JPH0196960A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0196960A
JPH0196960A JP62253649A JP25364987A JPH0196960A JP H0196960 A JPH0196960 A JP H0196960A JP 62253649 A JP62253649 A JP 62253649A JP 25364987 A JP25364987 A JP 25364987A JP H0196960 A JPH0196960 A JP H0196960A
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JP
Japan
Prior art keywords
film
polycrystalline
insulating film
gate insulating
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP62253649A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Hashimoto
孝司 橋本
Yoshifumi Kawamoto
川本 佳史
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0196960A publication Critical patent/JPH0196960A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

Landscapes

  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に
多結晶S i M OS型電界効果トランジスタのゲー
ト絶縁膜耐圧を向上させるのに好適な半導体装置および
その製造方法に関する。
〔従来の技術〕
アイ・イー・イー・イー、エレクトロン デバイス レ
ター イーデイ−エル−5(1984年)゛第468頁
から第470頁(IEEE IIElectronDe
vice 1etty  EDL−5,p、468  
(1984))において論じられている様に、従来より
多結晶51MO8型電界効果トランジスタのゲート絶縁
膜には、熱酸化膜が広く用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、多結晶51MO8型電界効果トランジ
スタのゲート絶縁膜の耐圧について配慮されておらず、
多結晶Si上の熱酸化膜をゲート絶縁膜とするとその絶
縁耐圧が低いという問題があった。そのためlMOSト
ランジスタの相互コンダクタンスを大きくするのにゲー
ト絶縁膜を薄くするとゲート電極からのリーク電流が増
大してしまう問題があった。また、高濃度に不純物を含
む多結晶Siからなるゲート電極上にゲート絶縁膜を熱
酸化により形成するとゲート絶縁膜の劣化はさらに大き
くなる。
本発明の目的は、ゲート絶縁膜耐圧が高く、ゲート電極
からのリーク電流の極めて少ない多結晶51MO8型電
界効果トランジスタおよびその製遣方法を提供すること
にある。
〔間層点を解決するための手段〕
上記目的は、多結晶Siと絶縁膜界面の凹凸をなくし、
かつ多結晶Siパターンの上面、側面や角の部分に−様
な厚さの絶縁膜を形成し、電界の集中を抑えることによ
って達成される。
そのために、本発明においては従来の熱酸化膜を代えて
、化学気相蒸着(CVD)膜あるいはCVD膜堆積後熱
酸化を行う2層膜にてゲート絶縁膜を形成したものであ
る。
〔作用〕
多結晶Siの熱酸化においては、 ■酸素が多結晶Siの粒界中を拡散し酸化が進むために
多結晶Siと酸化膜の界面は凹凸が多い。
■酸化速度は面方位依存性があるために、面方位によっ
て膜厚に差が生じる。
■多結晶Siパターンの角の部分の膜厚が薄くなる。
以上の理由で、絶縁耐圧が劣化する。
そこで、熱酸化膜に代えてCVD膜を用いれば、粒界の
酸化が起こらないために多結晶Siと絶縁膜との界面は
平滑である。又、面方位による影響もなく、角の部分の
膜厚が薄くなるということもない。従って極めて均一な
膜厚が得られる。
以上の効果により、絶縁耐圧は向上する。
さらに、CVD法で絶縁膜を堆積した後に、酸化性雰囲
