JPH1140803A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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Publication number
JPH1140803A
JPH1140803A JP9190303A JP19030397A JPH1140803A JP H1140803 A JPH1140803 A JP H1140803A JP 9190303 A JP9190303 A JP 9190303A JP 19030397 A JP19030397 A JP 19030397A JP H1140803 A JPH1140803 A JP H1140803A
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JP
Japan
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film
silicon
oxide film
insulating film
fluorine
Prior art date
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Application number
JP9190303A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Mitani
祐一郎 三谷
Hideki Satake
秀喜 佐竹
Akira Chokai
明 鳥海
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device, in which the reliability of a gate insulating film regarding its dielectric breakdown resistance or the like is enhanced by a method, wherein the gate insulating film is constituted so as to contain silicon, oxygen or nitrogen and a halogen element, and the maximum element concentration of the halogen element is specified. SOLUTION: A silicon thermal oxide film 2 and n-type source-drain diffused layers 7a, 7b are formed on a P-type silicon substrate 1. A gate insulating film 3 is composed mainly of silicon, oxygen or nitrogen, and halogen atoms such as fluorine atoms or the like are introduced. A CVD silicon oxide film 6 is formed on a polycrystalline silicon film 4 which is to be used as a gate electrode. A silicon nitride film 8 is formed on the sidewall of the gate electrode. In addition, a silicide layer 9 is formed in a source-drain region. In addition, a contact hole is opened in a CVD silicon oxide film 10. An Al electrode 11 which is to be used as an interconnection is formed so as to be patterned. In this case, when the maximum element concentration of a halogen element is set at 10<20> per/cm<3> to 10<21> per cm<3> or lower, the reliability of the gate insulating film 3 can be increased, and the reliability of an element can be enhanced.

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、半導体装置及びそ
の製造方法、特にMOS型半導体装置のゲート絶縁膜の
信頼性等を向上させることが可能な半導体装置及びその
製造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device capable of improving the reliability of a gate insulating film of a MOS type semiconductor device and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電気的な書き込み及び消去が可能
な不揮発性半導体メモリ(EEPROM)に代表される
ような、ゲート酸化膜がトンネル酸化膜として利用され
る素子では、書き込み及び消去の際に10MV/cmを
上回る高い電界がゲート酸化膜に印加される。また、論
理演算素子のゲート酸化膜では、性能を維持していくた
めに、微細化されるほど高い電界が印加されるようにな
っていく。ゲート酸化膜に上記のような高い電界が印加
されることによって、電界から高いエネルギーを得た電
子がゲート酸化膜中を通過するために、ゲート酸化膜に
対しては高い絶縁破壊耐性が要求される。
2. Description of the Related Art In recent years, an element in which a gate oxide film is used as a tunnel oxide film, such as a non-volatile semiconductor memory (EEPROM) capable of electrically writing and erasing, has been used in writing and erasing. A high electric field of more than 10 MV / cm is applied to the gate oxide. Further, in the gate oxide film of the logical operation element, a higher electric field is applied as the size is reduced in order to maintain the performance. When a high electric field as described above is applied to the gate oxide film, electrons that have obtained high energy from the electric field pass through the gate oxide film, so that a high dielectric breakdown resistance is required for the gate oxide film. You.

【0003】従来は、形成温度や形成雰囲気といったパ
ラメータを変えて種々の酸化膜を形成し、それらの電気
的な特性を評価してスペックを満たす条件を使用すると
いう、経験的な手法が採られてきた。しかしながら、ゲ
ート酸化膜が益々薄くなる現状では、上記のスペックを
満たすことは困難になりつつある。さらに、製品の種類
が多岐にわたるとともに、世代の交替が速くなっている
現状では、上記のような経験的な手法による条件決定は
極めて非効率的であり、製品コストが上昇してしまうと
いう重大な欠点がある。
Conventionally, an empirical method has been employed in which various oxide films are formed by changing parameters such as a forming temperature and a forming atmosphere, and their electrical characteristics are evaluated to use conditions satisfying specifications. Have been. However, under the current situation where the gate oxide film becomes increasingly thin, it is becoming difficult to satisfy the above specifications. Furthermore, in the current situation where the types of products are diversified and the generations are changed rapidly, it is extremely inefficient to determine the conditions by the empirical method as described above, and it is important to increase the product cost. There are drawbacks.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、EEPR
OMのトンネル酸化膜や論理演算素子のゲート酸化膜に
対しては高い絶縁破壊耐性が要求されるが、このような
スペックを満たすことは極めて困難であり、これが素子
の信頼性低下や製造コスト増大を招く要因となってい
た。
As described above, the EEPR
High dielectric breakdown resistance is required for the tunnel oxide film of the OM and the gate oxide film of the logical operation element, but it is extremely difficult to satisfy such specifications, which leads to a decrease in element reliability and an increase in manufacturing cost. Was a factor inviting.

【0005】本発明は、上記従来の問題に対してなされ
たもので、その目的は、絶縁破壊耐性の向上等、ゲート
絶縁膜の信頼性を高めることができ、素子の信頼性の向
上をはかることが可能な半導体装置及びその製造方法を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems. An object of the present invention is to improve the reliability of a gate insulating film, such as an improvement in dielectric breakdown resistance, and to improve the reliability of an element. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明における半導体装
置は、ゲート絶縁膜がシリコン、酸素又は窒素の少なく
とも一方及びハロゲン元素を含んで構成され、前記ゲー
ト絶縁膜中のハロゲン元素(特にフッ素)の最大元素濃
度が1020個/cm3 以上で1021個/cm3以下であ
ることを特徴とする。
According to a semiconductor device of the present invention, a gate insulating film includes at least one of silicon, oxygen, and nitrogen and a halogen element, and the gate insulating film contains a halogen element (particularly, fluorine) in the gate insulating film. The maximum element concentration is not less than 10 20 / cm 3 and not more than 10 21 / cm 3 .

【0007】本発明における半導体装置の製造方法は、
半導体基板(特にシリコン基板)上にシリコン及び酸素
又は窒素の少なくとも一方を含むゲート絶縁膜を形成す
る工程と、このゲート絶縁膜中に最大元素濃度が1020
個/cm3 以上で1021個/cm3 以下となるようにハ
ロゲン元素(特にフッ素)を導入する工程とを有するこ
とを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
Forming a gate insulating film including at least one of silicon and oxygen or nitrogen on the semiconductor substrate (especially silicon substrate), the largest element concentration in the gate insulating film 10 20
Characterized by a step of introducing a halogen element (especially fluorine) as in number / cm 3 or more is 10 21 / cm 3 or less.

【0008】なお、前記最大元素濃度とは、ゲート絶縁
膜の厚さ方向においてハロゲン元素の濃度が最大となる
濃度をいう。
[0008] The maximum element concentration refers to a concentration at which the concentration of the halogen element becomes maximum in the thickness direction of the gate insulating film.

【0009】ゲート絶縁膜のシリコン基板との界面に存
在する界面遷移層において、シリコンの未結合手にフッ
素が終端したり、結合エネルギーの小さいSi−H結合
の水素がフッ素に置換することにより、結合エネルギー
の大きいSi−F結合を形成することが可能となる。ま
た、歪んだSi−O−Si結合にフッ素が作用して、S
i−O結合とSi−F結合とに分離することで、応力緩
和をさせることができる。このようにゲート絶縁膜にフ
ッ素を導入することにより、ゲート絶縁膜に高電界を長
時間印加した場合の特性(Time-Dependence-Dielectric
-Breakdown (TDDB)特性)などのゲート絶縁膜の信
頼性に関する特性を改善することが可能である。
In the interfacial transition layer existing at the interface between the gate insulating film and the silicon substrate, fluorine is terminated at dangling bonds of silicon, or hydrogen of Si—H bond having small binding energy is replaced by fluorine. It is possible to form a Si—F bond having a large binding energy. Further, fluorine acts on the distorted Si—O—Si bond, and S
By separating into i-O bonds and Si-F bonds, stress can be relaxed. By introducing fluorine into the gate insulating film in this way, the characteristics when a high electric field is applied to the gate insulating film for a long time (Time-Dependence-Dielectric
-Breakdown (TDDB) characteristics) can be improved.

【0010】図19は、ゲート酸化膜にフッ素を導入し
た場合の効果を示したものであり、横軸は一定電界を印
加し続けた場合の絶縁破壊に至るまでのゲート酸化膜中
への電荷注入量(Charge-to-Breakdown : Qbd)を表
し、縦軸は絶縁破壊の累積不良率Pをln(-ln(1-P))とし
て表している。フッ素を導入しない場合には低Qbdで破
壊してしまうものが多い分布形状であるが、フッ素を導
入した場合には分布形状がシャープになり、フッ素を導
入することで酸化膜質が均質化されたMOS型半導体装
置が得られることがわかる。
FIG. 19 shows the effect when fluorine is introduced into the gate oxide film. The horizontal axis indicates the charge in the gate oxide film until the dielectric breakdown occurs when a constant electric field is continuously applied. The injection amount (Charge-to-Breakdown: Qbd) is shown, and the vertical axis shows the cumulative failure rate P of dielectric breakdown as ln (-ln (1-P)). When fluorine is not introduced, the distribution shape is often broken at a low Qbd, but when fluorine is introduced, the distribution shape becomes sharp, and the oxide film quality is homogenized by introducing fluorine. It can be seen that a MOS type semiconductor device can be obtained.

【0011】図20は、ゲート酸化膜中の最大フッ素濃
度に対する50%Qbd(Qbdの平均値)及びQbdex不良
率(短時間で絶縁破壊に至るチップの割合)を示したも
のである。この図からわかるように、最大フッ素濃度が
1021原子/cm3 よりも大きくなると50%Qbdが急
激に低下し、最大フッ素濃度が1020原子/cm3 より
も小さくなるとQbdex不良率が急激に増加して10%以
上の不良率になってしまう。
FIG. 20 shows 50% Qbd (average value of Qbd) and Qbdex defect rate (rate of a chip which causes dielectric breakdown in a short time) with respect to the maximum fluorine concentration in the gate oxide film. As can be seen from the figure, when the maximum fluorine concentration exceeds 10 21 atoms / cm 3 , 50% Qbd drops sharply, and when the maximum fluorine concentration becomes less than 10 20 atoms / cm 3 , the Qbdex defect rate sharply increases. It increases to a defect rate of 10% or more.

【0012】図21は、ゲート酸化膜中の最大フッ素濃
度に対するSiF/Si(すなわちSi−F結合の割
合)及びSiF2 /Si(すなわちSi−F2 結合の割
合)を示したものである。この図から、ゲート酸化膜の
信頼性を低下させるSi−F2結合は、ゲート酸化膜中
の最大フッ素濃度が1021原子/cm3 よりも大きくな
ると急激に増加することがわかる。
FIG. 21 shows the relationship between SiF / Si (ie, the ratio of Si—F bonds) and SiF 2 / Si (ie, the ratio of Si—F 2 bonds) with respect to the maximum fluorine concentration in the gate oxide film. From this figure, it can be seen that the Si—F 2 bond, which lowers the reliability of the gate oxide film, sharply increases when the maximum fluorine concentration in the gate oxide film exceeds 10 21 atoms / cm 3 .

【0013】なお、以上はゲート絶縁膜としてシリコン
酸化膜を用いた場合であるが、ゲート絶縁膜にシリコン
窒化膜或いはシリコン、酸素及び窒素を含んだオキシナ
イトライド膜を用いた場合にも同様である。
The above description is for the case where a silicon oxide film is used as the gate insulating film. The same applies to the case where a silicon nitride film or an oxynitride film containing silicon, oxygen and nitrogen is used for the gate insulating film. is there.

【0014】以上のことから、信頼性の高いゲート絶縁
膜を得るためには、ゲート絶縁膜中の最大フッ素濃度を
1020原子/cm3 〜1021原子/cm3 となるように
することが好ましい。このようにすれば、ゲート絶縁膜
の膜厚が薄い場合(例えば8nm以下)でも、ゲート絶
縁膜の絶縁破壊特性や低電界リーク電流特性の改善等、
ゲート絶縁膜の信頼性を高めることができ、素子の信頼
性の向上をはかることが可能となる。
From the above, in order to obtain a highly reliable gate insulating film, the maximum fluorine concentration in the gate insulating film should be set to 10 20 atoms / cm 3 to 10 21 atoms / cm 3. preferable. In this way, even when the thickness of the gate insulating film is small (for example, 8 nm or less), it is possible to improve the dielectric breakdown characteristics and the low electric field leakage current characteristics of the gate insulating film.
The reliability of the gate insulating film can be improved, and the reliability of the device can be improved.

【0015】なお、ゲート絶縁膜中にフッ素等のハロゲ
ン元素を導入する工程或いはそれ以後の工程は、850
℃以上で且つ30分以上の熱処理工程を行わないように
することが好ましい。このような熱処理工程を行うと、
ハロゲン元素の供給源からゲート絶縁膜中にさらにハロ
ゲン元素が導入されてしまい、結果として1021個/c
3 以上のハロゲン元素がゲート絶縁膜中に含有されて
しまうおそれが生じるためである。
The step of introducing a halogen element such as fluorine into the gate insulating film or a step thereafter is 850 steps.
It is preferable not to perform the heat treatment step at a temperature of not lower than 30 ° C. for 30 minutes or more. By performing such a heat treatment step,
The halogen element is further introduced into the gate insulating film from the supply source of the halogen element, and as a result, 10 21 / c
This is because there is a possibility that a halogen element of m 3 or more is contained in the gate insulating film.

【0016】850℃以上で且つ30分以上の熱処理等
の高温且つ高時間の熱処理工程としては、ゲート電極と
なる半導体膜中の不純物の活性化のための熱処理工程が
あげられる。
As a high-temperature and long-time heat treatment step such as a heat treatment at 850 ° C. or more and for 30 minutes or more, there is a heat treatment step for activating impurities in a semiconductor film to be a gate electrode.

【0017】そこで、本発明における半導体装置の製造
方法は、半導体基板(特にシリコン基板)上にシリコン
及び酸素又は窒素の少なくとも一方を含むゲート絶縁膜
を形成する工程と、このゲート絶縁膜上に活性化された
不純物元素(3族又は5族の元素)が含有されたゲート
電極構成用の半導体膜(特にシリコン膜)を形成する工
程と、その後ハロゲン元素(特にフッ素)を前記ゲート
絶縁膜に導入する工程とを有することを特徴とする。こ
の場合、ハロゲン元素をゲート絶縁膜に導入する工程或
いはそれ以後の工程は、850℃以上で且つ30分以上
の熱処理工程を行わないようにすることが好ましい。
Therefore, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises a step of forming a gate insulating film containing at least one of silicon and oxygen or nitrogen on a semiconductor substrate (particularly, a silicon substrate), and forming an active layer on the gate insulating film. Forming a semiconductor film for forming a gate electrode (especially a silicon film) containing a converted impurity element (group 3 or 5 group element), and then introducing a halogen element (especially fluorine) into the gate insulating film And a step of performing In this case, in the step of introducing the halogen element into the gate insulating film or a step thereafter, it is preferable that the heat treatment step at 850 ° C. or more and for 30 minutes or more is not performed.

