JPH0433375A - Mos transistor - Google Patents

Mos transistor

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JPH0433375A
JPH0433375A JP2138202A JP13820290A JPH0433375A JP H0433375 A JPH0433375 A JP H0433375A JP 2138202 A JP2138202 A JP 2138202A JP 13820290 A JP13820290 A JP 13820290A JP H0433375 A JPH0433375 A JP H0433375A
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JP
Japan
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oxide film
fluorine
film
region
fluorine ions
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Application number
JP2138202A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Kato
正高 加藤
Taijo Nishioka
西岡 泰城
Shizunori Oyu
大湯 静憲
Takeaki Okabe
岡部 健明
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 Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Element Separation (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress generation of positive charge in a field oxide film due to an ionizing radioactive ray emission and to also suppress a variation in a threshold voltage by implanting fluorine ions in the film directly under a gate electrode, and simultaneously implanting fluorine ions in a silicon substrate directly under a gate oxide film. CONSTITUTION:A p-type well region 14 and an n-type well region 15 are formed on a silicon substrate 13, and a field oxide film 2 is formed. The surface of the substrate except the film 2 is covered with a silicon oxide film 19. Here, it is coated with a photoresist film 16, and patterned according to a fluorine implanted region 12. Then, fluorine ions 17 are implanted by an ion implanting method. Fluorine ions 5 are implanted in the thick film 2, and also implanted in a p-type well region 14 in the region of the thin film 19. The film 16 is removed, cleaned, and then fluorine ions are diffused. Further, after the thin film 19 is removed, a gate oxide film 7, a gate electrode 3, an insulating film 20, and an electrode 6 are respectively formed.

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におけるフィールド酸化膜の信頼性
向上方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for improving reliability of a field oxide film in a semiconductor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、電離性放射線照射などの外的要因によりMOSト
ランジスタに特性劣化に劣化が生じることが知られてい
る。アイ・イー・イー・イー・トランザクションズ・オ
ン・ニュークリア・サイエンス、エヌ・ニス・36.(
1989年)第2205頁から第2211頁(IEEE
 Transactions on NuclearS
cience、NS−36(1989)pp、2205
〜2211)において論じられているように、従来のn
チャネルMOSトランジスタにおいては、電離性放射線
照射により、ゲート酸化膜領域におけるしきい値電圧が
低下し、さらに、MOS)−ランジスタ領域を分離し、
厚い酸化膜を有するフィールド酸化膜およびLOGO5
(Local 0xidation of 5ilic
on)酸化膜とゲート酸化膜の遷移領域であるバーズビ
ーク(birds’ beak)領域においてしきい値
電圧変動が生じ、ソース・ドレイン端子間にリーク電流
が発生する。
Conventionally, it has been known that external factors such as ionizing radiation irradiation cause characteristic deterioration in MOS transistors. IE Transactions on Nuclear Science, N.N. 36. (
1989) pages 2205 to 2211 (IEEE
Transactions on NuclearS
science, NS-36 (1989) pp, 2205
~2211), the conventional n
In a channel MOS transistor, ionizing radiation irradiation lowers the threshold voltage in the gate oxide film region and further isolates the MOS transistor region.
Field oxide with thick oxide and LOGO5
(Local Oxidation of 5ilic
(on) A threshold voltage fluctuation occurs in a birds' beak region, which is a transition region between an oxide film and a gate oxide film, and a leakage current occurs between the source and drain terminals.

また、ゲート酸化膜領域においては、しきい値電圧の変
動とともに、ゲート酸化膜/シリコン基板界面において
界面準位が発生し、MOS)−ランジスタの駆動能力を
低下させる。
Further, in the gate oxide film region, as the threshold voltage changes, interface states are generated at the gate oxide film/silicon substrate interface, reducing the driving ability of the MOS transistor.

上記2つの問題点、即ち、フィールド酸化膜等の寄生領
域を通してのリーク電流の発生と、ゲート酸化膜/シリ
コン基板界面における界面準位の発生に関する対策が各
々なされている。
Countermeasures have been taken to address the two problems mentioned above, namely, the generation of leakage current through a parasitic region such as a field oxide film, and the generation of interface states at the gate oxide film/silicon substrate interface.

