JP2856166B2 - MOSFET and manufacturing method thereof - Google Patents

MOSFET and manufacturing method thereof

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JP2856166B2
JP2856166B2 JP21377696A JP21377696A JP2856166B2 JP 2856166 B2 JP2856166 B2 JP 2856166B2 JP 21377696 A JP21377696 A JP 21377696A JP 21377696 A JP21377696 A JP 21377696A JP 2856166 B2 JP2856166 B2 JP 2856166B2
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drain
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昭雄 古川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置(MO
SFET)の構造および製造方法に関するものである。
The present invention relates to a semiconductor device (MO)
SFET) and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFETのスイッチング速度を向上
する上で、オン電流の向上は重要である。このオン電流
の向上にはキャリヤ速度の向上やキャリヤ濃度の増加が
必要となる。このために通常はスケーリング則に沿っ
て、ゲート長の微細化による横方向電界の増加やゲート
絶縁膜の薄膜化によるキャリヤ濃度の増加が行われてい
る。このようにして実現されるオン電流の向上はMOS
FETの微細化による世代の進化に対応するものであ
る。
2. Description of the Related Art To improve the switching speed of a MOSFET, it is important to improve the on-current. To improve the on-current, it is necessary to increase the carrier speed and the carrier concentration. For this purpose, the lateral electric field is generally increased by reducing the gate length, and the carrier concentration is increased by reducing the thickness of the gate insulating film, according to the scaling rule. The improvement of the on-current realized in this way is based on MOS
This corresponds to the evolution of the generation due to the miniaturization of the FET.

【0003】しかし、ゲート長もゲート絶縁膜厚も同じ
世代のMOSFETでオン電流を向上する技術は、微細
化に頼らずに演算速度を向上するという意味で極めて重
要である。そのためには、いかにしてキャリヤの速度を
向上させるかが求められる。このための方法として、チ
ャネルの横方向電界を大きくする方法が提案されてい
る。その構造は図4に示すようなものであり、A. Hirok
i他、“A High Performance 0.1μm MOSFET with Asymm
etric Channel Profile", Digest of IEDM 95,pp.439-4
42)により提案されている。この構造により、チャネル
部の横方向の内部電界が大きくなり、チャネル横方向の
不純物濃度分布が一定で内部電界が存在しない場合に比
べ、オン電流が通常より20%程度多くとれた。
However, a technique for improving the on-current in MOSFETs of the same generation having the same gate length and gate insulating film thickness is extremely important in terms of improving the operation speed without relying on miniaturization. To do so, it is necessary to improve the speed of the carrier. As a method for this, a method of increasing the lateral electric field of the channel has been proposed. The structure is as shown in FIG.
i et al., “A High Performance 0.1μm MOSFET with Asymm
etric Channel Profile ", Digest of IEDM 95, pp.439-4
42). With this structure, the internal electric field in the lateral direction of the channel portion was increased, and the on-current was increased by about 20% as compared with a case where the impurity concentration distribution in the channel lateral direction was constant and no internal electric field was present.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ゲート長を微細化せず
にオン電流を向上する従来の技術におけるチャネル不純
物分布は、図4(a)に示すように、チャネル不純物領
域41は横方向にボロン濃度分布が一様なB1と横方向
にソースからドレインに向かって濃度が減少するボロン
分布をもつB2からなるものであった。これにより、図
4(b)に示すように、基板とゲート絶縁膜界面の伝導
帯エネルギーがソース側で高く、ドレイン側で低くなり
内部電界が形成されていた。そして、この内部電界によ
り、電子が加速され、オン電流を向上させていた。
As shown in FIG. 4A, the channel impurity distribution in the prior art for improving the on-current without reducing the gate length is that the channel impurity region 41 is formed of boron in the lateral direction. It consisted of B1 having a uniform concentration distribution and B2 having a boron distribution in which the concentration decreased in the lateral direction from the source to the drain. As a result, as shown in FIG. 4B, the conduction band energy at the interface between the substrate and the gate insulating film was high on the source side and low on the drain side, and an internal electric field was formed. Then, the electrons are accelerated by the internal electric field, and the on-current is improved.

【0005】しかし、このようなチャネル不純物分布構
造で問題となるのは、内部電界を形成するためにチャネ
ルのソース側の不純物濃度を高めているため、ゲート絶
縁膜と基板界面近傍の基板に垂直な方向の電界(縦方向
電界)が強かったことである。通常、移動度はこの縦方
向電界に依存し、縦方向電界が大きいとゲート絶縁膜4
2と基板界面のラフネスに起因する移動度低下が見られ
る。このため、図4(c)に示すようにチャネルのソー
ス近傍での移動度は縦方向電界が大きいことを反映して
小さく、ドレインに近づくに従い大きくなり、電子速度
は期待したものより低下していた。
However, a problem with such a channel impurity distribution structure is that since the impurity concentration on the source side of the channel is increased in order to form an internal electric field, the channel is perpendicular to the substrate near the interface between the gate insulating film and the substrate. That is, the electric field in the various directions (longitudinal electric field) was strong. Usually, the mobility depends on this vertical electric field, and when the vertical electric field is large, the gate insulating film 4
2 and a decrease in mobility due to the roughness of the substrate interface is observed. For this reason, as shown in FIG. 4C, the mobility of the channel near the source is small reflecting the large vertical electric field, becomes larger as approaching the drain, and the electron velocity is lower than expected. Was.

