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JPH02126679A - Mos transistor - Google Patents

Mos transistor

Info

Publication number
JPH02126679A
JPH02126679A JP28063488A JP28063488A JPH02126679A JP H02126679 A JPH02126679 A JP H02126679A JP 28063488 A JP28063488 A JP 28063488A JP 28063488 A JP28063488 A JP 28063488A JP H02126679 A JPH02126679 A JP H02126679A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
gate electrode
gate insulating
insulating film
mos transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28063488A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Etsuo Fukuda
悦生 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP28063488A priority Critical patent/JPH02126679A/en
Publication of JPH02126679A publication Critical patent/JPH02126679A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an excellent element characteristic by means of a fine structure by a method wherein an edge part of a gate electrode in a gate insulating film for a MOS transistor is constituted of a type of material which is different from that on a main part of a channel region. CONSTITUTION:A gate electrode 4 by a polycrystalline silicon film is formed in an element-isolation region of a p-type Si substrate 1 via a silicon oxide film 3 to be used as a gate insulating film. The SiO2 film 3 is, e.g., in about 100Angstrom . A source diffusion layer and a drain diffusion layer 51, 52 are formed in self-alignment with the gate electrode 4. A silicon nitride film 2 as a gate insulating film is inserted in an edge part of the gate electrode 4 separately from a gate insulating film on a main part of a channel region. A film thickness of this Si3N4 film 2 is set, e.g., at two to three times that of the SiO2 film 3. An intrusion amount of the Si3N4 film from the edge part of the gate electrode to the side of the channel region is about 500Angstrom . The surface of the substrate where an element has been formed is covered with a CVD SiO2 film 6; contact holes are made; a source electrode and a drain electrode 71, 72 are arranged and installed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、MOSトランジスタに係り、特に高密度集積
回路に用いられる微細構造のMOSトランジスタに関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a MOS transistor, and more particularly to a microstructured MOS transistor used in a high-density integrated circuit.

(従来の技術) 半導体メモリに代表されるMO3集積回路の大規模化は
目覚ましいものがあり、その様な集積回路に用いられる
MOSトランジスタはゲート長が1μm或いはそれ以下
と微細化されている。
(Prior Art) The scale-up of MO3 integrated circuits represented by semiconductor memories has been remarkable, and MOS transistors used in such integrated circuits have been miniaturized to have gate lengths of 1 μm or less.

MOSトランジスタでは、微細化に伴って種々の問題が
生じるが、その一つにドレイン・リーク電流の増大があ
る。ドレイン・リーク電流の増大の原因は、一つには、
反応性イオンエツチングによるゲート電極パターニング
の際のダメージが考えられる。即ちゲート電極エツジ部
下のゲート絶縁膜および基板がイオンに叩かれてダメー
ジを受け、このダメージに起因してリーク電流が大きく
なる。
Various problems arise with miniaturization of MOS transistors, one of which is an increase in drain leakage current. One reason for the increase in drain leakage current is
Damage may occur during gate electrode patterning using reactive ion etching. That is, the gate insulating film and the substrate under the edge of the gate electrode are hit by ions and damaged, and this damage increases leakage current.

これは、欠陥性リーク電流ということができる。This can be called defective leakage current.

そして欠陥性リーク電流か顕とに現れる原因として、ゲ
ート・ドレインの縦方向電界が非常に大きくなることが
挙げられる。MOSトランジスタの微細化はゲート絶縁
膜の薄膜化を含み、極めて薄いゲート絶縁膜を持つMO
Sトランジスタでは、ドレインに電圧が印加されたオフ
状態でドレイン・ゲート間には高電界が形成される。こ
の縦方向電界を緩和するには基本的にはゲート絶縁膜の
膜1vを厚くすればよい。しかし、ゲート絶縁膜のI摸
j〒、はしきい値等の重要な素子特性を得るためのパラ
メータであるため、簡!11に厚くする訳にはいかない
One of the reasons why defective leakage current becomes obvious is that the vertical electric field between the gate and drain becomes extremely large. The miniaturization of MOS transistors includes thinning of the gate insulating film, and MOS transistors with extremely thin gate insulating films
In an S transistor, a high electric field is formed between the drain and the gate in an off state in which a voltage is applied to the drain. Basically, in order to alleviate this vertical electric field, the thickness of the gate insulating film 1v can be increased. However, since I of the gate insulating film is a parameter for obtaining important device characteristics such as threshold value, it is easy to use! We cannot afford to make it thicker than 11.