【0018】ただし、ゲート絶縁膜上に活性化された不
純物元素が含有されたゲート電極構成用の半導体膜を形
成する工程が、850℃以上で且つ30分以上の熱処理
等の高温且つ高時間の熱処理工程を経ないで行うことが
可能である場合には、ハロゲン元素をゲート絶縁膜に導
入する工程をその前に行うことも可能である。
However, the step of forming the semiconductor film for forming the gate electrode containing the activated impurity element on the gate insulating film is performed at a high temperature and a long time such as a heat treatment at 850 ° C. or more and 30 minutes or more. In the case where the step can be performed without the heat treatment step, the step of introducing a halogen element into the gate insulating film can be performed before the step.

【0019】本発明において、ハロゲン元素をゲート絶
縁膜に導入する際には、ゲート電極構成用の半導体膜又
はゲート絶縁膜の周辺の領域に含有されているハロゲン
元素を熱処理によってゲート絶縁膜に導入することが好
ましい。具体的には、以下のようにしてハロゲン元素を
ゲート絶縁膜に導入することができる。
In the present invention, when the halogen element is introduced into the gate insulating film, the halogen element contained in the semiconductor film for forming the gate electrode or the peripheral region of the gate insulating film is introduced into the gate insulating film by heat treatment. Is preferred. Specifically, a halogen element can be introduced into the gate insulating film as described below.

【0020】(a)ゲート電極構成用の半導体膜に含有
されたハロゲン元素を熱処理によってゲート絶縁膜に導
入する。
(A) A halogen element contained in a semiconductor film for forming a gate electrode is introduced into a gate insulating film by heat treatment.

【0021】(b)ゲート電極の側壁に形成され側壁絶
縁膜(シリコン窒化膜等)に含有されたハロゲン元素を
熱処理によってゲート絶縁膜に導入する。
(B) A halogen element formed on the side wall of the gate electrode and contained in the side wall insulating film (such as a silicon nitride film) is introduced into the gate insulating film by heat treatment.

【0022】(c)素子分離絶縁膜(シリコン酸化膜
等)に含有されたハロゲン元素を熱処理によってゲート
絶縁膜に導入する。
(C) A halogen element contained in an element isolation insulating film (such as a silicon oxide film) is introduced into the gate insulating film by heat treatment.

【0023】(d)ゲート電極上に形成された絶縁膜に
含有されたハロゲン元素を熱処理によってゲート絶縁膜
に導入する。
(D) The halogen element contained in the insulating film formed on the gate electrode is introduced into the gate insulating film by heat treatment.

【0024】(e)配線となる膜(例えばソース・ドレ
インに接続される金属膜)に含有されたハロゲン元素を
熱処理によってゲート絶縁膜に導入する。
(E) A halogen element contained in a film serving as a wiring (for example, a metal film connected to the source / drain) is introduced into the gate insulating film by heat treatment.

【0025】(f)半導体基板がいわゆるSOI基板で
ある場合に、素子が作製される半導体層の下に埋設され
た絶縁層(シリコン酸化膜等)に含有されたハロゲン元
素を熱処理によってゲート絶縁膜に導入する。
(F) In the case where the semiconductor substrate is a so-called SOI substrate, a halogen element contained in an insulating layer (such as a silicon oxide film) buried under a semiconductor layer on which an element is formed is subjected to heat treatment to form a gate insulating film. To be introduced.

【0026】(g)ゲート絶縁膜表面に気体状或いは液
体状のハロゲン元素又はハロゲン化物を吸着させた後、
ゲート絶縁膜上にゲート電極構成用の半導体膜を形成
し、熱処理によって吸着させたハロゲン元素をゲート絶
縁膜に導入する。この場合、ゲート絶縁膜表面にハロゲ
ン元素等を吸着させる工程とゲート絶縁膜上に半導体膜
を形成する工程とは、真空中或いは非酸化雰囲気中で連
続して行うことが好ましい。
(G) After adsorbing a gaseous or liquid halogen element or halide on the surface of the gate insulating film,
A semiconductor film for forming a gate electrode is formed over the gate insulating film, and the halogen element adsorbed by the heat treatment is introduced into the gate insulating film. In this case, the step of adsorbing a halogen element or the like on the surface of the gate insulating film and the step of forming a semiconductor film on the gate insulating film are preferably performed continuously in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere.

【0027】(h)半導体基板の裏面側から半導体基板
にハロゲン元素を導入し、半導体基板に含有されたハロ
ゲン元素を熱処理によってゲート絶縁膜に導入する。
(H) A halogen element is introduced into the semiconductor substrate from the back side of the semiconductor substrate, and the halogen element contained in the semiconductor substrate is introduced into the gate insulating film by heat treatment.

【0028】(i)ゲート電極用のシリコン膜とゲート
絶縁膜との間にハロゲン元素を含有するアモルファスシ
リコン膜を形成し、アモルファスシリコン膜に含有され
たハロゲン元素を熱処理によってゲート絶縁膜に導入す
る。
(I) An amorphous silicon film containing a halogen element is formed between a silicon film for a gate electrode and a gate insulating film, and the halogen element contained in the amorphous silicon film is introduced into the gate insulating film by heat treatment. .

【0029】本発明において、ゲート電極構成用の半導
体膜(シリコン膜)に含有されたハロゲン元素のゲート
絶縁膜中への導入は、例えば以下のようにして行うこと
ができる。
In the present invention, the introduction of the halogen element contained in the semiconductor film (silicon film) for forming the gate electrode into the gate insulating film can be performed, for example, as follows.

【0030】(a)ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成
し、このシリコン膜中に3族又は5族の不純物元素或い
はそれらを含むイオンを導入し、熱処理によってこの不
純物元素を活性化する。その後、シリコン膜中にハロゲ
ン元素或いはそれらを含むイオンを導入し、熱処理によ
ってハロゲン元素をゲート絶縁膜中に拡散させる。
(A) A silicon film is formed on a gate insulating film, an impurity element belonging to Group 3 or Group 5 or ions containing them are introduced into the silicon film, and the impurity element is activated by heat treatment. After that, a halogen element or ions containing them are introduced into the silicon film, and the halogen element is diffused into the gate insulating film by heat treatment.

【0031】(b)ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成
し、このシリコン膜中にハロゲン元素或いはそれらを含
むイオンを導入し、熱処理によってハロゲン元素をゲー
ト絶縁膜中に拡散させる。その後、シリコン膜中に3族
又は5族の不純物元素或いはそれらを含むイオンを導入
し、熱処理によってこの不純物元素を活性化する。この
場合、不純物元素を活性化する熱処理工程は、850℃
以上で且つ30分以上の条件で行わないようにすること
が好ましい。
(B) A silicon film is formed on the gate insulating film, a halogen element or ions containing them are introduced into the silicon film, and the halogen element is diffused into the gate insulating film by heat treatment. After that, an impurity element belonging to Group 3 or Group 5 or ions containing them are introduced into the silicon film, and the impurity element is activated by heat treatment. In this case, the heat treatment step for activating the impurity element is performed at 850 ° C.
It is preferable not to perform the above for 30 minutes or more.

【0032】(c)ゲート絶縁膜上に3族又は5族の不
純物元素を含むシリコン膜を成膜し(例えば、シリコン
を含むガスと不純物元素を含むガスを用いて成膜す
る。)、その後、シリコン膜中にハロゲン元素或いはそ
れらを含むイオンを導入し、熱処理によってハロゲン元
素をゲート絶縁膜中に拡散させる。
(C) A silicon film containing a Group 3 or Group 5 impurity element is formed on the gate insulating film (for example, using a gas containing silicon and a gas containing an impurity element), and thereafter. Then, a halogen element or ions containing them are introduced into the silicon film, and the halogen element is diffused into the gate insulating film by heat treatment.

【0033】(d)ゲート絶縁膜上に3族又は5族の不
純物元素並びにハロゲン元素を含むシリコン膜を成膜し
(例えば、シリコンを含むガス及び不純物元素を含むガ
スを用いて成膜し、これらのガスの少なくとも一方にハ
ロゲン元素が含まれているようにする。)、その後、熱
処理によってシリコン膜中のハロゲン元素をゲート絶縁
膜中に拡散させる。
(D) A silicon film containing a Group 3 or Group 5 impurity element and a halogen element is formed on the gate insulating film (for example, using a gas containing silicon and a gas containing an impurity element, At least one of these gases contains a halogen element.) Then, the heat treatment diffuses the halogen element in the silicon film into the gate insulating film.

【0034】(e)ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成
し、このシリコン膜中に3族又は5族の不純物元素のハ
ロゲン化物イオンを導入し、さらにこのシリコン膜中に
3族又は5族の不純物元素イオンを導入し、熱処理によ
ってハロゲン元素をゲート絶縁膜中に拡散させる。
(E) A silicon film is formed on the gate insulating film, halide ions of a Group 3 or 5 impurity element are introduced into the silicon film, and a Group 3 or Group 5 impurity is further introduced into the silicon film. Impurity element ions are introduced, and a halogen element is diffused into the gate insulating film by heat treatment.

【0035】なお、本発明は、半導体基板上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極が形成された通常のMOSトラ
ンジスタの他、半導体基板上に第1の絶縁膜(トンネル
酸化膜)、第1の電極(フローティングゲート)、第2
の絶縁膜及び第2の電極(コントロールゲート)を積層
した不揮発性メモリセルに対しても適用することができ
る。この場合、第1及び第2の絶縁膜にハロゲン元素を
導入する(例えば、第2の電極にハロゲン元素を導入し
た後、第2の電極に含有されたハロゲン元素を熱処理に
よって第1及び第2の絶縁膜に導入する。)ことが好ま
しい。
It should be noted that the present invention is not limited to a conventional MOS transistor having a gate electrode formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, but also a first insulating film (tunnel oxide film), Electrode (floating gate), second
The present invention can also be applied to a nonvolatile memory cell in which an insulating film and a second electrode (control gate) are stacked. In this case, a halogen element is introduced into the first and second insulating films (for example, after the halogen element is introduced into the second electrode, the first and second halogen elements contained in the second electrode are subjected to a heat treatment. Is introduced into the insulating film.).

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】まず、本発明の第1の実施形態について説
明する。
First, a first embodiment of the present invention will be described.

【0038】図1は、本実施形態におけるnチャネルト
ランジスタの構造断面図である。p型シリコン基板1上
に、素子分離のためのシリコン熱酸化膜2が形成されて
いる。シリコン基板表面には、リンのイオン注入によっ
てn型のソース・ドレイン拡散層7a、7bが形成され
ている。また、シリコン基板表面には、ゲート絶縁膜3
として、シリコン、酸素、窒素を主成分とする絶縁膜が
形成されており、ゲート絶縁膜3中にはフッ素原子が導
入されている。ゲート電極となる多結晶シリコン膜4上
にはCVDシリコン酸化膜6が形成されており、ゲート
電極の側壁にはシリコン窒化膜8が形成されている。さ
らに、ソース・ドレイン領域には、シリサイド9が形成
されている。また、CVDシリコン酸化膜10にはコン
タクト孔が開口され、配線となるAl電極11がスパッ
タにより形成されパターニングされている。
FIG. 1 is a structural sectional view of an n-channel transistor according to the present embodiment. A silicon thermal oxide film 2 for element isolation is formed on a p-type silicon substrate 1. On the surface of the silicon substrate, n-type source / drain diffusion layers 7a and 7b are formed by ion implantation of phosphorus. In addition, a gate insulating film 3 is formed on the surface of the silicon substrate.
An insulating film containing silicon, oxygen and nitrogen as main components is formed, and fluorine atoms are introduced into the gate insulating film 3. A CVD silicon oxide film 6 is formed on polycrystalline silicon film 4 serving as a gate electrode, and a silicon nitride film 8 is formed on a side wall of the gate electrode. Further, silicide 9 is formed in the source / drain region. A contact hole is opened in the CVD silicon oxide film 10, and an Al electrode 11 serving as a wiring is formed by sputtering and patterned.

【0039】図2は、図1に示したnチャネルMOSト
ランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view showing a method of manufacturing the n-channel MOS transistor shown in FIG.

【0040】まず、図2(a)に示すように、例えば、
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶
縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, for example,
A p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 by a normal selective oxidation method. I do.

【0041】次に、同図(b)に示すように、例えば乾
燥酸素による熱酸化によって厚さ8nmのゲート酸化膜
3を形成し、続いてゲート酸化膜3上にゲート電極とし
て厚さ200nmの多結晶シリコン膜4を堆積する。次
いで、この多結晶シリコン中に、例えばリンイオンを加
速電圧30keV、ドーズ量5×1015cm-2でイオン
注入する。このとき、イオン注入直後のリンの分布は、
多結晶シリコン中にピーク濃度が形成されるようにす
る。続いて、これを窒素雰囲気中で900℃、30分間
熱処理することで注入されたリンを活性化させ、多結晶
シリコンの抵抗を低下させる。
Next, as shown in FIG. 2B, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen, and subsequently a gate electrode having a thickness of 200 nm is formed on the gate oxide film 3. A polycrystalline silicon film 4 is deposited. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after ion implantation is
A peak concentration is formed in polycrystalline silicon. Subsequently, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus and reduce the resistance of the polycrystalline silicon.

【0042】次に、同図(c)に示すように、全面に例
えば加速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm-2
フッ素をイオン注入する。このとき、イオン注入直後の
フッ素の分布は、多結晶シリコン膜4中にピーク濃度が
形成されるようにし、ゲート酸化膜3中にはフッ素が注
入されないようにする。続いて、これを「850℃以上
且つ30分以上」ではない熱処理、例えば窒素雰囲気中
で800℃、30分間熱処理することで、注入されたフ
ッ素をゲート酸化膜3中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 2C, fluorine is ion-implanted over the entire surface at, for example, an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of fluorine immediately after ion implantation is such that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4 and fluorine is not implanted into the gate oxide film 3. Subsequently, by performing a heat treatment that is not “850 ° C. or more and 30 minutes or more”, for example, a heat treatment at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, the implanted fluorine is diffused into the gate oxide film 3.

【0043】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4上にCVDシリコン酸化膜6を堆積する。続
いて、レジストマスクを用いてパターニングした後、多
結晶シリコン膜4、CVDシリコン酸化膜6を反応性イ
オンエッチング法によりエッチングして、ゲート部を形
成する。
Next, as shown in FIG. 1D, a CVD silicon oxide film 6 is deposited on the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, after patterning using a resist mask, the polycrystalline silicon film 4 and the CVD silicon oxide film 6 are etched by a reactive ion etching method to form a gate portion.