リーク電流発生への対処方法としては、特願昭60−1
03672において示されている。すなわち、ドレイン
領域が半導体基板表面においてゲート領域に包囲され、
ゲート領域の外周にソース領域を有するトランジスタ構
造とすることにより、寄生領域の影響を防止している。
As a method to deal with leakage current generation, Japanese Patent Application No. 60-1
03672. That is, the drain region is surrounded by the gate region on the surface of the semiconductor substrate,
By adopting a transistor structure having a source region on the outer periphery of a gate region, the influence of parasitic regions is prevented.

また、界面準位の発生を防止する方法としては、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス。
Also, as a method to prevent the generation of interface states, see the Journal of Applied Physics.

66、音8 (1989)第3909頁から第3912
頁(Journal of Applied Phys
ics、voQ 66、 Na8(1,989)pp3
909〜3912)に示されているように、フッ素処理
を行ったゲート酸化膜形成方法が挙げられる。この方法
では、MOSトランジスタ形成領域にゲート酸化膜を形
成した後、多結晶シリコンを用いた電極を形成し、パタ
ーニングの後、低エネルギー(25KeV)条件でフッ
素をイオン打込み法により導入している。その後、95
0℃条件で高温アニールを行い、フッ素イオンを、ゲー
ト酸化膜/シリコン基板界面に到達させている。これに
より、5i−F結合を発生させ、界面準位の発生を防止
している。
66, On 8 (1989) pp. 3909-3912
Page (Journal of Applied Phys.
ics, voQ 66, Na8(1,989)pp3
909-3912), a gate oxide film forming method using fluorine treatment is mentioned. In this method, after a gate oxide film is formed in a MOS transistor formation region, an electrode using polycrystalline silicon is formed, and after patterning, fluorine is introduced by ion implantation under low energy (25 KeV) conditions. After that, 95
High temperature annealing is performed at 0° C. to allow fluorine ions to reach the gate oxide film/silicon substrate interface. This generates 5i-F bonds and prevents the generation of interface states.

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

上記従来技術では、電離性放射線照射時に発生する個々
の問題点に関する解決の一手法を示しているものの、寄
生領域を通してのリーク電流の増加を防止するためには
、MO8hランジスタのレイアウトパターンの変更が必
要となること、また、フィールド酸化膜に蓄積する正電
量を抑制することはできない。
Although the above-mentioned conventional technology shows a method for solving individual problems that occur during ionizing radiation irradiation, in order to prevent an increase in leakage current through the parasitic region, it is necessary to change the layout pattern of the MO8h transistor. In addition, it is not possible to suppress the amount of positive charge that is required and accumulates in the field oxide film.

本発明は、LOGO5酸化膜等をはじめとする現在のフ
ィールド酸化膜技術を用いたMOSトランジスタ形成プ
ロセスにおいて、フィールド酸化膜中の正孔トラップを
抑制することによりソース・トレイン端子間リーク電流
の発生を防止し、同時にゲート酸化膜/シリコン基板間
に発生する界面準位密度の発生を防止することを目的と
している。
The present invention suppresses the generation of leakage current between the source and train terminals by suppressing hole traps in the field oxide film in the MOS transistor formation process using current field oxide film technology such as LOGO5 oxide film. At the same time, the purpose is to prevent the occurrence of interface state density between the gate oxide film and the silicon substrate.

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

上記目的は、フッ素または塩素イオンをフィールド酸化
膜中に導入し、固定化させることにより達成することが
できる。特に、バーズ・ピーク領域を有する半導体装置
においては、導入さ九たフッ素または塩素イオンの不純
物濃度の最大値を、フィールド酸化膜の膜厚の中心から
深い領域に設定し、シリコン酸化膜内のシリコン基板近
傍におけるストレスを緩和すると、より効果的に達成さ
れるものである。
The above object can be achieved by introducing fluorine or chlorine ions into the field oxide film and fixing them. In particular, in a semiconductor device having a bird's peak region, the maximum impurity concentration of introduced fluorine or chlorine ions is set in a region deep from the center of the field oxide film thickness, and the silicon in the silicon oxide film is This can be achieved more effectively by alleviating stress near the substrate.

