JPH03166735A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH03166735A
JPH03166735A JP30462089A JP30462089A JPH03166735A JP H03166735 A JPH03166735 A JP H03166735A JP 30462089 A JP30462089 A JP 30462089A JP 30462089 A JP30462089 A JP 30462089A JP H03166735 A JPH03166735 A JP H03166735A
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JP
Japan
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gate electrode
semiconductor device
concentration impurity
dielectric constant
insulating film
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Pending
Application number
JP30462089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Shimizu
昭博 清水
Toshiaki Yamanaka
俊明 山中
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Hiroshi Jinriki
博 神力
Eiji Takeda
英次 武田
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH03166735A publication Critical patent/JPH03166735A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To form a MIS type field-effect transistor having high-current driving capacity and high reliability by employing LDD structure in at least one of a source or a drain and forming a spacer insulating film, which is composed of two kinds or more of insulators having a high dielectric constant, as a multilayer film near the sidewall of a gate electrode in the upper section of a low impurity-concentration diffusion layer. CONSTITUTION:High-concentration impurity regions 2 separate from a gate electrode 5 and low-concentration impurity regions 3 brought into contact with the high-concentration impurity regions 2 and extended just under the gate electrode 5 are provided at least one of the source and drain of a transistor. Two kinds or more of high dielectric-constant insulators 6, 7 exerting a field effect in the same extent as the lower section of the gate electrode 5 are formed onto the low-concentration impurity regions 3 in the vicinity of the sidewalls of the gate electrode in at least one parts of the low-concentration impurity regions 3 not located under the gate electrode 5. Accordingly, an electric field in an element is relaxed, and a MIS type field-effect transistor having the high- current driving capacity of high reliability can be acquired.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に高信
頼度化、高電流駆動能力化に好適な絶縁ゲート型(以下
MIS型と略す)電界効果トランジスタを有する半導体
装置及びその製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular an insulated gate type (hereinafter abbreviated as MIS type) suitable for achieving high reliability and high current drive capability. The present invention relates to a semiconductor device having a field effect transistor and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

MIS型電界効果トランジスタの高信頼度化には、ソー
ス,ドレイン構造の改良による素子内部の電界を緩和す
るのが有効である。
In order to increase the reliability of MIS type field effect transistors, it is effective to alleviate the electric field inside the device by improving the source and drain structures.

従来MIS型電界効果トランジスタの高信頼度化構造と
しては、例えば特開昭54 − 44482において論
じられているような低濃度ドレイン構造、いわゆるL 
D D (Lightly Doped Drain)
構造、あるいは特開昭54 − 44482において論
じられているような上記LDD構造の改良型としてその
サイドウオールスペーサを高誘電率の絶縁膜にしたもの
があげられる。この内後者を第2図に示す.lがシリコ
ン基板、2が高不純物濃度のソース,ドレイン拡散層、
3が低不純物濃度のソース,ドレイン拡散層、4がゲー
ト絶縁膜、5がゲート電極、そして6が高誘電率の絶縁
膜からなるサイドウオールスペーサである。
Conventionally, as a highly reliable structure of MIS type field effect transistor, a low concentration drain structure, so-called L
D D (Lightly Doped Drain)
An improved structure of the above-mentioned LDD structure as discussed in JP-A-54-44482 is one in which the side wall spacers are made of a high dielectric constant insulating film. The latter of these is shown in Figure 2. 1 is a silicon substrate, 2 is a source and drain diffusion layer with high impurity concentration,
3 is a source and drain diffusion layer with a low impurity concentration, 4 is a gate insulating film, 5 is a gate electrode, and 6 is a sidewall spacer made of a high dielectric constant insulating film.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術において、前者LDD構造の低不純物濃度
のソース,ドレイン拡散層(低濃度拡散M)3は,素子
内部電界を緩和し信頼性を向上させるが,トランジスタ
に直列に接続された抵抗として働き,電流駆動能力の低
下を招く。また、このLDD構造でもゲート長が0.5
μm以下になってくると従来電g電圧5vで使用するの
は困難になってきている。
In the above conventional technology, the low impurity concentration source and drain diffusion layers (low concentration diffusion M) 3 of the former LDD structure alleviate the internal electric field of the device and improve reliability, but they also act as a resistor connected in series with the transistor. , resulting in a decrease in current drive capability. Also, in this LDD structure, the gate length is 0.5
When the diameter becomes less than μm, it becomes difficult to use the conventional electric current with a voltage of 5V.

