JPH03126263A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH03126263A
JPH03126263A JP26389589A JP26389589A JPH03126263A JP H03126263 A JPH03126263 A JP H03126263A JP 26389589 A JP26389589 A JP 26389589A JP 26389589 A JP26389589 A JP 26389589A JP H03126263 A JPH03126263 A JP H03126263A
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JP
Japan
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oxide film
gate
gate electrode
film
region
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JP26389589A
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English (en)
Inventor
Shinji Kaneko
新二 金子
Takashi Mihara
孝士 三原
Kiyoshi Nemoto
清志 根本
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect 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〕 この発明は、半導体装置、特に複数の配線層を有し、信
頼性の高いnチャンネルMOSFETを含む半導体装置
及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、アルミニウム又はアルミニウム合金による複数の
配線層を有する一般的なnチャンネルMOSFETを含
む半導体装置は、例えば第3図の断面図に示すように構
成されている。すなわち、まずnチャンネルMOSFE
T自体は、第3図に示すように、p型半導体基板101
の、フィールド酸化膜102によって分離された素子領
域に、ゲート酸化膜10:L、n型多結晶シリコンによ
るゲート電極104及びn型ソース・ドレイン拡散層1
05をそれぞれ形成することによって構成されている。
そしてこのnチャンネルMOS F ETのゲート電極
104及びソース・ドレイン拡散層105の構造として
は、ソース・ドレイン拡散層105はゲート電極104
をマスクとしてイオン注入によって形成され、その後の
熱処理によって接合部が第3図に示すように、ゲート電
極104の下部まで達するように構成し、またチャンネ
ル領域のゲート酸化膜103の厚さは一様に形成される
のが一般的である。
次いで、CVDによって形成されたシリコン酸化膜とP
SGよりなる第1層間絶縁膜106で素子領域と分離さ
れた第1アルミニウム配線層107、及び第2層間絶縁
膜108で分離された第2アルミニウム配線層109に
よって各素子間の相互接続が行われ、集積回路からなる
nチャンネルMO3FF、 Tを含む半導体装置が構成
されている。
この際、第2層間絶縁膜108は第1アルミニウム配線
層107の後で形成されるので、その形成温度及びその
後の熱処理は500℃以下に制限され、特に低温で形成
することが可能でステップカバレージ(段差被覆性)が
良好なプラズマCVDによるシリコン酸化膜がよく用い
られる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、かかる構成の半導体装置において、MOS 
F ETを微細化した場合、ドレイン近傍の高電界によ
って発生したホットキャリヤの注入によって、素子特性
の変動が起こり、信φ頁性の問題が発生する。
この際、パッシベーション膜あるいはアルミニウム配線
層の層間絶縁膜に、低温で形成した絶縁膜、特にプラズ
マCVDで形成したシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を
使用した場合、特に顕著となることが知られている。
第3図に示した従来の構成の半導体装置において、第2
層間絶縁膜108にプラズマCVDによるシリコン酸化
膜を使用した場合のnチャンネルMO5FETと、第3
図に示したものにおいて第2アルミニウム配線層109
と第2層間絶縁膜108を省略し単層アルミニウム配線
構造とした場合のnチャンネルMOSFETの、同一バ
イアス条件における、ホントキャリヤ注入によるドレイ
ン電流の劣化率とストレス印加時間の関係を第4図に比
較して示す。
第4図において、曲線aは単層アルミニウム配線構造の
nチャンネルMOSFETの劣化率特性曲線で、曲線す
は第3図に示した従来の構成の2層アルミニウム配線構
造のnチャンネルMOSFETの劣化率特性曲線である
。この第4図の劣化率特性曲線かられかるように、2層
アルミニウム配線構造とした場合、ホットキャリヤ注入
による素子特性の変動が大きくなり、信頼性が大幅に低
下するという問題点があった。
本発明は、従来の2層アルミニウム配線構造を有しnチ
ャンネルMOSFETを含む半導体装置における上記問
題点を解消するためになされたもので、2層アルミニウ
ム配線構造を用いた場合でもホットキャリヤ注入に対す