【0044】次に、同図(e)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入し、ソース・ドレイン
領域を形成する。注入されたリンイオンは、シリコン基
板内部で加速エネルギーに依存するピーク深さを中心に
して分布する。その後、例えば950℃、30秒間の熱
処理を行い、リンをシリコン基板中に拡散し活性化さ
せ、ソース・ドレイン領域となる拡散層7aを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 3E, for example, phosphorus is ion-implanted at 1 × 10 15 cm −2 to form source / drain regions. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. After that, a heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds, for example, to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0045】次に、同図(f)に示すように、ゲート部
の側壁に側壁絶縁膜を形成するために、例えば全面に厚
さ100nmのシリコン窒化膜8をCVD法により堆積
する。
Next, as shown in FIG. 2F, a 100-nm-thick silicon nitride film 8, for example, is deposited on the entire surface by a CVD method to form a sidewall insulating film on the sidewall of the gate portion.

【0046】続いて、同図(g)に示すように、シリコ
ン窒化膜を反応性イオンエッチング法によりエッチング
して、ゲート側壁部8を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2G, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate sidewall 8.

【0047】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極をマスクとしてリンイオンを打ち込む。注入されたリ
ンイオンは、シリコン基板内部で加速エネルギーに依存
するピーク深さを中心にして分布する。その後、例えば
950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基
板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる
拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1H, phosphorus ions are implanted using the gate electrode as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. Thereafter, a heat treatment is performed, for example, at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0048】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、
窒素雰囲気中で700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。こ
の後、例えばフッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素
の混合液によって、チタンナイトライド膜及び絶縁膜上
の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. further,
By performing a heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, the titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively peeled off with, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0049】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 3J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0050】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 2K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0051】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気
で熱処理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a thickness of 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0052】図3は、nチャネルMOSFETにおける
フッ素導入後の熱工程を850℃、30分間とした場合
と、900℃、30分間とした場合のQbdのワイブル分
布を示す。これによると、900℃、30分間の熱処理
を施すと、850℃、30分間の熱処理に比べ、平均の
Qbdが低下するばかりでなく、平均値より低いQbd値を
示す点も現れ、酸化膜の絶縁破壊に対する長期信頼性が
劣化してしまうことがわかる。従って、フッ素を導入す
る工程以降は、850℃以上で30分間以上の熱処理を
施さないことが重要である。
FIG. 3 shows the Weibull distribution of Qbd in the case where the heat step after fluorine introduction in the n-channel MOSFET is 850 ° C. for 30 minutes and in the case where it is 900 ° C. for 30 minutes. According to this, when heat treatment at 900 ° C. for 30 minutes is performed, not only does the average Qbd decrease, but also a point showing a Qbd value lower than the average value appears, as compared with the heat treatment at 850 ° C. for 30 minutes. It can be seen that long-term reliability against dielectric breakdown is deteriorated. Therefore, after the step of introducing fluorine, it is important not to perform heat treatment at 850 ° C. or more for 30 minutes or more.

【0053】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

【0054】本実施形態は、サリサイド(Self-Aligned
-Silicide )工程を用いた半導体素子に本発明を適用し
たものであり、図4にその製造方法の工程断面図を示
す。
In this embodiment, the salicide (Self-Aligned
The present invention is applied to a semiconductor device using a -Silicide) process, and FIG. 4 is a process sectional view of a manufacturing method thereof.

【0055】まず、図4(a)に示すように、例えば面
方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン基
板を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常の選
択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶縁膜
2を形成する。さらに、乾燥酸素による熱酸化によって
厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, for example, a p-type silicon substrate having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface of the p-type silicon substrate 1 is subjected to a normal selective oxidation method. Thereby, an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed. Further, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by thermal oxidation using dry oxygen.

【0056】次に、同図(b)に示すように、ゲート酸
化膜3上にゲート電極として厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜4を堆積する。
Next, as shown in FIG. 2B, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is deposited on the gate oxide film 3 as a gate electrode.

【0057】次に、同図(c)に示すように、レジスト
マスクを用いて多結晶シリコン膜4を反応性イオンエッ
チング法によりエッチングし、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the polycrystalline silicon film 4 is etched by a reactive ion etching method using a resist mask to form a gate portion.

【0058】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4中及びシリコン基板1中に、例えばリンイオ
ンを加速電圧30keV、ドーズ量1×1015cm-2
オン注入する。続いて、これを窒素雰囲気中で950
℃、30秒間熱処理することで、多結晶シリコン膜4中
のリンを活性化させるとともに、ソース・ドレイン拡散
層7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon film 4 and the silicon substrate 1 at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . Subsequently, this is subjected to 950 in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment at 30 ° C. for 30 seconds activates phosphorus in the polycrystalline silicon film 4 and forms the source / drain diffusion layers 7a.

【0059】次に、同図(e)に示すように、ゲート部
の側壁に側壁絶縁膜を形成するため、全面に厚さ50n
mのシリコン窒化膜8をCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 9E, a 50-n thick film is formed on the entire surface to form a sidewall insulating film on the sidewall of the gate portion.
m silicon nitride film 8 is deposited by the CVD method.

【0060】続いて、同図(f)に示すように、反応性
イオンエッチング法によりシリコン窒化膜をエッチング
して、ゲート側壁部8を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2F, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate sidewall 8.

【0061】次に、同図(g)に示すように、ゲート電
極をマスクとしてリンイオンを5×1015cm-2イオン
注入する。その後、例えば950℃、30秒間の熱処理
を行い、リンをシリコン基板中に拡散し活性化させ、ソ
ース・ドレイン領域となる拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, phosphorus ions are implanted at 5 × 10 15 cm −2 using the gate electrode as a mask. Thereafter, a heat treatment is performed, for example, at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0062】次に,同図(h)に示すように、全面に例
えば加速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm-2
フッ素をイオン注入する。このとき、イオン注入直後の
フッ素の分布は、多結晶シリコン膜4中及びソース・ド
レイン拡散層7b中にピーク濃度が形成されるように
し、ゲート酸化膜3中にはフッ素が注入されないように
する。続いて、これを例えば窒素雰囲気中で800℃、
30分間熱処理することで、注入されたフッ素をゲート
酸化膜3中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 1H, fluorine is ion-implanted over the entire surface at, for example, an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of fluorine immediately after ion implantation is such that peak concentrations are formed in the polycrystalline silicon film 4 and the source / drain diffusion layers 7b, and fluorine is not implanted into the gate oxide film 3. . Subsequently, this is, for example, 800 ° C. in a nitrogen atmosphere,
By performing a heat treatment for 30 minutes, the implanted fluorine is diffused into the gate oxide film 3.

【0063】次に同図(i)に示すように、全面に厚さ
25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイライ
ド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、窒素
雰囲気中700℃、1分間の熱処理により、チタン薄膜
をすべて多結晶シリコン膜4及びシリコン基板1と反応
させ、ゲート電極となる多結晶シリコン膜上部及びソー
ス・ドレイン領域上にのみチタンシリサイド膜5及び9
を形成する。この後、例えば、フッ化水素酸の水溶液、
硫酸と過酸化水素の混合溶液によって、チタンナイトラ
イド膜及び絶縁膜上の未反応のチタン薄膜を選択的に剥
離する。
Next, as shown in FIG. 3I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. Further, the titanium thin film is entirely reacted with the polycrystalline silicon film 4 and the silicon substrate 1 by heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, and titanium silicide is formed only on the polycrystalline silicon film serving as a gate electrode and on the source / drain regions. Membranes 5 and 9
To form Thereafter, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid,
An unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively removed by a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0064】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 1J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0065】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 9K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0066】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気
で熱処理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a thickness 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0067】なお、上記実施形態においては、フッ素の
イオン注入を Salicide 工程前に行っているが、これに
限定されるものではなく、例えば Salicide 工程終了
後、全面にフッ素をイオン注入して熱処理を行っても同
様の効果が得られる。
In the above embodiment, the fluorine ion implantation is performed before the salicide step. However, the present invention is not limited to this. For example, after the salicide step is completed, fluorine ion implantation is performed on the entire surface to perform the heat treatment. The same effect can be obtained even if it is performed.

【0068】図5は、例えば上記第1の実施形態におけ
るゲート酸化膜の信頼性の特性図であり、Qbd(Charge
-to-Breakdown )のワイブル分布を示したものである。
図中の黒丸は、ゲート電極である多結晶シリコン膜中に
フッ素を1×1015cm-2イオン注入することにより、
酸化膜中に導入されるフッ素量を酸化膜中のシリコン原
子数よりも少なくした場合である。また、図中の白四角
は、フッ素を5×1015cm-2イオン注入することによ
り、酸化膜中に導入されるフッ素量を酸化膜中のシリコ
ン原子数よりも多くした場合である。
FIG. 5 is a characteristic diagram of the reliability of the gate oxide film in the first embodiment, for example, and shows Qbd (Charge).
-to-Breakdown).
The black circles in the figure indicate that fluorine is implanted into the polycrystalline silicon film serving as the gate electrode by 1 × 10 15 cm −2 ions.
This is the case where the amount of fluorine introduced into the oxide film is smaller than the number of silicon atoms in the oxide film. The white squares in the figure indicate the case where the amount of fluorine introduced into the oxide film is made larger than the number of silicon atoms in the oxide film by implanting fluorine at 5 × 10 15 cm −2 .

【0069】酸化膜中に導入されるフッ素量を酸化膜中
のシリコン原子数よりも多くした場合は、平均のQbdが
低下してしまう。これは、過剰にフッ素を導入すること
により、界面遷移層の膜質改善とともに、界面遷移層以
外の酸化膜中におけるSi−O−Siネットワークにも
フッ素が作用し、Si−F結合とSi−O結合に分離し
てしまうためである。そのため、ゲート酸化膜中の電子
トラップ量が急激に増加し、Qbdが小さくなってしま
う。従って、ゲート酸化膜中のシリコンの原子数よりも
ゲート酸化膜中のフッ素原子数が少なくなるよう、ゲー
ト酸化膜中に導入されるフッ素量を選択する必要があ
る。
When the amount of fluorine introduced into the oxide film is larger than the number of silicon atoms in the oxide film, the average Qbd decreases. This is because, by introducing excessive fluorine, not only the film quality of the interface transition layer is improved, but also fluorine acts on the Si—O—Si network in the oxide film other than the interface transition layer, and the Si—F bond and the Si—O This is because they are separated into bonds. Therefore, the amount of electron traps in the gate oxide film increases rapidly, and Qbd decreases. Therefore, it is necessary to select the amount of fluorine introduced into the gate oxide film so that the number of fluorine atoms in the gate oxide film becomes smaller than the number of silicon atoms in the gate oxide film.

【0070】図6は、本発明の第3の実施形態を示した
ものであり、電気的な書き込み及び消去が可能な不揮発
性半導体メモリ(EEPROM)の構造断面図である。
p型シリコン基板1上には素子分離のためのシリコン熱
酸化膜2が形成されており、シリコン基板表面にはリン
のイオン注入によってn型のソース・ドレイン拡散層7
a及び7bが形成されている。また、シリコン基板表面
には、第1のゲート絶縁膜3aが形成されており、この
ゲート絶縁膜3a中には、850℃以上で30分間を越
えない熱工程を用いることによってフッ素原子が導入さ
れている。第1のゲート絶縁膜3a上には第1のポリシ
リコン膜4aが形成されており、第2のゲート絶縁膜3
b上には第2のポリシリコン膜4bが形成されている。
ゲート電極部の多結晶シリコン膜4b上にはCVD絶縁
膜6aが形成されており、ゲート電極部の側壁には側壁
絶縁膜6bが形成されている。さらに、層間絶縁膜とな
るCVD絶縁膜10にはコンタクト孔が開口され、配線
11が形成されている。
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention, and is a sectional view of the structure of a nonvolatile semiconductor memory (EEPROM) which can be electrically written and erased.
A silicon thermal oxide film 2 for element isolation is formed on a p-type silicon substrate 1, and n-type source / drain diffusion layers 7 are formed on the surface of the silicon substrate by ion implantation of phosphorus.
a and 7b are formed. Further, a first gate insulating film 3a is formed on the surface of the silicon substrate, and fluorine atoms are introduced into the gate insulating film 3a by using a heat process at 850 ° C. or more and not more than 30 minutes. ing. A first polysilicon film 4a is formed on the first gate insulating film 3a.
On b, a second polysilicon film 4b is formed.
A CVD insulating film 6a is formed on the polycrystalline silicon film 4b in the gate electrode portion, and a sidewall insulating film 6b is formed on a side wall of the gate electrode portion. Further, a contact hole is opened in the CVD insulating film 10 serving as an interlayer insulating film, and a wiring 11 is formed.

【0071】図7は、図6に示した不揮発性半導体メモ
リの製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 7 is a process sectional view showing a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory shown in FIG.

【0072】まず、図7(a)に示すように、例えば、
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶
縁膜2を形成する。さらに、例えば乾燥酸素による熱酸
化によって、厚さ8nmのゲート酸化膜3aを形成す
る。
First, for example, as shown in FIG.
A p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 by a normal selective oxidation method. I do. Further, a gate oxide film 3a having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen.

【0073】次に、同図(b)に示すように、ゲート酸
化膜3a上にゲート電極として厚さ200nmの多結晶
シリコン膜4aを堆積する。次いで、この多結晶シリコ
ン中に例えばリンイオンを加速電圧30keV、ドーズ
量5×1015cm-2でイオン注入する。このとき、イオ
ン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン4a中にピ
ーク濃度が形成されるようにする。続いて、これを窒素
雰囲気中で900℃、30分間の熱処理をすることで、
注入されたリンを活性化させて多結晶シリコンの抵抗を
低下させる。
Next, as shown in FIG. 3B, a 200 nm-thick polycrystalline silicon film 4a is deposited as a gate electrode on the gate oxide film 3a. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is such that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon 4a. Then, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere,
The implanted phosphor is activated to lower the resistance of the polycrystalline silicon.

【0074】次に、同図(c)に示すように、厚さ5n
mのCVDシリコン酸化膜3b、厚さ200nmの多結
晶シリコン膜4bを連続的に堆積する。次に、例えばリ
ンを全面に5×1015cm-2イオン注入する。注入され
たリンイオンは、多結晶シリコン膜4b中において加速
エネルギーに依存するピーク深さを中心にして分布す
る。その後、例えば、950℃、30秒間の熱処理を行
い、リンを多結晶シリコン膜4b及びシリコン基板1中
に拡散し活性化させる。
Next, as shown in FIG.
An m-thick CVD silicon oxide film 3b and a polycrystalline silicon film 4b having a thickness of 200 nm are continuously deposited. Next, for example, phosphorus is ion-implanted into the entire surface at 5 × 10 15 cm −2 . The implanted phosphorus ions distribute around the peak depth depending on the acceleration energy in the polycrystalline silicon film 4b. Thereafter, for example, a heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse and activate phosphorus in the polycrystalline silicon film 4b and the silicon substrate 1.