〔作用〕[Effect]

フッ素または塩素イオンをシリコン酸化膜/シリコン系
に導入すると、電離性放射線照射後やホットキャリア注
入後において発生する界面準位密度の増加が抑制される
。これは、シリコン酸化膜・シリコン界面およびその近
傍において存在する応力分布がフッ素または塩素イオン
の導入により緩和するためである。つまり、ストレスの
加わった元素間の結合は、電離性放射線や放射線により
誘起された正孔、水素イオン等により容易に切断され、
pbセンタ等の界面準位を発生し易い。そこで、フッ素
または塩素イオンを界面近傍に導入し、元素間の結合の
ストレスを緩和させることにより、外知要因による結合
の接断を防止している。
Introducing fluorine or chlorine ions into the silicon oxide film/silicon system suppresses the increase in interface state density that occurs after ionizing radiation irradiation or hot carrier injection. This is because the stress distribution existing at the silicon oxide film/silicon interface and its vicinity is relaxed by the introduction of fluorine or chlorine ions. In other words, bonds between stressed elements are easily broken by ionizing radiation, holes induced by radiation, hydrogen ions, etc.
Interface states such as pb centers are likely to occur. Therefore, fluorine or chlorine ions are introduced near the interface to relieve stress on the bonds between the elements, thereby preventing bonds from breaking due to external factors.

これと同様に、ストレスの加り易いバーズ・ピーク領域
やフィールド酸化膜中のフッ素または塩素イオンを導入
することにより、シリコン酸化膜中のシリコン−シリコ
ン結合やシリコン−酸素結合におけるストレスを緩和す
ることが可能となる。
Similarly, by introducing fluorine or chlorine ions into the bird's peak region or field oxide film where stress is easily applied, stress on silicon-silicon bonds and silicon-oxygen bonds in the silicon oxide film can be alleviated. becomes possible.

これにより、電離性放射線やホットキャリア注入後によ
る正孔トラップの発生を抑制することが可能となる。
This makes it possible to suppress the generation of hole traps due to ionizing radiation and hot carrier injection.

〔実施例〕〔Example〕

以下9本発明の第1の実施例を第1図〜第3図により説
明する。第1図は、n形MOSトランジスタのゲート幅
方向に断面構造を示している。p形シリコン基板表面に
フィールド酸化膜2またはゲート酸化膜7を形成してい
る。また、ゲート酸化膜7及びフィールド酸化膜2上に
パターニングされたゲート電極3を形成し、絶縁膜4及
び配線6を形成している。ここで、フッ素イオン5を少
なくともゲート電極直下のフィールド酸化膜2中に導入
した。フッ素イオンの導入領域については第2図で、フ
ッ素イオンの導入方法については第3図を用いてそれぞ
れ説明する。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an n-type MOS transistor in the gate width direction. A field oxide film 2 or a gate oxide film 7 is formed on the surface of a p-type silicon substrate. Further, a patterned gate electrode 3 is formed on the gate oxide film 7 and field oxide film 2, and an insulating film 4 and wiring 6 are formed. Here, fluorine ions 5 were introduced into at least the field oxide film 2 immediately below the gate electrode. The region into which fluorine ions are introduced will be explained with reference to FIG. 2, and the method of introducing fluorine ions will be explained with reference to FIG. 3.

第2図は、相補形MOSトランジスタを用いたインバー
タ回路のレイアウトパターンを示している。(I)は、
p形MOSトランジスタ領域を示し、(n)は、n形M
OSトランジスタ領域を示している。フィールド酸化膜
形成境界1oに対し。
FIG. 2 shows a layout pattern of an inverter circuit using complementary MOS transistors. (I) is
Indicates a p-type MOS transistor region, (n) indicates an n-type M
The OS transistor area is shown. For field oxide film formation boundary 1o.

ゲート電極パターニング領域9、p形つェル形成領域1
1.フッ素導入領域12を配置している。
Gate electrode patterning region 9, p-type well formation region 1
1. A fluorine introduction region 12 is arranged.

フッ素導入領域12は、ゲート電極パターニング領域9
とP形つェル形成領域11の重なり領域を少なくとも含
むように形成されている。これは、電離性放射線照射に
よるしきい値電圧変動が、放射線照射時の酸化膜中電界
方向に依存し、ゲート電極からシリコン基板方向に電界
が加わるときに、大きな負方向へのしきい値電圧変動を
生じるため、p形シリコン層表面の反転が問題となる。
The fluorine introduction region 12 is the gate electrode patterning region 9
It is formed so as to include at least an overlapping region of the P-type well forming region 11 and the P-type well forming region 11. This is because the threshold voltage fluctuation due to ionizing radiation irradiation depends on the direction of the electric field in the oxide film during radiation irradiation, and when the electric field is applied from the gate electrode toward the silicon substrate, the threshold voltage changes in a large negative direction. This causes a problem of inversion of the surface of the p-type silicon layer.

