JPH0330470A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH0330470A
JPH0330470A JP1163815A JP16381589A JPH0330470A JP H0330470 A JPH0330470 A JP H0330470A JP 1163815 A JP1163815 A JP 1163815A JP 16381589 A JP16381589 A JP 16381589A JP H0330470 A JPH0330470 A JP H0330470A
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JP
Japan
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film
insulating film
fet
channel
channel fet
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JP1163815A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Takagi
信一 高木
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To restrain the diffusion of impurity from a gate electrode and hot carriers from deteriorating so as to obtain a complementary FET device stable and excellent in electrical properties by a method wherein the thickness of the gate insulating film of a second conductivity type FET is all or partially formed of an insulating film which contains semiconductor and nitrogen. CONSTITUTION:A surface type first conductivity type FET and a second conductivity tape FET, which are provided with gate electrodes 8 and 13 formed on a semiconductor substrate 1 through the intermediary of gate insulating films 7 and 12 respectively, are formed on the same semiconductor substrate 1 to constitute a semiconductor device, where the gate insulating film 7 of the first conductivity type FET is formed of a semiconductor oxide film and the thickness of the insulating films 7 and 12 of the second conductivity type FET is wholly or partially formed of an insulating film 12 which contains semiconductor and nitrogen. For instance, a gate electrode 13 is formed on the channel region of a P channel FET through the intermediary of an insulating layer of a two-layered structure composed of a silicon oxide film 7 and a silicon nitride film 12 formed thereon, and the gate electrode 13 concerned is formed of P-type impurity highly concentrated poly-silicon.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、相補型として機能するように接続されたN
チャネルFETとPチャネルFETのゲート絶縁膜をそ
れぞれ異なる性質の絶縁膜で形成した半導体装置に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) This invention relates to
The present invention relates to a semiconductor device in which gate insulating films of a channel FET and a P-channel FET are formed with insulating films having different properties.

(従来の技術) NチャネルとPチャネルのそれぞれM OS型FET(
71i界効果トランジスタ)を用いたCMO8半導体装
置にあっては、通常そのゲート絶縁膜がN型の不純物が
高濃度にドープされたポリシリコン膜で形成されている
。このため、PチャネルFETでは、しきい値の1週整
の観点から、チャネル領域にP型不純物のイオン注入を
行う所謂埋込み型となっている。この埋込み型のFET
は、チャネル長の縮小化にともなって、バンチスルー耐
圧が低下したり、基板表層部に形成されるN型層の濃度
や厚さの制御が基板濃度の増大により困難になる。
(Prior art) N-channel and P-channel MOS type FETs (
In a CMO8 semiconductor device using a 71i field effect transistor), its gate insulating film is usually formed of a polysilicon film doped with N-type impurities at a high concentration. For this reason, the P-channel FET is of a so-called buried type in which P-type impurity ions are implanted into the channel region from the viewpoint of one-week adjustment of the threshold value. This embedded FET
As the channel length decreases, the bunch-through breakdown voltage decreases, and it becomes difficult to control the concentration and thickness of the N-type layer formed on the surface layer of the substrate due to the increase in substrate concentration.

そこで、CM OS l導体装置の微細化を図るために
は、Nチャネル及びPチャネルの両FETをともに、表
面型とするCMOS構造が有効となる。
Therefore, in order to miniaturize the CMOS l conductor device, a CMOS structure in which both the N-channel and P-channel FETs are surface type is effective.

このような構造は、ゲート電極として、NチャネルFE
Tでは高濃度にN型の不純物かドープされたポリシリコ
ン、PチャネルFETでは高濃度にP型の不純物がドー
プされたポリシリコンを用いることで実現することが可
能となる。
Such a structure uses an N-channel FE as a gate electrode.
This can be achieved by using polysilicon heavily doped with N-type impurities for T-channel FETs, and by using polysilicon heavily doped with P-type impurities for P-channel FETs.

このような構造において、ゲート絶縁膜がシリコン酸化
膜で形成されている場合には、Pチャネルのゲート電極
をなすポリシリコンにドープされたボロンが、シリコン
酸化膜を容易に拡散する。
In such a structure, when the gate insulating film is formed of a silicon oxide film, boron doped into the polysilicon forming the gate electrode of the P channel easily diffuses into the silicon oxide film.

このため、チャネル領域における不純物濃度の変化によ
るしきい値制御の不安定性や、ゲート電極の空乏化を引
き起こしていた。
This has caused instability in threshold control due to changes in impurity concentration in the channel region and depletion of the gate electrode.