気中で熱処理を行うことにより、欠陥が低減でき、耐圧
の落ちこぼれを減少できる。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を第1図から第4図を用いて説
明する。
実施例1 p型Si基板11を用意し、熱酸化し300nmの5i
ft膜12を形成する。その上に減圧気相化学成長(L
PGVD)法により1100nの多結晶Si膜13を形
成し、ホトレジストパターンをマスクとしてCCQ a
ガスを用いたドライエツチング法で多結晶Siパターン
を形成する。5illaガスとN z Oガスの熱分解
を用いたCVD法により5ins膜14を30nm堆積
する。続いて、多結晶Si中にBを20KeVでドーズ
量1×10 LZC,−2のイオン打込みを行う(第1
図A)。
次に、LPGVD法により350nmの多結晶Sj膜を
形成し、875℃でPOCQδによるリン拡散を行う。
ホトレジストパターンをマスクとしてCCU 4ガスを
用いるドライエツチング法によりゲート電極15を形成
する。続いて、ゲート電極をマスクとする自己整合法で
、Asを70KeVでドーズ量5 X 10工5cm″
″!イオン打込みを行いソース、ドレインのn型高濃度
不純物層を形成する(第1図B)。
N2ガス雰囲気中、900’C,60分間の熱処理を行
った後に、CVD法でPSG膜(リン硅酸ガラス)16
を0.5μmの厚さ形成し、ホトレ・シストパターンを
マスクとしてCHF aガスを用いるドライエツチング
法でコンタクト穴を形成する。さらに、膜厚0.9μm
のAQ17を堆積し、ホトレジストパターンをマスクに
B(l1gおよびCCQ aガスを用いるドライエツチ
ング法で配線のパターンを形成後、水素雰囲気中、45
0℃。
30分の熱処理を行う(第1図C)。
本実施例により製造した多結晶51MO8型トランジス
タにおいて、ソースおよびドレインを接地し、ゲート電
極に電圧を印加しゲート酸化膜のリーク電流を測定した
ところ、電流10nAの時の電圧は20Vであった。ゲ
ート酸化膜に同じ膜厚の900℃の熱酸化膜を用いた場
合、同様のtIす定で得られた耐圧は10vであり、C
VD酸化膜を用いることにより2倍に耐圧を向上させる
ことができた。
実施例2 まず、実施例1と同じ製造方法により、P型Si基板2
1上に、熱酸化膜22.多結晶Siパターン23を形成
する。次に、CVD法により5iOz膜を25nm堆積
し、続いて900℃において熱酸化を行いSi○2膜2
4の膜厚を30nmとする。
以下、実施例1と同じ製造方法により、ゲート電極25
.PSG膜26.Afl配線27を形成して多結晶S 
i M OS型゛トランジスタを製造した。
本実施例では、実施例1と同様にゲート酸化膜の高耐圧
化が達成できた。さらに、キャパシタ面積を0.01c
m”とした時に、耐圧の落ちこぼれは実施例1の5%に
比べて1%以下に減少できた。
実施例3 まず、実施例1および実施例2と同じ製造方法により、
p型Si基板31上に熱酸化膜32.多結晶Siパター
ン33を形成する。次に、S i H4ガスとN Ha
ガスの熱分解を用いたCVD法により5iaNa膜を2
5nm堆積し、続いて900℃。
20分の熱酸化を行いゲート絶縁膜34を形成する。
以下、実施例1および実施例2と同じ製造方法によりゲ
ート電極35.PSG膜36.AQ配線37を形成して
多結晶51MO8型トランジスタを製造した。
本実施例では、ゲート絶縁膜の耐圧は15Vであった。
又、ドレイン電圧0.IV 、チャネル長およびチャネ
ル幅をそれぞれ2μmおよび15μmとした時の相互コ
ンダクタンスは5 X 10””(mhos)であった
、ゲート絶縁膜に同じ膜厚の酸化膜を用いた場合は2 
、5 X 10 ”−8(mhos)であり、約2倍に
増大できた。
実施例4 以上述べた実施例1から実施例3はすべて、ゲート絶縁
膜上にゲート電極を有した構造である。
この構造に対し、高濃度の不純物を含む多結晶Siゲー
ト電極上にゲート絶縁膜を形成した構造がある0本実施
例は、そのような構造に対して。
絶縁耐圧の向上を図った例であり、第4図を用いて説明
する。
まず、p型Si基板41を用意し、熱酸化し300nm
の5iOz膜42を形成する。その上にLPCVD法に
より350nmの多結晶Si膜を堆積し、875℃でP