(発明か解決しようとする課題) 以上のように機前化されたMOSトランジスタにおいて
は、ゲート電極バターニングの際に受けるダメージやゲ
ート電極下の大きい縦方向電界等に起因して、大きいド
レイン・リーク電流が流れるという問題かあった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the advanced MOS transistor, large drain and There was a problem with leakage current.

本発明は、この様な問題を解決した。微細構造で優れた
素子特性が得られるMO3I−ランジスタを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has solved these problems. It is an object of the present invention to provide a MO3I-transistor that has a fine structure and provides excellent device characteristics.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、第1に、MOS)ランジスタのゲト絶縁膜の
うちゲート電極エツジ部をチャネル領域主要部上のそれ
とは異種材料により構成したことを特徴とする。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides, firstly, that the gate electrode edge portion of the gate insulating film of the MOS transistor is made of a material different from that on the main portion of the channel region. It is characterized by

本発明は、第2に、MO3I−ランジスタのゲート絶縁
膜のうちゲート電極エツジ部を21急構造としたことを
特徴とする。
A second feature of the present invention is that the gate electrode edge portion of the gate insulating film of the MO3I-transistor has a 21 steep structure.

(作用) ゲート絶縁膜のうちゲート電極エツジ部を主要部とは異
種材料によりtM成すれば、その材料や膜厚を選択する
ことによって、反応性イオンエソチング工程でのダメー
ジの影響を少なくすることができ、また、ゲート電極と
基板間の縦方向電界をV和することができる。これによ
り、微細化〜10Sトランジスタでのドレイン・リーク
電流を低減することができる。この際、ゲート電極エツ
ジ部に用いるゲート絶縁膜を誘電率の大きい材料とすれ
ば、その膜厚をチャネル領域主要部上のそれより厚(し
ても、素子特性に悪影響を与えることはない。
(Function) If the gate electrode edge part of the gate insulating film is made of a different material from the main part, the influence of damage during the reactive ion etching process can be reduced by selecting the material and film thickness. In addition, the vertical electric field between the gate electrode and the substrate can be reduced to V. This makes it possible to reduce drain leakage current in miniaturized to 10S transistors. At this time, if the gate insulating film used at the edge of the gate electrode is made of a material with a high dielectric constant, the film thickness may be thicker than that on the main part of the channel region without adversely affecting the device characteristics.

また、ゲート電極エツジ部でゲート絶縁膜を2層構造と
すれば、やはり反応性イオンエツチング工程でのこの部
分でのダメージの影響を軽減することかでき、また縦方
向電界を緩和することができる。従ってこれにより、微
細化MOSトランジスタでのドレイン・リーク電流を低
減することができる。
Furthermore, if the gate insulating film has a two-layer structure at the edge of the gate electrode, it is possible to reduce the effects of damage in this area during the reactive ion etching process, and it is also possible to alleviate the vertical electric field. . Therefore, this makes it possible to reduce drain leakage current in the miniaturized MOS transistor.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、一実施例のMOSトランジスタを示す。p型
S1基板1の素子分離された領域にゲート絶縁膜となる
シリコン酸化膜(S i 02膜)3を介して多結晶シ
リコン膜によるゲート電極4が形成されている。5i0
2膜3は例えば、100人程成膜ある。このゲート電極
4に自己整合的にソース、ドレイン拡散層51.52が
形成されている。ゲート電極4のエツジ部には、チャネ
ル領域主要部上のゲート絶縁膜とは別にシリコン窒化膜
(Si3N4膜)2かゲート絶縁膜として挟まれている
。このSi3N4膜2は例えば膜厚が5i02膜3の2
〜3倍とする。またこのSi3N4膜2のゲート電極エ
ツジからのチャネル領域側への食込み量は約500成膜
度である。
FIG. 1 shows a MOS transistor of one embodiment. A gate electrode 4 made of a polycrystalline silicon film is formed in an element-isolated region of a p-type S1 substrate 1 with a silicon oxide film (S i 02 film) 3 serving as a gate insulating film interposed therebetween. 5i0
For example, about 100 people formed the second film 3. Source and drain diffusion layers 51 and 52 are formed on this gate electrode 4 in a self-aligned manner. At the edge portion of the gate electrode 4, a silicon nitride film (Si3N4 film) 2 is sandwiched as a gate insulating film in addition to the gate insulating film on the main part of the channel region. This Si3N4 film 2 has a film thickness of 5i02 film 3, for example.
~3 times. Further, the amount of encroachment of this Si3N4 film 2 from the edge of the gate electrode toward the channel region side is approximately 500 degrees.