そこで、PチャネルFETのゲート電極からのボロンの
拡散を抑制するためには、ゲート絶縁膜であるシリコン
酸化膜とゲート電極であるポリシリコンの間に、シリコ
ン窒化膜あるいはシリコン・オキシナイトライド膜(シ
リコン窒化酸化膜)を挿入することが有効である。
Therefore, in order to suppress the diffusion of boron from the gate electrode of a P-channel FET, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film ( It is effective to insert a silicon nitride oxide film).

このシリコン窒化膜やシリコン・オキシナイトライド膜
は、その膜中に多数の電子トラップか存在している。こ
のため、上記の絶縁膜がケート絶縁膜中に含まれる場合
に、NチャネルFETては、シリコン・絶縁膜界面近傍
に多数存在するホットエレクトロン及びこのホットエレ
クトロンの衝突電離により生成されるホットな電子が、
上記絶縁膜中のトラップに捕獲されて、ホットキャリア
の劣化を引き起し易くなる。したがって、このホットキ
ャリアの劣化により、チャネル電流の低ドやしきい値の
変動といった電気的特性の劣化や不安定性を招いていた
This silicon nitride film or silicon oxynitride film has many electron traps in it. Therefore, when the above-mentioned insulating film is included in the gate insulating film, the N-channel FET has many hot electrons existing near the silicon/insulating film interface and hot electrons generated by collision ionization of these hot electrons. but,
Hot carriers are easily captured by traps in the insulating film and cause deterioration of hot carriers. Therefore, this hot carrier deterioration causes deterioration and instability of electrical characteristics such as a low channel current and a fluctuation in threshold value.

(発明が解決しようとする課題) 以上説明したように、従来の表面型におけるCMOS構
造の半導体装置にあっては、ゲート絶縁膜がNチャネル
FETとPチャネルFETとて共通であった。このため
、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜で形成した場合は、P
チャネルFETのゲート電極を形成するポリシリコンに
ドープされた不純物のボロンが、ゲート電極からシリコ
ン酸化膜を介して容易に拡散されていた。これにより、
電気的特性の変動や劣化を引き起し、信頼性の低下を招
いていた。
(Problems to be Solved by the Invention) As explained above, in the conventional surface type CMOS structure semiconductor device, the gate insulating film is common to both the N-channel FET and the P-channel FET. Therefore, when the gate insulating film is formed of a silicon oxide film, P
Boron, an impurity doped into the polysilicon forming the gate electrode of the channel FET, was easily diffused from the gate electrode through the silicon oxide film. This results in
This caused fluctuations and deterioration of electrical characteristics, leading to a decrease in reliability.

一方、ボロンの拡散を抑制するために、ゲート絶縁膜の
膜厚の一部あるいは全部をシリコン窒化膜あるいはシリ
コン・オキシナイトライドIIIで形成した場合には、
NチャネルFETにおいてホットキャリアの劣化を引き
起し易かった。このため、ゲート絶縁膜を上記絶縁膜で
形成した場合であっても、電気的特性の変動や劣化を招
き、信頼性を低下させていた。
On the other hand, if part or all of the thickness of the gate insulating film is formed of silicon nitride film or silicon oxynitride III in order to suppress boron diffusion,
Hot carriers tend to cause deterioration in N-channel FETs. For this reason, even when the gate insulating film is formed using the above-mentioned insulating film, the electrical characteristics may fluctuate or deteriorate, resulting in lower reliability.

このように、いずれにあってもPチャネルFETにおけ
るゲート電極からの不純物の拡散と、NチャネルFET
におけるホットキャリアの劣化を抑制することができな
かった。
In this way, impurity diffusion from the gate electrode in P-channel FET and N-channel FET
It was not possible to suppress the deterioration of hot carriers.

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであり
、その目的とするところは、ゲートmiからの不純物の
拡散及びホットキャリアの劣化を抑制して、安定して良
好な電気的特性を得ることができる相補型のFETから
なる゛16導体装置を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above, and its purpose is to suppress the diffusion of impurities from the gate mi and the deterioration of hot carriers to obtain stable and good electrical characteristics. The object of the present invention is to provide a 16-conductor device consisting of complementary FETs that can be used.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、半導体基板上にゲート絶縁
膜を介して形′成されたゲート電極を備えた表面型の第
1導電型及び第2導電型FET(電界効果トランジスタ
)が、同一半導体基板上に形成されてなる半導体装置に
おいて、この発明は、前記第1導電型FETのゲート絶
縁膜は、半導体酸化膜からなり、前記第2導電型F E
 Tのゲート絶縁膜は、その膜厚の一部あるいは全部が
゛ト導体と窒素を含む絶縁膜からなることを要旨とする
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, a surface-type first conductivity type semiconductor device having a gate electrode formed on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween; In a semiconductor device in which a second conductivity type FET (field effect transistor) is formed on the same semiconductor substrate, the present invention provides that the gate insulating film of the first conductivity type FET is made of a semiconductor oxide film; Conductivity type F E
The gist of the T gate insulating film is that part or all of its thickness is made of an insulating film containing a conductor and nitrogen.

