JPH04320036A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH04320036A
JPH04320036A JP3086547A JP8654791A JPH04320036A JP H04320036 A JPH04320036 A JP H04320036A JP 3086547 A JP3086547 A JP 3086547A JP 8654791 A JP8654791 A JP 8654791A JP H04320036 A JPH04320036 A JP H04320036A
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JP
Japan
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semiconductor device
transistor
gate electrode
dielectric constant
high dielectric
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Application number
JP3086547A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Shimizu
昭博 清水
Toshiaki Yamanaka
俊明 山中
Hiroshi Jinriki
博 神力
Masayuki Nakada
昌之 中田
Naotaka Hashimoto
直孝 橋本
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device having MISFETs suitable for high reliability and high current driving capacity. CONSTITUTION:A source/drain has an LDD structure provided with a high- dielectric side wall spacer 6 in a vicinity of the gate electrode side wall on top of a low-doped diffusion layer 2, and with another tunneling thin film insulating film 7 between the side wall spacer and the diffusion layer 2. A gate fringe field effect to the diffusion layer 2 is improved, and hot carrier deterioration special to the LDD structure is made hard to occur; therefore, improvement in reliability of field relaxation and improvement in current driving power can be realized simultaneously.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【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。
[Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and in particular, a semiconductor device having an insulated gate type (hereinafter abbreviated as MIS type) field effect transistor suitable for achieving high reliability and high current drive capability. and its manufacturing method.

【0002】0002

【従来の技術】MIS型電界効果トランジスタの高信頼
度化には、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。
2. Description of the Related Art 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 drain structure.

【0003】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 
号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LDD(Lightly Doped Dra
in)構造、あるいは特開昭54−44482 号にお
いて論じられているような上記LDD構造の改良型とし
てそのサイドウォールスペーサを高誘電率の絶縁体にし
たもの(以後、高誘電体と略す)があげられる。このう
ち後者を図2に示す。1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(以後、高濃度拡散層と
略す)、3が低不純物濃度のソース,ドレイン拡散層(
以後、低濃度拡散層と略す)、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
ドウォールスペーサである。
[0003] As a conventional MIS type field effect transistor with a highly reliable structure, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 54-44482
lightly doped drain structures, as discussed in
So-called LDD (Lightly Doped Dra)
In) structure, or as an improved type of the above-mentioned LDD structure as discussed in JP-A-54-44482, the sidewall spacer is made of a high dielectric constant insulator (hereinafter abbreviated as high dielectric material). can give. The latter of these is shown in FIG. 1 is a silicon substrate, 2 is a source and drain diffusion layer with a high impurity concentration (hereinafter referred to as a high concentration diffusion layer), and 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.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
、前者LDD構造の低濃度拡散層3は、素子内部電界を
緩和しトランジスタの長期的動作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0.5μm 以下になってくると従来電源電圧5
Vで使用するのは困難になってきている。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above prior art, the low concentration diffusion layer 3 of the former LDD structure alleviates the internal electric field of the device and improves the long-term operational reliability of the transistor, but it Acts as a resistor and causes a decrease in current drive ability. Also, even with this LDD structure, when the gate length becomes 0.5 μm or less, the conventional power supply voltage
It is becoming difficult to use it in V.

【0005】これに対して図2のような高誘電体スペー
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
濃度拡散層はゲート電極のフリンジ電界により、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。このため、スペーサ材料の誘電率が十分に大き
ければ、従来LDD構造よりも高信頼度のトランジスタ
が得られることが予想される。ところがLDD構造の場
合、実際の信頼度はその電界緩和能力に応じた向上を示
していない。これはLDD構造固有のホットキャリア効
果が生じるためである。
On the other hand, an LDD structure with a high dielectric spacer 6 as shown in FIG. 2 can be expected to have higher reliability and higher current drive capability than the above-mentioned LDD structure. In general, if there is an insulator with a sufficiently larger dielectric constant than the gate insulating film between the low concentration diffusion layer and the sidewall of the gate electrode in the LDD structure, this low concentration diffusion layer will be affected by the fringe electric field of the gate electrode, which is similar to that of a normal transistor. Like the channel part, it is subject to a large electric field effect. Therefore, if the dielectric constant of the spacer material is sufficiently large, it is expected that a transistor with higher reliability than the conventional LDD structure can be obtained. However, in the case of the LDD structure, the actual reliability does not show improvement in accordance with its electric field relaxation ability. This is because a hot carrier effect unique to the LDD structure occurs.

【0006】これをシリコン基板に形成された通常のn
チャネルLDD構造MOSトランジスタの場合を例に図
3(a)を用いて説明する。なお本図はドレイン近傍の
みを拡大したものである。それは、スペーサ8中に注入
されたホットキャリアがドレイン側のスペーサ8中ある
いは低濃度拡散層との界面で捕獲され、低濃度拡散層の
抵抗を増大させるもので、スペーサ材料やその形成方法
に大きく依存する現象である。通常LDD構造はこれに
より高信頼度化が制限されている。図中の10がスペー
サ中に捕獲された電子を示す。同様に高誘電体スペーサ
を用いる場合には、フリンジ電界が大きいため上記効果
は一層強くなる。例えば、スペーサとしてシリコン窒化
膜を用いた場合、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜より
も誘電率が約2倍と大きいためフリンジ電界は多少大き
くなるが、膜中及び界面でのトラップが非常に多い。こ
のため、ホットキャリア注入による電子捕獲が顕著に起
こり特性変動が著しく、電界緩和効果が打ち消されてし
まうという問題があった。さらに、シリコン窒化膜では
スペーサ下部のシリコン酸化膜を薄膜化するとキャリア
が注入されやすくなるため、ある程度厚膜化する必要が
あり、これはフリンジによる電界効果を弱めてしまうと
いう問題もあった。
[0006] This is an ordinary n-type film formed on a silicon substrate.
The case of a channel LDD structure MOS transistor will be explained using FIG. 3(a) as an example. Note that this figure is an enlarged view of only the vicinity of the drain. This is because the hot carriers injected into the spacer 8 are captured in the spacer 8 on the drain side or at the interface with the low concentration diffusion layer, increasing the resistance of the low concentration diffusion layer. It is a dependent phenomenon. This generally limits the ability to increase the reliability of the LDD structure. 10 in the figure indicates electrons captured in the spacer. Similarly, when a high dielectric spacer is used, the fringe electric field is large, so the above effect becomes even stronger. For example, when a silicon nitride film is used as a spacer, the fringe electric field is somewhat larger because the silicon nitride film has a dielectric constant about twice as large as that of a silicon oxide film, but there are many traps in the film and at the interface. For this reason, there is a problem in that electron capture due to hot carrier injection occurs significantly, resulting in significant characteristic fluctuations and canceling out the electric field relaxation effect. Furthermore, in the case of a silicon nitride film, if the silicon oxide film below the spacer is made thinner, carriers are more easily injected into the film, so it is necessary to make the film thicker to some extent, which also poses the problem of weakening the electric field effect due to fringes.

【0007】また、高誘電体スペーサを形成する場合、
最大電界のかかるスペーサのコーナー部にウィークスポ
ット、あるいはクラック等の欠陥があるとゲート電極と
低濃度拡散層間の絶縁耐圧が低下するという問題もあっ
た。
[0007] Furthermore, when forming a high dielectric spacer,
There is also the problem that if there are defects such as weak spots or cracks in the corners of the spacer where the maximum electric field is applied, the dielectric strength between the gate electrode and the low concentration diffusion layer decreases.

