JPH06224413A - Mos型半導体集積回路とその製造方法 - Google Patents

Mos型半導体集積回路とその製造方法

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JPH06224413A
JPH06224413A JP5027310A JP2731093A JPH06224413A JP H06224413 A JPH06224413 A JP H06224413A JP 5027310 A JP5027310 A JP 5027310A JP 2731093 A JP2731093 A JP 2731093A JP H06224413 A JPH06224413 A JP H06224413A
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JP
Japan
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power supply
insulating film
supply voltage
gate insulating
mos transistor
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Application number
JP5027310A
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English (en)
Inventor
Kenshirou Arase
謙士朗 荒瀬
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二種類以上の電源電圧(例えば5Vと3.3
V)で動作するMOS型半導体集積回路の高電源電圧動
作MOSトランジスタ2のゲート絶縁膜5の信頼度を、
低電源電圧動作MOSトランジスタ3の性能低下を伴う
ことなく高める。 【構成】 高電源電圧動作トランジスタ2のゲート絶縁
膜5を窒素原子含有酸化物で形成し、低電源電圧動作M
OSトランジスタ3のゲート絶縁膜6を窒素原子を含有
しない酸化物で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型半導体集積回
路、特に二種類以上の電源電圧を受けて動作するMOS
型半導体集積回路と、その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】MOS型半導体集積回路として5Vの電
源電圧で動作するものが多いが、電源電圧の低電圧化の
要請に応え3.3Vの電源電圧で動作するMOS型半導
体集積回路の開発が進められている。そして、図3に示
すように、5Vという高電源電圧で動作する回路と、
3.3Vという低電源電圧で動作する回路の両方が存在
したMOS型半導体集積回路も現われている。
【0003】ところで、高電源電圧で動作する回路と低
電源電圧で動作する回路の両方が存在するMOS型半導
体集積回路は、従来においては、高電源電圧で動作する
回路を構成するMOSトランジスタも、低電源電圧で動
作するMOSトランジスタも共にゲート絶縁膜はシリコ
ン酸化物SiO2 により同時に形成されていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、高電
源電圧で動作する回路と低電源電圧で動作する回路の両
方が存在するMOS型半導体集積回路は、従来において
ゲート絶縁膜がすべて同じ材料により同時に形成されて
いたが、しかしゲート絶縁膜に要求される信頼度は高電
源電圧MOSトランジスタと低電源電圧MOSトランジ
スタとでは異なり、高電源電圧MOSトランジスタの方
が低電源電圧MOSトランジスタよりもより高い信頼度
が要求され、高電源電圧MOSトランジスタのゲート絶
縁膜の信頼度が必ずしも充分とはいえなかった。
【0005】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、二種類以上の電源電圧で動作するM
OS型半導体集積回路の高電源電圧動作MOSトランジ
スタのゲート絶縁膜の信頼度を、低電源電圧動作MOS