(作用) 上記構造において、この発明は、第2導電型FETにお
ける半導体と窒素を含むゲート絶縁膜により、第2導電
型FETのゲート電極からの不純物の拡散を阻止するよ
うにしている。また、第1導電型FETにおける半導体
酸化膜からなるゲート絶縁膜により、ホットキャリアの
劣化を抑制するようにしている。
(Function) In the above structure, the present invention prevents diffusion of impurities from the gate electrode of the second conductivity type FET by using a gate insulating film containing a semiconductor and nitrogen in the second conductivity type FET. Further, the gate insulating film made of a semiconductor oxide film in the first conductivity type FET suppresses deterioration of hot carriers.

(実施例) 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

第1図はこの発明の一実施例に係る゛1′−導体装置の
構造を示す断面図である。第1図に示すこの発明の一実
施例は、同一の半導体基板に表面型のPチャネルFET
とNチャネルFETを相補的に機能するように形成した
構造において、NチャネルFETのゲート絶縁膜をシリ
コン酸化1t!Iで形成し、PチャネルF E ′rの
ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜からな
る2層の絶縁膜で形成したことを特徴としている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a 1'-conductor device according to an embodiment of the present invention. An embodiment of the present invention shown in FIG.
In a structure in which an N-channel FET and an N-channel FET are formed to function complementary to each other, the gate insulating film of the N-channel FET is silicon oxidized. It is characterized in that the gate insulating film of the P channel F E 'r is formed of a two-layer insulating film consisting of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

まず、第1図を参照して、この実施例の構造を説明する
First, the structure of this embodiment will be explained with reference to FIG.

第1図において、P型のシリコン基板1中には、その表
層部にNチャネルFETの形成領域となるPウェル2と
PチャネルFETの形成領域となるNウェル3が隣接し
て形成されている。それぞれのウェル領域は、その周囲
に素子分離領域となるフィールド酸化膜4が形成されて
いる。
In FIG. 1, a P-well 2 serving as an N-channel FET formation region and an N-well 3 serving as a P-channel FET formation region are formed adjacent to each other in the surface layer of a P-type silicon substrate 1. . A field oxide film 4 serving as an element isolation region is formed around each well region.

Pウェル2中には、その表層部に所定の距離たけ離間し
てNチャネルF E Tのソース領域5とドレイン領域
6か形成されている。これらのソース領域5とドレイン
領域6に挾まれたPウェル2中に形成されるチャネル領
域上には、シリコン酸化膜7からなるゲート絶縁膜を介
してNチャネルFFEのゲート電極8が形成されている
。このゲト電極8はN型の不純物か高1農度にドープさ
れたポリシリコンからなり、その周囲がシリコン後酸化
膜って波源されている。
In the P-well 2, a source region 5 and a drain region 6 of an N-channel FET are formed at a predetermined distance apart on the surface thereof. A gate electrode 8 of an N-channel FFE is formed on a channel region formed in the P well 2 sandwiched between these source regions 5 and drain regions 6 with a gate insulating film made of a silicon oxide film 7 interposed therebetween. There is. This gate electrode 8 is made of polysilicon doped with an N-type impurity or a high degree of 1 degree, and is surrounded by a silicon post-oxide film as a wave source.