【0008】つまり上記従来技術は、信頼性を大きく左
右するところの高誘電体スペーサの材料、形状、そして
形成方法等について何ら配慮がなされていなかった。
In other words, in the above-mentioned conventional technology, no consideration was given to the material, shape, formation method, etc. of the high dielectric spacer, which greatly affect the reliability.

【0009】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 limitations, as a basic device for 0.5 μm process or later. It is in.

【0010】0010

【課題を解決するための手段】上記目的は、ソース,ド
レインが上記LDD構造を有しかつその低濃度拡散層上
部ゲート電極側壁近傍に高誘電体例えばタンタル酸化膜
のサイドウォールスペーサを設け、かつそのスペーサと
低濃度拡散層間に良好な界面特性を有するトンネル性の
薄膜絶縁膜を設けることにより達成される。
[Means for Solving the Problems] The above object is to provide a source and a drain having the above-mentioned LDD structure, and providing a side wall spacer of a high dielectric material such as a tantalum oxide film near the side wall of the gate electrode above the low concentration diffusion layer, and This is achieved by providing a tunneling thin film insulating film having good interface characteristics between the spacer and the low concentration diffusion layer.

【0011】また、上記別の目的はLDD構造のサイド
ウォールスペーサ形成工程において、ゲート電極形成後
スペーサ用高誘電体からなる薄膜を一端被膜し、続いて
乾燥した酸化性雰囲気中で熱処理によりその高誘電体膜
と低濃度拡散層間に熱酸化薄膜を形成し、その後所望の
厚さの高誘電体を再度被膜し異方性ドライエッチングに
よりゲート電極側壁にサイドウォールスペーサを形成す
る工程を含めることにより達成される。
Another object of the above is to coat a thin film made of a high dielectric material for a spacer after forming a gate electrode in the process of forming a sidewall spacer of an LDD structure, and then to increase its high dielectric strength by heat treatment in a dry oxidizing atmosphere. By including the steps of forming a thermally oxidized thin film between the dielectric film and the low concentration diffusion layer, then coating the high dielectric material again to a desired thickness and forming sidewall spacers on the side walls of the gate electrode by anisotropic dry etching. achieved.

【0012】0012

【作用】上記手段において、ゲート電極側壁に高誘電体
からなるサイドウォールスペーサを設けることにより、
低濃度拡散層上に大きなフリンジ電界を与えることがで
き、素子内部電界を緩和できる。これは、ホットキャリ
アの発生量自体を大幅に減少させる。
[Operation] In the above means, by providing a sidewall spacer made of a high dielectric material on the sidewall of the gate electrode,
A large fringe electric field can be applied to the low concentration diffusion layer, and the internal electric field of the device can be relaxed. This greatly reduces the amount of hot carriers generated.

【0013】これを図4を用いてさらに詳細に説明する
。この図はLDD構造におけるチャネル方向電界最大値
のスペーサ材料の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。誘電率はゲート絶縁膜材料(この場
合シリコン酸化膜)の誘電率に対する比で示し、この値
が1の場合スペーサとゲート絶縁膜は同一材料で通常L
DD構造となる。この結果、スペーサ材料の誘電率を大
きくしてゆくと、その比が3以上において内部電界が急
激に低下することがわかった。つまり、高誘電体膜の誘
電率は、ゲート絶縁膜材料の3倍以上あることが望まし
く、2倍(例えばシリコン窒化膜)以下ではその効果は
小さいことを示している。
This will be explained in more detail using FIG. This figure is a computer simulation of the dependence of the maximum value of the electric field in the channel direction on the dielectric constant of the spacer material in the LDD structure. The dielectric constant is expressed as a ratio to the dielectric constant of the gate insulating film material (silicon oxide film in this case), and if this value is 1, the spacer and the gate insulating film are made of the same material and usually L
It becomes a DD structure. As a result, it was found that as the dielectric constant of the spacer material increases, the internal electric field sharply decreases when the ratio is 3 or more. In other words, it is desirable that the dielectric constant of the high dielectric film is three times or more that of the gate insulating film material, and if it is less than twice that of the gate insulating film material (for example, a silicon nitride film), the effect is small.

【0014】さらにこの高誘電体サイドウォールスペー
サと低濃度拡散層との間に界面特性の良好な薄膜絶縁膜
を設けることにより、LDD固有のホットキャリア劣化
現象を避けることができ、LDD構造が持つ本来の電界
緩和効果に応じた信頼度を向上させることができる。こ
れを、図3(b)で説明する。ホットキャリアがスペー
サ6中へ注入されてもキャリアはこの薄膜絶縁膜7を容
易にトンネルするため、薄膜絶縁膜中や他の膜との界面
で捕獲されることがない。そして注入されたキャリアは
ゲート電極5からのフリンジ電界に引き寄せられ電極内
に注入される。このため、LDD固有の劣化現象はほと
んど生じない。この薄膜絶縁膜7としては、例えばシリ
コン酸化膜であるならば4nm以下であることが望まし
い。ただし、膜界面及び膜質が重要であるため、シリコ
ン酸化膜ならば熱酸化法で形成された膜が良い。
Furthermore, by providing a thin insulating film with good interface characteristics between the high dielectric sidewall spacer and the low concentration diffusion layer, it is possible to avoid the hot carrier deterioration phenomenon inherent in LDDs, and to improve the characteristics of the LDD structure. Reliability can be improved according to the original electric field relaxation effect. This will be explained with reference to FIG. 3(b). Even when hot carriers are injected into the spacer 6, the carriers easily tunnel through the thin insulating film 7, so that they are not captured in the thin insulating film or at the interface with other films. The injected carriers are then attracted by the fringe electric field from the gate electrode 5 and are injected into the electrode. Therefore, deterioration phenomena specific to LDDs hardly occur. For example, if the thin insulating film 7 is a silicon oxide film, it is desirable that the thickness is 4 nm or less. However, since the film interface and film quality are important, if it is a silicon oxide film, a film formed by thermal oxidation is preferable.

【0015】また、このとき高誘電体スペーサ6材料自
身の膜質も重要となる。膜中にトラップが多いと上記効
果は打ち消されてしまう。従って、スペーサ用の高誘電
体材料は膜中にトラップの少ない良質の材料でなければ
ならない。これには酸化タンタル,酸化チタン,酸化ハ
フニウム,酸化ネオビウム及び酸化ジルコニウムからな
る群から選ばれた材料であることが望ましい。
At this time, the film quality of the material of the high dielectric spacer 6 itself is also important. If there are many traps in the film, the above effect will be canceled out. Therefore, the high dielectric material for the spacer must be a high quality material with few traps in the film. This material is preferably selected from the group consisting of tantalum oxide, titanium oxide, hafnium oxide, neobium oxide, and zirconium oxide.

【0016】故に、高誘電体スペーサ材料の誘電率がゲ
ート絶縁膜材料の3倍以上有り、かつその高誘電体スペ
ーサと低濃度拡散層間に良質のトンネル性薄膜絶縁膜が
有ることにより、電界緩和効果に応じた動作信頼性を得
ることができる。
Therefore, the dielectric constant of the high dielectric spacer material is three times or more that of the gate insulating film material, and the existence of a good quality tunneling thin film insulating film between the high dielectric spacer and the low concentration diffusion layer reduces the electric field. It is possible to obtain operational reliability commensurate with the effect.

