JPH10189949A - Mos型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Mos型半導体装置およびその製造方法

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JPH10189949A
JPH10189949A JP34302596A JP34302596A JPH10189949A JP H10189949 A JPH10189949 A JP H10189949A JP 34302596 A JP34302596 A JP 34302596A JP 34302596 A JP34302596 A JP 34302596A JP H10189949 A JPH10189949 A JP H10189949A
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silicon substrate
nitrogen
oxide film
gate oxide
gate
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JP34302596A
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Hiroshi Takahashi
洋 高橋
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート電極やシリコン基板には窒素を導入さ
せず、ゲート電極とゲート酸化膜の界面付近のみに窒素
を導入し、不純物がシリコン基板に拡散することを防止
する。 【解決手段】 シリコン基板1の熱酸化によってゲート
酸化膜2を形成し、窒化酸素(NO)雰囲気中でレーザ
ーアニールを行い、ポリシリコンのCVDによりポリシ
リコン電極3を形成し、ゲート電極301に加工したあ
と、イオン注入し、ゲートとソースおよびドレインをド
ーピングし、熱処理を行うことにより活性化する。シリ
コン基板1を窒化酸素雰囲気中でレーザーアニール処理
するため、レーザー光のエネルギーは熱酸化膜に吸収さ
れ、レーザー光のエネルギーの集中しているゲート酸化
膜2の表面近傍は、窒化酸素の反応臨界点を越える温度
に到達して窒素が分布し、窒素導入層4が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MOS型半導体装
置およびその製造方法に関し、詳しくは、ポリシリコン
電極とシリコン基板の界面にのみ窒素を導入して窒素導
入層を形成したMOS型半導体装置およびその製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOS型半導体装置は、低電圧化や高速
化の要求を受けてそのゲート酸化膜は世代ごとに薄膜化
する傾向になっている。これにともなって、ポリシリコ
ン電極(ゲート電極)にドーピングされた不純物(ボロ
ン、リン、砒素等)がゲート酸化膜を通過してシリコン
基板中に拡散する現象が問題になっている。
【0003】特に、P型半導体との仕事関数の差をなく
し、しきい(閾)値電圧の制御範囲のマージンを大きく
する目的で導入されたゲート電極へのボロンのドーピン
グは、その拡散定数の大きさのため、より制御を困難に
している。これを克服するため、図4に示すように、ゲ
ート酸化膜2やシリコン基板1あるいはゲート電極3に
窒素を導入し、窒素導入層4を形成する方法が用いられ
ている。このように、シリコン基板1あるいはゲート酸
化膜2に導入した窒素導入層4により不純物の拡散を止
めるようにしている。
【0004】窒素を導入する方法としては、酸化窒素中
での熱処理、あるいは窒素イオン注入等が一般に用いら
れている(特開平5−121699号公報、特開平6−
104252号公報公報参照)。図5に示す方法は、窒
素イオン注入方式であって、ポリシリコン電極の形成前
にゲート酸化膜2上から窒素イオンをシリコン基板1に
向けて注入する。窒素導入層4はシリコン基板1の中ま
で入り、シリコン基板1およびゲート酸化膜2中に分布
している。
【0005】図6に示す方法も窒素イオン注入方式であ
って、ゲート電極3の形成後に、ゲート電極3上から窒
素イオンを注入する。窒素導入層4はゲート酸化膜2お
よびゲート電極3に入り、ゲート電極3およびゲート酸
化膜2中に分布している。
【0006】また、図7に示す方法は、酸化窒素中で熱
処理する方式であって、シリコン基板1上に熱酸化処理
で形成した熱酸化膜を窒化処理および再酸化処理して窒
化酸化膜を形成する工程において、再酸化処理を窒化酸
素中で行うようにしたものである。この方式における窒
素導入層4はシリコン基板1まで拡散している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来における酸化窒素
中での熱処理、あるいは窒素イオン注入等の方法で窒素
を導入したとき生じる問題は、不純物の活性化率の低下
にある。シリコン中に導入された窒素は、ドーピングさ
れた不純物と結合し、ゲート電極内の自由電子を殺して
しまう効果がある。ゲート電極3に窒素が導入された場
合、活性化率の低下による自由電子数の現象によってゲ
ート電極3の空乏化を招く。これによって、ゲート電極
3とシリコン基板1間には新たな空乏層容量が発生し、
トランジスタの性能低下を引き起こす。
【0008】また、シリコン基板1に窒素が導入された
