JPH0462974A

JPH0462974A - Ｍｏｓ型電界効果トランジスタ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0462974A
Application number: JP17361190A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Murata; 道昭村田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-06-30
Filing date: 1990-06-30
Publication date: 1992-02-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は、ホットエレクトロンによる動作特性の悪化を
防止したＭＯＳ型電界効果トランジスタおよびその製造
方法に関するものである。

【従来の技術】

第２図に、従来のＭＯＳ型電界効果トランジスタ及びそ
の製造方法を示す。第２図において、１はシリコン基板
、２は素子分離領域、３はゲート酸化膜、４は多結晶シ
リコン層、５はタングステンシリサイド層、６はゲート
電極、７は界面準位シリコン原子、８はソース領域、９
はドレイン領域、１０は層間絶縁膜、１１はアルミニウ
ム配線、１２はエツチング除去部、１３はコンタクトホ
ールである。ＭＯＳ型電界効果トランジスタは、第２図（イ）、（ロ
）、（ハ）の工程で製造される。以下この工程に沿って
、製造方法および構造を説明する。（１）第２図（イ）の工程まず、シリコン基板ｌの上に、層間絶縁膜２およびゲー
ト酸化膜３を形成する。次いで、その上に多結晶シリコ
ン層４．タングステンシリサイド層５を形成する。そして、多結晶シリコン層４．タングステンシリサイド
層５の不用部分をエツチングによって除去し、残った部
分をゲート電極６とする。ゲート酸化膜３中に小さなＸ
印で表されているのは、界面準位シリコン原子７である
。界面準位シリコン原子７とは、不飽和結合対（結合相手
を有しない結合対）を持つシリコン原子のことである。第３図はシリコン原子の終端形態の種類を示す図である
が、第３図（イ）に示されているのが、界面準位シリコ
ン原子７である。（２）第２図（ロ）の工程公知の方法によりソース領域８．ドレイン領域９、層間
絶縁膜ＩＯ，コンタクトホール１３．アルミニウム配線
１１を形成する。（３）第２図（ハ）の工程水素ガス雰囲気下において、４５０°Ｃ程度の温度で熱
処理をする（水素アニール）。これにより、界面準位シ
リコン原子７に水素が結合し、水素終端シリコン原子１
４に変化させられる。図では、小さなＯ印で表されてい
る。このような水素アニールを行う理由は、次の通りである
。界面準位シリコン原子７は、結合相手を欠いているので
電荷を持っている。即ち、電気的に活性な状態にある。これがゲート酸化膜３に残っていたのでは、ＭＯＳ型電
界効果トランジスタが完成されて使用される時、電子の
流れに散乱を生ぜしめ、動作特性を悪化させる。例えば
、闇値電圧を変動させたり、動作速度を低下させたり、
駆動電流を減少させたりする。そこで、結合相手のいない結合対に、水素を結合させて
終端してしまう。即ち、水素終端シリコン原子１４に変
えてやる。こうすれば、前記の電荷はなくなり、電気的
に不活性化される。第３図（ロ）は、水素終端シリコン
原子１４を示している。この後、公知の常圧気相成長法により、シリコン酸化膜
からなる表面保護膜を形成して、製造を終了する。

【発明が解決しようとする課題】

（問題点）しかしながら、前記した従来の製造方法で作ったＭＯＳ
型電界効果トランジスタには、トランジスタ動作中に生
ずるホットエレクトロンにより、水素終端シリコン原子
１４が界面準位に戻され易く、動作特性が悪化する（つ
まり、ホットエレクトロン耐性が悪い）という問題点が
あった。（問題点の説明）ＭＯＳ型電界効果トランジスタが使用される時、ゲート
電極６の下部からドレイン領域９にかけての範囲に高電
界の部分が出来、この高電界に加速された高エネルギー
の電子（ホットエレクトロンｅｈ）が生ずることは良く
知られている。このホットエレクトロンが、水素終端シリコン原子１４
と、水素アニールのためにゲート酸化膜３に残っている
水素Ｈ２と、次式のように反応する。但し、次式におい
て（２Ｓｉ−Ｈ）は水素終端シリコン原子１４を表し、
（２Ｓ　ｉ−）は界面準位シリコン原子７を表している
。（２Ｓ　ｉ　−Ｈ）　＋Ｈ２＋ｅｈ →（２Ｓ　ｉ　−Ｈ）　　＋２Ｈ →（２Ｓｉ　　）＋２Ｈ２この反応の結果、水素終端シリコン原子１４は、界面準
位シリコン原子７に戻されてしまう。そのため、これら
が原因となって、ＭＯＳ型電界効果トランジスタの動作
特性を悪化させる。例えば、闇値電圧を変動させたり、
動作速度を低下させたり、駆動電流を減少させたりする
。本発明は、以上のような問題点を解決することを課題と
するものである。

