JPH06151833A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

Info

Publication number
JPH06151833A
JPH06151833A JP4305289A JP30528992A JPH06151833A JP H06151833 A JPH06151833 A JP H06151833A JP 4305289 A JP4305289 A JP 4305289A JP 30528992 A JP30528992 A JP 30528992A JP H06151833 A JPH06151833 A JP H06151833A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
gate oxide
semiconductor
semiconductor substrate
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4305289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Kunikiyo
辰也 國清
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP4305289A priority Critical patent/JPH06151833A/en
Publication of JPH06151833A publication Critical patent/JPH06151833A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51Insulating materials associated therewith
    • H01L29/511Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
    • H01L29/512Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being parallel to the channel plane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/28008Making conductor-insulator-semiconductor electrodes
    • H01L21/28017Making conductor-insulator-semiconductor electrodes the insulator being formed after the semiconductor body, the semiconductor being silicon
    • H01L21/28158Making the insulator
    • H01L21/28167Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation
    • H01L21/28176Making the insulator on single crystalline silicon, e.g. using a liquid, i.e. chemical oxidation with a treatment, e.g. annealing, after the formation of the definitive gate conductor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51Insulating materials associated therewith
    • H01L29/518Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66568Lateral single gate silicon transistors
    • H01L29/66659Lateral single gate silicon transistors with asymmetry in the channel direction, e.g. lateral high-voltage MISFETs with drain offset region, extended drain MISFETs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor device with resistance against deterioration caused by a carrier capturing center and its manufacturing method. CONSTITUTION:A gate oxide film 13 is provided with an ONO film 13b with a large barrier energy for a substrate 1 at areas near drain regions 7b and 10b. The energy barrier suppresses capturing of DAHC by the gate oxide film. A normal oxide film 13a is provided at areas which are not close to the drain regions 7b and 10b. Therefore, the operation speed of a MOS transistor is reduced as compared with a case when the ONO film with a high dielectric constant, is uniformly adopted for the crate oxide film 13, thus suppressing the injection of carriers into the oxide film without reducing the operation speed of a semiconductor device.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置およびその
製造方法に関し、特にホットキャリアによる劣化を防止
する技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique for preventing deterioration due to hot carriers.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS(Metal Oxide Se
miconductor)トランジスタは、図15に示
すようにN- ソース/ドレイン領域7、N+ ソース/ド
レイン領域10、ゲート酸化膜4とゲート5電極から構
成されている。かかる構造を得るための製造工程を、図
12乃至図15に工程順に示す。
2. Description of the Related Art MOS (Metal Oxide Se)
As shown in FIG. 15, the transistor is composed of an N source / drain region 7, an N + source / drain region 10, a gate oxide film 4 and a gate 5 electrode. A manufacturing process for obtaining such a structure is shown in FIGS.

【0003】図12に示すようにまず、半導体基板1に
LOCOS酸化膜2を形成した後、チャネルイオン注入
3を行う。そして図13に示すようにゲート酸化膜4を
形成した後、図14に示すようにポリシリコンを堆積
し、パターニングしてゲート電極5を形成し、N- イオ
ン注入6を行って、N- ソース/ドレイン領域7を形成
する。つぎにサイドウォール膜8を形成し、N+ イオン
注入9をおこなってN+ソース/ドレイン領域10を形
成し、n形MOSFETの基本構造ができあがる(図1
5)。
As shown in FIG. 12, first, a LOCOS oxide film 2 is formed on a semiconductor substrate 1, and then channel ion implantation 3 is performed. Then, after forming the gate oxide film 4 as shown in FIG. 13, polysilicon is deposited and patterned as shown in FIG. 14 to form a gate electrode 5, and N ion implantation 6 is performed to form an N source. / Drain region 7 is formed. Next, a side wall film 8 is formed, N + ion implantation 9 is performed to form N + source / drain regions 10, and a basic structure of an n-type MOSFET is completed (FIG. 1).
5).

【0004】高密度の集積回路を実現するために素子の
微細化が行われている一方で、素子の動作電圧はTTL
(Transistor−Transistor Lo
gic)レベル(5Vあるいは3.3V)に固定されて
いるので、ゲート酸化膜4あるいは半導体基板1中の電
界は、素子の微細化にともなって実効的に大きくなって
いる。
While devices are being miniaturized in order to realize high-density integrated circuits, the operating voltage of the devices is TTL.
(Transistor-Transistor Lo
Since the electric field in the gate oxide film 4 or the semiconductor substrate 1 is effectively increased with the miniaturization of the device, the electric field is effectively increased.

【0005】そのため、ゲート酸化膜4下の基板中を走
行するキャリア(電子または正孔)は電界により加速さ
れて高いエネルギーをもち、一部はチャネル走行中に基
板/酸化膜界面のエネルギー障壁を乗り越えてゲート酸
化膜4中の捕獲中心で捕獲される。この種のキャリアは
CHE(Channel Hot Electron)
と呼ばれている。
Therefore, carriers (electrons or holes) traveling in the substrate below the gate oxide film 4 are accelerated by the electric field and have high energy, and some of them act as an energy barrier at the substrate / oxide film interface during channel traveling. It gets over and is captured by the capture center in the gate oxide film 4. This type of carrier is CHE (Channel Hot Electron)
It is called.

【0006】この他にもN+ ドレイン10に到達した高
エネルギーをもつキャリアが不純物原子と衝突して新た
に電子−正孔対を生成させ、この一部が半導体基板1と
ゲート酸化膜4の界面のエネルギー障壁を乗り越えてゲ
ート酸化膜4中の捕獲中心で捕獲される。この種のキャ
リアはDAHC(Drain AvalancheHo
t Carrier)と呼ばれる。
In addition to this, carriers having a high energy that have reached the N + drain 10 collide with impurity atoms to newly generate electron-hole pairs, and a part of them is formed in the semiconductor substrate 1 and the gate oxide film 4. It is trapped at the trap center in the gate oxide film 4 by overcoming the energy barrier at the interface. This type of carrier is DAHC (Drain Avalanche Ho)
t Carrier).

【0007】図16は、上記の捕獲中心11の他、ゲー
ト酸化膜4中に存在する界面準位12、界面固定電荷1
3や可動イオン14の様子を示したものである。半導体
基板1がシリコンで、ゲート酸化膜4がシリコン酸化膜
で形成されている場合、界面準位12の存在する原因
は、ひずんだSi−O結合あるいはシリコンの不飽和結
In FIG. 16, in addition to the trap center 11 described above, an interface level 12 existing in the gate oxide film 4 and an interface fixed charge 1 are present.
3 and mobile ions 14. When the semiconductor substrate 1 is made of silicon and the gate oxide film 4 is made of a silicon oxide film, the cause of the presence of the interface state 12 is the distorted Si—O bond or unsaturated bond of silicon.

【0008】[0008]

【化1】 [Chemical 1]

【0009】である。可動イオン14はナトリウムイオ
ン(Na+ )やカリウムイオン(K+)等のアルカリ性
イオンであり、電荷Qm を有する。これらのイオンの有
する電荷はMOSトランジスタの電気特性に影響を与え
る。
[0009] The mobile ion 14 is an alkaline ion such as sodium ion (Na + ) or potassium ion (K + ) and has a charge Q m . The charges possessed by these ions affect the electrical characteristics of the MOS transistor.