これに対して第2図の高誘電体スペーサ6付きLDD構
造は上記LDD構造よりも高信頼度化と共に高電流駆動
能力化が期待できる。一般にLDD構造の低不純物濃度
拡散層とゲート電極側壁との間にゲート絶縁膜よりも十
分に大きな誘電率の絶縁体があると、この低不純物濃度
拡散層はゲート電極のフリンジ効果により、通常のトラ
ンジスタのチャネル部分と同様に大きな電界効果を受け
る。
On the other hand, the LDD structure with the high dielectric spacer 6 shown in FIG. 2 can be expected to have higher reliability and higher current drive capability than the above-mentioned LDD structure. Generally, if there is an insulator with a sufficiently larger dielectric constant than the gate insulating film between the low impurity concentration diffusion layer and the sidewall of the gate electrode in the LDD structure, this low impurity concentration diffusion layer will be affected by the fringe effect of the gate electrode. Like the channel portion of a transistor, it is subject to a large field effect.

これはゲート電極側壁と低不純物濃度拡散層間の絶縁膜
の厚さが、ゲート絶縁膜と同程度に薄膜化されたとみな
すとかできるためであり、これはまたゲート電極を低不
純物濃度拡散層上部にオーバーラップさせた構造ともみ
なすこともできる。これを第3図を用いて説明する。こ
の図は代表的な構造におけるチャネル方向電界最大値の
スペーサ誘電率依存性を計算機シミュレーションしたも
のである。誘電率はシリコン酸化膜に対する比で示し,
この値が1の場合スペーサもシリコン酸化膜であり通常
LDD構造である。また、パラメータとしてはこの場合
スペーサ長である。この図からスペーサ材料の誘電率に
は構造毎に電界の最小値を与える最適値のあることがわ
かる。これはこの誘電率が小さいとゲート電極から離れ
た低濃度層への電界効果が小さく、また、大きすぎると
高濃度層での電界集中が見えてくることによる。このた
め、上記スペーサを単一材料で形成する場合には、用い
る高誘電体材料が大きく制限されていた。
This is because the thickness of the insulating film between the gate electrode sidewall and the low impurity concentration diffusion layer can be considered to be as thin as the gate insulating film, and this also means that the gate electrode is placed above the low impurity concentration diffusion layer. It can also be considered as an overlapping structure. This will be explained using FIG. This figure is a computer simulation of the dependence of the maximum electric field in the channel direction on the spacer permittivity in a typical structure. The dielectric constant is expressed as a ratio to the silicon oxide film,
When this value is 1, the spacer is also a silicon oxide film and usually has an LDD structure. Further, the parameter in this case is the spacer length. It can be seen from this figure that the dielectric constant of the spacer material has an optimum value that provides the minimum value of the electric field for each structure. This is because if the dielectric constant is small, the electric field effect on the low concentration layer away from the gate electrode is small, and if it is too large, the electric field concentration becomes visible in the high concentration layer. For this reason, when the spacer is formed of a single material, the high dielectric constant material to be used is largely limited.

また、高誘電体材料の一つとして例えばタンタル酸化膜
を用いる場合には、プロセス上厚膜を形成するのはクラ
ック発生等の問題があり困難である。このため,誘電率
が大きく良好な特性が期待される材料でも第2図のよう
な単一材料のスペーサは形威困難であった。
Further, when using a tantalum oxide film as one of the high dielectric materials, for example, it is difficult to form a thick film due to problems such as cracking due to the process. For this reason, even if the material has a large dielectric constant and is expected to have good properties, it is difficult to make a spacer made of a single material as shown in FIG. 2.

本発明の目的は0.5μmプロセス以降の基本デバイス
として、容易なプロセスで形成でき,上記制限を受けず
に高信頼度高電流駆動能力を共に有するMIS型電界効
果トランジスタを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an MIS type field effect transistor that can be formed by an easy process and has high reliability and high current drive ability without being subject to the above-mentioned limitations, as a basic device for a 0.5 μm process or later.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、ソース,ドレインの少なくとも一方が、上
記LDD構造を有しかつその低不純物濃度拡散層上部ゲ
ート電極側壁近傍に二種類以上の誘電率の絶縁体で二層
以上の多層膜からなるサイドウオールスペーサを設ける
ことにより達或される。
The above object is to provide a side surface in which at least one of the source and the drain has the above-mentioned LDD structure and is made of a multilayer film of two or more layers of insulators having two or more types of dielectric constants in the vicinity of the sidewall of the gate electrode above the low impurity concentration diffusion layer. This is achieved by providing wall spacers.

〔作用〕[Effect]

上記手段において,充分なフリンジ効果をもたらすとこ
ろのスペーサ絶縁膜を,二種類以上の材料を用いた多層
膜にすることにより,任意の平均的な誘電率を持ったス
ペーサが形成できる。例えば、一つの材料としてタンタ
ル酸化膜(誘電率はシリコン酸化膜の約7倍)とシリコ
ン窒化膜(誘電率はシリコン酸化膜の約2倍)の多層膜
を考えると、両者の膜の割合により平均的な誘電率がシ
リコン酸化膜の2から7倍間の任意の中間値を持つスペ
ーサを形成できる。これにより第3図で示した電界の最
小値を与える誘電率材料を形成できることになる。
In the above means, by making the spacer insulating film, which provides a sufficient fringe effect, a multilayer film using two or more types of materials, a spacer having an arbitrary average dielectric constant can be formed. For example, if we consider a multilayer film of tantalum oxide film (the dielectric constant is about 7 times that of silicon oxide film) and silicon nitride film (the dielectric constant is about twice that of silicon oxide film) as one material, the ratio of the two films will depend on the ratio of the two films. A spacer having an average dielectric constant of any intermediate value between 2 and 7 times that of a silicon oxide film can be formed. This makes it possible to form a dielectric constant material that provides the minimum value of the electric field shown in FIG.