【0006】本発明の目的は、このソース側における縦
方向電界を減少し、ソース側において移動度を向上し、
オン電流をより大きくできる構造を有するMOSFET
およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to reduce the vertical electric field on the source side, improve the mobility on the source side,
MOSFET with a structure that can increase on-current
And a method for manufacturing the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】以後の説明においては、
伝導キャリヤを生成する不純物と逆型の不純物を第1伝
導型不純物とし、伝導キャリヤを生成する不純物を第2
伝導型不純物とする。また、具体的にはn型MOSFE
Tにおいては、第1伝導型不純物としては正孔を生成す
ることが可能な、ボロン、ガリウム、アルミニウム、イ
ンジウムなどが挙げられ、第2伝導型不純物としては電
子を生成することが可能な、燐、砒素、アンチモン、ビ
スマスなどが挙げられる。p型MOSFETにおいて
は、n型とは逆に、第1伝導型不純物としては電子を生
成することが可能な、燐、砒素、アンチモン、ビスマス
などが挙げられ、第2伝導型不純物としては正孔を生成
することが可能な、ボロン、ガリウム、アルミニウム、
インジウムなどが挙げられる。
Means for Solving the Problems In the following description,
The impurity of the opposite type to the impurity that forms the conduction carrier is the first conductivity type impurity, and the impurity that forms the conduction carrier is the second impurity.
Conductive impurities. Also, specifically, an n-type MOSFE
In T, boron, gallium, aluminum, indium, or the like, which can generate holes, is used as the first conductivity type impurity, and phosphorus, which can generate electrons, is used as the second conductivity type impurity. , Arsenic, antimony, bismuth and the like. In the p-type MOSFET, contrary to the n-type, the first conductivity type impurities include phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, etc., which can generate electrons, and the second conductivity type impurities are holes. Capable of producing boron, gallium, aluminum,
And indium.

【0008】本発明のMOSFETの構造の第1の態様
は、ゲート絶縁膜との界面から離れた領域においては第
1伝導型不純物が、ソースからドレインに向かいその濃
度が減少する分布をもち、上記界面に近いチャネル部分
では第2伝導型不純物がソースからドレインに向かい減
少する分布をもつ構造を有する。
According to a first aspect of the MOSFET structure of the present invention, in a region away from the interface with the gate insulating film, the first conductivity type impurity has a distribution in which the concentration decreases from the source to the drain, and The channel portion near the interface has a structure in which the second conductivity type impurity has a distribution that decreases from the source to the drain.

【0009】本発明のMOSFETの構造の第2の態様
は、上記第1の態様のMOSFETにおいて、ゲート絶
縁膜と基板の界面のポテンシャルが、n型MOSFET
においてはソースからドレインに向かい一定かまたは増
加し、p型MOSFETにおいてはソースからドレイン
に向かい一定かまたは減少するようにチャネル領域の不
純物分布が形成されている構造を有する。
According to a second aspect of the MOSFET structure of the present invention, in the MOSFET of the first aspect, the potential at the interface between the gate insulating film and the substrate is an n-type MOSFET.
Has a structure in which the impurity distribution of the channel region is formed so as to be constant or increased from the source to the drain, and to be constant or decreased from the source to the drain.

【0010】本発明のMOSFETの製造方法の第1の
態様は、MOSFETのチャネル不純物領域形成におい
て、レジスト塗布および露光および現像工程をへてチャ
ネル不純物形成領域の該レジストを除去する工程と、第
1伝導型不純物を前記レジストをマスクに第1のイオン
注入を行う工程と、第1伝導型不純物をドレイン方向か
らソース方向に傾斜をつけて第1のイオン注入より低エ
ネルギーで第2のイオン注入を行う工程と、第2伝導型
不純物をドレイン方向からソース方向に傾斜をつけて第
2のイオン注入より不純物分布が浅くなるように第3の
イオン注入をおこない、チャネル不純物領域を形成する
工程を有する。
In a first aspect of the method for manufacturing a MOSFET according to the present invention, in forming a channel impurity region of a MOSFET, a step of removing the resist in the channel impurity forming region through a resist coating, exposure, and developing steps; Performing a first ion implantation of a conduction type impurity using the resist as a mask; and performing a second ion implantation at a lower energy than the first ion implantation by inclining the first conduction type impurity from a drain direction to a source direction. And forming a channel impurity region by performing third ion implantation such that the second conductivity type impurity is inclined from the drain direction to the source direction so that the impurity distribution becomes shallower than the second ion implantation. .

【0011】本発明のMOSFETの製造方法の第2の
態様は、MOSFETのチャネル不純物領域形成におい
て、レジスト塗布および露光および現像工程をへてチャ
ネル不純物形成領域の該レジストを除去し、第1伝導型
不純物を前記レジストをマスクに第1のイオン注入を行
う工程と、ゲート絶縁膜およびゲート電極材料を形成
し、レジスト塗布および露光および現像およびゲート電
極をエッチングする工程と、第1伝導型不純物をソース
方向からドレイン方向へ傾斜をつけて第1のイオン注入
より低エネルギーで第2のイオン注入を行う工程と、第
2伝導型不純物をソース方向からドレイン方向へ傾斜を
つけて第2のイオン注入より不純物分布が浅くなるよう
に第3のイオン注入をおこない、チャネル不純物領域を
形成する工程を有する。
In a second aspect of the method of manufacturing a MOSFET according to the present invention, in forming a channel impurity region of a MOSFET, the resist in the channel impurity forming region is removed through a resist coating, exposure, and development steps to form a first conductive type. Performing a first ion implantation of impurities using the resist as a mask, forming a gate insulating film and a gate electrode material, applying resist, exposing and developing, and etching the gate electrode; Performing a second ion implantation at a lower energy than the first ion implantation by inclining from the direction to the drain direction, and performing the second ion implantation by inclining the second conductivity type impurity from the source direction to the drain direction. Forming a channel impurity region by performing third ion implantation so that the impurity distribution becomes shallow. .