場合は、トランジスタのオン電流の低下もしくはGmの
劣化につながる。これらの問題を回避するためには、ゲ
ート電極3およびシリコン基板1には窒素を導入せず、
ゲート電極3とゲート酸化膜2の界面近傍の数nm内に
窒素を集中させる必要がある。ところが、窒化酸素中の
熱処理や窒素イオン注入の方式では、窒素の分布に10
nm以上の拡がりができてしまうため、ゲート酸化膜2
の膜厚が5nmを切るようなデバイスにおいては、ゲー
ト電極3もしくはシリコン基板1への窒素の混入を防ぐ
ことは不可能であった。本発明は上述の点に着目してな
されたもので、ゲート電極やシリコン基板には窒素を導
入させず、ゲート電極とゲート酸化膜の界面付近のみに
窒素を導入し、不純物がシリコン基板に拡散することを
防止したMOS型半導体およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、シリコン基板上のゲート酸化膜にポリシ
リコン電極が形成されたMOS型半導体装置において、
前記ポリシリコン電極と前記ゲート酸化膜の界面に窒素
導入層を形成したことを特徴としている。また、本発明
は、シリコン基板上のゲート酸化膜にポリシリコン電極
を形成し、イオン注入によりゲートとソース・ドレイン
をドーピングし、熱処理により活性化するMOS型半導
体装置の製造方法において、前記シリコン基板にゲート
酸化膜を形成した後、窒化酸素雰囲気中で前記シリコン
基板をレーザーアニールして前記ゲート酸化膜の表面に
窒素を導入することを特徴としている。
【0010】そして、本発明では、前記レーザーアニー
ルは、前記ゲート酸化膜の酸化シリコンに吸収されやす
く、かつ前記シリコン基板に吸収されにくい波長のレー
ザーを用いることが好ましい。レーザーアニールを用い
ると、レーザー光のエネルギーはゲート酸化膜の熱酸化
膜に吸収されるため、シリコン基板に達するまでに減衰
し、熱酸化膜の極表面のみが加熱される。
【0011】レーザー光のエネルギーの集中している表
面近傍は、窒化酸素の反応臨界点を越える温度に到達
し、ゲート酸化膜の表面近傍のみに窒素が分布する。こ
の後にポリシリコン電極を形成すれば、ポリシリコン電
極とゲート酸化膜の界面に窒素導入層が分布し、ゲート
電極からの不純物の拡散は全てこの界面でブロックされ
る。従って、シリコン基板やゲート電極3中に窒素が混
入しないので、不純物の活性化率が低下することも防止
できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて説明する。なお、図5ないし図7と同一
部材または同一機能のものは同一符号で示している。本
発明の製造方法は、ゲート酸化したシリコン基板1を窒
化酸素雰囲気中でレーザーアニール処理する方法を用い
たものである。前記した従来技術のように、窒化酸素雰
囲気中で熱処理した場合、熱処理方法(FA、RTA)
のいかんに関係なくシリコン基板1もゲート酸化膜2も
同様に加熱される。この場合、シリコン基板1の表面か
ら導入された窒素はそのままゲート酸化膜2中を拡散
し、シリコン基板1に到達する。
【0013】本発明では、レーザーアニールを用いるた
め、図2に示すように、レーザー光のエネルギーは熱酸
化膜に吸収され、シリコン基板1に達するまでに減衰
し、熱酸化膜の極表面のみが加熱される。レーザー光の
エネルギーの集中している表面近傍は、窒化酸素の反応
臨界点を越える温度に到達し、図2に示すように、ゲー
ト酸化膜2の表面近傍のみに窒素が分布する。
【0014】この後にポリシリコン電極3を形成すれ
ば、図1に示すように、ポリシリコン電極(ゲート電
極)3とゲート酸化膜2の界面に窒素導入層4が分布
し、ポリシリコン電極3からの不純物の拡散は全てこの
界面でブロックされる。また、シリコン基板1やポリシ
リコン電極3中に窒素が混入しないので、不純物の活性
化率が低下することも防止できる。
【0015】〔実施例〕以下、図3を参照して実施例に
より本発明を具体的に説明する。先ず、図3(A)に示
すように、シリコン基板1の熱酸化によって4nm厚の
酸化シリコン膜(SiO2 )のゲート酸化膜2を形成す
る。次いで、図3(B)に示すように、窒化酸素(N
O)雰囲気中でレーザーアニール(波長=9.35μ
m)を行う。
【0016】酸化シリコンに吸収されやすいレーザーの
波長は、酸化シリコンの吸収波長のピークである波長=
9.35μmである。このようなレーザーは、例えばC
O2 −N2 系のガスレーザーで9.35μmの波長に近
い、例えば1070カイザーのものを選択すれば、最適
なものが得られる。また、シリコン基板1に深く入りこ
みにくい波長であれば同様の効果が得られるので、例え
ばエキシマレーザーで波長200nm〜300nm程度
のもの(Xecl,AiF,KrF)等も用いることが
可能である。レーザーの照射エネルギーは、およそ数1
0〜数100mJ/cm2 が必要である。
【0017】次いで、図3(C)に示すように、ポリシ
リコンのCVDにより200nm厚のポリシリコン電極
3を形成する。次いで、図3(D)に示すように、ホト
リソグラフィによってパターニングを行い、ドライエッ
チングによりポリシリコンのゲート電極3に加工する。
次いで、図3(E)に示すように、イオン化したボロン
を、10KeVの加速エネルギー、3×1015の濃度で
注入することにより、ゲートとソースおよびドレイン5
をドーピングする。最後に急速高温加熱(RTA)によ
り、1050°Cで10秒間熱処理を行うことにより、
