JP3744438B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いにしきい値電圧が異なる複数種類のMIS型トランジスタを有する半導体装置に関し、特にその短チャネル効果の抑制に関する。
【0002】
【従来技術】
従来、1チップ内に互いにしきい値電圧が異なる2種類以上の同じ導電型のMIS型トランジスタを混在させ、例えば高速性が要求される回路にはしきい値電圧の低いトランジスタを、低消費電力性が要求される回路にはしきい値電圧の高いトランジスタを配置するなど、回路の機能などに応じてMIS型トランジスタの種類を選択できるようにしたものが知られている。
【0003】
特に最近、1チップ内に互いにしきい値電圧が異なる2種類以上のMIS型トランジスタを混在させることにより、チップ全体として、高速性と低消費電力性を両立させるケースが増加してきている。
【0004】
その場合、同じ導電型のMIS型トランジスタ間で異なるしきい値電圧を実現する方法として、ゲート絶縁膜の厚みを変えたり、基板内のチャネル領域の不純物濃度を変えるなどの方法がある。
【0005】
特に、基板内のチャネル領域の不純物濃度を変える方法としては、例えば以下のような製造方法が一般的に用いられている。
【0006】
図9及び図10は、しきい値電圧の異なる2つのMIS型トランジスタTr1、Tr2を1つのチップ内に形成する方法を示す断面図である。
【0007】
まず、図9(a)に示されるように、P型のシリコン基板21の活性領域を取り囲むようにLOCOS膜22を成長させ、シリコン基板21の活性領域内にボロンを注入してPウェル23を形成し、このPウェル23の上面に第1のゲート絶縁膜24a及び第2のゲート絶縁膜24bを形成する。
【0008】
続いて、図9(b)に示されるように、第2のゲート絶縁膜24b上にホトレジスト25bを形成し、このホトレジスト25bをマスクとして、第1のトランジスタTr1側に形成されたPウェル23にボロンをイオン注入して高濃度の第1のチャネル領域26aを形成する。
【0009】
続いて、図9(c)に示されるように、ホトレジスト25bを除去した後に、第1のゲート絶縁膜24a上にホトレジスト25aを形成し、このホトレジスト25aをマスクとして、第2のトランジスタTr2側に形成されたPウェル23にボロンをイオン注入して低濃度の第2のチャネル領域26bを形成する。
【0010】
続いて、図10(a)に示されるように、ホトレジスト25aを除去した後に、イオン注入によりPウェル23の内部におけるチャネル領域26a、26bの下面に第1のパンチスルーストッパ層27a及び第2のパンチスルーストッパ層27bを形成する。次に、Pウェル23の上に第1のゲート電極28a及び第2のゲート電極28bを形成する。
【0011】
続いて、図10(b)に示されるように、このゲート電極28a、28bをマスクとして、リンをイオン注入して、Pウェル23の内部に第1の電界緩和領域29a及び第2の電界緩和層29bを形成する。次に、シリコン基板21の上に、シリコン酸化膜(図示せず)を堆積してから異方性エッチングを行なうことにより、ゲート電極28a、28b及びゲート絶縁膜24a、24bの側壁に第1の絶縁体サイドウォール30a及び第2の絶縁体サイドウォール30bを形成する。この際に、Pウェル23の表面に設けられたゲート絶縁膜24a、24bのうち、ゲート電極28a、28bの下面に位置する領域以外のゲート絶縁膜24a、24bは除去される。
【0012】
続いて、図10(c)に示されるように、ゲート電極28a、28bと絶縁体サイドウォール30a、30bと所定の位置にレジスト(図示せず)を形成し、このレジストをマスクとして、ヒ素をシリコン基板21の内部にイオン注入して、第1のソース・ドレイン領域31a及び第2のソース・ドレイン領域31bを形成する。次に、このレジストを剥離した後、所定の熱処理を施し、イオン注入した不純物の活性化を行う。
【0013】
その後の工程の図示は省略するが、周知の技術を用いて、シリコン基板1上に層間絶縁膜や配線などを形成することにより、MIS型トランジスタは完成する。
【0014】
ここで、MIS型トランジスタのしきい値電圧は、チャネル領域26a、26bの不純物濃度によって規定される。
【0015】
上述の製造方法によれば、第1のチャネル領域26aの不純物濃度と第2のチャネル領域26bの不純物濃度とを互いに異ならせて形成しているので、トランジスタTr1、Tr2のしきい値電圧を互いに異ならせることができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の半導体プロセス技術の発展に伴い、MIS型トランジスタのゲート長の微細化が更に進んでいる。それにより、図11に示されるように、ゲート長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下するという短チャネル効果の問題がある。
【0017】
このしきい値電圧の低下は、ゲート長が短くなるほどその変化率が大きくなるため、ゲート加工寸法のばらつきによってMIS型トランジスタのしきい値電圧が大きくばらつくという問題がある。
