JPH11233758A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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Publication number
JPH11233758A
JPH11233758A JP3007298A JP3007298A JPH11233758A JP H11233758 A JPH11233758 A JP H11233758A JP 3007298 A JP3007298 A JP 3007298A JP 3007298 A JP3007298 A JP 3007298A JP H11233758 A JPH11233758 A JP H11233758A
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JP
Japan
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film
insulating film
gate insulating
gate electrode
gate
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Application number
JP3007298A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Fukumoto
正人 福元
Mariko Takagi
万里子 高木
Yoshio Ozawa
良夫 小澤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an MOS transistor in which boron in a gate electrode can be prevented from diffusing in a silicon substrate without causing increase of capacitance of a depletion layer. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a gate oxide film 2 formed on an N-type silicon substrate 1, a silicon nitride film 3 which is formed on the gate oxide film 2, contains nitrogen and has a thickness of at most 1 nm, converting into film thickness of a silicon oxide film, and a gate electrode 4 which is formed on the silicon nitride film and constituted of a polysilicon film containing boron.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タ等のMOS型半導体素子を有する半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a MOS type semiconductor element such as a MOS transistor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、MOSトランジスタは種々の
半導体装置に用いられている。MOSトランジスタのゲ
ート電極には、耐熱性の観点から、Al膜ではなくポリ
シリコン膜が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, MOS transistors have been used in various semiconductor devices. For the gate electrode of the MOS transistor, a polysilicon film is used instead of an Al film from the viewpoint of heat resistance.

【0003】ただし、ポリシリコン膜はAl膜に比べて
抵抗が高いため、ゲート電極に使用するポリシリコン膜
には、n型またはp型不純物が添加され、低抵抗化され
ている。
However, since the polysilicon film has a higher resistance than the Al film, an n-type or p-type impurity is added to the polysilicon film used for the gate electrode to reduce the resistance.

【0004】例えば、デュアルゲートMOSトランジス
タでは、ゲート電極として、ボロンが添加されたポリシ
リコン膜(Bドープポリシリコン膜)が使用されてい
る。この種のMOSトランジスタでは、ゲート電極中の
ボロンがシリコン基板に拡散し、これにより、しきい値
電圧が変動したり、しきい値電圧が素子によって異なっ
たり(ばらついたり)、電流駆動能力が低下するなどの
問題が起こる。
For example, in a dual-gate MOS transistor, a polysilicon film doped with boron (B-doped polysilicon film) is used as a gate electrode. In this type of MOS transistor, boron in the gate electrode diffuses into the silicon substrate, which causes a variation in threshold voltage, a variation in threshold voltage between elements (variation), and a reduction in current driving capability. Problems occur.

【0005】このような問題を解決するために、ゲート
電極内に拡散防止膜を形成することが提案されている。
図11に、この種のゲート電極の工程断面図を示す。ま
ず、図11(a)に示すように、シリコン基板81の表
面を熱酸化してゲート酸化膜82を形成し、次のこのゲ
ート酸化膜82上にゲート電極となるポリシリコン膜8
3を形成する。
In order to solve such a problem, it has been proposed to form an anti-diffusion film in the gate electrode.
FIG. 11 is a process sectional view of this type of gate electrode. First, as shown in FIG. 11A, a surface of a silicon substrate 81 is thermally oxidized to form a gate oxide film 82, and a polysilicon film 8 serving as a gate electrode is formed on the gate oxide film 82.
Form 3

【0006】次に図11(b)に示すように、ポリシリ
コン膜83に窒素イオン84を注入し、ポリシリコン膜
83内に窒素を含む領域85を形成する。この領域85
は拡散防止膜して機能する。
Next, as shown in FIG. 11B, nitrogen ions 84 are implanted into the polysilicon film 83 to form a region 85 containing nitrogen in the polysilicon film 83. This area 85
Functions as a diffusion prevention film.

【0007】次に図11(c)に示すように、ポリシリ
コン膜83にボロンイオン86を注入し、ポリシリコン
膜83を低抵抗化する。なお、窒素イオン84、ボロン
イオン86の活性化は同時でも、別々に行なっても良
い。
Next, as shown in FIG. 11C, boron ions 86 are implanted into the polysilicon film 83 to reduce the resistance of the polysilicon film 83. The activation of the nitrogen ions 84 and the boron ions 86 may be performed simultaneously or separately.

【0008】最後に図11(d)に示すように、窒素を
含むポリシリコン膜(Bドープポリシリコン膜)83を
エッチングし、ゲート電極83が完成する。このように
して形成されたゲート電極83では、ゲート電極83中
のボロンの拡散は、窒素を含む領域85で止まるので、
しきい値電圧の変動などの問題を解決できる。
[0010] Finally, as shown in FIG. 11 D, the polysilicon film 83 containing nitrogen (B-doped polysilicon film) is etched to complete the gate electrode 83. In the gate electrode 83 thus formed, the diffusion of boron in the gate electrode 83 stops at the region 85 containing nitrogen.
Problems such as fluctuation in threshold voltage can be solved.

【0009】しかしながら、この種のゲート電極83を
用いたMOSトランジスタには、以下のような問題があ
る。図12に、イオン注入により窒素およびボロンを導
入したゲート電極83内の窒素およびボロンの濃度分布
を示す。また、図13に、そのゲート電極83内の容量
分布を示す。
However, a MOS transistor using this type of gate electrode 83 has the following problems. FIG. 12 shows the concentration distribution of nitrogen and boron in the gate electrode 83 into which nitrogen and boron have been introduced by ion implantation. FIG. 13 shows a capacitance distribution in the gate electrode 83.

【0010】これらの図から、窒素を導入した領域85
にはボロンが拡散し難く、その結果、ゲート電極83内
にはボロンが存在しない高抵抗の部分が残り、空乏層容
量が増大することが分かる。
From these figures, it can be seen from FIG.
It is found that boron hardly diffuses into the gate electrode 83, and as a result, a high-resistance portion where boron does not exist remains in the gate electrode 83, and the depletion layer capacitance increases.

【0011】なお、ゲート電極83の深い位置に狭い幅
でもって窒素イオン84を注入すれば、高抵抗の部分が
減少し、空乏層容量の増加を防止できるように思われ
る。しかし、窒素イオン84の注入位置にはばらつきが
あり、窒素イオン84は約100nm程度の幅を持って
分布するため、ゲート電極83の深い位置に窒素イオン
84を注入すると、窒素イオン84がゲート酸化膜82
を突き抜け、シリコン基板81の表面にも注入され、し
きい値電圧が変動するなどの問題が起こる。
If the nitrogen ions 84 are implanted with a small width at a deep position of the gate electrode 83, the high resistance portion is reduced, and it seems that the increase of the depletion layer capacitance can be prevented. However, since the implantation position of the nitrogen ions 84 varies, and the nitrogen ions 84 are distributed with a width of about 100 nm, when the nitrogen ions 84 are implanted deeply into the gate electrode 83, the nitrogen ions 84 Membrane 82
Through the surface of the silicon substrate 81 to cause problems such as a fluctuation in threshold voltage.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、ゲート電
極(Bドープポリシリコン膜中)のボロンが、シリコン
基板に拡散することを防止するために、ゲート電極(ア
ンドープポリシリコン膜)にボロンイオンを注入する前
に、窒素イオンを注入して、ボロンの拡散防止膜を形成
する方法が提案されていた。
As described above, in order to prevent boron of the gate electrode (in the B-doped polysilicon film) from diffusing into the silicon substrate, boron ions are added to the gate electrode (the undoped polysilicon film). A method of forming a boron diffusion preventing film by implanting nitrogen ions before injecting nitrogen has been proposed.

【0013】しかし、ボロンの拡散が窒素により妨げら
れ、ゲート電極内に高抵抗の部分が残り、空乏層容量が
増大するという問題があった。本発明は、上記事情を考
慮してなされたもので、その目的とするところは、空乏
層容量の増大などのゲート電極が関わった性能劣化を招
くことなく、ゲート電極中の不純物が半導体基板に拡散
することを防止できるMOS型半導体素子を有する半導
体装置およびその製造方法を提供することにある。
However, there is a problem that the diffusion of boron is hindered by nitrogen, a high-resistance portion remains in the gate electrode, and the capacity of the depletion layer increases. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to prevent impurities in a gate electrode from being introduced into a semiconductor substrate without deteriorating performance related to the gate electrode such as an increase in depletion layer capacitance. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a MOS type semiconductor element capable of preventing diffusion and a method of manufacturing the same.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】[構成]上記目的を達成
するために、本発明に係る半導体装置(請求項1)は、
半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート
絶縁膜上に形成され、窒素を含み、膜厚がシリコン酸化
膜の膜厚に換算して1nm以下の薄膜と、この薄膜上に
形成され、不純物を含むゲート電極とを備えたことを特
徴とする。
Means for Solving the Problems [Structure] In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention (claim 1)
A gate insulating film formed on a semiconductor substrate; a thin film formed on the gate insulating film, containing nitrogen and having a thickness of 1 nm or less in terms of a silicon oxide film; and a thin film formed on the thin film. And a gate electrode containing impurities.

【0015】ここで、前記薄膜は、例えば窒素とシリコ
ンを含む薄膜である。窒素とシリコンの割合によって、
絶縁薄膜または半導体薄膜となる。また、窒素濃度は1
%以上であることが好ましい。
Here, the thin film is, for example, a thin film containing nitrogen and silicon. Depending on the ratio of nitrogen and silicon,
It becomes an insulating thin film or a semiconductor thin film. The nitrogen concentration is 1
% Is preferable.

【0016】また、本発明に係る他の半導体装置(請求
項2)は、半導体基板上に形成され、窒素を含むゲート
絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成され、不純物を含
むゲート電極とを備え、前記窒素が、前記ゲート絶縁膜
の膜厚方向に関して、1%以上の1つのピーク濃度を有
するように分布し、かつ前記窒素の濃度がピークとなる
部分が、前記半導体基板および前記ゲート電極に接しな
いことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device, comprising: a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and containing nitrogen; and a gate electrode formed on the gate insulating film and containing impurities. Wherein the nitrogen is distributed so as to have one peak concentration of 1% or more in the thickness direction of the gate insulating film, and the portion where the nitrogen concentration peaks is formed by the semiconductor substrate and the gate. It is characterized by not being in contact with the electrode.

