JPH05183155A - Semiconductor device and fabrication thereof - Google Patents
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- JPH05183155A JPH05183155A JP19092A JP19092A JPH05183155A JP H05183155 A JPH05183155 A JP H05183155A JP 19092 A JP19092 A JP 19092A JP 19092 A JP19092 A JP 19092A JP H05183155 A JPH05183155 A JP H05183155A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】MOSトランジスタを有する半導体装置に関
し、短チャネル効果による閾値電圧の変動を抑制するこ
とを目的とする。
【構成】半導体層1の上にゲート絶縁膜2を介して形成
されるゲート電極3と、該ゲート電極3の両脇の前記半
導体層1に形成されたソース4、ドレイン5からなるM
OSトランジスタを有する半導体装置において、前記ゲ
ート絶縁膜2が、ゲート長の方向に分布する誘電率の異
なる複数の誘電体膜2a,2bにより形成されるととも
に、ゲート長が短くなるにつれて誘電率の高い該誘電体
膜2aの分布の割合が小さく設定されていることを含み
構成する。
(57) [Summary] [Object] A semiconductor device having a MOS transistor is intended to suppress variation in threshold voltage due to a short channel effect. A M including a gate electrode 3 formed on a semiconductor layer 1 via a gate insulating film 2, and a source 4 and a drain 5 formed on the semiconductor layer 1 on both sides of the gate electrode 3.
In a semiconductor device having an OS transistor, the gate insulating film 2 is formed by a plurality of dielectric films 2a and 2b distributed in the gate length direction and having different dielectric constants, and the dielectric constant increases as the gate length decreases. It is configured including that the distribution ratio of the dielectric film 2a is set small.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に関し、より詳しくは、MOSトランジスタを有
する半導体装置及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 semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a MOS transistor and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】MOSトランジスタは一般に図5(c) に
示すような構造をしており、半導体層51の上の絶縁膜
52を介して形成したゲート電極53と、その両側の半
導体層51に形成されたソース層54、ドレイン層55
から構成されている。2. Description of the Related Art A MOS transistor generally has a structure as shown in FIG. 5 (c), and a gate electrode 53 formed on a semiconductor layer 51 via an insulating film 52 and a semiconductor layer 51 on both sides of the gate electrode 53. The formed source layer 54 and drain layer 55
It consists of
【0003】次に、その製造工程を図5に基づいて簡単
に説明する。まず、図5(a) に示すように、シリコン等
の半導体層51の上に、一様の厚さの単一材料よりなる
絶縁膜52を介して導電膜56を形成し、この導電膜5
6をフォトリソグラフィー法によりパターニングしてゲ
ート電極53とする(図5(b))。Next, the manufacturing process will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 5A, a conductive film 56 is formed on a semiconductor layer 51 such as silicon with an insulating film 52 made of a single material having a uniform thickness interposed therebetween.
6 is patterned by photolithography to form a gate electrode 53 (FIG. 5 (b)).
【0004】ついで、ゲート電極53をマスクにしてそ
の両側の半導体層51に不純物をイオン注入し、その不
純物を活性化してソース層54、ドレイン層55を形成
する(図5(c))。Then, using the gate electrode 53 as a mask, impurities are ion-implanted into the semiconductor layer 51 on both sides of the gate electrode 53, and the impurities are activated to form a source layer 54 and a drain layer 55 (FIG. 5C).
【0005】ところで、自己整合的に形成されるソース
層54とドレイン層55の間のチャネル長は、ゲート長
によって支配されることになる。By the way, the channel length between the source layer 54 and the drain layer 55 formed in self-alignment is governed by the gate length.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体装置が
微細化され、MOSトランジスタのチャネル長(ゲート
長)が短くなると短チャネル効果が生じ、図5(d) に示
すように、チャネル長が設計値よりも僅かなにずれても
閾値電圧Vthが変動し易くなるといった問題がある。However, when the semiconductor device is miniaturized and the channel length (gate length) of the MOS transistor is shortened, a short channel effect occurs, and the channel length is designed as shown in FIG. 5 (d). There is a problem that the threshold voltage Vth tends to fluctuate even if it deviates slightly from the value.
【0007】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、短チャネル効果による閾値電圧の変動を
抑制できるMOSトランジスタを備えた半導体装置及び
その製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device including a MOS transistor capable of suppressing the fluctuation of the threshold voltage due to the short channel effect, and a manufacturing method thereof. ..