また、上記サイドオールスペーサを薄膜の多層膜で形成
することにより、プロセス上厚膜化が困難であった材料
,例えばタンタル酸化膜等を用いる場合に有効となる。
Further, by forming the side all spacer with a thin multilayer film, it becomes effective when using a material that is difficult to thicken due to the process, such as a tantalum oxide film.

〔実施例〕〔Example〕

く実施例1〉 以下に本発明の第一の実施例を第l、及び第4図を用い
て説明する。
Example 1> A first example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 4.

第l図に示した構造は、ゲート電極形成後高誘電体の多
層膜を堆積しゲート電極側壁に異方性ドライエッチング
を用いて自己整合で多層膜からなる高誘電体スペーサを
形成し、従来のLDD構造と同一の形成工程で本発明の
構造を形成したものである。図中の1がp型のシリコン
基板、2がn型の高濃度拡散層,3がn型の低濃度拡散
層、4がシリコン酸化膜,5が高濃度に燐を導入した多
結晶シリコンからなるゲート電極、モして6,7が高誘
電体の薄膜である。本実施例では、高誘電率のサイドウ
オール絶縁膜6としてタンタル酸化膜を7としてシリコ
ン窒化膜を用いた。本実施例における各膜厚は一定で5
層膜となっている。また、スペーサ長は約0.1μmで
ある。タンタル酸化膜の誘電率はシリコン酸化膜の約7
倍、シリコン窒化膜で約2倍ある。このため、本実施例
でのスペーサの平均的な誘電率はシリコン酸化膜の約4
倍であった。これにより第3図に示したように電界のほ
ぼ最小値を与える条件となっている。
In the structure shown in Figure 1, a high dielectric multilayer film is deposited after the gate electrode is formed, and a high dielectric spacer made of the multilayer film is formed in a self-aligned manner using anisotropic dry etching on the side walls of the gate electrode. The structure of the present invention was formed in the same formation process as the LDD structure. In the figure, 1 is a p-type silicon substrate, 2 is an n-type high concentration diffusion layer, 3 is an n-type low concentration diffusion layer, 4 is a silicon oxide film, and 5 is polycrystalline silicon into which phosphorus is introduced at a high concentration. The gate electrodes 6 and 7 are high dielectric thin films. In this embodiment, a tantalum oxide film 7 was used as a high dielectric constant sidewall insulating film 6, and a silicon nitride film was used. In this example, each film thickness is constant and 5
It is a layered film. Further, the spacer length is approximately 0.1 μm. The dielectric constant of tantalum oxide film is about 7 that of silicon oxide film.
It is about twice as large for silicon nitride film. Therefore, the average dielectric constant of the spacer in this example is about 4 that of the silicon oxide film.
It was double that. This provides a condition that provides approximately the minimum value of the electric field as shown in FIG.

また,本実施例では上記高誘電体多層膜を従来のLDD
構造と同様に自己整合で形威したサイドウオールスペー
サとして用いているため、工程数の増大もなく容易に形
成できる。なお、スペーサの誘電率を多M膜の平均値と
みなせるためには、各膜は充分には薄膜である必要があ
る。
In addition, in this example, the above-mentioned high dielectric multilayer film is used as a conventional LDD.
Since it is used as a self-aligned sidewall spacer similar to the structure, it can be easily formed without increasing the number of steps. Note that each film needs to be sufficiently thin in order for the dielectric constant of the spacer to be considered as the average value of the multi-M films.