【0017】ここで、前記薄膜は、例えば窒素とシリコ
ンと酸素を含む薄膜である。また、本発明に係る他の半
導体装置(請求項3)は、上記半導体装置(請求項2)
において、前記ゲート絶縁膜が、前記半導体基板の表面
に接して形成された第1のゲート絶縁膜と、この第1の
ゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート絶縁膜と、こ
の第2のゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極の下部に接
して形成された第3のゲート絶縁膜とを含む積層構造の
ゲート絶縁膜であり、かつ前記第2のゲート絶縁膜で窒
素濃度がピークになることを特徴とする。
Here, the thin film is, for example, a thin film containing nitrogen, silicon and oxygen. Further, another semiconductor device according to the present invention (claim 3) is the same as the semiconductor device (claim 2).
The first gate insulating film formed in contact with the surface of the semiconductor substrate, the second gate insulating film formed on the first gate insulating film, and the second gate insulating film. And a third gate insulating film formed in contact with the lower part of the gate electrode on the gate insulating film of (i), and a nitrogen concentration peaks in the second gate insulating film. It is characterized by becoming.

【0018】また、本発明に係る他の半導体装置(請求
項4)は、上記半導体装置(請求項3)において、前記
第1および第3のゲート絶縁膜が、窒素濃度が0%であ
ることを特徴とする。
Further, in another semiconductor device according to the present invention (claim 4), in the semiconductor device (claim 3), the first and third gate insulating films have a nitrogen concentration of 0%. It is characterized by.

【0019】また、本発明に係る他の半導体装置(請求
項5)は、上記半導体装置(請求項2)において、前記
第1のゲート絶縁膜の窒素窒素が、前記第2の絶縁膜か
ら前記半導体基板に向かって窒素濃度が減少し、前記第
3のゲート絶縁膜の窒素窒素が、前記第2の絶縁膜から
前記ゲート電極に向かって窒素濃度が減少することを特
徴とする。
Further, in another semiconductor device according to the present invention (claim 5), in the above-mentioned semiconductor device (claim 2), nitrogen and nitrogen of the first gate insulating film are removed from the second insulating film. The nitrogen concentration decreases toward the semiconductor substrate, and the nitrogen concentration of the third gate insulating film decreases from the second insulating film toward the gate electrode.

【0020】なお、上記半導体装置(請求項3〜5)
は、本発明(請求項2)のゲート絶縁膜を積層構造とし
た場合であるが、単層構造とすることも可能である。た
だし、積層構造のもののほうが製造が容易である。
The above semiconductor device (claims 3 to 5)
Is a case where the gate insulating film of the present invention (claim 2) has a laminated structure, but may have a single-layer structure. However, the laminated structure is easier to manufacture.

【0021】また、本発明に係る他の半導体装置(請求
項6)は、上記半導体装置(請求項1〜5)において、
前記不純物がボロン、前記ゲート電極がポリシリコン膜
であることを特徴とする。
Another semiconductor device according to the present invention (Claim 6) is the semiconductor device according to the present invention (Claims 1 to 5).
The impurity is boron, and the gate electrode is a polysilicon film.

【0022】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項7)は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、このゲート絶縁膜上に窒素を含み、膜厚
がシリコン酸化膜の膜厚に換算して1nm以下の薄膜を
形成する工程と、この薄膜上に不純物を含むゲート電極
を形成する工程とを有することを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate insulating film on a semiconductor substrate; The method includes a step of forming a thin film having a thickness of 1 nm or less in terms of a thickness of an oxide film, and a step of forming a gate electrode containing impurities on the thin film.

【0023】ここで、前記薄膜は、例えば窒素とシリコ
ンを含む薄膜である。窒素とシリコンの割合によって、
絶縁薄膜または半導体薄膜となる。また、窒素濃度は1
%以上であることが好ましい。また、前記薄膜は、例え
ばCVD法などの堆積法により形成する。
Here, the thin film is, for example, a thin film containing nitrogen and silicon. Depending on the ratio of nitrogen and silicon,
It becomes an insulating thin film or a semiconductor thin film. The nitrogen concentration is 1
% Is preferable. The thin film is formed by a deposition method such as a CVD method.

【0024】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項8)は、半導体基板上にゲート絶縁膜を形
成する工程と、このゲート絶縁膜上に半導体薄膜を形成
した後、この半導体薄膜の全体、または表面を窒化する
ことにより、膜厚がシリコン酸化膜の膜厚に換算して1
nm以下の窒素を含む絶縁薄膜、または膜厚がシリコン
酸化膜の膜厚に換算して1nm以下の、前記半導体薄膜
と窒素を含む絶縁薄膜とからなる積層膜を形成する工程
と、前記絶縁薄膜上に不純物を含むゲート電極を形成す
る工程とを有することを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate insulating film on a semiconductor substrate; forming a semiconductor thin film on the gate insulating film; By nitriding the whole or the surface of the semiconductor thin film, the film thickness becomes 1 in terms of the silicon oxide film.
forming an insulating thin film containing nitrogen having a thickness of 1 nm or less or a laminated film comprising the semiconductor thin film and the insulating thin film containing nitrogen having a thickness of 1 nm or less in terms of the thickness of a silicon oxide film; Forming a gate electrode containing impurities thereon.

【0025】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項9)は、半導体基板上に第1のゲート絶縁
膜を形成する工程と、この第1のゲート絶縁膜上に窒素
を含む第2のゲート絶縁膜を形成する工程と、この第2
のゲート絶縁膜上に第3のゲート絶縁膜を形成する工程
と、この第3のゲート絶縁膜上に不純物を含むゲート電
極を形成する工程とを有し、前記第1、第2、第3の絶
縁膜からなる積層構造のゲート絶縁膜内には、その膜厚
方向に関して、1%以上の1つのピーク濃度を有するよ
うに窒素が分布し、かつ前記窒素の濃度がピークとなる
部分が前記第2の絶縁膜となるように、前記積層構造の
ゲート絶縁膜の成膜条件を設定することを特徴とする。
Further, in another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claim 9), a step of forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate and a step of forming nitrogen on the first gate insulating film are performed. Forming a second gate insulating film including
Forming a third gate insulating film on the third gate insulating film, and forming a gate electrode containing impurities on the third gate insulating film, wherein the first, second and third gate insulating films are formed. In the gate insulating film having a laminated structure composed of the above insulating films, nitrogen is distributed so as to have one peak concentration of 1% or more in the film thickness direction, and the portion where the nitrogen concentration has a peak is formed as described above. The film formation conditions of the gate insulating film having the stacked structure are set so as to be a second insulating film.

【0026】ここで、前記第1のゲート絶縁膜は、例え
ばCVD法などの堆積法により形成する。成膜条件は、
例えば第1〜第3のゲート絶縁膜をCVD法により形成
する場合であれば、第1〜第3のゲート絶縁膜の原料ガ
スのうち、第2のゲート絶縁膜の原料ガス中に含まれる
窒素の含有量を一番高くする。
Here, the first gate insulating film is formed by a deposition method such as a CVD method. The deposition conditions are
For example, in the case where the first to third gate insulating films are formed by a CVD method, nitrogen contained in the source gas for the second gate insulating film among the source gases for the first to third gate insulating films. The highest content.

【0027】また、その量は第2のゲート絶縁膜の窒素
濃度が1%以上になるようにする。また、第1、第3の
ゲート絶縁膜の窒素濃度は0%であることが好ましい。
また、本発明に係る他の半導体装置の製造方法(請求項
10)は、前記半導体基板の表面を窒素を含む酸化性ガ
スにより熱酸化し、前記半導体基板の表面に窒素を含む
第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、前記半導体基板
の表面を熱酸化し、前記半導体基板と前記第1のゲート
絶縁膜との界面に第2のゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記第1のゲート絶縁膜上に第3のゲート絶縁膜を
形成する工程と、この第3のゲート絶縁膜上に不純物を
含むゲート電極を形成する工程とを有し、前記第1、第
2、第3の絶縁膜からなる積層構造のゲート絶縁膜内に
は、その膜厚方向に関して、1%以上の1つのピーク濃
度を有するように窒素が分布し、かつ前記窒素の濃度が
ピークとなる部分が前記第2の絶縁膜となるように、前
記積層構造のゲート絶縁膜の成膜条件を設定することを
特徴とする。
The amount is set so that the nitrogen concentration of the second gate insulating film becomes 1% or more. Further, it is preferable that the nitrogen concentration of the first and third gate insulating films is 0%.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: thermally oxidizing a surface of the semiconductor substrate with an oxidizing gas containing nitrogen; and forming a first gate containing nitrogen on the surface of the semiconductor substrate. Forming an insulating film; thermally oxidizing a surface of the semiconductor substrate to form a second gate insulating film at an interface between the semiconductor substrate and the first gate insulating film; Forming a third gate insulating film on the insulating film; and forming a gate electrode containing impurities on the third gate insulating film, wherein the first, second, and third insulating films are formed. Nitrogen is distributed in the gate insulating film having a stacked structure composed of a film so as to have one peak concentration of 1% or more in the thickness direction, and a portion where the nitrogen concentration is a peak is the second concentration. Gate of the laminated structure so as to be an insulating film of And setting the conditions for forming the border membranes.

【0028】成膜条件は、例えば、第2のゲート絶縁膜
を形成する酸化性ガス中に含まれる窒素の含有量より
も、第1のゲート絶縁膜を形成する酸化性ガス中に含ま
れる窒素の含有量のほうを高くし(その含有量は第1の
ゲート絶縁膜の窒素濃度が1%以上になるようにす
る)、第3のゲート絶縁膜を窒素を含まない原料ガスを
用いたCVD法により形成する。また、第2、第3のゲ
ート絶縁膜の窒素濃度は0%であることが好ましい。
The film forming conditions are, for example, that the nitrogen content in the oxidizing gas forming the first gate insulating film is higher than the nitrogen content in the oxidizing gas forming the second gate insulating film. (The content is adjusted so that the nitrogen concentration of the first gate insulating film becomes 1% or more), and the third gate insulating film is formed by CVD using a source gas containing no nitrogen. It is formed by a method. The nitrogen concentration of the second and third gate insulating films is preferably 0%.

【0029】また、本発明に係る他の半導体装置の製造
方法(請求項11)は、上記半導体装置の製造方法(請
求項6〜10)において、前記不純物がボロン、前記ゲ
ート電極がポリシリコン膜であることを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, wherein the impurity is boron and the gate electrode is a polysilicon film. It is characterized by being.

【0030】[作用]本発明(請求項1)によれば、窒
素を含む薄膜により、ゲート電極中の不純物が半導体基
板に拡散することを防止できる。この拡散防止効果は、
不純物がボロンの場合に特に高くなる。
According to the present invention (claim 1), the impurity in the gate electrode can be prevented from diffusing into the semiconductor substrate by the thin film containing nitrogen. This diffusion prevention effect
Particularly high when the impurity is boron.

