JPH053316A - Mis type transistor and its manufacture - Google Patents
Mis type transistor and its manufactureInfo
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- JPH053316A JPH053316A JP28258691A JP28258691A JPH053316A JP H053316 A JPH053316 A JP H053316A JP 28258691 A JP28258691 A JP 28258691A JP 28258691 A JP28258691 A JP 28258691A JP H053316 A JPH053316 A JP H053316A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超高密度LSI技術分
野のMIS型トランジスタおよびその製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a MIS transistor in the field of ultra-high density LSI technology and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】超集積回路装置いわゆるVLSIにおい
て、MIS型トランジスタの微細化に伴って高電界によ
るデバイスのホットエレクトロン劣化や寄生容量が重要
な問題となっている。また自己整合的に製造を行なうこ
とが微細化に必要になっている。そこで、この解決のた
め種々の構造が提案されている。従来のMIS型トラン
ジスタ装置の一例としては、例えばIEEE ELECTRONDEVIC
E LETTERS(アイ・イ・イ・イ・エレクトロン・デバイ
ス・レターズ),VOL.11,NO.2,1990,p.78-81に記載され
ているMOSトランジスタがある。2. Description of the Related Art In ultra-integrated circuit devices, so-called VLSIs, hot electron deterioration and parasitic capacitance of devices due to high electric fields have become important problems with miniaturization of MIS transistors. Further, it is necessary to manufacture in a self-aligned manner for miniaturization. Therefore, various structures have been proposed to solve this problem. An example of a conventional MIS type transistor device is, for example, IEEE ELECTRONDEVIC.
There is a MOS transistor described in E LETTERS, VOL.11, NO.2, 1990, p.78-81.
【0003】図2はこのMOSトランジスタの断面図で
あり、同図において、21はP型半導体基板である。2
2はP型半導体基板21上のゲート酸化膜、23はゲー
ト酸化膜22上に作られたN型ポリシリコンゲート電
極、24は素子領域にN型ポリシリコンゲート電極23
を覆うように作られた薄い酸化膜、25は薄い酸化膜2
4上に作られたポリシリコンゲート側壁、26はP型半
導体基板21に作られたN型低濃度拡散層、27はP型
半導体基板21に作られたN型高濃度拡散層である。ま
た28はデバイス上のパッシバッション膜、29はパッ
シバッション膜28上を走る配線である。FIG. 2 is a sectional view of this MOS transistor. In FIG. 2, 21 is a P-type semiconductor substrate. Two
2 is a gate oxide film on the P-type semiconductor substrate 21, 23 is an N-type polysilicon gate electrode formed on the gate oxide film 22, and 24 is an N-type polysilicon gate electrode 23 in the element region.
Is a thin oxide film that is formed to cover the thin oxide film 25 is a thin oxide film 2
4, a polysilicon gate side wall formed on 4, a N type low concentration diffusion layer formed on the P type semiconductor substrate 21, and 27 an N type high concentration diffusion layer formed on the P type semiconductor substrate 21. Further, 28 is a passivation film on the device, and 29 is a wiring running on the passivation film 28.
【0004】以上のように構成された報告されているM
OSトランジスタ装置においては、N型ポリシリコンゲ
ート電極23に電圧を加えると、N型高濃度拡散層27
のソース・ドレイン間に電流が流れ、その際誘電率の高
いポリシリコンゲート側壁25(普通のゲート側壁であ
るシリコン酸化膜の約3倍の誘電率を持つ)によりドレ
イン近傍の高電界が緩和されホットエレクトロン劣化を
抑制する。またN型ポリシリコンゲート電極23に電圧
を加えないと、N型高濃度拡散層27のソース・ドレイ
ン間に電流が流れずスイッチとして動作する。The reported M configured as described above
In the OS transistor device, when a voltage is applied to the N-type polysilicon gate electrode 23, the N-type high concentration diffusion layer 27
A current flows between the source and drain of the device, and at that time, the high electric field near the drain is relaxed by the polysilicon gate sidewall 25 having a high dielectric constant (having a dielectric constant about three times that of a silicon oxide film which is a normal gate sidewall). Suppresses hot electron deterioration. If no voltage is applied to the N-type polysilicon gate electrode 23, no current flows between the source and drain of the N-type high-concentration diffusion layer 27, and the N-type polysilicon gate electrode 23 operates as a switch.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな構成では、導電体のポリシリコンゲート側壁25を
用いることから、自己整合的にコンタクトをとるとポリ
シリコンゲート側壁25が、その上を走る配線29とシ
ョートする。そのため、ポリシリコンゲート側壁25を
形成した後、その上にパッシベーション膜28を堆積
し、しかる後にN型高濃度拡散層27と配線29とのコ
ンタクトをとるためにマスク合わせによってコンタクト
ホールを形成する工程が必要となってくる。However, in the above structure, since the polysilicon gate side wall 25 of the conductor is used, when the contact is made in self-alignment, the polysilicon gate side wall 25 runs on the wiring. Short with 29. Therefore, after forming the polysilicon gate side wall 25, a passivation film 28 is deposited on the side wall 25, and then a contact hole is formed by mask alignment to make contact between the N-type high concentration diffusion layer 27 and the wiring 29. Will be needed.