【0075】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4bに例えば加速電圧20keV、ドーズ量1
×1015cm-2でフッ素をイオン注入する。このとき、
イオン注入直後の分布は、フッ素がCVDシリコン酸化
膜3b中に到達していないようにする。続いて、これを
例えば窒素雰囲気中で800℃、30分間熱処理するこ
とで、注入されたフッ素をゲート酸化膜3a及びCVD
シリコン酸化膜3b中に同時に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 4D, an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 are applied to the polycrystalline silicon film 4b.
Fluorine is ion-implanted at × 10 15 cm -2 . At this time,
The distribution immediately after ion implantation is such that fluorine does not reach the CVD silicon oxide film 3b. Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in, for example, a nitrogen atmosphere, so that the implanted fluorine is removed by the gate oxide film 3a and the CVD.
Simultaneously diffuse into the silicon oxide film 3b.

【0076】次に、同図(e)に示すように、全面にC
VD酸化膜6aを堆積する。
Next, as shown in FIG.
A VD oxide film 6a is deposited.

【0077】次に、同図(f)に示すように、前記ゲー
ト酸化膜3a、CVD酸化膜3b、多結晶シリコン膜4
a及び4b、CVD酸化膜6aを反応性イオンエッチン
グ法によりパターニングする。続いて、水素及び酸素の
混合ガスによる燃焼酸化法などを用いてゲート電極側壁
に酸化膜6bを形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, the gate oxide film 3a, the CVD oxide film 3b, and the polycrystalline silicon film 4 are formed.
a and 4b, the CVD oxide film 6a is patterned by a reactive ion etching method. Subsequently, an oxide film 6b is formed on the side wall of the gate electrode by using a combustion oxidation method using a mixed gas of hydrogen and oxygen.

【0078】次に、同図(g)に示すように、例えばリ
ンを全面に5×1015cm-2イオン注入する。その後、
例えば950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリ
コン基板1中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領
域となる拡散層7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7G, for example, phosphorus is implanted into the entire surface at 5 × 10 15 cm −2 . afterwards,
For example, heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate 1 and activate it, thereby forming a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0079】次に、同図(h)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 1H, a 300 nm thick silicon oxide film 10 is deposited on the entire surface by CVD.

【0080】次に、同図(i)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 2I, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0081】この後、同図(j)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気
で熱処理する。
Thereafter, as shown in FIG. 9J, a thickness of 80% containing, for example, 0.5% of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0082】なお、上記実施形態においては、フッ素の
イオン注入を第2の多結晶シリコン膜4b中に行ってい
るが、これに限定されるものではなく、例えば第1の多
結晶シリコン膜4aと第2の多結晶シリコン膜4bそれ
ぞれにイオン注入を施しても、同様の効果が得られる。
しかし、この場合、フッ素を導入した後の工程において
は、850℃以上で30分間を越える熱処理は行わない
ことが望ましい。
In the above embodiment, fluorine ions are implanted into the second polycrystalline silicon film 4b. However, the present invention is not limited to this. For example, the first polycrystalline silicon film 4a is The same effect can be obtained by performing ion implantation on each of the second polycrystalline silicon films 4b.
However, in this case, it is preferable not to perform the heat treatment at 850 ° C. or more for more than 30 minutes in the step after the introduction of fluorine.

【0083】図8は、本発明の第4の実施形態に係るn
チャネルMOSトランジスタの製造方法を示した工程断
面図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the structure of n according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the channel MOS transistor.

【0084】まず、図8(a)に示すように、例えば、
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板の表面に通常の
選択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶縁
膜2を形成する。
First, for example, as shown in FIG.
A p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed on the surface of the p-type silicon substrate by a normal selective oxidation method. .

【0085】次に、同図(b)に示すように、例えばジ
クロルシラン(SiH2 Cl2 )と亜酸化窒素(N
2 O)を用いて、850℃で厚さ8nmのゲート酸化膜
3を形成し、続いてこの上にゲート電極として厚さ20
0nmの多結晶シリコン膜4を形成する。次に、多結晶
シリコン膜4中に例えばリンイオンを加速電圧30ke
V、ドーズ量5×1015cm-2イオン注入する。このと
き、イオン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン膜
4中にピーク濃度が形成されるようにする。続いて、こ
れを窒素雰囲気中で900℃、30分間熱処理すること
で注入されたリンを活性化させて、多結晶シリコン膜4
の比抵抗を低下させる。
Next, as shown in FIG. 2B, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and nitrous oxide (N
2 O) is used to form a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm at 850 ° C.
A 0 nm polycrystalline silicon film 4 is formed. Next, for example, phosphorus ions are introduced into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 30 ke.
V ions are implanted at a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heat-treated in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes to activate the implanted phosphorus, and the polycrystalline silicon film 4 is formed.
Lower the specific resistance.

【0086】次に、同図(c)に示すように、多結晶シ
リコン膜4中に例えばフッ素を加速電圧20keV、ド
ーズ量1×1015cm-2でイオン注入する。このとき、
イオン注入直後のフッ素の分布は、多結晶シリコン4中
にピーク濃度が形成され、ゲート酸化膜3中にはフッ素
が注入されないようにする。続いて、これを例えば窒素
雰囲気中で800℃、30分間熱処理することで、注入
されたフッ素をゲート酸化膜3中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, fluorine is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . At this time,
The distribution of fluorine immediately after ion implantation is such that a peak concentration is formed in the polysilicon 4 and fluorine is not implanted into the gate oxide film 3. Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, for example, to diffuse the implanted fluorine into the gate oxide film 3.

【0087】次に、同図(d)に示すように、全面にL
P−CVD法によって厚さ100nmのシリコン酸化膜
6を形成した後、シリコン酸化膜6及び多結晶シリコン
4からなる積層膜を反応性イオンエッチング法によりエ
ッチングして、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG.
After a silicon oxide film 6 having a thickness of 100 nm is formed by the P-CVD method, a gate film is formed by etching the laminated film including the silicon oxide film 6 and the polycrystalline silicon 4 by a reactive ion etching method.

【0088】続いて、同図(e)に示すように、例えば
リンを1×1015cm-2イオン注入し、ソース・ドレイ
ン領域7aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 8E, for example, phosphorus is ion-implanted at 1 × 10 15 cm −2 to form source / drain regions 7a.

【0089】次に、同図(f)に示すように、CVD法
により全面に厚さ100nm程度のシリコン窒化膜8を
堆積する。
Next, as shown in FIG. 9F, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 100 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0090】次に、同図(g)に示すように、シリコン
窒化膜を異方性ドライエッチングによりエッチングして
側壁絶縁膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 1G, the silicon nitride film is etched by anisotropic dry etching to form a sidewall insulating film 8.

【0091】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極部をマスクとしてリンイオンをシリコン基板に注入す
る。注入されたリンイオンは、シリコン基部内部で加速
エネルギーに依存するピーク深さを中心にして分布す
る。その後、例えば、950℃、30秒間の熱処理を行
い、リンをシリコン基板中に拡散し活性化させ、ソース
・ドレイン領域となる拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 1H, phosphorus ions are implanted into the silicon substrate using the gate electrode portion as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon base. Thereafter, for example, a heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0092】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。続いて、
窒素雰囲気中で700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。こ
の後、例えばフッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素
の混合溶液によってチタンナイトライド膜及び絶縁膜上
の未反応のチタン膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. continue,
By performing a heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, the titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, the titanium nitride film and the unreacted titanium film on the insulating film are selectively peeled off with, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0093】この後、同図(j)に示すように、全面に
厚さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により
堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 9J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0094】その後、同図(k)に示すように、異方性
ドライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタク
トホールを開口する。
Thereafter, as shown in FIG. 9K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0095】次に同図(l)に示すように、シリコン、
銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ800n
mのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニング
してソース・ドレイン電極11を形成する。この後、4
50℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気中で熱
処理する。
Next, as shown in FIG.
800n thickness containing 0.5% each of copper
After the formation of the m-th aluminum film, the aluminum film is patterned to form the source / drain electrodes 11. After this, 4
Heat treatment is performed at 50 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0096】通常、上記実施形態のように、例えばジク
ロルシラン(SiH2 Cl2 )と亜酸化窒素(N2 O)
を用いて、850℃で厚さ5nmのゲート酸化膜を形成
した場合、シリコン/酸化膜界面の界面準位は多く、ま
た膜中の電子トラップ等が多い膜となる。しかし、フッ
素を導入することで、界面近傍や膜中のシリコンの未結
合手を終端することにより、界面準位密度を減少させる
ことができる。
Usually, as in the above embodiment, for example, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and nitrous oxide (N 2 O)
When a gate oxide film having a thickness of 5 nm is formed at 850 ° C. by using GaN, the interface level at the silicon / oxide film interface is large, and the film has many electron traps and the like. However, by introducing fluorine, the dangling bonds of silicon in the vicinity of the interface or in the film are terminated, whereby the interface state density can be reduced.

【0097】また、ゲート絶縁膜として、例えばアンモ
ニア(NH3 )ガス雰囲気中にシリコン酸化膜を晒して
窒素原子を導入したオキシナイトライド膜を用い、これ
にフッ素原子を導入してもよい。これにより、ゲート絶
縁膜に高電界ストレスを印加した後の低電界リーク電流
の増加を低減させることができるとともに、フッ素によ
り欠陥密度を抑え、均質な膜質にすることが可能とな
る。
As the gate insulating film, for example, an oxynitride film in which nitrogen atoms are introduced by exposing a silicon oxide film in an ammonia (NH 3 ) gas atmosphere may be used, and fluorine atoms may be introduced into the oxynitride film. Thus, it is possible to reduce an increase in low electric field leakage current after applying a high electric field stress to the gate insulating film, and to suppress a defect density by using fluorine to obtain a uniform film quality.

【0098】また、ゲート絶縁膜として、重水素
(D2 )ガスと酸素ガスの燃焼酸化による酸化膜、或い
は重水(D2 O)を用いて形成した酸化膜を用いてもよ
い。この場合、重水素がゲート酸化膜に取り込まれるこ
とにより、結合力の弱いSi−Hを重水素で置換して結
合力の強いSi−D結合とするとともに、フッ素の導入
により界面遷移層の歪んだSi−O−Si結合の応力緩
和が起こり、高電界ストレスに対しより強いゲート絶縁
膜膜質とすることができる。
Further, as the gate insulating film, an oxide film formed by burning and oxidizing deuterium (D 2 ) gas and oxygen gas, or an oxide film formed using heavy water (D 2 O) may be used. In this case, deuterium is taken into the gate oxide film, thereby replacing Si-H having a weak bonding force with deuterium to form a Si-D bond having a strong bonding force, and distorting the interface transition layer by introducing fluorine. In this case, stress relaxation of the Si—O—Si bond occurs, and the gate insulating film can be made stronger against high electric field stress.

【0099】また、ゲート酸化膜として、活性酸素を用
いたシリコン酸化膜を用いた場合にも同様の効果が得ら
れる。この場合、酸素をマイクロ波放電や紫外線照射等
により活性化させて基板に供給することにより酸化膜を
形成する。このようにして得られた酸化膜は緻密でトラ
ップが少なく、さらに酸化膜とシリコン基板との界面が
平坦なものとなる。しかし、この場合においても酸化膜
とシリコン基板との界面近傍に界面遷移層は存在し、こ
れをフッ素により応力緩和することで、さらなる絶縁破
壊耐性の向上など信頼性改善が可能となる。
Similar effects can be obtained when a silicon oxide film using active oxygen is used as the gate oxide film. In this case, an oxide film is formed by activating oxygen by microwave discharge or ultraviolet irradiation and supplying the activated oxygen to the substrate. The oxide film thus obtained is dense and has few traps, and the interface between the oxide film and the silicon substrate is flat. However, also in this case, an interface transition layer exists near the interface between the oxide film and the silicon substrate, and stress relaxation of the interface transition layer by fluorine enables further improvement in reliability such as further improvement in dielectric breakdown resistance.

【0100】また、ゲート絶縁膜として、SiH2 Cl
2 やSiCl4 とNH3 などを用いたシリコン窒化膜
や、NH3 などによるシリコン基板の直接窒化によるシ
リコン窒化膜を用いた場合にも、同様の効果が得られ
る。
Further, as a gate insulating film, SiH 2 Cl
2 and and SiCl 4 and NH 3 silicon nitride film using such, even in the case of using the silicon nitride film by directly nitriding the silicon substrate due to NH 3, the same effect can be obtained.

【0101】図9は、本発明の第5の実施形態に係るn
チャネルMOSトランジスタの製造方法を示した工程断
面図である。
FIG. 9 shows an n-type semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the channel MOS transistor.

【0102】まず、図9(a)に示すように、例えば、
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶
縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, for example,
A p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 by a normal selective oxidation method. I do.

【0103】次に、同図(b)に示すように、例えば乾
燥酸素による熱酸化によって厚さ8nmのゲート酸化膜
3を形成し、この上にゲート電極として厚さ200nm
の多結晶シリコン膜4を形成する。次に、多結晶シリコ
ン中に例えばリンイオンを加速電圧30keV、ドーズ
量5×1015cm-2でイオン注入する。このとき、イオ
ン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン膜4中にピ
ーク濃度が形成されるようにする。続いて、これを窒素
雰囲気中で900℃、30分間熱処理することで注入さ
れたリンを活性化させ、多結晶シリコン膜4の抵抗を低
下させる。
Next, as shown in FIG. 13B, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen, and a 200 nm-thick gate electrode is formed thereon.
Is formed. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus and reduce the resistance of the polycrystalline silicon film 4.

【0104】次に、同図(c)に示すように、多結晶シ
リコン膜4中に例えばフッ素を加速電圧20keV、ド
ーズ量1×1015cm-2でイオン注入する。このとき、
イオン注入直後のフッ素の分布は、多結晶シリコン膜4
中にピーク濃度が形成されるようにし、ゲート酸化膜3
中にはフッ素が注入されないようにする。続いて、これ
を例えば窒素雰囲気中で800℃、30分間熱処理する
ことで、注入されたフッ素をゲート酸化膜3中に拡散さ
せる。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, fluorine is ion-implanted into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . At this time,
The distribution of fluorine immediately after ion implantation indicates that the polycrystalline silicon film 4
A gate oxide film 3 is formed so that a peak concentration is formed therein.
Ensure that no fluorine is implanted inside. Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, for example, to diffuse the implanted fluorine into the gate oxide film 3.