【0031】これにより、半導体基板にゲート電極中の
不純物が拡散することによる、MOS型半導体素子の特
性変動や性能劣化の問題を解決できる。また、上記薄膜
の膜厚をシリコン酸化膜の膜厚に換算した値(シリコン
酸化膜換算膜厚)が1nm以下であるため、空乏層容量
の増加は小さく無視できる。
As a result, it is possible to solve the problem of characteristic fluctuation and performance deterioration of the MOS type semiconductor device due to the diffusion of impurities in the gate electrode into the semiconductor substrate. Further, since the value obtained by converting the thickness of the thin film into the thickness of the silicon oxide film (equivalent silicon oxide film thickness) is 1 nm or less, the increase in the depletion layer capacitance is small and can be ignored.

【0032】ここで、シリコン酸化膜換算膜厚(T
eff )は、Teff =(εSiO2/εN )・TN で定義され
る(εSiO2:シリコン酸化膜の誘電率、εN :窒素を含
む薄膜の誘電率、TN :窒素を含む薄膜の膜厚)。
Here, the silicon oxide film equivalent film thickness (T
eff ) is defined as T eff = (ε SiO2 / ε N ) · TNSiO2 : dielectric constant of silicon oxide film, ε N : dielectric constant of thin film containing nitrogen, T N : thin film containing nitrogen Film thickness).

【0033】したがって、本発明によれば、ゲート電極
に関わった性能劣化を招くことなく、つまり空乏層容量
の増加を招くことなく、半導体基板にゲート電極中の不
純物が拡散することによる、MOS型半導体素子の特性
変動や性能劣化の問題を解決できるようになる。また、
このようなMOS型半導体素子は、例えば本発明(請求
項7,8)に係る半導体装置の製造方法により実現する
ことができる。
Therefore, according to the present invention, the MOS type transistor can be formed by diffusing impurities in the gate electrode into the semiconductor substrate without deteriorating performance related to the gate electrode, ie, without increasing depletion layer capacitance. It is possible to solve the problem of characteristic fluctuation and performance deterioration of a semiconductor element. Also,
Such a MOS semiconductor element can be realized, for example, by the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention (claims 7 and 8).

【0034】また、本発明(請求項2)によれば、窒素
を含むゲート絶縁膜により、ゲート電極中の不純物が半
導体基板に拡散することを防止できる。この拡散防止効
果は、不純物がボロンの場合や、窒素濃度が1%以上の
部分で特に高くなる。
According to the present invention (claim 2), the impurity in the gate electrode can be prevented from diffusing into the semiconductor substrate by the gate insulating film containing nitrogen. This diffusion preventing effect is particularly high when the impurity is boron or when the nitrogen concentration is 1% or more.

【0035】これにより、半導体基板にゲート電極中の
不純物が拡散することによる、MOS型半導体素子の特
性変動や性能劣化の問題を解決できる。また、拡散防止
効果の高い部分である、1%以上の窒素ピーク濃度を有
する部分は、ゲート電極に接してないので、後酸化の際
に、ゲート電極のエッジ部における酸化剤の供給が、窒
素ピーク濃度を有する部分により妨げられるということ
はない。
As a result, it is possible to solve the problems of characteristic fluctuation and performance deterioration of the MOS type semiconductor device due to diffusion of impurities in the gate electrode into the semiconductor substrate. In addition, since a portion having a high nitrogen diffusion concentration of 1% or more, which is a portion having a high diffusion preventing effect, is not in contact with the gate electrode, the supply of the oxidizing agent at the edge portion of the gate electrode during the post-oxidation is reduced. It is not hindered by the part having the peak concentration.

【0036】したがって、ゲート電極のエッジ部に十分
な量の酸化剤を供給することができるので、ゲート電極
に関わった性能劣化の問題、つまりゲート電極のエッジ
部が尖って、ゲート耐圧が低下するという問題は起こら
ない。
Therefore, a sufficient amount of the oxidizing agent can be supplied to the edge of the gate electrode, so that the performance of the gate electrode is deteriorated, that is, the edge of the gate electrode is sharpened and the gate breakdown voltage is reduced. The problem does not occur.

【0037】さらに、拡散防止効果の高い部分である、
窒素ピーク濃度を有する部分は、半導体基板にも接して
いなので、窒素が半導体基板の表面に拡散することによ
る特性変動や性能劣化も防止できる。
Further, it is a portion having a high diffusion prevention effect.
Since the portion having the nitrogen peak concentration is also in contact with the semiconductor substrate, it is possible to prevent characteristic fluctuation and performance deterioration due to diffusion of nitrogen to the surface of the semiconductor substrate.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態(以下、実施形態という)を説明する。
(第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係るpチャネルMOSトランジスタの形成方法を示す工
程断面図である。
Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings.
(First Embodiment) FIG. 1 is a process sectional view showing a method for forming a p-channel MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【0039】まず、図1(a)に示すように、n型シリ
コン基板1(例えば、比抵抗1Ω・cm,結晶面(10
0))の全面に、熱酸化法により厚さが例えば5nmの
ゲート酸化膜2を形成する。なお、n型シリコン基板1
の代わりに、p型シリコン基板の表面にイオン注入によ
り形成したn型ウェルを用いても良い。
First, as shown in FIG. 1A, an n-type silicon substrate 1 (for example, a specific resistance of 1 Ω · cm, a crystal plane (10
On the entire surface of 0)), a gate oxide film 2 having a thickness of, for example, 5 nm is formed by a thermal oxidation method. The n-type silicon substrate 1
Instead, an n-type well formed by ion implantation on the surface of a p-type silicon substrate may be used.

【0040】図1(b)に示すように、ゲート酸化膜2
上にボロンの拡散防止膜としての厚さが2nmのシリコ
ン窒化膜3をCVD法を用いて形成する。ここで、シリ
コン窒化膜3とゲート酸化膜2との膜厚の合計は4〜6
nmが好ましい。また、シリコン窒化膜3の膜厚は2n
mであるが、そのシリコン酸化膜換算膜厚は1nm以下
である。また、シリコン窒化膜3の窒素濃度は、1%以
上であることが好ましい。
As shown in FIG. 1B, the gate oxide film 2
A silicon nitride film 3 having a thickness of 2 nm as a boron diffusion prevention film is formed thereon by a CVD method. Here, the total thickness of the silicon nitride film 3 and the gate oxide film 2 is 4 to 6
nm is preferred. The silicon nitride film 3 has a thickness of 2n.
m, but the equivalent silicon oxide film thickness is 1 nm or less. Further, the nitrogen concentration of the silicon nitride film 3 is preferably 1% or more.

【0041】次に同図(b)に示すように、シリコン窒
化膜3上にゲート電極となるポリシリコン膜4をCVD
法を用いて形成する。ここで、シリコン窒化膜3、ポリ
シリコン膜4を例えば図2に示すようなガスシーケンス
のCVD法により形成すれば、同一炉内で連続形成でき
るので、プロセスの簡略化(工程数の低減化)を図るこ
とができる。
Next, as shown in FIG. 2B, a polysilicon film 4 serving as a gate electrode is formed on the silicon nitride film 3 by CVD.
It is formed using a method. Here, if the silicon nitride film 3 and the polysilicon film 4 are formed by, for example, a CVD method of a gas sequence as shown in FIG. 2, they can be continuously formed in the same furnace, so that the process is simplified (reduction in the number of steps). Can be achieved.

【0042】この後、ポリシリコン膜4にボロンイオン
を注入し、ボロン濃度が例えば3×1020cm-3のポリ
シリコン膜4を形成する。次に図1(c)に示すよう
に、ポリシリコン膜4上にゲート電極形成用のレジスト
パターン5を形成した後、このレジストパターン5をマ
スクにしてポリシリコン膜4をエッチングし、ゲート電
極4を形成する。
Thereafter, boron ions are implanted into the polysilicon film 4 to form a polysilicon film 4 having a boron concentration of, for example, 3 × 10 20 cm −3 . Next, as shown in FIG. 1C, after a resist pattern 5 for forming a gate electrode is formed on the polysilicon film 4, the polysilicon film 4 is etched using the resist pattern 5 as a mask, and the gate electrode 4 is etched. To form

【0043】次に図1(d)に示すように、レジストパ
ターン5を剥離した後、ゲート電極4をマスクにして、
p型不純物イオン(例えばBF2 イオン)をn型シリコ
ン基板1の表面に注入し、p型ソース・ドレイン領域6
を形成する。しかる後、p型ソース・ドレイン領域6内
のp型不純物イオンを活性化して、p型MOSトランジ
スタが完成する。
Next, as shown in FIG. 1D, after the resist pattern 5 is peeled off, using the gate electrode 4 as a mask,
P-type impurity ions (eg, BF 2 ions) are implanted into the surface of the n-type silicon substrate 1 to form p-type source / drain regions 6.
To form Thereafter, the p-type impurity ions in the p-type source / drain regions 6 are activated to complete the p-type MOS transistor.

【0044】本実施形態によれば、シリコン窒化膜3に
より、ゲート電極4中のボロンがn型シリコン基板1に
拡散することを防止できる。これにより、n型シリコン
基板1にゲート電極4中のボロンが拡散することによ
る、MOSトランジスタの特性変動(例えばしきい値電
圧の変動)や性能劣化(例えば電流駆動能力の低下)の
問題を解決できる。
According to the present embodiment, the silicon nitride film 3 can prevent boron in the gate electrode 4 from diffusing into the n-type silicon substrate 1. This solves the problem of MOS transistor characteristic fluctuations (eg, threshold voltage fluctuations) and performance degradation (eg, current drive capability deterioration) due to the diffusion of boron in the gate electrode 4 into the n-type silicon substrate 1. it can.

【0045】また、シリコン窒化膜3のシリコン酸化膜
換算膜厚が1nm以下であるため、空乏層容量の増加は
小さく無視できる。したがって、本実施形態によれば、
空乏層容量の増加を招くことなく、n型シリコン基板1
にゲート電極4中のBが拡散することによる、MOSト
ランジスタの特性変動や性能劣化の問題を解決できるよ
うになる。
Since the equivalent silicon oxide film thickness of the silicon nitride film 3 is 1 nm or less, the increase in the depletion layer capacitance is small and can be ignored. Therefore, according to the present embodiment,
N-type silicon substrate 1 without increasing the depletion layer capacitance.
Thus, the problem of variation in characteristics and performance degradation of the MOS transistor due to diffusion of B in the gate electrode 4 can be solved.

