JP3244581B2 - デュアルゲート型cmos半導体装置 - Google Patents

デュアルゲート型cmos半導体装置

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JP3244581B2 JP35180193A JP35180193A JP3244581B2 JP 3244581 B2 JP3244581 B2 JP 3244581B2 JP 35180193 A JP35180193 A JP 35180193A JP 35180193 A JP35180193 A JP 35180193A JP 3244581 B2 JP3244581 B2 JP 3244581B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はNMOSFETのゲート
電極にN型導電型ポリシリコンを用い、PMOSFET
のゲート電極にP型導電型ポリシリコンを用いたデュア
ルゲートCMOS半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】CMOSを構成するNMOSFETとP
MOSFETのゲート電極にはN型導電型のポリシリコ
ンを共通に使用している。この場合、NMOSFETは
表面チャネル構造であるが、PMOSFETは埋込みチ
ャネル構造となる。しかし、ゲート長が0.35μm以
下での微細化に対応していくためには、PMOSFET
のパンチスルーを抑制するために、PMOSFETのゲ
ート電極をP型導電型にして表面チャネル構造へ移行す
ることが有効である。
【0003】埋込みチャネル構造のPMOSFETを用
いた従来のCMOS半導体装置では、NMOSFETの
ゲート長LnとPMOSFETのゲート長Lpに関し
て、デザインルールの最小寸法値によってLn=Lpと
したり、またPMOSFETのパンチスルーを考慮して
Lp>Lnとすることが一般的である。そのため、同じ
ゲート幅WのNMOSFETとPMOSFETで構成し
たCMOSの場合にはPMOSFETの電流駆動能力が
低くなるため、回路スピードが遅くなり、波形鈍りが顕
著になるという問題がある。
【0004】この問題の対策としてはNMOSFETと
PMOSFETの電流駆動能力のレベルを合わせるため
にゲート幅WnとWpを Wp>Wn とすることも一般的に採用されているが、ゲート幅Wp
の増加に反比例して集積度が低下するという問題があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はデュアルゲー
トCMOS半導体装置で、集積度を高めることを目的と
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のデュアルゲート
CMOS半導体装置は、ゲート長に関しては、PMOS
FETのゲート長をLpとし、NMOSFETのゲート
長をLnとしたとき、 Lp<Ln である。
【0007】また、ゲート幅に関しては、PMOSFE
Tのゲート幅をWpとし、NMOSFETのゲート幅を
Wnとしたとき、 Wp≦Wnであるさらに、ゲート長Ln,Lpがともに0.35
μmより小さく、NMOSFETとPMOSFETのソ
ース/ドレイン領域に高融点金属シリサイドが形成され
ている。
【0008】
【作用】PMOSFETを埋込みチャネル構造から表面
チャネル構造に変えることによってパンチスルーを大幅
に抑制することができる。図1はその例を示したもので
ある。▲印はPMOSFETでゲート電極としてN型ポ
リシリコンを用いた場合であり、横軸のチャネル長L
(図1はマスク寸法で示している)が短かくなると急激
にしきい値電圧Vthが減少している。それに対し、●
印で示したデータはPMOSFETでゲート電極として
P型ポリシリコンを用いた場合であり、これは表面チャ
ネル構造となる。表面チャネル構造の場合はチャネル長
が減少しても急激なしきい値電圧の減少はなく、パンチ
スルーを抑制できることを示している。
【0009】表面チャネル構造の場合はしきい値電圧が
低くなっても短チャネル効果が抑制でき、結果として短
かいゲート長Lになってもオフリークを十分に低く抑え
ることができる。この効果は、特にゲート長が0.35
μm以下の寸法になるとより顕著になる。このためCM
OS半導体装置をさらに縮小化するに際して、NMOS
FET及びPMOSFETのゲート長に関して新たな組
合わせが実現可能になってくる。
【0010】図2はNMOSFET及びPMOSFET
をともに表面チャネル構造にした場合のCMOS素子の
断面図である。シリコン基板2の表面にPウエル4とN
ウエル6が形成され、両ウエルが素子分離用フィールド
酸化膜8で分離されている。
【0011】Pウエル4にはNMOSFETが形成され
ている。ソース/ドレイン領域10,10に挾まれた領
域上にはゲート酸化膜14を介してN型導電型ポリシリ
コン電極16が形成されている。NMOSFETにはホ
ットキャリア劣化抑制のための低濃度N型層12が必要
であり、このN型層12のチャネル長方向の長さは0.
1μm程度が現実的な寸法である。18はN型層12と
ソース/ドレイン領域10を形成するのに用いた絶縁物
のサイドウォール、20は高融点金属シリサイド層であ
る。
【0012】一方、Nウエル6にはPMOSFETが形
成されている。PMOSFETで22はソース/ドレイ
ン領域、24はゲート電極、26はゲート電極上に形成
されたP型導電型ポリシリコン電極、28はサイドウォ
ール、30は高融点金属シリサイド層である。PMOS
FETは、NMOSFETほどにはホットキャリアによ
る劣化がないため、実効チャネル長を長くすることがで
き、ゲート長の縮小に関してはより有利である。そのた
め、PMOSFETのゲート長をLp、NMOSFET
のゲート長をLnとしたとき、Lp<Lnとすることが
可能になり、CMOS素子としての電流駆動能力バラン
スを向上させることができる。
【0013】さらに、ゲート長の組合わせを適正に選択