【0105】次に、同図(d)に示すように、全面にL
P−CVD法によって厚さ150nmのシリコン酸化膜
6を形成した後、多結晶シリコン膜4及びシリコン酸化
膜6からなる積層膜を反応性イオンエッチング法により
エッチングして、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG.
After forming a silicon oxide film 6 having a thickness of 150 nm by the P-CVD method, a gate film is formed by etching the laminated film including the polycrystalline silicon film 4 and the silicon oxide film 6 by a reactive ion etching method.

【0106】続いて、同図(e)に示すように、例えば
リンを1×1015cm-2イオン注入し、ソース・ドレイ
ン領域となる拡散層7aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 11E, for example, phosphorus is ion-implanted at 1 × 10 15 cm −2 to form a diffusion layer 7a to be a source / drain region.

【0107】次に、同図(f)に示すように、側壁絶縁
膜を形成するための厚さ100nm程度のシリコン窒化
膜8をCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIG. 1F, a silicon nitride film 8 having a thickness of about 100 nm for forming a side wall insulating film is deposited by a CVD method.

【0108】次に、同図(g)に示すように、シリコン
窒化膜を異方性ドライエッチングにより全面エッチング
して側壁絶縁膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 9G, the entire surface of the silicon nitride film is etched by anisotropic dry etching to form a sidewall insulating film 8.

【0109】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極部をマスクとしてリンイオンを注入する。注入された
リンイオンは、シリコン基板内部で加速エネルギーに依
存するピーク深さを中心にして分布する。その後、例え
ば、950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコ
ン基板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域と
なる拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 11H, phosphorus ions are implanted using the gate electrode portion as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. Thereafter, for example, a heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0110】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。続いて、
窒素雰囲気中、700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。こ
の後、例えばフッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素
の混合溶液によってチタンナイトライド膜及び絶縁膜上
の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. continue,
The titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate by heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, the titanium nitride film and the unreacted titanium thin film on the insulating film are selectively peeled off by, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0111】その後、同図(j)に示すように、全面に
厚さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により
堆積する。
Thereafter, as shown in FIG. 13J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0112】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 7K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0113】次に、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を含む窒素雰囲気で熱処
理する。
Next, as shown in FIG. 1 (l), a thickness of 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing hydrogen.

【0114】なお、前記実施形態においては、ゲート電
極となる多結晶シリコン膜4にドーパントとなるリンを
イオン注入し活性化させた後に、フッ素をイオン注入し
これをゲート酸化膜3中に拡散しているが、フッ素をイ
オン注入した後にリンをイオン注入することも可能であ
る。例えば、まず、多結晶シリコン膜中にフッ素を多結
晶シリコン膜中にピーク濃度が形成されるように加速電
圧20keV、ドーズ量1×1015cm-2イオン注入
し、850℃以上で30分間を越えない熱処理を行うこ
とにより、注入されたフッ素をゲート酸化膜中に拡散さ
せる。その後、多結晶シリコン膜中に例えばリンイオン
を加速電圧30keV、ドーズ量5×1015cm-2でイ
オン注入し、窒素雰囲気中で850℃以上で30分間を
越えない熱処理(例えば、850℃、20分間の熱処
理)を行うことにより、注入されたリンを活性化するよ
うにしてもよい。
In the above embodiment, phosphorus as a dopant is ion-implanted and activated in the polycrystalline silicon film 4 as a gate electrode, and then fluorine is ion-implanted and diffused into the gate oxide film 3. However, it is also possible to ion implant phosphorus after ion implantation of fluorine. For example, first, fluorine is ion-implanted into the polycrystalline silicon film at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film. By performing a heat treatment that does not exceed this, the implanted fluorine is diffused into the gate oxide film. Thereafter, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon film at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 , and a heat treatment (for example, 850 ° C., 20 For example, the implanted phosphorus may be activated by performing a heat treatment for about one minute.

【0115】また、ゲート電極である多結晶シリコン膜
は、例えばソースガスとしてシラン(SiH4 )とホス
フィン(PH3 )の混合ガスを用いることで、リンを含
有する多結晶シリコンとすることもできる。この場合、
多結晶シリコン中に例えばフッ素を加速電圧20ke
V、ドーズ量1×1015cm-2イオン注入し、続いてこ
れを窒素雰囲気中で800℃、30分間熱処理すること
で、注入されたフッ素をゲート酸化膜中に拡散するよう
にしても、同様の効果が得られる。
Further, the polycrystalline silicon film serving as the gate electrode can be made of polycrystalline silicon containing phosphorus by using a mixed gas of silane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) as a source gas, for example. . in this case,
For example, fluorine is accelerated in polycrystalline silicon at an acceleration voltage of 20 ke.
V, a dose of 1 × 10 15 cm −2 ions are implanted, followed by a heat treatment at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to diffuse the implanted fluorine into the gate oxide film. Similar effects can be obtained.

【0116】また、リンを含有する多結晶シリコンの形
成方法としては、ソースガスとして二フッ化シラン(S
iH2 2 )とホスフィン(PH3 )の混合ガスを用い
ることで、リン及びフッ素を含有する多結晶シリコンと
することができる。これを窒素雰囲気中で800℃、3
0分間熱処理することで多結晶シリコン中のフッ素を絶
縁膜中に拡散させても、同様の効果が得られる。
As a method for forming polycrystalline silicon containing phosphorus, silane difluoride (S
By using a mixed gas of iH 2 F 2 ) and phosphine (PH 3 ), polycrystalline silicon containing phosphorus and fluorine can be obtained. This is placed in a nitrogen atmosphere at 800 ° C., 3
A similar effect can be obtained even if fluorine in polycrystalline silicon is diffused into the insulating film by heat treatment for 0 minutes.

【0117】また、pチャネルMOSFETの場合にお
いては、多結晶シリコン膜中に例えばBF2 イオンを加
速電圧30keV、ドーズ量1×1015cm-2でイオン
注入し、続いてこの多結晶シリコン膜中に例えばボロン
イオンを加速電圧10keV、ドーズ量4×1015cm
-2でイオン注入する。このとき、多結晶シリコンの表面
層がBF2 イオン注入によりアモルファス化されている
ので、注入されるボロンはチャネリングを起こさず、多
結晶シリコン膜中にのみ分布させることができる。続い
て、これを窒素雰囲気中で800℃、30分間熱処理す
ることで注入されたボロンを活性化させると同時に、フ
ッ素をゲート酸化膜中に拡散させることにより、同様な
効果が得られる。また、BF2 による過剰のフッ素の導
入を防ぐことも同時に可能となる。
In the case of a p-channel MOSFET, for example, BF 2 ions are implanted into the polycrystalline silicon film at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 , For example, boron ions are accelerated at 10 keV and the dose is 4 × 10 15 cm.
Ion implantation at -2 . At this time, since the surface layer of the polycrystalline silicon is made amorphous by BF 2 ion implantation, the implanted boron can be distributed only in the polycrystalline silicon film without causing channeling. Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted boron and, at the same time, diffuse fluorine into the gate oxide film, thereby obtaining the same effect. It is also possible to prevent excessive introduction of fluorine by BF 2 .

【0118】図10は、本発明の第6の実施形態に係る
nチャネルMOSトランジスタの製造方法を示す工程断
面図である。
FIG. 10 is a process sectional view showing a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to the sixth embodiment of the present invention.

【0119】まず、図10(a)に示すように、例え
ば、面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリ
コン基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に
通常の選択酸化法によって、厚さ0.6μm程度の素子
分離絶縁膜2を形成する。さらに、例えば乾燥酸素によ
る熱酸化によって厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成す
る。
First, as shown in FIG. 10A, for example, a p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and a normal selection is made on the surface of the p-type silicon substrate 1. An element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed by an oxidation method. Further, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen.

【0120】次に、同図(b)に示すように、ゲート酸
化膜3上にゲート電極として厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜4を堆積する。次いで、この多結晶シリコン中
に例えばリンイオンを加速電圧30keV、ドーズ量5
×1015cm-2イオン注入する。このとき、イオン注入
直後のリンの分布は、多結晶シリコン膜4中にピーク濃
度が形成されるようにする。続いて、これを窒素雰囲気
中で900℃、30分間熱処理することで注入されたリ
ンを活性化させて、多結晶シリコン膜4の抵抗を低下さ
せる。
Next, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is deposited on the gate oxide film 3 as a gate electrode, as shown in FIG. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5
X 10 15 cm -2 ions are implanted. At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus, thereby lowering the resistance of the polycrystalline silicon film 4.

【0121】次に、同図(c)に示すように、CVDシ
リコン酸化膜6を堆積した後、多結晶シリコン膜4、C
VDシリコン酸化膜6を反応性イオンエッチング法によ
りエッチングして、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG. 13C, after depositing a CVD silicon oxide film 6, the polycrystalline silicon film 4, C
The VD silicon oxide film 6 is etched by a reactive ion etching method to form a gate.

【0122】次に、同図(d)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入する。その後、例えば
900℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基
板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる
拡散層7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, for example, phosphorus ions are implanted at 1 × 10 15 cm −2 . Thereafter, a heat treatment is performed at 900 ° C. for 30 seconds, for example, to diffuse and activate phosphorus in the silicon substrate, thereby forming a diffusion layer 7a to be a source / drain region.

【0123】次に、同図(e)に示すように、全面に厚
さ50nmのシリコン窒化膜をCVD法により堆積す
る。
Next, as shown in FIG. 13E, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0124】次に、同図(f)に示すように、例えば加
速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm-2でフッ素
をイオン注入する。このとき、イオン注入直後のフッ素
の分布は、シリコン窒化膜8中にピーク濃度が形成され
るようにする。
Next, as shown in FIG. 11F, fluorine ions are implanted at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 , for example. At this time, the distribution of fluorine immediately after ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the silicon nitride film 8.

【0125】次に、同図(g)に示すように、シリコン
窒化膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングし
て、フッ素が含有されたゲート側壁部8を形成する。続
いて、これを例えば窒素雰囲気中で800℃、30分間
熱処理することで、ゲート側壁部8に注入されたフッ素
をゲート酸化膜3中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 1G, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate side wall portion 8 containing fluorine. Subsequently, by performing a heat treatment at 800 ° C. for 30 minutes in, for example, a nitrogen atmosphere, the fluorine implanted in the gate sidewall 8 is diffused into the gate oxide film 3.

【0126】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極部をマスクとしてリンイオンをシリコン基板に注入す
る。その後、例えば950℃、30秒間の熱処理を行
い、リンをシリコン基板中に拡散し活性化させ、ソース
・ドレイン領域となる拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 17H, phosphorus ions are implanted into the silicon substrate using the gate electrode portion as a mask. Thereafter, a heat treatment is performed, for example, at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0127】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、
窒素雰囲気中で700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。こ
の後、例えばフッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素
の混合溶液によってチタンナイトライド膜及び絶縁膜上
の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. further,
By performing a heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, the titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, the titanium nitride film and the unreacted titanium thin film on the insulating film are selectively peeled off by, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0128】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 9J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0129】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 9K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0130】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極を形成する。この後、4
50℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気で熱処
理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a thickness of 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes. After this, 4
Heat treatment is performed at 50 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0131】ここで、前記シリコン窒化膜からなる側壁
絶縁膜8としては、通常ジクロルシラン(SiH2 Cl
2 )とアンモニア(NH3 )を用いたLP−CVD法な
どによって形成されているが、この場合には、窒化膜に
大量の水素が含まれており、この水素が酸化膜中に多量
に拡散し、Si−O−Siネットワークを切るなどし
て、絶縁破壊寿命を低下させる。そこで、本実施形態に
おいては、SiCl4 とN2 Oを用いて水素の含有量の
少ない絶縁膜を形成している。そして、この絶縁膜にフ
ッ素を加速電圧5keV、ドーズ量1×1015cm-2
注入角度7度で注入し、フッ素を含有させるようにして
いる。
Here, the sidewall insulating film 8 made of the silicon nitride film is usually made of dichlorosilane (SiH 2 Cl).
2 ) It is formed by an LP-CVD method using ammonia (NH 3 ) or the like. In this case, a large amount of hydrogen is contained in the nitride film, and this hydrogen diffuses in the oxide film in a large amount. Then, for example, the Si—O—Si network is cut to reduce the dielectric breakdown life. Therefore, in the present embodiment, an insulating film having a low hydrogen content is formed using SiCl 4 and N 2 O. Then, fluorine is applied to this insulating film at an acceleration voltage of 5 keV, a dose of 1 × 10 15 cm −2 ,
Injection is performed at an injection angle of 7 degrees so that fluorine is contained.

【0132】なお、前記のように水素含有量の少ない側
壁絶縁膜にフッ素をイオン注入する以外にも、側壁絶縁
膜形成時に例えばSiF4 ガスを用いたり、マイクロ波
放電等により発生したフッ素ラジカルを混合させるなど
しても、同様な効果が得られる。
In addition to the ion implantation of fluorine into the side wall insulating film having a small hydrogen content as described above, for example, SiF 4 gas may be used at the time of forming the side wall insulating film, or fluorine radicals generated by microwave discharge or the like may be used. Similar effects can be obtained by mixing.

【0133】以上述べた例によれば、側壁絶縁膜からゲ
ート酸化膜へ入り込むフッ素により、酸化膜全体の信頼
性が向上するばかりでなく、側壁絶縁膜に直接接してい
るゲート電極のエッジ部やインパクトイオン化が起こり
やすいドレイン端においてホットキャリアに対する信頼
性を改善でき、さらに、反応性イオンエッチングやリン
のイオン注入により導入される絶縁破壊耐圧の低い酸化
膜のダメージ領域をフッ素で効率よく修正することがで
きる。
According to the example described above, fluorine entering the gate oxide film from the side wall insulating film not only improves the reliability of the entire oxide film but also reduces the edge of the gate electrode directly in contact with the side wall insulating film. Improve the reliability of hot carriers at the drain end where impact ionization is likely to occur, and efficiently correct the damaged region of the oxide film with low dielectric breakdown voltage introduced by reactive ion etching or phosphorus ion implantation with fluorine. Can be.

【0134】図11は、本発明の第7の実施形態に係る
nチャネルMOSトランジスタの製造方法を示す工程断
面図である。
FIG. 11 is a process sectional view showing a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to the seventh embodiment of the present invention.

【0135】まず、図1(a)に示すように、例えば、
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって、厚さ0.6μm程度の素子分離
絶縁膜2を形成する。さらに、例えば乾燥酸素による熱
酸化によって、厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成す
る。
First, as shown in FIG. 1A, for example,
A p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and an element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed on the surface of the p-type silicon substrate 1 by a normal selective oxidation method. Form. Further, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen.