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本発明のＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタは、少なくともドレイン領域近傍のゲート酸
化膜中に、ハロゲン原子と結合させたシリコン原子を有
せしめることとした。また、そのようなＭＯＳ型電界効果トランジスタを製造
する方法として、ゲート電極形成後に、ハロゲン元素を
含む雰囲気中で熱処理する工程を含むという方法をとっ
た。

【作　　用】

ＭＯＳ型電界効果トランジスタでは、ゲート電極を形成
する際等に、界面準位シリコン原子をゲート酸化膜中に
生ずるが、これを結合力の強いハロゲン原子と結合させ
て終端する。このようにされたシリコン原子は、ホット
エレクトロンによっても、界面準位に復帰させられるこ
とはなく、動作特性を悪化させることがない。また、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを製造するに際し
、ゲート電極形成後にハロゲン元素を含む雰囲気中で熱
処理すると、強力な結合力を持つハロゲン元素をゲート
酸化膜中に拡散させ、界面準位シリコン原子と結合させ
ることが可能となる。

【実　施　例】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第１図は、本発明のＭＯＳ型電界効果トランジスタ及び
その製造方法を示す図である。符号は第２図のものに対
応し、１５は塩素終端シリコン原子である。本発明のＭＯＳ型電界効果トランジスタは、第１図（イ
）、（ロ）５　（ハ）、（ニ）の工程で製造されるので
、以下この工程に沿って、製造方法および構造を説明す
る。（１）第１図（イ）の工程公知の方法で、シリコン基板１に素子分離領域２、ゲー
ト酸化膜３を形成した後、気相成長法により多結晶シリ
コン層４を、膜厚２０００人程度定着膜する。ついで、９５０°ＣのＰＯＣｌ３ガス雰囲気下で約１０
分間熱処理し、多結晶シリコン層４にリンＰを導入する
。その後、スパッタ法によりタングステンシリサイド層
５を、膜厚２０００人程度定着膜する。この工程を終えた段階では、ゲート酸化膜３中に、界面
準位シリコン原子７が存在している。（２）第１図（ロ）の工程公知のフォトリソグラフィ技術とドライエツチング技術
により、多結晶シリコン層４とタングステンシリサイド
層５の不用部分を除去し、ゲート電極６を形成する。（３）第１図（ハ）の工程塩素ガスＣＩ□と酸素０２と窒素Ｎ２との混合ガス雰囲
気下で、約６０分間熱処理する。この熱処理により、塩素がゲート電極６の両側方に位置
するゲート酸化膜３の上面から入り込み、ゲート酸化膜
３中を拡散して行く。そして、ゲート酸化膜３とシリコ
ン基板１との境界付近の界面単位シリコン原子７と結合
する。その結果、結合相手が居なかったシリコン原子の
結合対は塩素で終端され、塩素終端シリコン原子１５と
なる。第１図では、小さなΔ印で表されている。第３図
（ハ）に、その１つを示す。しかし、ゲート酸化膜３における塩素の拡散速度は遅い
ので、ゲート酸化膜３の奥深い部分（即ち、ゲート電極
６の中央部の直下の部分）には、界面準位シリコン原子
７がそのまま残る。（４）第１図（ニ）の工程公知の方法で、ソース領域８．ドレイン領域９゜層間絶
縁膜１０．コンタクトホール１３．アルミニウム配線１
１を形成する。ついで、４５０°Ｃの水素アニールを、約２０分間行う
。水素は、ゲート電極６の中央部の直下に残っている界
面準位シリコン原子７のところまで拡散して行き、それ
