JP2000260989A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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JP2000260989A
JP2000260989A JP11066872A JP6687299A JP2000260989A JP 2000260989 A JP2000260989 A JP 2000260989A JP 11066872 A JP11066872 A JP 11066872A JP 6687299 A JP6687299 A JP 6687299A JP 2000260989 A JP2000260989 A JP 2000260989A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
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JP11066872A
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English (en)
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Yuushirou Okabe
裕志郎 岡部
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流駆動能力を低下させずに、GIDL電流
の発生を抑止する。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、半導体基板1上
のゲート絶縁膜3上に形成されたゲート電極6に隣接す
るように基板表層に形成された低濃度のソース・ドレイ
ン領域10,11と、前記ゲート電極6の側壁部を被覆
する側壁絶縁膜12に隣接するように基板表層に形成さ
れた高濃度のソース・ドレイン領域13,14とを有す
るものにおいて、少なくとも前記低濃度のドレイン領域
11の不純物濃度が、前記低濃度のソース領域10の不
純物濃度よりも低くなるように形成されていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置とその
製造方法に関し、更に言えばGIDL(Gate Induced D
rain Leakage)の発生を抑止するLDD構造MOSトラ
ンジスタを提供する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来の半導体装置(LDD構造M
OSトランジスタ)の基本構成を説明するための断面図
である。
【0003】51は半導体基板であり、この基板51上
には素子分離膜52とゲート絶縁膜53が形成され、5
4はこのゲート絶縁膜53上にパターニング形成された
ゲート電極で、55は前記ゲート電極54の側壁部を被
覆する側壁絶縁膜である。56,57はソース・ドレイ
ン領域で、前記ゲート電極54に隣接するように基板表
層に形成された低濃度のソース・ドレイン領域58,5
9と、前記側壁絶縁膜55に隣接するように基板表層に
形成された高濃度のソース・ドレイン領域60,61と
から成るLDD(Lightly Doped Drain)構造を有して
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ここで、トランジスタ
性能に影響を及ぼす要素として、電流駆動能力とゲート
に誘起されるGIDL(Gate Induced Drain Leakage)
電流問題である。
【0005】この電流駆動能力は、主にソース領域の抵
抗成分とゲート絶縁膜の厚さに関係するので、電流駆動
能力を向上させるためには、ゲート絶縁膜の厚さを薄く
形成すれば良い。
【0006】また、GIDL電流は、ゲートとドレイン
領域との重なる部分でバンドツーバンド・トンネリング
(Band-to-Band tunneling)によって発生する漏れ電流
であり、GIDL電流を減少させるためにはドレイン領
域とゲートとの重なる部分の酸化膜を厚く形成すれば良
い。
【0007】このように電流駆動能力を向上させること
と、GIDL電流を減少させることとは、相反する(ゲ
ート絶縁膜の膜厚を薄くする、厚くする)要求となり、
最適化が困難であった。
【0008】更に、半導体素子の高集積化に応じて素子
のサイズの縮小に伴ないゲート絶縁膜の膜厚は減少する
方向である。そのため、GIDL電流の発生が増大する
ことになる。
【0009】従って、本発明では電流駆動能力を低下さ
