JPH0582777A - Mos型電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
Mos型電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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Abstract
の電気特性がシリコン酸化膜をゲート絶縁膜とした場合
と同じである表面チャネル型p+ ポリシリコンゲートP
MOS型電界効果トランジスタを実現する。 【構成】 ゲート絶縁膜がシリコン窒化膜5とシリコン
酸化膜4との2層構造で、かつシリコン窒化膜5がゲー
ト電極側に位置する。
Description
ジスタ及びその製造方法に関するものである。
のゲート電極としては、従来、N型ドープポリシリコン
が用いられている。しかし、ゲート長の微細化に伴い、
しきい値電圧のゲート長依存性(短チャネル効果)が深
刻な問題となってきている。
スタでは、従来ゲート電極としてN型ドープポリシリコ
ンを用いているために、埋め込みチャネル構造となり、
短チャネル効果が問題となり易い。
型電界効果トランジスタでは、P型ドープポリシリコン
を、NチャネルMOS型電界効果トランジスタでは、N
型ドープポリシリコンを用いたデバイス構造が提案され
ている。
ネルMOS型電界効果トランジスタでP型ドープポリシ
リコンをゲート電極として用いた場合、900℃程度の
熱処理により、ゲート電極中のボロンがゲート酸化膜中
を通り抜け、基板シリコンに到達し、トランジスタのし
きい値電圧を大幅に変化させるという問題があった。
用いることにより、ボロンの突き抜けを抑制できること
が森本らにより、インターナショナル エレクトロン
デバイスイズ ミィーティング(Internatio
nal ElectronDevices Meeti
ng) 1990のTechnical Digest
pp.429〜432に報告されている。
化膜は、ゲート絶縁膜中における窒素の位置がシリコン
酸化膜とシリコン基板との界面に存在するために、デバ
イスの電気特性への影響がある。
ポジウム オン ブイエルエスアイテクノロジー(Sy
mposium on VLSI Technolog
y)pp.131〜132に報告されているように、M
OS型電界効果トランジスタの移動度がシリコン酸化膜
と窒化酸化膜とでは異なり、PMOSFETでは移動度
が減少する。また、シリコン酸化膜に比べて、窒化酸化
膜では界面準位が多いことも報告されている。
を解消しうる新規なMOS型電界効果トランジスタ構
造、並びに当該構造を容易に実現しうる新規な製造方法
を提供することにある。
め、本発明によるMOS型電界効果トランジスタにおい
ては、2層構造のゲート絶縁膜を有するMOS型電界効
果トランジスタであって、2層構造のゲート絶縁膜は、
上下に積層されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜であ
り、シリコン窒化膜は、ゲート電極側に位置するもので
ある。
OS型電界効果トランジスタであって、3層構造のゲー
ト絶縁膜は、上下に積層されたシリコン酸化膜とシリコ
ン窒化膜とシリコン酸化膜であり、シリコン窒化膜は、
ゲート電極とシリコン基板との間でシリコン酸化膜間に
形成されたものである。
ンジスタの製造方法においては、半導体基板上の活性領
域にゲート絶縁膜として、シリコン酸化膜を形成する工
程と、該シリコン酸化膜上に分子ビーム膜堆積法により
シリコン膜を堆積する工程と、該シリコン膜を窒化し、
シリコン窒化膜を形成する工程とを含むものである。
縁膜として、シリコン酸化膜を形成する工程と、該シリ
コン酸化膜上に分子ビーム膜堆積法によりシリコン膜を
堆積する工程と、該シリコン膜を窒化し、シリコン窒化