と結合して水素終端シリコン原子１４に変える。これで
、僅かに残っていた界面単位シリコン原子７も、不活性
化される。この後、公知の常圧気相成長法により、Ｓｉ酸化膜から
なる表面保護膜が形成される。以上のような方法により製造されたＭＯＳ型電界効果ト
ランジスタでは、ホットエレクトロンの影響を受けるド
レイン近傍のゲート酸化膜３中にあるのは、水素終端シ
リコン原子１４ではなく塩素終端シリコン原子１５であ
る。ところが、塩素原子Ｃ１とシリコン原子Ｓｉとの結合力
は、水素原子Ｈとシリコン原子Ｓｉとの結合力より強力
である。そのため、ホットエレクトロンにより、その結
合が解かれることはない。つまり、結合対は終端されたままなので、電荷を持たな
い。従って、ＭＯＳ型電界効果トランジスタを動作させ
た際、流れて来る電子を散乱させることがなく、動作特
性を悪化させることがない。なお、上側で塩素ＣＩを用いたのは、シリコン原子Ｓｉ
との結合力が水素Ｈの場合より強力であるためであるが
、同様に強力な元素であれば、他の元素を用いてもよい
。そのような元素としては、例えば、フッ素（Ｆり、臭
素（Ｂｒ２）、沃素（Ｉ２）といった他のハロゲン元素
（７族元素）がある。拡散させる際の温度とか時間等は、ホットエレクトロン
によって界面準位シリコン原子７が発生させられる恐れ
がある領域にまで拡散して行けるように、各元素毎に考
慮する。ゲート電極に用いられる材料には、ゲート電極を形成す
る際に、ゲート酸化膜中に界面準位シリコン原子７を発
生させ易い材料とそうでない材料とがある。例えば、強
い応力を生ずる高融点金属。シリサイド　ポリサイド等は、発生させ易い材料である
。このような材料でゲート電極を形成するＭＯＳ型電界
効果トランジスタを、本発明によって製造すれば、ホッ
トエレクトロン耐性を極めて良好にすることが出来る。

【発明の効果】

以上述べた如く、本発明のＭＯＳ型電界効果トランジス
タの製造方法によれば、ハロゲン元素をゲート酸化膜中
に拡散させ、界面準位シリコン原子と結合させることが
出来る。また、そのようにして製造されたＭＯＳ型電界効果トラ
ンジスタでは、ハロゲン原子とシリコン原子との結合力
が強いため、該シリコン原子はホットエレクトロンによ
っても界面準位に復帰させられることがない。そのため
、動作特性が悪化させられることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明のＭＯＳ型電界効果トランジスタ及
びその製造方法を示す図第２図・・・従来のＭＯＳ型電界効果トランジスタ及び
その製造方法を示す図第３図・・・シリコン原子の終端形態の種類を示す同図
において、１はシリコン基板、２は素子分離領域、３は
ゲート酸化膜、４は多結晶シリコン層、５はタングステ
ンシリサイド層、６はデー１−電極、７は界面準位シリ
コン原子、８はソース領域、９はドレイン領域、１０は
層間絶縁膜、１１はアルミニウム配線、１２はエツチン
グ除去部、１３はコンタクトホール、１４は水素終端シ
リコン原子、１５は塩素終端シリコン原子である。特許出願人　　　富士ゼロックス株式会社代理人弁理士
　　本　庄　富　雄

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくともドレイン領域近傍のゲート酸化膜中に
、ハロゲン原子と結合させたシリコン原子を有すること
を特徴とするＭＯＳ型電界効果トランジスタ。
（２）ゲート電極形成後に、ハロゲン元素を含む雰囲気
中で熱処理する工程を含むことを特徴とするＭＯＳ型電
界効果トランジスタの製造方法。