【0006】また素子領域に段差(例えば素子分離端)
があるとその部分にエッチング残りとして導電体のポリ
シリコンゲート側壁25が残り誤配線の原因となる。さ
らに前記誤配線や前記ショートを防ぐには、図2に示す
ように、その上にパッシベーション膜28を被せる必要
があり微細化に適さないという問題を有していた。一
方、高誘電体のポリシリコンゲート側壁25を使用する
ため、ゲートの上を走る配線29とN型ポリシリコンゲ
ート電極23の寄生容量Cが増え、MOSトランジスタ
のスイッチング速度を遅らせるという問題も有してい
た。Further, a step (for example, an element isolation end) is formed in the element region.
If there is, the polysilicon gate side wall 25 of the conductor remains as an etching residue in that portion, which causes miswiring. Further, in order to prevent the erroneous wiring and the short circuit, as shown in FIG. 2, it is necessary to cover the passivation film 28 thereon, which is not suitable for miniaturization. On the other hand, since the high dielectric polysilicon gate side wall 25 is used, the parasitic capacitance C between the wiring 29 running on the gate and the N-type polysilicon gate electrode 23 is increased, which causes a problem that the switching speed of the MOS transistor is delayed. Was there.
【0007】本発明は、かかる点に鑑み、セルフアライ
メントにコンタクトをとる工程に適し、しかも第一のゲ
ート側壁に導電型材料を用いることができホットエレク
トロン劣化にも強く、さらにゲートの上を走る配線とゲ
ート電極の寄生容量の小さいMIS型トランジスタおよ
びその製造方法を提供することを目的とする。In view of the above point, the present invention is suitable for the step of making a contact for self-alignment, moreover, a conductive type material can be used for the first side wall of the gate, is resistant to hot electron deterioration, and further runs on the gate. It is an object of the present invention to provide a MIS transistor having a small parasitic capacitance between a wiring and a gate electrode and a manufacturing method thereof.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、第一導電型半
導体基板上に選択的に形成されたゲート絶縁膜及びゲー
ト電極と、前記ゲート電極側部及び前記半導体基板上に
設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上部及び側部に設けら
れた前記絶縁膜より高い誘電率を持ち前記ゲート電極高
さよりも低い第一のゲート側壁層と、この第一のゲート
側壁を覆う絶縁膜からなる第二のゲート側壁層とを有す
るMIS型トランジスタである。According to the present invention, there is provided a gate insulating film and a gate electrode selectively formed on a first conductivity type semiconductor substrate, and an insulation provided on the gate electrode side portion and the semiconductor substrate. A first gate sidewall layer having a higher dielectric constant than the insulating film and lower than the height of the gate electrode, and an insulating film covering the first gate sidewall. A MIS transistor having a second gate sidewall layer.
【0009】また本発明は、第一導電型半導体基板の一
主面にゲート絶縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁
膜上にゲート電極を形成する工程と、このゲート電極お
よび前記半導体基板上に第一の絶縁膜を堆積する工程
と、前記第一の絶縁膜より誘電率が高い第一のゲート側
壁層を堆積する工程と、垂直方向に強い異方性のあるエ
ッチング方法を用いて、前記第一のゲート側壁層を選択
的にエッチングすることにより、前記ゲート電極側部に
自己整合的に前記第一のゲート側壁層を前記ゲート電極
高さより低く残留させる工程と、前記半導体基板上に第
二の絶縁膜を堆積する工程と、垂直方向に強い異方性の
あるエッチング法により前記第二の絶縁膜を前記第一の
ゲート側壁上に覆うように残す工程とを備えたMIS型
トランジスタの製造方法である。The present invention also provides a step of forming a gate insulating film on one main surface of the first conductivity type semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and the gate electrode and the semiconductor substrate. A step of depositing a first insulating film, a step of depositing a first gate sidewall layer having a higher dielectric constant than the first insulating film, and an etching method having a strong anisotropy in the vertical direction, Selectively etching the first gate sidewall layer to allow the first gate sidewall layer to remain below the gate electrode height in a self-aligned manner on the side portion of the gate electrode; A MIS-type transistor including a step of depositing a second insulating film and a step of leaving the second insulating film so as to cover the first gate sidewall by an etching method having a strong anisotropic in the vertical direction. Manufacturing of It is the law.
【0010】[0010]
【作用】本発明は前記した構成の誘電率の高い第一のゲ
ート側壁層によりドレイン近傍の高電界が緩和され、ホ
ットエレクトロン劣化に強く、絶縁膜からなる第二のゲ
ート側壁層によって、ゲート電極と高濃度拡散層を分離
しセルフアライメントにコンタクトをとる工程を可能と
し、またゲートの上を走る配線とゲート電極の寄生容量
を低減させることができる。According to the present invention, the high electric field in the vicinity of the drain is relaxed by the first gate side wall layer having a high dielectric constant having the above-described structure, is resistant to hot electron deterioration, and is protected by the second gate side wall layer made of an insulating film. It is possible to separate the high-concentration diffusion layer and make a contact for self-alignment, and it is possible to reduce the parasitic capacitance of the wiring running on the gate and the gate electrode.