 OCQ aによるリン拡散を行い、ホトレジストパタ
ーンをマスクとしてCCQ4ガスを用いるドライエツチ
ング法によりゲート電極43を形成する(第4図A)。
次に、SiH4ガスの熱分解を用いたCVD法により5
iOz膜を25nm堆積し、続いて900℃において熱
酸化を行い5iOz膜44の膜厚を30nmとする。そ
の上にL P CV D法により1100nの多結晶S
i膜45を堆積し、ホトレジストパターンをマスクとC
CQ aガスを用いるドライエツチング法により多結晶
Si[を所定の形状に加工する。次にCVD法によりS
 x O2膜46を30nm堆積し、多結晶Si中にB
を20K e VでI X 10 ”co+−”イオン
打込みを行う(第4図B)。
次にホトレジストパターン47をマスクとして、Asを
70KsVで5 X I Q ”am−”イオン打込み
し、ソース・ドレインのn型高濃度不純物層を形成する
(第4図C)。
N2ガス雰囲気中、900℃、60分間の熱処理を行っ
た後に、CVD法でPSG膜48 tO,5μmの厚さ
形成し、ホトレジス!−パターンをマスクとしてCHF
 sガスを用いるドライエツチング法でコンタクト穴を
形成する。さらに、膜n0.9μmのAl249を堆積
し、ホトレジストパターンをマスクにBCQsおよびC
CQ 4ガスを用いるドライエツチング法で配線のパタ
ーンを形成後、水素雰囲気中、450℃、30分の熱処
理を行う(第4図D)。
本実施例においてもゲート酸化膜の絶縁耐圧は熱酸化膜
のみの場合に比べて2倍に向上させることができた。し
かも高濃度多結晶Si上に30nm以下の薄いゲート酸
化膜を形成する本実施例のような構造では、熱酸化膜で
は膜厚の制御が困難であるがCVD法を利用した本法で
は膜厚の制御が容易となる。
〔発明の効果〕
上記説明から明らかなように、本発明によれば多結晶5
1MO8型トランジスタのゲート絶縁膜をCVD膜を堆
積した後に酸化性雰囲気で熱処理することによって形成
し、絶縁耐圧を2倍に向上できた。さらに、このように
して形成したゲート絶縁膜は欠陥密度が小さく、耐圧の
落ちひぼれの少ないものとなる。
本実施例ではnチャネル型電界効果トランジスタを示し
たが、本発明はそれに限定されるものではなく、pチャ
ンネル型電界効果トランジスタにも適用可能である。ま
た多結晶SiMOSトランジスタはS j、 02膜上
に形成したが、それに限定されるものではなく、本発明
は他の導体、半導体。
絶縁物上に形成する場合も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例1の製造工程の断面図である
。 第2図および第3図はそれぞれ実施例2および実施例3
の断面図である。 第4図は、本発明の実施例4の製造工程の断面図である
。 11.21,31,41・・・p型Si基板、12゜2
2.32,42,47・・・SiO2,13,23゜3
3.45・・・多結晶Si(能動層)、14,24゜3
4.44・・・ゲート絶縁膜、15,25,35゜43
・・・多結晶Siゲート、16,26,36゜48・・
・PSGパシベーション膜、17,27,37.49・
・・Afl。 皐 l 口 +++   +  ψ 第 4  Σ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、多結晶Si中にソースおよびドレイン領域を形成し
    、電流経路を多結晶Siとする多結晶SiMOS型電界
    効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜が化学気相蒸
    着で、あるいは化学気相蒸着で絶縁膜を形成した後酸化
    性雰囲気中で熱処理して形成されたことを特徴とする半
    導体装置。
JP62253649A 1987-10-09 1987-10-09 半導体装置 Pending JPH0196960A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000174282A (ja) * 1998-12-03 2000-06-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
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