そこで、少なくとも上記型なり領域を含む領域にフッ素
を導入した。
Therefore, fluorine was introduced into at least the region including the shaped region.

第3図(a)〜(c)に、フッ素イオン導入方法を示す
。第3図(a)〜(C)は、第2図の直線AA’ にお
ける素子の断面構造を示している。
A method of introducing fluorine ions is shown in FIGS. 3(a) to 3(c). 3(a) to 3(C) show the cross-sectional structure of the element taken along straight line AA' in FIG. 2. FIG.

(a)シリコン基板13上に、p形つェル領域14及び
n形つェル領域15を形成し、LOCO5形成手法を用
いて、約500nm厚のフィールド酸化膜2を形成して
いる。フィールド酸化膜2以外のシリコン基板表面は、
約20nmのシリコン酸化膜19で覆われている。ここ
で、ホトレジスト膜16を塗布し、第2図に示したフッ
素導入領域12にしたがいパターニングを行った。その
後、フッ素イオン17をイオン打込み手法を用いて導入
した。ここで、フッ素イオン打込みエネルギーを約10
0keνとし、イオン打込み量を1014〜10”an
−2とした。これにより、フッ素イオン5は。
(a) A p-type well region 14 and an n-type well region 15 are formed on a silicon substrate 13, and a field oxide film 2 with a thickness of about 500 nm is formed using the LOCO5 formation method. The surface of the silicon substrate other than the field oxide film 2 is
It is covered with a silicon oxide film 19 of about 20 nm. Here, a photoresist film 16 was applied and patterned according to the fluorine introduced region 12 shown in FIG. Thereafter, fluorine ions 17 were introduced using an ion implantation technique. Here, the fluorine ion implantation energy is approximately 10
0keν, and the ion implantation amount was 1014~10”an
-2. As a result, the fluorine ions 5.

厚いフィールド酸化膜2中に注入されるとともに薄いシ
リコン酸化膜19の領域ではp形つェル領域14内にも
注入される。フッ素イオン17はバーズビーク領域18
にも導入されるが、酸化膜中のフッ素イオンの不純物濃
度の最大値が、フィールド酸化膜2中の膜厚の中央から
深い領域に位置するように、打込みエネルギーを調整し
た。
It is implanted into the thick field oxide film 2 and also into the p-type well region 14 in the region of the thin silicon oxide film 19. Fluorine ions 17 are located in the bird's beak region 18
The implantation energy was adjusted so that the maximum impurity concentration of fluorine ions in the oxide film was located in a deep region from the center of the film thickness in the field oxide film 2.

(b)ホトレジスト膜16を除去し洗浄後、N2雰囲気
中で、900℃10′の高温アニールを行いフッ素イオ
ンの拡散を行った。さらに、薄いシリコン酸化膜19を
除去した後、850℃の温度で。
(b) After removing and cleaning the photoresist film 16, high temperature annealing at 900° C. 10' was performed in an N2 atmosphere to diffuse fluorine ions. Further, after removing the thin silicon oxide film 19, at a temperature of 850°C.

新たに、ゲート酸化膜7を形成した。続いて、多結晶シ
リコン層を堆積し不純物を拡散させた後、パターニング
を行うことによりゲート電tri7A3を形成した。
A new gate oxide film 7 was formed. Subsequently, after depositing a polycrystalline silicon layer and diffusing impurities, patterning was performed to form a gate electrode tri7A3.

(c) p形MOSトランジスタ及びn形MOSトラン
ジスタの各々のソース・ドレイン領域形成用のイオン打
込みを行い、不活性ガス中で高温アニルを行った後、絶
縁膜20の形成、電極6の形成を行った。
(c) After performing ion implantation to form the source and drain regions of each of the p-type MOS transistor and the n-type MOS transistor, and performing high-temperature annealing in an inert gas, the insulating film 20 is formed and the electrode 6 is formed. went.