また、第4図に他の実施例を示す。本実施例は、第1図
に示した実施例において、多層膜からなるスペーサの材
料,膜厚を変えたものである。まず、第4図(a)は、
ゲート電極、あるいは低濃度拡散層表面から離れた膜ほ
ど誘電率の高い材料を用いたものである。ここでは8が
シリコン酸化膜、7がシリコン窒化膜、モして6がタン
タル酸化膜である。通常誘電率がほぼ均一とみなせるス
ペーサを形威した場合、ゲート電極から離れた低濃度拡
散層ほど電界効果が小さくなる。これは高信頼度化より
も高駆動能力化の効果を減少させる。本実施例の如く、
スペーサ内の誘電率に意図的に分布を与えることにより
ゲート電極から離れた低濃度拡散層へもゲート電極近傍
と同様の電界効果を与えることができる。また,第4図
(b)は(a)と同様にスペーサ内の誘電率に意図的な
分布を与える別の方法を示したものである。これは二種
類の膜のみで実現したもので、ゲート電極から離れた膜
ほど厚膜化したものである。ここでは8がシリコン酸化
膜で、6がタンタル酸化膜である。これにより、(a)
と同一の効果を得ることができる。
Further, FIG. 4 shows another embodiment. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the material and film thickness of the spacer made of a multilayer film are changed. First, Figure 4(a) shows
A material with a higher dielectric constant is used for the film farther away from the gate electrode or the surface of the low concentration diffusion layer. Here, 8 is a silicon oxide film, 7 is a silicon nitride film, and 6 is a tantalum oxide film. When using a spacer whose dielectric constant is generally considered to be approximately uniform, the electric field effect becomes smaller as the low concentration diffusion layer is farther away from the gate electrode. This reduces the effect of increasing drive capability rather than increasing reliability. As in this example,
By intentionally giving a distribution to the dielectric constant in the spacer, it is possible to give the same electric field effect to the low concentration diffusion layer distant from the gate electrode as in the vicinity of the gate electrode. Similarly to FIG. 4(a), FIG. 4(b) shows another method of giving an intentional distribution to the dielectric constant within the spacer. This was achieved using only two types of films, and the films farther away from the gate electrode are thicker. Here, 8 is a silicon oxide film and 6 is a tantalum oxide film. As a result, (a)
You can get the same effect as .

以上述べてきたように、本発明の構造の概念では、上記
高誘電体サイドウオールスペーサを構成する各膜の厚さ
は一定である必要もなくその順番,暦数も任意で良い。
As described above, in the concept of the structure of the present invention, the thickness of each film constituting the high dielectric sidewall spacer need not be constant, and the order and number of films may be arbitrary.

膜厚,暦数,材料数及びその割合は、低濃度拡散層の不
純物濃度,スペーサ長等の構造条件あるいは用いられる
環境に応じて最適値を用いれば良い。また、上記説明は
nチャネルの場合について示したが、各領域の伝導型を
逆にすることにより、pチャネルにおいても応用可能で
ある。
Optimum values may be used for the film thickness, the number of calendars, the number of materials, and their ratios depending on the impurity concentration of the low concentration diffusion layer, structural conditions such as spacer length, or the environment in which it is used. Furthermore, although the above description has been given for the case of an n-channel, it can also be applied to a p-channel by reversing the conduction type of each region.

く実施例2〉 次に、第5図を用いて本発明の第2の実施例を示す。Example 2 Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIG.

まず、第5図(a)(b)に示した構造は第1図の構造
において5高誘電体多層膜からなるサイドウオールスペ
ーサ6,8と、ゲート電極5および低濃度拡散層3との
間にゲート電極と同一の絶縁膜9,IQを設けたもので
ある。上記高誘電率絶縁膜からなるサイドウオールスペ
ーサを形成する上で、絶縁膜の材料によっては下地のシ
リコン基板との加工時の選択比がない、あるいは直接シ
リコン基板に形成すると汚染の可能性がある等プロセス
上の問題が懸念される場合に本実施例が有効となる。本
実施例では例えば高誘電率絶縁膜からなるサイドウオー
ルスペーサをタンタル酸化膜やシリコン窒化膜で形成す
る場合に、9,IOの絶縁膜はシリコン酸化膜を用いれ
ば良い。この場合、シリコン酸化膜はできるだけ薄膜化
しておく,これにより、上記効果を全て満足することが
できる。なお、信頼度の面からは、(a)の方が良い。
First, the structure shown in FIGS. 5(a) and 5(b) is the same as the structure shown in FIG. An insulating film 9, IQ, which is the same as that of the gate electrode, is provided on the gate electrode. When forming sidewall spacers made of the above-mentioned high dielectric constant insulating film, depending on the material of the insulating film, there may not be a selectivity when processing it with the underlying silicon substrate, or there is a possibility of contamination if it is formed directly on the silicon substrate. This embodiment is effective when there are concerns about process-related problems. In this embodiment, when the sidewall spacer made of a high dielectric constant insulating film is formed of a tantalum oxide film or a silicon nitride film, for example, a silicon oxide film may be used as the insulating film of 9 and IO. In this case, by making the silicon oxide film as thin as possible, all of the above effects can be achieved. Note that (a) is better in terms of reliability.

これはスペーサ中に注入されたキャリアがスペーサ膜中
に留まることなくゲート電極に到達しやすいからである
This is because carriers injected into the spacer easily reach the gate electrode without remaining in the spacer film.