【0011】[0011]
【実施例】(実施例1)図1は本発明の第1の実施例に
おけるMIS型トランジスタの断面図を示すものであ
る。図1において、1はP型シリコン基板である。2は
P型シリコン基板1上のゲート酸化膜、3はゲート酸化
膜2上のポリシリコンゲート電極、4はゲート電極3側
面とシリコン基板1上に形成された薄い酸化膜、5は薄
い酸化膜4上に形成された第一のゲート側壁(例えばポ
リシリコン)、6はゲート電極3上に形成された絶縁膜
(例えばHTO膜)、7は第一のゲート側壁5上に覆う
ように形成された第二のゲート側壁酸化膜(例えばHT
O膜)、8はP型半導体基板1に形成されたN型低濃度
拡散層、9はP型半導体基板1に形成されたN型高濃度
拡散層、10はAl配線である。(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a MIS transistor according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 is a P-type silicon substrate. 2 is a gate oxide film on the P-type silicon substrate 1, 3 is a polysilicon gate electrode on the gate oxide film 2, 4 is a thin oxide film formed on the side surface of the gate electrode 3 and the silicon substrate 1, and 5 is a thin oxide film. A first gate side wall (eg, polysilicon) formed on 4 is an insulating film (eg, HTO film) 6 formed on the gate electrode 3, and 7 is formed so as to cover the first gate side wall 5. Second gate sidewall oxide film (eg HT
O film), 8 is an N-type low concentration diffusion layer formed on the P-type semiconductor substrate 1, 9 is an N-type high concentration diffusion layer formed on the P-type semiconductor substrate 1, and 10 is an Al wiring.
【0012】本実施例の構造の特徴はゲート電極3の側
面にサイドウォールが、高誘電体で構成された第1のゲ
ート側壁と、第2のゲート側壁との2層で構成されてい
るところである。さらに、高誘電体で構成された第1の
ゲート側壁が低濃度拡散層をおおっている構成にするこ
とである。これらの構成により、トランジスタのホット
エレクトロン劣化が防止できるのである。The feature of the structure of this embodiment is that the side wall of the gate electrode 3 is composed of two layers, that is, a first gate side wall made of a high dielectric material and a second gate side wall. is there. Further, the first gate sidewall made of a high dielectric material covers the low concentration diffusion layer. With these configurations, hot electron deterioration of the transistor can be prevented.
【0013】以上のように構成されたこの実施例のMO
Sトランジスタにおいて、ゲート電極3に電圧を加える
と、N型高濃度拡散層9のソース・ドレイン間に電流が
流れ、その際、高誘電体材料としてポリシリコンででき
た第一のゲート側壁5が、N型低濃度拡散層8を覆いN
型高濃度拡散層9とオーバーラップすることからドレイ
ン近傍の水平電界が緩和されホットエレクトロン劣化を
抑制する。またゲート電極3に電圧を加えないと、N型
高濃度拡散層9のソース・ドレイン間に電流が流れずス
イッチとして動作する。The MO of this embodiment configured as described above
In the S-transistor, when a voltage is applied to the gate electrode 3, a current flows between the source and drain of the N-type high-concentration diffusion layer 9, and at that time, the first gate sidewall 5 made of polysilicon as the high-dielectric material is formed. , N-type low-concentration diffusion layer 8 is covered with N
Since it overlaps with the high-concentration diffusion layer 9, the horizontal electric field in the vicinity of the drain is relaxed and hot electron deterioration is suppressed. If no voltage is applied to the gate electrode 3, no current flows between the source and drain of the N-type high-concentration diffusion layer 9 to operate as a switch.
【0014】またこの実施例によれば、第二のゲート側
壁酸化膜7(例えばHTO膜)により図1に示すように
N型高濃度拡散層9のソース・ドレインと配線10のコ
ンタクトをフォトマスク工程なしに自己整合性よくとる
ことが可能である。According to this embodiment, the contact between the source / drain of the N-type high-concentration diffusion layer 9 and the wiring 10 is photomasked by the second gate sidewall oxide film 7 (for example, HTO film) as shown in FIG. It is possible to achieve good self-alignment without steps.
【0015】また、従来例に比べゲート電極3の上を走
る配線10とゲート電極3の配線間寄生容量を低減させ
ることもできる。Further, it is possible to reduce the inter-wiring parasitic capacitance between the wiring 10 running on the gate electrode 3 and the gate electrode 3 as compared with the conventional example.
【0016】簡単に図12(a),(b)に示すように
平行平板容量モデルを用いて寄生容量の低減を説明す
る。単位面積あたりの容量Cは真空中の誘電率ε0、膜
厚をTox、比誘電率をε'とするとC=ε'ε0/Toxで
表される。従来例として図12(a)では、パッシベー
ション膜31(SiO2)を0.3μmと仮定し、側壁膜
32(Ta2O5)0.3μmと仮定する。パッシベーシ
ョン膜31の単位面積あたり容量C11は、C11=3.9ε0/
0.3=13ε0となり、側壁膜32の単位面積あたり容量C1
2は、C12=30ε0/0.3=100ε0となる。ゲート電極3の配
線10間寄生の単位面積あたり容量C10は、C11とC12
の直列のコンデンサー容量であるからC10=C11xC12/
(C11+C12)=11.5ε0と求められる。The reduction of parasitic capacitance will be briefly described using a parallel plate capacitance model as shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b). Capacitance C per unit area is represented by C = ε'ε 0 / Tox, where permittivity ε 0 in vacuum, film thickness Tox, and relative permittivity ε '. As a conventional example, in FIG. 12A, it is assumed that the passivation film 31 (SiO 2 ) is 0.3 μm and the sidewall film 32 (Ta 2 O 5 ) is 0.3 μm. The capacitance C11 per unit area of the passivation film 31 is C11 = 3.9ε 0 /
0.3 = 13ε 0 , and the capacitance C 1 per unit area of the side wall film 32.