フッ素イオン導入後の熱処理温度は、フッ素イオンの拡
散を防止するために、950℃以下で行うことが必要で
ある。熱処理条件により、フィールド酸化膜中における
フッ素イオン不純物プロファイルが変わるために、フッ
素イオンの打込み量は、1014〜l 015a!、−
2の範囲で検討を行った。
The heat treatment temperature after the introduction of fluorine ions must be 950° C. or lower in order to prevent diffusion of fluorine ions. Since the fluorine ion impurity profile in the field oxide film changes depending on the heat treatment conditions, the implantation amount of fluorine ions is 1014 to 1015a! ,−
The study was conducted within the scope of 2.

第4図に、上記の方法で形成したMOSトランジスタに
X線を照射した後の直流特性を示している。フッ素イオ
ンの打込み量I O”an−2の特性では、320Gy
のX線照射後においても、ドしlイン端子リーク電流が
0.1nA以下に抑えられたが、フッ素イオンの打込み
を行わない素子の特性では、同一照射量で1μ八へ度の
リーク電流の発生がみられた。また、フィールド酸化膜
を用いた寄生MOSトランジスタに関しても、フッ素イ
オンを10151−2導入することにより、X線照射後
のしきい値電圧変動が、フッ素イオンを導入しない場合
に比べ、約50%に抑えられ、ゲート直下のフィールド
酸化膜中へのフッ素イオンの導入が、しきい値電圧劣化
対策に対しても有効である。
FIG. 4 shows the DC characteristics of the MOS transistor formed by the above method after being irradiated with X-rays. The amount of fluorine ion implanted is 320 Gy according to the characteristics of I O”an-2.
Even after X-ray irradiation, the leakage current at the input terminal was suppressed to less than 0.1nA, but due to the characteristics of the element without fluorine ion implantation, the leakage current was 1μ8° with the same irradiation dose. Occurrence was observed. Also, regarding parasitic MOS transistors using field oxide films, by introducing 10151-2 fluorine ions, the threshold voltage fluctuation after X-ray irradiation is reduced to about 50% compared to the case without introducing fluorine ions. Introducing fluorine ions into the field oxide film directly under the gate is also effective as a countermeasure against threshold voltage deterioration.

本発明の第2の実施例を第5図に示す。第5図はn形ト
ランジスタのゲート幅方向の断面構造図である。シリコ
ン基板1.シリコン酸化膜23及びP形シリコン基板2
4の3層構造を有する基板上に、第3図に示した方法で
n形MOSトランジスタを形成した。特に、フィールド
酸化膜2を形成後、フッ素イオンを、約2 MeVの高
エネルギーによるイオン打込み法を用いて、シリコン酸
化膜23中に導入した。このときのフッ素イオンの注入
量は10ts、−zとした。さらに、ゲート酸化膜7形
成前に、100KeVの打込みエネルギーで、フッ素イ
オンを、少なくともゲート電極下のフィールド酸化膜2
中および、フッ素イオン打込み後に形成されるゲート酸
化膜7下のp形シリコン基板24中に導入した。
A second embodiment of the invention is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional structural diagram of an n-type transistor in the gate width direction. Silicon substrate 1. Silicon oxide film 23 and P-type silicon substrate 2
An n-type MOS transistor was formed on the substrate having the three-layer structure No. 4 by the method shown in FIG. In particular, after forming the field oxide film 2, fluorine ions were introduced into the silicon oxide film 23 using an ion implantation method using high energy of about 2 MeV. The amount of fluorine ions implanted at this time was 10ts, -z. Furthermore, before forming the gate oxide film 7, fluorine ions are implanted into at least the field oxide film 2 under the gate electrode with an implant energy of 100 KeV.
The fluorine ions were introduced into the p-type silicon substrate 24 and under the gate oxide film 7 formed after fluorine ion implantation.