【0017】また、上記手段において、サイドウォール
スペーサ形成方法を上記手段で形成することにより、ゲ
ートとソース/ドレイン間の絶縁耐圧を向上させること
ができる。これを、図3(c)を用いて説明する。予め
薄い高誘電体薄膜13を被膜し続いて乾燥した酸化性雰
囲気中での熱処理によりその高誘電体膜と低濃度拡散層
間に熱酸化薄膜7を形成すると、高誘電体膜中に他より
膜厚の薄い領域いわゆるウィークスポットがある場合、
その部分での熱酸化膜は逆に他の部分より厚くなる。こ
れにより、耐圧等の信頼性が向上する。また、低濃度層
と高誘電体膜との間に後から熱酸化膜を形成するため、
界面特性の優れたスペーサを形成できる。なお、上記熱
処理が行われる雰囲気は、水蒸気含有量が約1000p
pm 以下であることが望ましい。雰囲気中の水蒸気量
が多いと欠陥部以外の部分にも厚い酸化膜が形成されて
しまうが、1000ppm 以下にすれば好ましい結果
を得ることができる。
Furthermore, in the above method, by forming the sidewall spacer using the above method, the dielectric breakdown voltage between the gate and the source/drain can be improved. This will be explained using FIG. 3(c). When a thin high dielectric constant film 13 is coated in advance and then a thermally oxidized thin film 7 is formed between the high dielectric constant film and the low concentration diffusion layer by heat treatment in a dry oxidizing atmosphere, a thin film 7 is formed in the high dielectric constant film. If there are thin areas, so-called weak spots,
On the contrary, the thermal oxide film in that part becomes thicker than in other parts. This improves reliability such as withstand voltage. In addition, since a thermal oxide film is later formed between the low concentration layer and the high dielectric constant film,
A spacer with excellent interfacial properties can be formed. The atmosphere in which the above heat treatment is performed has a water vapor content of approximately 1000p.
It is desirable that it is below pm. If the amount of water vapor in the atmosphere is large, a thick oxide film will be formed in areas other than the defective areas, but if the amount is 1000 ppm or less, favorable results can be obtained.

【0018】[0018]

【実施例】〔実施例1〕以下に本発明の第一の実施例を
、図1を用いて説明する。図1は本発明をnチャネルM
OS型電界効果トランジスタに適用した結果について示
したものである。高誘電体サイドウォールスペーサ6と
しては、タンタル酸化膜(Ta2O5)を用い、スペー
サ下部の薄膜絶縁膜7としては熱酸化法で形成した二酸
化シリコン膜を用いた。このときスペーサ幅は約0.1
5μm 、二酸化シリコン膜厚は約3nmであった。ま
た、ゲート絶縁膜4は二酸化シリコン膜で約15nm、
n型の低濃度拡散層2の表面不純物濃度は約1×101
8/cm3 であった。タンタル酸化膜の誘電率は二酸
化シリコン膜の約7倍と大きいため、電界緩和効果は図
4のごとく十分に大きい。
[Embodiments] [Embodiment 1] A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. Figure 1 shows the present invention in n-channel M
The results are shown when applied to an OS type field effect transistor. A tantalum oxide film (Ta2O5) was used as the high dielectric sidewall spacer 6, and a silicon dioxide film formed by thermal oxidation was used as the thin insulating film 7 below the spacer. At this time, the spacer width is approximately 0.1
The thickness of the silicon dioxide film was approximately 3 nm. Further, the gate insulating film 4 is a silicon dioxide film with a thickness of about 15 nm.
The surface impurity concentration of the n-type low concentration diffusion layer 2 is approximately 1×101
It was 8/cm3. Since the dielectric constant of the tantalum oxide film is about seven times as large as that of the silicon dioxide film, the electric field relaxation effect is sufficiently large as shown in FIG.

【0019】この結果、サイドウォールスペーサも二酸
化シリコンからなる通常のLDD構造のMOS型電界効
果トランジスタに比べると、信頼性の指標であるホット
キャリア耐圧(伝達コンダクタンスGmが10年で10
%変動するドレイン電圧で定義)がゲートフリンジ電界
の上昇とLDD固有のホットキャリア劣化現象の低減に
より約2V向上させることができた。さらに、本実施例
では高濃度拡散層3がサイドウォールスペーサ下部にま
で延在しているため、電流駆動能力も通常のLDD構造
に比べて約15%向上させることができた。
As a result, compared to a normal LDD structure MOS field effect transistor in which the sidewall spacers are also made of silicon dioxide, the hot carrier withstand voltage (transfer conductance Gm, which is an indicator of reliability) is lower than 10% in 10 years.
% fluctuating drain voltage) could be improved by about 2 V by increasing the gate fringe electric field and reducing the hot carrier deterioration phenomenon inherent to LDDs. Furthermore, in this example, since the highly doped diffusion layer 3 extends to the bottom of the sidewall spacer, the current driving ability was also improved by about 15% compared to the normal LDD structure.

【0020】なお、上記はnチャネルについての実施例
であったが、pチャネルにおいても導電型を逆にするこ
とにより同様の電界緩和効果を得ることができる。また
、高誘電体材料としてはタンタル酸化膜に限る必要はな
い。また、ゲート電極材料についても金属、金属とシリ
コンとの多層膜等いずれでも良く、ゲート酸化膜材料も
別の高誘電体膜でも良い。特に、今後シリコン酸化膜厚
がその薄膜化限界に近づきつつあるため、他の高誘電体
(シリコン窒化膜,タンタル酸化膜等)が用いられるこ
とが考えられるが、そのときスペーサ材料も高誘電体に
変更した方が良好な特性を得ることができる。さらに、
高濃度拡散層3は高誘電体サイドウォールスペーサの下
部まで達していなくても良い。この場合、電流駆動能力
向上は小さいものの、電界緩和効果等信頼性の向上は同
等である。これは、上記スペーサを形成したあと高濃度
拡散層3を形成する間に、第二のスペーサ等を形成した
場合にあてはまる。つまり、高誘電体膜は低濃度層上部
の一部分、特にゲート電極近傍にあればよい。また高誘
電体膜はサイドウォールスペーサに限るものではなく、
上記位置にあるならば層間絶縁膜の一部でも良い。 特に後者は、被膜特性いわゆるカバレージの悪い高誘電
体材料の場合に好適となる。
[0020] Although the above embodiments are for n-channels, the same electric field relaxation effect can be obtained also for p-channels by reversing the conductivity types. Further, the high dielectric constant material is not limited to tantalum oxide film. Further, the gate electrode material may be a metal, a multilayer film of metal and silicon, or the like, and the gate oxide film material may be another high dielectric film. In particular, as silicon oxide film thickness approaches its thinning limit in the future, it is conceivable that other high dielectric materials (silicon nitride film, tantalum oxide film, etc.) will be used, and in that case, the spacer material will also be a high dielectric material. Better characteristics can be obtained by changing to moreover,
The high concentration diffusion layer 3 does not need to reach the bottom of the high dielectric sidewall spacer. In this case, although the improvement in current drive capability is small, the improvement in reliability such as electric field relaxation effect is the same. This applies when the second spacer or the like is formed after forming the spacer and while forming the high concentration diffusion layer 3. In other words, the high dielectric constant film only needs to be located in a portion above the low concentration layer, particularly in the vicinity of the gate electrode. Also, high dielectric films are not limited to sidewall spacers.
If it is located at the above position, it may be a part of the interlayer insulating film. In particular, the latter is suitable for high dielectric materials with poor coating properties, so-called coverage.

