JPH11345963A - Mosfet半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Mosfet半導体装置およびその製造方法

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JPH11345963A JP15298698A JP15298698A JPH11345963A JP H11345963 A JPH11345963 A JP H11345963A JP 15298698 A JP15298698 A JP 15298698A JP 15298698 A JP15298698 A JP 15298698A JP H11345963 A JPH11345963 A JP H11345963A
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gate electrode
film
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gate
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岳 安藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MOSFETのゲート電極を直接窒化膜で覆
うことは、ゲート電極への水の侵入防止に対しては有効
であるが、ホットキャリア耐性が劣化したり、ゲートフ
リンジ容量が増加するなどの問題が生じる。 【解決手段】 シリコン基板上のゲート電極との間に酸
化膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を有するM
OSFET半導体装置において、ゲート電極およびシリ
コン基板と窒化膜からなるゲート側壁との間に介在する
酸化膜の端部を部分的に除去し、この除去部分を窒化膜
またはシリコンで塞ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極との間
に酸化膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を有す
るMOSFET半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ゲート電極との間に酸化膜を介在させた
窒化膜からなるゲート側壁を有するMOSFET半導体
装置は、半導体装置として種々の回路に広く使用されて
いる。
【0003】このようなMOSFET半導体装置におい
て、高い信頼性を確保するためには、チップ外部からの
水の侵入を阻止することが重要である。
【0004】すなわち、層間膜形成中に取り込まれた水
が、ゲート酸化膜へ拡散すると、酸化膜自身と反応して
欠陥を生成する。このようにして生成した欠陥は、電荷
捕獲中心として働くため、MOSFETの動作中に発生
したホットキャリアが捕獲される確率が高くなり、しき
い値電圧やドレイン電流などの特性変動を増加させる。
【0005】このような観点から、たとえば、特開平9
−45705号公報には、第1導電型の半導体基板の表
面部の第2導電型のウエハ内に設けられた第1導電型の
ソース領域およびドレイン領域と、前記ウェハ上にゲー
ト酸化膜を介して設けられたゲート電極とを有する横型
MOSFETを備えた半導体装置において、横型MOS
FETのゲート電極を窒化シリコン膜で直接覆うことに
より、層間膜からの水の侵入を防止することが提案され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−45705号公報に記載されているMOSFETの
ように、ゲート電極を直接窒化膜で覆うことは、前述の
水の侵入防止に対しては有効であるが、ゲート電極の側
面およびシリコン基板上に、窒化膜側壁を直接形成する
と、ストレスの影響により逆にホットキャリア耐性が劣
化したり、酸化膜との誘電率の差からゲートフリンジ容
量が増加するなどの別の問題が生じる。
【0007】本発明の目的は、このようなゲート電極を
直接窒化膜で覆うことによる問題を生じることなく、層
間膜からの水の侵入を効果的に防止することが可能のM
OSFET半導体装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のMOSFET半
導体装置は、シリコン基板上のゲート電極との間に酸化
膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を有するMO
SFET半導体装置において、前記ゲート電極および前
記シリコン基板と前記窒化膜からなるゲート側壁との間
に介在する前記酸化膜の端部を部分的に除去し、この除
去部分を窒化膜またはシリコンで塞いだことを特徴とす
る。
【0009】また本発明は、上記のMOSFET半導体
装置を製造する方法であって、シリコン基板上のゲート
電極側面に、酸化膜を介在させた窒化膜からなるゲート