トランジスタの性能低下を伴うことなく高めることを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明MOS型半導体集
積回路は、高電源電圧動作MOSトランジスタのゲート
絶縁膜を窒素原子含有酸化物で形成し、低電源電圧動作
MOSトランジスタのゲート絶縁膜を窒素原子と含有し
ない酸化物で形成したことを特徴とする。
【0007】本発明MOS型半導体集積回路の製造方法
は、高電源電圧動作MOSトランジスタを形成すべき領
域表面と、同じく低電源電圧動作MOSトランジスタを
形成すべき領域表面に同時に窒素原子含有酸化物からな
るゲート絶縁膜を形成し、高電源電圧動作MOSトラン
ジスタを形成すべき領域表面上のゲート絶縁膜をマスク
とした状態で低電源電圧動作MOSトランジスタを形成
すべき領域表面上のゲート絶縁膜をエッチングにより除
去し、低電源電圧MOSトランジスタを形成すべき領域
表面上に窒素原子を含有しない酸化膜からなるゲート絶
縁膜を形成することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明MOS型半導体集積回路によれば、窒素
原子含有酸化物は窒素原子を含有しない酸化物に比較し
てゲート絶縁膜としての信頼度が高く、そして、高電源
電圧で動作するMOSトランジスタのゲート絶縁膜はか
かる窒素原子含有酸化物により形成されているので、信
頼度が高い。従って、高電源電圧動作MOSトランジス
タのゲート絶縁膜の信頼度を充分に高くすることができ
る。
【0009】また、低電源電圧動作MOSトランジスタ
のゲート絶縁膜は、窒素原子を含有しない酸化物からな
るので、MOSトランジスタに性能低下が生じない。即
ち、窒素原子含有酸化物でゲート絶縁膜を形成した場合
にはMOSトランジスタの電気駆動能力は移動度の低下
により若干弱まるが、ゲート絶縁膜の信頼度に余裕のあ
る低電源電圧MOSトランジスタのゲート絶縁膜は窒素
原子を含有しない酸化物からなるので、かかる性能低下
は生じないのである。
【0010】本発明MOS型半導体集積回路の製造方法
によれば、MOSトランジスタを形成すべき領域に窒素
原子含有酸化物からなるゲート絶縁膜を形成した後、高
電源電圧動作MOSトランジスタを形成すべき領域のゲ
ート絶縁膜をマスクした状態で低電源電圧動作MOSト
ランジスタを形成すべき領域のゲート絶縁膜を除去し、
そこに窒素原子を含有しない酸化物からなるゲート絶縁
膜を形成するので、上述した本発明MOS型半導体集積
回路を得ることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明MOS型半導体集積回路とその
製造方法を図示実施例に従って詳細に説明する。図1は
本発明MOS型半導体集積回路の一つの実施例を示す断
面図である。図面において、1は半導体基板、2は高電
源電圧(例えば5V)動作MOSトランジスタ、3は低
電源電圧(例えば3.3V)動作MOSトランジスタ、
4はフィールド絶縁膜、5は高電源電圧動作MOSトラ
ンジスタのゲート絶縁膜で、窒素原子含有酸化物からな
る。6は低電源電圧動作MOSトランジスタのゲート絶
縁膜で、窒素原子を含有しない普通のシリコン酸化物S
iO2 からなる。7は高電源電圧動作MOSトランジス
タ2のゲート電極、8は低電源電圧動作MOSトランジ
スタ3のゲート電極である。
【0012】図2(A)乃至(E)は図1に示すMOS
型半導体集積回路の製造方法の要部を工程順に示す断面
図である。 (A)選択酸化法により半導体基板1のフィールド領域
の表面部に選択酸化膜4を形成し、その際にマスクとし
て用いた耐酸化性マスク膜を除去し、各MOSトランジ
スタを形成すべき領域表面を露出した状態にする。図2
(A)はその状態を示す。
【0013】(B)次に、通常のウェット雰囲気あるい
はドライ酸素O2 雰囲気で加熱処理することにより図2
(B)に示すように、10〜20nm程度の膜厚を有す
るSiO2 からなるゲート絶縁膜6、6を形成する。 (C)次に、NH3 雰囲気中あるいはN2 O雰囲気中で
高温処理を行うことによりゲート絶縁膜6、6中に微量
の窒素原子を導入する。すると、図2(C)に示すよう
に各ゲート絶縁膜は窒素原子含有酸化物からなるゲート
絶縁膜5、5となる。 尚、ゲート絶縁膜6、6中への窒素原子の導入をNH3