【0021】〔実施例2〕次に本発明の第二の実施例を
、図5,6を用いて説明する。図5は本発明の代表的な
構造としてnチャネルMOS型電界効果トランジスタを
形成する製造工程の概略を示した図である。高誘電体膜
としては、タンタル酸化膜を用いた場合について説明す
る。
[Embodiment 2] Next, a second embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is a diagram schematically showing a manufacturing process for forming an n-channel MOS field effect transistor as a typical structure of the present invention. A case will be described in which a tantalum oxide film is used as the high dielectric constant film.

【0022】図5(a)は、p型10Ω−cmのシリコ
ン基板1上に素子分離領域形成後、二酸化シリコンから
なるゲート絶縁膜4,多結晶シリコンからなるゲート電
極5、そして燐のイオン打ち込みとその後の熱処理でn
型の低濃度拡散層2を形成した後の断面図を示したもの
である。ここでゲート絶縁膜4は8〜15nmであり、
上記燐のドーズ量は1〜2×1013/cm2である。 また、低濃度拡散層2上の二酸化シリコン膜は、ゲート
電極用の多結晶シリコン膜を加工後除去してある。
FIG. 5(a) shows that after an element isolation region is formed on a p-type 10 Ω-cm silicon substrate 1, a gate insulating film 4 made of silicon dioxide, a gate electrode 5 made of polycrystalline silicon, and phosphorus ions are implanted. and subsequent heat treatment
A cross-sectional view after forming the low concentration diffusion layer 2 of the mold is shown. Here, the gate insulating film 4 has a thickness of 8 to 15 nm,
The dose of phosphorus is 1 to 2 x 1013/cm2. Further, the silicon dioxide film on the low concentration diffusion layer 2 is removed after processing the polycrystalline silicon film for the gate electrode.

【0023】次に図5(b)の如く、高誘電体膜として
第1のタンタル酸化膜の薄膜13を5〜10nm被膜す
る。続いて(c)の如く酸化性雰囲気中で熱処理するこ
とにより、タンタル酸化膜とシリコン基板の界面に二酸
化シリコンの薄膜15が3〜4nm形成される。このと
きタンタル酸化膜中に薄い部分があると、そこは他の部
分より二酸化シリコン膜が厚く成長する。このためこの
部分がゲート電極端にできたとしても絶縁耐圧が低下す
ることはない。
Next, as shown in FIG. 5(b), a first tantalum oxide thin film 13 of 5 to 10 nm is coated as a high dielectric film. Subsequently, by heat treatment in an oxidizing atmosphere as shown in (c), a thin film 15 of silicon dioxide with a thickness of 3 to 4 nm is formed at the interface between the tantalum oxide film and the silicon substrate. At this time, if there is a thin part in the tantalum oxide film, the silicon dioxide film grows thicker there than in other parts. Therefore, even if this portion is formed at the end of the gate electrode, the withstand voltage will not decrease.

【0024】さらに図5(d)の如く、第2のタンタル
酸化膜14を100〜150nm被膜する。このとき、
第1と第2のタンタル酸化膜厚さの合計が所望のサイド
ウォールスペーサの長さとなるように調整する。続いて
、タンタル酸化膜13,14を異方性ドライエッチング
で被膜した膜厚分加工する。この結果、(e)の如くゲ
ート電極5側壁に主にタンタル酸化膜からなるサイドウ
ォールスペーサを形成できる。このとき、サイドウォー
ルスペーサの幅は100〜150nmであった。最後に
(f)の如くイオン打ち込み時の保護膜として二酸化シ
リコンの薄膜16を10nm程度被膜し、砒素を2〜5
×1015/cm2 ドープし高濃度拡散層3を形成す
る。
Further, as shown in FIG. 5(d), a second tantalum oxide film 14 is formed to a thickness of 100 to 150 nm. At this time,
Adjustment is made so that the total thickness of the first and second tantalum oxide films becomes the desired length of the sidewall spacer. Subsequently, the tantalum oxide films 13 and 14 are processed by anisotropic dry etching to the thickness of the film. As a result, a sidewall spacer mainly made of tantalum oxide film can be formed on the sidewall of the gate electrode 5 as shown in (e). At this time, the width of the sidewall spacer was 100 to 150 nm. Finally, as shown in (f), a thin film 16 of silicon dioxide of about 10 nm is coated as a protective film during ion implantation, and 2 to 5
x1015/cm2 doping to form a high concentration diffusion layer 3.

【0025】以上により、従来LDD構造形成プロセス
をほとんど変更することなく自己整合的に、高誘電体サ
イドウォールスペーサを有するLDD構造を形成できる
。この結果、ゲート、ドレイン間の絶縁耐圧を低下させ
ることなく、LDD固有のホットキャリア現象の生じに
くい高信頼度構造を形成できた。また、本実施例でも高
濃度拡散層3が高誘電体サイドウォールスペーサの下部
に達しているため、電流駆動能力も大きく向上した。 また、本実施例ではトンネル性の薄膜絶縁膜が、サイド
ウォールスペーサ下部だけでなくスペーサとゲート電極
間にも存在している。スペーサ中へ注入されたホットキ
ャリアが速やかにゲート電極へ流れるためには、ゲート
電極側の絶縁膜はない方が良い。たとえ形成されたとし
ても本実施例の如くキャリアが十分にトンネルできる厚
さであることが望ましい。
As described above, an LDD structure having high dielectric sidewall spacers can be formed in a self-aligned manner without changing the conventional LDD structure formation process. As a result, it was possible to form a highly reliable structure in which the hot carrier phenomenon inherent in LDDs is less likely to occur, without lowering the dielectric breakdown voltage between the gate and drain. Further, in this example as well, the high concentration diffusion layer 3 reaches the lower part of the high dielectric sidewall spacer, so that the current driving ability is greatly improved. Further, in this embodiment, a tunneling thin film insulating film exists not only under the sidewall spacer but also between the spacer and the gate electrode. In order for hot carriers injected into the spacer to quickly flow to the gate electrode, it is better that there is no insulating film on the gate electrode side. Even if formed, it is desirable that the thickness is sufficient to allow the carrier to tunnel, as in this embodiment.

【0026】また、本実施例では、図5(a)の如くゲ
ート電極加工後に低濃度拡散層2上の二酸化シリコン膜
をも除去している。このとき、この除去方法によっては
シリコン基板へのダメージが懸念される。この場合、ゲ
ート電極加工後に低濃度拡散層2上の二酸化シリコン膜
17を完全には除去せず、図6(a)の如く3〜5nm
程度残すと良い。さらに膜厚の制御は、十分に希釈した
弗酸等によるウェットエッチングで2〜3nmとすれば
良い。その後は、図6(b)(c)の如く、第1のタン
タル酸化膜13を被膜し、続いて酸化性雰囲気中で熱処
理することにより、タンタル酸化膜と二酸化シリコン膜
との間に二酸化シリコン15を新たに1〜2nm形成す
る。後は、図5と同様に第2のタンタル酸化膜14を所
望の厚さ被膜して、サイドウォールスペーサを形成し、
LDD構造にする。
Furthermore, in this embodiment, the silicon dioxide film on the low concentration diffusion layer 2 is also removed after the gate electrode is processed, as shown in FIG. 5(a). At this time, there is a concern that damage to the silicon substrate may occur depending on the removal method. In this case, after processing the gate electrode, the silicon dioxide film 17 on the low concentration diffusion layer 2 is not completely removed, and as shown in FIG.
It is good to leave some amount. Furthermore, the film thickness may be controlled to 2 to 3 nm by wet etching using sufficiently diluted hydrofluoric acid or the like. After that, as shown in FIGS. 6(b) and 6(c), a first tantalum oxide film 13 is coated, and then heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere to form a silicon dioxide film between the tantalum oxide film and the silicon dioxide film. 15 is newly formed to a thickness of 1 to 2 nm. Afterwards, as in FIG. 5, the second tantalum oxide film 14 is coated to a desired thickness to form sidewall spacers.
Use LDD structure.