【0046】なお、本実施形態では、ボロンの拡散防止
膜として、シリコン窒化膜3を用いたが、シリコン酸窒
化膜を用いても良い。その成膜は例えばCVD法を用い
る。また、シリコン窒化膜3はシリコンと窒素が結合し
たものでも良いし、あるいはシリコン膜に窒素を混合し
たもので、シリコンと窒素が結合していないものでも良
いし、あるいはその両方の混在するものでも良い。同じ
ことがシリコン酸窒化膜についてもいえる。
In this embodiment, the silicon nitride film 3 is used as the boron diffusion preventing film, but a silicon oxynitride film may be used. The film is formed by, for example, a CVD method. In addition, the silicon nitride film 3 may be a combination of silicon and nitrogen, or a mixture of silicon and nitrogen, in which silicon and nitrogen are not combined, or a mixture of both. good. The same can be said for the silicon oxynitride film.

【0047】また、本実施形態では、イオン注入により
ボロンを含むゲート電極4を形成したが、ボロンを含む
ガス原料を用いたCVD法により形成しても良い。 (第2の実施形態)図3は、本発明の第2の実施形態に
係るpチャネルMOSトランジスタの形成方法を示す工
程断面図である。
In the present embodiment, the gate electrode 4 containing boron is formed by ion implantation. However, the gate electrode 4 may be formed by a CVD method using a gas material containing boron. (Second Embodiment) FIG. 3 is a process sectional view showing a method for forming a p-channel MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【0048】まず、図3(a)に示すように、n型シリ
コン基板11(例えば、比抵抗1Ω・cm,結晶面(1
00))の全面に、熱酸化法により厚さが例えば5nm
のゲート酸化膜12を形成する。なお、n型シリコン基
板11の代わりに、p型シリコン基板の表面にイオン注
入により形成したn型ウェルを用いても良い。
First, as shown in FIG. 3A, an n-type silicon substrate 11 (for example, a specific resistance of 1 Ω · cm, a crystal plane (1
00)), the thickness is, for example, 5 nm by thermal oxidation.
Of the gate oxide film 12 is formed. Note that instead of the n-type silicon substrate 11, an n-type well formed by ion implantation on the surface of the p-type silicon substrate may be used.

【0049】次に図3(b)に示すように、ゲート酸化
膜12上に厚さが2nmのアモルファスシリコン膜13
をCVD法を用いて形成する。次に図3(c)に示すよ
うに、NH3 雰囲気中での900℃、60分のアニール
により、アモルファスシリコン膜13を窒化し、アモル
ファスシリコン膜13の全体をボロンの拡散防止膜とし
てのシリコン窒化膜14に変える。
Next, as shown in FIG. 3B, an amorphous silicon film 13 having a thickness of 2 nm is formed on the gate oxide film 12.
Is formed using a CVD method. Next, as shown in FIG. 3C, the amorphous silicon film 13 is nitrided by annealing at 900 ° C. for 60 minutes in an NH 3 atmosphere, and the entire amorphous silicon film 13 is made of silicon as a boron diffusion preventing film. Change to nitride film 14.

【0050】シリコン窒化膜14の窒素濃度は、1%以
上であることが好ましい。また、CVD法により形成す
る場合の成膜温度よりも高い高温のアニールにより窒化
を行なえば、トラップの少ないシリコン窒化膜14を形
成できる。
The nitrogen concentration of the silicon nitride film 14 is preferably at least 1%. Also, if nitriding is performed by annealing at a higher temperature than the film forming temperature in the case of forming by the CVD method, the silicon nitride film 14 with few traps can be formed.

【0051】ここで、シリコン窒化膜14とゲート酸化
膜12との膜厚の合計は4〜6nmが好ましい。また、
シリコン窒化膜14の膜厚は2nm程度となるが、その
シリコン酸化膜換算膜厚は1nm以下である。
Here, the total thickness of the silicon nitride film 14 and the gate oxide film 12 is preferably 4 to 6 nm. Also,
The thickness of the silicon nitride film 14 is about 2 nm, and the equivalent silicon oxide film thickness is 1 nm or less.

【0052】次に同図(c)に示すように、シリコン窒
化膜14上にゲート電極となるポリシリコン膜15を形
成する。ここで、アモルファスシリコン膜13の形成、
アモルファスシリコン膜13の窒化(シリコン窒化膜1
4の形成)、ポリシリコン膜15の形成を例えば図4
(a)または図4(b)に示すようなガスシーケンスに
より行なえば、同一炉内で連続的に行なうことができる
ので、プロセスの簡略化(工程数の低減化)を図ること
ができる。
Next, as shown in FIG. 3C, a polysilicon film 15 serving as a gate electrode is formed on the silicon nitride film 14. Here, formation of the amorphous silicon film 13,
Nitriding of amorphous silicon film 13 (silicon nitride film 1
4), and the formation of the polysilicon film 15 is performed, for example, as shown in FIG.
If the gas sequence shown in FIG. 4A or FIG. 4B is used, the processes can be performed continuously in the same furnace, so that the process can be simplified (the number of steps can be reduced).

【0053】なお、図4(b)のガスシーケンスのほう
が効果的に窒化を行なうことができる。ただし、図4
(a)のガスシーケンスのほうが実施は簡単である。こ
の後、ポリシリコン膜15にボロンイオンを注入し、ボ
ロン濃度が例えば3×1020cm-3のポリシリコン膜1
5を形成する。
The gas sequence shown in FIG. 4B enables more effective nitriding. However, FIG.
The implementation of the gas sequence (a) is easier. Thereafter, boron ions are implanted into the polysilicon film 15 and the polysilicon film 1 having a boron concentration of, for example, 3 × 10 20 cm −3.
5 is formed.

【0054】次に図3(d)に示すように、ポリシリコ
ン膜15上に図示しないレジストパターンを形成し、続
いてこのレジストパターンをマスクにしてポリシリコン
膜15をエッチングし、ゲート電極15を形成する。こ
の後、上記レジストパターンを剥離する。
Next, as shown in FIG. 3D, a resist pattern (not shown) is formed on the polysilicon film 15, and then the polysilicon film 15 is etched using the resist pattern as a mask to form the gate electrode 15 Form. Thereafter, the resist pattern is stripped.

【0055】次に同図(d)に示すように、ゲート電極
15をマスクにし、p型不純物イオン(例えばBF2
オン)をn型シリコン基板11の表面にイオン注入し、
p型ソース・ドレイン領域16を形成する。しかる後、
p型ソース・ドレイン領域16内のp型不純物イオンを
活性化して、pチャネルMOSトランジスタが完成す
る。
Next, as shown in FIG. 2D, p-type impurity ions (for example, BF 2 ions) are ion-implanted into the surface of the n-type silicon substrate 11 using the gate electrode 15 as a mask.
A p-type source / drain region 16 is formed. After a while
By activating the p-type impurity ions in the p-type source / drain regions 16, a p-channel MOS transistor is completed.

【0056】本実施形態によれば、シリコン窒化膜14
により、ゲート電極15中のボロンがn型シリコン基板
11に拡散することを防止できる。これにより、n型シ
リコン基板11にゲート電極15中のボロンが拡散する
ことによる、MOSトランジスタの特性変動(例えばし
きい値電圧の変動)や性能劣化(例えば電流駆動能力の
低下)の問題を解決できる。
According to the present embodiment, the silicon nitride film 14
Thereby, it is possible to prevent boron in the gate electrode 15 from diffusing into the n-type silicon substrate 11. This solves the problem of MOS transistor characteristic fluctuations (eg, threshold voltage fluctuations) and performance degradation (eg, current drive capability deterioration) due to the diffusion of boron in the gate electrode 15 into the n-type silicon substrate 11. it can.

【0057】また、シリコン窒化膜14のシリコン酸化
膜換算膜厚が1nm以下であるため、空乏層容量の増加
は小さく無視できる。なお、シリコン窒化膜14を形成
する際、過度の窒化を行なった場合においても、n型シ
リコン基板11とゲート酸化膜12との界面に導入され
る窒素は従来よりも少ないため、MOSトランジスタの
特性変動や性能劣化を抑えることが可能である。
Since the equivalent silicon oxide film thickness of the silicon nitride film 14 is 1 nm or less, the increase in the depletion layer capacitance is small and can be ignored. When the silicon nitride film 14 is formed, even if excessive nitridation is performed, the amount of nitrogen introduced into the interface between the n-type silicon substrate 11 and the gate oxide film 12 is smaller than in the conventional case, so that the characteristics of the MOS transistor are reduced. Fluctuations and performance degradation can be suppressed.

【0058】したがって、本実施形態によれば、空乏層
容量の増加を招くことなく、n型シリコン基板11にゲ
ート電極15中のBが拡散することによる、MOSトラ
ンジスタの特性変動や性能劣化の問題を解決できるよう
になる。
Therefore, according to the present embodiment, the B in the gate electrode 15 diffuses into the n-type silicon substrate 11 without causing an increase in the depletion layer capacitance, thereby causing the problem of characteristic fluctuation and performance deterioration of the MOS transistor. Can be solved.

【0059】なお、本実施形態では、アモルファスシリ
コン膜13の全体をシリコン窒化膜14に変えたが、ア
モルファスシリコン膜13の表面だけをシリコン窒化膜
14に変えても良い。この場合、アモルファスシリコン
膜13とシリコン窒化膜14のシリコン酸化膜換算膜厚
の合計が1nm以下になるようにする。この場合の具体
的な成膜条件は、例えばNH3 雰囲気中で950℃、6
0分である。その他、第1の実施形態と同様な変形が可
能である。 (第3の実施形態)図5は、本発明の第3の実施形態に
係る2重ゲート構造の不揮発性メモリセルの形成方法を
示す工程断面図である。
Although the entire amorphous silicon film 13 is changed to the silicon nitride film 14 in the present embodiment, only the surface of the amorphous silicon film 13 may be changed to the silicon nitride film 14. In this case, the total thickness of the amorphous silicon film 13 and the silicon nitride film 14 in terms of the silicon oxide film is set to 1 nm or less. Specific film forming conditions in this case, for example, 950 ° C. in NH 3 atmosphere, 6
0 minutes. In addition, modifications similar to those of the first embodiment are possible. (Third Embodiment) FIG. 5 is a process sectional view showing a method for forming a nonvolatile memory cell having a double gate structure according to a third embodiment of the present invention.