本実施例では、シリコン基板中にシリコン酸化膜23が
形成されているため、高エネルギー重粒子線照射環境下
においても、シリコン基板内で発生する電荷量が抑制さ
れる。このため、スタティック型ランダムアクセスメモ
リに本実施例を適用することにより、高エネルギー重粒
子線によるデータ保持状態の反転(ソフト・エラー、シ
ングル・イベント・アップセット)を防止できる。さら
に、電離性放射線環境下においても、シリコン酸化膜2
3中に発生し、固定化する正電荷により発生する、p形
シリコン基板24のシリコン酸化膜23界面近傍での不
純物極性の反転または空乏化を抑制することが可能とな
る。このため、本実施例を用いた相補形MOSトランジ
スタ回路において、ラッチアップ耐圧の増加が達成でき
る。
In this example, since the silicon oxide film 23 is formed in the silicon substrate, the amount of charge generated in the silicon substrate is suppressed even under a high-energy heavy particle beam irradiation environment. Therefore, by applying this embodiment to a static random access memory, it is possible to prevent the data retention state from being reversed (soft error, single event upset) due to high-energy heavy particle beams. Furthermore, even in an ionizing radiation environment, silicon oxide film 2
It becomes possible to suppress inversion of impurity polarity or depletion near the interface of the silicon oxide film 23 of the p-type silicon substrate 24, which is caused by positive charges generated and fixed in the p-type silicon substrate 24. Therefore, in the complementary MOS transistor circuit using this embodiment, an increase in latch-up breakdown voltage can be achieved.

本発明の第3の実施例を第6図を用いて説明する。第6
図はn形MOSトランジスタのゲート幅方向の断面構造
を示している。本実施例では、第5図に示した本発明の
第2の実施例において、p形シリコン基板24の厚さが
1μm以下の3層構造(シリコン基板1/シリコン酸化
膜23/p形シリコン基板24)を用いてn形MO8)
−ランジスタを形成した。フィールド酸化膜2を形成す
る前に、IKel/の高エネルギー条件でフッ素イオン
をイオン打込みし、シリコン酸化膜中にフッ素イオンの
導入を行った。このとき、フッ素イオンの注入量は10
1sc++−2である。n形MOSトランジスタの形成
方法は第3図に示した第1の実施例に準する。以下に、
変更点・重要な点を示す。フィールド酸化膜2は、p形
シリコン基板24をエツチングし、熱酸化することによ
り形成され、シリコン酸化膜23と接している。
A third embodiment of the present invention will be described using FIG. 6. 6th
The figure shows a cross-sectional structure of an n-type MOS transistor in the gate width direction. In this embodiment, in the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, the p-type silicon substrate 24 has a three-layer structure (silicon substrate 1/silicon oxide film 23/p-type silicon substrate 24) using n-type MO8)
- Formed a transistor. Before forming the field oxide film 2, fluorine ions were implanted under high energy conditions of IKel/ to introduce fluorine ions into the silicon oxide film. At this time, the amount of fluorine ions implanted was 10
1sc++-2. The method for forming the n-type MOS transistor is based on the first embodiment shown in FIG. less than,
Indicate changes and important points. Field oxide film 2 is formed by etching and thermally oxidizing p-type silicon substrate 24, and is in contact with silicon oxide film 23.

また、ゲート酸化膜7を形成する前に、100KeVの
エネルギーで再びフッ素イオンをゲート電極3直下のフ
ィールド酸化膜2内およびフッ素イオン打込み後に形成
されるゲート酸化膜7下のp形シリコン基板24中にも
導入した。
In addition, before forming the gate oxide film 7, fluorine ions are again injected into the field oxide film 2 directly under the gate electrode 3 and into the p-type silicon substrate 24 under the gate oxide film 7 formed after the fluorine ion implantation with an energy of 100 KeV. It was also introduced.

本実施例では、シリコン酸化膜23中に導入したフッ素
イオンにより、シリコン酸化膜23をゲート酸化膜とす
るバックチャネルトランジスタのしきい値電圧変動の抑
制に効果がある。すなわち、電離性放射線環境下におい
ては、フィールド酸化膜2やゲート酸化膜7のみならず
、シリコン酸化膜23中にも正電荷の蓄積が生じる。特
に、シリコン酸化膜23はゲート酸化膜7よりも膜厚が
厚いために、正電荷の蓄積量が多く、しきい値電圧の変
動を生じ易い。このため、バックチャネルトランジスタ
を通してソース・ドレイン間にリーク電流が発生する。
In this embodiment, the fluorine ions introduced into the silicon oxide film 23 are effective in suppressing fluctuations in threshold voltage of a back channel transistor using the silicon oxide film 23 as a gate oxide film. That is, under an ionizing radiation environment, positive charges are accumulated not only in the field oxide film 2 and the gate oxide film 7 but also in the silicon oxide film 23. In particular, since the silicon oxide film 23 is thicker than the gate oxide film 7, it accumulates a large amount of positive charge, which tends to cause fluctuations in the threshold voltage. Therefore, leakage current occurs between the source and drain through the back channel transistor.