【0010】MOSトランジスタの電気特性は三極管領
域では数1で与えられる。
The electrical characteristics of the MOS transistor are given by the equation 1 in the triode region.

【0011】[0011]

【数1】 [Equation 1]

【0012】ここで、ID はドレイン電流、Wはゲート
幅、Lはゲート長、μは易動度、COXはゲート容量、V
G はゲート電圧、VT はゲートしきい値電圧、VD はド
レイン電圧である。
Where I D is drain current, W is gate width, L is gate length, μ is mobility, C OX is gate capacitance, and V is
G is the gate voltage, V T is the gate threshold voltage, and V D is the drain voltage.

【0013】図17はドレイン電流ID のゲート電圧V
G に対する依存性(ID −VG 特性)を示したグラフで
ある。界面順位12、界面固定電荷13、可動イオン1
4が存在しない場合の基本特性は曲線15に示されるよ
うになる。
FIG. 17 shows the gate voltage V of the drain current I D.
It is a graph showing dependence on G a (I D -V G characteristics). Interface order 12, interface fixed charge 13, mobile ion 1
The basic characteristic when 4 is not present is as shown in the curve 15.

【0014】n型MOSトランジスタの場合、界面固定
電荷13(電荷量QO )が発生すると、この電荷から出
る電束の影響をうけてゲートしきい値電圧VT は、QO
/COX分だけ低下する。したがって、ID −VG 特性は
図17の曲線16のように、曲線15で表される基本特
性に比べ、ゲート電圧の負のほうにシフトする。
In the case of an n-type MOS transistor, when the interface fixed charge 13 (charge amount Q O ) is generated, the gate threshold voltage V T is affected by the electric flux generated from this charge and the gate threshold voltage V T is Q O.
/ It decreases by C OX . Therefore, the I D -V G characteristic shifts to the negative side of the gate voltage, as shown by the curve 16 in FIG. 17, compared to the basic characteristic represented by the curve 15.

【0015】また、界面準位12が生じると、これが自
由キャリアの一部を捕獲して自由に動き得る電荷量が減
少するため、ID −VG 特性は図17の曲線17のよう
に、曲線15で表される基本特性に比べ、相互コンダク
タンスが低下する。
When the interface level 12 is generated, it traps a part of free carriers and reduces the amount of charge that can move freely. Therefore, the I D -V G characteristic is as shown by the curve 17 in FIG. The mutual conductance is lower than the basic characteristic represented by the curve 15.

【0016】ゲート酸化膜4中では、電荷が厚さ方向に
分布ρ(x)をもっているので、ゲートしきい値電圧V
T はつぎのようになる。
In the gate oxide film 4, since the charge has a distribution ρ (x) in the thickness direction, the gate threshold voltage V
T becomes

【0017】[0017]

【数2】 [Equation 2]

【0018】ここでφMSは半導体と金属との仕事関数の
差、toxはゲート酸化膜4の厚さ、QD は反転層の電荷
量、QB は空乏層の電荷量、COXはゲート酸化膜4の作
る容量の大きさ、φF はフェルミポテンシャルである。
捕獲中心11がゲート酸化膜4中にある場合、半導体祈
願1とゲート酸化膜4との界面のエネルギー障壁を越え
た電子が捕獲中心11に捕獲されると、捕獲中心11は
負に荷電した状態になり(電荷量Qt )、ゲートしきい
値電圧VT は数2にしたがって変動する。
Here, φ MS is the work function difference between the semiconductor and the metal, tox is the thickness of the gate oxide film 4, Q D is the charge amount of the inversion layer, Q B is the charge amount of the depletion layer, and C OX is The size of the capacitance formed by the gate oxide film 4, φ F, is the Fermi potential.
When the trap center 11 is in the gate oxide film 4, the trap center 11 is in a negatively charged state when the electrons that have crossed the energy barrier at the interface between the semiconductor prayer 1 and the gate oxide film 4 are trapped by the trap center 11. (Charge amount Q t ), the gate threshold voltage V T fluctuates according to equation 2.

【0019】半導体基板1がシリコンで、ゲート酸化膜
4がシリコン酸化膜で、それぞれ形成されている場合に
は、捕獲中心11は、水分に起因する捕獲中心、高温熱
処理による捕獲中心、酸化膜中へのキャリア注入により
生成される捕獲中心等であることがが知られている。以
下、シリコンとシリコン酸化膜とに関して説明する。
When the semiconductor substrate 1 is made of silicon and the gate oxide film 4 is made of a silicon oxide film, the trap center 11 is a trap center caused by moisture, a trap center by high temperature heat treatment, and in the oxide film. It is known to be a trapping center or the like generated by carrier injection into. The silicon and the silicon oxide film will be described below.

【0020】まず、水分に起因する捕獲中心であるが、
酸化膜中の水分(H2 O)は高温で(Si−O−Si)
と反応して、SiOH(シラノール)やSiHなどの構
造欠陥を生成する。このうち、SiOHは電子に対する
捕獲中心11として作用するが、SiHはキャリアの捕
獲中心にはならないと報告されている。SiOHの捕獲
中心は1000℃以上の非酸化性雰囲気で熱処理すると
顕著に減少することが報告されている。
First, regarding the trapping center caused by water,
Moisture (H 2 O) in the oxide film is high temperature (Si-O-Si)
Reacts with to generate structural defects such as SiOH (silanol) and SiH. Among them, it is reported that SiOH acts as a trap center 11 for electrons, but SiH does not serve as a trap center for carriers. It has been reported that the capture center of SiOH is remarkably reduced when heat-treated in a non-oxidizing atmosphere at 1000 ° C. or higher.

【0021】また、シリコンウエハ上のMOSトランジ
スタの通常の製造工程では、ゲート酸化膜4の形成後に
高温でポリシリコンを堆積するので、水分に起因する捕
獲中心はほとんど消滅すると考えられる。
In addition, in a normal manufacturing process of a MOS transistor on a silicon wafer, since the polysilicon is deposited at a high temperature after the gate oxide film 4 is formed, it is considered that the trap centers due to the water almost disappear.

【0022】一方、高温熱処理による捕獲中心について
であるが、シリコン酸化膜中のOH基や酸素イオンが抜
けたあとに、シリコン原子の不飽和結合(化1)や酸素
空位
On the other hand, regarding the trap center by the high temperature heat treatment, after the OH groups and oxygen ions in the silicon oxide film are eliminated, unsaturated bonds (chemical formula 1) and oxygen vacancies of silicon atoms are generated.

【0023】[0023]

【化2】 [Chemical 2]

【0024】による構造欠陥が生成される。この構造欠
陥は、電子に対する捕獲中心11として作用する。
A structural defect due to is generated. This structural defect acts as a trap center 11 for electrons.

【0025】このほか、高温熱処理による捕獲中心とし
ては、シリコン基板とシリコン酸化膜との界面付近に存
在するひずんだSi−O結合による捕獲中心がある。こ
の捕獲中心は正孔に対して作用する。高温熱処理による
捕獲中心は、非酸化性雰囲気中で高温熱処理するとその
密度が増加する。
In addition, as the trapping center by the high temperature heat treatment, there is a trapping center by the distorted Si—O bond existing near the interface between the silicon substrate and the silicon oxide film. This trapping center acts on holes. The trap centers formed by the high temperature heat treatment increase in density when the high temperature heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere.