【0060】まず、図5(a)に示すように、p型シリ
コン基板21(例えば、比抵抗1Ω・cm,結晶面(1
00))の全面に、熱酸化法により厚さが例えば5nm
のゲート酸化膜22を形成する。なお、p型シリコン基
板21の代わりに、n型シリコン基板の表面にイオン注
入により形成したp型ウェルを用いても良い。
First, as shown in FIG. 5A, a p-type silicon substrate 21 (for example, a specific resistance of 1 Ω · cm, a crystal plane (1
00)), the thickness is, for example, 5 nm by thermal oxidation.
Of the gate oxide film 22 is formed. Note that, instead of the p-type silicon substrate 21, a p-type well formed by ion implantation on the surface of the n-type silicon substrate may be used.

【0061】次に図5(b)に示すように、シリコン酸
化膜22上に厚さが2nmのアモルファスシリコン膜2
3をCVD法を用いて形成する。次に同図(b)に示す
ように、NH3 雰囲気中での900℃、60分のアニー
ルにより、アモルファスシリコン膜23の表面を窒化
し、アモルファスシリコン膜23の表面にボロンの拡散
防止膜としてのシリコン窒化膜24を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, an amorphous silicon film 2 having a thickness of 2 nm is formed on the silicon oxide film 22.
3 is formed using a CVD method. Next, as shown in FIG. 3B, the surface of the amorphous silicon film 23 is nitrided by annealing at 900 ° C. for 60 minutes in an NH 3 atmosphere, and the surface of the amorphous silicon film 23 is used as a boron diffusion preventing film. Is formed.

【0062】このシリコン窒化膜24の窒素濃度は、1
%以上であることが好ましい。また、CVD法により形
成する場合の成膜温度よりも高い高温のアニールにより
窒化を行なえば、トラップの少ないシリコン窒化膜24
を形成できる。
The nitrogen concentration of the silicon nitride film 24 is 1
% Is preferable. Further, if nitriding is performed by annealing at a high temperature higher than the film forming temperature when the film is formed by the CVD method, the silicon nitride film 24 with few traps can be formed.
Can be formed.

【0063】ここで、シリコン窒化膜24とゲート酸化
膜22との膜厚の合計は4〜6nmが好ましい。また、
シリコン窒化膜24のシリコン酸化膜換算膜厚は1nm
以下である。
Here, the total thickness of the silicon nitride film 24 and the gate oxide film 22 is preferably 4 to 6 nm. Also,
The equivalent silicon oxide film thickness of the silicon nitride film 24 is 1 nm.
It is as follows.

【0064】この後、同図(b)に示すように、シリコ
ン窒化膜24上に浮遊ゲート電極となる第1のポリシリ
コン膜25を形成する。ここで、第2の実施形態の場合
と同様に、アモルファスシリコン膜23の形成、アモル
ファスシリコン膜23の窒化(シリコン窒化膜24の形
成)、ポリシリコン膜25を例えば図4に示したような
ガスシーケンスにより行なえば、同一炉内で連続的に行
なうことができるので、プロセスの簡略化(工程数の低
減化)を図ることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a first polysilicon film 25 serving as a floating gate electrode is formed on the silicon nitride film 24. Here, similarly to the case of the second embodiment, the formation of the amorphous silicon film 23, the nitridation of the amorphous silicon film 23 (formation of the silicon nitride film 24), and the formation of the polysilicon film 25 are performed, for example, using the gas shown in FIG. If performed in a sequence, they can be performed continuously in the same furnace, so that the process can be simplified (the number of steps can be reduced).

【0065】この後、ポリシリコン膜25にボロンイオ
ンを注入し、ボロン濃度が例えば3×1020cm-3のポ
リシリコン膜25を形成する。次に図5(c)に示すよ
うに、第1のポリシリコン膜25上にゲート電極間絶縁
膜となる絶縁膜26、制御ゲート電極となるボロン等の
不純物を含む第2のポリシリコン膜27を周知の方法に
従って順次形成する。
Thereafter, boron ions are implanted into the polysilicon film 25 to form a polysilicon film 25 having a boron concentration of, for example, 3 × 10 20 cm −3 . Next, as shown in FIG. 5C, an insulating film 26 serving as an inter-gate electrode insulating film and a second polysilicon film 27 containing impurities such as boron serving as a control gate electrode are formed on the first polysilicon film 25. Are sequentially formed according to a known method.

【0066】次に図5(d)に示すように、第2のポリ
シリコン膜26上に図示しないレジストパターンを形成
し、続いてこのレジストパターンをマスクにして、第2
のポリシリコン膜27、絶縁膜26、第1のポリシリコ
ン膜25を順次エッチングして、浮遊ゲート電極25、
ゲート電極間絶縁膜26、制御ゲート電極27を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 5D, a resist pattern (not shown) is formed on the second polysilicon film 26, and the second resist pattern is used as a mask.
The polysilicon film 27, the insulating film 26, and the first polysilicon film 25 are sequentially etched to form a floating gate electrode 25,
An inter-gate electrode insulating film 26 and a control gate electrode 27 are formed.

【0067】次に同図(d)に示すように、制御ゲート
電極27をマスクにし、n型不純物イオン(例えばリン
イオン)をp型シリコン基板21の表面に注入し、n型
ソース・ドレイン領域28を形成し、しかる後、n型ソ
ース・ドレイン領域28内のn型不純物イオンを活性化
して、不揮発性メモリセルが完成する。
Next, as shown in FIG. 4D, n-type impurity ions (for example, phosphorus ions) are implanted into the surface of the p-type silicon substrate 21 using the control gate electrode 27 as a mask, and the n-type source / drain regions 28 are formed. After that, the n-type impurity ions in the n-type source / drain regions 28 are activated to complete the nonvolatile memory cell.

【0068】本実施形態によれば、シリコン窒化膜24
により、浮遊ゲート電極25中のボロンがp型シリコン
基板21に拡散することを防止できる。これにより、p
型シリコン基板21に浮遊ゲート電極25中のボロンが
拡散することによる、不揮発性メモリセルの特性変動
(例えばしきい値電圧の変動)や性能劣化(例えば電流
駆動能力の低下)の問題を解決できる。
According to the present embodiment, the silicon nitride film 24
Thereby, it is possible to prevent boron in the floating gate electrode 25 from diffusing into the p-type silicon substrate 21. This gives p
The problem of characteristic fluctuation (for example, fluctuation of threshold voltage) and performance deterioration (for example, reduction of current driving capability) of the nonvolatile memory cell due to diffusion of boron in the floating gate electrode 25 into the silicon substrate 21 can be solved. .

【0069】また、シリコン窒化膜24のシリコン酸化
膜換算膜厚が1nm以下であるため、空乏層容量の増加
は小さく無視できる。したがって、本実施形態によれ
ば、空乏層容量の増加を招くことなく、p型シリコン基
板21に浮遊ゲート電極25中のボロンが拡散すること
による、不揮発性メモリセルの特性変動や性能劣化の問
題を解決できるようになる。
Since the equivalent silicon oxide film thickness of the silicon nitride film 24 is 1 nm or less, the increase in the depletion layer capacitance is small and can be ignored. Therefore, according to the present embodiment, the problem of characteristic fluctuation and performance deterioration of the nonvolatile memory cell due to the diffusion of boron in the floating gate electrode 25 into the p-type silicon substrate 21 without increasing the depletion layer capacitance. Can be solved.

【0070】また、このような効果の他に、ゲート酸化
膜22をトンネル酸化膜とする不揮発性メモリセルの場
合であれば、アモルファスシリコン膜23が存在するこ
とにより、浮遊ゲート電極25とp型シリコン基板21
との間の電子の注入効率が高くなるという効果も得られ
る。
In addition to the above effects, in the case of a nonvolatile memory cell using the gate oxide film 22 as a tunnel oxide film, the presence of the amorphous silicon film 23 allows the floating gate electrode 25 and the p-type Silicon substrate 21
Also, the effect of increasing the electron injection efficiency between the steps can be obtained.

【0071】このような注入効率に関する効果が不要で
あれば、アモルファスシリコン膜23の全体をシリコン
窒化膜24に変えても良い。この場合の具体的な成膜方
法は、例えばNH3 雰囲気中で950℃、30分のアニ
ールである。 (第4の実施形態)図6は、本発明の第4の実施形態に
係るpチャネルMOSトランジスタの形成方法を示す工
程断面図である。
If such an effect on the injection efficiency is unnecessary, the entire amorphous silicon film 23 may be replaced with the silicon nitride film 24. A specific film forming method in this case is, for example, annealing at 950 ° C. for 30 minutes in an NH 3 atmosphere. (Fourth Embodiment) FIG. 6 is a process sectional view showing a method for forming a p-channel MOS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【0072】まず、図6(a)に示すように、n型シリ
コン基板31(例えば、比抵抗1Ω・cm,結晶面(1
00))の全面に、例えばSiH2 Cl2 /N2 Oの混
合ガスを用いたCVD法により、第1のゲート絶縁膜と
しての厚さが例えば2nmのシリコン酸化膜32を堆積
する。なお、n型シリコン基板31の代わりに、p型シ
リコン基板の表面にイオン注入により形成したn型ウェ
ルを用いても良い。
First, as shown in FIG. 6A, an n-type silicon substrate 31 (for example, a specific resistance of 1 Ω · cm, a crystal plane (1
00)), a silicon oxide film 32 having a thickness of, for example, 2 nm as a first gate insulating film is deposited by a CVD method using a mixed gas of SiH 2 Cl 2 / N 2 O, for example. Instead of the n-type silicon substrate 31, an n-type well formed by ion implantation on the surface of the p-type silicon substrate may be used.

【0073】次に図6(b)に示すように、例えばSi
2 Cl2 /N2 O/NH3 の混合ガスを用いたCVD
法により、シリコン酸化膜32上に、第2のゲート絶縁
膜かつボロンの拡散防止膜としての窒素濃度が2%以上
で、厚さが例えば1nmのシリコン窒酸化膜33を形成
する。シリコン窒酸化膜33の膜厚を1nm以下にする
ことにより、空乏層容量の増加を防止できる。
Next, as shown in FIG.
CVD using a mixed gas of H 2 Cl 2 / N 2 O / NH 3
By a method, a silicon oxynitride film 33 having a nitrogen concentration of 2% or more and a thickness of, for example, 1 nm is formed as a second gate insulating film and a boron diffusion preventing film on the silicon oxide film 32. By setting the thickness of the silicon oxynitride film 33 to 1 nm or less, an increase in the capacity of the depletion layer can be prevented.