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1に
例示するように、半導体層1の上にゲート絶縁膜2を介
して形成されるゲート電極3と、該ゲート電極3の両脇
の前記半導体層1に形成されたソース4、ドレイン5か
らなるMOSトランジスタを有する半導体装置におい
て、前記ゲート絶縁膜2が、ゲート長の方向に分布する
誘電率の異なる複数の誘電体膜2a,2bにより形成さ
れるとともに、ゲート長が短くなるにつれて誘電率の高
い該誘電体膜2aの分布の割合が小さく設定されている
ことを特徴とする半導体装置により達成する。As illustrated in FIG. 1, the above-mentioned problems are solved by a gate electrode 3 formed on a semiconductor layer 1 via a gate insulating film 2 and both sides of the gate electrode 3. In a semiconductor device having a MOS transistor composed of a source 4 and a drain 5 formed in the semiconductor layer 1, the gate insulating film 2 has a plurality of dielectric films 2a, 2b distributed in the gate length direction and having different dielectric constants. And a distribution ratio of the dielectric film 2a having a higher dielectric constant is set to be smaller as the gate length becomes shorter.
【0009】または、図1、4に例示するように、半導
体層1の上に第一の誘電体膜2a,28を介してMOS
トランジスタのゲート電極3を形成する工程と、前記ゲ
ート電極3の下にある前記第一の誘電体膜2a,28の
うち、ゲート長の方向の少なくとも一端の部分をエッチ
ングして横溝16,18を形成する工程と、前記第一の
誘電体膜2a,28よりも誘電率の低い第二の誘電体膜
2b,29を前記横溝16,18に充填して、前記第一
の誘電体膜2a,28と該第二の誘電体膜2b,29と
によって前記MOSトランジスタのゲート絶縁膜を形成
する工程と、前記ゲート電極3をマスクにして前記半導
体層1に自己整合的に前記MOSトランジスタのソース
4、ドレイン5を形成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により達成する。Alternatively, as illustrated in FIGS. 1 and 4, a MOS is formed on the semiconductor layer 1 via the first dielectric films 2a and 28.
The step of forming the gate electrode 3 of the transistor, and the etching of at least one end portion in the gate length direction of the first dielectric film 2a, 28 under the gate electrode 3 to form the lateral grooves 16, 18 is performed. The step of forming and filling the lateral grooves 16 and 18 with the second dielectric films 2b and 29 having a dielectric constant lower than that of the first dielectric films 2a and 28, 28 and the second dielectric films 2b and 29 to form a gate insulating film of the MOS transistor, and the source 4 of the MOS transistor self-aligned with the semiconductor layer 1 using the gate electrode 3 as a mask. And a step of forming the drain 5 are provided.
【0010】または、図3に例示するように、半導体層
1の上に順に積層された第一の誘電体膜2aと第一の導
電膜21とを、同一マスクを用いて帯状にパターニング
する工程と、前記第一の誘電体膜2aの両脇に表出した
前記半導体層1を酸化して、前記第一の誘電体膜2aよ
りも誘電率の低い第二の誘電体膜23を形成する工程
と、全体に半導体24を積層する工程と、前記半導体2
4を異方性エッチングして前記第一の導電膜2aの両側
壁に該半導体24を残存させ、前記第一の導電膜21と
側壁の前記半導体24によりMOSトランジスタのゲー
ト電極25を形成するとともに、該ゲート電極25の下
にある前記第一の誘電体膜2aと前記第二の誘電体膜2
4をMOSトランジスタのゲート絶縁膜26となす工程
と、前記ゲート電極25をマスクに使用し、前記半導体
層1に不純物を導入して前記MOSトランジスタのソー
ス26、ドレイン26を形成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によって達成する。Alternatively, as illustrated in FIG. 3, a step of patterning the first dielectric film 2a and the first conductive film 21 which are sequentially stacked on the semiconductor layer 1 into a strip shape using the same mask. Then, the semiconductor layer 1 exposed on both sides of the first dielectric film 2a is oxidized to form a second dielectric film 23 having a dielectric constant lower than that of the first dielectric film 2a. A step of stacking the semiconductor 24 on the whole, and the semiconductor 2
4 is anisotropically etched to leave the semiconductor 24 on both side walls of the first conductive film 2a, and a gate electrode 25 of a MOS transistor is formed by the first conductive film 21 and the semiconductor 24 on the side wall. , The first dielectric film 2a and the second dielectric film 2 under the gate electrode 25
4 as the gate insulating film 26 of the MOS transistor, and using the gate electrode 25 as a mask to introduce impurities into the semiconductor layer 1 to form the source 26 and the drain 26 of the MOS transistor. This is achieved by a method for manufacturing a semiconductor device characterized by the above.