また、第5図(c)に示した構造も同様にプロセス上の
課題を克服する方法である。高誘電率絶縁膜からなるサ
イドウオールスペーサ形成時にゲート電極との選択比が
ないと、ゲート電極自身が削れてしまう。このためには
、第5図(c)の如く予め別の絶縁膜1lをゲート電極
上部に形成しておけばよい。なお,材料としては上記高
誘電体膜を用いればよい。また、(c)は特にソース,
ドレインとの自己整合コンタクトを形成する場合に有効
となる。つまり,高誘電体からなるサイドウオールスペ
ーサの材料6が、シリコン基板あるいはシリコン酸化膜
と十分な選択比を有するならば,この自己整合コンタク
ト形成は非常に容易になる。さらに(d)に示した構造
は上記高誘電体膜の段差部での被膜特性が悪い材料の場
合に有効な実施例である。これは、この高誘電体膜を被
膜後、被膜特性の非常に良い絶縁膜材料例えばスピン、
オン、グラス(SOG)膜を塗布したものである。図中
には拡散層を予め形成した場合について示してある。
Furthermore, the structure shown in FIG. 5(c) is also a method for overcoming process problems. If there is no selectivity with respect to the gate electrode when forming sidewall spacers made of a high dielectric constant insulating film, the gate electrode itself will be scraped. For this purpose, another insulating film 1l may be formed in advance over the gate electrode as shown in FIG. 5(c). Note that the above-mentioned high dielectric constant film may be used as the material. In addition, (c) is especially the source,
This is effective when forming a self-aligned contact with the drain. In other words, if the sidewall spacer material 6 made of a high dielectric constant has a sufficient selectivity with respect to the silicon substrate or silicon oxide film, this self-aligned contact formation becomes very easy. Further, the structure shown in (d) is an effective embodiment in the case of a material having poor coating properties at the stepped portion of the high dielectric constant film. After coating this high dielectric constant film, an insulating film material with very good coating properties, such as spin,
On, glass (SOG) film is applied. The figure shows a case where a diffusion layer is formed in advance.

また、ここには示していないが、ゲート電極材料はなん
でも良く、ポリサイドゲート電極等の多層膜でも良い。
Further, although not shown here, the gate electrode material may be any material, and may be a multilayer film such as a polycide gate electrode.

また、基板内の不純物分布もなんでも良く、例えば信頼
度をさらに上げるため低濃度拡散層を基板内深くに大き
く形成しても、また、基板内深部に基板と同一導電型の
高濃度埋め込み層をパンチスルーストツパとして形成し
てもよい。
Furthermore, the impurity distribution within the substrate may be arbitrary; for example, to further increase reliability, a low concentration diffusion layer may be formed deep within the substrate, or a high concentration buried layer of the same conductivity type as the substrate may be formed deep within the substrate. It may also be formed as a punch-through stop.

これにより、より一層の高信頼度化とともに接合容量の
低減、あるいは短チャネル効果低減をも実現できる。
This makes it possible to achieve even higher reliability as well as a reduction in junction capacitance or short channel effect.

く実施例3〉 さらに、本発明の第3の実施例を第6図を用いて説明す
る。
Embodiment 3> Furthermore, a third embodiment of the present invention will be described using FIG. 6.

第6図(a)(b)に示した実施例は、スペーサ用高誘
電体多層膜の形成方法を変えて、これまでの実施例とは
異なった形状を実現したものである。両者共にスペーサ
を三種類の材料からなる三M膜とし、形成方法は両者共
に第一の絶縁膜として例えばシリコン酸化膜からなるス
ペーサを該絶縁膜の堆積と異方性エッチングにより形成
後,第2の絶縁膜例えばシリコン窒化膜を堆積と異方性
エッチングにより形威し、再び第3の絶縁膜例えばタン
タル酸化膜を堆積と異方性エッチングにより図のような
スペーサ形状を形成する。(a)と(b)の違いは上記
異方性エッチング時のオーバーエッチ量である。(a)
は(b)に比べてそのオーバーエッチ量を多くしたもの
である。この場合、外側の材料ほどその誘電率を大きく
してある。
In the embodiment shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the method of forming the high dielectric multilayer film for the spacer was changed to realize a shape different from that of the previous embodiments. In both cases, the spacer is a 3M film made of three kinds of materials, and in both cases, the spacer is formed by depositing a silicon oxide film as the first insulating film and anisotropic etching, and then forming the spacer as the second insulating film. A third insulating film such as a silicon nitride film is deposited and anisotropically etched, and a third insulating film such as a tantalum oxide film is again deposited and anisotropically etched to form a spacer shape as shown in the figure. The difference between (a) and (b) is the amount of overetching during the anisotropic etching. (a)
The amount of overetching is increased compared to (b). In this case, the outer material has a larger dielectric constant.

これにより、特に(a)の如くスペーサを形威した場合
ゲート電極から離れた低濃度拡散層への電界効果を効率
良く強めることができる。本実施例による構造は、上記
形成方法において薄膜の堆積と該膜の異方性エッチング
を繰り返すことにより,3層以上の多層膜、また任意の
形状に形成可能である。
As a result, especially when a spacer is used as shown in (a), the electric field effect on the low concentration diffusion layer remote from the gate electrode can be efficiently strengthened. The structure according to this embodiment can be formed into a multilayer film of three or more layers or into an arbitrary shape by repeating the deposition of a thin film and anisotropic etching of the film in the above-described forming method.