る信頼性の高いnチャンネルMOS F ETを含む半
導体装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため、本発明は、ゲート電極と、
該ゲート電極の下面に配置され、ゲート電極端部以外の
一様な厚さの中間領域と該一様な厚さの中間領域よりも
膜厚が大きいゲート端部領域とを有するゲート酸化膜と
、接合部がゲート電極上部まで達し前記ゲート酸化膜の
ゲート端部領域の下部に存在するように形成されたn型
ソース・ドレイン拡散層と、シリコン酸化膜又はシリコ
ン窒化膜からなる層間絶縁膜を介して配置された上層金
属配線層及び下層金属配線層とでnチャンネルMOSF
ETを含む半導体装置を構成するものである。
(作 用〕 プラズマCVDによるシリコン酸化膜等の層間絶縁膜を
用いることによる、ホットキャリヤ注入による特性変動
の増大の原因については諸説があるが、ホットホールの
注入が強く関与していると考えられている。一般にホッ
トキャリヤの注入はドレイン拡散層の接合部近傍に限ら
れ、この領域におけるゲート電界は、特性変動が特に顕
著となるゲート電圧(VJ<ドレイン電圧(VD)の状
態にあっては、ホットホールの注入を促進する方向に作
用するので、この部分のゲート酸化膜を厚くしてゲート
電界を緩和すれば、ホットホールの注入を抑制できる。
したがって本発明において、nチャンネルMOSFET
のソース・ドレイン拡散層の接合部がゲート電極下部ま
で達し、ゲート酸化膜の膜厚の一様な中間領域より膜厚
の大なるゲート端部領域の下部に存在するように構成す
ることにより、ゲート電界が緩和されてホットホールの
注入を抑制でき、プラズマCVDによるシリコン酸化膜
等の低温で形成された層間絶縁膜を用いた場合のホット
キャリヤ注入による特性変動の増大を低減することがで
きる。
なおこのような構成とした場合は、逆にホットエレクト
ロンの注入を促進することになるが、このホットエレク
トロンの注入に起因した特性の変動は、プラズマCVD
によるシリコン酸化膜等の影響をあまり受けないので、
あまり考慮しなくてもよい。
〔実施例〕
次に実施例について説明する。第1図へ〜(Olは、本
発明に係るnチャンネルMOSFETを含む半導体装置
の一実施例の製造工程を示す図である。
まず第1図式に示すように、p型半導体基板1にフィー
ルド酸化膜2とゲート酸化膜3及びn型高濃度多結晶シ
リコンによるゲート電極4を形成する。次いで第1図旧
)に示すように、酸化雰囲気において熱処理することに
よってゲート電極4の側部及び上部に熱酸化膜5を形成
する。この際、ゲート電極4の端部からの酸化種の拡散
によって、ゲート電極4の端部にチャンフルの他の領域
と比較してゲート酸化膜の厚い領域5′が形成される。
この場合、ソース・ドレインとなる領域の酸化膜5#を
比較的薄くして、ゲート電極4の下部におけるゲート酸
化膜の厚い領域5′の膜厚をより厚く形成するには、前
記酸化雰囲気による熱処理において、ゲート電極4を構
成しているn型高濃度多結晶シリコンの増速酸化効果が
大きい方がよい。したがって、この効果が大きくなるよ
うに、比較的低温の、例えば950℃以下の水蒸気雰囲
気を用いることが望ましい。− なおソース・ドレインとなる領域の酸化膜5“を比較的
薄く形成するのは、この領域の酸化膜5″が厚いと、後
にソース・ドレイン拡散層を形成するときのイオン注入
の際に高い加速エネルギーが必要となり、ソース・ドレ
イン拡散層に欠陥が発生し易くなるからである。
次に第1図(C)に示すように、ゲート電極4及びその
側部の酸化膜5をマスクとして、ヒ素をイオン注入し熱
拡散によって、ソース・ドレイン領域を構成するn型高
濃度拡散層6を形成する。このとき、第1図(C)に示
すように、このソース・ドレイン拡散層6の接合部6a
がゲート電極4の下部における、ゲート酸化膜の厚い領
域5′の下部に到達するように、熱拡散の条件を設定す
る。
なおこのとき、接合部6aがゲート酸化膜の膜厚の薄(
一様な領域3まで到達してしまうと、接合部6a近傍に
おけるゲート電界の緩和効果がな(なる。また一方、接
合部6aがゲート電極4の下部まで到達しない場合には
、極めて多量のホットエレクトロンの注入が起こり、ホ
ットキャリヤ耐性が著しく低下する。
次いで第1図tD)に示すように、従来と同様に、例え
ば減圧CVDによるシリコン酸化膜からなる第1層間絶
縁膜7と、450℃以下の低温のCVD、例えばプラズ
マCVDによるシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜から
なる第2層間絶縁膜9をそれぞれ介して、第1及び第2
アルミニウム配線層8゜10を順次形成し、nチャンネ
ルMOS F ETを含む半導体装置を完成させる。
この実施例によって形成したnチャンネル間O3FET
の、ホットキャリヤ注入による、ストレス印加時間とド
レイン電流の劣化率の関係を第2図に示す、この劣化率
特性曲線は、第4図に示した従来の構成の素子と同一ゲ
ート長、同一バイアス条件により測定したものであり、
曲線Cが本実施例による素子の劣化率特性を示し、曲線
dは本実施例に示した素子から第2層間絶縁膜と第2ア
ルミニウム配線層を取り除いて形成した参照例の素子に
おける劣化率特性を示している。なおこの第2図には、
第4図に示した従来の構成の素子における劣化率特性曲
線a、bも対比のため図示している。
この第2図に示した各劣化率特性曲線かられかるように