側壁を形成する工程と、ついで前記ゲート電極および前
記シリコン基板と前記窒化膜からなるゲート側壁との間
に介在する前記酸化膜の一部を除去する工程と、窒化膜
を一様に被着させた後、異方性のエッチングを行って、
酸化膜の除去された部分を窒化膜で塞ぐ工程と、を備え
たことを特徴とする。
【0010】さらに本発明は、上記のMOSFET半導
体装置を製造する方法であって、シリコン基板上のゲー
ト電極側面に、酸化膜を介在させた窒化膜からなるゲー
ト側壁を形成する工程と、ついで前記ゲート電極および
前記シリコン基板と前記窒化膜からなるゲート側壁との
間に介在する前記酸化膜の一部を除去する工程と、前記
ゲート電極上にシリコンを選択成長させて、酸化膜の除
去された部分をシリコンで塞ぐ工程と、を備えたことを
特徴とする。
【0011】すなわち本発明によれば、酸化膜を介して
形成した窒化膜側壁を有するMOSFET半導体装置に
おいて、ゲート電極およびシリコン基板と窒化膜側壁と
の間の酸化膜の一部を除去し、代わりに窒化膜またはシ
リコンで塞ぐことにより、層間膜からゲート酸化膜への
水の拡散を防ぐことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。
【0013】図1および図2は、本発明にしたがってM
OSFET半導体装置を製造する一連の工程を示してい
る。まず、図1(a)に示すように、p型のシリコン基
板1上に、厚さ4nmのゲート酸化膜2を介して、高さ
150nm、幅150nmの多結晶シリコンのゲート電
極3を形成する。次に、厚さ8nmの酸化膜4をCVD
法により被着させ、ヒ素を30keVで5×1013/c
2注入して、n型低濃度拡散層5を形成する。次に、
厚さ100nmの窒化膜をCVD法により被着させ、異
方性エッチングを行って、図1(b)に示すように、ゲ
ート電極3の側面に窒化膜側壁6を形成する。
【0014】次に、図1(c)に示すように、ゲート電
極3およびシリコン基板1と窒化膜側壁6との間の酸化
膜4を、バッファードフッ酸により途中まで除去する。
次に、図1(d)に示すように、厚さ80nmの窒化膜
11をCVD法により被着させる。
【0015】次に、異方性エッチングを行って、図2
(e)に示すように、ゲート電極3およびシリコン基板
1と窒化膜側壁6との間の酸化膜4の除去された部分を
窒化膜で塞ぐ。この結果、窒化膜側壁6は、図2(c)
の状態では露出されていた、酸化膜4の側壁の上端面と
ともに、シリコン基板1の表面に沿って延びる部分の端
面をも覆うことになる。
【0016】次に、図2(f)に示すように、ヒ素を5
0keVで3×1015/cm2注入し、1000℃で1
0秒間活性化アニールを行って、n型高濃度拡散層7を
形成する。この後、ゲート電極3の頂部および高濃度拡
散層7の表面に、自己整合的に厚さ30nmのコバルト
シリサイド8を形成する。
【0017】最後に、図2(g)に示すように、厚さ1
00nmの酸化膜9と厚さ1000nmのBPSG膜1
0をCVD法により連続して被着させ、CMPで平坦化
を行う。この後、図示しない金属配線を形成し、MOS
FET半導体装置が完成する。
【0018】ここで、外部から侵入する水の影響に対す
る防御作用について、図5および図6に示す本発明のM
OSFET半導体装置と、図7に示す従来例のMOSF
ET半導体装置とを比較して説明する。なお図5は、前
述の第1の実施態様で得られたMOSFET半導体装
置、図6は第2の実施態様で得られたMOSFET半導
体装置にそれぞれ対応する。
【0019】まず、図7に示した従来の半導体装置で
は、ゲート電極3と窒化膜側壁6との間に酸化膜4が、
またシリコン基板1と窒化膜側壁6との間にゲート酸化
膜2がそれぞれ存在し、その端面が酸化膜9に接してい
る。このため、水(H2O)がBPSG膜10からこの
酸化膜9部分を通って、矢印で示す箇所からゲート酸化
膜2へ容易に拡散し、この結果、ゲート酸化膜2中に欠
陥が生成され、ホットキャリア耐性が劣化する。
【0020】一方、図5に示した本発明の半導体装置で
は、ゲート電極3およびシリコン基板1と窒化膜側壁6
との間の酸化膜4の一部を除去し、代わりに窒化膜で塞
いでおり、酸化膜4の端面は酸化膜9に接していない。
このため、水の拡散経路が絶たれ(図中に×印で示
す)、ホットキャリア耐性が顕著に改善される。
【0021】同様に、図6に示した本発明の半導体装置
においても、ゲート電極3およびシリコン基板1と窒化
膜側壁6との間の酸化膜4の一部を除去し、代わりにシ
リコン(後にシリサイド8化)で塞いでいる。このた
め、水の拡散経路が絶たれ(×印)、ホットキャリア耐
性が改善される。
【0022】図3および図4は、本発明の他の実施形態
を示している。この例では、図3(a)に示すように、
p型のシリコン基板1上に、厚さ4nmのゲート酸化膜
2を介して、高さ150nm、幅150nmの多結晶シ
リコンのゲート電極3を形成する。次に、厚さ8nmの
酸化膜4をCVD法により被着させ、ヒ素を30keV
で5×1013/cm2注入して、n型低濃度拡散層7を