フッ素イオンをシリコン酸化膜23に導入した素子では
、しきい値電圧の変動が抑えられ、バックチャネルトラ
ンジスタを通したノーク電流の発生が防止できる。
In a device in which fluorine ions are introduced into the silicon oxide film 23, fluctuations in threshold voltage can be suppressed, and generation of a nok current through the back channel transistor can be prevented.

以上、第2及び第3の実施例では、シリコン酸化膜中に
フッ素が導入され、また、フッ素イオンが拡散工程によ
り、シリコン基板24との界面においても固定化するた
め、シリコン基板24とシリコン酸化膜23の界面にお
ける界面準位量が抑えられ、生成・再結合電流の増加が
防止できる。
As described above, in the second and third embodiments, fluorine is introduced into the silicon oxide film, and the fluorine ions are also fixed at the interface with the silicon substrate 24 through the diffusion process. The amount of interface states at the interface of the film 23 is suppressed, and an increase in generation/recombination current can be prevented.

尚、本発明の各実施例では、フッ素イオンを用いて実施
例を説明したが、同族元素である塩素イオンにおいても
有効である。
In each of the embodiments of the present invention, fluorine ions were used to explain the embodiments, but chlorine ions, which are homologous elements, are also effective.

また、フッ素イオンの導入方法として、イオン打込み方
法により直接フッ素イオンをフィールド酸化膜中に導入
したが、ゲート電極用多結晶シリコン層を堆積後に、さ
らに高い打込みエネルギーを用いて、多結晶シリコン層
を通してフィールド酸化膜中にフッ素を導入することも
可能である。
In addition, as a method of introducing fluorine ions, fluorine ions were directly introduced into the field oxide film by an ion implantation method, but after depositing a polycrystalline silicon layer for the gate electrode, higher implantation energy was used to introduce fluorine ions through the polycrystalline silicon layer. It is also possible to introduce fluorine into the field oxide film.

さらに、第2及び第3の実施例では、シリコン酸化膜2
3上にP形シリコン基板24が形成されているが、これ
を低濃度n形シリコン基板中にボロンを導入しP形つェ
ル領域とした構成によって実現することも可能である。
Furthermore, in the second and third embodiments, the silicon oxide film 2
Although a P-type silicon substrate 24 is formed on the substrate 3, it is also possible to realize this by introducing boron into a low concentration n-type silicon substrate to form a P-type well region.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明では、ゲート電極直下のフ
ィールド酸化膜中にフッ素イオンを導入し、さらに同時
に、ゲート酸化膜直下のシリコン基板中にもフッ素イオ
ンの導入を行った。フィールド酸化膜中においては、密
度101Gan−’以上のフッ素イオンの導入により、
フィールド酸化膜内のストレスが緩和されると考えられ
る。これにより、電離性放射線照射によるフィールド酸
化膜内の正電荷の発生が抑制され、しきい値電圧変動が
、フッ素をイオン打込みしない素子に比べて約50%に
抑制された。さらに、ゲート酸化膜直下のシリコン基板
中にも、同時にフッ素イオンが注入されているため、フ
ッ素イオン導入後の熱処理工程により、フッ素イオンが
ゲート酸化膜/シリコン界面に拡散し、MOSトランジ
スタのしきい値電圧変動に対しても効果がみられている
。尚、本発明は電離性放射線照射による劣化のみならず
、素子製造工程における各損傷の低減化に関しても有効
である。
As explained above, in the present invention, fluorine ions are introduced into the field oxide film directly below the gate electrode, and at the same time, fluorine ions are also introduced into the silicon substrate immediately below the gate oxide film. By introducing fluorine ions with a density of 101 Gan-' or higher into the field oxide film,
It is thought that stress within the field oxide film is alleviated. As a result, the generation of positive charges in the field oxide film due to ionizing radiation irradiation was suppressed, and the threshold voltage fluctuation was suppressed to about 50% compared to a device in which fluorine ions were not implanted. Furthermore, since fluorine ions are simultaneously implanted into the silicon substrate immediately below the gate oxide film, the heat treatment process after fluorine ion introduction causes the fluorine ions to diffuse into the gate oxide film/silicon interface, causing the threshold of the MOS transistor to rise. Effects have also been seen on voltage fluctuations. Note that the present invention is effective not only in reducing deterioration caused by ionizing radiation irradiation, but also in reducing various damages in the element manufacturing process.