【0011】[0011]
【作 用】本発明によれば、MOSトランジスタにおい
て、ゲート長方向に高誘電体膜2aと低誘電体膜2bを
分布させてゲート絶縁膜2を形成するとともに、ゲート
長が短くなるにつれて誘電率の高い該誘電体膜2aの分
布の割合を小さくなるようにしている。According to the present invention, in the MOS transistor, the high dielectric film 2a and the low dielectric film 2b are distributed in the gate length direction to form the gate insulating film 2, and the dielectric constant increases as the gate length decreases. The distribution ratio of the dielectric film 2a having a high temperature is set to be small.
【0012】このため、ゲート長が設計値よりも短く形
成される場合には、低誘電体膜2bの影響が大きくなっ
て閾値電圧の低減が抑制され、また、ゲート長が設計値
より大きくなる場合には、低誘電体膜2bの占める割合
は小さくなるので、閾値電圧の上昇は抑えられる。Therefore, when the gate length is formed to be shorter than the designed value, the influence of the low dielectric film 2b becomes large and the reduction of the threshold voltage is suppressed, and the gate length becomes larger than the designed value. In this case, the proportion of the low dielectric film 2b is small, so that the increase in the threshold voltage can be suppressed.
【0013】[0013]
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。 (a)本発明の第1実施例の説明 図1は、本発明の第1実施例を示す装置の断面図であ
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (A) Description of First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a sectional view of an apparatus showing a first embodiment of the present invention.
【0014】図1(d) において符号1は、p型のシリコ
ン層(半導体層)で、その上には、後述するゲート絶縁
膜2を介してゲート電極3が形成され、また、ゲート電
極3の両側のシリコン層1には自己整合的にn型ソース
層4とn型ドレイン層5が形成されており、ソース層4
とドレイン層5の距離がチャネル長となっている。In FIG. 1D, reference numeral 1 is a p-type silicon layer (semiconductor layer) on which a gate electrode 3 is formed via a gate insulating film 2 which will be described later. An n-type source layer 4 and an n-type drain layer 5 are formed in self-alignment on the silicon layer 1 on both sides of the source layer 4
The distance between the drain layer 5 and the drain layer 5 is the channel length.
【0015】上記したゲート絶縁膜2は、ゲート電極3
の中央領域の下に形成されたSiO2/Si3N4 /SiO2の三層
構造よりなる誘電率の高い高誘電率膜2aと、その両側
に形成されたSiO2よりなる誘電率の低い低誘電率膜2b
とによって形成されており、ゲート長Lが短くなるほど
高誘電率膜2aのゲート長Lに占める長さの割合が少な
くなるように構成されている。The gate insulating film 2 is formed of the gate electrode 3
High dielectric constant film 2a having a high dielectric constant composed of a three-layer structure of SiO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 formed under the central region of SiO 2 and low dielectric constant composed of SiO 2 formed on both sides thereof. Low dielectric constant film 2b
And is configured such that as the gate length L becomes shorter, the ratio of the length of the high dielectric constant film 2a to the gate length L becomes smaller.
【0016】次に、上記した実施例の作用を説明する。
まず、MOSトランジスタのチャネル長Lを、1μmか
ら段階的に小さくするとともに、高誘電率膜2aのゲー
ト長Lに占める割合を同時に低減したものを複数個形成
し、それらのゲート長Lと閾値電圧Vthを調べると図2
の実線に示すような結果が得られる。Next, the operation of the above embodiment will be described.
First, the channel length L of the MOS transistor is gradually reduced from 1 μm, and a plurality of the high dielectric constant film 2a having the ratio of the gate length L simultaneously reduced are formed. Examining Vth Fig. 2
The result shown by the solid line is obtained.
【0017】これに対して、図5(c) に示すように、ゲ
ート絶縁膜52を単一の材料により均等の膜厚で形成し
た従来のMOSトランジスタについて、ゲート長Lと閾
値電圧Vthの関係を調べると図2の破線に示すような特
性が得られる。On the other hand, as shown in FIG. 5 (c), regarding the conventional MOS transistor in which the gate insulating film 52 is formed of a single material to have a uniform film thickness, the relationship between the gate length L and the threshold voltage Vth is shown. Is obtained, the characteristics shown by the broken line in FIG. 2 are obtained.