2 becomes C12 = 30ε 0 /0.3=100ε 0 . The capacitance C10 per unit area of the parasitic between the wirings 10 of the gate electrode 3 is C11 and C12.
C10 = C11xC12 / because it is the capacity of the series capacitor
(C11 + C12) = 11.5ε 0 .
【0017】つぎに本発明例の図12(b)では、同様
にパッシベーション膜31(SiO 2)を0.3μmと仮
定し、第一の側壁膜33(Ta2O5)を0.15μm、
第二の側壁膜34(SiO2)を0.15μmと仮定し、
同じルールで製造するとすると、パッシベーション膜3
1の単位面積あたり容量C21は、C21=13ε0で同じであ
り、第一の側壁膜33の単位面積あたり容量C22は、C
22=30ε0/0.15=200ε0となり、第二の側壁膜34の単位
面積あたり容量C23は、C23=3.9ε0/0.15=26ε0であ
り、ゲート電極3の配線10間寄生の単位面積あたり容
量C20は、C21とC22とC23の直列のコンデンサー容量
であるから同様にしてC20=8.3ε0と求められる。8.3/1
1.5=72%と従来例に比べ本実施例は改善される。Next, in FIG. 12B of the present invention example,
The passivation film 31 (SiO 2 2) Is 0.3 μm
The first side wall film 33 (Ta2OFive) Is 0.15 μm,
Second sidewall film 34 (SiO2) Is 0.15 μm,
If manufactured according to the same rule, the passivation film 3
The capacitance per unit area C21 is C21 = 13ε0Same as
Therefore, the capacitance C22 per unit area of the first sidewall film 33 is C
22 = 30ε0/0.15=200ε0And the unit of the second sidewall film 34
The capacitance C23 per area is C23 = 3.9ε0/0.15=26ε0And
Therefore, the capacitance per unit area of the parasitic between the wirings 10 of the gate electrode 3
The quantity C20 is the capacity of the series capacitor of C21, C22 and C23.
Therefore, C20 = 8.3ε0Is required. 8.3 / 1
This is 1.5 = 72%, which is an improvement in this embodiment compared to the conventional example.
【0018】また、従来の例とは異なり、薄い酸化膜4
とゲート酸化膜2を異なった工程でつくるため、それぞ
れの膜厚を別々に設定でき、ゲート・ドレイン間耐圧お
よびゲート・ドレイン間寄生容量のホットエレクトロン
劣化をふまえた最適化を行なうことができる。Further, unlike the conventional example, the thin oxide film 4 is used.
Since the gate oxide film 2 and the gate oxide film 2 are formed in different steps, the respective film thicknesses can be set separately, and optimization can be performed in consideration of hot electron deterioration of the gate-drain breakdown voltage and the gate-drain parasitic capacitance.
【0019】次に、第1のゲート側壁について述べる。
第1のゲート側壁5はN型高濃度拡散層9の上に来る必
要はない。その理由は、N型高濃度拡散層9は高濃度の
ためゲート電極3の影響を受けず空乏化もしないので、
N型高濃度拡散層9上に第一のゲート側壁5がおおう必
要はない。逆に、N型高濃度拡散層9の上を第1のゲー
ト側壁5がおおうと、フリンジの寄生容量の増加をもた
らすのでよくないからである。Next, the first gate side wall will be described.
The first gate sidewall 5 does not need to be on the N-type high concentration diffusion layer 9. The reason is that since the N-type high-concentration diffusion layer 9 has a high concentration, it is not affected by the gate electrode 3 and is not depleted.
It is not necessary to cover the first gate sidewall 5 on the N-type high concentration diffusion layer 9. On the contrary, if the first gate side wall 5 covers the N-type high-concentration diffusion layer 9, the parasitic capacitance of the fringe increases, which is not preferable.
【0020】一方、第1のゲート側壁5はN型低濃度拡
散層8の上に来る必要がある。その理由を図6を用いて
説明する。図13はP型シリコン基板にN型低濃度拡散
層8およびN型高濃度拡散層9が形成されており、ゲー
ト電極側壁に形成したサイドウォールの長さによるシリ
コン基板の表面水平電界Exの変化を示したものであ
る。同図(a)はゲート電極側面に酸化膜のサイドウォー
ルがN型高濃度拡散層まで延びた構造をしている。
(b)はゲート電極側面に第1のゲート側壁としてTa2O
5膜をN型低濃度拡散層の途中までおおう構造を示して
いる。
(c)はゲート電極側面に第1のゲート側壁としてTa2O
5膜がN型低濃度拡散層とN型高濃度拡散層の一部をお
おう構造を示している。(a)と(c)との違いは、サ
イドウォールが酸化膜(SiO2)であるか、高誘電体(Ta
2O5)であるかである。同図(d)に示すとおり、(a)の
ゲート電極端で高電界が発生していることがわかる。
(b)、(c)ではサイドウォールに高誘電体であるTa
2O5膜を用いているため、ゲート電極端での水平電界は
(a)に比べるとかなり緩和されている。このように、
高誘電体サイドウォール(Ta2O5)によって水平電界
が緩和されると、チャンネル方向に走る電子は水平電界
によってエネルギーを得るため、一般的にホットエレク
トロン生成は水平電界が弱いほど少なく、そのためホッ
トエレクトロン劣化も緩和されるのである。On the other hand, the first gate side wall 5 needs to be on the N-type low concentration diffusion layer 8. The reason will be described with reference to FIG. In FIG. 13, an N-type low-concentration diffusion layer 8 and an N-type high-concentration diffusion layer 9 are formed on a P-type silicon substrate, and the change of the surface horizontal electric field Ex of the silicon substrate depending on the length of the sidewall formed on the side wall of the gate electrode. Is shown. FIG. 3A shows a structure in which a side wall of an oxide film extends to the N-type high concentration diffusion layer on the side surface of the gate electrode. (b) is Ta2O as the first gate sidewall on the side surface of the gate electrode.