膜を形成する工程と、該シリコン窒化膜の表面部分を酸
化する工程とを含むものである。
て説明する。本発明によるゲート絶縁膜構造を有するp
+ ポリシリコンゲートPチャネルMOS型電界効果トラ
ンジスタでは、ゲート絶縁膜中にシリコン窒化膜を含む
ために、ボロン突き抜けがほとんど生じない。
は窒化膜がシリコン基板とゲート絶縁膜界面に存在しな
いために、移動度が従来のシリコン酸化膜をゲート絶縁
膜とするトランジスタの移動度とほぼ同じであった。
ジスタの製造方法について説明する。従来、窒化酸化膜
のゲート絶縁膜は、シリコン基板の活性領域を所定の厚
さだけ酸化した後、窒素化合物ガスを用いて、窒化を行
っていた。この方法では窒化膜は酸化膜とシリコン基板
との界面に形成されていた。
所定の厚さだけ酸化した後、オングストロームオーダー
の堆積膜を均一性良く堆積することのできる分子ビーム
膜堆積法により、シリコン膜を均一に所定の厚さだけ堆
積する。
リコン膜を窒化し、酸化膜と窒化膜の2層構造を形成す
る。あるいはさらに、前記窒化膜を酸化することによ
り、酸化膜/窒化膜/酸化膜の3層構造を形成すること
ができる。
する。
項2に述べた本発明のトランジスタ構造のそれぞれの実
施例を示した模式的断面図である。図1のトランジスタ
構造では、ゲート絶縁膜が酸化膜4と窒化膜5の2層構
造、図2のトランジスタ構造では、ゲート絶縁膜は、酸
化膜4/窒化膜5/酸化膜4の3層構造となっている。
図1,図2のトランジスタでは、デバイスの電気特性を
従来構造と同様に保ったまま、ボロン突き抜けを抑制す
ることができた。
項4に述べた本発明によるトランジスタ構造の製造方法
の実施例を示した模式的断面図である。図3(a)は、
シリコン基板1上で、素子分離領域2を形成した後、活
性領域を5nm酸化してシリコン酸化膜4を形成し、さ
らに分子ビーム膜堆積法によりシリコン薄膜7を1nm
堆積した状態を示す。
ガスを用いた1000℃の熱窒化法により、前記シリコ
ン薄膜7をシリコン窒化膜5にした後、ゲートポリシリ
コン膜6を堆積する。
トレジスト工程とドライエッチング工程によりゲート電
極を形成した後、ボロンをイオン注入法により、ゲート
電極とソース、ドレイン領域3に注入する。さらに層間
絶縁膜8を堆積した後、900℃の熱処理を実施し、図
1に示すトランジスタを完成する。
が、ゲート電極側にシリコン窒化膜が位置してシリコン
窒化膜5とシリコン酸化膜4とが上下に積層された2層
構造となる。
分離領域2を形成した後、活性領域を5nm酸化してシ
リコン酸化膜4を形成し、さらに分子ビーム膜堆積法に
よりシリコン薄膜7を1nm堆積した状態を示す。
ガスを用いた1000℃の熱窒化法により、前記シリコ
ン薄膜7をシリコン窒化膜5にした後、さらに酸素雰囲
気中において熱処理を実施し、前記シリコン窒化膜5の
表面部分を再酸化してシリコン酸化膜4とする。
通常のホトレジスト工程とドライエッチング工程により
ゲート電極を形成した後、ボロンをイオン注入法によ
り、図4(c)のようにゲート電極とソース、ドレイン
領域3に注入する。さらに層間絶縁膜8を堆積した後、
900℃の熱処理を実施し、図2に示すトランジスタを
完成する。
膜が、シリコン酸化膜4,4間にシリコン窒化膜5が位
置した3層構造となる。
ンモニアガスを用いたが、酸化窒素ガス(N2 O)も用
いることができる。また、前記実施例ではポリシリコン
をゲート材料としたが、シリサイドとポリシリコンの2
層構造であるポリサイド構造、あるいはソース、ドレイ
ンと同時にゲート電極をシリサイド/ポリシリコン2層
構造とするポリサイド構造もゲート材料として用いるこ
とができる。
有するp+ ポリシリコンゲートPチャネルMOS型電界
効果トランジスタと、シリコン酸化膜をゲート絶縁膜と
する従来構造のp+ ポリシリコンゲートPチャネルMO
S型電界効果トランジスタと、窒化酸化膜(窒化膜がシ