【0026】次に、酸化膜中へのキャリア注入により生
成される捕獲中心についてであるが、このような注入に
よって、不飽和シリコン原子が界面付近に増加すること
がXPS(X−ray Photoemission
Spectroscopy)の測定で明らかになってい
る。
Next, regarding the trap center generated by carrier injection into the oxide film, it is possible to increase the number of unsaturated silicon atoms near the interface by such injection, which is XPS (X-ray Photoemission).
It has been revealed by the measurement of Spectroscopy).

【0027】従来のMOSトランジスタ製造工程におい
て、ゲート酸化膜4の形成前に水素雰囲気で熱処理する
ことにより、界面準位12と界面固定電荷13を大幅に
減少させることが知られている。この処理により、MO
Sトランジスタの初期の動作は界面準位12や界面固定
電荷13の影響から免れてゲート電極5により制御可能
となり、ウエハ内でのゲートしきい値電圧VT のばらつ
きは小さくなる。しかし、ホットキャリアがゲート酸化
膜4に注入されると,半導体基板1とゲート酸化膜4と
の界面付近に不飽和シリコン原子が生成される。これを
放置しておくと、時間の経過につれてゲートしきい値電
圧VT が変動し、誤動作の原因になる。
In the conventional MOS transistor manufacturing process, it is known that the interface state 12 and the interface fixed charge 13 are greatly reduced by heat treatment in a hydrogen atmosphere before forming the gate oxide film 4. By this process, MO
The initial operation of the S-transistor can be controlled by the gate electrode 5 without being affected by the interface level 12 and the interface fixed charge 13, and the variation of the gate threshold voltage V T within the wafer is reduced. However, when hot carriers are injected into the gate oxide film 4, unsaturated silicon atoms are generated near the interface between the semiconductor substrate 1 and the gate oxide film 4. If this is left as it is, the gate threshold voltage V T fluctuates with the passage of time, which causes a malfunction.

【0028】また、従来のフラッシュEEPROM(E
lectrically−Erasable and
Programmable ROM)では、図18に示
すようにゲート酸化膜18内にフローティングゲート1
9とコントロールゲート20が形成されている。ゲート
酸化膜18に一様なSiO2 膜を用いると、データ消去
時のフローティングゲート19−ソース領域21間のF
N(Fowler−Nordheim)トンネル電流に
よるゲート酸化膜14の劣化が生じる。
In addition, the conventional flash EEPROM (E
electrically-Erasable and
In the programmable ROM), the floating gate 1 is formed in the gate oxide film 18 as shown in FIG.
9 and a control gate 20 are formed. If a uniform SiO 2 film is used for the gate oxide film 18, F between the floating gate 19 and the source region 21 at the time of erasing data is used.
The gate oxide film 14 is deteriorated by an N (Fowler-Nordheim) tunnel current.

【0029】[0029]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置およ
びその製造方法は以上のように構成されており、素子が
微細化すると半導体基板内の電界が高くなり、キャリア
が電界により加速されて高エネルギーを得て、半導体基
板/ゲート酸化膜のエネルギー障壁を越え、半導体基板
/酸化膜界面付近に不飽和シリコン原子によるキャリア
の捕獲中心が新たに形成され、これが半導体装置の動作
の劣化につながるという問題点があった。
The conventional semiconductor device and the method of manufacturing the same are configured as described above. When the element is miniaturized, the electric field in the semiconductor substrate becomes high, and the carriers are accelerated by the electric field, so that high energy is generated. As a result, a trapping center for carriers due to unsaturated silicon atoms is newly formed near the semiconductor substrate / gate oxide film energy barrier and near the semiconductor substrate / oxide film interface, which leads to deterioration of the operation of the semiconductor device. There was a point.

【0030】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、長時間動作させても酸化膜への
キャリアの注入がなく、半導体基板/酸化膜界面付近の
不飽和原子が生成されることに起因する動作の劣化を回
避できる、半導体装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and even if it is operated for a long time, carriers are not injected into the oxide film, and unsaturated atoms near the semiconductor substrate / oxide film interface remain. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, which can avoid deterioration of operation due to generation.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】この発明にかる半導体装
置は、半導体基板と、半導体基板の上面において互いに
離れて形成された第1及び第2の半導体層と、半導体基
板の上面の内、少なくとも第1及び第2の半導体層が挟
む部分の上に形成されたゲート酸化膜と、ゲート酸化膜
を介して半導体基板に対峙するゲート電極と、を備え
る。そして、ゲート酸化膜が半導体基板の上面と成すエ
ネルギー障壁は、少なくとも第1の半導体層近傍におい
て高められている。
A semiconductor device according to the present invention includes at least a semiconductor substrate, first and second semiconductor layers formed on the upper surface of the semiconductor substrate and spaced apart from each other, and at least the upper surface of the semiconductor substrate. A gate oxide film formed on a portion sandwiched between the first and second semiconductor layers and a gate electrode facing the semiconductor substrate via the gate oxide film are provided. The energy barrier formed by the gate oxide film and the upper surface of the semiconductor substrate is increased at least in the vicinity of the first semiconductor layer.

【0032】望ましくは、ゲート酸化膜は、少なくとも
第1の半導体層近傍において形成され、エネルギー障壁
が比較的高く、比較的誘電率の高い第1の膜と、第1の
半導体層と第2の半導体層の中間付近に形成され、エネ
ルギー障壁が比較的低く、比較的誘電率の低い第2の膜
と、を備える。
Preferably, the gate oxide film is formed at least in the vicinity of the first semiconductor layer, has a relatively high energy barrier and a relatively high dielectric constant, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A second film which is formed near the middle of the semiconductor layer and has a relatively low energy barrier and a relatively low dielectric constant.

【0033】更に望ましくは、第1の膜は第2半導体層
近傍においても形成される。
More preferably, the first film is also formed in the vicinity of the second semiconductor layer.

【0034】あるいは、第1の膜は実質的にONO(O
xide−Nitride−Oxide)膜からなる。
Alternatively, the first film is substantially ONO (O
xide-Nitride-Oxide) film.

【0035】この発明にかかる半導体装置の製造方法の
第1の態様は、(a)半導体基板の上面において互いに
離れて形成された第1及び第2の半導体層を形成する工
程と、(b)半導体基板の上面の内、少なくとも第1及
び第2の半導体層が挟む部分の上に形成されたゲート酸
化膜を形成する工程と、(c)ゲート酸化膜の内、少な
くとも第1半導体層近傍においてイオン注入により不純
物を選択的に導入する工程と、(d)ゲート酸化膜を介
して半導体基板に対峙するゲート電極を形成する工程
と、を備える。
The first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is: (a) a step of forming first and second semiconductor layers formed apart from each other on the upper surface of the semiconductor substrate; and (b) A step of forming a gate oxide film formed on at least a portion sandwiched by the first and second semiconductor layers on the upper surface of the semiconductor substrate; and (c) at least in the vicinity of the first semiconductor layer of the gate oxide film. The method includes the steps of selectively introducing impurities by ion implantation, and (d) forming a gate electrode facing the semiconductor substrate via the gate oxide film.