図3(F)に示すように活性化する。
【0018】以上のように、本実施の形態では、ゲート
酸化膜2の形成後に窒化酸素雰囲気中でレーザーアニー
ルするようにしたため、レーザー光のエネルギーは熱酸
化膜に吸収され、シリコン基板1に達するまでに減衰
し、熱酸化膜の極表面のみが加熱され、ゲート酸化膜2
の表面近傍のみに窒素が分布する。したがって、ポリシ
リコン電極からの不純物の拡散は全てこの窒素導入層4
の界面でブロックされると共に、シリコン基板1やポリ
シリコン電極3中に窒素が混入しないので、不純物の活
性化率が低下することも防止できる。
【0019】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明のMOS
型半導体装置によれば、ポリシリコン電極と前記ゲート
酸化膜の界面に窒素導入層を形成したので、ポリシリコ
ン電極からの不純物の拡散は全て窒素導入層の界面でブ
ロックされシリコン基板に拡散すること防止されると共
に、シリコン基板やポリシリコン電極中に窒素が混入し
ないので、不純物の活性化率が低下することも防止でき
る。
【0020】また、本発明のMOS型半導体装置の製造
方法によれば、シリコン基板にゲート酸化膜を形成した
後、窒化酸素雰囲気中で前記シリコン基板をレーザーア
ニールして前記ゲート酸化膜の表面に窒素を導入するよ
うにしたので、シリコン基板やゲート電極に窒素が入り
込むことなく、ゲート電極とゲート酸化膜の界面付近に
窒素を導入することが可能となり、特にゲート酸化膜の
膜厚が5nm以下の薄膜でもシリコン基板やゲート電極
への窒素の混入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のMOS型半導体装置の実施の形態を示
すゲート部の断面図である。
【図2】本発明方法による酸化膜表面への窒素拡散の原
理を示す説明用断面図である。
【図3】(A)〜(F)は本発明方法の処理工程を示す
説明用断面図である。
【図4】従来のMOS型半導体装置におけるゲート部の
断面図である。
【図5】従来の窒素イオン注入方式の処理工程を示す説
明用断面図である。
【図6】他の従来の窒素イオン注入方式の処理工程を示
す説明用断面図である。
【図7】従来の熱処理方式の処理工程を示す説明用断面
図である。
【符号の説明】
1……シリコン基板、2……ゲート酸化膜、3……ポリ
シリコン電極(ゲート電極)、4……窒素導入層。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上のゲート酸化膜にポリシ
    リコン電極が形成されたMOS型半導体装置において、 前記ポリシリコン電極と前記ゲート酸化膜の界面に窒素
    導入層を形成した、 ことを特徴とするMOS型半導体装置。
  2. 【請求項2】 シリコン基板上のゲート酸化膜にポリシ
    リコン電極を形成し、イオン注入によりゲートとソース
    ・ドレインをドーピングし、熱処理により活性化するM
    OS型半導体装置の製造方法において、 前記シリコン基板にゲート酸化膜を形成した後、窒化酸
    素雰囲気中で前記シリコン基板をレーザーアニールして
    前記ゲート酸化膜の表面に窒素を導入する、 ことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記レーザーアニールは、前記ゲート酸
    化膜の酸化シリコンに吸収されやすい波長のレーザーを
    用いることを特徴とする請求項2記載のMOS型半導体
    装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100293524B1 (ko) * 1999-05-28 2001-06-15 구본준 비진공 공정을 이용한 결정화장치 및 방법
US6979658B2 (en) * 1997-03-06 2005-12-27 Fujitsu Limited Method of fabricating a semiconductor device containing nitrogen in a gate oxide film
KR100824661B1 (ko) * 2001-12-28 2008-04-25 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6979658B2 (en) * 1997-03-06 2005-12-27 Fujitsu Limited Method of fabricating a semiconductor device containing nitrogen in a gate oxide film
US7005393B2 (en) 1997-03-06 2006-02-28 Fujitsu Limited Method of fabricating a semiconductor device containing nitrogen in an oxide film
KR100293524B1 (ko) * 1999-05-28 2001-06-15 구본준 비진공 공정을 이용한 결정화장치 및 방법
KR100824661B1 (ko) * 2001-12-28 2008-04-25 매그나칩 반도체 유한회사 반도체 소자의 제조방법

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