JP3121621B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP3121621B2 JP03020293A JP2029391A JP3121621B2 JP 3121621 B2 JP3121621 B2 JP 3121621B2 JP 03020293 A JP03020293 A JP 03020293A JP 2029391 A JP2029391 A JP 2029391A JP 3121621 B2 JP3121621 B2 JP 3121621B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、信頼性と性能の向上
を両立させたMIS(Metal Insulator Semiconductor
)形半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】MOSLSIの高集積には目覚しいもの
があり、例えばダイナミックランダムアクセスメモリ
(以下、DRAMという)装置においては、約3年で4
倍の高密度化が進められてきている。このような高密度
化はデバイスの微細化によるところが大きい。したがっ
て、LSIを構成しているMOSトランジスタも縮小化
され、そのゲート長はすでにハーフミクロンの領域に入
っている。
【0003】一方、LSI(大規模集積回路)の電源電
圧はシステムインターフェースやノイズマージン等の点
から依然として5Vが広く用いられている。このため、
MOSトランジスタ内の電界が強くなり、高エネルギを
もったキャリアが多数発生するようになり、これらがゲ
ート酸化膜に注入され、トランジスタの特性を変動させ
るホットキャリア現象が大きな問題となっている。
【0004】従来、このようなホットキャリア現象を解
決するため、1988、Symposiumon VLSI Technology
Digest of Technical Papers. P15〜16(198
8)に示されるようなホットキャリア耐性の高いトラン
ジスタ構造を用いることが提案されている。この技術の
概要を図を用いて説明する。
【0005】図4は上記文献に記載された従来のMOS
トランジスタの一構成例を示す断面図である。このMO
Sトランジスタは大傾角イオン注入を行い、ゲート電極
がソース・ドレイン低濃度拡散層にオーバラップする構
造にしたものである。
【0006】図4において、51はP型シリコン基板で
あり、このP型シリコン基板51上にゲート酸化膜52
を介してゲート電極53が形成されており、このゲート
電極53をマスクにして斜め方向からイオン注入を行
い、低濃度N型拡散層54a,54bが形成されている
とともに、ほぼ垂直方向からイオン注入を行い、高濃度
N型拡散層55が形成されている。
【0007】このように、低濃度N型層を完全にゲート
電極で覆うことにより、通常のLDD(Lightly Doped
Drain )構造よりも格段にホットキャリア耐性が向上
し、5V電源においても、十分な信頼性が確保できると
している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のMOSトランジスタでは、ホットキャリア耐性を高
めることはできるが、低濃度拡散層54a,54bがゲ
ート電極53の下へもぐり込んでいるため、ソース・ド
レイン間隔(実効ゲート長)が短くなり、カットオフ時
のソース・ドレイン間リーク(パンチスルー)電流が大
きくなる。
【0009】パンチスルー電流を減少させるためには、
ゲート電極53を長くしなければならず、微細化の妨げ
となる。特にメモリセルのように、セルサイズ縮小の要
求の強い場合、この技術の適用は困難となる。
【0010】この発明は前記従来技術が持っている問題
点のうち、カットオフ時のパンチスルー電流が大きくな
る点と、微細化が困難な点について解決した半導体装置
を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、第1の電圧が供給される第1のMOSト
ランジスタと前記第1の電圧より低い第2の電圧が供給
される第2のMOSトランジスタとを有する半導体装置
において、第1のMOSトランジスタ及び第2のMOS
トランジスタは、それぞれ低濃度拡散層とこの低濃度拡
散層と隣接する高濃度拡散層とを有する構造からなり、
これら2つのMOSトランジスタのうち、第2のMOS
トランジスタのゲート電極の側面にのみサイドウォール
が設けられ、第1のMOSトランジスタにおける低濃度
拡散層の全てが第1のMOSトランジスタのゲート電極
下に配置し、第2のMOSトランジスタにおける低濃度
拡散層は、サイドウォール下に配置するものである。
【0012】
【作用】この発明によれば、以上のように、半導体装置
を構成したので、半導体装置内の微細化度の要求の高い
第2のMISトランジスタの部分をそれ以外の第1のM
ISトランジスタの部分よりも低い電圧でドライブし、
第2のMISトランジスタのソース.ドレイン拡散層の
ゲート電極下へのオーバラップ量を第1のMISトラン
ジスタのそれよりも小さくし、ホットキャリアの発生を
抑制し、ホットキャリア耐性と高密度化が両立し、従っ
て前記問題点が除去できる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の半導体装置の実施例につい
て図面に基づき説明する。実施例の説明に際し、メモリ
装置に適用した一実施例について説明する。図1はその
メモリ装置に適用した場合の全体構成を示すブロック図
である。
【0014】この図1において、メモリ装置21はメモ
リセル部22、周辺回路部23、電圧降下回路24から
構成されている。Vcc端子から加えられた電源電圧(通
常は5V)は周辺回路部23へは直接印加され、また、
メモリセル部22には、電圧降下回路24を介して、電
源電圧より低い電圧(例えば、3.3V)が加えられるよ
うになっている。
【0015】このように構成することにより、メモリセ
ル部22では、電源電圧を下げ、通常のLDDトランジ
スタを用いても、ホットキャリアの発生を抑制すること
ができ、ゲート電極下のソース・ドレイン拡散層のまわ
り込み長さ、すなわち、ゲート電極とソース・ドレイン
拡散層とのオーバラップ量を小さいまま維持できるの
で、ゲート電極長を拡大しなくても、パンチスルーの影
響がなく、高密度化が可能である。
【0016】一方、周辺回路部23では、ホットキャリ
ア耐圧の高いトランジスタ構造を用いるので、電源電圧
を降下させなくても、信頼性が確保できる。また、周辺