【0018】この結果、本実施例のMOSトランジスタ
によれば、ゲート長が小さくなるにつれて閾値電圧Vth
の低減する割合が、従来のMOSトランジスタよりも少
なくなり、短チャネル効果による閾値電圧の変動が少な
いことがわかる。As a result, according to the MOS transistor of this embodiment, the threshold voltage Vth increases as the gate length decreases.
It can be seen that the rate of reduction of the threshold voltage is smaller than that of the conventional MOS transistor, and the fluctuation of the threshold voltage due to the short channel effect is small.
【0019】これは、ゲート長Lによって支配されるチ
ャネル長が短くなると高誘電体膜2aの割合も小さくな
り、閾値電圧Vthを小さくする要素が低減するからであ
る。したがって、ゲート電極3のチャネル長Lが設計値
より僅かに変化しても、閾値電圧Vthの変動は抑制さ
れ、安定した動作が得られる。This is because as the channel length governed by the gate length L becomes shorter, the proportion of the high-dielectric film 2a also becomes smaller, and the factor for reducing the threshold voltage Vth is reduced. Therefore, even if the channel length L of the gate electrode 3 slightly changes from the designed value, the fluctuation of the threshold voltage Vth is suppressed, and stable operation can be obtained.
【0020】次に、上記した実施例の製造方法を図1
(a) 〜(d) に基づいて説明する。まず、図1(a) に示す
ように、シリコン層1の上面を熱酸化して膜厚20Åの
第一のSiO2膜11を成長し、ついで、CVD法によっ
て、第一のSiO2膜11の上にSi3N4 膜12と第二のSiO2
膜13をそれぞれ20Åの厚さに成長する。Next, the manufacturing method of the above embodiment will be described with reference to FIG.
Description will be made based on (a) to (d). First, as shown in FIG. 1 (a), the upper surface of the silicon layer 1 is thermally oxidized to grow a first SiO 2 film 11 having a thickness of 20 Å, then, by a CVD method, a first SiO 2 film 11 On top of which Si 3 N 4 film 12 and second SiO 2
Each film 13 is grown to a thickness of 20Å.
【0021】この後に、全体に多結晶シリコン膜14を
形成し、その上にフォトレジスト15を塗布してこれを
露光、現像し、ゲート領域を覆う帯状のパターンを形成
し、このフォトレジスト15をマスクにして、多結晶シ
リコン膜14から第一のSiO2膜11までの各層を反応性
イオンエッチング法によりエッチングする。After that, a polycrystalline silicon film 14 is formed on the entire surface, a photoresist 15 is applied on the polycrystalline silicon film 14, and the photoresist 15 is exposed and developed to form a band-shaped pattern covering the gate region. Using the mask as a mask, each layer from the polycrystalline silicon film 14 to the first SiO 2 film 11 is etched by the reactive ion etching method.
【0022】そして、フォトレジスト15の下に残存し
た帯状の多結晶シリコン膜14をゲート電極3となし、
その下のSiO2膜11,13、Si3N4 膜12を高誘電率膜
2aとする。なお、ゲート電極3の設計ゲート長Lは、
0.3μmとする。Then, the strip-shaped polycrystalline silicon film 14 remaining under the photoresist 15 is used as the gate electrode 3,
The SiO 2 films 11 and 13 and the Si 3 N 4 film 12 thereunder are used as the high dielectric constant film 2a. The design gate length L of the gate electrode 3 is
The thickness is 0.3 μm.
【0023】この後に、ゲート電極3の下のSiO2膜1
1,13とSi3N4 膜12をウェットエッチング法により
両側方に0.05μm等方性エッチングして、ゲート電
極3の側部の下に横溝16を形成する。After this, the SiO 2 film 1 under the gate electrode 3 is formed.
1, 13 and the Si 3 N 4 film 12 are isotropically etched by 0.05 μm on both sides by a wet etching method to form a lateral groove 16 under the side portion of the gate electrode 3.
【0024】ついで、横溝16の上下に位置している多
結晶シリコン膜14とシリコン層1の表面を熱酸化して
SiO2膜17を形成し、横溝16内に形成されたSiO2膜1
7を低誘電体膜2bとする。そして、低誘電体膜2bと
高誘電体膜2aによってゲート絶縁膜2を構成する。Then, the surfaces of the polycrystalline silicon film 14 and the silicon layer 1 located above and below the lateral groove 16 are thermally oxidized.
The SiO 2 film 17 is formed, and the SiO 2 film 1 formed in the lateral groove 16 is formed.
7 is the low dielectric film 2b. Then, the low dielectric film 2b and the high dielectric film 2a form the gate insulating film 2.