【0018】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、互いにしきい値電圧が異なる複数種類のMIS型トランジスタを有する半導体装置において、短チャネル効果を抑制し、しきい値電圧のばらつきを低減することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1導電型のウェルと、ウェルの所定領域上に形成された第1のゲート電極と、ウェルにおける第1のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第1のソース領域及び第1のドレイン領域と、を備えた第1のトランジスタと、ウェルの所定領域上に形成された第2のゲート電極と、ウェルにおける第2のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第2のソース領域及び第2のドレイン領域と、を備えた第2のトランジスタと、を有した半導体装置において、第1のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第1のソース領域と第1のドレイン領域に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第1のパンチスルーストッパ層と、第2のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第2のソース領域と第2のドレイン領域に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第2のパンチスルーストッパ層とを備え、第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度と第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度とを互いに異ならせることにより、第1のトランジスタのしきい値電圧と第2のトランジスタのしきい値電圧とを互いに異ならせたことを特徴としている。
【0020】
請求項1に記載の発明によれば、第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度と第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度とを互いに異ならせて形成しているため、第1、第2のトランジスタのしきい値電圧を互いに異ならせることができる。
【0021】
そして、このパンチスルーストッパ層は、ソース・ドレイン領域間におけるチャネル形成領域よりやや深い領域に形成される空乏層の形成領域に設けられているとともにウェルの導電型と同じ導電型であるため、パンチスルーストッパ層の不純物濃度を高くすると空乏層の伸びを抑えることができる。
【0022】
よって、不純物濃度が高くされたパンチスルーストッパ層が形成されたトランジスタにおいては、そのゲート長が短くなってもしきい値電圧を低下させる短チャネル効果を抑制することができ、ゲート加工寸法がばらついたとしてもしきい値電圧のばらつきを低減し、高いしきい値電圧を維持することができる。
【0023】
請求項2に記載の半導体装置において、第1のトランジスタは、第1のソース領域と第1のドレイン領域との間のチャネル形成領域において少なくとも第1のドレイン領域に隣接して配置され、第1のドレイン領域よりも不純物濃度の低い第2導電型の第1の電界緩和層を備え、第2のトランジスタは、第2のソース領域と第2のドレイン領域との間のチャネル形成領域において少なくとも第2のドレイン領域に隣接して配置され、第2のドレイン領域よりも不純物濃度の低い第2導電型の第2の電界緩和層を備えている。
また請求項3に記載の半導体装置においては、第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度が第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度よりも高い場合には第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも低く、第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度が第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度よりも低い場合には第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも高くされていることを特徴としている。
【0024】
電界緩和層の導電型とパンチスルーストッパ層の導電型とは反対であるため、電界緩和層の不純物濃度を低くするとパンチスルーストッパ層の不純物濃度が相対的に高くなり、電界緩和層の不純物濃度を高くするとパンチスルーストッパ層の不純物濃度が相対的に低くなる。
【0027】
よって、電界緩和層の不純物濃度が低くされ相対的に不純物濃度が高くされたパンチスルーストッパ層が形成されたトランジスタにおいては、そのゲート長が短くなってもしきい値電圧を低下させる短チャネル効果を抑制することができ、ゲート加工寸法がばらついたとしてもしきい値電圧のばらつきを低減し、高いしきい値電圧を維持することができる。
【0028】
請求項4に記載の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1導電型のウェルと、ウェルの所定領域上に形成された第1のゲート電極と、ウェルにおける第1のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第1のソース領域及び第1のドレイン領域と、を備えた第1のトランジスタと、ウェルの所定領域上に形成された第2のゲート電極と、ウェルにおける第2のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第2のソース領域及び第2のドレイン領域と、を備えた第2のトランジスタと、を有した半導体装置において、第1のトランジスタのチャネル形成領域において少なくとも第1のドレイン領域側に第1のドレイン領域に隣接して配置され、第1のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第1の電界緩和層と、第2のトランジスタのチャネル形成領域において少なくとも第2のドレイン領域側に第2のドレイン領域に隣接して配置され