【0074】次に図6(c)に示すように、シリコン窒
酸化膜33上に、第3のゲート絶縁膜としての厚さが例
えば2nmのシリコン酸化膜34をCVD法を用いて堆
積した後、シリコン酸化膜34上にゲート電極となるボ
ロン濃度が例えば3×1020cm-3のポリシリコン膜3
5を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, a silicon oxide film 34 having a thickness of, for example, 2 nm as a third gate insulating film is deposited on the silicon oxynitride film 33 by using the CVD method. A polysilicon film 3 having a boron concentration of, for example, 3 × 10 20 cm -3 on the silicon oxide film 34;
5 is formed.

【0075】次に図6(d)に示すように、ポリシリコ
ン膜35上にゲート電極形成用のレジストパターン36
を形成した後、このレジストパターン36をマスクにし
てポリシリコン膜35をエッチングして、ゲート電極3
5を形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, a resist pattern 36 for forming a gate electrode is formed on the polysilicon film 35.
After the formation of the gate electrode 3, the polysilicon film 35 is etched using the resist pattern 36 as a mask.
5 is formed.

【0076】次に図6(e)に示すように、レジストパ
ターン36を剥離した後、ゲート電極35をマスクにし
て、p型不純物イオン(例えばBF2 イオン等のボロン
イオン)をn型シリコン基板31の表面に注入し、p型
ソース・ドレイン領域37を形成する。しかる後、p型
ソース・ドレイン領域37内のp型不純物イオンを活性
化して、pチャネルMOSトランジスタが完成する。
Next, as shown in FIG. 6E, after the resist pattern 36 is peeled off, p-type impurity ions (for example, boron ions such as BF 2 ions) are added to the n-type silicon substrate by using the gate electrode 35 as a mask. 31 to form a p-type source / drain region 37. Thereafter, the p-type impurity ions in the p-type source / drain regions 37 are activated to complete the p-channel MOS transistor.

【0077】本実施形態によれば、シリコン窒酸化膜3
3により、ゲート電極35中のボロンがn型シリコン基
板31に拡散することを効果的に防止できる。これによ
り、n型シリコン基板31にゲート電極35中のボロン
が拡散することによる、MOSトランジスタの特性変動
(例えばしきい値電圧の変動)や性能劣化(例えば電流
駆動能力の低下)の問題を解決できる。
According to the present embodiment, the silicon oxynitride film 3
According to 3, boron in the gate electrode 35 can be effectively prevented from diffusing into the n-type silicon substrate 31. This solves the problem of MOS transistor characteristic fluctuation (eg, threshold voltage fluctuation) and performance degradation (eg, current driving capability reduction) due to diffusion of boron in the gate electrode 35 into the n-type silicon substrate 31. it can.

【0078】また、図6(e)の工程の後、通常、後酸
化と呼ばれる酸化を行なう。これはゲート電極35のエ
ッジ部の電界集中を抑制するために、ゲート電極35の
エッジ部を酸化して丸める酸化である。
After the step shown in FIG. 6E, oxidation called post-oxidation is usually performed. This is oxidation in which the edge of the gate electrode 35 is oxidized and rounded to suppress the electric field concentration at the edge of the gate electrode 35.

【0079】ここで、図7(a)に示すように、ゲート
電極35の下部に接するようにシリコン窒化膜33を形
成すると、ゲート電極35のエッジ部に十分な量の酸化
剤が供給されなくなる。
Here, as shown in FIG. 7A, when the silicon nitride film 33 is formed so as to be in contact with the lower portion of the gate electrode 35, a sufficient amount of the oxidizing agent is not supplied to the edge of the gate electrode 35. .

【0080】その結果、図7(b)に示すように、ゲー
ト電極35のエッジ部が尖るように後酸化膜38が形成
され、ゲート耐圧が低下するという問題が生じる。しか
し、本実施形態の場合、シリコン窒化膜33は、ゲート
電極35に接してないので、後酸化の際に、ゲート電極
35のエッジ部における酸化剤の供給が、シリコン窒化
膜33により妨げられるということはない。
As a result, as shown in FIG. 7B, the post-oxide film 38 is formed so that the edge of the gate electrode 35 is sharpened, and there is a problem that the gate breakdown voltage is reduced. However, in the case of the present embodiment, since the silicon nitride film 33 is not in contact with the gate electrode 35, the supply of the oxidizing agent at the edge of the gate electrode 35 is hindered by the silicon nitride film 33 during post-oxidation. Never.

【0081】したがって、本実施形態によれば、ゲート
電極35のエッジ部に十分な量の酸化剤を供給され、図
8に示すように、ゲート電極35のエッジ部を丸めるこ
とができるので、エッジ部の電界集中を抑制できる。こ
れにより、ゲート耐圧の改善を図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, a sufficient amount of the oxidizing agent is supplied to the edge of the gate electrode 35, and the edge of the gate electrode 35 can be rounded as shown in FIG. The electric field concentration in the part can be suppressed. Thereby, the gate withstand voltage can be improved.

【0082】さらに、シリコン窒化膜33は、n型シリ
コン基板31にも接していなので、シリコン窒化膜33
中の窒素がn型シリコン基板31の表面に拡散すること
による特性変動や性能劣化も防止できる。
Further, since the silicon nitride film 33 is also in contact with the n-type silicon substrate 31, the silicon nitride film 33
Variations in characteristics and performance degradation due to the diffusion of nitrogen in the surface of the n-type silicon substrate 31 can also be prevented.

【0083】なお、本実施形態では、シリコン酸化膜3
2上にシリコン窒酸化膜33を直接形成したが、シリコ
ン酸化膜32の表面を例えばNH3 等の窒化性ガスによ
り窒化した後、シリコン窒酸化膜33を形成しても良
い。
In this embodiment, the silicon oxide film 3
Although the silicon oxynitride film 33 is formed directly on the substrate 2, the silicon oxynitride film 33 may be formed after the surface of the silicon oxide film 32 is nitrided with a nitriding gas such as NH 3 .

【0084】同様に、シリコン窒酸化膜33上にシリコ
ン酸化膜34を直接形成せずに、シリコン窒酸化膜33
の表面を例えばO2 ガス等の酸化性ガスにより酸化した
後、シリコン酸化膜34を形成しても良い。
Similarly, without directly forming the silicon oxide film 34 on the silicon oxynitride film 33,
After oxidizing the surface with an oxidizing gas such as O 2 gas, the silicon oxide film 34 may be formed.

【0085】このようにシリコン窒酸化膜33、シリコ
ン酸化膜34を形成する前に、下地を窒化、酸化するこ
とにより、下地表面の平坦性を改善でき、これによりゲ
ート絶縁膜の信頼性の向上を図ることができる。
As described above, before forming the silicon oxynitride film 33 and the silicon oxide film 34, by nitriding and oxidizing the base, the flatness of the base surface can be improved, thereby improving the reliability of the gate insulating film. Can be achieved.

【0086】また、本実施形態では、図8に示したよう
に、ゲート酸化膜中の中央部だけに窒素が存在する場合
について説明したが、図9に示すようにゲート酸化膜中
の全体に窒素が存在しても良い。
In this embodiment, the case where nitrogen is present only in the central portion of the gate oxide film as shown in FIG. 8 has been described. However, as shown in FIG. Nitrogen may be present.

【0087】要は、窒素が、ゲート酸化膜の膜厚方向に
関して、1%以上の1つのピーク濃度を有するように分
布し、かつ窒素の濃度がピークとなる部分が、n型シリ
コン基板31およびゲート電極35に接しなければ良
い。(第5の実施形態)図10は、本発明の第5の実施
形態に係るpチャネルMOSトランジスタの形成方法を
示す工程断面図である。
The point is that the nitrogen is distributed so as to have one peak concentration of 1% or more in the thickness direction of the gate oxide film, and the portion where the nitrogen concentration peaks is the n-type silicon substrate 31 and It does not have to be in contact with the gate electrode 35. (Fifth Embodiment) FIG. 10 is a process sectional view showing a method for forming a p-channel MOS transistor according to a fifth embodiment of the present invention.

【0088】まず、図10(a)に示すように、n型シ
リコン基板41(例えば、比抵抗1Ω・cm,結晶面
(100))の全面に、例えばN2 Oガス、またはNO
/O2の混合ガスを用いた熱酸化により、第1のゲート
絶縁膜としての厚さが例えば3nmのシリコン窒酸化膜
42を形成する。シリコン窒酸化膜42の窒素濃度は1
%以上とする。なお、n型シリコン基板41の代わり
に、p型シリコン基板の表面にイオン注入により形成し
たn型ウェルを用いても良い。
First, as shown in FIG. 10A, the entire surface of an n-type silicon substrate 41 (for example, a specific resistance of 1 Ω · cm, crystal plane (100)) is, for example, N 2 O gas or NO.
By thermal oxidation using a mixed gas of / O 2 , a silicon oxynitride film 42 having a thickness of, for example, 3 nm as a first gate insulating film is formed. The nitrogen concentration of the silicon oxynitride film 42 is 1
% Or more. Note that, instead of the n-type silicon substrate 41, an n-type well formed by ion implantation on the surface of the p-type silicon substrate may be used.

【0089】次に図10(b)に示すように、n型シリ
コン基板41の全面を窒素を含まない酸化性ガス雰囲気
中で熱酸化し、n型シリコン基板41とシリコン窒酸化
膜42との間に、第2のゲート絶縁膜としての厚さが例
えば1nmのシリコン酸化膜43を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, the entire surface of the n-type silicon substrate 41 is thermally oxidized in an oxidizing gas atmosphere containing no nitrogen, so that the n-type silicon substrate 41 and the silicon oxynitride film 42 In between, a silicon oxide film 43 having a thickness of, for example, 1 nm as a second gate insulating film is formed.

【0090】次に同図(b)に示すように、シリコン窒
酸化膜42上に、第3のゲート絶縁膜としての厚さが例
えば2nmのシリコン酸化膜44を形成する。次に図1
0(c)に示すように、ゲート電極となるボロン濃度が
例えば3×1020cm-3のポリシリコン膜45を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 9B, a silicon oxide film 44 having a thickness of, for example, 2 nm is formed as a third gate insulating film on the silicon nitride oxide film 42. Next, FIG.
As shown in FIG. 1C, a polysilicon film 45 having a boron concentration of, for example, 3 × 10 20 cm −3 serving as a gate electrode is formed.

【0091】この後は、第4の実施形態の図6(d)の
工程以降と同様の工程に従って、図10(d)に示すよ
うに、ゲート電極45、n型ソース・ドレイン領域46
を形成して、pチャネルMOSトランジスタが完成す
る。
Thereafter, the gate electrode 45 and the n-type source / drain regions 46 are formed as shown in FIG. 10D according to the same steps as those of the fourth embodiment after the step of FIG. 6D.
Is formed to complete a p-channel MOS transistor.