【0036】望ましくは不純物は窒素、燐、砒素の内の
少なくとも一つを含む。
Desirably, the impurities include at least one of nitrogen, phosphorus and arsenic.

【0037】あるいは、この発明にかかる半導体装置の
製造方法の第2の態様として、半導体装置の製造方法の
第1の態様における工程(c)の代わりに、窒素と酸素
を含む気体を用いてゲート酸化膜の両端を窒化酸化する
工程を備えてもよい。
Alternatively, as a second aspect of the method for producing a semiconductor device according to the present invention, a gate containing nitrogen and oxygen is used instead of the step (c) in the first aspect of the method for producing a semiconductor device. A step of nitriding and oxidizing both ends of the oxide film may be provided.

【0038】この発明にかかる半導体装置の製造方法の
第3の態様は、半導体基板において、複数のMOS構造
素子を形成する半導体装置の製造方法である。そして、
(a)半導体基板の上面上にゲート酸化膜を形成する工
程と、(b)ゲート酸化膜において膜厚が局所的に厚く
なっている領域に対して不純物をイオン注入する工程
と、を備える。
A third aspect of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device in which a plurality of MOS structure elements are formed on a semiconductor substrate. And
The method includes (a) a step of forming a gate oxide film on the upper surface of a semiconductor substrate, and (b) a step of ion-implanting an impurity into a region where the film thickness is locally thick in the gate oxide film.

【0039】[0039]

【作用】この発明にかかる半導体装置におけるゲート酸
化膜は、第1の半導体層近傍において、ゲート酸化膜が
半導体基板の上面と成すエネルギー障壁を高めてCH
E、DAHCの発生を抑制する。ONO膜は、このエネ
ルギー障壁を高める。
In the semiconductor device according to the present invention, the gate oxide film enhances the energy barrier formed by the gate oxide film and the upper surface of the semiconductor substrate in the vicinity of the first semiconductor layer, thereby improving CH.
Suppresses the generation of E and DAHC. The ONO film raises this energy barrier.

【0040】エネルギー障壁を高めて誘電率が高くなる
ことに起因する半導体装置の性能劣化を回避するため、
第2の膜はその誘電率を低く形成している。第1の膜は
第1の半導体層近傍のみならず、第2の半導体層近傍に
も形成することによって、素子の使用を容易にする。
In order to avoid the performance deterioration of the semiconductor device caused by increasing the energy barrier and increasing the dielectric constant,
The second film has a low dielectric constant. By forming the first film not only in the vicinity of the first semiconductor layer but also in the vicinity of the second semiconductor layer, the device can be easily used.

【0041】この発明にかかる半導体装置の製造方法の
第1の態様における選択的なイオン注入は、ゲート酸化
膜の一部においてエネルギー障壁を高くすることができ
る。
The selective ion implantation in the first aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can raise the energy barrier in a part of the gate oxide film.

【0042】この発明にかかる半導体装置の製造方法の
第2の態様における窒素と酸素を含む気体による窒化酸
化は、更に欠陥の導入を抑制する。
Nitrogen oxidation using a gas containing nitrogen and oxygen in the second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention further suppresses the introduction of defects.

【0043】また、この発明にかかる半導体装置の製造
方法の第3の態様において、イオン注入は、ゲート酸化
膜の成す容量を均一にする。
Further, in the third aspect of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the ion implantation makes the capacitance formed by the gate oxide film uniform.

【0044】[0044]

【実施例】【Example】

第1実施例.図1に本発明の第1実施例であるMOSト
ランジスタの断面図を示す。シリコン基板1の上面内に
- ソース領域7a、N+ ソース領域10a、N- ドレ
イン領域7b及びN+ ドレイン領域10bを形成してい
る。N- ソース領域7aとN- ドレイン領域7bに跨が
るようにして、シリコン基板1の上面上にはゲート酸化
膜13が形成されている。ゲート酸化膜13上にはゲー
ト電極5が、またこれらの横にはサイドウォール8が、
それぞれ形成されている。
First embodiment. FIG. 1 shows a sectional view of a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention. In the upper surface of the silicon substrate 1, an N source region 7a, an N + source region 10a, an N drain region 7b and an N + drain region 10b are formed. A gate oxide film 13 is formed on the upper surface of silicon substrate 1 so as to extend over N source region 7a and N drain region 7b. The gate electrode 5 is formed on the gate oxide film 13, and the sidewall 8 is formed beside them.
Each is formed.

【0045】ONO(Oxide−Nitride−O
xide)膜はSiO2 膜に比べ、電子および正孔に対
するエネルギー障壁が高い。したがってゲート酸化膜1
3にONO膜を用いると、ドレイン領域近傍でのDAH
Cのゲート酸化膜13への注入は、ゲート酸化膜13に
SiO2 膜を用いた場合と比較して起こりにくく、ゲー
ト酸化膜13の劣化が抑制される。
ONO (Oxide-Nitride-O
The xide) film has a higher energy barrier against electrons and holes than the SiO 2 film. Therefore, the gate oxide film 1
If an ONO film is used for 3, DAH near the drain region
Implantation of C into the gate oxide film 13 is less likely to occur as compared with the case where a SiO 2 film is used for the gate oxide film 13, and deterioration of the gate oxide film 13 is suppressed.

【0046】その一方、ONO膜はSiO2 膜に比べ、
誘電率が大きい。したがってゲート酸化膜13を一様な
ONO膜で構成すると、MOSトランジスタの動作速度
が遅くなってしまう。
[0046] On the other hand, ONO film is compared to the SiO 2 film,
High dielectric constant. Therefore, if the gate oxide film 13 is made of a uniform ONO film, the operating speed of the MOS transistor becomes slow.

【0047】このため、本実施例ではMOSトランジス
タにおいて、DAHCのゲート酸化膜13への注入を抑
制するためにN- ドレイン領域7b近傍においてはゲー
ト酸化膜13の一部13bをONO膜で構成している。
そしてMOSトランジスタの動作速度を劣化させないた
めに、ゲート酸化膜13の他の部分13aをSiO2
で形成している。
Therefore, in this embodiment, in the MOS transistor, in order to suppress the injection of DAHC into the gate oxide film 13, a part 13b of the gate oxide film 13 is formed of an ONO film in the vicinity of the N drain region 7b. ing.
Then, in order to prevent the operating speed of the MOS transistor from deteriorating, the other portion 13a of the gate oxide film 13 is formed of a SiO 2 film.

【0048】このように構成することにより、更に利点
が生じる。ONO膜は、SiO2 膜に比べ誘電率が大き
いため、N- ドレイン領域7b付近で生じるピンチオフ
点付近での電荷量が、ゲート酸化膜の一部13bとして
SiO2 膜を用いた場合よりも大きくなる。このためド
レイン電流および電流駆動率が大きくなる。
With this structure, further advantages are produced. Since the ONO film has a larger dielectric constant than the SiO 2 film, the amount of charges near the pinch-off point generated near the N drain region 7b is larger than that when the SiO 2 film is used as the part 13b of the gate oxide film. Become. For this reason, the drain current and the current drive ratio increase.

