At this time, if these processes are performed using energy such as plasma or laser, the semi-insulating film can be formed more quickly.

〔効果〕〔effect〕

本発明構成をとることにより、電界効果型半導体装置
のチャネルをゲート絶縁膜直下ではなく、離れた位置に
形成でき、ホットキャリア現象による素子特性の劣化を
防止でき、信頼性の高い電界効果型半導体装置を実現す
ることができた。
By adopting the structure of the present invention, the channel of the field effect type semiconductor device can be formed at a remote position, not directly below the gate insulating film, and the deterioration of the element characteristics due to the hot carrier phenomenon can be prevented. The device could be realized.

これにより、電界効果型半導体装置の素子寸法をさら
に縮小することが可能となり、ICチップの集積度をさら
に向上することが可能となった。
As a result, the element size of the field-effect semiconductor device can be further reduced, and the integration degree of the IC chip can be further improved.

さらに、半絶縁膜は適当にキャリアを通過させるの
で、半絶縁膜中に新たなキャリアのトラップを形成しな
い。
Further, since the semi-insulating film allows carriers to pass through appropriately, no new carrier trap is formed in the semi-insulating film.

また、ソース,ドレイン領域とソース,ドレイン電極
との間にブロッキング機能を有する半絶縁膜を形成して
あるので電極材料と半導体層との反応を防ぎ長期の信頼
性を高めることが可能となった。
In addition, since a semi-insulating film having a blocking function is formed between the source and drain regions and the source and drain electrodes, it is possible to prevent a reaction between the electrode material and the semiconductor layer and to improve long-term reliability. .

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

第1図は本発明の電界効果型半導体装置の概略図を示
す。 第2図は本発明の電界効果型半導体装置のエネルギーバ
ンド図を示す。 第3図及び第4図は本発明の電界効果型半導体装置の作
製工程を示す。 1……基板 2……素子分離領域 3……ソース,ドレイン領域 4……ソース,ドレイン領域電極 5……半絶縁膜 7……ゲート電極 6……ゲート絶縁膜
FIG. 1 is a schematic view of a field-effect semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 shows an energy band diagram of the field effect type semiconductor device of the present invention. 3 and 4 show the steps of manufacturing the field-effect semiconductor device of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate 2 ... Element isolation region 3 ... Source and drain region 4 ... Source and drain region electrode 5 ... Semi-insulating film 7 ... Gate electrode 6 ... Gate insulating film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース領域、
ドレイン領域、チャネル形成領域、ソース電極及びドレ
イン電極を有する電界効果型半導体装置において、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域
は、珪素を主成分とする半導体に設けられており、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域上
全面に半絶縁性を有する単層膜が設けられており、 前記単層膜に接して、前記ソース電極は前記ソース領域
上に、前記単層膜に接して、前記ドレイン電極は前記ド
レイン領域上に設けられていることを特徴とする電界効
果型半導体装置。
A gate electrode, a gate insulating film, a source region,
In a field-effect semiconductor device including a drain region, a channel formation region, a source electrode, and a drain electrode, the source region, the drain region, and the channel formation region are provided in a semiconductor containing silicon as a main component. A single-layer film having a semi-insulating property is provided on the entire surface of the drain region and the channel formation region, and the source electrode contacts the single-layer film, and the source electrode contacts the single-layer film on the source region. A field-effect semiconductor device, wherein a drain electrode is provided on the drain region.
【請求項2】ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース領域、
ドレイン領域、チャネル形成領域、ソース電極及びドレ
イン電極を有する電界効果型半導体装置において、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域
は、珪素を主成分とする半導体に設けられており、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域上
全面に窒化珪素(Si3N4-x、0<x<4)、炭化珪素(S
iyC1-y、0<y<1)、又は酸化珪素(SiO2-z、0<z
<2)からなる単層膜が設けられており、 前記単層膜に接して、前記ソース電極は前記ソース領域
上に、前記単層膜に接して、前記ドレイン電極は前記ド
レイン領域上に設けられていることを特徴とする電界効
果型半導体装置。
2. A gate electrode, a gate insulating film, a source region,
In a field-effect semiconductor device including a drain region, a channel formation region, a source electrode, and a drain electrode, the source region, the drain region, and the channel formation region are provided in a semiconductor containing silicon as a main component. Silicon nitride (Si 3 N 4-x , 0 <x <4), silicon carbide (S
i y C 1-y , 0 <y <1) or silicon oxide (SiO 2 -z , 0 <z)
A single-layer film made of <2), wherein the source electrode is provided on the source region, in contact with the single-layer film, the drain electrode is provided on the drain region, in contact with the single-layer film. A field-effect-type semiconductor device characterized in that:
【請求項3】ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース領域、
ドレイン領域、チャネル形成領域、ソース電極及びドレ
イン電極を有する電界効果型半導体装置において、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域
は、半導体基板に設けられており、 前記ソース領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域上
全面には半絶縁性を有する単層膜が設けられており、 前記単層膜は、半導体基板を酸化、窒化又は炭化するこ
とによって形成されており、 前記単層膜に接して、前記ソース電極は前記ソース領域
上に、前記単層膜に接して、前記ドレイン電極は前記ド
レイン領域上に設けられていることを特徴とする電界効
果型半導体装置。
3. A gate electrode, a gate insulating film, a source region,
In a field-effect semiconductor device having a drain region, a channel formation region, a source electrode, and a drain electrode, the source region, the drain region, and the channel formation region are provided on a semiconductor substrate; A single-layer film having a semi-insulating property is provided on the entire surface of the region, and the single-layer film is formed by oxidizing, nitriding, or carbonizing a semiconductor substrate. A field-effect-type semiconductor device, wherein a source electrode is provided on the source region, in contact with the single-layer film, and the drain electrode is provided on the drain region.
【請求項4】半導体基板を窒化、炭化又は酸化してソー
ス領域、ドレイン領域及びチャネル形成領域上全面に接
して半絶縁性の単層膜を形成し、 前記単層膜上にゲート絶縁膜を形成し、 前記単層膜に接して、ソース電極を前記ソース領域上
に、前記単層膜に接して、ドレイン電極を前記ドレイン
領域上に形成することを特徴とする電界効果型半導体装
置の作製方法。
4. A semiconductor substrate is nitrided, carbonized or oxidized to form a semi-insulating single-layer film in contact with the entire surface of the source region, the drain region and the channel formation region, and a gate insulating film is formed on the single-layer film. Forming a source electrode on the source region in contact with the single-layer film, and forming a drain electrode on the drain region in contact with the single-layer film. Method.
【請求項5】特許請求の範囲第4項において、 前記単層膜は、プラズマ又はレーザーを用いて形成され
たことを特徴とする電界効果型半導体装置の作製方法。
5. The method for manufacturing a field-effect semiconductor device according to claim 4, wherein the single-layer film is formed by using plasma or laser.
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