【0092】本実施形態によれば、シリコン窒酸化膜4
2により、ゲート電極45中のボロンがn型シリコン基
板41に拡散することを効果的に防止できる。これによ
り、n型シリコン基板41にゲート電極45中のBが拡
散することによる、MOSトランジスタの特性変動や性
能劣化の問題を解決できる。
According to the present embodiment, the silicon oxynitride film 4
According to 2, boron in the gate electrode 45 can be effectively prevented from diffusing into the n-type silicon substrate 41. This can solve the problem of characteristic fluctuation and performance deterioration of the MOS transistor due to diffusion of B in the gate electrode 45 into the n-type silicon substrate 41.

【0093】また、シリコン窒酸化膜42は、ゲート電
極45に接してないので、後酸化の際に、ゲート電極2
5のエッジ部における酸化剤の供給が、シリコン窒酸化
膜42により妨げられるということはない。
Since the silicon nitride oxide film 42 is not in contact with the gate electrode 45, the gate electrode 2
The supply of the oxidizing agent at the edge portion 5 is not hindered by the silicon oxynitride film 42.

【0094】したがって、本実施形態によれば、ゲート
電極45のエッジ部に十分な量の酸化剤を供給でき、ゲ
ート電極45のエッジ部を丸めることができるので、エ
ッジ部の電界集中を抑制できる。これにより、ゲート耐
圧の改善を図ることができる。
Therefore, according to the present embodiment, a sufficient amount of the oxidizing agent can be supplied to the edge of the gate electrode 45 and the edge of the gate electrode 45 can be rounded, so that the electric field concentration at the edge can be suppressed. . Thereby, the gate withstand voltage can be improved.

【0095】さらに、シリコン窒酸化膜42は、n型シ
リコン基板41にも接していなので、シシリコン窒酸化
膜42中の窒素がn型シリコン基板41の表面に拡散す
ることによる特性変動や性能劣化も防止できる。
Further, since the silicon oxynitride film 42 is also in contact with the n-type silicon substrate 41, characteristic fluctuations and performance deterioration due to the diffusion of nitrogen in the silicon oxynitride film 42 to the surface of the n-type silicon substrate 41 are prevented. Can be prevented.

【0096】なお、本実施形態では、シリコン窒酸化膜
42は、N2 Oガス、またはNO/O2 ガスを用いた熱
酸化により形成したが、例えば、先にシリコン酸化膜4
3を形成し、このシリコン酸化膜43の表面をNOガス
雰囲気中またはN2 Oガス雰囲気中で窒化することによ
り形成しても良い。
In this embodiment, the silicon oxynitride film 42 is formed by thermal oxidation using N 2 O gas or NO / O 2 gas.
3 may be formed, and the surface of the silicon oxide film 43 may be formed by nitriding in a NO gas atmosphere or an N 2 O gas atmosphere.

【0097】また、シリコン酸化膜44の形成方法は、
CVD法に限るものではなく、例えば、OHイオン、酸
素イオン、酸素ラジカル等を用いて、シリコン窒酸化膜
42の表面の窒素を酸素と置換することにより形成して
も良い。
The method for forming the silicon oxide film 44 is as follows.
The method is not limited to the CVD method, and may be formed by replacing nitrogen on the surface of the silicon oxynitride film 42 with oxygen using, for example, OH ions, oxygen ions, oxygen radicals, or the like.

【0098】また、他のシリコン酸化膜44の方法とし
ては、シリコン窒酸化膜42をシリコンリッチに形成
し、シリコン窒酸化膜42の表面を熱酸化する方法があ
る。さらには、熱酸化する代わりに大気放置等により自
然酸化する方法もある。
As another method of forming the silicon oxide film 44, there is a method of forming the silicon nitride oxide film 42 in a silicon-rich manner and thermally oxidizing the surface of the silicon nitride oxide film 42. Further, there is a method of performing natural oxidation by leaving in the air instead of thermal oxidation.

【0099】その他、第4の実施形態と同様な変形が可
能である。例えば、上述した条件を満たせばゲート酸化
膜中の全体に窒素が存在しても良い。なお、本発明は上
記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実
施形態では、ゲート電極としてボロンを含むポリシリコ
ン膜を用いた場合について説明したが、本発明は他の不
純物、他の膜を用いた場合にも適用できる。
In addition, modifications similar to those of the fourth embodiment are possible. For example, if the above conditions are satisfied, nitrogen may be present in the entire gate oxide film. Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the polysilicon film containing boron is used as the gate electrode has been described, but the present invention can be applied to the case where another impurity or another film is used.

【0100】また、第4、第5の実施形態では、3層構
造のゲート酸化膜の場合について説明したが、本発明は
4層以上、あるいは単層のゲート酸化膜に適用すること
が可能である。
In the fourth and fifth embodiments, the case of a gate oxide film having a three-layer structure has been described. However, the present invention can be applied to a gate oxide film having four or more layers or a single layer. is there.

【0101】また、上記実施形態では、第1、第3〜第
5の実施形態ではpチャネルの場合について説明しいた
が、各導電型を反対にすることにより本発明はnチャネ
ルの場合にも適用できる。同様に、第2の実施形態では
nチャネルの場合について説明したが、各導電型を反対
にすることにより本発明はpチャネルの場合にも適用で
きる。
In the above embodiment, the case of the p-channel is described in the first, third to fifth embodiments. However, the present invention can be applied to the case of the n-channel by reversing the conductivity types. Applicable. Similarly, in the second embodiment, the case of the n-channel is described, but the present invention can be applied to the case of the p-channel by reversing each conductivity type.

【0102】また、上実施形態では、通常のMOSトラ
ンジスタや、2重ゲート構造の不揮発性メモリセルの場
合について説明したが、本発明はデュアルゲートMOS
トランジスタや、CMOSトランジスタなどの他のMO
S型半導体素子にも適用できる。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
In the above embodiment, the case of a normal MOS transistor or a nonvolatile memory cell having a double gate structure has been described.
Transistors and other MOs such as CMOS transistors
It can also be applied to S-type semiconductor devices. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0103】[0103]

【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、ゲート絶縁膜上に窒素を含み、膜厚がシリコ
ン酸化膜の膜厚に換算して1nm以下の薄膜を形成する
ことにより、空乏層容量の増加を招くことなく、半導体
基板にゲート電極中の不純物が拡散することを防止でき
るようになる。
As described in detail above, the present invention (claim 1)
According to the method, by forming a thin film containing nitrogen on the gate insulating film and having a thickness of 1 nm or less in terms of the thickness of the silicon oxide film, the gate electrode can be formed on the semiconductor substrate without increasing the depletion layer capacitance. The diffusion of the impurities in the electrodes can be prevented.

【0104】また、本発明(請求項2)によれば、窒素
を含むゲート絶縁膜を使用し、そしてその窒素がゲート
絶縁膜の膜厚方向に関して、1%以上の1つのピーク濃
度を有するように分布し、かつ窒素の濃度がピークとな
る部分が、半導体基板およびゲート電極に接しないよう
にすることにより、後酸化の際にゲート電極のエッジ部
の尖りを招くことなく、半導体基板にゲート電極中の不
純物が拡散することを防止できるようになる。
According to the present invention (claim 2), a gate insulating film containing nitrogen is used, and the nitrogen has one peak concentration of 1% or more in the thickness direction of the gate insulating film. By preventing the portion where the nitrogen concentration is distributed and the peak of the nitrogen concentration from coming into contact with the semiconductor substrate and the gate electrode, the edge of the gate electrode is not sharpened during the post-oxidation so that the gate can be formed on the semiconductor substrate. The diffusion of the impurities in the electrodes can be prevented.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るpチャネルMO
Sトランジスタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 1 shows a p-channel MO according to a first embodiment of the present invention.
Sectional drawing showing the method of forming the S transistor

【図2】図1のMOSトランジスタのシリコン窒化膜、
ポリシリコン膜を形成する場合のガスシーケンスを示す
2 is a silicon nitride film of the MOS transistor of FIG. 1,
The figure which shows the gas sequence in the case of forming a polysilicon film

【図3】本発明の第2の実施形態に係るpチャネルMO
Sトランジスタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 3 shows a p-channel MO according to a second embodiment of the present invention.
Sectional drawing showing the method of forming the S transistor

【図4】図3のアモルファスシリコン膜、シリコン窒化
膜、ポリシリコン膜を形成する場合のガスシーケンスを
示す図
FIG. 4 is a view showing a gas sequence when forming the amorphous silicon film, the silicon nitride film, and the polysilicon film shown in FIG. 3;

【図5】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性メモリ
セルの形成方法を示す工程断面図
FIG. 5 is a process sectional view showing a method for forming a nonvolatile memory cell according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施形態に係るpチャネルMO
Sトランジスタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 6 shows a p-channel MO according to a fourth embodiment of the present invention.
Sectional drawing showing the method of forming the S transistor

【図7】ゲート電極の下部に接するようにシリコン窒化
膜を形成した場合の問題を説明するための図
FIG. 7 is a diagram for explaining a problem when a silicon nitride film is formed so as to be in contact with a lower part of a gate electrode;

【図8】図6のpチャネルMOSトランジスタに後酸化
を施した場合の断面図および窒素濃度分布を示す図
8 is a sectional view and a nitrogen concentration distribution when the post-oxidation is performed on the p-channel MOS transistor of FIG. 6;

【図9】図6のpチャネルMOSトランジスタの変形例
を示す断面図および窒素濃度分布を示す図
9 is a sectional view showing a modification of the p-channel MOS transistor shown in FIG. 6 and a diagram showing a nitrogen concentration distribution.

【図10】本発明の第5の実施形態に係るpチャネルM
OSトランジスタの形成方法を示す工程断面図
FIG. 10 shows a p-channel M according to a fifth embodiment of the present invention.
Process cross-sectional view illustrating a method for forming an OS transistor

【図11】従来の拡散防止膜を有するゲート電極の形成
方法を示す工程断面図
FIG. 11 is a process sectional view showing a conventional method for forming a gate electrode having a diffusion prevention film.

【図12】図11のMOSトランジスタのゲート電極内
の窒素およびボロンの濃度分布を示す図
12 is a diagram showing the concentration distribution of nitrogen and boron in the gate electrode of the MOS transistor of FIG.