【0012】上記のMOSFETの製造方法において
は、第1のイオン注入工程を省略しても良く、上記第2
の態様に関するものにおいては、第2のイオン注入の前
にゲート側面に薄い側壁絶縁膜を形成する工程を含んで
いても良い。
In the above-described method for manufacturing a MOSFET, the first ion implantation step may be omitted.
The method according to the above aspect may include a step of forming a thin sidewall insulating film on the side surface of the gate before the second ion implantation.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明により、MOSFETのオ
ン電流の向上が図れることを以下に説明する。オン電流
を増加するための要因は二つあり、一つ目はキャリヤ濃
度増加であり、二つ目はキャリヤ速度の増加である。本
発明はキャリヤ速度の増加に関するものである。そし
て、キャリヤ速度の増加には二つの方法があり、キャリ
ヤ移動度の増加とソースからドレインに向かう横方向加
速電界の増加である。前記従来技術の項で述べたのはソ
ース側の加速電界の増加であるが、問題点としてキャリ
ヤ移動度向上との両立が図れなかった。本発明の方法
は、横方向加速電界に加えキャリヤ移動度も向上して、
キャリヤ速度を増加しオン電流を向上させ得る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The improvement of the ON current of a MOSFET according to the present invention will be described below. There are two factors for increasing the on-current, the first is an increase in carrier concentration, and the second is an increase in carrier speed. The present invention is concerned with increasing carrier speed. There are two methods for increasing the carrier velocity, namely, increasing the carrier mobility and increasing the lateral acceleration electric field from the source to the drain. Although the increase in the acceleration electric field on the source side has been described in the section of the prior art, it has not been possible to achieve compatibility with an improvement in carrier mobility as a problem. The method of the present invention improves the carrier mobility in addition to the lateral acceleration electric field,
Carrier speed can be increased to improve on-current.

【0014】一般に室温におけるSiの電子または正孔
(キャリヤ)の移動度は、不純物の濃度などによって決
まる。しかし、0.25μm以下の微細なゲート長を有
する表面チャネル型MOSFETの場合は縦方向電界が
強いため、キャリヤがゲート絶縁膜に強く押し付けられ
ることになり、ゲート絶縁膜とシリコンの界面のラフネ
スによる散乱でキャリヤ移動度は低下する。このため、
実際に使用するMOSFETではそのキャリヤの移動度
は界面ラフネス散乱で主に決まってしまう。この界面ラ
フネス散乱の影響を減少してキャリヤ移動度向上を図る
ためには、縦方向電界を減少するような構造にすれば
い。それにより、ラフネス散乱の影響が弱まりキャリヤ
移動度が向上する。
In general, the mobility of Si electrons or holes (carriers) at room temperature is determined by the concentration of impurities and the like. However, in the case of a surface channel type MOSFET having a fine gate length of 0.25 μm or less, since the vertical electric field is strong, the carrier is strongly pressed against the gate insulating film, and the roughness due to the roughness of the interface between the gate insulating film and silicon. Scattering reduces carrier mobility. For this reason,
In an actually used MOSFET, the carrier mobility is mainly determined by interface roughness scattering. In order to improve the carrier mobility by reducing the influence of the interface roughness scattering, a structure which reduces the vertical electric field may be employed. As a result, the influence of roughness scattering is reduced and carrier mobility is improved.

【0015】縦方向電界を弱める方法は、ゲート絶縁膜
界面近傍に第2伝導型不純物を導入することである。こ
れにより、例えばn型MOSFETの場合は伝導帯の底
のエネルギーの深さ依存性が界面近傍で弱まり縦方向電
界が減少する。但し、この場合は単純に表面に第2伝導
型不純物を導入するとしきい値が下がるため、その下の
部分は第1伝導型不純物を高濃度に設定するなど、目的
のしきい値を実現する設計は必要である。
A method for weakening the vertical electric field is to introduce a second conductivity type impurity near the gate insulating film interface. As a result, for example, in the case of an n-type MOSFET, the dependence of the energy at the bottom of the conduction band on the depth decreases near the interface, and the vertical electric field decreases. However, in this case, simply introducing the second conductivity type impurity into the surface lowers the threshold value. Therefore, the target threshold value is achieved by setting the first conductivity type impurity to a high concentration in the lower portion. Design is necessary.