A structure is shown in which five films are covered up to the middle of the N-type low concentration diffusion layer. (c) is Ta2O as the first gate sidewall on the side surface of the gate electrode.
5 shows a structure in which the N type low concentration diffusion layer and the N type high concentration diffusion layer are partially covered. The difference between (a) and (c) is that the sidewall is an oxide film (SiO2) or high dielectric (Ta).
2O5). As shown in (d) of the same figure, it can be seen that a high electric field is generated at the gate electrode end of (a).
In (b) and (c), Ta, which is a high dielectric material, is used for the sidewall.
Since the 2O5 film is used, the horizontal electric field at the edge of the gate electrode is considerably relaxed compared to (a). in this way,
When the horizontal electric field is relaxed by the high-dielectric side wall (Ta2O5), electrons running in the channel direction gain energy by the horizontal electric field. Therefore, generally, hot electron generation is smaller as the horizontal electric field is weaker, and therefore hot electron deterioration is also caused. It will be alleviated.
【0021】(b)ではTa2O5膜サイドウォール端で
(c)に比べると高電界が発生しており、サイドウォー
ルは(c)のような構造にするのが望ましい。すなわ
ち、図13(c)あるいは図1に示すように高誘電体で
ある第1のゲート側壁はNがた低濃度拡散層をおおう構
造にするのである。In (b), a higher electric field is generated at the edge of the Ta2O5 film side wall than in (c), and it is desirable that the side wall has a structure as shown in (c). That is, as shown in FIG. 13C or FIG. 1, the side wall of the first gate, which is a high dielectric material, has a structure covering the low concentration N diffusion layer.
【0022】このような構造は、第2のゲート側壁の厚
みにより、N型高濃度拡散層の位置を制御して実現でき
る。これを図7を用いて説明する。第2のゲート側壁7
厚みを大きくすれば図14(a)に示すようにN型高濃
度拡散層9の端は第2のゲート側壁7の下にくる。この
構造では第1のゲート側壁5はN型低濃度拡散層8をお
おいきれておらず、第1のゲート側壁5の端での水平電
界強度は大きくなっていしまう。これに対して、同図
(b)に示すように第2のゲート側壁7をある程度薄く
すればN型高濃度拡散層9の端を第1のゲート側壁5の
下にまで拡散させることができる。Such a structure can be realized by controlling the position of the N-type high concentration diffusion layer by the thickness of the second gate side wall. This will be described with reference to FIG. Second gate sidewall 7
If the thickness is increased, the end of the N-type high-concentration diffusion layer 9 comes under the second gate side wall 7 as shown in FIG. In this structure, the first gate side wall 5 is not covered with the N-type low-concentration diffusion layer 8, and the horizontal electric field strength at the end of the first gate side wall 5 becomes large. On the other hand, as shown in FIG. 3B, if the second gate side wall 7 is thinned to some extent, the end of the N-type high-concentration diffusion layer 9 can be diffused below the first gate side wall 5. .
【0023】(実施例2)図3〜図10は本発明の第2
の実施例における半導体装置の製造工程断面図を示すも
のである。以下にこの実施例の半導体装置の製造工程を
図3を参照しながら説明する。(Embodiment 2) FIGS. 3 to 10 show a second embodiment of the present invention.
6A to 6C are cross-sectional views of manufacturing steps of a semiconductor device in the example of FIG. The manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described below with reference to FIG.
【0024】工程図3では、P型半導体基板1上にSi
O2ゲート酸化膜2を形成して、前記ゲート酸化膜2の
上に、ゲート電極層(例えばポリシリコン300nm)
を堆積し、マスクによる選択エッチングによりゲート電
極3を形成する。Process In FIG. 3, Si is formed on the P-type semiconductor substrate 1.
An O 2 gate oxide film 2 is formed, and a gate electrode layer (for example, polysilicon 300 nm) is formed on the gate oxide film 2.
And a gate electrode 3 is formed by selective etching using a mask.
【0025】工程図4では、イオン注入法(例えばP+
イオン40KeV 2x1013CM- 2)により、前記ゲ
ート電極3で覆われていないP型半導体基板1上層部に
N型低濃度拡散層8を形成する。In the process diagram 4, an ion implantation method (for example, P +
Ion 40 KeV 2x10 13 CM - by 2), to form an N-type low concentration diffusion layer 8 on the P-type semiconductor substrate 1 upper part not covered with the gate electrode 3.