【0049】第2実施例.図2は本発明の第2実施例で
あるフラッシュEEPROMのセルトランジスタの断面
図である。半導体基板1の上面内にソース領域21、ド
レイン領域22をそれぞれ形成し、ソース領域21から
ドレイン領域22にかけてゲート酸化膜18を半導体基
板1の上面上に形成している。そしてゲート酸化膜18
の内部には、フローティングゲート19とコントロール
ゲート20が形成されている。
Second embodiment. FIG. 2 is a sectional view of a cell transistor of a flash EEPROM which is a second embodiment of the present invention. A source region 21 and a drain region 22 are formed in the upper surface of the semiconductor substrate 1, and a gate oxide film 18 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 from the source region 21 to the drain region 22. And the gate oxide film 18
A floating gate 19 and a control gate 20 are formed inside.

【0050】この実施例では、ソース領域21の近傍に
おいてゲート酸化膜18をONO膜18aで構成し、そ
の他の部分においてゲート酸化膜18をSiO2 膜18
bで構成している。このため、データ消去時のソース領
域21−フローティングゲート19間でのFNトンネル
電流による劣化は、ゲート酸化膜18をSiO2 膜のみ
で構成した場合よりも抑制される。
In this embodiment, the gate oxide film 18 is formed of the ONO film 18a near the source region 21, and the gate oxide film 18 is formed of the SiO 2 film 18 in other portions.
It consists of b. Therefore, the deterioration due to the FN tunnel current between the source region 21 and the floating gate 19 at the time of erasing data is suppressed as compared with the case where the gate oxide film 18 is composed of only the SiO 2 film.

【0051】もしゲート酸化膜18を横方向に一様なO
NO膜で構成すると、データ書き込み時のフローティン
グゲート19−ドレイン領域22間のDAHC注入電流
が流れにくくなり、ゲート酸化膜18をSiO2 膜で構
成した場合と比べて書き込み効率は悪くなる。また、O
NO膜はSiO2 膜に比べ、誘電率が大きいため、フロ
ーティングゲート19−半導体基板1間の容量が大きく
なって動作速度が遅くなる。
If the gate oxide film 18 has a uniform O
The NO film makes it difficult for the DAHC injection current to flow between the floating gate 19 and the drain region 22 at the time of writing data, and the writing efficiency becomes worse than that when the gate oxide film 18 is made of the SiO 2 film. Also, O
Since the NO film has a larger dielectric constant than the SiO 2 film, the capacitance between the floating gate 19 and the semiconductor substrate 1 becomes large, and the operation speed becomes slow.

【0052】このため、ソース領域21の近傍において
のみゲート酸化膜18をONO膜18aで構成し、その
他の部分、例えばドレイン領域22近傍はSiO2 膜1
8bで構成している。
Therefore, the gate oxide film 18 is formed of the ONO film 18a only in the vicinity of the source region 21, and the SiO 2 film 1 is formed in other portions, for example, in the vicinity of the drain region 22.
It is composed of 8b.

【0053】つまり、データ書き込み時のドレイン領域
22−フローティングゲート19間のCHEおよびDA
HCの注入阻害を回避して書き込み効率の低下を抑制し
つつ、データ消去時のソース領域21−フローティング
ゲート19間でのFNトンネル電流による劣化を抑制す
ることができる。
That is, CHE and DA between the drain region 22 and the floating gate 19 during data writing.
It is possible to prevent the HC injection from being hindered and suppress the deterioration of the writing efficiency, while suppressing the deterioration due to the FN tunnel current between the source region 21 and the floating gate 19 at the time of data erasing.

【0054】第3実施例.図3乃至図6に、本発明の第
3実施例である半導体装置の製造方法を示す。まず図3
に示すように、半導体基板1の上主面に酸化膜4aとポ
リシリコン膜5aを形成する。例えば酸化膜4aは7n
mの膜厚で、ポリシリコン膜5aは350nmの膜厚
で、それぞれ形成される。次に図4に示すように、酸化
膜4aとポリシリコン膜5aをパターニングし、それぞ
れからゲート酸化膜4、ゲート電極5が形成される。
Third Embodiment. 3 to 6 show a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. First, Fig. 3
As shown in, an oxide film 4a and a polysilicon film 5a are formed on the upper main surface of the semiconductor substrate 1. For example, the oxide film 4a is 7n
The polysilicon film 5a is formed to have a thickness of m, and the polysilicon film 5a is formed to have a thickness of 350 nm. Next, as shown in FIG. 4, the oxide film 4a and the polysilicon film 5a are patterned to form a gate oxide film 4 and a gate electrode 5 respectively.

【0055】そして図5に示すように、半導体基板1に
おいて将来ソース領域が形成されるべき部分からゲート
電極5の上面にかけてをレジスト11で被覆する。半導
体基板1において将来ドレイン領域が形成される付近の
ゲート酸化膜4(ドレイン端)、ゲート電極5はレジス
ト11で被覆されない。この後、例えば窒素イオンをエ
ネルギー10keV、ドーズ量2.0×1013/c
2 、入射角45°で斜め注入し、ゲート酸化膜4のド
レイン端に窒素イオンを導入する。
Then, as shown in FIG. 5, a portion of the semiconductor substrate 1 where a source region is to be formed in the future and the upper surface of the gate electrode 5 are covered with a resist 11. The gate oxide film 4 (drain end) and the gate electrode 5 near the future formation of the drain region in the semiconductor substrate 1 are not covered with the resist 11. After this, for example, nitrogen ions are applied with an energy of 10 keV and a dose of 2.0 × 10 13 / c.
Diagonal implantation is performed at m 2 and an incident angle of 45 ° to introduce nitrogen ions into the drain end of the gate oxide film 4.

【0056】この後レジスト11を除去し、熱処理する
ことによりゲート酸化膜4のドレイン端にはONO膜1
3bが形成される。ドレイン端以外のゲート酸化膜はそ
のまま残置され、ゲート酸化膜の一部13aとなる(図
6)。
After that, the resist 11 is removed and a heat treatment is carried out, so that the ONO film 1 is formed on the drain end of the gate oxide film 4.
3b is formed. The gate oxide film other than the drain end is left as it is and becomes a part 13a of the gate oxide film (FIG. 6).

【0057】このような工程より、横方向に誘電率が一
様でないゲート酸化膜13が形成される。イオン注入に
よりゲート酸化膜4に選択的にその他のイオン、例えば
燐、砒素のイオンを注入しても同様の効果が得られる。
Through these steps, the gate oxide film 13 having a non-uniform dielectric constant in the lateral direction is formed. The same effect can be obtained by selectively implanting other ions such as phosphorus and arsenic ions into the gate oxide film 4 by ion implantation.

【0058】この後、公知の技術によって、N- ソース
領域7a、N+ ソース領域10a、N- ドレイン領域7
b及びN+ ドレイン領域10b等を形成することによ
り、図1に示される第1実施例のMOSトランジスタを
得ることができる。
After that, the N source region 7a, the N + source region 10a, and the N drain region 7 are formed by a known technique.
By forming the b and N + drain regions 10b and the like, the MOS transistor of the first embodiment shown in FIG. 1 can be obtained.

【0059】あるいは、ソース領域21、ドレイン領域
22、フローティングゲート19、コントロールゲート
20等を形成することにより、図2に示される第2実施
例のフラッシュEEPROMのセルトランジスタを得る
ことができる。
Alternatively, by forming the source region 21, the drain region 22, the floating gate 19, the control gate 20, etc., the cell transistor of the flash EEPROM of the second embodiment shown in FIG. 2 can be obtained.