素子・形成された基板上は、CVD5 i○2膜6で覆
われ、これにコンタクト孔か開けられてソース。
The substrate on which the elements have been formed is covered with a CVD5 i○2 film 6, and a contact hole is opened in this to form a source.

ドレイン電極71,72が配設されている。Drain electrodes 71 and 72 are provided.

第2図(a) 〜(c)は、この実施例のM OSトラ
ンジスタの製造工程図である。これを用いて製造工程を
説明すると、まず、素子分離されたp型Si基板1全面
にCVDによりSi3N4膜2を堆積する(a)。次い
でこのSi3N4膜2をリソグラフィ技術を用いてパタ
ーニングし、MOSトランジスタのチャネル領域となる
部分の基板面を露出させる(b)。その後、熱酸化を行
なって露出した基板面に5i02膜3を形成し、次いて
多結晶シリコン膜を堆積しこれを反応性イオンエツチン
グ法を用いてパターニングしてゲート電極4を形成する
。そしてゲート電極4をマスクとして不純物のイオン注
入を行なってソースドレイン拡散層51.5□を形成す
る(C)。以下、通常の工程に従って全面をCVD5i
02膜6て覆い、コンタクト孔を開けて電極71.72
を形成する。
FIGS. 2(a) to 2(c) are process diagrams for manufacturing the MOS transistor of this embodiment. To explain the manufacturing process using this, first, an Si3N4 film 2 is deposited by CVD on the entire surface of the element-isolated p-type Si substrate 1 (a). Next, this Si3N4 film 2 is patterned using lithography technology to expose a portion of the substrate surface that will become the channel region of the MOS transistor (b). Thereafter, a 5i02 film 3 is formed on the exposed substrate surface by thermal oxidation, and then a polycrystalline silicon film is deposited and patterned using reactive ion etching to form a gate electrode 4. Then, using the gate electrode 4 as a mask, impurity ions are implanted to form a source/drain diffusion layer 51.5□ (C). Below, the entire surface is coated with CVD5i according to the normal process.
02 membrane 6 and make contact holes to connect electrodes 71 and 72.
form.

こうしてこの実施例によれば、ゲート電極エツジ部のゲ
ート絶縁膜としてSi3N4膜2を用いて、これを主要
部のゲート絶縁膜である5i02膜3より厚くしている
。この結果、ゲート電極エツジ部での縦方向電界が従来
の素子に比べて緩和される。また、ゲート電極パターニ
ング時の反応性性イオンエツチングによるゲート電極エ
ツジ部の基板面のダメージを抑制される。これらの結果
、欠陥性のドレイン・リーク電流か低減される。
According to this embodiment, the Si3N4 film 2 is used as the gate insulating film at the edge of the gate electrode, and is made thicker than the 5i02 film 3 which is the gate insulating film at the main part. As a result, the vertical electric field at the edge of the gate electrode is relaxed compared to conventional elements. Furthermore, damage to the substrate surface at the edge of the gate electrode due to reactive ion etching during gate electrode patterning can be suppressed. These results reduce defective drain leakage current.