リコン基板とシリコン酸化膜界面に存在するゲート絶縁
膜)をゲート絶縁膜とする構造のp+ ポリシリコンゲー
トPチャネルMOS型電界効果トランジスタのしきい値
電圧の熱処理温度依存性の比較である。
をゲート絶縁膜とするトランジスタとではゲート絶縁膜
中の窒化膜がボロン突き抜けを抑制するためにしきい値
電圧の変動は生じないが、酸化膜をゲート絶縁膜とする
従来構造のトランジスタではボロン突き抜けが生じ、し
きい値電圧の変動が起こる。さらに、図6は、本発明の
構造のトランジスタと、酸化膜をゲート絶縁膜とする従
来構造のトランジスタと、窒化酸化膜をゲート絶縁膜と
するトランジスタの移動度の比較である。
は、従来構造トランジスタとほぼ同じであったが、窒化
酸化膜をゲート絶縁膜とするトランジスタの移動度は他
の構造のトランジスタの移動度よりも減少していた。こ
の結果は、本発明のトランジスタでは、ゲート絶縁膜と
シリコン基板の界面がシリコン酸化膜となっているため
である。
OS型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜として、酸
化膜と窒化膜の2層構造あるいは酸化膜と窒化膜の3層
構造を用いることにより、デバイスの電気特性を従来構
造のトランジスタと同じままで、ボロン突き抜けを抑制
することができる。
膜堆積法を用いて形成することにより、前記ゲート絶縁
膜を制御性良く形成することができる。
の第1の実施例を示す図である。
の第2の実施例を示す図である。
スタの製造方法の第1の実施例を工程順に示す図であ
る。
スタの製造方法の第2の実施例を工程順に示す図であ
る。
リシリコンゲートPチャネルMOS型電界効果トランジ
スタと、シリコン酸化膜をゲート絶縁膜とする従来構造
のp+ ポリシリコンゲートPチャネルMOS型電界効果
トランジスタと、窒化酸化膜をゲート絶縁膜とする構造
のp+ ポリシリコンゲートPチャネルMOS型電界効果
トランジスタのしきい値電圧変動量の熱処理温度依存性
を示す図である。
ト絶縁膜とする従来構造トランジスタと、窒化酸化膜を
ゲート絶縁膜とするトランジスタの移動度を示す図であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 2層構造のゲート絶縁膜を有するMOS
型電界効果トランジスタであって、 2層構造のゲート絶縁膜は、上下に積層されたシリコン
窒化膜とシリコン酸化膜であり、 シリコン窒化膜は、ゲート電極側に位置するものである
ことを特徴とするMOS型電界効果トランジスタ。 - 【請求項2】 3層構造のゲート絶縁膜を有するMOS
型電界効果トランジスタであって、 3層構造のゲート絶縁膜は、上下に積層されたシリコン
酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜であり、 シリコン窒化膜は、ゲート電極とシリコン基板との間で
シリコン酸化膜間に形成されたものであることを特徴と
するMOS型電界効果トランジスタ。 - 【請求項3】 半導体基板上の活性領域にゲート絶縁膜
として、シリコン酸化膜を形成する工程と、 該シリコン酸化膜上に分子ビーム膜堆積法によりシリコ
ン膜を堆積する工程と、 該シリコン膜を窒化し、シリコン窒化膜を形成する工程
と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。 - 【請求項4】 半導体基板上の活性領域にゲート絶縁膜
として、シリコン酸化膜を形成する工程と、 該シリコン酸化膜上に分子ビーム膜堆積法によりシリコ
ン膜を堆積する工程と、 該シリコン膜を窒化し、シリコン窒化膜を形成する工程
と、 該シリコン窒化膜の表面部分を酸化する工程とを含むこ
とを特徴とするMOS型電界効果トランジスタの製造方
法。
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