【0016】本発明においては、キャリヤ移動度増加に
加えチャネルの横方向電界を形成するために、しきい値
をソース側では高く、ドレイン側では低く設定するよう
にチャネル不純物分布を設計する。このようなしきい値
分布にすれば、例えば電子に対してはその伝導帯エネル
ギーがソースからドレインに向かい減少するようになる
ため、横方向電界が形成できるからである。このように
設計するためには、通常のチャネル不純物(第1伝導型
不純物)導入に加え、ソースからドレインに向かい濃度
が減少するように第1伝導型不純物を導入し、さらにチ
ャネルの表面近傍には第2伝導型不純物を、ソースから
ドレインに向かって減少するように導入する。これによ
りソース側ではしきい値が高くしかも縦方向電界は弱
く、ドレイン側ではしきい値が低く縦方向電界はやや高
くなる。この方法の場合、ドレイン側ではキャリヤ移動
度が小さいが、MOSFETの動作時にはドレイン近傍
はピンチオフとなり、この部分では横方向電界が非常に
強いため、電子速度にはあまり影響がない。ソース側で
はキャリヤ移動度向上と横方向電界増加が実現されるた
め、より多くの電流が流せることになり、MOSFET
のスイッチング速度の向上が図れる。例えば、動作時の
縦方向電界をゼロにすれば移動度は電子で800cm2
/Vs程度、正孔では200cm2/Vs程度となり、
通常に比べ4倍程度の向上となる。またこのキャリヤ移
動度向上に加え、ソース側の横方向電界を50kV/c
mと従来の1.5倍程度にすれば、オン電流は少なくと
も2倍以上の向上が可能である。
In the present invention, the channel impurity distribution is designed so that the threshold is set high on the source side and low on the drain side in order to form a lateral electric field in the channel in addition to increasing the carrier mobility. With such a threshold distribution, for example, the conduction band energy of electrons decreases from the source to the drain, so that a lateral electric field can be formed. In order to design in this way, in addition to the introduction of the normal channel impurity (first conductivity type impurity), the first conductivity type impurity is introduced so that the concentration decreases from the source to the drain, and further, the vicinity of the surface of the channel is introduced. Introduces the second conductivity type impurity so as to decrease from the source to the drain. Thus, the threshold value is high on the source side and the vertical electric field is weak, and the threshold value is low on the drain side and the vertical electric field is slightly high. In this method, the carrier mobility is small on the drain side, but pinch-off occurs near the drain during operation of the MOSFET, and since the lateral electric field is very strong in this portion, the electron velocity is not significantly affected. On the source side, carrier mobility is improved and lateral electric field is increased, so more current can flow and MOSFET
Switching speed can be improved. For example, if the vertical electric field during operation is set to zero, the mobility is 800 cm 2 for electrons.
/ Vs, about 200 cm 2 / Vs for holes,
The improvement is about four times as much as usual. In addition to the improvement of carrier mobility, the lateral electric field on the source side is reduced to 50 kV / c.
If the value of m is set to about 1.5 times the conventional value, the on-current can be improved at least twice or more.

【0017】次に、本発明の実施形態について図面を参
照して説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0018】MOSFETの構造の断面模式図である図
1を参照すると、本発明の第1の実施の形態は、n型M
OSFETの場合は以下の通りになっている。p型MO
SFETの場合は不純物を逆型にすればよい。
Referring to FIG. 1, which is a schematic sectional view of the structure of a MOSFET, a first embodiment of the present invention is an n-type MOSFET.
The case of OSFET is as follows. p-type MO
In the case of an SFET, the impurities may be reversed.

【0019】チャネル不純物領域1はB1、B2および
Asの3つの不純物領域が重なったものからなり、十分
深い部分はp型不純物がゲート下で一様となるようにド
ープされており(B1)、やや深い部分はp型不純物が
ソースからドレインに向かいその濃度が減少する分布
(B2)をもち、浅い部分はn型不純物がソースからド
レインに向かい濃度が減少する分布(As)をもつ。図
1(a)で深さAでの不純物濃度分布は、図1(b)の
ように、B1領域のp型不純物が一様に分布したものに
加えて、B2領域の不純物がソース側で多く、ドレイン
側で減少するようにし、さらにそれに加えてAs領域の
n型不純物がソース側で多く、ドレイン側で減少するよ
うにする。他方、深さBでは、図1(c)に示すよう
に、B1およびAs領域の不純物は深さAのときに比べ
濃度を小さくし、B2領域の不純物のみ多くする。どの
電極にも電圧印加のない場合の基板とゲート絶縁膜界面
の伝導帯下端のエネルギーは、図1(d)に示すように
ソースからゲート下に入ったところで一旦エネルギーは
高くなるが、その後はゲート下ではドレインに向かって
一定(α)かまたは低くなる(β)ように不純物濃度を
設定する。図1(e)に示すように、縦方向電界はソー
ス側で小さく、ドレイン側で大きくなり、移動度はソー
ス側で大きくドレイン側で小さくなる。B1、B2、A
sの濃度分布は図1(d)、図1(e)および所望のし
きい値が満たされるように設計する。
The channel impurity region 1 is formed by overlapping three impurity regions B1, B2 and As, and a sufficiently deep portion is doped so that p-type impurities are uniform under the gate (B1). The slightly deeper portion has a distribution (B2) in which the concentration of the p-type impurity decreases from the source to the drain, and the shallower portion has a distribution (As) in which the concentration of the n-type impurity decreases from the source to the drain. In FIG. 1A, the impurity concentration distribution at the depth A is such that, as shown in FIG. 1B, in addition to the distribution of the p-type impurity in the B1 region uniformly, the impurity in the B2 region has The n-type impurity in the As region is increased on the source side and decreased on the drain side. On the other hand, at the depth B, as shown in FIG. 1C, the concentration of the impurities in the B1 and As regions is lower than that in the depth A, and only the impurity in the B2 region is increased. When no voltage is applied to any of the electrodes, the energy at the bottom of the conduction band at the interface between the substrate and the gate insulating film temporarily increases when entering from the source to below the gate as shown in FIG. The impurity concentration is set so as to be constant (α) or lower (β) toward the drain under the gate. As shown in FIG. 1E, the vertical electric field is small on the source side and large on the drain side, and the mobility is large on the source side and small on the drain side. B1, B2, A
The concentration distribution of s is designed so as to satisfy FIGS. 1D and 1E and a desired threshold value.