Nウェル3中には、その表層部に所定の距離たけ離間し
てPチャネルFETのソース領域10とドレイン領域1
1が形成されている。これらのソース領域10とドレイ
ン領域11に挾まれたNウェル3中に形成されるチャネ
ル領域上には、シリコン酸化膜7とこの酸化+1!7上
に積層されたシリコン窒化膜12からなる2層溝造のゲ
ート絶縁膜を介してPチャネルFETのゲート電極13
か形成されている。このゲート電極13は、P型の不純
物が高濃度にドープされたポリシリコンからなり、その
周囲がシリコン後酸化膜9で被護されている。
In the N-well 3, a source region 10 and a drain region 1 of a P-channel FET are formed at a predetermined distance apart on the surface thereof.
1 is formed. On the channel region formed in the N well 3 sandwiched between the source region 10 and the drain region 11, there are two layers consisting of a silicon oxide film 7 and a silicon nitride film 12 laminated on this oxide +1!7. The gate electrode 13 of the P-channel FET is connected through the grooved gate insulating film.
or is formed. This gate electrode 13 is made of polysilicon heavily doped with P-type impurities, and its periphery is protected by a silicon post-oxide film 9.

NチャネルFET及びPチャネルFETは、それぞれの
ソース領域5.10に電極配線14が形成されており、
それぞれのドレイン領域6.11には、内領域を接続す
るように電極配線14が形成されている。また、両FE
Tの表面には層間絶縁膜15が形成されている。
In the N-channel FET and P-channel FET, electrode wiring 14 is formed in each source region 5.10,
An electrode wiring 14 is formed in each drain region 6.11 so as to connect the inner regions. Also, both FE
An interlayer insulating film 15 is formed on the surface of the T.

次に、上述した構造の半導体装置の製造方法を、第2図
(a)〜(j)に示す製造工程断面図を参照して説明す
る。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device having the above-described structure will be described with reference to manufacturing process cross-sectional views shown in FIGS. 2(a) to 2(j).

まず、通常用いられるCMOS丁程に上り、Pウェル2
、Nウェル3を基板1中の表層部に隣接して形成する。
First, we will go up to the level of normally used CMOS and P-well 2.
, an N well 3 is formed adjacent to the surface layer of the substrate 1.

その後、LOGO5技術によりそれぞれのウェル領域の
周囲を囲むようにフィールド酸化膜4を形成し、素子分
離を行なう(第2図(a))。
Thereafter, a field oxide film 4 is formed to surround each well region using the LOGO5 technique to perform element isolation (FIG. 2(a)).

次に、両FETか形成される領域となるPウェル2及び
Nウェル3の表面を熱酸化して、ゲート酸化膜となる5
0〜100A程度の厚さのシリコン酸化膜7を形成する
(第2図(b))。
Next, the surfaces of the P well 2 and N well 3, which will be the regions where both FETs will be formed, are thermally oxidized to form the gate oxide film 5.
A silicon oxide film 7 having a thickness of about 0 to 100 Å is formed (FIG. 2(b)).

次に、CVD法によりシリコン窒化膜12を10〜2O
A程度の厚さに堆積形成する。その後、PチャネルFE
Tの形成予定領域をレジスト(図示せず)で被覆し、こ
のレジストをマスクとして、PチャネルFETの形成予
定領域となるNウェル3上のシリコン酸化膜7上にのみ
シリコン窒化膜12が残存するように、シリコン窒化膜
12の一部をエツチングして除去する。次いて、レジス
トを除去する。なお、この後、残存するシリコン窒化膜
12の表面を後酸化二[程によりわずかに酸化するよう
にしてもよい。(第2図(C))。
Next, a silicon nitride film 12 of 10 to 2O
It is deposited to a thickness of about A. Then P channel FE
The region where the T is to be formed is covered with a resist (not shown), and by using this resist as a mask, the silicon nitride film 12 remains only on the silicon oxide film 7 on the N-well 3, which is the region where the P-channel FET is to be formed. A portion of the silicon nitride film 12 is etched and removed as shown in FIG. Next, the resist is removed. Note that after this, the surface of the remaining silicon nitride film 12 may be slightly oxidized by post-oxidation. (Figure 2 (C)).

次に、全面にノンドープのポリシリコン膜]6をCVD
法により2000〜4−000A程度の厚さに堆積形成
する。その後、堆積したポリシリコン膜16をレジスト
マスクを用いて両F E Tのゲート電極8.13とな
るようにバターニングする(第2図(d))。
Next, a non-doped polysilicon film [6] is deposited on the entire surface by CVD.
The film is deposited to a thickness of about 2,000 to 4,000 Å using a method. Thereafter, the deposited polysilicon film 16 is patterned using a resist mask so as to become the gate electrodes 8 and 13 of both FETs (FIG. 2(d)).

次に、後酸化によりポリシリコン膜16の露((−1さ
れている表面にシリコン後酸化膜9を形成する(第2図
(e))。
Next, a silicon post-oxidation film 9 is formed on the exposed surface of the polysilicon film 16 by post-oxidation (FIG. 2(e)).