形成する。次に、厚さ100nmの窒化膜をCVD法に
より被着させ、異方性エッチングを行って、図3(b)
に示すように、ゲート電極3の側面に窒化膜側壁6を形
成する。
【0023】次に、図3(c)に示すように、ゲート電
極3およびシリコン基板1と窒化膜側壁6との間の酸化
膜4を、バッファードフッ酸により途中まで除去する。
次に、図3(d)に示すように、ヒ素を50keVで3
×1015/cm2注入し、1000℃で10秒間活性化
アニールを行って、n型高濃度拡散層7を形成する。次
に、図4(e)に示すように、ゲート電極4の頂部およ
び高濃度拡散層7の表面に、UHV−CVD法によりシ
リコンを選択的に30nm成長させ、ゲート電極3およ
びシリコン基板1と窒化膜側壁6との間の酸化膜4の除
去された部分をシリコン12で塞ぐ。
【0024】次に、図4(f)に示すように、ゲート電
極4の頂部および高濃度拡散層7の表面に選択成長させ
たシリコン12をシリサイド化し、自己整合的に厚さ3
0nmのコバルトシリサイド8を形成する。最後に、図
4(g)に示すように、厚さ100nmの酸化膜9と厚
さ1000nmのBPSG膜10をCVD法により連続
して被着させ、CMPで平坦化を行う。この後、図示し
ない金属配線を形成し、MOSFET半導体装置が完成
する。
【0025】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ゲート電極の周囲に設けられた酸化膜は、その端面
が層間膜に接触することがないように窒化膜で覆われて
いるので、水の拡散経路が遮断され、層間膜形成中に取
り込まれた水が、ゲート酸化膜へ拡散することがなくな
り、ホットキャリア耐性が改善され、MOSFET半導
体装置の信頼性が向上する。またゲート電極の側面およ
びシリコン基板上に窒化膜側壁を直接形成することによ
るストレスの影響から、逆にホットキャリア耐性が劣化
したり、酸化膜との誘電率の差からゲートフリンジ容量
が増加するなどの問題が生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例によるMOSFET
半導体装置の製造工程の前半部を示す工程説明図。
【図2】本発明の実施の形態の一例によるMOSFET
半導体装置の製造工程の後半部を示す工程説明図。
【図3】本発明の実施の形態の他の例によるMOSFE
T半導体装置の製造工程の前半部を示す工程説明図。
【図4】本発明の実施の形態の他の例によるMOSFE
T半導体装置の製造工程の後半部を示す工程説明図。
【図5】本発明の実施の形態の一例によるMOSFET
半導体装置を示す縦断面図。
【図6】本発明の実施の形態の他の例によるMOSFE
T半導体装置を示す縦断面図。
【図7】従来のMOSFET半導体装置を示す縦断面
図。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ゲート電極 4 酸化膜 5 低濃度拡散層 6 窒化膜側壁 7 高濃度拡散層 8 コバルトシリサイド 9 酸化膜 10 BPSG膜 11 窒化膜 12 選択成長シリコン

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電極との間に酸
    化膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を有するM
    OSFET半導体装置において、前記ゲート電極および
    前記シリコン基板と前記窒化膜からなるゲート側壁との
    間に介在する前記酸化膜の端部を部分的に除去し、この
    除去部分を窒化膜またはシリコンで塞いだことを特徴と
    するMOSFET半導体装置。
  2. 【請求項2】 シリコン基板上のゲート電極側面に、酸
    化膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を形成する
    工程と、ついで前記ゲート電極および前記シリコン基板
    と前記窒化膜からなるゲート側壁との間に介在する前記
    酸化膜の一部を除去する工程と、窒化膜を一様に被着さ
    せた後、異方性のエッチングを行って、酸化膜の除去さ
    れた部分を窒化膜で塞ぐ工程と、を備えたことを特徴と
    するMOSFET半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 シリコン基板上のゲート電極側面に、酸
    化膜を介在させた窒化膜からなるゲート側壁を形成する
    工程と、ついで前記ゲート電極および前記シリコン基板
    と前記窒化膜からなるゲート側壁との間に介在する前記
    酸化膜の一部を除去する工程と、前記ゲート電極上にシ
    リコンを選択成長させて、酸化膜の除去された部分をシ
    リコンで塞ぐ工程と、を備えたことを特徴とするMOS
    FET半導体装置の製造方法。
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