〈実施例4〉 さらに、本発明の第4の実施例を第7,8図を用いて説
明する。
<Embodiment 4> Furthermore, a fourth embodiment of the present invention will be described using FIGS. 7 and 8.

まず、第7図に示した実施例は、第1の実施例における
高濃度拡散層が高誘電体スペーサ下部に達しておらず、
離れた状態にある構造における素子内部電界のスペーサ
長l依存性を示す。内部電界はスペーサ長が0.15μ
m以上になるとほぼ飽和している。これは電界緩和効果
に関しては,スペーサ長は低濃度拡散層に対してある一
定長さあれば充分であることを意味しており、必ずしも
高濃度拡散層が該スベーサ下部まで達している必要はな
い。本実施例によれば,上部にスペーサのない低濃度拡
散層の抵抗のため電流駆動能力は多少低下するが、信頼
性はその分さらに向上する。
First, in the embodiment shown in FIG. 7, the high concentration diffusion layer in the first embodiment does not reach the lower part of the high dielectric spacer.
The dependence of the internal electric field on the spacer length l in a structure in a separated state is shown. The internal electric field has a spacer length of 0.15μ.
m or more, it is almost saturated. This means that for the electric field relaxation effect, it is sufficient that the spacer length is a certain length relative to the low-concentration diffusion layer, and it is not necessary that the high-concentration diffusion layer reaches the bottom of the spacer. . According to this embodiment, although the current driving ability is somewhat reduced due to the resistance of the lightly doped diffusion layer having no spacer above, the reliability is further improved accordingly.

また、第8図に示した実施例は、低濃度拡散層への電界
効果をさらに向上させた構造の例である。
Further, the embodiment shown in FIG. 8 is an example of a structure in which the electric field effect on the low concentration diffusion layer is further improved.

これまで示してきた実施例における電界効果は、全てゲ
ー1・電極からのフリンジ電界によるものであったが、
本実施例はこれにドレイン電界を加えたものである。例
えば、第8図(a)に示した構造は第1の実施例のドレ
イン側高濃度拡散層の上部に不純物を高濃度に導入した
多結晶シリコン膜を直接形威したものである。これによ
り低濃度拡散層への電界効果は,ゲート電極のみならず
ドレイン電極からも充分に受けることになる。このため
、第」−の実施例よりも大きな電界効果が得られスペー
サ長が長い場合には特に有効となる。また、(b)は第
1の実施例のソース,ドレイン上に選択エビタキシャル
法を用いて単結晶、あるいは多結晶シリコンを形成した
もので、このシリコンを一方をドレイン高演度拡散層と
することにより上記効果が得られる。なお、(b)の場
合は特に高濃度拡散層を基板上にほとんど形成する必要
がないため、より高信頼度化を達或できる。
The electric field effects in the examples shown so far were all due to the fringe electric field from the Ga1 electrode, but
In this embodiment, a drain electric field is added to this. For example, the structure shown in FIG. 8(a) is a direct version of the polycrystalline silicon film into which impurities are introduced at a high concentration above the high concentration diffusion layer on the drain side of the first embodiment. As a result, the low concentration diffusion layer receives sufficient electric field effects not only from the gate electrode but also from the drain electrode. Therefore, a larger electric field effect can be obtained than in the second embodiment, which is particularly effective when the spacer length is long. In addition, (b) shows an example in which single crystal or polycrystalline silicon is formed on the source and drain of the first embodiment using the selective epitaxial method, and one side of this silicon is used as a drain high performance diffusion layer. By this, the above effect can be obtained. In the case of (b), it is not necessary to form a particularly high concentration diffusion layer on the substrate, so that higher reliability can be achieved.

さらに、低濃度拡散層を基板主面より上部にも形威し、
低濃度層の長さが長くなった分スペーサ長を短くする事
により、一層の高集積化を達戊できる。
Furthermore, a low concentration diffusion layer is formed above the main surface of the substrate,
By shortening the spacer length by the length of the low concentration layer, even higher integration can be achieved.

く実施例5〉 次に、本発明の第5の実施例を第9図を用いて説明する
Embodiment 5> Next, a fifth embodiment of the present invention will be described using FIG. 9.