【0026】工程図5では、ゲート電極3及びN型低濃
度拡散層8上に第一の薄い酸化膜4(例えば20nmの
HTO膜)を堆積し、さらに第一の薄い酸化膜4上に第
一のゲート側壁層5(例えばポリシリコン150nm)
を堆積する。In process step 5, a first thin oxide film 4 (for example, a 20 nm HTO film) is deposited on the gate electrode 3 and the N-type low concentration diffusion layer 8, and a first thin oxide film 4 is deposited on the first thin oxide film 4. One gate sidewall layer 5 (eg, polysilicon 150 nm)
Deposit.
【0027】工程図6では、垂直方向に強い異方性のあ
るエッチング法のオーバーエッチングにより、ゲート電
極3側部に自己整合的に第一のゲート側壁層5をゲート
電極3の高さより低く残留する。この時、第一の薄い酸
化膜4は第一のゲート側壁5よりエッチレートが低いた
めそれほどエッチングされない。In FIG. 6, the first gate sidewall layer 5 remains lower than the height of the gate electrode 3 in a self-aligned manner on the side portion of the gate electrode 3 by overetching of an etching method having a strong anisotropy in the vertical direction. To do. At this time, the first thin oxide film 4 has a lower etching rate than that of the first gate sidewall 5 and is not so etched.
【0028】工程図7では、第一のゲート側壁材料5お
よび第一の薄い酸化膜4の上に第二のゲート側壁酸化膜
7を堆積する。Process In FIG. 7, a second gate sidewall oxide film 7 is deposited on the first gate sidewall material 5 and the first thin oxide film 4.
【0029】工程図8では、垂直方向に強い異方性のあ
るエッチング法により第二のゲート側壁酸化膜7(例え
ばHTO膜150nm)をゲート電極3の側面、第一のゲー
ト側壁5上に覆うように残留する。In FIG. 8, the second gate side wall oxide film 7 (for example, HTO film 150 nm) is covered on the side surface of the gate electrode 3 and the first gate side wall 5 by an etching method having a strong anisotropy in the vertical direction. So that it remains.
【0030】工程図9では、イオン注入法により、ゲー
ト電極3と第二のゲート側壁酸化膜7で覆われていない
P型半導体基板1上層部にN型高濃度拡散層9を形成す
る。In FIG. 9, the N-type high concentration diffusion layer 9 is formed in the upper layer portion of the P-type semiconductor substrate 1 which is not covered with the gate electrode 3 and the second gate sidewall oxide film 7 by the ion implantation method.
【0031】工程図10では、工程図9のあと、Al膜を
500nm堆積してN型高濃度拡散層9とのコンタクトを自
己整合的にとり、通常のフォトプロセスによってゲート
電極上のAl膜をエッチング除去する。ここで、N型高濃
度拡散層9と配線10とを自己整合的に接続するのが特
徴である。In the process drawing 10, after the process drawing 9, the Al film is removed.
After depositing 500 nm, a contact with the N-type high-concentration diffusion layer 9 is made in a self-aligned manner, and the Al film on the gate electrode is removed by etching by a normal photo process. The feature here is that the N-type high-concentration diffusion layer 9 and the wiring 10 are connected in a self-aligned manner.
【0032】以上のようにこの実施例によれば、現在の
LSI技術で容易に実現でき、しかも自己整合性よく多
くの工程を必要とせずに半導体装置を実現できる。As described above, according to this embodiment, the semiconductor device can be easily realized by the current LSI technology, and the semiconductor device can be realized with good self-alignment and without requiring many steps.
【0033】(実施例3)図11(a)〜(c)は本発
明の第3の実施例における半導体装置の製造工程断面図
を示すものである。以下にこの実施例の半導体装置の製
造工程を図11を参照しながら説明する。(Embodiment 3) FIGS. 11A to 11C are sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. The manufacturing process of the semiconductor device of this embodiment will be described below with reference to FIG.
【0034】本実施例は実施例2の図3〜図6までの工
程と同じである。工程(a)では、実施例2の図6の工
程の後、イオン注入法により、ゲート電極3と第一のゲ
ート側壁5で覆われていないP型半導体基板1上層部に
N型高濃度拡散層9を形成すると同時に、高濃度N型第
一のゲート側壁11を形成する。This embodiment is the same as the steps of Embodiment 2 shown in FIGS. In the step (a), after the step of FIG. 6 of the second embodiment, an N-type high concentration diffusion is performed on the upper layer portion of the P-type semiconductor substrate 1 not covered with the gate electrode 3 and the first gate sidewall 5 by the ion implantation method. At the same time as forming the layer 9, the high-concentration N-type first gate sidewall 11 is formed.
【0035】工程(b)では、高濃度N型第一のゲート
側壁11および第一の薄い酸化膜4の上に第二のゲート
側壁酸化膜7(例えばHTO膜150nm)を堆積させる。In step (b), a second gate sidewall oxide film 7 (eg, HTO film 150 nm) is deposited on the high-concentration N-type first gate sidewall 11 and the first thin oxide film 4.