【0060】第4実施例.図7乃至図9に、本発明の第
4実施例である半導体装置の製造方法を示す。第3実施
例では、ゲート酸化膜4中に窒素イオンをイオン注入に
より導入するため、ゲート酸化膜4中にキャリアの捕獲
中心となる欠陥が大量に導入されるという問題点があ
る。この実施例ではこれを回避するために、ガスによる
窒化酸化を行う。
Fourth Embodiment. 7 to 9 show a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. In the third embodiment, since nitrogen ions are introduced into the gate oxide film 4 by ion implantation, there is a problem in that a large number of defects that become carrier trapping centers are introduced into the gate oxide film 4. In this embodiment, in order to avoid this, nitriding oxidation by gas is performed.

【0061】まず、ポリシリコンによってゲート電極5
を形成した後(図7)、サイドウォール形成時に炉の中
で窒素ガス、酸素ガスを流す。これにより、ゲート酸化
膜4の両端が窒化酸化され、ゲート酸化膜13の両端に
ONO膜13bが形成され、その他は酸化膜13aとし
て残置する。ここで「窒化酸化」とは、窒化及び酸化が
同時、もしくは交互に行われることを指す。例えばゲー
ト酸化膜13の形成において酸素ガス、窒素ガス、酸素
ガスの順にガスが導入されるが、これらはそれぞれ窒素
ガス、酸素ガス、窒素ガスを含んでも含まなくてもよ
い。
First, the gate electrode 5 is made of polysilicon.
After forming (FIG. 7), nitrogen gas and oxygen gas are caused to flow in the furnace at the time of forming the sidewall. As a result, both ends of the gate oxide film 4 are nitrided and oxidized, ONO films 13b are formed on both ends of the gate oxide film 13, and the others are left as the oxide film 13a. Here, "nitridation and oxidation" means that nitridation and oxidation are performed simultaneously or alternately. For example, in forming the gate oxide film 13, oxygen gas, nitrogen gas, and oxygen gas are introduced in this order, but these may or may not include nitrogen gas, oxygen gas, and nitrogen gas, respectively.

【0062】こののち、例えば、TEOS(Tetra
Ethoxy Silane)を流して酸化膜8aを
堆積させる(図8)。
After this, for example, TEOS (Tetra
Ethoxy Silane) is flown to deposit the oxide film 8a (FIG. 8).

【0063】更に図9に示すように、RIEによって異
方性エッチングすると、両端にONO膜13bを備える
ゲート酸化膜13と、底面にONO膜13bを備えるサ
イドウォール8が形成される。
Further, as shown in FIG. 9, by anisotropic etching by RIE, the gate oxide film 13 having the ONO films 13b at both ends and the sidewall 8 having the ONO film 13b at the bottom surface are formed.

【0064】この後、公知の技術によって、N- ソース
/ドレイン領域7、N+ ソース/ドレイン領域10等を
形成することにより、図10に示すようなMOSトラン
ジスタを得ることができる。第1実施例で説明され、図
1に示されたMOSトランジスタに対し、ソースとドレ
インを区別して使用する必要がないという利点がある。
Thereafter, the N source / drain region 7, the N + source / drain region 10 and the like are formed by a known technique to obtain a MOS transistor as shown in FIG. The MOS transistor described in the first embodiment and shown in FIG. 1 has an advantage that it is not necessary to use the source and the drain separately.

【0065】第5実施例.図11は本発明の第5実施例
である半導体製造方法を示す断面図である。半導体ウエ
ハ100の一主面にMOSトランジスタを作成する場
合、ウエハ1内でゲート酸化膜の膜厚のばらつきが生じ
る場合がある。これは同一ウエハ上のMOSトランジス
タ間において電気特性のばらつきを招来することがあ
る。
Fifth embodiment. FIG. 11 is a sectional view showing a semiconductor manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention. When a MOS transistor is formed on one main surface of the semiconductor wafer 100, the thickness of the gate oxide film may vary within the wafer 1. This may cause variations in electrical characteristics among MOS transistors on the same wafer.

【0066】そこで、この種の電気特性のばらつきを抑
える目的で、ウエハ1上に形成されたゲート酸化膜30
に選択的に窒素等のイオンのイオン注入40を行い、ゲ
ート酸化膜の誘電率に分布をもたせることにより、膜厚
のばらつきによる電気特性のばらつきを抑制する。具体
的にはキャパシタンスの増大を抑えるため、ゲート酸化
膜30の膜厚が厚い部分においてイオン注入40を行
う。
Therefore, the gate oxide film 30 formed on the wafer 1 is formed for the purpose of suppressing this kind of variation in electrical characteristics.
By selectively performing ion implantation 40 of ions such as nitrogen to give a distribution to the dielectric constant of the gate oxide film, variations in electrical characteristics due to variations in film thickness are suppressed. Specifically, in order to suppress an increase in capacitance, the ion implantation 40 is performed in a portion where the gate oxide film 30 is thick.

【0067】[0067]

【発明の効果】この発明にかかる半導体装置によれば、
第1の半導体層近傍におけるDAHCのゲート酸化膜へ
の注入が抑制される。したがって、ゲートしきい値電圧
の変動や、相互コンダクタンスの低下という性能の劣化
が抑制される。
According to the semiconductor device of the present invention,
Injection of DAHC into the gate oxide film in the vicinity of the first semiconductor layer is suppressed. Therefore, fluctuations in gate threshold voltage and deterioration in performance such as reduction in mutual conductance are suppressed.

【0068】また、単にゲート酸化膜のエネルギー障壁
を高めるのではなく、DAHCが問題となる部分のエネ
ルギー障壁を高めるので、その他のゲート酸化膜におい
てエネルギー障壁を高める必要はない。そのため、ゲー
ト容量を増大させることなく、したがって動作速度を遅
くすることなくDAHC、FNトンネル電流の問題を解
決することができる。
Further, the DAHC does not raise the energy barrier of the gate oxide film but raises the energy barrier of the problematic portion, so that it is not necessary to raise the energy barrier in other gate oxide films. Therefore, it is possible to solve the problems of DAHC and FN tunnel current without increasing the gate capacitance and thus slowing the operating speed.

【0069】特にONO膜は、通常の酸化膜より誘電率
が大きいため、第1の半導体層付近で生じるピンチオフ
点付近の電荷量は、ONO膜をゲート酸化膜に用いたほ
うが通常の酸化膜を用いた場合よりも大きくなる。この
ため電流駆動力が大きくなるという利点も得られる。
In particular, since the ONO film has a larger dielectric constant than a normal oxide film, the amount of charges near the pinch-off point generated near the first semiconductor layer is smaller when the ONO film is used as the gate oxide film. It will be larger than when used. Therefore, there is an advantage that the current driving force becomes large.

【0070】また、この発明にかかる半導体装置の製造
方法の第1及び第2の態様によれば、この発明にかかる
半導体装置を適切に得ることができる。
According to the first and second aspects of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device of the present invention can be obtained appropriately.

【0071】特に第2の態様によれば、キャリアの捕獲
中心となる欠陥の導入を抑制することができる。
In particular, according to the second aspect, it is possible to suppress the introduction of defects that become carrier trapping centers.