Si3N4膜はSiO□膜に比べて誘電率が高く、従っ
て膜厚の大きいSi3N4膜をゲート電極エツジに挟ん
だことにより他の素子特性に悪影響を与えることはない
The Si3N4 film has a higher dielectric constant than the SiO□ film, so sandwiching a thick Si3N4 film between the edges of the gate electrode will not adversely affect other device characteristics.

第5図は、この実施例によるMOSトランジスタのゲー
ト電圧Vg−ドレイン電流1d特性を従来例と比較して
定性的に示す。しきい値電圧vth以下でのドレイン・
リーク電流がこの実施例により大きく低減される。
FIG. 5 qualitatively shows the gate voltage Vg-drain current 1d characteristic of the MOS transistor according to this embodiment in comparison with the conventional example. Drain voltage below threshold voltage vth
Leakage current is greatly reduced by this embodiment.

第3図は、本発明の別の実施例のMOSトランジスタで
ある。第1図と対応する部分には第1図と同一符号を付
して詳細な説明は省略する。第1図の実施例と異なる点
は、ゲート絶縁膜としての5i02膜3はソース領域か
らドレイン領域まで全域に渡って形成されており、ゲー
ト電極4のエツジ部についてはSiO□膜3とSi3N
4膜2の2層構造としている点である。Si3N、□膜
2のゲート電極4下に食い込む量は500人程成膜する
FIG. 3 shows a MOS transistor according to another embodiment of the present invention. Portions corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted. The difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the 5i02 film 3 as a gate insulating film is formed over the entire region from the source region to the drain region, and the edge portion of the gate electrode 4 is formed by a SiO□ film 3 and a Si3N film 3.
The point is that it has a two-layer structure of four films 2. Approximately 500 Si3N □ films 2 are deposited to penetrate under the gate electrodes 4.

第4図(a)〜(c)は、その製造工程要部を示す図で
ある。素子分離されたp型Si基板1に熱酸化による5
i02膜3を形成し、続いてCVDによりSi3N4膜
2を堆積する(a)。
FIGS. 4(a) to 4(c) are diagrams showing the main parts of the manufacturing process. 5 by thermal oxidation on the element-isolated p-type Si substrate 1.
An i02 film 3 is formed, and then a Si3N4 film 2 is deposited by CVD (a).

そしてチャネル領域上のSi3N4膜2を選択的にエツ
チング除去して5i02膜3を露出させる(b)。その
後、先の実施例と同様にゲート電極4を形成し、これを
マスクとして不純物をイオン注入してソース、ドレイン
拡散層51.5□を形成する(c)。
Then, the Si3N4 film 2 on the channel region is selectively etched away to expose the 5i02 film 3 (b). Thereafter, a gate electrode 4 is formed in the same manner as in the previous embodiment, and impurity ions are implanted using this as a mask to form source and drain diffusion layers 51.5□ (c).

この実施例によっても、先の実施例と同様に欠陥性ドレ
イン・リーク電流の低減が図られる。
In this embodiment as well, defective drain leakage current can be reduced as in the previous embodiment.

本発明は、上記実施例に限られるものではない。The present invention is not limited to the above embodiments.

例えば第1図の実施例において、Si3N、1膜2を他
の材料膜とすることが可能である。そしてその膜材料の
選択によっては、その膜厚をチャネル領域主要部上のそ
れより厚くしなくても効果が得られる。また第3図の実
施例において、主要部の5i02膜3はSi3N4膜2
の形成前のものを用いたが、第4図(b)においてSi
3N4膜2と共にその下の5i02膜3まで一旦除去し
、改めて熱酸化して5i02膜を形成するようにしても
よい。これは特に、Si3N4膜2をドライエツチング
法でパターニングする場合に、下地5i02膜がダメー
ジを受けるため有効である。
For example, in the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to replace the Si3N 1 film 2 with another material film. Depending on the selection of the film material, the effect can be obtained even if the film thickness is not thicker than that on the main part of the channel region. In the embodiment shown in FIG. 3, the 5i02 film 3 in the main part is replaced by the Si3N4 film 2.
However, in Fig. 4(b), Si
The 3N4 film 2 and the underlying 5i02 film 3 may be removed once, and then thermally oxidized again to form a 5i02 film. This is particularly effective when patterning the Si3N4 film 2 by dry etching because the underlying film 5i02 is damaged.