することによって、NMOSFETのゲート幅Wn、P
MOSFETのゲート幅Wpに関しても、 Wp≦Wn となるCMOS素子の設計が可能となり、従来よりも集
積度を高くできるようになる。
【0014】ソース/ドレイン領域及びコンタクト部を
含めた寄生抵抗は、通常、PMOSFETの方が大きく
なる。しかし、ソース/ドレイン領域に高融点金属のシ
リサイドを形成すると、寄生抵抗が大幅に低くなるとと
もに、NMOSFETとPMOSFETとで寄生抵抗の
大きさに違いがなくなる。この点からPMOSFETの
ゲート幅Wpを大きくしなくてもすむようになる。その
ため、Lp<Ln及びWp≦WnとするCMOS素子の
設計にはより有利である。
【0015】
【実施例】(実施例1) NMOSFETのゲート電極をN型ポリシリコン、PM
OSFETのゲート電極をP型ポリシリコンとして、両
MOSFETを表面チャネル型としたCMOS素子を作
成し、その電流駆動能力を調べた結果を図3に示す。図
3は両MOSFETの飽和電流値Idsatを比較したもの
である。このときのドレイン電圧Vd=3.3Vとし
た。飽和電流値は単位ゲート幅当りの電流で表わしてい
る。しきい値電圧はNMOSFETで0.62V、PM
OSFETで0.51であった。
【0016】図3の結果から、ゲート長0.35μmの
NMOSFETと同じレベルの飽和電流値は、ゲート長
0.25μmのPMOSFETで得られることが分か
る。図1から、ゲート長0.25μmのPMOSFET
では短チャネル効果の問題はなく、実用可能である。し
たがって、このようなゲート長の組合わせを用いれば、
NMOSFETとPMOSFETの電流駆動能力バラン
スのよいCMOSを作成することができる。この例のよ
うに、NMOSFETのゲート長を0.35μm、PM
OSFETのゲート長を0.25μmとすれば、両MO
SFETで同じ飽和電流値となり、ゲート幅Wp=Wn
として電流駆動能力バランスのよいCMOS素子を作成
することができる。そして、同時にPMOSFETのゲ
ート幅WpをNMOSFETのゲート幅Wnと同じ値に
できるため、集積度を高くすることができる。
【0017】図3の例で、NMOSFETのゲート長L
nを0.35μmとし、PのMOSFETのゲート長L
pを0.25μmより小さくすれば、ゲート幅はWp<
Wnとすることができる。これにより、集積度をより高
くすることができる。
【0018】(実施例2)サリサイドプロセス、すなわ
ちチタンの2ステップアニール及び選択エッチングによ
るプロセスによって、図2に示されるようにNMOSF
ETとPMOSFETのソース/ドレイン領域にチタン
シリサイド層20を形成した。そして、この素子のソー
ス/ドレイン領域及びコンタクト部を含めた寄生抵抗を
評価した。この素子へのメタルコンタクトの方式とし
て、ソース/ドレイン領域のコーナー部のみに1個のコ
ンタクトを配置するコーナーコンタクトを用いた。コン
タクト径は0.8μmとした。
【0019】チタンシリサイド層がない場合の寄生抵抗
はPMOSFETで840Ω、NMOSFETで270
Ωであり、PMOSFETの寄生抵抗がNMOSFET
の寄生抵抗の3〜4倍である。しかし、チタンシリサイ
ド層を形成すると、寄生抵抗はPMOSFETで100
Ω、NMOSFETで60Ωであり、両MOSFETの
寄生抵抗が大幅に低下するとともに、その差も小さくな
っている。ゲート幅が10μmのMOSFETのチャネ
ル抵抗が1kΩ程度であるので、殆んど無視できるよう
になる。
【0020】以上のことから、ソース/ドレイン領域に
チタンシリサイド層を形成することによって、また実施
例1に示したゲート長と組合わせることによっても、N
MOSFETとPMOSFETの電流駆動能力バランス
を一層よくしたCMOS素子を作成することができる。
また、実施例1に示したゲート長との組合わせによっ
て、PMOSFETのゲート幅をNMOSFETのゲー
ト幅と同じ値にもできるため、集積度を高くすることが
できる。
【0021】
【発明の効果】本発明のデュアルゲートCMOS半導体
装置では、PMOSFETのゲート長LpとNMOSF
ETのゲート長Lnに関してLp<Lnとしたので、電
流駆動能力バランスがよくなる。また、PMOSFET
のゲート幅WpとNMOSFETのゲート幅Wnに関し
てWp≦Wnとしたので、集積度の高いCMOSを提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】PMOSFETの表面チャネル型と埋込みチャ
ネル型のチャネル長に対するしきい値電圧変化を示す図
である。
【図2】一実施例のCMOS素子を示す断面図である。
【図3】図2の実施例におけるゲート長と飽和電流値を
示す図である。
【符号の説明】
10,22 ソース/ドレイン領域 12 低濃度N型拡散層 14,24 ゲート酸化膜 16 N型導電型ポリシリコン電極 20 チタンシリサイド層 26 P型導電型ポリシリコン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8238 H01L 27/092

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 NMOSFETのゲート電極にN型導電
    型ポリシリコンを用い、PMOSFETのゲート電極に
    P型導電型ポリシリコンを用いたCMOS半導体装置に
    おいて、PMOSFETのゲート長をLpとし、NMO
    SFETのゲート長をLnとしたとき、 Lp<Ln であり、ゲート長Ln,Lpがともに0.35μmより
    小さく、PMOSFETのゲート幅をWpとし、NMO
    SFETのゲート幅をWnとしたとき、 Wp≦Wn であり、かつ、NMOSFETとPMOSFETのソー
    ス/ドレイン領域に高融点金属シリサイドが形成されて
    いることを特徴とするCMOS半導体装置。
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