JPH05867B2 - - Google Patents
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- JPH05867B2 JPH05867B2 JP57074890A JP7489082A JPH05867B2 JP H05867 B2 JPH05867 B2 JP H05867B2 JP 57074890 A JP57074890 A JP 57074890A JP 7489082 A JP7489082 A JP 7489082A JP H05867 B2 JPH05867 B2 JP H05867B2
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- insulating film
- magnesia spinel
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Local Oxidation Of Silicon (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はMIS型半導体装置の構造に関し、特に
単結晶絶縁膜をゲート絶縁膜に用いた新規構造の
装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the structure of an MIS type semiconductor device, and particularly to a device with a novel structure using a single crystal insulating film as a gate insulating film.
近年シリコン単結晶基板上にマグネシアスピネ
ル(MgO・Al2O3)の単結晶絶縁膜が形成可能と
なつた。かかるマグネシアスピネルは比誘導電率
がSiO2の3.9に対し、8〜9と約2倍であること
から、MIS型半導体装置のゲート絶縁膜に利用す
れば容量の増加が計れることから、トランジスタ
の伝達コンダクタンスgmが増加でき、またダイ
ナミツクメモリの蓄積電荷量が増加できる利点を
有する。 In recent years, it has become possible to form single-crystal insulating films of magnesia spinel (MgO.Al 2 O 3 ) on single-crystal silicon substrates. Since magnesia spinel has a specific dielectric constant of 8 to 9, which is about twice that of SiO 2 's 3.9, it is possible to increase the capacitance by using it for the gate insulating film of MIS type semiconductor devices. This has the advantage that the transfer conductance gm can be increased and the amount of charge stored in the dynamic memory can be increased.
しかし、マグネシアスピネル膜とシリコン基板
との界面には、電子捕獲準位Nssが1013cm-2程度
存在するため良好なデバイス特性が得られない。
これは、マグネシアスピネルの格子定数が8.02
Å,シリコンでは5.43Åであり、各々の2倍、3
倍の格子長でマツチングが合うため単結晶絶縁膜
が実現されているが、これら接合界面には共有結
合に関与しない手が多数存在するからである。 However, since an electron capture level Nss of about 10 13 cm -2 exists at the interface between the magnesia spinel film and the silicon substrate, good device characteristics cannot be obtained.
This means that the lattice constant of magnesia spinel is 8.02.
Å, 5.43Å for silicon, twice and 3 times each.
Although a single crystal insulating film has been realized because of matching with double the lattice length, there are many bonds that do not participate in covalent bonding at these bonding interfaces.
本発明は、かかる欠点を改善した新規な構造の
MIS型トランジスタを提供することにあり、その
要旨はマグネシアスピネル膜と半導体基板との間
にSiO2膜を設けることにある。 The present invention provides a novel structure that improves these drawbacks.
The purpose of the present invention is to provide a MIS type transistor, and the gist thereof is to provide a SiO 2 film between a magnesia spinel film and a semiconductor substrate.
以下、本発明をMIS型トランジスタに適用した
場合を例にとり詳細に説明する。 Hereinafter, a case where the present invention is applied to an MIS type transistor will be explained in detail, taking as an example.
第1図はMIS型トランジスタの構造を説明する
断面図であり、図において1は半導体基板、2は
単結晶絶縁膜、3は耐酸化マスクとなる絶縁膜、
4,41,42,45,47は絶縁膜、5は第1
の電極、6はイオンの飛来方向、61は不純物領
域、7はコンタクトホール、8は第2の電極をそ
れぞれ示す。 FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of an MIS transistor. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a single crystal insulating film, 3 is an insulating film serving as an oxidation-resistant mask,
4, 41, 42, 45, 47 are insulating films, 5 is the first
Reference numeral 6 indicates an ion flying direction, 61 an impurity region, 7 a contact hole, and 8 a second electrode.
半導体基板1にP型の導電性を有するシリコン
を、単結晶絶縁膜2にマグネシアスピネルを用
い、NチヤンネルMISトランジスタを作ることと
し、製造工程を順を追つて説明する。 An N-channel MIS transistor will be manufactured using silicon having P-type conductivity for the semiconductor substrate 1 and magnesia spinel for the single crystal insulating film 2, and the manufacturing process will be explained step by step.