【0020】本発明の第2の実施の形態について図面を
参照して説明する。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0021】MOSFETの製造方法の断面模式図であ
る図2を参照すると、本発明の第2の実施の形態は、n
型MOSFETの場合は以下の通りになっている。p型
MOSFETの場合は不純物を逆型にすればよい。
Referring to FIG. 2 which is a schematic cross-sectional view of a method for manufacturing a MOSFET, a second embodiment of the present invention
The case of a type MOSFET is as follows. In the case of a p-type MOSFET, the impurity may be reversed.

【0022】MOSFETのチャネル不純物領域形成に
おいて、図2(a)に示すように、基板11上にポジレ
ジスト12を塗布し、露光および現像工程をへてチャネ
ル不純物形成領域のポジレジスト12を除去する。その
後、前記レジストをマスクにp型の不純物をイオン注入
(第1不純物イオン注入)し、第1チャネル不純物領域
13を形成する。次に、図2(b)に示すように、p型
の不純物を斜め方向から第1不純物イオン注入より低エ
ネルギーで第2不純物イオン注入を行い、第1チャネル
不純物領域13の領域より浅い第2チャネル不純物領域
14の領域を形成する。この領域は角度をつけたイオン
注入を行っているため、チャネルの一方の側(図でチャ
ネル不純物領域の左隣であり、あとでソースを形成す
る)では濃度が高く、反対側に近づくに従い低濃度にな
っている。次に、図2(c)に示すように、n型の不純
物をドレイン側から斜めにイオン注入し(第3不純物イ
オン注入)、第3チャネル不純物領域15を形成する。
このとき、第3チャネル不純物領域は第2チャネル不純
物領域14より浅く、一方の側(図でチャネル不純物領
域の左隣)では濃度が高く、他方に近づくにつれ低濃度
となる。この後、ポジレジスト12を剥がし、ゲート酸
化、ゲート形成と通常のMOSFET形成工程を行う。
In forming the channel impurity region of the MOSFET, as shown in FIG. 2A, a positive resist 12 is applied on the substrate 11, and the exposure and development steps are performed to remove the positive resist 12 in the channel impurity forming region. . Thereafter, using the resist as a mask, a p-type impurity is ion-implanted (first impurity ion implantation) to form a first channel impurity region 13. Next, as shown in FIG. 2B, p-type impurities are implanted obliquely at a lower energy than the first impurity ion implantation, and a second impurity ion is implanted at a lower depth than the first channel impurity region 13. A channel impurity region 14 is formed. Since this region is implanted at an angle, the concentration is high on one side of the channel (to the left of the channel impurity region in the figure and the source will be formed later), and becomes lower as it approaches the opposite side. Concentration. Next, as shown in FIG. 2C, an n-type impurity is ion-implanted obliquely from the drain side (third impurity ion implantation) to form a third channel impurity region 15.
At this time, the third channel impurity region is shallower than the second channel impurity region 14, and has a higher concentration on one side (to the left of the channel impurity region in the figure) and a lower concentration as approaching the other. Thereafter, the positive resist 12 is peeled off, and gate oxidation, gate formation, and a normal MOSFET formation step are performed.

【0023】ここでは、全部で3回チャネルの不純物注
入を行っているが、第1不純物イオン注入を省略するこ
ともできる。
Although the channel impurity implantation is performed three times in total here, the first impurity ion implantation may be omitted.

【0024】本発明の第3の実施の形態について図面を
参照して説明する。MOSFETの製造方法の断面模式
図である図3を参照すると、本発明の第3の実施の形態
は、n型MOSFETの場合は以下の通りになってい
る。p型MOSFETの場合は不純物を逆型にすればよ
い。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view of a method for manufacturing a MOSFET, a third embodiment of the present invention is as follows for an n-type MOSFET. In the case of a p-type MOSFET, the impurity may be reversed.

【0025】MOSFET形成において、図3(a)に
示すように、p型の第1チャネル不純物領域22形成、
ゲート絶縁膜23形成、ゲート電極24を形成後、図4
(b)に示すように、ソース形成予定の方向から、p型
不純物を斜めにイオン注入し第2チャネル不純物領域2
5を形成する。次に図3(c)に示すように、ソース形
成予定の方向から、n型不純物を斜めにイオン注入し第
3チャネル不純物領域26を形成する。このあと、通常
のソース、ドレイン形成工程を経てMOSFETを作成
する。この方法では、第2チャネル不純物領域25およ
び第3チャネル不純物領域26は、ソース形成予定の方
向から斜めイオン注入を用いているため、ソース側で濃
度が高く、ドレイン側で濃度が低い構造が形成できる。
In forming the MOSFET, as shown in FIG. 3A, a p-type first channel impurity region 22 is formed.
After forming the gate insulating film 23 and the gate electrode 24, FIG.
As shown in (b), a p-type impurity is ion-implanted obliquely from the direction in which the source is to be formed, and the second channel impurity region 2 is formed.
5 is formed. Next, as shown in FIG. 3C, an n-type impurity is ion-implanted obliquely from a direction in which the source is to be formed, to form a third channel impurity region 26. Thereafter, a MOSFET is formed through a normal source / drain forming process. In this method, since the second channel impurity region 25 and the third channel impurity region 26 are formed by oblique ion implantation from the direction in which the source is to be formed, a structure having a high concentration on the source side and a low concentration on the drain side is formed. it can.