【0025】次に、ゲート電極3をマスクにして、例え
ば40keV の加速エネルギーで砒素を半導体層1にイオ
ン注入し、これを活性化させてソース層4とドレイン層
5を形成する。Next, using the gate electrode 3 as a mask, arsenic is ion-implanted into the semiconductor layer 1 with an acceleration energy of, for example, 40 keV, and this is activated to form a source layer 4 and a drain layer 5.
【0026】このような工程を経てMOSトランジスタ
を形成すると、ゲート長(チャネル長)が設計値より短
くなっても、ゲート長方向の低誘電体膜2bの長さは変
わらずに高誘電体膜2aの長さだけが変化することにな
る。When a MOS transistor is formed through these steps, even if the gate length (channel length) becomes shorter than the design value, the length of the low dielectric film 2b in the gate length direction does not change and the high dielectric film is formed. Only the length of 2a will change.
【0027】この結果、ゲート長Lが設計値よりも短く
形成される場合には、低誘電体膜2bの影響が大きくな
って閾値電圧Vthの低減が抑制されることになる。ま
た、ゲート長Lが設計値より大きくなる場合には、低誘
電体膜2bの占める割合は小さくなるので、閾値電圧V
thの上昇は抑えられる。As a result, when the gate length L is formed shorter than the designed value, the influence of the low dielectric film 2b becomes large, and the reduction of the threshold voltage Vth is suppressed. Further, when the gate length L becomes larger than the design value, the ratio occupied by the low dielectric film 2b becomes small, so that the threshold voltage V
The rise of th can be suppressed.
【0028】なお、反応性イオンエッチング法によって
横溝16を形成することもでき、この場合には、イオン
供給を斜めに行うことになる。 (b)本発明の第2の実施例の説明 上記した実施例ではゲート電極を多結晶シリコン膜によ
り形成したが、タングステン、チタン、アルミニウム等
の金属やシリサイドを使用する場合にも同様に適用で
き、金属を用いる場合には、次のような製造方法を用い
ることも可能である。The lateral groove 16 can be formed by the reactive ion etching method, and in this case, the ions are supplied obliquely. (B) Description of the Second Embodiment of the Present Invention Although the gate electrode is formed of a polycrystalline silicon film in the above-mentioned embodiments, it can be similarly applied to the case of using metal such as tungsten, titanium, aluminum or silicide. When a metal is used, the following manufacturing method can be used.
【0029】そこで、その製造工程を図3に基づいて説
明する。まず、第1実施例と同様にしてシリコン層の上
にSiO2膜11/Si3N4 膜12/SiO2膜13の三層構造の高誘電
体膜2aを60Åの厚さに形成する。The manufacturing process will be described with reference to FIG. First, similarly to the first embodiment, a high dielectric film 2a having a three-layer structure of SiO 2 film 11 / Si 3 N 4 film 12 / SiO 2 film 13 is formed on the silicon layer to a thickness of 60Å.
【0030】ついで、図3(a) に示すように、CVD法
によりタングステン膜21を数千Å積層した後に、ゲー
ト領域を覆うストライプ状マスクをフォトレジスト22
により形成し、タングステン膜21から一層目のSiO2膜
11までの各層をエッチングする。Then, as shown in FIG. 3 (a), a tungsten film 21 is deposited by several thousand liters by a CVD method, and a stripe-shaped mask covering the gate region is used as a photoresist 22.
Then, each layer from the tungsten film 21 to the first layer SiO 2 film 11 is etched.
【0031】この後に、図3(b) に示すように、高誘電
体膜2aの側方にあるシリコン層1の表面を熱酸化して
膜厚60ÅのSiO2膜23を形成する。次に、図3(c) に
示すように、全体に多結晶シリコン膜24を数千Å程度
積層し、これを反応性イオンエッチング法により層に垂
直に異方性エッチングして端具す…まく21の上面を表
出させるとともに、タングステン膜21の側壁に多結晶
シリコン膜24を残存させる。Thereafter, as shown in FIG. 3B, the surface of the silicon layer 1 on the side of the high dielectric film 2a is thermally oxidized to form a SiO 2 film 23 having a film thickness of 60 Å. Next, as shown in FIG. 3 (c), a polycrystalline silicon film 24 is laminated on the entire surface in a thickness of about several thousand Å, and this is anisotropically etched perpendicularly to the layer by a reactive ion etching method to form an end tool. The upper surface of the seedling 21 is exposed and the polycrystalline silicon film 24 is left on the sidewall of the tungsten film 21.