次いで、PチャネルF E Tの形成予定領域をレジス
ト17で彼覆し、このレジスト17をマスクにして、P
型の不純物となるヒ素のイオン注入を30KeV程度の
注入エネルギ、2X10”’cm−2程度のドーズ量て
行なう。これにより、露帛されているポリシリコン膜1
6の両側のPウェル2中にヒ素を導入して、Nチャネル
FETのソース領域5とドレインI’+R域6を接合深
さが比較的浅くなるように形成するとともに、ポリシリ
コン膜16にヒ素を高濃度にドーピングしてNチャネル
FETのゲート電極8を形成する(第2図(f))次に
、前工程の1ノジスト17を除去した後、NチャネルF
ETの形成予定領域をレジスト(図示せず)で被覆し、
このレジストをマスクにして、N型の不純物を含むBF
2  (フッ化ボロン)のイオン注入をヒ素のイオン注
入と同条件下で行なう。
Next, the area where the P channel FET is to be formed is covered with a resist 17, and using this resist 17 as a mask, the P channel FET is formed.
Ion implantation of arsenic, which will become a mold impurity, is carried out at an implantation energy of about 30 KeV and a dose of about 2×10"'cm-2. As a result, the exposed polysilicon film 1
Arsenic is introduced into the P-well 2 on both sides of the polysilicon film 16 to form the source region 5 and drain I'+R region 6 of the N-channel FET so that the junction depth is relatively shallow. The gate electrode 8 of the N-channel FET is formed by doping at a high concentration (FIG. 2(f)). Next, after removing the first nodist 17 from the previous step, the N-channel FET
Cover the area where the ET is to be formed with a resist (not shown),
Using this resist as a mask, BF containing N-type impurities is
2 (boron fluoride) ion implantation is performed under the same conditions as arsenic ion implantation.

これにより、露出されているポリシリコン膜16の両側
のNウェル3中にボロンを導入して、PチャネルFET
のソース領域10とドレイン領域11を接合深さが比較
的浅くなるように形成するとともに、ポリシリコン]4
にボロンを高濃度にドーピングしてPチャネルFETの
ゲート電極]3を形成する(第2図(g))。
As a result, boron is introduced into the N-well 3 on both sides of the exposed polysilicon film 16, and a P-channel FET is formed.
The source region 10 and drain region 11 are formed so that the junction depth is relatively shallow, and polysilicon]4
A gate electrode 3 of the P-channel FET is formed by doping boron at a high concentration (FIG. 2(g)).

次に、前工程のレジスI・を除去I5た後、全面に層間
絶縁膜15となるシリコン酸化膜をCVD法により堆積
形成する(第2図(h))。
Next, after removing the resist I from the previous step I5, a silicon oxide film which will become the interlayer insulating film 15 is deposited over the entire surface by CVD (FIG. 2(h)).

次いで、両FETのソース領域5.i、o及びドレイン
領域6.11上にコンタクト孔]9を開口形成する。そ
の後、PチャネルFETの素子領域をレジスト(図示せ
ず)で被覆し、60 K e V I’d度の注入エネ
ルギ、5 X 1.0 ”c m’程度の1・−ズ量で
ヒ素のイオン注入を行なう。続いて、PチャネルFET
の素子領域を被覆したレジストを除去し、NチャネルF
ETの素子領域をレジスト(図示せず)で波調し、上述
したヒ素のイオン注入と同条件下でBF2のイオン注入
を行なう。これにより、両FETのソース領域5.10
及びドレイン領域6.11における電極配線14とコン
タクトする部分を深く形成する。これは、ソース領域5
10及びドレイン領域6,111に電極配線14を形成
した時に、電極配線14の重みで比較的浅く形成された
ソース領域5,10及びドレイン領域611が破壊され
て、コンタクト不良が生じないように、ソース領域5.
10及びドレイン領域6,11に強度を持たせるように
するための工程である(第2図(i))。
Next, source regions 5. of both FETs. A contact hole] 9 is formed on the i, o and drain regions 6 and 11. Thereafter, the element region of the P-channel FET was covered with a resist (not shown), and arsenic was implanted at an implantation energy of 60 K e V I'd degree and a 1-Z dose of about 5 x 1.0"cm'. Perform ion implantation.Subsequently, P channel FET
Remove the resist covering the device region of the N-channel F
The ET element region is modulated with a resist (not shown), and BF2 ions are implanted under the same conditions as the arsenic ion implantation described above. This allows the source region 5.10 of both FETs to
A portion of the drain region 6.11 that contacts the electrode wiring 14 is formed deeply. This is source area 5
When the electrode wiring 14 is formed in the electrode wiring 10 and the drain region 6, 111, the source region 5, 10 and the drain region 611, which are formed relatively shallowly, are destroyed by the weight of the electrode wiring 14, so that contact failure does not occur. Source area 5.
This is a step for imparting strength to the drain regions 10 and drain regions 6 and 11 (FIG. 2(i)).