雰囲気中での高温処理により行う場合は、処理温度は9
00〜1000℃、処理時間は1〜30分間が好適であ
る。また、N2 O雰囲気中での高温処理により行う場合
は、処理温度は1000〜1200℃、処理時間は1〜
30分間が好適である。
【0014】(D)次に、図2(D)に示すように、高
電源電圧動作トランジスタ2を形成すべき領域をレジス
ト膜10でマスクして低電源電圧動作トランジスタ3の
窒素原子含有酸化物からなるゲート絶縁膜5を選択的に
エッチングする。 (E)次に、通常のウェット雰囲気あるいはドライ酸素
2 雰囲気で加熱処理することにより図2(E)に示す
ように10nm程度あるいはそれ以下の窒素原子非含有
のシリコン酸化物SiO2 からなるゲート絶縁膜6を低
電源電圧MOSトランジスタを形成すべき領域上に形成
する。
【0015】その後は、通常のMOS型半導体集積回路
の製造方法に従ってMOSトランジスタ2、3を形成す
る。すると、図1に示すようなMOS型半導体集積回
路、即ち、高電源電圧動作MOSトランジスタのゲート
絶縁膜を窒素原子含有酸化物で形成し、低電源電圧動作
MOSトランジスタのゲート絶縁膜を窒素原子を含有し
ない酸化物で形成した図1に示すようなMOS型半導体
集積回路を得ることができる。
【0016】このように、高電源電圧動作MOSトラン
ジスタ2のゲート絶縁膜を窒素原子含有酸化物で形成す
るのは、TDDB特性、ホットキャリア耐性等が向上
し、ゲート絶縁膜の信頼性が大幅に向上するためであ
り、このこと、即ち、ゲート絶縁膜を窒素原子含有酸化
物で形成すると、TDDB特性、ホットキャリア耐性等
が向上し、ゲート絶縁膜の信頼性が大幅に向上すること
は、1991 IEEEIEDM91−359〜362
によって紹介されている。
【0017】一方、低電源電圧動作MOSトランジスタ
3のゲート絶縁膜6を窒素原子を含有しない酸化物Si
2 で形成するのは、第1にゲート絶縁膜に窒素原子を
含有させるとゲート絶縁膜の信頼性が高まる反面におい
てMOSトランジスタの電気駆動能力が移動度の低下に
よって減少すること、第2に低電源電圧で動作するMO
Sトランジスタは高電源電圧で動作するMOSトランジ
スタに比較してゲート絶縁膜に要求される信頼度が低く
て済み、信頼度に大きな余裕があることによる。
【0018】しかして、本実施例によれば、低電源電圧
動作MOSトランジスタ3の能力低下を伴うことなく高
電源電圧動作MOSトランジスタ2のゲート絶縁膜5の
信頼度を大幅に向上させることができる。尚、本発明は
MOS型半導体集積回路は、外部から受ける電源電圧が
複数種ある場合は勿論のこと、外部から受ける電源電圧
が一種類だが内部にて別の電源電圧をつくって複数種の
電源電圧で動作するようにした場合にも適用できる。
【0019】
【発明の効果】本発明MOS型半導体集積回路は、高電
源電圧動作MOSトランジスタのゲート絶縁膜を窒素原
子含有酸化物で形成し、低電源電圧動作MOSトランジ
スタのゲート絶縁膜を窒素原子と含有しない酸化物で形
成したことを特徴とするものである。従って、本発明M
OS型半導体集積回路によれば、窒素原子含有酸化物が
窒素原子を含有しない酸化物に比較してゲート絶縁膜と
しての信頼度が高く、そして、高電源電圧動作MOSト
ランジスタのゲート絶縁膜はかかる窒素原子含有酸化物
により形成されているので、信頼度を高くできる。依っ
て、高電源電圧動作MOSトランジスタのゲート絶縁膜
の信頼度を充分に高くすることができる。また、低電源
電圧動作MOSトランジスタのゲート絶縁膜は窒素原子
を含有しない酸化物からなるので、MOSトランジスタ
に性能低下が生じない。
【0020】本発明MOS型半導体集積回路の製造方法
は、高電源電圧動作MOSトランジスタを形成すべき領
域表面と、同じく低電源電圧動作MOSトランジスタを
形成すべき領域表面に同時に窒素原子含有酸化物からな
るゲート絶縁膜を形成し、高電源電圧動作MOSトラン
ジスタを形成すべき領域表面上のゲート絶縁膜をマスク
した状態で低電源電圧動作MOSトランジスタを形成す
べき領域表面上のゲート絶縁膜をエッチングにより除去
し、低電源電圧MOSトランジスタを形成すべき領域表
面上に窒素原子を含有しない酸化膜からなるゲート絶縁
膜を形成することを特徴とするものである。従って、本