【0026】ここでは、第1チャネル不純物領域を設け
ているが、これを省略することもできる。また、第2イ
オン注入の前に、薄いゲート側壁絶縁膜を形成してもよ
い。
Although the first channel impurity region is provided here, it can be omitted. Further, a thin gate sidewall insulating film may be formed before the second ion implantation.

【0027】[0027]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0028】実施例1 MOSFETの構造の断面模式図である図1を参照する
と、本実施例はn型MOSFETの場合は以下の通りに
なっている。p型MOSFETの場合は不純物を逆型に
すればよい。チャネル不純物1の領域において、ゲート
絶縁膜2の界面から200nm程度の深い部分はボロン
を1×1018cm-3の濃度でチャネルの横方向には一様
に分布させる。100nm程度の深さ(深さB)ではボ
ロン濃度がソース近傍の1×1018cm-3からドレイン
近傍の1×1017cm-3にその濃度が単調に減少する分
布をもち、20nmの浅い部分(深さA)では砒素がソ
ース近傍の1.3×1018cm-3からドレイン近傍の1
×1017cm-3に向かい濃度が減少する分布とする。
Embodiment 1 Referring to FIG. 1, which is a schematic sectional view of the structure of a MOSFET, the present embodiment is as follows for an n-type MOSFET. In the case of a p-type MOSFET, the impurity may be reversed. In the region of the channel impurity 1, boron is uniformly distributed in the lateral direction of the channel at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 at a depth of about 200 nm from the interface of the gate insulating film 2. At a depth of about 100 nm (depth B), the boron concentration has a distribution in which the concentration monotonically decreases from 1 × 10 18 cm −3 near the source to 1 × 10 17 cm −3 near the drain, and is as shallow as 20 nm. In the portion (depth A), arsenic is changed from 1.3 × 10 18 cm −3 near the source to 1 × 10 18 cm −3 near the drain.
The distribution is such that the concentration decreases toward × 10 17 cm −3 .

【0029】どの電極にも電圧印加のない場合の基板と
ゲート絶縁膜界面の伝導帯下端のエネルギーは、図1
(d)に示すようにソースからゲート下に入ったところ
で一旦エネルギーは0.4eV程度高くなるが、その後
はゲート下ではドレインに向かって一定(α)かまたは
ドレイン端で0.2eV程度低くなる(β)ようにす
る。図1(e)に示すように、縦方向電界はソース側で
100kV/cm以下と小さく、ドレイン側では1MV
/cmと大きくなり、移動度はソース側で800cm2
/Vsと大きくドレイン側で200cm2/Vsと小さ
くなる。
When no voltage is applied to any electrode, the energy at the bottom of the conduction band at the interface between the substrate and the gate insulating film is as shown in FIG.
As shown in (d), the energy once rises by about 0.4 eV when entering from below the gate to the source, but thereafter becomes constant (α) toward the drain below the gate or decreases by about 0.2 eV at the drain end. (Β). As shown in FIG. 1E, the vertical electric field is as small as 100 kV / cm or less on the source side and 1 MV on the drain side.
/ Cm, and the mobility is 800 cm 2 on the source side.
/ Vs and 200 cm 2 / Vs on the drain side.

【0030】実施例2 MOSFETの製造方法の断面模式図である図2を参照
すると、本発明の第2の実施例はn型MOSFETの場
合は以下の通りになっている。p型MOSFETの場合
は不純物を逆型にすればよい。
Embodiment 2 Referring to FIG. 2, which is a schematic cross-sectional view of a method for manufacturing a MOSFET, a second embodiment of the present invention is as follows for an n-type MOSFET. In the case of a p-type MOSFET, the impurity may be reversed.

【0031】MOSFETのチャネル不純物領域形成に
おいて、図2(a)に示すように、p型シリコンの基板
11上にポジレジスト12を1μm塗布し、露光および
現像工程をへてチャネル不純物形成領域のポジレジスト
を除去する。その後、ボロンを40keV、5×1012
cm-2で前記レジスト12をマスクに第1イオン注入を
行い、第1チャネル不純物領域13を形成する。次に、
図2(b)に示すように、ボロンを45度の斜め方向か
ら20keV、5×1012cm-2で行い、第2チャネル
不純物領域14を形成する。この領域は斜め方向からの
イオン注入を行っているため、チャネルの一方の側(図
でチャネル不純物領域の左隣であり、あとでソースを形
成する)では濃度が高く、反対側に近づくに従い低濃度
になっている。次に、図2(c)に示すように砒素を4
5度の斜め方向から、15keV、5×1012cm-2
イオン注入し(第3不純物イオン注入)、第3チャネル
不純物領域15を形成する。このとき、第3チャネル不
純物領域は第2チャネル不純物領域14より浅く、一方
の側(図でチャネル不純物領域の左隣)では濃度が高
く、他方に近づくにつれ低濃度となる。この後、ポジレ
ジスト12を剥がし、ゲート酸化、ゲート形成と通常の
MOSFET形成工程を行う。
In forming a channel impurity region of the MOSFET, as shown in FIG. 2A, a positive resist 12 is applied to a thickness of 1 μm on a p-type silicon substrate 11 and exposed to light and developed to form a positive portion of the channel impurity region. The resist is removed. Then, boron is applied at 40 keV and 5 × 10 12
First ion implantation is performed at cm −2 using the resist 12 as a mask to form a first channel impurity region 13. next,
As shown in FIG. 2B, boron is applied at 20 keV and 5 × 10 12 cm −2 from an oblique direction of 45 degrees to form the second channel impurity region 14. Since this region is ion-implanted from an oblique direction, the concentration is high on one side of the channel (to the left of the channel impurity region in the figure and the source will be formed later), and becomes lower as it approaches the opposite side. Concentration. Next, as shown in FIG.
Ion implantation is performed at 15 keV and 5 × 10 12 cm −2 from a diagonal direction of 5 degrees (third impurity ion implantation) to form a third channel impurity region 15. At this time, the third channel impurity region is shallower than the second channel impurity region 14, and has a higher concentration on one side (the left side of the channel impurity region in the figure) and a lower concentration as approaching the other. Thereafter, the positive resist 12 is peeled off, and gate oxidation, gate formation, and a normal MOSFET formation step are performed.