【0072】また、この発明にかかる半導体装置の製造
方法の第3の態様によれば、ウエハ上に形成されたゲー
ト酸化膜の膜厚のばらつきによる、半導体装置の電気特
性のばらつきを抑制することができる。
Further, according to the third aspect of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to suppress the variation in the electrical characteristics of the semiconductor device due to the variation in the film thickness of the gate oxide film formed on the wafer. You can

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

【図1】この発明の第1実施例であるMOSトランジス
タの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の第2実施例であるフラッシュEEP
ROMメモリのセルトランジスタの断面図である。
FIG. 2 is a flash EEP which is a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing of the cell transistor of ROM memory.

【図3】この発明の第3実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図4】この発明の第3実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図5】この発明の第3実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図6】この発明の第3実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention in the order of steps.

【図7】この発明の第4実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図8】この発明の第4実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 8 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図9】この発明の第4実施例を工程順に示す断面図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図10】この発明の第4実施例を工程順に示す断面図
である。
FIG. 10 is a sectional view showing a fourth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図11】この発明の第5実施例を工程順に示す断面図
である。
FIG. 11 is a sectional view showing a fifth embodiment of the present invention in the order of steps.

【図12】従来のMOSトランジスタの製造工程を工程
順に示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional MOS transistor manufacturing process in process order.

【図13】従来のMOSトランジスタの製造工程を工程
順に示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a conventional MOS transistor manufacturing process in process order.

【図14】従来のMOSトランジスタの製造工程を工程
順に示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the conventional MOS transistor in the order of processes.

【図15】従来のMOSトランジスタの製造工程を工程
順に示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step-by-step process of manufacturing a conventional MOS transistor.

【図16】ゲート酸化膜中の捕獲中心、界面準位、界面
固定電荷、可動イオンを示す模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram showing trap centers, interface states, interface fixed charges, and mobile ions in a gate oxide film.

【図17】MOSトランジスタの電気特性を示したグラ
フである。
FIG. 17 is a graph showing electrical characteristics of a MOS transistor.

【図18】従来のフラッシュEEPROMメモリセルト
ランジスタの構造を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional flash EEPROM memory cell transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 4 ゲート酸化膜 5 ポリシリコンゲート 7 N- ソース/ドレイン領域 7a N- ソース領域 7b N- ドレイン領域 10 N- ソース/ドレイン領域 10a N+ ソース領域 10b N+ ドレイン領域 18 ゲート酸化膜 19 フローティングゲート 21 ソース領域 22 ドレイン領域1 Semiconductor Substrate 4 Gate Oxide Film 5 Polysilicon Gate 7 N - Source / Drain Region 7a N - Source Region 7b N - Drain Region 10 N - Source / Drain Region 10a N + Source Region 10b N + Drain Region 18 Gate Oxide Film 19 Floating gate 21 Source region 22 Drain region

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年4月8日[Submission date] April 8, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0066[Correction target item name] 0066

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0066】そこで、この種の電気特性のばらつきを抑
える目的で、ウエハ1上に形成されたゲート酸化膜30
に選択的に窒素等のイオンのイオン注入40を行い、ゲ
ート酸化膜の誘電率に分布をもたせることにより、膜厚
のばらつきによる電気特性のばらつきを抑制する。具体
的には、ゲート酸化膜30の膜厚が厚い部分においてイ
オン注入40を行う。
Therefore, the gate oxide film 30 formed on the wafer 1 is formed for the purpose of suppressing this kind of variation in electrical characteristics.
By selectively performing ion implantation 40 of ions such as nitrogen to give a distribution to the dielectric constant of the gate oxide film, variations in electrical characteristics due to variations in film thickness are suppressed. Specifically, the ion implantation 40 the thickness of the gate oxide film 30 is in the thick portion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location H01L 29/788 29/792 H01L 29/78 371

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板の上面において互いに離れて形成された
第1及び第2の半導体層と、 前記半導体基板の上面の内、少なくとも前記第1及び第
2の半導体層が挟む部分の上に形成されたゲート酸化膜
と、 前記ゲート酸化膜を介して前記半導体基板に対峙するゲ
ート電極と、 を備え、 前記ゲート酸化膜が前記半導体基板の上面と成すエネル
ギー障壁は、少なくとも前記第1の半導体層近傍におい
て高められている半導体装置。
1. A semiconductor substrate, first and second semiconductor layers formed on an upper surface of the semiconductor substrate and spaced apart from each other, and at least the first and second semiconductor layers of the upper surface of the semiconductor substrate. A gate oxide film formed on the sandwiched portion, and a gate electrode facing the semiconductor substrate via the gate oxide film, wherein the energy barrier formed by the gate oxide film and the upper surface of the semiconductor substrate is at least A semiconductor device elevated in the vicinity of the first semiconductor layer.
【請求項2】 前記ゲート酸化膜は、 少なくとも前記第1の半導体層近傍において形成され、
前記エネルギー障壁が比較的高く、比較的誘電率の高い
第1の膜と、 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の中間付近に
形成され、前記エネルギー障壁が比較的低く、比較的誘
電率の低い第2の膜と、を備える、請求項1記載の半導
体装置。
2. The gate oxide film is formed at least in the vicinity of the first semiconductor layer,
The first barrier layer has a relatively high energy barrier and a relatively high dielectric constant, and the first barrier layer is formed near the middle of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second film having a low dielectric constant.
【請求項3】 前記第1の膜は、前記第2半導体層近傍
においても形成される、請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the first film is also formed in the vicinity of the second semiconductor layer.
【請求項4】 前記第1の膜は実質的にONO(Oxi
de−Nitride−Oxide)膜からなる、請求
項2記載の半導体装置。
4. The first film is substantially ONO (Oxi).
The semiconductor device according to claim 2, comprising a de-nitride-oxide film.
【請求項5】 (a)前記半導体基板の上面において互
いに離れて形成された第1及び第2の半導体層を形成す
る工程と、 (b)前記半導体基板の上面の内、少なくとも前記第1
及び第2の半導体層が挟む部分の上に形成されたゲート
酸化膜を形成する工程と、 (c)前記ゲート酸化膜の内、少なくとも前記第1半導
体層近傍においてイオン注入により不純物を選択的に導
入する工程と、 (d)前記ゲート酸化膜を介して前記半導体基板に対峙
するゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置
の製造方法。
5. (a) a step of forming first and second semiconductor layers that are formed apart from each other on the upper surface of the semiconductor substrate; and (b) at least the first surface of the upper surface of the semiconductor substrate.
And a step of forming a gate oxide film formed on a portion sandwiched by the second semiconductor layer, and (c) selectively implanting impurities by ion implantation in at least the first semiconductor layer of the gate oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of introducing; and (d) a step of forming a gate electrode facing the semiconductor substrate via the gate oxide film.
【請求項6】 前記不純物は窒素、燐、砒素の内の少な
くとも一つを含む、請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the impurities include at least one of nitrogen, phosphorus and arsenic.
【請求項7】 (a)前記半導体基板の上面において互
いに離れて形成された第1及び第2の半導体層を形成す
る工程と、 (b)前記半導体基板の上面の内、少なくとも前記第1
及び第2の半導体層が挟む部分の上に形成されたゲート
酸化膜を形成する工程と、 (c)窒素と酸素を含む気体を用いて、前記ゲート酸化
膜の両端を窒化酸化する工程と、 (d)前記ゲート酸化膜を介して前記半導体基板に対峙
するゲート電極を形成する工程と、を備える半導体装置
の製造方法。
7. (a) a step of forming first and second semiconductor layers formed apart from each other on the upper surface of the semiconductor substrate; and (b) at least the first of the upper surfaces of the semiconductor substrate.
And a step of forming a gate oxide film formed on a portion sandwiched by the second semiconductor layer, and (c) nitrifying and oxidizing both ends of the gate oxide film using a gas containing nitrogen and oxygen. (D) forming a gate electrode facing the semiconductor substrate through the gate oxide film, and manufacturing a semiconductor device.
【請求項8】 半導体基板において、複数のMOS構造
素子を形成する半導体装置の製造方法であって、 (a)前記半導体基板の上面上にゲート酸化膜を形成す
る工程と、 (b)前記ゲート酸化膜において膜厚が局所的に厚くな
っている領域に対して不純物をイオン注入する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
8. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a plurality of MOS structure elements are formed on a semiconductor substrate, the method comprising: (a) forming a gate oxide film on an upper surface of the semiconductor substrate; and (b) the gate. A step of ion-implanting impurities into a region where the film thickness is locally thick in the oxide film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
JP4305289A 1992-11-16 1992-11-16 Semiconductor device and its manufacture Pending JPH06151833A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4305289A JPH06151833A (en) 1992-11-16 1992-11-16 Semiconductor device and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4305289A JPH06151833A (en) 1992-11-16 1992-11-16 Semiconductor device and its manufacture