【0136】次に、同図(b)に示すように、ゲート酸
化膜3上にゲート電極として厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜4を堆積する。次いで、この多結晶シリコン膜
4中に例えばリンイオンを加速電圧30keV、ドーズ
量5×1015cm-2でフッ素をイオン注入する。このと
き、イオン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン膜
4中にピーク濃度が形成されるようにする。続いて、こ
れを窒素雰囲気中で900℃、30分間熱処理すること
で、注入されたリンを活性化させて多結晶シリコンの抵
抗を低下させる。
Next, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is deposited on the gate oxide film 3 as a gate electrode, as shown in FIG. Next, fluorine ions are implanted into the polycrystalline silicon film 4 with, for example, phosphorus ions at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus and lower the resistance of the polycrystalline silicon.

【0137】次に、同図(c)に示すように、CVDシ
リコン酸化膜6を堆積した後、多結晶シリコン膜4、C
VDシリコン酸化膜6を反応性イオンエッチング法によ
りエッチングして、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG. 14C, after depositing a CVD silicon oxide film 6, the polycrystalline silicon film 4, C
The VD silicon oxide film 6 is etched by a reactive ion etching method to form a gate.

【0138】次に、同図(d)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入した後、例えば950
℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基板中に
拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる拡散層
7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 15D, after phosphorus ions are implanted at 1 × 10 15 cm −2 , for example, 950 ions are implanted.
A heat treatment is performed at 30 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0139】次に、同図(e)に示すように、厚さ10
0nm程度のシリコン窒化膜8をCVD法により堆積す
る。
Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 8 of about 0 nm is deposited by a CVD method.

【0140】次に、同図(f)に示すように、反応性イ
オンエッチング法によりシリコン窒化膜をエッチングし
て、ゲート側壁部8を形成する。
Next, as shown in FIG. 13F, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate side wall portion 8.

【0141】次に、同図(g)に示すように、ゲート電
極をマスクとしてリンイオンを注入する。注入されたリ
ンイオンは、シリコン基板内部で加速エネルギーに依存
するピーク深さを中心にして分布する。その後、例えば
950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基
板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる
拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 14G, phosphorus ions are implanted using the gate electrode as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. Thereafter, a heat treatment is performed, for example, at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0142】次に、同図(h)に示すように、レジスト
マスク15を用いて素子分離シリコン酸化膜2のみを露
出させる。続いて、全面に、例えば加速電圧20ke
V、ドーズ量1×1015cm-2でフッ素をイオン注入す
る。このとき、イオン注入直後のフッ素の分布は、素子
分離酸化膜2の表面部にピーク濃度が形成されるように
する。続いて、これを例えば窒素雰囲気中で800℃、
30分間熱処理することで、注入されたフッ素をゲート
酸化膜3中に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 14H, only the element isolation silicon oxide film 2 is exposed using the resist mask 15. Subsequently, for example, an acceleration voltage of 20 ke
V. Fluorine is ion-implanted at a dose of 1 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of fluorine immediately after ion implantation is set so that a peak concentration is formed on the surface of the element isolation oxide film 2. Subsequently, this is, for example, 800 ° C. in a nitrogen atmosphere,
By performing a heat treatment for 30 minutes, the implanted fluorine is diffused into the gate oxide film 3.

【0143】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、
窒素雰囲気中で、700℃、1分間の熱処理により、チ
タン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ド
レイン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。
この後、例えば、フッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化
水素の混合溶液によって、チタンナイトライド膜及び絶
縁膜上の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 14I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. further,
The titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate by heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions.
Thereafter, for example, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively peeled off using an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0144】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 13J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0145】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 9K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0146】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気
で熱処理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a thickness of 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0147】図12は、本発明の第8の実施形態に係る
nチャネルMOSトランジスタの製造方法を示す工程断
面図である。
FIG. 12 is a process sectional view showing a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.

【0148】まず、図12(a)に示すように、例えば
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって、厚さ0.6μm程度の素子分離
絶縁膜2を形成する。さらに、例えば乾燥酸素による熱
酸化によって、厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成す
る。
First, as shown in FIG. 12A, for example, a p-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface of the p-type silicon substrate 1 is subjected to normal selective oxidation. The element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed by the method. Further, a gate oxide film 3 having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen.

【0149】次に、同図(b)に示すように、ゲート酸
化膜3上にゲート電極として厚さ200nmの多結晶シ
リコン膜4を堆積する。次いで、この多結晶シリコン膜
4中に例えばリンイオンを加速電圧30keV、ドーズ
量5×1015cm-2でイオン注入する。このとき、イオ
ン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン膜4中にピ
ーク濃度が形成されるようにする。続いて、これを窒素
雰囲気中で900℃、30分間熱処理することで注入さ
れたリンを活性化させ、多結晶シリコンの抵抗を低下さ
せる。さらに、CVDシリコン酸化膜6を堆積する。
Next, as shown in FIG. 14B, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is deposited on the gate oxide film 3 as a gate electrode. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus and reduce the resistance of the polycrystalline silicon. Further, a CVD silicon oxide film 6 is deposited.

【0150】続いて、同図(c)に示すように、全面に
例えば加速電圧20keV、ドーズ量1×1015cm-2
でフッ素をイオン注入する。このとき、イオン注入直後
のフッ素の分布は、CVD酸化膜6の表面部にピーク濃
度が形成されるようにする。続いて、これを窒素雰囲気
中で800℃、30分間熱処理することで、CVDシリ
コン酸化膜6に注入されたフッ素をゲート酸化膜3中に
拡散させる。
Subsequently, as shown in FIG. 15C, for example, an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 are applied to the entire surface.
Is used to implant fluorine ions. At this time, the distribution of fluorine immediately after the ion implantation is such that a peak concentration is formed on the surface of the CVD oxide film 6. Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, so that the fluorine injected into the CVD silicon oxide film 6 is diffused into the gate oxide film 3.

【0151】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4、CVDシリコン酸化膜6を反応性イオンエ
ッチング法によりエッチングし、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG. 13D, the polycrystalline silicon film 4 and the CVD silicon oxide film 6 are etched by a reactive ion etching method to form a gate.

【0152】次に、同図(e)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入した後、例えば950
℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基板中に
拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる拡散層
7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 14E, after phosphorus ions are implanted at 1 × 10 15 cm −2 , for example, 950 ions are implanted.
A heat treatment is performed at 30 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0153】次に、同図(f)に示すように、厚さ10
0nmの程度のシリコン窒化膜8をCVD法により形成
する。
Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 8 of about 0 nm is formed by a CVD method.

【0154】次に、同図(g)に示すように、シリコン
窒化膜を反応性イオンエッチング法によりエッチングし
て、ゲート側壁部8を形成する。
Next, as shown in FIG. 1G, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate sidewall 8.

【0155】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極をマスクとしてリンイオンを注入する。注入されたリ
ンイオンは、基板内部で加速エネルギーに依存するピー
ク深さを中心にして分布する。その後、例えば950
℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基板中に
拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる拡散層
7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 17H, phosphorus ions are implanted using the gate electrode as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the substrate. Then, for example, 950
A heat treatment at 30 ° C. for 30 seconds is performed to diffuse and activate phosphorus in the silicon substrate, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0156】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、
窒素雰囲気中で700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成する。こ
の後、例えばフッ化水素酸の水溶液、硫酸と過酸化水素
の混合溶液により、チタンナイトライド膜及び絶縁膜上
の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. further,
By performing a heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, the titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate, and a titanium silicide film 9 is formed only on the source / drain regions. Thereafter, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively peeled off by using, for example, an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0157】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。このとき、層間絶縁膜となるシリコン酸化膜1
0中にフッ素を導入しておいても、同様の効果が得られ
る。層間絶縁膜となるシリコン酸化膜10中へのフッ素
の導入は、例えば層間絶縁膜にフッ素をイオン注入すれ
ばよい。また、シリコンのフッ化物、例えば四フッ化珪
素(SiH4 )と酸素の混合ガスを用いた減圧プラズマ
CVD法によってフッ素を含んだ酸化膜を形成し、これ
を層間絶縁膜としてもよい。このようにしてフッ素を含
んだ層間絶縁膜を形成した後、例えば窒素雰囲気中で8
00℃、30分間熱処理することで注入されたフッ素を
ゲート酸化膜3中に拡散させればよい。
Next, as shown in FIG. 13J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method. At this time, the silicon oxide film 1 serving as an interlayer insulating film is formed.
The same effect can be obtained even if fluorine is introduced in the atmosphere. The introduction of fluorine into the silicon oxide film 10 serving as an interlayer insulating film may be performed by, for example, ion-implanting fluorine into the interlayer insulating film. Further, an oxide film containing fluorine may be formed by a low-pressure plasma CVD method using a mixed gas of silicon fluoride, for example, silicon tetrafluoride (SiH 4 ) and oxygen, and this may be used as an interlayer insulating film. After forming the interlayer insulating film containing fluorine in this manner, the interlayer insulating film is
The implanted fluorine may be diffused into the gate oxide film 3 by performing a heat treatment at 00 ° C. for 30 minutes.

【0158】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 17K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0159】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有される厚さ8
00nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパター
ニングしてソース・ドレイン電極を形成する。この後、
450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気で熱
処理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a silicon and copper having a thickness of 8% containing, for example, 0.5% each.
After forming a 00 nm aluminum film, it is patterned to form source / drain electrodes. After this,
Heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0160】なお、フッ素をゲート酸化膜3に拡散させ
る拡散源としては、配線となる金属にフッ素を導入して
おいてもよい。この場合は、図12(k)の工程におい
て、アルミニウム膜を形成した後、全面にフッ素をイオ
ン注入し、このフッ素を含有したアルミニウム膜からゲ
ート酸化膜3にフッ素を拡散させればよい。
Note that as a diffusion source for diffusing fluorine into the gate oxide film 3, fluorine may be introduced into a metal to be a wiring. In this case, in the step of FIG. 12 (k), after forming the aluminum film, fluorine may be ion-implanted over the entire surface, and fluorine may be diffused from the fluorine-containing aluminum film into the gate oxide film 3.

【0161】次に、本発明の第9の実施形態について説
明する。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.

【0162】図13は、第9の実施形態に係るSOI基
板上に作製されたnチャネルトランジスタの構造断面図
である。シリコン基板1上には、絶縁層1aを介してp
型の半導体層1bが形成され、素子分離のためのシリコ
ン熱酸化膜2が形成されている。半導体層1bの表面に
は、リンのイオン注入によってn型のソース・ドレイン
拡散層7a、7bが形成されている。また、半導体層1
bの表面には、ゲート絶縁膜3としてシリコン、酸素、
窒素を主成分とする絶縁膜が形成されている。ゲート絶
縁膜3中には、SOI基板の絶縁層1aから拡散によっ
て、フッ素原子が導入されている。ゲート電極となる多
結晶シリコン膜4上には、CVDシリコン酸化膜6が形
成されており、ゲート電極の側壁にはシリコン窒化膜8
が形成されている。さらに、ソース・ドレイン領域に
は、シリサイド9が形成されている。また、CVDシリ
コン酸化膜10にはコンタクト孔が開口され、配線とな
るAl電極11がスパッタにより形成されパターニング
されている。
FIG. 13 is a structural sectional view of an n-channel transistor fabricated on an SOI substrate according to the ninth embodiment. On the silicon substrate 1, p is interposed via an insulating layer 1a.
A semiconductor layer 1b is formed, and a silicon thermal oxide film 2 for element isolation is formed. On the surface of the semiconductor layer 1b, n-type source / drain diffusion layers 7a and 7b are formed by ion implantation of phosphorus. In addition, the semiconductor layer 1
b, silicon, oxygen,
An insulating film containing nitrogen as a main component is formed. Fluorine atoms are introduced into the gate insulating film 3 from the insulating layer 1a of the SOI substrate by diffusion. A CVD silicon oxide film 6 is formed on a polycrystalline silicon film 4 serving as a gate electrode, and a silicon nitride film 8 is formed on a side wall of the gate electrode.
Are formed. Further, silicide 9 is formed in the source / drain region. A contact hole is opened in the CVD silicon oxide film 10, and an Al electrode 11 serving as a wiring is formed by sputtering and patterned.

【0163】図14は、第9の実施形態に係るnチャネ
ルMOSトランジスタの製造方法を示す工程断面図であ
る。
FIG. 14 is a process sectional view showing a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to the ninth embodiment.

【0164】まず、図14(a)に示すように、シリコ
ン基板1上に絶縁層1aを介して形成されたp型のシリ
コン層1bを表層に有するSOI基板を用意し、p型シ
リコン層1bの表面に通常の選択酸化法によって厚さ
0.6μm程度の素子分離絶縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 14A, an SOI substrate having a p-type silicon layer 1b formed on a silicon substrate 1 via an insulating layer 1a as a surface layer is prepared, and the p-type silicon layer 1b is formed. An element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 .mu.m is formed on the surface of the substrate by a normal selective oxidation method.

【0165】次に、同図(b)に示すように、全面に、
例えば加速電圧100keV、ドーズ量5×1015cm
-2でフッ素をイオン注入する。このとき、イオン注入直
後のフッ素の分布は、SOI基板の絶縁層1a中にピー
ク濃度が形成されるようにする。
Next, as shown in FIG.
For example, an acceleration voltage of 100 keV and a dose of 5 × 10 15 cm
Ion implantation of fluorine at -2 . At this time, the distribution of fluorine immediately after ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the insulating layer 1a of the SOI substrate.

【0166】次に、同図(c)に示すように、例えば乾
燥酸素による熱酸化によって厚さ8nmのゲート酸化膜
3を形成する。このとき、イオン注入したフッ素が拡散
してゲート酸化膜3中に導入されるとともに、SOI基
板に内在する応力や絶縁層1aの界面に存在する結晶欠
陥が同時に改善される。続いて、シラン(SiH4 )と
ホスフィン(PH3 )の混合ガスを用いて、ゲート酸化
膜3上にゲート電極として厚さ200nmのリンドープ
多結晶シリコン膜4を堆積する。
Next, as shown in FIG. 14C, an 8 nm-thick gate oxide film 3 is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen. At this time, the ion-implanted fluorine is diffused and introduced into the gate oxide film 3, and at the same time, stress existing in the SOI substrate and crystal defects existing at the interface of the insulating layer 1a are simultaneously improved. Subsequently, using a mixed gas of silane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ), a 200 nm-thick phosphorus-doped polycrystalline silicon film 4 is deposited on the gate oxide film 3 as a gate electrode.