【0032】実施例3 MOSFETの製造方法の断面模式図である図3を参照
すると、本発明の第3の実施例はn型MOSFETの場
合は以下の通りになっている。p型MOSFETの場合
は不純物を逆型にすればよい。
Embodiment 3 Referring to FIG. 3, which is a schematic cross-sectional view of a method for manufacturing a MOSFET, a third embodiment of the present invention is as follows for an n-type MOSFET. In the case of a p-type MOSFET, the impurity may be reversed.

【0033】MOSFET形成において、図3(a)に
示すように、p型の第1チャネル不純物領域22形成、
ゲート絶縁膜23形成、ゲート電極24を形成後、図3
(b)に示すように、ソース形成予定側に、ボロンを4
5度の斜め方向から20keV、5×1012cm-2で行
い第2チャネル不純物領域25を形成する。その後、図
3(c)に示すように砒素を45度の斜め方向から、1
5keV、5×1012cm-2でイオン注入し(第3不純
物イオン注入)、第3チャネル不純物領域26を形成す
る。このあと、通常のソース、ドレイン形成工程を経て
MOSFETを作成する(図3(d))。この方法で
は、第2チャネル不純物領域25および第3チャネル不
純物領域26は、ソース形成予定の方向から斜めイオン
注入を用いているため、ソース側で濃度が高く、ドレイ
ン側で濃度が低い構造が形成できる。
In the formation of the MOSFET, as shown in FIG. 3A, a p-type first channel impurity region 22 is formed.
After forming the gate insulating film 23 and the gate electrode 24, FIG.
As shown in (b), boron is added to the side where the source is to be formed.
The second channel impurity region 25 is formed at 20 keV and 5 × 10 12 cm −2 from an oblique direction of 5 degrees. After that, as shown in FIG.
Ion implantation is performed at 5 keV and 5 × 10 12 cm −2 (third impurity ion implantation) to form a third channel impurity region 26. Thereafter, a MOSFET is formed through a normal source / drain forming process (FIG. 3D). In this method, since the second channel impurity region 25 and the third channel impurity region 26 use oblique ion implantation from the direction in which the source is to be formed, a structure in which the concentration is high on the source side and the concentration is low on the drain side is formed. it can.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明のMOSFETの構造および製造
方法によれば、ゲート長やゲート酸化膜厚は変えなくと
も、従来の方法に比ベオン電流を2倍程度に向上でき、
その結果、スイッチング速度も2倍程度の向上が図れ
る。
According to the structure and manufacturing method of the MOSFET of the present invention, the Beon current can be improved to about twice that of the conventional method without changing the gate length and the gate oxide film thickness.
As a result, the switching speed can be improved about twice.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例であるチャネル構造の断
面模式図(a)、深さAでのチャネル不純物濃度変化を
示す図(b)、深さBでのチャネル不純物濃度変化を示
す図(c)、基板ゲート絶縁膜界面の伝導帯エネルギー
変化を示す図(d)、及びチャネル方向における移動度
と縦方向電界の関係を示す図(e)である。
1A is a schematic cross-sectional view of a channel structure according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a diagram showing a change in channel impurity concentration at a depth A, and FIG. (C), (d) showing the change in conduction band energy at the interface of the substrate gate insulating film, and (e) showing the relationship between the mobility in the channel direction and the vertical electric field.

【図2】(a)〜(c)は本発明の第2の実施例である
チャネル製造方法を示した断面模式図である。
FIGS. 2A to 2C are schematic sectional views showing a channel manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.

【図3】(a)〜(d)は本発明の第3の実施例である
チャネル製造方法を示した断面模式図である。
FIGS. 3A to 3D are schematic sectional views showing a channel manufacturing method according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来のMOSFETのチャネル構造の断面模式
図(a)と、深さAでのチャネル不純物濃度変化を示す
図(b)、基板ゲート絶縁膜界面の伝導帯エネルギー変
化を示す図(c)、及びチャネル方向における移動度と
縦方向電界の関係を示す図(d)である。
4A is a schematic cross-sectional view of a channel structure of a conventional MOSFET, FIG. 4B is a diagram showing a change in channel impurity concentration at a depth A, and FIG. 4C is a diagram showing a change in conduction band energy at an interface of a substrate gate insulating film. FIG. 4D) and a diagram (d) showing the relationship between the mobility in the channel direction and the vertical electric field.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、41 チャネル不純物領域 2、23、42 ゲート絶縁膜 3、24、43 ゲート電極 4、27、44 ソース 5、28、45 ドレイン 11、21 基板 12 ポジレジスト 13、22 第1チャネル不純物領域 14、25 第2チャネル不純物領域 15、26 第3チャネル不純物領域 41 チャネル不純物領域 1, 41 channel impurity region 2, 23, 42 gate insulating film 3, 24, 43 gate electrode 4, 27, 44 source 5, 28, 45 drain 11, 21 substrate 12 positive resist 13, 22, first channel impurity region 14, 25 second channel impurity region 15, 26 third channel impurity region 41 channel impurity region