最後に、例えばアルミニウムを全面に堆積形成した後、
このアルミニウムをバターニングして、コンタクト孔1
9に両FETのソース領域510の電極配線14を形成
し、両FETのドレイン領域6.11を接続するように
電極配線14を形成して、第1図に示す構造の半導体装
置が完成する(第2図(j))。
Finally, after depositing, for example, aluminum on the entire surface,
This aluminum is buttered and contact hole 1 is formed.
The electrode wiring 14 of the source region 510 of both FETs is formed in 9, and the electrode wiring 14 is formed so as to connect the drain regions 6.11 of both FETs, thereby completing the semiconductor device having the structure shown in FIG. Figure 2 (j)).

このような製造方法によって形成される第1図に示す構
造にあっては、NチャネルFETのゲート絶縁膜はシリ
コン酸化膜7で形成されている。
In the structure shown in FIG. 1 formed by such a manufacturing method, the gate insulating film of the N-channel FET is formed of silicon oxide film 7.

このため、ゲート絶縁膜の膜厚の一部あるいは全部をシ
リコン窒化膜やシリコン拳オキシナイトライド膜等の窒
素を含む絶縁膜で形成した場合に生じるキャリアの劣化
は、NチャネルF E Tては生じない。
For this reason, carrier deterioration that occurs when part or all of the gate insulating film is formed with a nitrogen-containing insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is caused by the N-channel FET. Does not occur.

また、PチャネルFETのゲート絶縁膜には、シリコン
窒化膜12が含まれている。このため、PチャネルFE
Tのゲート電極13に導入されたP型不純物のボロンは
、その拡散がシリコン窒化膜12によって阻lトされる
Furthermore, the gate insulating film of the P-channel FET includes a silicon nitride film 12. Therefore, P channel FE
The diffusion of the P-type impurity boron introduced into the T gate electrode 13 is inhibited by the silicon nitride film 12.

一方、PチャネルFETでは、キャリアか11−孔であ
るとともに、正孔の衝突電離係数が電子のそれに比べて
ほぼ2桁程度小さいために、衝突電離が起りに<<、ホ
ットな電子・正孔対の発生かNチャネルFETに比べて
少ない。これにより、PチャネルFETでは、シリコン
・酸化膜界面近傍のホットな電子の量か、NチャネルF
ETに比べて極めて少なくなる。したがって、Pチャネ
ルFETでは、ホットキャリアの劣化かNチャネルFE
Tに比べて大幅に抑制され、チャネル電流の低下やしき
い値の変動が生じることはない。
On the other hand, in P-channel FETs, the carriers are 11-holes, and the impact ionization coefficient of holes is about two orders of magnitude smaller than that of electrons, so impact ionization occurs, resulting in hot electrons and holes. The occurrence of pairs is less than that of N-channel FETs. As a result, in a P-channel FET, the amount of hot electrons near the silicon-oxide film interface or the N-channel FET
It is extremely small compared to ET. Therefore, in P-channel FET, due to hot carrier deterioration or N-channel FE
It is significantly suppressed compared to T, and no decrease in channel current or fluctuation in threshold value occurs.

このように、上述した構造にあっては、ゲート電極から
の不純物の拡散やホットキャリアの劣化が防止され、電
気的特性の変動や劣化を抑制することができる。
In this way, in the above-described structure, diffusion of impurities from the gate electrode and deterioration of hot carriers can be prevented, and fluctuations and deterioration of electrical characteristics can be suppressed.

次に、この発明の他の実施例を説明する。Next, another embodiment of the invention will be described.

第3図はこの発明の他の実施例に係る半導体装置の構造
を示す断面図である。第3図に示す実施例の特徴とする
ところは、PチャネルFETのゲート絶縁膜としてシリ
コン・オキシナイトライド膜を用いたことにある。この
ような構造にあっても、前述した製造工程とほぼ同様な
製造工程により実現することができ、以下、第4図に示
す工程断面図を参照して説明する。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to another embodiment of the invention. A feature of the embodiment shown in FIG. 3 is that a silicon oxynitride film is used as the gate insulating film of the P-channel FET. Even such a structure can be realized by a manufacturing process substantially similar to the manufacturing process described above, and will be described below with reference to the process cross-sectional diagram shown in FIG. 4.