まず、シリコン基板1の表面にマグネシアスピ
ネル膜2がエピタキシヤル成長される(第1図
a)。当該膜はゲート絶縁膜として用いることか
ら、通常のMISトランジスタで用いられる100〜
1000Å程度の厚さの範囲で所望の膜厚に形成す
る。当該エピタキシヤル成長は、H2,HC,
CO2ガスを用い、Mg,Aを塩化物として輸送
することにより行うことができる。 First, a magnesia spinel film 2 is epitaxially grown on the surface of a silicon substrate 1 (FIG. 1a). Since the film is used as a gate insulating film, it is
The film is formed to a desired thickness within a range of about 1000 Å. The epitaxial growth is performed using H 2 , HC,
This can be carried out by using CO 2 gas and transporting Mg and A as chlorides.
次に、マグネシアスピネル膜2の表面にSiO2
膜41を、続いて窒化膜3およびSiO2膜42を
順次設けた後、まずSiO2膜42を通常のフオト
エツチング処理により選択除去しパターンを形成
し、次いで当該SiO2膜パターンをマスクとして
窒化膜3、SiO2膜41,およびマグネシアスピ
ネル膜2が順次選択除去される(第1図b)。
SiO2膜41,42の膜厚は100〜500Å程度が、
窒化膜3の膜厚は500〜1000Å程度が好ましい。
SiO2膜41を設ける手段としては、気相成長法
又はスパツタ蒸着法が好ましい。 Next, SiO 2 is applied to the surface of the magnesia spinel film 2.
After sequentially providing the film 41, followed by the nitride film 3 and the SiO 2 film 42, the SiO 2 film 42 is selectively removed by normal photo etching to form a pattern, and then nitriding is performed using the SiO 2 film pattern as a mask. The film 3, the SiO 2 film 41, and the magnesia spinel film 2 are sequentially selectively removed (FIG. 1b).
The thickness of the SiO 2 films 41 and 42 is approximately 100 to 500 Å.
The thickness of the nitride film 3 is preferably about 500 to 1000 Å.
As a means for providing the SiO 2 film 41, a vapor phase growth method or a sputter deposition method is preferable.
次に、酸素雰囲気中で熱処理によりSiO2膜4
が形成される(第1図c)。当該SiO2膜4は、素
子分離に用いる必要上0.5〜1ミクロン程度の膜
厚が好ましい。 Next, the SiO 2 film 4 is formed by heat treatment in an oxygen atmosphere.
is formed (Fig. 1c). The SiO 2 film 4 preferably has a thickness of about 0.5 to 1 micron because it is necessary for device isolation.
次に、SiO2膜42,窒化膜3,SiO2膜41が
順次除去された後、酸化雰囲気中で熱処理により
SiO2膜45が設けられる(第1図d)。SiO2膜4
2,41を除去する際SiO2膜4の表面も多少除
去されるが膜厚が厚いので減少量は無視できる。
窒化膜3の除去は加熱されたリン酸溶液を用いる
が、当該液はマグネシアスピネルをエツチングす
る能力があり、SiO2膜41はこれを防止する役
割を有している。SiO2膜45は、マグネシアス
ピネル膜2の中を酸素が拡散し、シリコン基板1
表面で非晶質なSiO2膜となる結果形成されるも
のである。当該SiO2膜45は、マグネシアスピ
ネル膜2とシリコン基板1との界面の電子捕獲準
位を低減するために設けられるものであり、膜厚
は数10〜100Å程度あれば充分である。当該SiO2
膜45を100Å以上にするのは自由であるが、ト
ランジスタ特性を向上する上でゲート絶縁膜の容
量は大きいことが望ましく、このためには比誘導
電率の大きなマグネシアスピネル膜の膜厚が厚い
ことが必要である。 Next, after the SiO 2 film 42, nitride film 3, and SiO 2 film 41 are removed in sequence, they are removed by heat treatment in an oxidizing atmosphere.
A SiO 2 film 45 is provided (FIG. 1d). SiO 2 film 4
When removing 2 and 41, the surface of the SiO 2 film 4 is also removed to some extent, but since the film is thick, the amount of reduction can be ignored.