発明MOS型半導体集積回路の製造方法によれば、MO
Sトランジスタを形成すべき領域に窒素原子含有酸化物
からなるゲート絶縁膜を形成した後、高電源電圧動作M
OSトランジスタを形成すべき領域のゲート絶縁膜をマ
スクした状態で低電源電圧動作MOSトランジスタを形
成すべき領域のゲート絶縁膜を除去し、そこに窒素原子
を含有しない酸化物からなるゲート絶縁膜を形成するの
で、上述した本発明MOS型半導体集積回路を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明MOS型半導体集積回路の一つの実施例
を示す断面図である。
【図2】(A)乃至(E)は図1に示すMOS型半導体
集積回路の製造方法の一例の要部を工程順に示す断面図
である。
【図3】複数種の電源電圧で動作するMOS型半導体集
積回路の平面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 高電源電圧動作MOSトランジスタ 3 低電源電圧動作MOSトランジスタ 4 フィールド絶縁膜 5 窒素原子含有酸化物からなるゲート絶縁膜 6 窒素原子を含有しない酸化物からなるゲート絶縁膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異なる電源電圧により駆動されるMOS
    トランジスタが存在するMOS型半導体集積回路におい
    て、 高電源電圧で駆動されるMOSトランジスタのゲート絶
    縁膜を窒素原子含有酸化物で形成し、 低電源電圧で駆動されるMOSトランジスタのゲート絶
    縁膜を窒素原子を含有しない酸化物で形成したことを特
    徴とするMOS型半導体集積回路
  2. 【請求項2】 半導体基板のフィールド絶縁膜で囲まれ
    た高電源電圧で駆動されるMOSトランジスタを形成す
    べき領域表面と、同じく低電源電圧で駆動されるMOS
    トランジスタを形成すべき領域表面に、同時に窒素原子
    含有酸化物からなるゲート絶縁膜を形成する工程と、 高電源電圧で駆動されるMOSトランジスタを形成すべ
    き領域表面上のゲート絶縁膜をマスクした状態で低電源
    電圧で駆動されるMOSトランジスタを形成すべき領域
    表面上のゲート絶縁膜をエッチングにより除去する工程
    と、 低電源電圧で駆動されるMOSトランジスタを形成すべ
    き領域表面上に窒素原子を含有しない酸化膜からなるゲ
    ート絶縁膜を形成する工程と、 を有することを特徴とするMOS型半導体集積回路の製
    造方法
JP5027310A 1993-01-24 1993-01-24 Mos型半導体集積回路とその製造方法 Pending JPH06224413A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100320681B1 (ko) * 1999-04-17 2002-01-24 윤종용 반도체 장치 및 그 제조방법
US6699776B2 (en) 1998-12-22 2004-03-02 Kabushiki Kaisha Toshiba MOSFET gate insulating film and method of manufacturing the same
DE102008024874A1 (de) * 2008-05-23 2009-12-17 Audi Ag Brennkraftmaschine mit einem eine Entlüftung aufweisenden Kurbelgehäuse

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6699776B2 (en) 1998-12-22 2004-03-02 Kabushiki Kaisha Toshiba MOSFET gate insulating film and method of manufacturing the same
KR100320681B1 (ko) * 1999-04-17 2002-01-24 윤종용 반도체 장치 및 그 제조방법
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