【0167】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4上にCVDシリコン酸化膜6を堆積する。続
いて、多結晶シリコン膜4、CVDシリコン酸化膜6を
反応性イオンエッチング法によりエッチングして、ゲー
ト部を形成する。
Next, a CVD silicon oxide film 6 is deposited on the polycrystalline silicon film 4 as shown in FIG. Subsequently, the polycrystalline silicon film 4 and the CVD silicon oxide film 6 are etched by a reactive ion etching method to form a gate portion.

【0168】次に、同図(e)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入する。注入されたリン
イオンは、シリコン層1b内部で加速エネルギーに依存
するピーク深さを中心にして分布する。その後、例えば
950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン基
板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域となる
拡散層7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 17E, for example, phosphorus ions are implanted at 1 × 10 15 cm −2 . The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon layer 1b. After that, a heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 seconds, for example, to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0169】次に、同図(f)に示すように、厚さ10
0nm程度のシリコン窒化膜8をCVD法で形成する。
Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 8 of about 0 nm is formed by a CVD method.

【0170】続いて、同図(g)に示すように、反応性
イオンエッチング法によりシリコン窒化膜をエッチング
して、ゲート側壁部8を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 15G, the silicon nitride film is etched by a reactive ion etching method to form a gate side wall portion 8.

【0171】次に、同図(h)に示すように、ゲート電
極をマスクとしてリンイオンを注入する。注入されたリ
ンイオンは、シリコン層1b内部で加速エネルギーに依
存するピーク深さを中心にして分布する。その後、例え
ば950℃、30秒間の熱処理を行い、リンをシリコン
層1b中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン領域と
なる拡散層7bを形成する。
Next, phosphorus ions are implanted using the gate electrode as a mask, as shown in FIG. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon layer 1b. Thereafter, a heat treatment is performed at, for example, 950 ° C. for 30 seconds to diffuse and activate phosphorus in the silicon layer 1b, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0172】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチタンナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。さらに、
窒素雰囲気中で、700℃、1分間の熱処理により、チ
タン薄膜をすべてシリコン層1bと反応させ、ソース・
ドレイン領域上にのみチタンシリサイド膜9を形成す
る。この後、例えば、フッ素化水素酸の水溶液、硫酸と
過酸化水素の混合溶液によって、チタンナイトライド膜
及び絶縁膜上の未反応のチタン薄膜を選択的に剥離す
る。
Next, as shown in FIG. 17I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a titanium nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. further,
By heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere, all of the titanium thin film reacts with the silicon layer 1b,
The titanium silicide film 9 is formed only on the drain region. Thereafter, for example, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively peeled off using an aqueous solution of hydrofluoric acid or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0173】次に、同図(j)に示すように、全面に厚
さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により堆
積する。
Next, as shown in FIG. 17J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method.

【0174】次に、同図(k)に示すように、異方性ド
ライエッチングによりシリコン酸化膜10にコンタクト
ホールを開口する。
Next, as shown in FIG. 17K, a contact hole is opened in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching.

【0175】この後、同図(l)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を含む窒素雰囲気で熱処
理する。
Thereafter, as shown in FIG. 1 (l), a thickness 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper, respectively.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing hydrogen.

【0176】図15は、第10の実施形態に係るMOS
キャパシタの製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 15 shows a MOS transistor according to the tenth embodiment.
It is a process sectional view showing the manufacturing method of the capacitor.

【0177】まず、図15(a)に示すように、例え
ば、面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのn型シリ
コン基板1を用意し、その表面に例えば乾燥酸素を用い
て厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成する。次に、同図
(b)に示すように、例えばフッ素ガスをマイクロ波放
電により活性化させ、これにより発生したフッ素ラジカ
ルを真空中においてゲート酸化膜3表面に供給する。こ
れにより、ゲート酸化膜3表面にフッ素を吸着させる。
続いて、同図(c)に示すように、ゲート電極として、
シラン及びホスフィンの混合ガスを用いて、厚さ200
nmのリンドープ多結晶シリコン膜4を形成する。次
に、同図(d)に示すように、多結晶シリコン膜4をパ
ターニングすることでMOSキャパシタが形成できる。
First, as shown in FIG. 15A, for example, an n-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface thereof is formed to a thickness of 8 nm using, for example, dry oxygen. The gate oxide film 3 is formed. Next, as shown in FIG. 3B, for example, fluorine gas is activated by microwave discharge, and the fluorine radicals generated by this are supplied to the surface of the gate oxide film 3 in a vacuum. As a result, fluorine is adsorbed on the surface of the gate oxide film 3.
Subsequently, as shown in FIG.
Using a mixed gas of silane and phosphine, a thickness of 200
A nm-doped polycrystalline silicon film 4 is formed. Next, as shown in FIG. 3D, a MOS capacitor can be formed by patterning the polycrystalline silicon film 4.

【0178】上記の例では、ゲート酸化膜3の表面に吸
着させたフッ素は、多結晶シリコン膜4形成時の熱工程
で酸化膜3中に拡散させることができる。また、多結晶
シリコン膜4形成後、これを例えば窒素雰囲気中で80
0℃、30分間熱処理することで、酸化膜3表面に吸着
させておいたフッ素を効率よくシリコン基板/酸化膜界
面に拡散させることが可能となる。
In the above example, the fluorine adsorbed on the surface of the gate oxide film 3 can be diffused into the oxide film 3 in a heating step when the polycrystalline silicon film 4 is formed. After the polycrystalline silicon film 4 is formed, the film is
By performing heat treatment at 0 ° C. for 30 minutes, fluorine adsorbed on the surface of the oxide film 3 can be efficiently diffused to the silicon substrate / oxide film interface.

【0179】本実施形態では、フッ素のイオン注入を必
要としないため、コスト及び時間の節約が可能となる。
ただし、ゲート酸化膜表面にフッ素を吸着させる工程
と、ゲート電極となる多結晶シリコン膜を堆積する工程
は、真空で連続して行うことが望ましい。これは、例え
ばゲート酸化膜表面にフッ素を吸着した後に大気に曝し
た場合、大気中に含まれる水分とフッ素が反応してフッ
素が脱離してしまい、後の工程で十分なフッ素をゲート
酸化膜中に取り込むことができなくなるためである。
In this embodiment, fluorine ion implantation is not required, so that cost and time can be saved.
However, it is desirable that the step of adsorbing fluorine on the surface of the gate oxide film and the step of depositing a polycrystalline silicon film serving as a gate electrode be continuously performed in a vacuum. This is because, for example, when fluorine is adsorbed on the surface of the gate oxide film and then exposed to the atmosphere, the moisture contained in the air reacts with the fluorine and the fluorine is desorbed, and sufficient fluorine is removed from the gate oxide film in a later step. This is because it cannot be taken inside.

【0180】また、上記実施形態ではフッ素ガスをマイ
クロ波放電させることで発生するフッ素ラジカルをゲー
ト酸化膜表面に供給したが、これに限定されるものでは
なく、例えば三塩化フッ素(ClF3 )で代表させるよ
うなハロゲン化物の材料を使用しても同様な効果が得ら
れる。
In the above embodiment, fluorine radicals generated by microwave discharge of fluorine gas are supplied to the surface of the gate oxide film. However, the present invention is not limited to this. For example, fluorine trichloride (ClF 3 ) may be used. A similar effect can be obtained by using a representative halide material.

【0181】図16は、本発明の第11の実施形態に係
るMOSキャパシタの製造方法を示す工程断面図であ
る。
FIG. 16 is a process sectional view showing a method for manufacturing a MOS capacitor according to the eleventh embodiment of the present invention.

【0182】まず、図16(a)に示すように、例え
ば、面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのn型シリ
コン基板1を用意し、その表面に例えば乾燥酸素を用い
て、厚さ8nmのゲート酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 16A, for example, an n-type silicon substrate 1 having a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface thereof is formed with a thickness of, for example, using dry oxygen. An 8 nm gate oxide film 3 is formed.

【0183】続いて、同図(b)に示すように、ゲート
電極として厚さ200nmの多結晶シリコン膜4を形成
する。次に、多結晶シリコン膜4中に例えばリンイオン
を加速電圧30keV、ドーズ量5×1015cm-2でイ
オン注入する。このとき、イオン注入直後のリンの分布
は、多結晶シリコン膜4中にピーク濃度が形成されるよ
うにする。続いて、これを窒素雰囲気中で900℃、3
0分間熱処理することで注入されたリンを活性化させ
て、多結晶シリコンの抵抗を低下させる。
Subsequently, a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is formed as a gate electrode as shown in FIG. Next, for example, phosphorus ions are implanted into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. Subsequently, this is heated at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours.
The heat treatment performed for 0 minutes activates the implanted phosphorus, thereby lowering the resistance of the polycrystalline silicon.

【0184】次に、同図(c)に示すように、シリコン
基板1の裏面に例えばフッ素を加速電圧50keV、ド
ーズ量2×1015cm-2でイオン注入する。続いて、こ
れを例えば窒素雰囲気中で800℃、30分間熱処理す
ることで、注入されたフッ素をシリコン基板/酸化膜界
面に拡散させる。
Next, as shown in FIG. 18C, for example, fluorine is ion-implanted into the back surface of the silicon substrate 1 at an acceleration voltage of 50 keV and a dose of 2 × 10 15 cm −2 . Subsequently, this is heat-treated at, for example, 800 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to diffuse the implanted fluorine to the silicon substrate / oxide film interface.

【0185】次に、同図(d)に示すように、多結晶シ
リコン膜4をドライエッチング法でエッチングすること
でMOSキャパシタが形成される。
Next, as shown in FIG. 19D, the MOS capacitor is formed by etching the polycrystalline silicon film 4 by a dry etching method.

【0186】本実施形態では、フッ素をゲート酸化膜3
中を拡散させることなく、シリコン基板/酸化膜界面近
傍に存在する界面遷移層にのみ導入することが可能とな
り、信頼性を改善させることができる。また、本例では
シリコン基板の裏面からフッ素をイオン注入している
が、ゲート電極となる多結晶シリコン膜中にフッ素を導
入し、ここからの拡散を併用すれば、ゲート酸化膜の両
界面にフッ素を導入することができ、より一層の信頼性
向上を実現できる。
In this embodiment, fluorine is used for the gate oxide film 3.
It can be introduced only into the interface transition layer existing near the silicon substrate / oxide film interface without diffusing the inside, and the reliability can be improved. Further, in this example, fluorine is ion-implanted from the back surface of the silicon substrate. However, if fluorine is introduced into the polycrystalline silicon film serving as the gate electrode and diffusion from this is used together, both interfaces of the gate oxide film are formed. Fluorine can be introduced, and the reliability can be further improved.

【0187】図17は、本発明の第12の実施形態に係
るnチャネルMOSトランジスタの製造方法を示す工程
断面図である。
FIG. 17 is a process sectional view showing a method for manufacturing an n-channel MOS transistor according to the twelfth embodiment of the present invention.

【0188】まず、図17(a)に示すように、例えば
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのp型シリコン
基板1を用意し、このp型シリコン基板1の表面に通常
の選択酸化法によって厚さ0.6μm程度の素子分離絶
縁膜2を形成する。
First, as shown in FIG. 17A, a p-type silicon substrate 1 having, for example, a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface of the p-type silicon substrate 1 is subjected to normal selective oxidation. The element isolation insulating film 2 having a thickness of about 0.6 μm is formed by the method.

【0189】次に、同図(b)に示すように、例えば乾
燥酸素による熱酸化によって厚さ8nmのゲート酸化膜
を形成し、この上にゲート電極として厚さ200nmの
多結晶シリコン膜4を形成する。続いて、この多結晶シ
リコン膜4中に、例えばリンイオンを加速電圧30ke
V、ドーズ量5×1015cm-2でイオン注入する。この
とき、イオン注入直後のリンの分布は、多結晶シリコン
膜4中にピーク濃度が形成されるようにする。続いて、
これを窒素雰囲気中で900℃、30分間熱処理するこ
とで、注入されたリンを活性化させて多結晶シリコンの
抵抗を低下させる。
Next, as shown in FIG. 18B, a gate oxide film having a thickness of 8 nm is formed by, for example, thermal oxidation using dry oxygen, and a polycrystalline silicon film 4 having a thickness of 200 nm is formed thereon as a gate electrode. Form. Subsequently, for example, phosphorus ions are introduced into the polycrystalline silicon film 4 at an acceleration voltage of 30 ke.
V ions are implanted at a dose of 5 × 10 15 cm −2 . At this time, the distribution of phosphorus immediately after the ion implantation is set so that a peak concentration is formed in the polycrystalline silicon film 4. continue,
This is heat-treated at 900 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to activate the implanted phosphorus and reduce the resistance of the polycrystalline silicon.

【0190】次に、同図(c)に示すように、全面にL
P−CVD法によって厚さ150nmのシリコン酸化膜
6を形成した後、多結晶シリコン膜4及びシリコン酸化
膜6からなる積層膜を反応性イオンエッチング法により
エッチングして、ゲート部を形成する。
Next, as shown in FIG.
After forming a silicon oxide film 6 having a thickness of 150 nm by the P-CVD method, a gate film is formed by etching the laminated film including the polycrystalline silicon film 4 and the silicon oxide film 6 by a reactive ion etching method.

【0191】次に、同図(d)に示すように、例えばリ
ンを1×1015cm-2イオン注入し、ソース・ドレイン
領域となる拡散層7aを形成する。
Next, as shown in FIG. 19D, for example, phosphorus is ion-implanted at 1 × 10 15 cm −2 to form a diffusion layer 7 a to be a source / drain region.

【0192】次に、同図(e)に示すように、厚さ10
0nm程度のシリコン窒化膜8をCVD法によって形成
する。
Next, as shown in FIG.
A silicon nitride film 8 of about 0 nm is formed by a CVD method.

【0193】次に、同図(f)に示すように、シリコン
窒化膜を異方性ドライエッチングによりエッチングして
側壁絶縁膜8を形成する。
Next, as shown in FIG. 17F, the silicon nitride film is etched by anisotropic dry etching to form a side wall insulating film 8.

【0194】次に、同図(g)に示すように、ゲート電
極部をマスクとしてリンイオンをイオン注入する。注入
されたリンイオンは、シリコン基板内部で加速エネルギ
ーに依存するピーク深さを中心にして分布する。その
後、例えば950℃、30秒間の熱処理を行い、リンを
シリコン基板中に拡散し活性化させ、ソース・ドレイン
領域となる拡散層7bを形成する。
Next, as shown in FIG. 17G, phosphorus ions are implanted using the gate electrode portion as a mask. The implanted phosphorus ions are distributed around the peak depth depending on the acceleration energy inside the silicon substrate. Thereafter, a heat treatment is performed, for example, at 950 ° C. for 30 seconds to diffuse phosphorus into the silicon substrate and activate it, thereby forming a diffusion layer 7b serving as a source / drain region.