A heated phosphoric acid solution is used to remove the nitride film 3, but this solution has the ability to etch magnesia spinel, and the SiO 2 film 41 has the role of preventing this. In the SiO 2 film 45, oxygen diffuses through the magnesia spinel film 2, and the silicon substrate 1
It is formed as a result of an amorphous SiO 2 film on the surface. The SiO 2 film 45 is provided to reduce the electron capture level at the interface between the magnesia spinel film 2 and the silicon substrate 1, and a film thickness of several tens to 100 angstroms is sufficient. The SiO2
Although the thickness of the film 45 can be freely set to 100 Å or more, it is desirable that the capacitance of the gate insulating film is large in order to improve transistor characteristics, and for this purpose, a thick magnesia spinel film with a large specific dielectric constant is used. It is necessary.
次に、多結晶シリコン膜5が設けられた後、通
常のフオトエツチング処理により所望のパターン
が形成される(第1図e)。当該多結晶シリコン
膜5は電極として用いるため不純物を含ませる必
要があり、かかる不純物の導入は膜形成時には雰
囲気中に含ませつも良く、また、膜形成後に熱拡
散又はイオン打込み等の手段で行つても良く、選
択は自由である。 Next, after a polycrystalline silicon film 5 is provided, a desired pattern is formed by a normal photoetching process (FIG. 1e). Since the polycrystalline silicon film 5 is used as an electrode, it is necessary to contain impurities, and such impurities may be introduced into the atmosphere during film formation, or may be carried out by thermal diffusion or ion implantation after film formation. The choice is free.
次に、りん,ひ素等のN型不純物6がイオン打
込みされ、続いて熱処理を行うことによりシリコ
ン基板1の表面にN型不純物領域61は形成され
る(第1図f)。 Next, an N-type impurity 6 such as phosphorus or arsenic is ion-implanted, followed by heat treatment to form an N-type impurity region 61 on the surface of the silicon substrate 1 (FIG. 1f).
次に、絶縁膜47が設けられた後、通常のフオ
トエツング処理によりコンタクトホール7が形成
される(第1図g)。 Next, after an insulating film 47 is provided, a contact hole 7 is formed by a normal photo etching process (FIG. 1g).
次に、アルミニウム等の金属膜8が設けられた
後、フオトエツング処理により選択除去されMIS
トランジスタが形成される(第1図h)。 Next, after a metal film 8 of aluminum or the like is provided, it is selectively removed by a photo etching process and the MIS
A transistor is formed (FIG. 1h).
第2図は本発明を用いてMISトランジスタを形
成する他の実施例を説明する図である。図におい
て第1図と同記号は同機能を有する物質を示して
おり、43,44は絶縁膜である。 FIG. 2 is a diagram illustrating another embodiment of forming a MIS transistor using the present invention. In the figure, the same symbols as in FIG. 1 indicate substances having the same functions, and 43 and 44 are insulating films.
半導体基板1にシリコンを、単結晶絶縁膜2に
マグネシアスピネルを用い、Nチヤンネルトラン
ジスタを作ることとし、製造工程を順を追つて説
明する。 An N-channel transistor will be manufactured using silicon for the semiconductor substrate 1 and magnesia spinel for the single crystal insulating film 2, and the manufacturing process will be explained step by step.
まずシリコン基板1の表面にSiO2膜43を、
続いて窒化膜3,SiO2膜44を順次設ける(第
2図a)。 First, a SiO 2 film 43 is placed on the surface of the silicon substrate 1.
Subsequently, a nitride film 3 and a SiO 2 film 44 are sequentially provided (FIG. 2a).
次に、通常のフオトエツチング処理により
SiO2膜44が選択除去され、所望のパターンが
形成され、続いて当該パターンをマスクとして窒
化膜3およびSiO2膜43が順次選択除去される
(第2図b)。 Next, by normal photoetching process
The SiO 2 film 44 is selectively removed to form a desired pattern, and then the nitride film 3 and the SiO 2 film 43 are sequentially selectively removed using the pattern as a mask (FIG. 2b).
次に、酸化雰囲気中での熱処理により素子分離
のための厚いSiO2膜4が形成される(第2図
c)。 Next, a thick SiO 2 film 4 for element isolation is formed by heat treatment in an oxidizing atmosphere (FIG. 2c).
次にSiO2膜44が、続いて窒化膜3、SiO2膜
43が順次除去され、シリコン基板1表面の一部
が露出された後、マグネシアスピネル膜2がエピ
タキシヤル成長される(第2図d)。 Next, the SiO 2 film 44, the nitride film 3, and the SiO 2 film 43 are sequentially removed to expose a part of the surface of the silicon substrate 1, and then the magnesia spinel film 2 is epitaxially grown (see FIG. 2). d).