【0036】工程(c)では、垂直方向に強い異方性の
あるエッチング法により第二のゲート側壁酸化膜7をゲ
ート電極3の側面、高濃度N型第一のゲート側壁11上
に覆うように残留させる。In step (c), the second gate sidewall oxide film 7 is covered on the side surface of the gate electrode 3 and the high-concentration N-type first gate sidewall 11 by an etching method having a strong vertical anisotropy. To remain.
【0037】以上のようにこの実施例によれば、現在の
LSI技術で容易に実現できしかも、自己整合性よく多
くの工程を必要とせずに半導体装置を実現できる。As described above, according to this embodiment, the semiconductor device can be easily realized by the current LSI technology, and the semiconductor device can be realized with good self-alignment without requiring many steps.
【0038】なお、第一および第二、第三の実施例にお
いて第一のゲート側壁5としてポリシリコンを用いた
が、堆積Si3N4やTa2O5などの高誘電体を用いてもよいこ
とは言うまでもない。Although polysilicon is used as the first gate sidewall 5 in the first, second and third embodiments, a high dielectric material such as deposited Si 3 N 4 or Ta 2 O 5 may be used. It goes without saying that it is good.
【0039】また第一および第二、第三の実施例におい
てゲート酸化膜2の代わりに窒化酸化絶縁膜、SiO2/SiN
膜、SiO2/SiN/SiO2膜を用いるMIS型トランジスタで
もよい。実施例では、Nチャネルデバイスについて述べ
たがPチャネルデバイスについても同様な効果があるこ
とも言うまでもない。In the first, second, and third embodiments, instead of the gate oxide film 2, a nitrided oxide insulating film, SiO 2 / SiN is used.
A MIS transistor using a film or a SiO 2 / SiN / SiO 2 film may be used. In the embodiment, the N-channel device has been described, but it goes without saying that the P-channel device has the same effect.
【0040】さらに、第2の実施例の工程図3におい
て、ゲート電極3(例えばポリシリコン250nm)を堆積
させた後、第三の絶縁膜(例えばHTO膜150nm)を堆
積し、マスクによる選択エッチングにより下部にゲート
電極3上部に第三の絶縁膜6からなるゲート配線を形成
してもよい。Further, in the process diagram 3 of the second embodiment, after the gate electrode 3 (for example, polysilicon 250 nm) is deposited, a third insulating film (for example, HTO film 150 nm) is deposited, and selective etching with a mask is performed. Therefore, a gate wiring made of the third insulating film 6 may be formed on the gate electrode 3 on the lower portion.
【0041】また、第2の実施例の工程図5において、
N型低濃度拡散層8上に第一の薄い酸化膜4を堆積させ
ているが、第一の薄い酸化膜4を酸化工程によって形成
しても良いことは言うまでもない。In the process diagram 5 of the second embodiment,
Although the first thin oxide film 4 is deposited on the N-type low-concentration diffusion layer 8, it goes without saying that the first thin oxide film 4 may be formed by an oxidation process.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
誘電率の高い第一のゲート側壁層によりドレイン近傍の
高電界が緩和され、ホットエレクトロン劣化に強く、絶
縁膜からなる第二のゲート側壁層によって、ゲート電極
と高濃度拡散層を分離しセルフアライメントにコンタク
トをとる工程を可能とし、またゲートの上を走る配線と
ゲート電極の寄生容量を低減させることができ、その実
用的効果は大きい。As described above, according to the present invention,
The high electric field near the drain is relaxed by the first gate sidewall layer with a high dielectric constant, and it is resistant to hot electron deterioration, and the second gate sidewall layer made of an insulating film separates the gate electrode and the high-concentration diffusion layer for self-alignment. The process of making contact with the gate electrode can be made possible, and the parasitic capacitance of the wiring running on the gate and the gate electrode can be reduced, which has a great practical effect.
【図1】本発明の第1の実施例におけるMIS型トラン
ジスタの断面構造図FIG. 1 is a sectional structural view of a MIS type transistor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】従来のMIS型トランジスタの断面構造図FIG. 2 is a cross-sectional structure diagram of a conventional MIS transistor.
【図3】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第一の製造工程断面図FIG. 3 is a sectional view of a first manufacturing process showing a second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図4】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第二の製造工程断面図FIG. 4 is a sectional view of a second manufacturing process showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図5】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第三の製造工程断面図FIG. 5 is a sectional view of a third manufacturing process showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図6】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第四の製造工程断面図FIG. 6 is a sectional view of a fourth manufacturing step showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図7】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第五の製造工程断面図FIG. 7 is a sectional view of a fifth manufacturing step showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図8】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第六の製造工程断面図FIG. 8 is a sectional view of a sixth manufacturing step showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図9】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の製
造方法の第二の実施例を示す第七の製造工程断面図FIG. 9 is a sectional view of a seventh manufacturing step showing the second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図10】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の
製造方法の第二の実施例を示す第八の製造工程断面図FIG. 10 is an eighth manufacturing step sectional view showing a second embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図11】本発明のMIS型トランジスタ半導体装置の
製造方法の第三の実施例を示す製造工程図FIG. 11 is a manufacturing process chart showing the third embodiment of the method of manufacturing the MIS transistor semiconductor device of the present invention.
【図12】平行平板と仮定したゲート配線間容量の従来
例と本発明の模式図FIG. 12 is a schematic diagram of a conventional example of the capacitance between gate wirings assuming a parallel plate and the present invention.