まず、第2図(a)及び同図(b)に示したと同様の工
程を経た後、ノンドープのポリシリコン1!1116を
全面に堆積形成し、リン拡散を行なった後、Nチャネル
FETのゲート電極となるポリシリコン膜16だけが残
存するようにポリシリコンIll 1.6をバターニン
グする。その後、ポリシリコン膜16を酸化して、ポリ
シリコン膜16の露出表面にシリコン後酸化膜9を形成
する(第4図(a) )。
First, after going through the same steps as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), non-doped polysilicon 1!1116 is deposited on the entire surface, phosphorus is diffused, and then the gate of the N-channel FET is The polysilicon Ill 1.6 is patterned so that only the polysilicon film 16 that will become the electrode remains. Thereafter, the polysilicon film 16 is oxidized to form a silicon post-oxide film 9 on the exposed surface of the polysilicon film 16 (FIG. 4(a)).

次に、全面にレジストとして機能するシリコン酸化膜2
1をCVD法により堆積形成した後、PチャネルFET
の形成予定領域上のシリコン酸化膜21を除去し、Nチ
ャネルFETの形成予定領域をシリコン酸化膜21で被
覆する(第4図(b))。
Next, a silicon oxide film 2 that functions as a resist is applied to the entire surface.
1 by CVD method, P-channel FET
The silicon oxide film 21 on the region where the N-channel FET is to be formed is removed, and the region where the N-channel FET is to be formed is covered with the silicon oxide film 21 (FIG. 4(b)).

次に、PチャネルFETの形成予定領域におけるNウェ
ル3の表面に50〜100A程度の厚さのシリコン酸化
膜(図示せず)を形成する。その後、ランプアニール法
によって950℃程度の温度のアンモニア雰囲気中で6
0秒間アニールを行ない、さらに、1150℃程度の温
度のドライ酸素雰囲気中で60秒間アニールを行う。こ
れにより、PチャネルFETのゲート絶縁膜としてシリ
コン・オキシナイトライド膜20を形成する(第4図(
C))。
Next, a silicon oxide film (not shown) having a thickness of approximately 50 to 100 Å is formed on the surface of the N well 3 in the region where the P channel FET is to be formed. After that, the lamp annealing process was performed in an ammonia atmosphere at a temperature of about 950°C.
Annealing is performed for 0 seconds, and further annealing is performed for 60 seconds in a dry oxygen atmosphere at a temperature of about 1150°C. As a result, a silicon oxynitride film 20 is formed as the gate insulating film of the P-channel FET (see FIG. 4).
C)).

次に、全面にノンドープポリシリコン膜16を堆積形成
した後、このポリシリコン膜16をPチャネルFETの
ゲート電極となるようにバターニングする。続いて、バ
ターニングされたポリシリコン膜16の表面を熱酸化し
て、ポリシリコン膜16の露出表面にシリコン後酸化膜
9を形成する(第4図(d))。
Next, after a non-doped polysilicon film 16 is deposited over the entire surface, this polysilicon film 16 is patterned to become a gate electrode of a P-channel FET. Subsequently, the surface of the patterned polysilicon film 16 is thermally oxidized to form a silicon post-oxide film 9 on the exposed surface of the polysilicon film 16 (FIG. 4(d)).

次に、第2図(g)に示したと同様な工程により、ヒ素
及びBF2のイオン注入により、PチャネルFETのソ
ース領域lO及びドレイン領域11とゲート電極13を
形成する(第4図(e))。
Next, in a process similar to that shown in FIG. 2(g), the source region IO and drain region 11 and gate electrode 13 of the P-channel FET are formed by ion implantation of arsenic and BF2 (FIG. 4(e)). ).

次に、レジストとして機能するシリコン酸化膜21を除
去した後、第2図(f)に示したと同様の工程により、
NチャネルFETのソース領域5及びドレイン領域6と
ゲート電極8を形成する。
Next, after removing the silicon oxide film 21 that functions as a resist, a process similar to that shown in FIG. 2(f) is performed.
A source region 5, a drain region 6, and a gate electrode 8 of an N-channel FET are formed.

次いで、第2図(h)及び同図(i)に示す工程を経て
、第3図に示す構造の装置が完成する。
Next, through the steps shown in FIG. 2(h) and FIG. 2(i), the device having the structure shown in FIG. 3 is completed.