当該エピタキシヤル成長は、シリコン基板1の
表面が露出された部分に行われるが、SiO2膜4
の表面には多結晶膜であつても形成されない。こ
れはエピタキシヤル成長雰囲気中のHCガスの
作用によりSiO2上のマグネシアスピネルがエツ
チングされるためと本発明者は考えている。 The epitaxial growth is performed on the exposed surface of the silicon substrate 1, but the SiO 2 film 4
Even if it is a polycrystalline film, it is not formed on the surface. The inventor believes that this is because the magnesia spinel on SiO 2 is etched by the action of HC gas in the epitaxial growth atmosphere.
当該構造が形成された後、酸化雰囲気中での熱
処理により第1図dと同じ構造となり、以下第1
図に示したと同じ方法MISトランジスタが形成さ
れる。 After this structure is formed, heat treatment in an oxidizing atmosphere results in the same structure as in Figure 1d, and hereafter referred to as Figure 1.
The MIS transistor is formed in the same way as shown in the figure.
本発明によれば、界面準位はゲート絶縁膜に
SiO2を用いた従来のMISトランジスタとほとん
ど同程度にできる上に、ゲート容量を大きく出来
るため、MISトランジスタ特性を向上できること
は明らかである。 According to the present invention, the interface state is formed in the gate insulating film.
It is clear that MIS transistor characteristics can be improved because it can be made to be almost the same as a conventional MIS transistor using SiO 2 and the gate capacitance can be increased.
また、ダイナミツクメモリのMIS容量に本発明
を用いれば蓄積される電荷密度が増加できるた
め、α線によるソフトエラーが低減でき、またパ
ターン寸法を小さくし集積密度が向上できる。 Furthermore, if the present invention is applied to the MIS capacitor of a dynamic memory, the accumulated charge density can be increased, so soft errors caused by α rays can be reduced, and the pattern size can be reduced to improve the integration density.
なお、上記説明ではシリコン基板上にマグネシ
アスピネルを気相成長したが、サフアイアを気相
成長した場合にも本発明は適用できる。 In the above description, magnesia spinel is grown in a vapor phase on a silicon substrate, but the present invention can also be applied to a case in which sapphire is grown in a vapor phase.
第1図は、本発明の一実施例を説明するための
図、第2図は他の実施例を説明するための図で各
工程図における半導体装置の断面を示す。図にお
いて1は半導体基板、2は単結晶絶縁膜、3は絶
縁膜、4,41,42,43,44,45,47
は絶縁膜、5は電極、6はイオンの飛来方向、6
1は不純物領域、7はコンタクトホール、8は電
極をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining another embodiment, showing a cross section of a semiconductor device in each process diagram. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a single crystal insulating film, 3 is an insulating film, 4, 41, 42, 43, 44, 45, 47
is an insulating film, 5 is an electrode, 6 is an ion flying direction, 6
1 is an impurity region, 7 is a contact hole, and 8 is an electrode.
Claims (1)
タのゲート絶縁膜が、該半導体基板上に設けられ
た非晶質絶縁膜と、該非晶質絶縁膜上に設けられ
た単結晶絶縁膜との積層膜で構成されていること
を特徴とする半導体装置。 2 半導体基板がシリコン、非晶質絶縁膜が
SiO2、単結晶絶縁膜がマグネシアスピネル又は
サフアイヤである第1項に記載の半導体装置。[Claims] 1. A gate insulating film of an MIS transistor provided on a semiconductor substrate includes an amorphous insulating film provided on the semiconductor substrate and a single crystal provided on the amorphous insulating film. A semiconductor device comprising a laminated film including an insulating film. 2 The semiconductor substrate is silicon and the amorphous insulating film is
2. The semiconductor device according to item 1, wherein the SiO 2 single crystal insulating film is magnesia spinel or saphire.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57074890A JPS58191472A (en) | 1982-05-04 | 1982-05-04 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57074890A JPS58191472A (en) | 1982-05-04 | 1982-05-04 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58191472A JPS58191472A (en) | 1983-11-08 |
| JPH05867B2 true JPH05867B2 (en) | 1993-01-06 |
Family
ID=13560413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57074890A Granted JPS58191472A (en) | 1982-05-04 | 1982-05-04 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58191472A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57211267A (en) * | 1981-06-22 | 1982-12-25 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
-
1982
- 1982-05-04 JP JP57074890A patent/JPS58191472A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58191472A (en) | 1983-11-08 |
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