せることなしに、GIDL電流の発生の低減化を可能に
する半導体装置とその製造方法提供することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の半導体
装置は、図5に示すように半導体基板1上のゲート絶縁
膜3上に形成されたゲート電極6に隣接するように基板
表層に形成された低濃度のソース・ドレイン領域10,
11と、前記ゲート電極6の側壁部を被覆する側壁絶縁
膜12に隣接するように基板表層に形成された高濃度の
ソース・ドレイン領域13,14とを有するものにおい
て、少なくとも前記低濃度のドレイン領域11の不純物
濃度が、前記低濃度のソース領域10の不純物濃度より
も低くなるように形成されていることを特徴とする。
【0011】また、図6に示すようにドレイン領域16
側の側壁絶縁膜23の幅が、ソース領域15側の側壁絶
縁膜22の幅よりも広く形成されていることを特徴とす
る。
【0012】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
図1に示すように半導体基板1上に素子分離膜2を形成
し、この素子分離膜2以外の活性領域の基板上にゲート
絶縁膜3を形成した後に、このゲート絶縁膜3上にゲー
ト電極形成用の導電膜6Aを形成する。次に、図2に示
すように前記導電膜6A上に形成したレジスト膜7をマ
スクにしてソース形成領域側の導電膜6Aをパターニン
グし、このパターニングされた導電膜6Bをマスクとし
て不純物をイオン注入してこの導電膜6Bに隣接するよ
うに基板表層に低濃度の第1のソース領域8を形成す
る。続いて、図3に示すように前記導電膜6B上に形成
したレジスト膜9をマスクにしてドレイン形成領域側の
導電膜6Bをパターニングしてゲート電極6を形成す
る。更に、図4に示すように前記ゲート電極6をマスク
として不純物をイオン注入してこのゲート電極6に隣接
するように基板表層に低濃度の第2のソース領域10及
び低濃度のドレイン領域11を形成する。そして、図5
に示すように前記ゲート電極6の側壁部を被覆するよう
に側壁絶縁膜12を形成し、前記ゲート電極6及び側壁
絶縁膜12をマスクとして不純物をイオン注入して側壁
絶縁膜12に隣接するように基板表層に高濃度のソース
・ドレイン領域13,14を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする。
【0013】また、前記低濃度のソース領域10の不純
物濃度が、前記低濃度のドレイン領域11の不純物濃度
よりも高くなるように形成していることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置とその
製造方法に係る一実施形態について図面を参照しながら
説明する。
【0015】図5において、1は一導電型、例えばP型
の半導体基板であり、この基板1上には素子分離膜2と
ゲート絶縁膜3が形成され、6はこのゲート絶縁膜3上
にパターニング形成されたゲート電極で、12は前記ゲ
ート電極6の側壁部を被覆する側壁絶縁膜である。1
5,16はソース・ドレイン領域で、前記ゲート電極6
に隣接するように基板表層に形成された低濃度のソース
・ドレイン領域10,11と、前記側壁絶縁膜12に隣
接するように基板表層に形成された高濃度のソース・ド
レイン領域13,14とから成るLDD(Lightly Dope
d D rain)構造を有した半導体装置(MOSトランジス
タ)である。
【0016】ここで、本発明の半導体装置の特徴は、少
なくとも前記低濃度のドレイン領域11の不純物濃度
が、前記低濃度のソース領域10の不純物濃度よりも低
くなるように形成されていることであり、ドレイン領域
側のゲート下の不純物濃度分布を最適化したことにより
電流駆動能力を低下させることなしに、GIDL電流の
発生を抑止するものである。
【0017】以下、上記半導体装置の製造方法について
説明する。
【0018】先ず、図1において、前記基板1上に周知
のLOCOS(Local Oxida tion Of Silicon)法によ
り素子分離膜2を形成し、この素子分離膜2以外の活性
領域の基板1上にゲート絶縁膜3を形成した後に、この
ゲート絶縁膜3上にゲート電極形成用の導電膜6Aを形
成する。ここで、導電膜6Aは、例えば、ポリシリコン
膜4とタングステンシリサイド(WSix)膜5から成
る積層膜である。尚、導電膜6Aは、ポリシリコン膜4
の単層膜であっても良い。
【0019】次に、図2において、前記導電膜6A上に
形成したレジスト膜7をマスクにしてソース形成領域側
の導電膜6Aをパターニングして導電膜6Bを形成す