第9図は、本発明の構造をスタティック,ランダム,ア
クセス,メモリ (SRAM)のメモリセル及び周辺回
路内のトランジスタに用いた場合について示した図であ
る。(a)はSRAMのメモリセルであり、(b)はS
RAMの回路ブワツクを示した図である。この場合、も
ちろん周辺回路の高電圧動作、高速化が出来るが、さら
にメモリセルの情報蓄積ノード(図中のD及びDに相当
)の寄生容量を増加させることができるため、α線によ
るソフトエラー率を低減できる。特に、第8図に示した
構造はドレインに付く寄生容量が大きいのと、低濃度拡
散層の長さを実効的に長くできる分スペーサ長を短くで
きセル面積を低減化できるため、SRAM、特に16M
ビット以上の集積度を有するSRAMのメモリセル内に
用いる場合に好適である。
FIG. 9 is a diagram showing the case where the structure of the present invention is used in a memory cell of a static random access memory (SRAM) and a transistor in a peripheral circuit. (a) is an SRAM memory cell, and (b) is an SRAM memory cell.
FIG. 2 is a diagram showing a RAM circuit block; In this case, of course, the peripheral circuit can operate at higher voltages and at higher speeds, but it can also increase the parasitic capacitance of the information storage nodes of the memory cells (corresponding to D and D in the figure), resulting in soft errors caused by alpha rays. rate can be reduced. In particular, the structure shown in Figure 8 has a large parasitic capacitance attached to the drain, and since the length of the low concentration diffusion layer can be effectively lengthened, the spacer length can be shortened and the cell area can be reduced. 16M
It is suitable for use in a memory cell of an SRAM having a degree of integration higher than bits.

また。本発明の構造をLSI内に用いる場合、任意の回
路ブロック毎にスペーサ長あるいは平均的な誘電率を比
較的容易に変えることができる。
Also. When the structure of the present invention is used in an LSI, the spacer length or average dielectric constant can be changed relatively easily for each arbitrary circuit block.