【0195】次に、同図(h)に示すように、ソース・
ドレイン領域に例えばフッ素を加速電圧10keV、ド
ーズ量1×1015cm-2でイオン注入する。続いて、こ
れを例えば窒素雰囲気中で800℃、10分間熱処理す
ることで、注入されたフッ素をゲート酸化膜3中に拡散
させる。
Next, as shown in FIG.
For example, fluorine ions are implanted into the drain region at an acceleration voltage of 10 keV and a dose of 1 × 10 15 cm −2 . Subsequently, this is heat-treated at 800 ° C. for 10 minutes in, for example, a nitrogen atmosphere to diffuse the implanted fluorine into the gate oxide film 3.

【0196】次に、同図(i)に示すように、全面に厚
さ25nmのチタン薄膜、厚さ50nmのチランナイト
ライド薄膜をスパッタ法により順次堆積する。続いて、
窒素雰囲気中で700℃、1分間の熱処理により、チタ
ン薄膜をすべてシリコン基板と反応させ、ソース・ドレ
イン領域上にのみチタンシリサイド膜を形成する。この
後、例えばフッ化水素の水溶液、硫酸と過酸化水素の混
合溶液によって、チタンナイトライド膜及び絶縁膜上の
未反応のチタン薄膜を選択的に剥離する。
Next, as shown in FIG. 2I, a titanium thin film having a thickness of 25 nm and a thyran nitride thin film having a thickness of 50 nm are sequentially deposited on the entire surface by sputtering. continue,
The titanium thin film is entirely reacted with the silicon substrate by heat treatment at 700 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere to form a titanium silicide film only on the source / drain regions. Thereafter, an unreacted titanium thin film on the titanium nitride film and the insulating film is selectively peeled off with, for example, an aqueous solution of hydrogen fluoride or a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

【0197】この後、同図(j)に示すように、全面に
厚さ300nmのシリコン酸化膜10をCVD法により
堆積した後、異方性ドライエッチングによりこのシリコ
ン酸化膜10にコンタクトホールを開口する。
Thereafter, as shown in FIG. 19J, a silicon oxide film 10 having a thickness of 300 nm is deposited on the entire surface by the CVD method, and a contact hole is formed in the silicon oxide film 10 by anisotropic dry etching. I do.

【0198】次に、同図(k)に示すように、シリコ
ン、銅をそれぞれ例えば0.5%ずつ含有する厚さ80
0nmのアルミニウム膜を形成した後、これをパターニ
ングしてソース・ドレイン電極11を形成する。この
後、450℃で15分間、水素を10%含む窒素雰囲気
で熱処理する。
Next, as shown in FIG. 17 (k), a thickness of 80% containing, for example, 0.5% each of silicon and copper.
After a 0 nm aluminum film is formed, it is patterned to form source / drain electrodes 11. Thereafter, heat treatment is performed at 450 ° C. for 15 minutes in a nitrogen atmosphere containing 10% of hydrogen.

【0199】なお、上記実施形態ではソース・ドレイン
領域にフッ素を導入した場合を述べたが、ゲート電極で
ある多結晶シリコン膜中とソース・ドレイン領域両方に
同時にフッ素を導入してもよい。この場合は、まず、多
結晶シリコン膜をパターニングした後に、ゲート電極で
ある多結晶シリコン膜及びソース・ドレイン領域に同時
にリンを1×1015cm-2イオン注入し、続いて900
℃、30秒間の熱処理を行って多結晶シリコン膜中及び
ソース・ドレイン拡散層の両領域においてリンを活性化
させる。その後、フッ素を10keV、1×1015cm
-2イオン注入し、多結晶シリコン膜及びソース・ドレイ
ン領域に同時にフッ素を導入し、続いてこれを窒素雰囲
気中で800℃、10分間熱処理することで、ゲート酸
化膜中にフッ素を導入する。
In the above embodiment, the case where fluorine is introduced into the source / drain regions has been described. However, fluorine may be introduced into both the gate electrode polycrystalline silicon film and the source / drain regions at the same time. In this case, first, after patterning the polycrystalline silicon film, 1 × 10 15 cm −2 ions of phosphorus are simultaneously implanted into the polycrystalline silicon film serving as the gate electrode and the source / drain regions.
By performing heat treatment at 30 ° C. for 30 seconds, phosphorus is activated in the polycrystalline silicon film and in both the source and drain diffusion layers. Thereafter, fluorine was applied at 10 keV and 1 × 10 15 cm
-2 ions are implanted, fluorine is simultaneously introduced into the polycrystalline silicon film and the source / drain regions, and then this is heat-treated at 800 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere to introduce fluorine into the gate oxide film.

【0200】本実施形態によれば、ゲート酸化膜全体の
信頼性が向上するばかりでなく、ゲート電極のエッジ部
やインパクトイオン化が起こりやすいドレイン端におい
て、ホットキャリアに対する信頼性を改善でき、さらに
反応性イオンエッチングやリンのイオン注入によって導
入される絶縁破壊耐圧の低い酸化膜のダメージ領域をフ
ッ素で効率よく修正することができる。
According to the present embodiment, not only the reliability of the entire gate oxide film is improved, but also the reliability of hot carriers at the edge of the gate electrode and the drain end where impact ionization is likely to occur can be improved. The damaged region of the oxide film having a low dielectric breakdown voltage introduced by the reactive ion etching or the phosphorus ion implantation can be efficiently corrected with fluorine.

【0201】図18は、本発明の第13の実施形態に係
るMOSキャパシタの製造方法を示す工程断面図であ
る。
FIG. 18 is a process sectional view showing the method for manufacturing the MOS capacitor according to the thirteenth embodiment of the present invention.

【0202】まず、図18(a)に示すように、例えば
面方位(100)、比抵抗4〜6Ωcmのn型シリコン
基板1を用意し、その表面に例えば乾燥酸素を用いて厚
さ8nmのゲート酸化膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 18A, an n-type silicon substrate 1 having, for example, a plane orientation (100) and a specific resistance of 4 to 6 Ωcm is prepared, and the surface thereof is formed to a thickness of 8 nm using, for example, dry oxygen. A gate oxide film 3 is formed.

【0203】次に、同図(b)に示すように、例えば5
00℃においてジシラン(Si2 6 )ガスと三フッ化
硼素(BF3 )ガスを用いて、ゲート酸化膜3上にボロ
ン添加アモルガスシリコン膜(図示せず)を20nm堆
積する。このとき、堆積用ガスとして三フッ化硼素を用
いているため、堆積したボロン添加アモルファスシリコ
ン中にはフッ素が含まれる。続いて、連続して不活性ガ
ス雰囲気或いは非酸化性雰囲気で600℃まで昇温し、
シランガスとジボランガスを用いてボロン添加多結晶シ
リコン膜4を約200nm堆積する。このボロン添加多
結晶シリコン膜堆積時に、ボロン添加アモルファスシリ
コン中のフッ素がゲート酸化膜3中に拡散し、酸化膜特
性の改善が可能となる。
Next, as shown in FIG.
At 00 ° C., a boron-doped amorphous silicon film (not shown) is deposited to a thickness of 20 nm on the gate oxide film 3 using a disilane (Si 2 H 6 ) gas and a boron trifluoride (BF 3 ) gas. At this time, since boron trifluoride is used as the deposition gas, the deposited boron-added amorphous silicon contains fluorine. Subsequently, the temperature is continuously raised to 600 ° C. in an inert gas atmosphere or a non-oxidizing atmosphere,
Using a silane gas and a diborane gas, a boron-added polycrystalline silicon film 4 is deposited to a thickness of about 200 nm. During the deposition of the boron-added polycrystalline silicon film, the fluorine in the boron-added amorphous silicon diffuses into the gate oxide film 3 and the oxide film characteristics can be improved.

【0204】次に、同図(c)に示すように、多結晶シ
リコン膜4をパターニングすることでMOSキャパシタ
が形成できる。
Next, a MOS capacitor can be formed by patterning the polycrystalline silicon film 4 as shown in FIG.

【0205】上記実施形態においては、ボロン添加アモ
ルファスシリコン堆積用ガスとして、ジシランガスと三
フッ化硼素ガスを例に挙げて説明したが、これに限定さ
れるものではなく、SiH2 2 等のシリコンのハロゲ
ン化物ガスとジボランガスとの組み合わせや、ジシラン
ガスとジボランガスにハロゲン系ガスを微量に混合させ
ること等でも、同様な効果が得られる。また、酸化膜と
多結晶シリコン膜に挟まれたアモルファスシリコン膜の
膜厚やフッ素濃度を変えることで、ゲート酸化膜中に導
入されるフッ素量を制御することができる。
In the above embodiment, disilane gas and boron trifluoride gas have been described as examples of the boron-added amorphous silicon deposition gas. However, the present invention is not limited to this, and silicon gas such as SiH 2 F 2 may be used. A similar effect can be obtained by combining a halide gas and diborane gas, or by mixing a small amount of a halogen-based gas with disilane gas and diborane gas. The amount of fluorine introduced into the gate oxide film can be controlled by changing the thickness and the fluorine concentration of the amorphous silicon film sandwiched between the oxide film and the polycrystalline silicon film.

【0206】以上、本発明の各実施形態について説明し
たが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでは
なく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形し
て実施可能である。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

【0207】[0207]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜の絶縁破
壊特性や低電界リーク電流特性の改善等、ゲート絶縁膜
の信頼性を高めることができ、素子の信頼性の向上をは
かることが可能となる。
According to the present invention, the reliability of the gate insulating film can be improved, such as the improvement of the dielectric breakdown characteristics and the low electric field leakage current characteristics of the gate insulating film, and the reliability of the device can be improved. It becomes possible.

【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MOSトランジ
スタの構造断面図。
FIG. 1 is a structural sectional view of a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に係るMOSトランジ
スタの製造工程断面図。
FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】フッ素導入後の熱処理温度を変えた場合の効果
の違いを示した図。
FIG. 3 is a diagram showing a difference in effect when a heat treatment temperature after fluorine introduction is changed.

【図4】本発明の第2の実施形態に係るMOSトランジ
スタの製造工程断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図5】フッ素導入量を変えた場合の効果の違いを示し
た図。
FIG. 5 is a diagram showing a difference in effect when a fluorine introduction amount is changed.

【図6】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性メモリ
セルの構造断面図。
FIG. 6 is a structural sectional view of a nonvolatile memory cell according to a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施形態に係る不揮発性メモリ
セルの製造工程断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a manufacturing process of the nonvolatile memory cell according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施形態に係るMOSトランジ
スタの製造工程断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施形態に係るMOSトランジ
スタの製造工程断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの製造工程断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第7の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの製造工程断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the seventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第8の実施形態に係るMOSトラン
ジスタの製造工程断面図。
FIG. 12 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the eighth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第9の実施形態に係るSOI基板を
用いたMOSトランジスタの構造断面図。
FIG. 13 is a structural sectional view of a MOS transistor using an SOI substrate according to a ninth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第9の実施形態に係るSOI基板を
用いたMOSトランジスタの製造工程断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing a manufacturing process of a MOS transistor using an SOI substrate according to a ninth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第10の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタのMOSキャパシタ部分の製造工程断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS capacitor portion of the MOS transistor according to the tenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第11の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタのMOSキャパシタ部分の製造工程断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS capacitor portion of the MOS transistor according to the eleventh embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第12の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタの製造工程断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS transistor according to the twelfth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の第13の実施形態に係るMOSトラ
ンジスタのMOSキャパシタ部分の製造工程断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing the manufacturing process of the MOS capacitor portion of the MOS transistor according to the thirteenth embodiment of the present invention.

【図19】フッ素導入の有無による効果の違いを示した
図。
FIG. 19 is a diagram showing a difference in effect depending on whether fluorine is introduced or not.

【図20】ゲート酸化膜中の最大フッ素濃度に対する5
0%Qbd及びQbdex不良率の関係を示した図。
FIG. 20 is a graph showing the relationship between the maximum fluorine concentration in a gate oxide film and 5
The figure which showed the relationship between 0% Qbd and Qbdex defect rate.

【図21】ゲート酸化膜中の最大フッ素濃度に対するS
iF/Si及びSiF2 /Siの関係を示した図。
FIG. 21 shows the relationship between the maximum fluorine concentration in the gate oxide film and S
diagram showing the relationship iF / Si and SiF 2 / Si.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板 3…ゲート絶縁膜 4…半導体膜(ゲート電極) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Semiconductor substrate 3: Gate insulating film 4: Semiconductor film (gate electrode)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート絶縁膜がシリコン、酸素又は窒素
の少なくとも一方及びハロゲン元素を含んで構成され、
前記ゲート絶縁膜中のハロゲン元素の最大元素濃度が1
20個/cm3 以上で1021個/cm3 以下であること
を特徴とする半導体装置。
A gate insulating film containing at least one of silicon, oxygen and nitrogen and a halogen element;
The maximum element concentration of the halogen element in the gate insulating film is 1
A semiconductor device, wherein the number is from 0 20 / cm 3 to 10 21 / cm 3 .
【請求項2】 前記ハロゲン元素はフッ素であることを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said halogen element is fluorine.
【請求項3】 半導体基板上にシリコン及び酸素又は窒
素の少なくとも一方を含むゲート絶縁膜を形成する工程
と、このゲート絶縁膜中に最大元素濃度が1020個/c
3 以上で1021個/cm3 以下となるようにハロゲン
元素を導入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。
3. A step of forming a gate insulating film containing silicon and at least one of oxygen and nitrogen on a semiconductor substrate, and forming a gate insulating film having a maximum element concentration of 10 20 / c.
a step of introducing a halogen element so as to be at least m 3 and at most 10 21 / cm 3 .
【請求項4】 半導体基板上にシリコン及び酸素又は窒
素の少なくとも一方を含むゲート絶縁膜を形成する工程
と、このゲート絶縁膜上に活性化された不純物元素が含
有されたゲート電極構成用の半導体膜を形成する工程
と、その後ハロゲン元素を前記ゲート絶縁膜に導入する
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。
4. A step of forming a gate insulating film containing silicon and at least one of oxygen and nitrogen on a semiconductor substrate, and a semiconductor for forming a gate electrode containing an activated impurity element on the gate insulating film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a film; and thereafter, introducing a halogen element into the gate insulating film.
【請求項5】 前記ハロゲン元素をゲート絶縁膜に導入
する工程は、前記半導体膜又は前記ゲート絶縁膜の周辺
の領域に含有されているハロゲン元素を熱処理によって
前記ゲート絶縁膜に導入するものであることを特徴とす
る請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
5. The step of introducing a halogen element into a gate insulating film includes introducing a halogen element contained in the semiconductor film or a peripheral region of the gate insulating film into the gate insulating film by heat treatment. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記ハロゲン元素はフッ素であることを
特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装
置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein said halogen element is fluorine.
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