【0027】これにより、図5の実施例よりもシリコン
基板と二酸化シリコン膜との界面の特性が良好なサイド
ウォールスペーサを形成できる。ただし、この場合スペ
ーサ下部の二酸化シリコン膜15の厚さが余り厚くなら
ないようにするする必要がある。注入されたホットキャ
リアが十分トンネルするためには4nm以下であること
が望ましい。
As a result, it is possible to form a sidewall spacer with better characteristics at the interface between the silicon substrate and the silicon dioxide film than in the embodiment shown in FIG. However, in this case, it is necessary to prevent the silicon dioxide film 15 below the spacer from becoming too thick. In order for the injected hot carriers to tunnel sufficiently, the thickness is preferably 4 nm or less.

【0028】〔実施例3〕次に、図7,8,9を用いて
本発明の第3の実施例を説明する。まず図7に示した実
施例は、第1の実施例において、そのソース,ドレイン
等を3次元的に配置することにより、トランジスタの占
有面積の縮小化、及び高性能化を図ったものである。
[Embodiment 3] Next, a third embodiment of the present invention will be described using FIGS. 7, 8, and 9. First, the embodiment shown in FIG. 7 is a modification of the first embodiment in which the source, drain, etc. are arranged three-dimensionally to reduce the area occupied by the transistor and improve performance. .

【0029】まず、図7(a)は、図5(f)において
そのソース,ドレインを単結晶シリコンの選択エピタキ
シャル成長、あるいは多結晶シリコンの選択成長で積層
化したものである。本実施例では、高濃度拡散層31は
積層部にのみ形成して低濃度拡散層の長さを立体的に稼
いでいるため、トランジスタの占有面積を拡大すること
なく信頼度を一層向上させることができた。特に、サイ
ドウォールスペーサ6が高誘電体であるため、積層部の
低濃度拡散層30にも十分なフリンジ電界が印加される
。従って、電流駆動能力の低下はわずかであった。
First, FIG. 7(a) shows a structure in which the source and drain of FIG. 5(f) are laminated by selective epitaxial growth of single crystal silicon or selective growth of polycrystalline silicon. In this embodiment, the high concentration diffusion layer 31 is formed only in the laminated portion to increase the length of the low concentration diffusion layer three-dimensionally, so that reliability can be further improved without increasing the area occupied by the transistor. was completed. In particular, since the sidewall spacers 6 are made of a high dielectric material, a sufficient fringe electric field is also applied to the low concentration diffusion layer 30 in the laminated portion. Therefore, the decrease in current drive capability was slight.

【0030】また、図7(b)は、(a)においてさら
にサイドウォールスペーサの形状を変えたものである。 図7(a)は低濃度拡散層の長さを積層部で確保できる
ため、スペーサの幅を縮小できることになる。ところが
(a)の積層部の低濃度拡散層30とゲート電極5との
距離が小さくなると、高濃度拡散層31端での電界集中
が見えてくるため信頼度の向上には限界が生じる。この
ため、(b)の如くスペーサの形状を斜めに形成した。 これにより、高濃度拡散層31端への電界効果が徐々に
及ぶようになるため(a)に比べて信頼度を大きく向上
できた。つまりフリンジ電界の影響は高濃度拡散層に近
づくほど、ゆるやかに減少するように設計するのが良い
Further, FIG. 7(b) shows a configuration in which the shape of the sidewall spacer is further changed from that in FIG. 7(a). In FIG. 7A, since the length of the low concentration diffusion layer can be ensured in the laminated portion, the width of the spacer can be reduced. However, when the distance between the low concentration diffusion layer 30 and the gate electrode 5 in the laminated portion shown in (a) becomes small, the electric field concentration at the end of the high concentration diffusion layer 31 becomes visible, so there is a limit to the improvement in reliability. For this reason, the shape of the spacer was formed obliquely as shown in (b). As a result, the electric field effect gradually reaches the end of the high concentration diffusion layer 31, so that reliability can be greatly improved compared to (a). In other words, the design should be such that the influence of the fringe electric field gradually decreases as it approaches the high concentration diffusion layer.

【0031】さらに、図7(c)は(a)とは逆にゲー
ト電極36をシリコン基板内に埋め込むことにより、ソ
ース,ドレインを立体化したものである。本実施例は(
a)と同様に低濃度拡散層2の長さ等を確保したままト
ランジスタの占有面積を縮小化できる。
Furthermore, in FIG. 7(c), contrary to FIG. 7(a), the gate electrode 36 is buried in the silicon substrate, thereby making the source and drain three-dimensional. This example is (
Similarly to a), the area occupied by the transistor can be reduced while maintaining the length of the low concentration diffusion layer 2, etc.

【0032】図7(d)は、ソース,ドレインを積層化
する場合の別の実施例を示したものである。本実施例は
図7(a)において、さらに素子分離領域の形成法を変
えたもので、厚いシリコン酸化膜37にシリコン基板の
窓を加工したものである。従来MOS型電界効果トラン
ジスタが用いられるMOSプロセスでは、素子分離領域
形成法として局所酸化法(LOCOS,Local O
xidation of Silicon)が用いられ
ている。しかし、局所酸化法ではバーズビークの存在に
より分離領域幅をあまり縮小化できない。これに対して
本実施例の如く、ソース/ドレインの積層化を応用する
ならば、これにより平坦化が可能なため本実施例の如く
単に厚い絶縁膜に窓をあけたもので良い。これにより素
子分離領域幅を低減できる。
FIG. 7(d) shows another embodiment in which the source and drain are stacked. In this embodiment, the method for forming the element isolation region is further changed from that shown in FIG. 7A, and a window in the silicon substrate is processed in the thick silicon oxide film 37. In the MOS process in which conventional MOS field effect transistors are used, a local oxidation method (LOCOS) is used as a method for forming element isolation regions.
oxidation of Silicon) is used. However, in the local oxidation method, the isolation region width cannot be reduced much due to the presence of bird's beaks. On the other hand, if source/drain stacking is applied as in this embodiment, planarization can be achieved by this, so it is sufficient to simply open a window in a thick insulating film as in this embodiment. This allows the width of the element isolation region to be reduced.