これは例えば第工図に示した構造において、スペーサ用
多層膜を堆積中にある膜を堆積後一部フォトエッチング
で除去することにより、その部分のみスペーサ長の短い
部分、かつ平均誘電率の異なった部分ができる。SAR
M等のメモリでは通常セル内のトランジスタの電圧スト
レスは比較的軽いため,集積度を上げるためにも短いス
ペーサ長で良い。この様なときに周辺回路とメモリセル
内でのスペーサ長を容易に変更できる。これはSRAM
のみならず、DRAMあるいはロジックLSIにおいて
も有効である。また、第8図に示した構造を用いるとセ
ル内の寄生容量が大きくなるため、メモリLSIにおい
て非常に有効である。
For example, in the structure shown in the drawing, by removing part of the film by photo-etching during the deposition of the spacer multilayer film, only that part has a short spacer length and the average permittivity is different. The part that has been removed is created. SAR
In a memory such as M, the voltage stress on the transistor within the cell is usually relatively light, so a short spacer length is sufficient to increase the degree of integration. In such a case, the length of the spacer in the peripheral circuit and memory cell can be easily changed. This is SRAM
It is effective not only for DRAM or logic LSI. Further, when the structure shown in FIG. 8 is used, the parasitic capacitance within the cell increases, so it is very effective in a memory LSI.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、0.5μm以下特に0.3μm以下の
レベルにおいても、容易な形成方法で、高信頼度高電流
駆動能力を有するMIS型電界効果トランジスタを形成
できるため、将来のULSIにおいても従来電源のまま
高速動作する半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, it is possible to form a MIS field effect transistor with high reliability and high current drive capability even at a level of 0.5 μm or less, particularly 0.3 μm or less, using an easy formation method, so that it can be used in future ULSI as well. A semiconductor device that operates at high speed using a conventional power source can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の代表的な構造の断面図、第2図は従来
技術の代表的な構造の断面図、第3図及び第7図は本発
明の構造の内部電界を示した図、第4図乃至第6図,第
8図及び第9図は本発明の他の実施例の構造示した図。 1・・・シリコン基板、2・・・高濃度拡散層、3・・
・低濃度拡散層、4・・・ゲート絶縁膜、5・・・ゲー
ト電極、6、l1・・・タンタル酸化膜、7・・・シリ
コン窒化膜、8、9,10.15・・・シリコン酸化膜
、14・・・多結晶シリコン膜,16・・・エビタキシ
ャルシリコン遁 図 3 扇 2 図 乃 3 口 閉 φ (2) (必冫 (bノ 禎 5 口 某 7 困 1(i町 /6 エcy1滴ル席 葉 9 (沫) 図
FIG. 1 is a sectional view of a typical structure of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a typical structure of the prior art, and FIGS. 3 and 7 are diagrams showing the internal electric field of the structure of the present invention. 4 to 6, FIG. 8, and FIG. 9 are diagrams showing the structure of other embodiments of the present invention. 1... Silicon substrate, 2... High concentration diffusion layer, 3...
・Low concentration diffusion layer, 4... Gate insulating film, 5... Gate electrode, 6, l1... Tantalum oxide film, 7... Silicon nitride film, 8, 9, 10.15... Silicon Oxide film, 14... Polycrystalline silicon film, 16... Evitaxial silicon Figure 3 Fan 2 Figure 3 Mouth closed φ (2) 6 1 drop of Ecy 9 (drops) Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板に設けられたソース領域とドレイン領域
とその間に形成されたチャネルと、該チャネルに電界効
果を及ぼすゲート電極とをもつ絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタを有する半導体装置において、該トランジタ
のソース、ドレインの少なくとも一方が、ゲート電極か
ら離れた高濃度不純物領域と、該高濃度不純物領域に接
し該ゲート電極直下に延在する低濃度不純物領域を有し
、かつ該ゲート電極下にはない該低濃度不純物領域の少
なくとも一部にゲート電極下と同程度の電界効果を及ぼ
すことが出来るように二種類以上の高誘電率絶縁体がゲ
ート電極側壁近傍の該低濃度不純物領域上に存在するこ
とを特徴とする半導体装置。 2、上記高誘電率の絶縁体が、ゲート電極側壁に形成さ
れたサイドウォールスペーサ絶縁膜の一部であることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置。 3、半導体基板に設けられたソース領域とドレイン領域
とその間に形成されたチャネルと、該チャネルに電界効
果を及ぼすゲート電極とをもつ絶縁ゲート型電界効果ト
ランジスタを有する半導体装置において、該トランジタ
のソース、ドレインの少なくとも一方が、ゲート電極か
ら離れた高濃度不純物領域と、該高濃度不純物領域に接
し該ゲート電極直下に延在する低濃度不純物領域を有し
、かつ該ゲート電極側壁に2層膜以上の多層膜からなる
サイドウォールスペーサ絶縁膜が存在することを特徴と
する半導体装置。 4、上記高誘電率の絶縁体の少なくとも一つの誘電率が
、該トランジスタのゲート絶縁膜の誘電率よりも3倍以
上であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 5、上記高誘電率の絶縁体の一つがタンタル酸化膜であ
ることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 6、上記絶縁ゲート型電界効果トランジスタを有する半
導体装置を形成する方法において、該トランジスタのゲ
ート電極を形成後、該低濃度不純物領域を形成する工程
と、続いて全面に二種類以上の誘電率の多層絶縁膜を被
膜する工程と、続いて異方性エッチングにより該ゲート
電極側壁に該多層絶縁膜を残す工程と、その後該高濃度
不純物領域を形成する工程とを具備することを特徴とす
る請求項3記載の半導体装置の製造方法。 7、上記製造方法において、該トランジスタのゲート電
極を形成後該高誘電率の絶縁膜を被膜する前に、半導体
基板表面にゲート絶縁膜と同じ誘電率の絶縁膜を形成す
る工程を含む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。 8、スタティック・ランダム・アクセス・メモリを構成
するトランジスタの少なくとも一つが、請求項3記載の
半導体装置からなることを特徴とする半導体装置。 9、上記スタティック・ランダム・アクセス・メモリは
、16Mビット以上の集積度を有することを特徴とする
請求項8記載の半導体装置。
[Claims] 1. A semiconductor device having an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region provided on a semiconductor substrate, a channel formed between them, and a gate electrode that exerts a field effect on the channel. wherein at least one of the source and drain of the transistor has a high concentration impurity region remote from the gate electrode and a low concentration impurity region in contact with the high concentration impurity region and extending directly below the gate electrode; Two or more types of high dielectric constant insulators are used to cover the low concentration impurity region near the side walls of the gate electrode so that an electric field effect similar to that under the gate electrode can be exerted on at least a part of the low concentration impurity region that is not under the electrode. A semiconductor device characterized by existing on a region. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric constant insulator is a part of a sidewall spacer insulating film formed on a side wall of the gate electrode. 3. In a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor having a source region and a drain region provided in a semiconductor substrate, a channel formed between them, and a gate electrode that exerts a field effect on the channel, the source of the transistor is , at least one of the drains has a high concentration impurity region remote from the gate electrode, and a low concentration impurity region in contact with the high concentration impurity region and extending directly below the gate electrode, and a two-layer film is formed on the side wall of the gate electrode. A semiconductor device characterized by the presence of a sidewall spacer insulating film made of the above multilayer film. 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the dielectric constant of at least one of the high dielectric constant insulators is three times or more greater than the dielectric constant of the gate insulating film of the transistor. 5. The semiconductor device according to claim 3, wherein one of the high dielectric constant insulators is a tantalum oxide film. 6. In the method for forming a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor, after forming the gate electrode of the transistor, forming the low concentration impurity region, and then applying two or more types of dielectric constants to the entire surface. A claim comprising the steps of coating a multilayer insulating film, then leaving the multilayer insulating film on the side wall of the gate electrode by anisotropic etching, and then forming the high concentration impurity region. Item 3. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 3. 7. The above manufacturing method may include the step of forming an insulating film having the same dielectric constant as the gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate after forming the gate electrode of the transistor and before coating the high dielectric constant insulating film. 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6. 8. A semiconductor device, wherein at least one of the transistors constituting the static random access memory is made of the semiconductor device according to claim 3. 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the static random access memory has a degree of integration of 16 Mbits or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000017939A1 (en) * 1998-09-22 2000-03-30 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and its manufacturing method
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