このような構造にあっても、PチャネルFETのゲート
絶縁膜だけが、シリコン・ナイトライド膜を含む絶縁膜
で形成されているため、前述した実施例と同様の効果を
得ることができる。
Even in such a structure, since only the gate insulating film of the P-channel FET is formed of an insulating film containing a silicon nitride film, the same effects as in the embodiments described above can be obtained.

なお、この発明は上記実施例に限ることはなくPチャネ
ルFETのゲート絶縁膜を、シリコン窒化膜だけの絶縁
膜、あるいはシリコン酸化膜とその上にシリコン窒化膜
を積層した2層膜の表面を酸化した3層構造の絶縁膜、
あるいはシリコン酸化膜を窒化して形成された絶縁膜、
あるいはシリコン熱酸化膜を窒化してそのの後酸化して
形成された絶縁膜等であっても、同様の効果を得ること
ができる。
Note that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and the gate insulating film of the P-channel FET may be made of only a silicon nitride film, or the surface of a two-layer film consisting of a silicon oxide film and a silicon nitride film laminated thereon. Oxidized three-layer insulating film,
Or an insulating film formed by nitriding a silicon oxide film,
Alternatively, the same effect can be obtained using an insulating film formed by nitriding a silicon thermal oxide film and then oxidizing it.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、相補型として
機能するように接続された第1−導電型FET及び第2
導電型FETのゲート絶縁膜をそれぞれ異なる膜質の絶
縁膜で形成するようにしたので、電気的特性の不安定性
や変動が抑制されて、安定した良好な素子特性が得られ
、信頓性を大幅に向上させることができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the first conductivity type FET and the second conductivity type FET are connected to function as complementary types.
Since the gate insulating films of conductive FETs are formed with insulating films of different film quality, instability and fluctuations in electrical characteristics are suppressed, stable and good device characteristics are obtained, and reliability is greatly improved. can be improved.

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

第1図はこの発明の一実施例に係る半導体装置の構造断
面図、第2図は第1図に示す装置の一製造方法を示す工
程断面図、第3図はこの発明の他の実施例に係る半導体
装置の構造断面図、第4図は第3図に示す装置の一製造
方法を示す工程断面図である。 1・・・シリコン、1板、2−Pウェル、3・・・Nウ
ェル、 5・・・NチャネルFETのソース領域、6・・・Nチ
ャネルFETのドレイン領域、7・・シリコン酸化膜、 8・・NチャネルF E Tのゲート電極、10・・・
PチャネルFETのソース領域、11・・・Pチャネル
FETのドレイン領域、12・・・シリコン窒化膜、 13・・・PチャネルFETのゲート電極、20・・・
シリコンeオキシナイトライド膜。
FIG. 1 is a structural cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process cross-sectional view showing one manufacturing method of the device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view of the structure of the semiconductor device according to the present invention, and FIG. 4 is a process cross-sectional view showing one method of manufacturing the device shown in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon, 1 board, 2-P well, 3... N well, 5... Source region of N channel FET, 6... Drain region of N channel FET, 7... Silicon oxide film, 8...N-channel FET gate electrode, 10...
Source region of P-channel FET, 11... Drain region of P-channel FET, 12... Silicon nitride film, 13... Gate electrode of P-channel FET, 20...
Silicone oxynitride film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成された
ゲート電極を備えた表面型の第1導電型及び第2導電型
FET(電界効果トランジスタ)が同一半導体基板上に
形成されてなる半導体装置において、 前記第1導電型FETのゲート絶縁膜は、半導体酸化膜
からなり、 前記第2導電型FETのゲート絶縁膜は、その膜厚の一
部あるいは全部が半導体と窒素を含む絶縁膜からなるこ
とを特徴とする半導体装置。
(1) A semiconductor in which surface-type first conductivity type and second conductivity type FETs (field effect transistors) each having a gate electrode formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film are formed on the same semiconductor substrate. In the device, the gate insulating film of the first conductivity type FET is made of a semiconductor oxide film, and the gate insulating film of the second conductivity type FET is partially or entirely made of an insulating film containing a semiconductor and nitrogen. A semiconductor device characterized by:
(2)前記絶縁膜はシリコン窒化膜あるいはシリコン・
オキシナイトライド膜であることを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
(2) The insulating film is a silicon nitride film or a silicon
Claim 1 characterized in that it is an oxynitride film.
The semiconductor device described.
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