【0033】また、図8に示した図は、本発明を薄膜S
OI(Siliconon Insulater)のM
OS型電界効果トランジスタに適用した実施例である。 本実施例では、シリコンの基板39を100nm以下に
してあり、図中の38は厚いシリコン酸化膜である。こ
のシリコン基板は公知の方法で短結晶化した。この結果
、第1の実施例と同じ信頼度と電流駆動能力の向上の他
に、新たに薄膜化効果が生じた。これはトランジスタの
シリコン基板内に中性領域がなくなり、完全に空乏化す
ることによるもので、短チャネル効果の緩和、サブスレ
ッショルド特性の改善等が起こるものである。(a)が
その代表的な実施例であり、(b)はさらに図6(a)
と同様にソース,ドレインを積層化したものである。特
に後者(b)は、薄膜SOI素子を用いる場合トランジ
スタ部以外のシリコン薄膜は大きな抵抗となるため、こ
の寄生抵抗低減化に非常に有効となる。なお、通常のS
OIのシリコン基板は単結晶であるが、多結晶でも良い
。特に後者は、SRAM(Static Random
Access Memory)メモリセルの負荷トラン
ジスタとして基板上のトランジスタの上部に容易に積層
化できるため有効となる。
The diagram shown in FIG. 8 also shows that the present invention is
M of OI (Silicon Insulator)
This is an example applied to an OS type field effect transistor. In this embodiment, the silicon substrate 39 has a thickness of 100 nm or less, and 38 in the figure is a thick silicon oxide film. This silicon substrate was crystallized into short lengths by a known method. As a result, in addition to the same improvements in reliability and current drive capability as in the first embodiment, a new thinning effect was produced. This is due to the fact that there is no neutral region in the silicon substrate of the transistor and the transistor is completely depleted, resulting in mitigation of short channel effects and improvement of subthreshold characteristics. (a) is a typical example, and (b) is further shown in FIG. 6(a).
Similarly to the above, the source and drain are layered. In particular, the latter (b) is very effective in reducing parasitic resistance, since when a thin film SOI element is used, the silicon thin film other than the transistor portion has a large resistance. In addition, normal S
The OI silicon substrate is single crystal, but may be polycrystalline. In particular, the latter is SRAM (Static Random
(Access Memory) This is effective because it can be easily stacked on top of a transistor on a substrate as a load transistor of a memory cell.

【0034】〔実施例4〕次に、図9を用いて本発明の
他の実施例を説明する。まず図9(a)は本発明の高誘
電体サイドウォールスペーサをシングルドレイン構造に
適用したものである。将来のMOS型電界効果トランジ
スタは低電源電圧下で用いられることが予想される。こ
のとき設定電圧によっては信頼度に対する余裕が拡大す
るため、LDD構造等の高信頼度構造を用いる必要がな
い場合が考えられる。このとき、問題となるのは短チャ
ネル効果低減と電流駆動能力向上である。
[Embodiment 4] Next, another embodiment of the present invention will be described using FIG. 9. First, FIG. 9(a) shows the high dielectric sidewall spacer of the present invention applied to a single drain structure. It is expected that future MOS field effect transistors will be used under low power supply voltages. At this time, depending on the set voltage, the margin for reliability increases, so there may be a case where it is not necessary to use a high reliability structure such as an LDD structure. At this time, the issues are reducing short channel effects and improving current drive capability.

【0035】図9(a)はこれをpチャネルMOS型電
界効果トランジスタで実現したものである。図中の6が
タンタル酸化膜からなるサイドウォールスペーサ、15
が二酸化シリコンからなる薄膜絶縁膜、そして40が硼
素による高濃度拡散層である。この高濃度拡散層はサイ
ドウォールスペーサ形成後のイオン打込みとその後の熱
処理で形成した。これにより、スペーサ長分硼素の拡散
端がゲート電極端よりも離れるため実効チャネル長を大
きくすることができた。また、スペーサ端から大きな拡
散層を形成する場合、ゲート電極端近傍では高濃度拡散
層の不純物濃度が低下し、通常は抵抗が高くなる。とこ
ろが本実施例では、スペーサに高誘電体を用いてゲート
電極からのフリンジ電界を増加させているため、その拡
散層表面も充分に蓄積状態となり、抵抗を大きく低減で
きた。本実施例はpチャネルであったがnチャネルにお
いても燐を用いた場合に同様の効果が得られた。特に、
CMOSプロセスを考えるとn,pチャネルでスペーサ
長を変えることが困難なため、nチャネルで砒素を用い
るよりも、n,pチャネルで拡散係数の似た燐と硼素を
用いるのが好ましい。また、本実施例では、高濃度拡散
層がゲート電極端からはずれても、基板表面に大きな電
界効果がおよぶため電流の低下は小さい。これにより、
スペーサ長のばらつきに対するプロセス裕度が大きくな
る。
FIG. 9(a) shows this realized by a p-channel MOS type field effect transistor. 6 in the figure is a sidewall spacer made of tantalum oxide film, 15
is a thin insulating film made of silicon dioxide, and 40 is a high concentration diffusion layer made of boron. This high concentration diffusion layer was formed by ion implantation after sidewall spacer formation and subsequent heat treatment. As a result, the effective channel length could be increased because the boron diffusion end was separated from the gate electrode end by the length of the spacer. Furthermore, when a large diffusion layer is formed from the end of the spacer, the impurity concentration of the heavily doped diffusion layer decreases near the end of the gate electrode, and the resistance usually increases. However, in this example, since a high dielectric material is used for the spacer to increase the fringe electric field from the gate electrode, the surface of the diffusion layer is also sufficiently accumulated, and the resistance can be greatly reduced. Although this example used p-channel, similar effects were obtained when phosphorus was used in n-channel as well. especially,
Considering the CMOS process, it is difficult to change the spacer length between the n and p channels, so it is preferable to use phosphorus and boron, which have similar diffusion coefficients, for the n and p channels rather than using arsenic for the n channels. Furthermore, in this embodiment, even if the highly doped diffusion layer is removed from the end of the gate electrode, a large electric field effect is exerted on the substrate surface, so that the decrease in current is small. This results in
Process tolerance against variations in spacer length increases.

【0036】また、図9(b)に示した構造は、(a)
の実施例において高濃度拡散層を斜めイオン打込みで形
成したものである。これにより接合深さを基板内部方向
よりも横方向に伸ばすことができるため、上記実施例よ
りも短チャネル効果をより抑制することができた。電流
駆動能力は、フリンジ電界効果が大きいため(a)とほ
とんど変わらなかった。
Furthermore, the structure shown in FIG. 9(b) is as follows: (a)
In this example, the high concentration diffusion layer was formed by oblique ion implantation. As a result, the junction depth can be extended in the lateral direction rather than in the inside direction of the substrate, so that the short channel effect can be suppressed more than in the above embodiment. The current drive capability was almost the same as in (a) due to the large fringe field effect.

【0037】以上、本実施例の如くソース/ドレイン内
に不純物濃度が低い領域があるとき、そこに及ぼすゲー
ト電極からの電界効果の大きさを増加させることができ
る。従って、本発明はトランジスタの電流駆動能力向上
に好適となる。
As described above, when there is a region with a low impurity concentration in the source/drain as in this embodiment, the magnitude of the electric field effect from the gate electrode exerted thereon can be increased. Therefore, the present invention is suitable for improving the current driving ability of a transistor.

【0038】〔実施例5〕最後に第5の実施例を図10
,11を用いて説明する。図10は本発明をDRAM(
Dynamic Random Access Mem
ory)メモリセルに、そして図11はSRAMメモリ
セルに応用した例である。
[Example 5] Finally, the fifth example is shown in FIG.
, 11 will be used for explanation. FIG. 10 shows the present invention in a DRAM (
Dynamic Random Access Mem
FIG. 11 is an example of application to an SRAM memory cell.