【0032】そして、帯状のタングステン膜21とその
側方の多結晶シリコン膜24とによってゲート電極25
を構成する(図3(d))。この場合、ゲート電極25の両
側にある多結晶シリコン膜24の下に存在するSiO2膜2
3を低誘電体膜2bとする。そして、その低誘電体膜2
bと高誘電体膜2aによりゲート絶縁膜26を構成す
る。The gate electrode 25 is formed by the strip-shaped tungsten film 21 and the polycrystalline silicon film 24 on the side thereof.
(Fig. 3 (d)). In this case, the SiO 2 film 2 existing under the polycrystalline silicon film 24 on both sides of the gate electrode 25
3 is the low dielectric film 2b. Then, the low dielectric film 2
The gate insulating film 26 is constituted by b and the high dielectric film 2a.
【0033】この後に、第1実施例と同様にしてn型の
ソース層26、ドレイン層27を形成する。このような
製造工程によれば、ゲート電極25を構成する多結晶シ
リコン膜24のゲート長方向の幅はほぼ一定となるの
で、その下の低誘電体膜2aの長さは、ゲート長Lが設
計値よりも短くなる場合でも一定に保持できることにな
る。Thereafter, the n-type source layer 26 and the drain layer 27 are formed in the same manner as in the first embodiment. According to such a manufacturing process, since the width of the polycrystalline silicon film 24 forming the gate electrode 25 in the gate length direction is substantially constant, the length of the underlying low dielectric film 2a is equal to the gate length L. Even if it becomes shorter than the design value, it can be kept constant.
【0034】また、タングステン膜21とその下の高誘
電体膜2aの長さは同じになるために、タングステン膜
21が設計値よりも短くなると、ゲート長の高誘電体膜
2aが占める割合が少なくなり、閾値電圧の低下が抑制
される。Further, since the tungsten film 21 and the high-dielectric film 2a thereunder have the same length, when the tungsten film 21 becomes shorter than the designed value, the ratio of the high-dielectric film 2a having the gate length occupies. As a result, the threshold voltage is reduced and the decrease in threshold voltage is suppressed.
【0035】(c)本発明の第3実施例の説明 上記した実施例では、ゲート絶縁膜の中央領域に高誘電
体膜を形成し、その両側に低誘電体膜を形成している
が、図4に示すように、一側にのみ低誘電体膜を形成す
るようにしてもよい。(C) Description of Third Embodiment of the Present Invention In the above-mentioned embodiments, the high dielectric film is formed in the central region of the gate insulating film and the low dielectric films are formed on both sides thereof. As shown in FIG. 4, the low dielectric film may be formed only on one side.
【0036】この場合の製造工程は、図4(a) 〜(c) に
示すようになる。まず、第1実施例の図1(a),(b) に示
すと同様な方法によって、SiO2膜11、Si3N4 膜12及
びSiO2膜13を順に積層し、この上に多結晶シリコン膜
14を積層した後に、これらをストライプ状にパターニ
ングする。そして、パターニングされた多結晶シリコン
膜14はゲート電極3となる。The manufacturing process in this case is as shown in FIGS. 4 (a) to 4 (c). First, a SiO 2 film 11, a Si 3 N 4 film 12 and a SiO 2 film 13 were sequentially laminated by the same method as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) of the first embodiment, and a polycrystalline film was formed thereon. After the silicon film 14 is laminated, these are patterned into stripes. Then, the patterned polycrystalline silicon film 14 becomes the gate electrode 3.
【0037】ついで、反応性イオンエッチングを斜めに
行って、ゲート電極3の下のSiO2膜11,13とSi3N4
膜12のうちゲート長方向の一側だけをエッチングして
横溝18を形成する。Next, reactive ion etching is performed obliquely to remove the SiO 2 films 11 and 13 under the gate electrode 3 and the Si 3 N 4 film.
A lateral groove 18 is formed by etching only one side of the film 12 in the gate length direction.
【0038】この後に、第1実施例と同様な方法によ
り、横溝18にSiO2の低誘電体膜29を充填し、つい
で、ソース層4、ドレイン層5を形成する(図4(c))。
なお、ゲート電極3の下のSiO2膜11、Si3N4 膜12及
びSiO2膜13により高誘電体膜28が形成され、これと
低誘電体膜29によってゲート絶縁膜が構成される。Thereafter, the lateral groove 18 is filled with a low dielectric film 29 of SiO 2 by the same method as in the first embodiment, and then the source layer 4 and the drain layer 5 are formed (FIG. 4 (c)). ..