る。続いて、前記導電膜6B及びレジスト膜7をマスク
にして逆導電型、N型不純物をイオン注入して、この導
電膜6Bに隣接するように基板表層に低濃度の第1のソ
ース領域8を形成する。本工程では、例えばリンイオン
をおよそ30KeVの加速電圧で、8×1012/cm2
の注入量でイオン注入している。
【0020】更に、図3において、前記導電膜6B上に
形成したレジスト膜8をマスクにしてドレイン形成領域
側の導電膜をパターニングしてゲート電極6を形成す
る。
【0021】次に、図4において、前記レジスト膜8を
除去した後に、前記ゲート電極6をマスクとして逆導電
型、N型不純物をイオン注入して、このゲート電極6に
隣接するように基板表層に低濃度の第2のソース領域1
0及び低濃度のドレイン領域11を形成する。本工程で
は、例えばリンイオンをおよそ30KeVの加速電圧
で、5×1012/cm2の注入量でイオン注入してい
る。
【0022】そして、図5において、前記ゲート電極6
の側壁部を被覆するように側壁絶縁膜12を形成した後
に、前記ゲート電極6及び側壁絶縁膜12をマスクにし
て逆導電型、N型不純物をイオン注入して、この側壁絶
縁膜12に隣接するように基板表層に高濃度のソース・
ドレイン領域13,14を形成する。本工程では、例え
ばヒ素イオンをおよそ40KeVの加速電圧で、4×1
15/cm2の注入量でイオン注入している。これによ
り、前記ゲート電極6に隣接するように基板表層に形成
された低濃度のソース・ドレイン領域10,11と、前
記側壁絶縁膜12に隣接するように基板表層に形成され
た高濃度のソース・ドレイン領域13,14とから成る
LDD(Lightly Doped Drain)構造のソース・ドレイ
ン領域15,16を有した半導体装置が形成される。
【0023】以上説明したように、本発明の半導体装置
では、低濃度のソース領域10は第1及び第2のイオン
注入工程により形成し、低濃度のドレイン領域11は第
2のイオン注入工程により形成し、低濃度のドレイン領
域11の不純物濃度が、前記低濃度のソース領域10の
不純物濃度よりも低くなるように形成しているため、電
流駆動能力を低下させることなしに、GIDL電流の発
生を抑止することができる。即ち、主にソース領域の抵
抗成分とゲート絶縁膜の厚さに関係する電流駆動能力に
対しては、ソース領域側のゲート下不純物濃度分布を濃
くし、電流駆動能力の低下を防ぎ、GIDL電流が発生
するドレイン領域側のゲート下不純物濃度分布は薄くす
ることで、GIDL電流の発生を抑止することができ
る。このように本発明では、ドレイン領域側のゲート下
の不純物濃度分布を最適化したことによるGIDL電流
発生の抑止が図れる。
【0024】更に本発明によれば、従来、GIDL電流
を減少させるために行われていたゲート絶縁膜の膜厚を
厚くする必要がなくなるため、更なる微細化への要求に
対応できる。
【0025】また、本発明技術をゲート電極の側壁部を
被覆する側壁絶縁膜の幅を変更する(GIDL電流が発
生するドレイン領域側の側壁絶縁膜幅を広くする)こと
で、GIDL電流発生の低減化を図る技術(例えば、特
開平7−235675号公報に見られる。)に適用すれ
ば、更なるGIDL電流の発生を抑止することが期待で
きる。
【0026】ここで、図6は上述した本発明の他の実施
形態の半導体装置の基本構成を説明するための断面図で
あり、一実施形態と同等の構成については同符号を付し
て説明を簡略する。
【0027】例えばP型の半導体基板1上には素子分離
膜2とゲート絶縁膜3が形成され、ゲート電極6の側壁
部を被覆するように側壁絶縁膜22,23が形成されて
いる。ここで、ドレイン形成領域側の側壁絶縁膜23の
幅は、ソース形成領域側の側壁絶縁膜22の幅よりも広
く形成されている。
【0028】そして、15,16はソース・ドレイン領
域で、上記一実施形態と同様に前記ゲート電極6に隣接
するように基板表層に形成された低濃度のソース・ドレ
イン領域10,11と、前記側壁絶縁膜22,23に隣
接するように基板表層に形成された高濃度のソース・ド
レイン領域13,14とから成るLDD(Lightly Dope
d Drain)構造を有した半導体装置(MOSトランジス
タ)である。
【0029】このように本発明の他の実施形態の半導体
装置によると、一実施形態で説明したドレイン領域側の
ゲート下の不純物濃度分布を最適化したことによるGI
DL電流発生の抑止効果に加えて、ドレイン領域側の側
壁絶縁膜幅を広くしたことによるGIDL電流発生の低
減効果が相乗作用して、更なるGIDL電流発生の抑止
効果が期待できる。
【0030】尚、本実施形態の説明では、P型半導体層