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

第1図は、本発明の第1の実施例を示すMOSトランジ
スタのゲート幅方向の断面構造図、第2図は第1の実施
例におけるインバータ回路のレイアウトパターン略図、
第3図は第2図のAA’線の断面構造図、第4図は、第
1の実施例のn形MOSトランジスタにおける直流特性
、第5図は、本発明の第2の実施例を示すMOS)−ラ
ンジスタのゲート幅方向の断面構造図、第6図は、本発
明の第3の実施例を示すMOSトランジスタのゲート幅
方向の断面構造図である。 1.13・・・シリコン基板、2・・・フィールド酸化
膜、3・・・ゲート電極、4・・・絶縁膜、5・・・酸
化膜中に導入されたフッ素、6・・・電極、7・・・ゲ
ート酸化膜、8・・・シリコン基板中に導入されたフッ
素、9・・・ゲート電極パターン、10・・・フィール
ド酸化膜境界パターン、11・・・p形つェル領域パタ
ーン、12・・フッ素イオン打込み領域パターン、14
・・・p形つェル領域、15・・・n形つェル領域、1
6・・・ホトレジスト、17・・・フッ素のイオン打込
み、18・・・バーズビーク領域、19・・・シリコン
酸化膜、20゜21・・・絶縁膜、23・・・シリコン
酸化膜・・、24・・・p形シリコン基板、25・・・
高エネルギーイオン打込みで導入されたフッ素。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram in the gate width direction of a MOS transistor showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a layout pattern of an inverter circuit in the first embodiment.
Fig. 3 is a cross-sectional structural diagram taken along line AA' in Fig. 2, Fig. 4 shows the DC characteristics of the n-type MOS transistor of the first embodiment, and Fig. 5 shows the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional structural diagram of a MOS transistor in the gate width direction showing a third embodiment of the present invention. 1.13... Silicon substrate, 2... Field oxide film, 3... Gate electrode, 4... Insulating film, 5... Fluorine introduced into the oxide film, 6... Electrode, 7... Gate oxide film, 8... Fluorine introduced into silicon substrate, 9... Gate electrode pattern, 10... Field oxide film boundary pattern, 11... P-type well region pattern , 12...Fluorine ion implantation region pattern, 14
...p-type well region, 15...n-type well region, 1
6... Photoresist, 17... Fluorine ion implantation, 18... Bird's beak region, 19... Silicon oxide film, 20°21... Insulating film, 23... Silicon oxide film..., 24 ...p-type silicon substrate, 25...
Fluorine introduced through high-energy ion implantation.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、MOSトランジスタにおいて、少なくともゲート電
極下のフィールド酸化膜中に、フッ素または塩素を導入
したことを特徴とするMOSトランジスタ。 2、特許請求の範囲第1項のMOSトランジスタにおい
て、ゲート酸化膜下のシリコン基板中にフッ素または塩
素を導入したことを特徴とするMOSトランジスタ。 3、特許請求の範囲第1項のMOSトランジスタにおい
て、フッ素または塩素密度最大値が、フィールド酸化膜
の膜厚中心から深い位置に存在することを特徴とするM
OSトランジスタ。 4、シリコン/シリコン酸化膜/シリコン基板構造を用
いたMOSトランジスタにおいて、該シリコン酸化膜中
にフッ素または塩素を導入したことを特徴とするMOS
トランジスタ。
[Scope of Claims] 1. A MOS transistor characterized in that fluorine or chlorine is introduced into at least a field oxide film under a gate electrode. 2. A MOS transistor according to claim 1, characterized in that fluorine or chlorine is introduced into the silicon substrate under the gate oxide film. 3. The MOS transistor according to claim 1, wherein the maximum density of fluorine or chlorine exists at a deep position from the center of the thickness of the field oxide film.
OS transistor. 4. A MOS transistor using a silicon/silicon oxide film/silicon substrate structure, characterized in that fluorine or chlorine is introduced into the silicon oxide film.
transistor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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