【0039】図10は、DRAMメモリセルの断面図を
示したものである。DRAMでは、メモリセル面積の縮
小化に対して情報蓄積容量を確保するために、容量部を
三次元的に立体化することが試みられている。本実施例
では、その一つとして積層容量型メモリセル(STC,
Stacked Capacitor Cell)を示
す。図中の51が情報蓄積電極、52がその対抗電極、
53が容量部薄膜絶縁膜、56がビット線用金属配線、
そして54が層間絶縁膜である。本発明の高誘電体から
なるサイドウォールスペーサ6をメモリセル内の電荷転
送用トランジスタに適用すると、ゲート電極からの電界
は低濃度拡散層2だけでなく、積層容量部の蓄積電極5
1にも及ぶ。従って情報蓄積電荷量を大きく増大させる
ことができる。このとき、容量増大は情報蓄積部だけが
良く、情報読みだしのビット線55,56の寄生容量は
増大しない方が良い。 このため、転送用トランジスタのサイドウォールスペー
サは、情報蓄積部に本発明の構造を、そしてビット線側
はシリコン酸化膜等にするのが好ましい。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of a DRAM memory cell. In DRAM, attempts have been made to make the capacitor section three-dimensional in order to ensure information storage capacity while reducing the memory cell area. In this embodiment, one of them is a stacked capacitive memory cell (STC).
Stacked Capacitor Cell). 51 in the figure is an information storage electrode, 52 is its counter electrode,
53 is a capacitor thin film insulating film, 56 is a bit line metal wiring,
And 54 is an interlayer insulating film. When the sidewall spacer 6 made of a high dielectric material of the present invention is applied to a charge transfer transistor in a memory cell, the electric field from the gate electrode is applied not only to the low concentration diffusion layer 2 but also to the storage electrode 5 of the laminated capacitor section.
It even reaches 1. Therefore, the amount of information storage charge can be greatly increased. At this time, it is better to increase the capacitance only in the information storage section, and it is better not to increase the parasitic capacitance of the information reading bit lines 55 and 56. For this reason, it is preferable that the sidewall spacer of the transfer transistor has the structure of the present invention on the information storage section and a silicon oxide film or the like on the bit line side.

【0040】また、図11(a)は高抵抗型SRAMメ
モリセルの平面レイアウト図で、(b)がメモリセルの
回路図、そして(c)がメモリセルのレイアウト図にお
けるA−Bの断面図を示したものである。なお、レイア
ウト図では基板のアクティブなトランジスタ領域60と
ゲート電極層61を主に示し、上層部の高抵抗部、配線
は省いてある。その他図中の62が基板の拡散層とゲー
ト電極を直接接続するコンタクト孔、63が基板拡散層
と配線層を接続するコンタクト孔である。また、64が
負荷の多結晶シリコンからなる高抵抗、65,66はそ
の接続配線部である。
FIG. 11(a) is a plan layout diagram of a high resistance type SRAM memory cell, FIG. 11(b) is a circuit diagram of the memory cell, and FIG. 11(c) is a cross-sectional view taken along line A-B in the layout diagram of the memory cell. This is what is shown. Note that the layout diagram mainly shows the active transistor region 60 and gate electrode layer 61 of the substrate, and omits the high resistance part and wiring in the upper layer. In addition, 62 in the figure is a contact hole that directly connects the diffusion layer of the substrate and the gate electrode, and 63 is a contact hole that connects the substrate diffusion layer and the wiring layer. Further, 64 is a high resistance load made of polycrystalline silicon, and 65 and 66 are connection wiring portions thereof.

【0041】SRAMメモリセルの課題は、占有面積の
低減のほかにソフトエラー耐性の向上が上げられる。後
者は、(b)でN1,N2に相当する情報蓄積ノードに
通常容量を形成して対処している。このため、本発明の
トランジスタをメモリセル内の転送トランジスタQT 
、及び駆動トランジスタQDに適用することにより、寄
生容量を増大させることができるため、特に容量形成工
程は必要としない。
[0041] In addition to reducing the occupied area, SRAM memory cells have to be improved in soft error resistance. The latter is dealt with by forming normal capacity in the information storage nodes corresponding to N1 and N2 in (b). Therefore, the transistor of the present invention can be used as a transfer transistor QT in a memory cell.
, and the drive transistor QD, the parasitic capacitance can be increased, so a capacitor formation process is not particularly required.

【0042】また、SRAMメモリセルでは動作の安定
化のために、駆動トランジスタQD の転送トランジス
タQT に対する電流駆動能力比が2.5 〜3以上必
要とされている。これを通常は両トランジスタのゲート
幅を両トランジスタで変えることにより確保している。 このため、特に駆動トランジスタのゲート幅が大きくな
る。そこで、本発明のサイドウォールスペーサを駆動ト
ランジスタのみに適用し、転送トランジスタはゲート絶
縁膜と同じ二酸化シリコンにすると、ゲート幅を大きく
せずに電流駆動能力比を確保でき、占有面積の低減化を
実現できる。つまりトランジスタによってサイドウォー
ルスペーサの材料を変えると良い。これは、特に転送ト
ランジスタと駆動トランジスタを別々の層で形成する場
合に好適となる。この場合、ゲート絶縁膜厚さ等他のパ
ラメータも変更でき、かつ両トランジスタ間隔をより小
さくできるため、占有面積低減化の効果は非常に大きい
Further, in order to stabilize the operation of the SRAM memory cell, the current drive capability ratio of the drive transistor QD to the transfer transistor QT is required to be 2.5 to 3 or more. This is usually ensured by changing the gate widths of both transistors. Therefore, the gate width of the drive transistor becomes particularly large. Therefore, if the sidewall spacer of the present invention is applied only to the drive transistor, and the transfer transistor is made of silicon dioxide, which is the same as the gate insulating film, the current drive capability ratio can be secured without increasing the gate width, and the occupied area can be reduced. realizable. In other words, it is better to change the material of the sidewall spacer depending on the transistor. This is particularly suitable when the transfer transistor and the drive transistor are formed in separate layers. In this case, other parameters such as the thickness of the gate insulating film can be changed, and the distance between both transistors can be further reduced, so the effect of reducing the occupied area is very large.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明によれば、0.5μm 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、高速動作する半
導体装置を得ることができる。
Effects of the Invention According to the present invention, a MIS field effect transistor having high reliability and high current drive ability can be formed using an easy formation method even at a level of 0.5 μm or less. , a semiconductor device that operates at high speed can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the invention.

【図2】従来例の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a conventional example.

【図3】従来技術の課題と本発明の効果を示した図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing the problems of the prior art and the effects of the present invention.

【図4】高誘電隊スペーサによる電界緩和効果を示した
図である。
FIG. 4 is a diagram showing the electric field relaxation effect of a high dielectric constant spacer.

【図5】第2の実施例を形成する工程図である。FIG. 5 is a process diagram for forming a second embodiment.

【図6】第2の実施例を形成する別の工程図である。FIG. 6 is another process diagram for forming the second embodiment.

【図7】ソース/ドレインを三次元的に形成した構造に
応用した例である。
FIG. 7 is an example of application to a structure in which sources/drains are formed three-dimensionally.

【図8】薄膜SOI構造に応用した例である。FIG. 8 is an example of application to a thin film SOI structure.

【図9】第4の実施例の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of the fourth embodiment.