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11116253A Division JP2000004019A (en) 1999-04-23 1999-04-23 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06151833A true JPH06151833A (en) 1994-05-31

Family

ID=17943313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4305289A Pending JPH06151833A (en) 1992-11-16 1992-11-16 Semiconductor device and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06151833A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999035679A1 (en) * 1998-01-05 1999-07-15 Advanced Micro Devices, Inc. Method for making asymmetrical gate oxide thicknesses
US5952700A (en) * 1997-09-06 1999-09-14 Lg Semicon Co., Ltd. MOSFET device with unsymmetrical LDD region
US6037627A (en) * 1996-08-02 2000-03-14 Seiko Instruments Inc. MOS semiconductor device
US6057217A (en) * 1996-07-25 2000-05-02 Nec Corporation Process for production of semiconductor device with foreign element introduced into silicon dioxide film
EP1082763A1 (en) * 1998-05-20 2001-03-14 Saifun Semiconductors Ltd. Nrom cell with improved programming, erasing and cycling
WO2003067640A3 (en) * 2002-02-07 2003-10-23 Infineon Technologies Ag Method for the production of a memory cell and structure thereof
US6664588B2 (en) 1998-05-20 2003-12-16 Saifun Semiconductors Ltd. NROM cell with self-aligned programming and erasure areas
US6707120B1 (en) 1996-11-20 2004-03-16 Intel Corporation Field effect transistor
JP2005260197A (en) * 2004-03-11 2005-09-22 Hynix Semiconductor Inc Semiconductor element and its manufacturing method
WO2008136311A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-13 Nec Corporation Nonvolatile storage device, method for operating the nonvolatile storage device and method for manufacturing the nonvolatile storage device
CN109037333A (en) * 2017-06-12 2018-12-18 中兴通讯股份有限公司 Silicone carbide metal oxide semiconductor field effect transistor and its manufacturing method

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6057217A (en) * 1996-07-25 2000-05-02 Nec Corporation Process for production of semiconductor device with foreign element introduced into silicon dioxide film
US6037627A (en) * 1996-08-02 2000-03-14 Seiko Instruments Inc. MOS semiconductor device
US6707120B1 (en) 1996-11-20 2004-03-16 Intel Corporation Field effect transistor
US5952700A (en) * 1997-09-06 1999-09-14 Lg Semicon Co., Ltd. MOSFET device with unsymmetrical LDD region
US6238985B1 (en) 1997-09-06 2001-05-29 Lg Semicon Co., Ltd. Semiconductor device and method for fabricating the same
US6455380B2 (en) 1997-09-06 2002-09-24 Lg Semicon Co., Ltd Semiconductor device and method for fabricating the same
WO1999035679A1 (en) * 1998-01-05 1999-07-15 Advanced Micro Devices, Inc. Method for making asymmetrical gate oxide thicknesses
US6127235A (en) * 1998-01-05 2000-10-03 Advanced Micro Devices Method for making asymmetrical gate oxide thickness in channel MOSFET region
EP1082763A4 (en) * 1998-05-20 2003-01-02 Saifun Semiconductors Ltd Nrom cell with improved programming, erasing and cycling
US6664588B2 (en) 1998-05-20 2003-12-16 Saifun Semiconductors Ltd. NROM cell with self-aligned programming and erasure areas
EP1082763A1 (en) * 1998-05-20 2001-03-14 Saifun Semiconductors Ltd. Nrom cell with improved programming, erasing and cycling
WO2003067640A3 (en) * 2002-02-07 2003-10-23 Infineon Technologies Ag Method for the production of a memory cell and structure thereof
JP2005260197A (en) * 2004-03-11 2005-09-22 Hynix Semiconductor Inc Semiconductor element and its manufacturing method
WO2008136311A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-13 Nec Corporation Nonvolatile storage device, method for operating the nonvolatile storage device and method for manufacturing the nonvolatile storage device
CN109037333A (en) * 2017-06-12 2018-12-18 中兴通讯股份有限公司 Silicone carbide metal oxide semiconductor field effect transistor and its manufacturing method
CN109037333B (en) * 2017-06-12 2021-04-30 中兴通讯股份有限公司 Silicon carbide metal oxide semiconductor field effect transistor and manufacturing method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5436481A (en) MOS-type semiconductor device and method of making the same
JP2995539B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US6917072B2 (en) Semiconductor memory device
US6486028B1 (en) Method of fabricating a nitride read-only-memory cell vertical structure
US5337274A (en) Nonvolatile semiconductor memory device having adjacent memory cells and peripheral transistors separated by field oxide
US6597047B2 (en) Method for fabricating a nonvolatile semiconductor device
JPH09312393A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
US6133605A (en) Semiconductor nonvolatile memory transistor and method of fabricating the same
JPH06151833A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP4917311B2 (en) Method for manufacturing flash memory device
US6329247B1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
US20070202645A1 (en) Method for forming a deposited oxide layer
JPH10321740A (en) Semiconductor nonvolatile memory transistor and its manufacturing method
JP3998403B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004193414A (en) Nonvolatile semiconductor memory and its manufacturing method
US7005393B2 (en) Method of fabricating a semiconductor device containing nitrogen in an oxide film
JPH02265279A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
KR100304980B1 (en) Method for forming tunnelling oxide and method for manufacturing nonvolatile memory device using the same
JP2000004019A (en) Semiconductor device
JPH05267338A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2003133540A (en) Method for forming dot unit and method for manufacturing semiconductor device
JPH01119070A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPH0661252A (en) Semiconductor device and its manufacture
JPH01264268A (en) Manufacture of nonvolatile memory device
JP3141520B2 (en) Method for manufacturing nonvolatile memory element