【図13】図11のMOSトランジスタのゲート電極内
の容量分布を示す図
13 is a diagram showing a capacitance distribution in a gate electrode of the MOS transistor of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型シリコン基板 2…ゲート酸化膜 3…シリコン窒化膜(拡散防止膜) 4…ポリシリコン膜(ゲート電極) 5…レジストパターン 6…p型ソース・ドレイン領域 11…n型シリコン基板 12…ゲート酸化膜 13…アモルファスシリコン膜 14…シリコン窒化膜(拡散防止膜) 15…ポリシリコン膜(ゲート電極) 16…p型ソース・ドレイン領域 21…p型シリコン基板 22…ゲート酸化膜 23…アモルファスシリコン膜 24…シリコン窒化膜(拡散防止膜) 25…第1のポリシリコン膜(浮遊ゲート電極) 26…ゲート電極間絶縁膜 27…第2のポリシリコン膜(制御ゲート電極) 28…p型ソース・ドレイン領域 31…n型シリコン基板 32…シリコン酸化膜(第1のゲート絶縁膜) 33…シリコン窒酸化膜(第2のゲート絶縁膜、拡散防
止膜) 34…シリコン酸化膜(第3のゲート絶縁膜) 35…ポリシリコン膜(ゲート電極) 36…レジストパターン 37…p型ソース・ドレイン領域 38…後酸化膜 41…n型シリコン基板 42…シリコン窒酸化膜(第1のゲート絶縁膜、拡散防
止膜) 43…シリコン酸化膜(第2のゲート絶縁膜) 44…シリコン酸化膜(第3のゲート絶縁膜) 45…ポリシリコン膜(ゲート電極) 46…p型ソース・ドレイン領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type silicon substrate 2 ... gate oxide film 3 ... silicon nitride film (diffusion prevention film) 4 ... polysilicon film (gate electrode) 5 ... resist pattern 6 ... p-type source / drain region 11 ... n-type silicon substrate 12 ... Gate oxide film 13 ... Amorphous silicon film 14 ... Silicon nitride film (diffusion prevention film) 15 ... Polysilicon film (gate electrode) 16 ... P-type source / drain region 21 ... P-type silicon substrate 22 ... Gate oxide film 23 ... Amorphous silicon Film 24: silicon nitride film (diffusion prevention film) 25: first polysilicon film (floating gate electrode) 26: insulating film between gate electrodes 27: second polysilicon film (control gate electrode) 28: p-type source Drain region 31 n-type silicon substrate 32 silicon oxide film (first gate insulating film) 33 silicon nitride oxide film (second (Gate insulating film, diffusion preventing film) 34 silicon oxide film (third gate insulating film) 35 polysilicon film (gate electrode) 36 resist pattern 37 p-type source / drain region 38 post-oxide film 41 n Type silicon substrate 42: silicon oxynitride film (first gate insulating film, diffusion preventing film) 43: silicon oxide film (second gate insulating film) 44: silicon oxide film (third gate insulating film) 45: poly Silicon film (gate electrode) 46 ... p-type source / drain region

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜
と、 このゲート絶縁膜上に形成され、窒素を含み、膜厚がシ
リコン酸化膜の膜厚に換算して1nm以下の薄膜と、 この薄膜上に形成され、不純物を含むゲート電極とを具
備してなることを特徴とする半導体装置。
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate; a thin film formed on the gate insulating film and containing nitrogen and having a thickness of 1 nm or less in terms of a silicon oxide film; A semiconductor device, comprising: a gate electrode formed on a thin film and containing an impurity.
【請求項2】半導体基板上に形成され、窒素を含むゲー
ト絶縁膜と、 このゲート絶縁膜上に形成され、不純物を含むゲート電
極とを具備してなり、 前記窒素は、前記ゲート絶縁膜の膜厚方向に関して、1
%以上の1つのピーク濃度を有するように分布し、かつ
前記窒素の濃度がピークとなる部分は、前記半導体基板
および前記ゲート電極に接しないことを特徴とする半導
体装置。
2. A semiconductor device comprising: a gate insulating film formed on a semiconductor substrate and containing nitrogen; and a gate electrode formed on the gate insulating film and containing impurities. Regarding the film thickness direction, 1
%, Wherein a portion having a peak concentration of not less than 1% and having a peak of the nitrogen concentration is not in contact with the semiconductor substrate and the gate electrode.
【請求項3】前記ゲート絶縁膜は、前記半導体基板の表
面に接して形成された第1のゲート絶縁膜と、この第1
のゲート絶縁膜上に形成された第2のゲート絶縁膜と、
この第2のゲート絶縁膜上に、前記ゲート電極の下部に
接して形成された第3のゲート絶縁膜とを含む積層構造
のゲート絶縁膜であり、かつ前記第2のゲート絶縁膜で
窒素濃度がピークになることを特徴とする請求項2に記
載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate insulating film includes a first gate insulating film formed in contact with a surface of said semiconductor substrate;
A second gate insulating film formed on the gate insulating film of
A gate insulating film having a stacked structure including a third gate insulating film formed on the second gate insulating film in contact with a lower portion of the gate electrode, and the second gate insulating film has a nitrogen concentration 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein?
【請求項4】前記第1および第3のゲート絶縁膜は、窒
素濃度が0%であることを特徴とする請求項3に記載の
半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein said first and third gate insulating films have a nitrogen concentration of 0%.
【請求項5】前記第1のゲート絶縁膜の窒素窒素は、前
記第2の絶縁膜から前記半導体基板に向かって窒素濃度
が減少し、前記第3のゲート絶縁膜の窒素窒素は、前記
第2の絶縁膜から前記ゲート電極に向かって窒素濃度が
減少することを特徴とする請求項2に記載の半導体装
置。
5. The nitrogen concentration of the first gate insulating film decreases from the second insulating film toward the semiconductor substrate, and the nitrogen concentration of the third gate insulating film is 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the nitrogen concentration decreases from the second insulating film toward the gate electrode.
【請求項6】前記不純物はボロン、前記ゲート電極はポ
リシリコン膜であることを特徴とする請求項1ないし請
求項5のいずれかに記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said impurity is boron, and said gate electrode is a polysilicon film.
【請求項7】半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 このゲート絶縁膜上に窒素を含み、膜厚がシリコン酸化
膜の膜厚に換算して1nm以下の薄膜を形成する工程
と、 この薄膜上に不純物を含むゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, and a step of forming a thin film containing nitrogen on the gate insulating film and having a thickness of 1 nm or less in terms of a silicon oxide film. Forming a gate electrode containing impurities on the thin film.
【請求項8】半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工
程と、 このゲート絶縁膜上に半導体薄膜を形成した後、この半
導体薄膜の全体、または表面を窒化することにより、膜
厚がシリコン酸化膜の膜厚に換算して1nm以下の窒素
を含む絶縁薄膜、または膜厚がシリコン酸化膜の膜厚に
換算して1nm以下の、前記半導体薄膜と窒素を含む絶
縁薄膜とからなる積層膜を形成する工程と、 前記絶縁薄膜上に不純物を含むゲート電極を形成する工
程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming a gate insulating film on a semiconductor substrate, and after forming a semiconductor thin film on the gate insulating film, nitriding the whole or the surface of the semiconductor thin film to form a silicon oxide film. An insulating thin film containing nitrogen having a thickness of 1 nm or less in terms of film thickness, or a laminated film comprising the semiconductor thin film and an insulating thin film containing nitrogen having a thickness of 1 nm or less in terms of a silicon oxide film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode; and forming a gate electrode containing an impurity on the insulating thin film.
【請求項9】半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を形成
する工程と、 この第1のゲート絶縁膜上に窒素を含む第2のゲート絶
縁膜を形成する工程と、 この第2のゲート絶縁膜上に第3のゲート絶縁膜を形成
する工程と、 この第3のゲート絶縁膜上に不純物を含むゲート電極を
形成する工程とを有し、 前記第1、第2、第3の絶縁膜からなる積層構造のゲー
ト絶縁膜内には、その膜厚方向に関して、1%以上の1
つのピーク濃度を有するように窒素が分布し、かつ前記
窒素の濃度がピークとなる部分が前記第2の絶縁膜とな
るように、前記積層構造のゲート絶縁膜の成膜条件を設
定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. A step of forming a first gate insulating film on a semiconductor substrate; a step of forming a second gate insulating film containing nitrogen on the first gate insulating film; Forming a third gate insulating film on the insulating film; and forming a gate electrode containing an impurity on the third gate insulating film, wherein the first, second, and third insulating films are formed. 1% or more of 1% or more in the thickness direction of the gate insulating film having a laminated structure composed of a film.
Nitrogen is distributed so as to have two peak concentrations, and the film forming conditions of the gate insulating film having the stacked structure are set so that a portion where the nitrogen concentration has a peak becomes the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項10】前記半導体基板の表面を窒素を含む酸化
性ガスにより熱酸化し、前記半導体基板の表面に窒素を
含む第1のゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記半導体基板の表面を熱酸化し、前記半導体基板と前
記第1のゲート絶縁膜との界面に第2のゲート絶縁膜を
形成する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜上に第3のゲート絶縁膜を形成
する工程と、 この第3のゲート絶縁膜上に不純物を含むゲート電極を
形成する工程とを有し、 前記第1、第2、第3の絶縁膜からなる積層構造のゲー
ト絶縁膜内には、その膜厚方向に関して、1%以上の1
つのピーク濃度を有するように窒素が分布し、かつ前記
窒素の濃度がピークとなる部分が前記第2の絶縁膜とな
るように、前記積層構造のゲート絶縁膜の成膜条件を設
定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. A step of thermally oxidizing the surface of the semiconductor substrate with an oxidizing gas containing nitrogen to form a first gate insulating film containing nitrogen on the surface of the semiconductor substrate; Oxidizing to form a second gate insulating film at an interface between the semiconductor substrate and the first gate insulating film; and forming a third gate insulating film on the first gate insulating film. Forming a gate electrode containing impurities on the third gate insulating film, wherein the gate insulating film having a laminated structure including the first, second, and third insulating films has the film formed therein. 1% or more in the thickness direction
Nitrogen is distributed so as to have two peak concentrations, and the film forming conditions of the gate insulating film having the stacked structure are set so that a portion where the nitrogen concentration has a peak becomes the second insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項11】前記不純物はボロン、前記ゲート電極は
ポリシリコン膜であることを特徴とする請求項6ないし
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
11. The method according to claim 6, wherein said impurity is boron, and said gate electrode is a polysilicon film.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002016237A (en) * 2000-06-27 2002-01-18 Hitachi Ltd Semiconductor ic device and method of manufacturing the same
US6756647B2 (en) 2002-08-15 2004-06-29 Renesas Technology Corp. Semiconductor device including nitride layer
JP2007201490A (en) * 2007-03-12 2007-08-09 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP2009124165A (en) * 2009-01-19 2009-06-04 Fujitsu Microelectronics Ltd Semiconductor device
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