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/78Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 29/78

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲート絶縁膜との界面から離れた領域に
おいて伝導キャリヤを生成する不純物と逆型の第1伝導
型不純物が、ソースからドレインに向かいその濃度が減
少する分布をもち、上記界面に近いチャネル部分で伝導
キャリヤを生成する第2伝導型不純物がソースからドレ
インに向かいその濃度が減少する分布をもつことを特徴
とするMOSFET。
In a region away from an interface with a gate insulating film, an impurity of a first conductivity type opposite to an impurity generating a conduction carrier has a distribution in which the concentration decreases from a source to a drain, and the impurity is distributed at the interface. A MOSFET having a distribution in which a concentration of a second conductivity type impurity that generates a conduction carrier in a near channel portion decreases from a source to a drain.
【請求項2】 請求項1に記載のMOSFETにおい
て、ゲート絶縁膜と基板の界面のポテンシャルが、n型
MOSFETにおいてはソースからドレインに向かい一
定かまたは増加し、p型MOSFETにおいてはソース
からドレインに向かい一定かまたは減少するようにチャ
ネル領域の不純物分布が形成されていることを特徴とす
るMOSFET。
2. The MOSFET according to claim 1, wherein the potential at the interface between the gate insulating film and the substrate is constant or increases from a source to a drain in an n-type MOSFET, and increases from a source to a drain in a p-type MOSFET. A MOSFET characterized in that an impurity distribution in a channel region is formed so as to be constant or decreased in the opposite direction.
【請求項3】 MOSFETのチャネル不純物領域形成
において、シリコン基板にレジストを塗布し、露光およ
び現像工程をへてチャネル不純物形成領域の該レジスト
を除去する工程と、 伝導キャリヤを生成する不純物と逆型の第1伝導型不純
物を前記レジストをマスクに第1のイオン注入を行う工
程と、 第1伝導型不純物をドレイン方向からソース方向に傾斜
をつけて第1のイオン注入より低エネルギーで第2のイ
オン注入を行う工程と、 伝導キャリヤを生成する第2伝導型不純物をドレイン方
向からソース方向に傾斜をつけて第2のイオン注入より
不純物分布が浅くなるように第3のイオン注入をおこな
い、チャネル不純物領域を形成する工程とを有すること
を特徴とするMOSFETの製造方法。
3. A step of forming a channel impurity region of a MOSFET by applying a resist to a silicon substrate, removing the resist in the channel impurity forming region through exposure and development steps, and a step opposite to an impurity forming a conductive carrier. Performing a first ion implantation of the first conductivity type impurity using the resist as a mask, and tilting the first conductivity type impurity from the drain direction to the source direction at a lower energy than the first ion implantation. A step of performing ion implantation, and performing a third ion implantation such that an impurity distribution is shallower than that of the second ion implantation by inclining a second conductivity type impurity for generating a conduction carrier from a drain direction to a source direction; Forming an impurity region.
【請求項4】 請求項3に記載の製造方法において、第
1のイオン注入工程を省略することを特徴とするMOS
FETの製造方法。
4. The MOS according to claim 3, wherein the first ion implantation step is omitted.
Manufacturing method of FET.
【請求項5】 MOSFETのチャネル不純物領域形成
において、レジスト塗布、露光および現像工程をへてチ
ャネル不純物形成領域の該レジストを除去し、伝導キャ
リヤを生成する不純物と逆型の第1伝導型不純物を前記
レジストをマスクに第1のイオン注入を行う工程と、 ゲート絶縁膜およびゲート電極材料を形成し、レジスト
塗布および露光および現像およびゲート電極をエッチン
グする工程と、 第1伝導型不純物をソース方向からドレイン方向へ傾斜
をつけて第1のイオン注入より低エネルギーで第2のイ
オン注入を行う工程と、 伝導キャリヤを生成する第2伝導型不純物をソース方向
からドレイン方向へ傾斜をつけて第2のイオン注入より
不純物分布が浅くなるように第3のイオン注入をおこな
い、チャネル不純物領域を形成する工程とを有すること
を特徴とするMOSFETの製造方法。
5. In forming a channel impurity region of a MOSFET, the resist in a channel impurity forming region is removed through a resist coating, exposure and development process, and a first conductivity type impurity which is opposite to an impurity which forms a conduction carrier is formed. Performing a first ion implantation using the resist as a mask, forming a gate insulating film and a gate electrode material, applying resist, exposing and developing, and etching the gate electrode; Performing a second ion implantation with a lower energy than the first ion implantation with an inclination in the drain direction, and a second ion implantation in which the second conductivity type impurity for generating the conduction carrier is inclined from the source direction to the drain direction. Third ion implantation is performed so that the impurity distribution becomes shallower than the ion implantation, thereby forming a channel impurity region. And a method for manufacturing a MOSFET.
【請求項6】 請求項5に記載の製造方法において、第
1のイオン注入工程を省略することを特徴とするMOS
FETの製造方法。
6. The manufacturing method according to claim 5, wherein the first ion implantation step is omitted.
Manufacturing method of FET.
【請求項7】 請求項5または6に記載の製造方法にお
いて、第2のイオン注入の前にゲート側面に薄い側壁絶
縁膜を形成する工程を含むことを特徴とするMOSFE
Tの製造方法。
7. The manufacturing method according to claim 5, further comprising the step of forming a thin sidewall insulating film on the side of the gate before the second ion implantation.
Manufacturing method of T.
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