【図10】DRAMメモリセルに応用した例である。FIG. 10 is an example of application to a DRAM memory cell.

【図11】SRAMメモリセルに応用した例である。FIG. 11 is an example of application to an SRAM memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…低濃度拡散層、3,40…高濃
度拡散層、4…ゲート絶縁膜、5…ゲート電極、6…高
誘電体からなるサイドウォーリスペーサ、7…トンネル
性薄膜絶縁膜、8…二酸化シリコンからなるサイドウォ
ーリスペーサ、12…ウィークスポット、13,14,
34…タンタル酸化膜、15,16,17…二酸化シリ
コンの薄膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Silicon substrate, 2... Low concentration diffusion layer, 3, 40... High concentration diffusion layer, 4... Gate insulating film, 5... Gate electrode, 6... Side wall spacer made of high dielectric material, 7... Tunneling thin film insulating film , 8...Side wall spacer made of silicon dioxide, 12...Weak spot, 13, 14,
34... Tantalum oxide film, 15, 16, 17... Silicon dioxide thin film.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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
領域にゲート電極のフリンジ電界効果を十分及ぼすこと
ができるように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し、さらに該高誘電率絶縁
体と該低濃度不純物領域間にトンネル性薄膜の第二の絶
縁体のあることを特徴とする半導体装置。
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. At least one of the source and drain of the transistor has a high concentration impurity region separated 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 under the gate electrode. A high dielectric constant insulator exists on the low concentration impurity region near the sidewalls of the gate electrode so that the fringe electric field effect of the gate electrode can be sufficiently exerted on the low concentration impurity region, and the high dielectric constant insulator and a second insulator of a tunneling thin film between the low concentration impurity region.
【請求項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。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric constant insulator is a part of a sidewall spacer formed on a sidewall of the gate electrode.
【請求項3】上記高誘電率の絶縁体の誘電率が、該ゲー
ト絶縁膜材料の誘電率の3倍以上であることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dielectric constant of the high dielectric constant insulator is three times or more the dielectric constant of the gate insulating film material.
【請求項4】上記高誘電率の絶縁体が、酸化タンタル,
酸化チタン,酸化ハフニウム,酸化ネオビウム及び酸化
ジルコニウムからなる群から選ばれた材料であることを
特徴とする請求項3記載の半導体装置。
4. The high dielectric constant insulator is tantalum oxide,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the material is selected from the group consisting of titanium oxide, hafnium oxide, neobium oxide, and zirconium oxide.
【請求項5】上記トンネル性薄膜の第二の絶縁体が、膜
厚4ナノメートル以下のシリコン酸化膜であることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second insulator of the tunneling thin film is a silicon oxide film having a thickness of 4 nanometers or less.
【請求項6】上記高誘電率の絶縁体とゲート電極の間に
、トンネル性薄膜の第三の絶縁体があることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third insulator in the form of a tunneling thin film between the high dielectric constant insulator and the gate electrode.
【請求項7】上記半導体基板の厚さが、0.1 マイク
ロメートル以下であることを特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor substrate is 0.1 micrometer or less.
【請求項8】上記半導体基板が、多結晶シリコンの薄膜
からなることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor substrate is made of a thin film of polycrystalline silicon.
【請求項9】上記半導体装置のソース,ドレインの少な
くとも一方が、半導体基板に積層されてなることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of a source and a drain of the semiconductor device is laminated on a semiconductor substrate.
【請求項10】上記ソース,ドレイン高濃度不純物領域
の少なくともドレインが、半導体基板内になく積層部に
のみに存在することを特徴とする請求項9記載の半導体
装置。
10. The semiconductor device according to claim 9, wherein at least the drain of the source and drain high concentration impurity regions is present only in the laminated portion and not in the semiconductor substrate.
【請求項11】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、続いて全面に高誘電率の絶縁体からなる
薄膜を被膜する工程と、続いて乾燥した酸化性雰囲気中
での熱処理で熱酸化薄膜を形成する工程と、再び高誘電
率の絶縁膜を被膜する工程と、さらに続いて異方性エッ
チングにより該ゲート電極側壁に上記絶縁膜を残す工程
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1記載の半導体装置の製造
方法。
11. A method for forming a semiconductor device having an insulated gate field effect transistor as described above, which includes the step of forming the low concentration impurity region after forming the gate electrode of the transistor; A process of coating a thin film made of an insulator, followed by a process of forming a thermally oxidized thin film by heat treatment in a dry oxidizing atmosphere, a process of coating a high dielectric constant insulating film again, and then an anisotropic process. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the steps of leaving the insulating film on the sidewalls of the gate electrode by chemical etching, and then forming the high concentration impurity region.
【請求項12】上記酸化性雰囲気中の水蒸気含有量が1
000ppm 以下であることを特徴とする請求項11
記載の半導体装置の製造方法。
Claim 12: The water vapor content in the oxidizing atmosphere is 1
Claim 11 characterized in that the amount is 000 ppm or less.
A method of manufacturing the semiconductor device described above.
【請求項13】急峻な段差部に形成されたサイドウォー
ルにおいて、該材料が高誘電率の絶縁体からなり、かつ
該サイドウォールの周囲の一部に別の薄膜絶縁膜のある
ことを特徴とする半導体装置。
13. The sidewall formed in the steep stepped portion is characterized in that the material is made of an insulator with a high dielectric constant, and there is another thin insulating film in a part of the periphery of the sidewall. semiconductor devices.
【請求項14】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
トランジスタのゲート電極近傍に高誘電率の絶縁体から
なり、かつ該絶縁体周囲の一部に別の薄膜絶縁膜のある
サイドウォールスペーサを有し、かつ該トランジタのゲ
ート電極近傍でゲート直下にないソース,ドレインの一
部に低濃度の不純物領域があることを特徴とする半導体
装置。
14. 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. A sidewall spacer made of a high dielectric constant insulator near the gate electrode of the transistor, and having a sidewall spacer with another thin film insulating film partially around the insulator, and near the gate electrode of the transistor but not directly below the gate. A semiconductor device characterized by having a low concentration impurity region in part of the source and drain.
【請求項15】上記トランジスタのソース,ドレインの
少なくとも一方が、該ゲートから離れたところから拡散
形成された高濃度不純物領域であることを特徴とする請
求項14記載の半導体装置。
15. The semiconductor device according to claim 14, wherein at least one of the source and drain of the transistor is a high concentration impurity region diffused from a location away from the gate.
【請求項16】上記半導体装置を形成する方法において
、該トランジスタの高濃度不純物領域を、斜めイオン打
込みにより形成することを特徴とする請求項15記載の
半導体装置の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the high concentration impurity region of the transistor is formed by oblique ion implantation.
【請求項17】上記トランジスタが、ダイナミック型ラ
ンダムアクセスメモリのメモリセル内のトランジスタで
あることを特徴とする請求項1及び14記載の半導体装
置。
17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor is a transistor in a memory cell of a dynamic random access memory.
【請求項18】上記トランジスタが、スタティック型ラ
ンダムアクセスメモリのメモリセル内のトランジスタで
あることを特徴とする請求項1及び14記載の半導体装
置。
18. The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor is a transistor in a memory cell of a static random access memory.
【請求項19】上記トランジスタが、メモリセル内の駆
動トランジスタであることを特徴とする請求項18記載
の半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 18, wherein the transistor is a driving transistor in a memory cell.
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