、本実施例に基づく単層アルミニウム配線構造の参照例
の素子では、従来例の素子と比較して、若干ホットキャ
リヤ注入による特性変動が大きいが、2層アルミニウム
配線構造にして本実施例のように構成しても特性の変動
の増大が少なく、従来の2層アルミニウム配線構造のも
のに比べても高い信転性を示している。
〔発明の効果〕 以上実施例に基づいて説明したように、本発明によれば
、nチャンネル間O3FETのソース・ドレイン拡散層
の接合部がゲート電極下部まで達し、ゲート酸化膜の膜
厚の一様な中間領域よりも膜厚が大きいゲート端部頭載
の下部に存在するように構成したので、プラズマCVD
によるシリコン酸化膜等を層間絶縁膜とした場合でも、
ホットキャリヤ注入による素子特性の変動が比較的小さ
く、信顛性の高いnチャンネル間O3FETを含む半導
体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図へ〜(Dlは、本発明に係る半導体装置の一実施
例の製造工程を示す概略断面図、第2図は、本発明に係
る半導体装置のnチャンネル間O3FET及び参照例の
nチャンネル間O3FETにおけるホットキャリヤ注入
によるドレイン電流の劣化率とストレス印加時間との関
係を示す図、第3図は、従来のnチャンネルMOS F
 ETを含む半導体装置の構成例を示す概略断面図、第
4図は、従来の半導体装置におけるnチャンネル間O3
FETにおけるホットキャリヤ注入によるドレイン電流
の劣化率とストレス印加時間との関係を示す図である。 図において、1はp型半導体基板、2はフィールド酸化
膜、3はゲート酸化膜、4はゲート電極、5は熱酸化膜
、6はn型ソース・ドレイン拡散層、7は第1層間絶縁
膜、8は第1アルミニウム配線層、9は第2層間絶縁膜
、10は第2アルミニウム配線層を示す。 第1図 5;熱酸化膜 1o:第2アルミニウム配線層 第2図 1E2 E3 E4 E5 ストレス印加時間(秒) 第3図 第4図 ストレス印加時間(秒)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ゲート電極と、該ゲート電極の下面に配置され、ゲ
    ート電極端部以外の一様な厚さの中間領域と該一様な厚
    さの中間領域よりも膜厚が大きいゲート端部領域とを有
    するゲート酸化膜と、接合部がゲート電極下部まで達し
    前記ゲート酸化膜のゲート端部領域の下部に存在するよ
    うに形成されたn型ソース・ドレイン拡散層と、シリコ
    ン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜を介し
    て配置された上層金属配線層及び下層金属配線層とを備
    えたnチャンネルMOSFETを含む半導体装置。 2、p型半導体基板にフィールド酸化膜とゲート酸化膜
    と多結晶シリコンからなるゲート電極を形成する工程と
    、酸化雰囲気において熱処理を行い、ゲート電極の側部
    及び上部に熱酸化膜を形成し、且つゲート酸化膜に中間
    領域より膜厚の厚いゲート端部領域を形成する熱処理工
    程と、ゲート電極及びゲート電極側部の熱酸化膜をマス
    クとしてイオン注入したのち熱拡散を行い、接合部がゲ
    ート酸化膜のゲート端部領域の下部に到達するようにn
    型ソース・ドレイン拡散層を形成する工程と、450℃
    以下の低温のCVDにより形成されるシリコン酸化膜又
    はシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜を介して下層金属
    配線層と上層金属配線層を順次形成する工程とからなる
    ことを特徴とするnチャンネルMOSFETを含む半導
    体装置の製造方法。 3、前記熱処理工程は、950℃以下の水蒸気雰囲気に
    おいて行うことを特徴とする請求項2記載の半導体装置
    の製造方法。 4、前記金属配線層形成工程におけるシリコン酸化膜か
    らなる層間絶縁膜は、プラズマCVDによって形成され
    ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方
    法。
JP26389589A 1989-10-12 1989-10-12 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH03126263A (ja)

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JP (1) JPH03126263A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798550A (en) * 1990-10-01 1998-08-25 Nippondenso Co. Ltd. Vertical type semiconductor device and gate structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5798550A (en) * 1990-10-01 1998-08-25 Nippondenso Co. Ltd. Vertical type semiconductor device and gate structure

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