The SiO 2 film 11, the Si 3 N 4 film 12 and the SiO 2 film 13 under the gate electrode 3 form a high dielectric film 28, and the low dielectric film 29 forms a gate insulating film.
【0039】なお、ドレイン層5の付近は電界が強く、
ホットキャリアの発生が多いが、その上のゲート絶縁膜
は界面準位の多いSiO2/Si3N4 /SiO2の三層構造の膜で
はなく、SiO2膜29により形成されているので、ホット
キャリア耐圧は大きい。The electric field is strong near the drain layer 5,
Although many hot carriers are generated, the gate insulating film thereon is not formed of the SiO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 three-layer structure film having many interface states, but is formed of the SiO 2 film 29. The hot carrier breakdown voltage is high.
【0040】(d)本発明のその他の実施例の説明 上記した実施例では、ゲート絶縁膜となる高誘電体膜の
組み合わせとしてSiO2とSi3N4 を使用したが、Ta2O5 や
その他の高誘電率物質を使用しても同様である。(D) Description of Other Embodiments of the Present Invention In the above-mentioned embodiments, SiO 2 and Si 3 N 4 were used as the combination of the high dielectric film serving as the gate insulating film, but Ta 2 O 5 and The same applies when other high dielectric constant materials are used.
【0041】また、半導体層との界面順位を気にしなけ
れば、高誘電体膜をSi3N4 のみによって形成してもよ
い。なお、上記した実施例における半導体層は、半導体
基板自体、SOI基板の素子形成用の半導体層或いは半
導体基板のウェル等である。If the interface order with the semiconductor layer is not taken into consideration, the high dielectric film may be formed of only Si 3 N 4 . The semiconductor layer in the above-described embodiments is the semiconductor substrate itself, a semiconductor layer for forming an element of the SOI substrate, a well of the semiconductor substrate, or the like.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、MO
Sトランジスタにおいて、ゲート長方向に高誘電体膜と
低誘電体膜を分布させてゲート絶縁膜を形成するととも
に、ゲート長が短くなるにつれて誘電率の高い該誘電体
膜の分布の割合を小さくなるようにしたので、ゲート長
が設計値よりも短く形成される場合には、低誘電体膜の
影響が大きくなって閾値電圧の低減を抑制でき、また、
ゲート長が設計値より大きくなる場合には、低誘電体膜
の占める割合は小さくなるので、閾値電圧の上昇は抑え
ることができる。As described above, according to the present invention, the MO
In the S-transistor, a high dielectric film and a low dielectric film are distributed in the gate length direction to form a gate insulating film, and as the gate length becomes shorter, the distribution ratio of the dielectric film having a higher dielectric constant becomes smaller. Therefore, when the gate length is formed shorter than the design value, the influence of the low dielectric film becomes large and the reduction of the threshold voltage can be suppressed.
When the gate length is longer than the designed value, the low dielectric film occupies a small proportion, so that the increase in the threshold voltage can be suppressed.
【図1】本発明の第1実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施例装置のゲート長・閾値電圧
の関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate length and the threshold voltage of the device of the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施例を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施例を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a third embodiment of the present invention.
【図5】従来装置の製造工程の一例を示す断面図と、ゲ
ート長・閾値電圧の関係を示す特性図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of a conventional device, and a characteristic diagram showing a relationship between a gate length and a threshold voltage.
1 シリコン層(半導体層) 2 ゲート絶縁膜 2a 高誘電体膜 2b 低誘電体膜 3 ゲート電極 4 ソース層 5 ドレイン層 16、18 横溝 21 タングステン膜 23 SiO2膜(誘電体膜) 24 多結晶シリコン膜(半導体) 25 ゲート電極 26 ゲート絶縁膜1 Silicon Layer (Semiconductor Layer) 2 Gate Insulating Film 2a High Dielectric Film 2b Low Dielectric Film 3 Gate Electrode 4 Source Layer 5 Drain Layer 16, 18 Transverse Groove 21 Tungsten Film 23 SiO 2 Film (Dielectric Film) 24 Polycrystalline Silicon Film (semiconductor) 25 Gate electrode 26 Gate insulating film
Claims (3)
を介して形成されるゲート電極(3)と、該ゲート電極
(3)の両脇の前記半導体層(1)に形成されたソース
(4)、ドレイン(5)からなるMOSトランジスタを
有する半導体装置において、 前記ゲート絶縁膜(2)が、ゲート長の方向に分布する
誘電率の異なる複数の誘電体膜(2a,2b)により形
成されるとともに、ゲート長が短くなるにつれて誘電率
の高い該誘電体膜(2a)の分布の割合が小さく設定さ
れていることを特徴とする半導体装置。1. A gate insulating film (2) on a semiconductor layer (1).