【図13】従来例と本発明のMIS型トランジスタの構
造断面図およびチャネル部Si界面水平電界図FIG. 13 is a structural cross-sectional view of a conventional example and the MIS transistor of the present invention, and a Si electric interface horizontal electric field diagram of a channel portion
【図14】第2のゲート側壁の厚さのちがいによる高濃
度拡散層の位置の違いを説明するためのMIS型トラン
ジスタの構造断面図FIG. 14 is a structural cross-sectional view of a MIS transistor for explaining the difference in the position of the high-concentration diffusion layer due to the difference in the thickness of the second gate sidewall.
1 P型半導体基板 2 ゲート酸化膜 3 ポリシリコンゲート電極 4 薄い酸化膜 5 第一のゲート側壁 6 絶縁膜 7 第二のゲート側壁酸化膜 8 N型低濃度拡散層 9 N型高濃度拡散層 10 配線 11 高濃度N型第一のゲート側壁 31 パッシベーション膜 32 側壁膜 33 第一の側壁膜 34 第二の側壁膜 1 P-type semiconductor substrate 2 Gate oxide film 3 Polysilicon gate electrode 4 Thin oxide film 5 First gate sidewall 6 insulating film 7 Second gate sidewall oxide film 8 N type low concentration diffusion layer 9 N type high concentration diffusion layer 10 wiring 11 High Concentration N-type First Gate Side Wall 31 passivation film 32 sidewall film 33 First sidewall film 34 Second sidewall film
Claims (4)
れたゲート絶縁膜及びゲート電極と、前記ゲート電極側
部及び前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、この絶
縁膜上部及び側部に設けられた前記絶縁膜より高い誘電
率を持ち前記ゲート電極高さよりも低い第一のゲート側
壁層と、この第一のゲート側壁を覆う絶縁膜からなる第
二のゲート側壁層とを有するMIS型トランジスタ。1. A gate insulating film and a gate electrode selectively formed on a first conductivity type semiconductor substrate, an insulating film provided on the side portion of the gate electrode and on the semiconductor substrate, and an upper portion of the insulating film and A first gate sidewall layer having a higher dielectric constant than the insulating film provided on the side portion and lower than the gate electrode height; and a second gate sidewall layer formed of an insulating film covering the first gate sidewall. MIS type transistor having.
絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成された低濃度第
二導電型のソース・ドレイン拡散層に達することを特徴
とするMIS型トランジスタ。2. The MIS according to claim 1, wherein an end portion of the gate electrode reaches a low concentration second conductivity type source / drain diffusion layer formed on the semiconductor substrate via a gate insulating film. Type transistor.
絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成された高濃度第
二導電型のソース・ドレイン拡散層に接することを特徴
とするMIS型トランジスタ。3. The first gate side wall layer according to claim 1 is in contact with a high-concentration second conductivity type source / drain diffusion layer formed on the semiconductor substrate through the insulating film. MIS type transistor.
縁膜を形成する工程と、このゲート絶縁膜上にゲート電
極を形成する工程と、このゲート電極および前記半導体
基板上に第一の絶縁膜を堆積する工程と、前記第一の絶
縁膜より誘電率が高い第一のゲート側壁層を堆積する工
程と、垂直方向に強い異方性のあるエッチング方法を用
いて、前記第一のゲート側壁層を選択的にエッチングす
ることにより、前記ゲート電極側部に自己整合的に前記
第一のゲート側壁層を前記ゲート電極高さより低く残留
させる工程と、前記半導体基板上に第二の絶縁膜を堆積
する工程と、垂直方向に強い異方性のあるエッチング法
により前記第二の絶縁膜を前記第一のゲート側壁上に覆
うように残す工程とを備えたMIS型トランジスタの製
造方法。4. A step of forming a gate insulating film on one main surface of a first conductivity type semiconductor substrate, a step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a first step on the gate electrode and the semiconductor substrate. Of the first insulating film, a step of depositing a first gate sidewall layer having a dielectric constant higher than that of the first insulating film, and an etching method having a strong vertical anisotropic property. Selectively etching the gate sidewall layer of to leave the first gate sidewall layer below the gate electrode height in a self-aligned manner on the side portion of the gate electrode; MIS transistor manufacturing method comprising depositing an insulating film, and leaving the second insulating film so as to cover the first gate sidewall by an etching method having a strong vertical anisotropy .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28258691A JPH053316A (en) | 1990-10-31 | 1991-10-29 | Mis type transistor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29577490 | 1990-10-31 | ||
JP2-295774 | 1990-10-31 | ||
JP28258691A JPH053316A (en) | 1990-10-31 | 1991-10-29 | Mis type transistor and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH053316A true JPH053316A (en) | 1993-01-08 |
Family
ID=26554669
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28258691A Pending JPH053316A (en) | 1990-10-31 | 1991-10-29 | Mis type transistor and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH053316A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101151037B1 (en) * | 2004-07-16 | 2012-06-01 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for manufacturing the high voltage transistor |
WO2013171956A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP28258691A patent/JPH053316A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101151037B1 (en) * | 2004-07-16 | 2012-06-01 | 매그나칩 반도체 유한회사 | Method for manufacturing the high voltage transistor |
WO2013171956A1 (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-21 | パナソニック株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing same |
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