(基板あるいはウエル領域等)上にNチャネル型MOS
トランジスタを形成した一例を紹介したが、N型半導体
層(基板あるいはウエル領域等)上にPチャネル型MO
Sトランジスタを形成する場合も同様である。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、低濃度のドレイン領域
の不純物濃度が、低濃度のソース領域の不純物濃度より
も低く形成されているため、電流駆動能力を低下させる
ことなしに、GIDL電流の発生を抑止できる。
【0032】更に本発明によれば、従来、GIDL電流
を減少させるために行われていたゲート絶縁膜の膜厚を
厚くする必要がなくなるため、更なる微細化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図4】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図5】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を
示す断面図である。
【図6】本発明の他の実施形態の半導体装置を示す断面
図である。
【図7】従来の半導体装置を示す断面図である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上のゲート絶縁膜上に形成さ
    れたゲート電極に隣接するように基板表層に形成された
    低濃度のソース・ドレイン領域と、前記ゲート電極の側
    壁部を被覆する側壁絶縁膜に隣接するように基板表層に
    形成された高濃度のソース・ドレイン領域とを有する半
    導体装置において、 前記低濃度のソース・ドレイン領域の不純物濃度が、少
    なくともソース領域側よりもドレイン領域側が低くなる
    ように形成されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 ドレイン領域側の前記側壁絶縁膜の幅
    が、ソース領域側の前記側壁絶縁膜の幅よりも広く形成
    されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 半導体基板上のゲート絶縁膜上に形成さ
    れたゲート電極に隣接するように基板表層に形成された
    低濃度のソース・ドレイン領域と、前記ゲート電極の側
    壁部を被覆する側壁絶縁膜に隣接するように基板表層に
    形成された高濃度のソース・ドレイン領域とを有する半
    導体装置の製造方法において、 前記低濃度のソース・ドレイン領域の不純物濃度が、少
    なくともソース領域側よりもドレイン領域側が低くなる
    ように形成することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に素子分離膜を形成する工
    程と、 前記素子分離膜以外の活性領域の基板上にゲート絶縁膜
    を形成した後にこのゲート絶縁膜上にゲート電極形成用
    の導電膜を形成する工程と、 前記導電膜上に形成したレジスト膜をマスクにしてソー
    ス形成領域側の導電膜をパターニングする工程と、 前記ソース形成領域側がパターニングされた導電膜をマ
    スクとして不純物をイオン注入してこの導電膜に隣接す
    るように基板表層に低濃度の第1のソース領域を形成す
    る工程と、 前記導電膜上に形成したレジスト膜をマスクにしてドレ
    イン形成領域側の導電膜をパターニングしてゲート電極
    を形成する工程と、 前記ゲート電極をマスクとして不純物をイオン注入して
    このゲート電極に隣接するように基板表層に低濃度の第
    2のソース領域及び低濃度のドレイン領域を形成する工
    程と、 前記ゲート電極の側壁部を被覆するように側壁絶縁膜を
    形成する工程と、 前記ゲート電極及び側壁絶縁膜をマスクとして不純物を
    イオン注入して側壁絶縁膜に隣接するように基板表層に
    高濃度のソース・ドレイン領域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。
  5. 【請求項5】 前記低濃度のソース領域の不純物濃度
    が、前記低濃度のドレイン領域の不純物濃度よりも高く
    なるように形成していることを特徴とする請求項4に記
    載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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