Semiconductor device having a gate electrode (3) formed through the gate electrode and a MOS transistor including a source (4) and a drain (5) formed in the semiconductor layer (1) on both sides of the gate electrode (3) The gate insulating film (2) is formed of a plurality of dielectric films (2a, 2b) having different permittivities distributed in the direction of the gate length, and the dielectric constant having a higher permittivity as the gate length becomes shorter. A semiconductor device, wherein the distribution ratio of the body film (2a) is set small.
a,28)を介してMOSトランジスタのゲート電極
(3)を形成する工程と、 前記ゲート電極(3)の下にある前記第一の誘電体膜
(2a,28)のうち、ゲート長の方向の少なくとも一
端の部分をエッチングして横溝(16,18)を形成す
る工程と、 前記第一の誘電体膜(2a,28)よりも誘電率の低い
第二の誘電体膜(2b,29)を前記横溝(16,1
8)に充填して、前記第一の誘電体膜(2a,28)と
該第二の誘電体膜(2b,29)とによって前記MOS
トランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程と、 前記ゲート電極(3)をマスクにして前記半導体層
(1)に自己整合的に前記MOSトランジスタのソース
(4)、ドレイン(5)を形成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。2. A first dielectric film (2) on the semiconductor layer (1).
a, 28) to form a gate electrode (3) of a MOS transistor, and a gate length direction of the first dielectric film (2a, 28) under the gate electrode (3). A lateral groove (16, 18) by etching at least one end of the second dielectric film (2b, 29) having a dielectric constant lower than that of the first dielectric film (2a, 28). The lateral groove (16, 1
8) is filled, and the MOS is formed by the first dielectric film (2a, 28) and the second dielectric film (2b, 29).
Forming a gate insulating film of a transistor; forming the source (4) and drain (5) of the MOS transistor in a self-aligned manner on the semiconductor layer (1) using the gate electrode (3) as a mask; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
の誘電体膜(2a)と第一の導電膜(21)とを、同一
マスクを用いて帯状にパターニングする工程と、 前記第一の誘電体膜(2a)の両脇に表出した前記半導
体層(1)を酸化して、前記第一の誘電体膜(2a)よ
りも誘電率の低い第二の誘電体膜(23)を形成する工
程と、 全体に半導体(24)を積層する工程と、 前記半導体(24)を異方性エッチングして前記第一の
導電膜(2a)の両側壁に該半導体(24)を残存さ
せ、前記第一の導電膜(21)と側壁の前記半導体(2
4)によりMOSトランジスタのゲート電極(25)を
形成するとともに、該ゲート電極(25)の下にある前
記第一の誘電体膜(2a)と前記第二の誘電体膜(2
4)をMOSトランジスタのゲート絶縁膜(26)とな
す工程と、 前記ゲート電極(25)をマスクに使用し、前記半導体
層(1)に不純物を導入して前記MOSトランジスタの
ソース(26)、ドレイン(26)を形成する工程とを
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 patterning a first dielectric film (2a) and a first conductive film (21), which are sequentially stacked on a semiconductor layer (1), in a strip shape using the same mask, The second dielectric film having a lower dielectric constant than the first dielectric film (2a) is obtained by oxidizing the semiconductor layer (1) exposed on both sides of the first dielectric film (2a). A step of forming (23), a step of laminating a semiconductor (24) on the entire surface, and a step of anisotropically etching the semiconductor (24) on both side walls of the first conductive film (2a). ) Is left, and the first conductive film (21) and the semiconductor (2
4) forms the gate electrode (25) of the MOS transistor, and the first dielectric film (2a) and the second dielectric film (2) under the gate electrode (25) are formed.
4) forming the gate insulating film (26) of the MOS transistor, and using the gate electrode (25) as a mask to introduce impurities into the semiconductor layer (1) to form the source (26) of the MOS transistor, And a step of forming a drain (26).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19092A JPH05183155A (en) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | Semiconductor device and fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP19092A JPH05183155A (en) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | Semiconductor device and fabrication thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05183155A true JPH05183155A (en) | 1993-07-23 |
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ID=11467079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19092A Withdrawn JPH05183155A (en) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | Semiconductor device and fabrication thereof |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05183155A (en) |
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1992
- 1992-01-06 JP JP19092A patent/JPH05183155A/en not_active Withdrawn
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