その池水発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
The pond water invention can be implemented with various modifications without departing from the spirit thereof.

[発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、ゲート電極エツジ部
でのゲート絶縁膜をチャネル領域主要部上のそれと異な
る構成を採用することにより、微細MOSトランジスタ
での欠陥性ドレイン・リク電流を効果的に軽減すること
ができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by adopting a structure for the gate insulating film at the edge part of the gate electrode that is different from that on the main part of the channel region, defective drains and Reactive current can be effectively reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例のMOSトランジスタを示す
図、第2図(a)〜(c)はその製造工程主要部を示す
図、第3図は他の実施例のMOSトランジスタを示す図
、第4図(a)〜(C)はその製造工程主要部を示す図
、第5図は実施例のMOSトランジスタの特性を従来の
MOSトランジスタと比較して示す図である。 1・・・p型Si基板、2・・・Si3N4膜、3・・
・5i02朕、4・・・ゲート電極、51.52・・・
ソース、ドレイン拡散層、6・・・CV D S i 
O2膜、7、.72・・・ソース、ドレイン’rN W
。 第 メ 第 図
FIG. 1 is a diagram showing a MOS transistor according to one embodiment of the present invention, FIGS. 2(a) to (c) are diagrams showing the main parts of the manufacturing process, and FIG. 3 is a diagram showing a MOS transistor according to another embodiment. 4A to 4C are diagrams showing the main parts of the manufacturing process, and FIG. 5 is a diagram showing the characteristics of the MOS transistor of the embodiment in comparison with a conventional MOS transistor. 1...p-type Si substrate, 2...Si3N4 film, 3...
・5i02, 4...Gate electrode, 51.52...
Source, drain diffusion layer, 6...CV D Si
O2 membrane, 7,. 72...Source, drain'rN W
. Figure 1

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ゲート電極エッジ部のゲート絶縁膜をチャネル領
域主要部上のゲート絶縁膜とは異種材料により構成した
ことを特徴とするMOSトランジスタ。
(1) A MOS transistor characterized in that the gate insulating film at the edge of the gate electrode is made of a different material from the gate insulating film on the main part of the channel region.
(2)チャネル領域主要部上のゲート絶縁膜をシリコン
酸化膜とし、ゲート電極エッジ部のゲート絶縁膜を前記
シリコン酸化膜より厚いシリコン窒化膜とした請求項1
記載のMOSトランジスタ。
(2) The gate insulating film on the main part of the channel region is a silicon oxide film, and the gate insulating film at the edge of the gate electrode is a silicon nitride film that is thicker than the silicon oxide film.
The MOS transistor described.
(3)ゲート電極エッジ部でゲート絶縁膜を2層構造と
したことを特徴とするMOSトランジスタ。
(3) A MOS transistor characterized in that the gate insulating film has a two-layer structure at the edge of the gate electrode.
(4)チャネル領域主要部上のゲート絶縁膜をシリコン
酸化膜とし、ゲート電極エッジ部のゲート絶縁膜をシリ
コン酸化膜とシリコン窒化膜の2層構造とした請求項3
記載のMOSトランジスタ。
(4) The gate insulating film on the main part of the channel region is a silicon oxide film, and the gate insulating film at the edge of the gate electrode has a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
The MOS transistor described.
JP28063488A 1988-11-07 1988-11-07 Mos transistor Pending JPH02126679A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010066382A (en) * 1999-12-31 2001-07-11 박종섭 Method for manufacturing semiconductor device with dual gate dielectric layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010066382A (en) * 1999-12-31 2001-07-11 박종섭 Method for manufacturing semiconductor device with dual gate dielectric layer

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