回路部23はメモリセル部22に比べて、パターン的な
ゆとりが多少あるので、ゲート電極長を拡大して、パン
チスルー耐性を高める対処も可能である。
【0017】図2は上記図1におけるメモリセル部のM
OSトランジスタの断面図であり、図3は上記周辺回路
部23のMOSトランジスタを示す。以下、この実施例
では両者とも、NチャネルMOSトランジスタとして説
明を進める。
【0018】図2に示すメモリセル部および図3に示す
周辺回路部のMOSトランジスタは共通のP型シリコン
基板1上に形成されている。このP型シリコン基板上に
ゲート酸化膜2およびゲート電極3がそれぞれ形成され
ている。
【0019】図2のメモリセル部のMOSトランジスタ
では、ゲート電極3をマスクにして、イオン注入により
ゲート電極エッジ下部のP型シリコン基板に低濃度N型
拡散層4が形成され、さらにゲート電極3のエッジには
サイドウォール6が形成されている。
【0020】このサイドウォール6およびゲート電極3
をマスクにして、イオン注入により低濃度N型拡散層4
に隣接して、高濃度N型拡散層7が形成されている。こ
の構造は通常のLDD(Lightly Doped Drain )構造で
ある。
【0021】図2におけるLG1 はゲート電極長、Le
ff1 は実効ゲート長、ΔL1 はゲート電極3の下へも
ぐり込んだN型拡散層の長さをそれぞれ表わしている。
【0022】一方、図3に示す周辺回路部のMOSトラ
ンジスタでは、ゲート電極3をマスクにして、基板面垂
直方向から角度を付け、イオン注入を行い、ゲート電極
下にもぐり込むようにして、低濃度N型拡散層5が形成
されている。さらに、この低濃度N型拡散層5に隣接し
て高濃度N型拡散層7が形成されている。
【0023】この図3において、ゲート電極長LG2
実効ゲート長Leff2 、およびゲート電極3の下へも
ぐり込んだN型拡散層の長さΔL2 と、図2で示したメ
モリセル部のゲート電極長LG1 、実効ゲート長Lef
1 、N型拡散層の長さΔL1 との関係は、ΔL2 >Δ
1 であり、仮にLeff1 とLeff2 が等しい場
合、LG2 >LG1 となる。
【0024】なお、上記実施例は、NチャネルMOSト
ランジスタについて示したが、CMOSデバイスにも適
用できる。
【0025】また、適切に不純物の極性を反転させるこ
とにより、Pチャネルトランジスタにも適用できる。
【0026】さらに、電圧降下回路を内蔵させた例を示
したが、外部から2電源を加える方式でもよい。
【0027】メモリとしてはDRAM、SRAM、RO
M等への応用が考えられるが、メモリ以外でも高密度化
が要求される回路ブロックと外部とのインターフェース
等で電源電圧が下げられない回路ブロックが混在する半
導体装置に適用して効果を上げられる。
【0028】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、この発明
によれば、高密度化を要求する回路ブロックには、外部
電源電圧を降圧して与え、ゲート電極下のソース・ドレ
イン拡散層のまわり込み長さの少ないゲート電極とのオ
ーバラップ量が少ない通常のLDD構造でもホットキャ
リアの発生を抑えることが可能であり、パンチスルー防
止のためにゲート電極長を拡大しなくてもよいので、高
密度化が達成できる。
【0029】また、高い電源電圧が直接かかる周辺回路
ブロックには、ゲートオーバーラップ量の大きなホット
キャリア耐性の高いトランジスタを用い信頼性を確保す
るようにしているので、信頼性を維持したまま高密度化
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体装置の一実施例をメモリ装置
に適用した場合のブロック図。
【図2】この発明の半導体装置におけるメモリ部の断面
図。
【図3】この発明の半導体装置における周辺回路部の断
面図。
【図4】従来のMOSトランジスタの断面図。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ゲート電極 4,5 低濃度N型拡散層 6 サイドウォール 7 高濃度N型拡散層 21 メモリ装置 22 メモリセル部 23 周辺回路部 24 電圧降下回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8234 H01L 21/8242 H01L 27/088 H01L 27/108

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電圧が供給される第1のMOSト
    ランジスタと前記第1の電圧より低い第2の電圧が供給
    される第2のMOSトランジスタとを有する半導体装置
    において、 前記第1のMOSトランジスタ及び前記第2のMOSト
    ランジスタは、それぞれ低濃度拡散層と該低濃度拡散層
    と隣接し、該低濃度拡散層より不純物濃度が高い高濃度
    拡散層とを有する構造からなり、前記2つのMOSトラ
    ンジスタのうち、前記第2のMOSトランジスタのゲー
    ト電極の側面にのみサイドウォールが設けられ、前記第
    1のMOSトランジスタにおける低濃度拡散層は、その
    全てが該第1のMOSトランジスタのゲート電極下に配
    置され、前記第2のMOSトランジスタにおける低濃度
    拡散層は、前記サイドウォール下に配置されること、 を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体装置はメモリセルと周辺回路
    とを有するものであって、前記第1のMOSトランジス
    タは前記周辺回路の構成として用いられ、前記第2のM
    OSトランジスタは前記メモリセルの構成として用いら
    れることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の電圧は、電圧降下手段により
    前記第1の電圧を電圧降下して生成されるものであるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記第1及び前記第2のMOSトランジ
    スタそれぞれにおいて、前記低濃度拡散層の深さは隣接
    した前記高濃度拡散層の深さより浅いことを特徴とする
    請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の半導体装
    置。
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