、第2のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第2の電界緩和層と、第1のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第1のソース領域または第1のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第1のポケット層と、第2のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第2のソース領域または第2のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第2のポケット層とを備え、第1の電界緩和層の不純物濃度と第2の電界緩和層の不純物濃度とを互いに異ならせることにより、第1のトランジスタのしきい値電圧と第2のトランジスタのしきい値電圧とを互いに異ならせるとともに、第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも高い場合には第1のポケット層の不純物濃度を第2のポケット層の不純物濃度よりも低く、第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも低い場合には第1のポケット層の不純物濃度を第2のポケット層の不純物濃度よりも高くしたことを特徴としている。
【0029】
請求項4に記載の発明によれば、第1の電界緩和層の不純物濃度と第2の電界緩和層の不純物濃度とを互いに異ならせて形成しているため、第1、第2のトランジスタのしきい値電圧を互いに異ならせることができる。
【0032】
そして、第1のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第1のソース領域または第1のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第1のポケット層と、第2のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で第2のソース領域または第2のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置されウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第2のポケット層とを備え、第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも高い場合には第1のポケット層の不純物濃度が第2のポケット層の不純物濃度よりも低く、第1の電界緩和層の不純物濃度が第2の電界緩和層の不純物濃度よりも低い場合には第1のポケット層の不純物濃度が第2のポケット層の不純物濃度よりも高くされている。
【0033】
電界緩和層の導電型とポケット層の導電型とは反対であるため、電界緩和層の不純物濃度を低くするとポケット層の不純物濃度が相対的に高くなり、電界緩和層の不純物濃度を高くするとポケット層の不純物濃度が相対的に低くなる。
【0035】
そして、このポケット層は、ソース・ドレイン領域間におけるチャネル形成領域よりやや深い領域に形成される空乏層の形成領域に設けられているとともにウェルの導電型と同じ導電型であるため、ポケット層の不純物濃度を高くすると空乏層の伸びを抑えることができる。
【0036】
よって、電界緩和層の不純物濃度が低くされ相対的にも不純物濃度が高くされたポケット層が形成されたトランジスタにおいては、そのゲート長が短くなってもしきい値電圧を低下させる短チャネル効果を抑制することができ、ゲート加工寸法がばらついたとしてもしきい値電圧のばらつきを低減し、高いしきい値電圧を維持することができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面に従って説明する。
【0038】
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態に係る互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの断面構造を示す。
【0039】
まず、図1に示されるように、本実施形態のMIS型トランジスタは、P型のシリコン基板1の上には、ピーク濃度が例えば約2×1017(/cm3)で深さが例えば約1.6μmのPウェル3が形成され、このPウェル3上の所定領域にはLOCOS膜2が形成され、このLOCOS膜2によって囲まれる領域には互いにしきい値電圧の異なる第1のMIS型トランジスタTr1と第2のMIS型トランジスタTr2とが形成されている。
【0040】
また、Pウェル3の上には、厚さが例えば85Åの第1のゲート絶縁膜4a及び第2のゲート絶縁膜4bが形成されており、このゲート絶縁膜4a、4bを介して第1のゲート電極8a及び第2のゲート電極8bが形成されており、このゲート電極8a、8b及びゲート絶縁膜4a、4bの側壁には酸化シリコンからなる第1の絶縁体サイドウォール10a及び第2の絶縁体サイドウォール10bが形成されている。
【0041】
また、ゲート電極8a、8bの中央部直下のシリコン基板1には、表面濃度が例えば約1×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.09μmの第1のチャネル領域6a及び第2のチャネル領域6bが形成されており、ゲート電極8a、8bの端部直下近傍のシリコン基板1には、表面濃度が例えば約4×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.1μmの第1の電界緩和層9a及び第2の電界緩和層9bが形成されている。
【0042】
また、第1のチャネル領域6a及び第1の電界緩和層9aの下面には、ピーク濃度が例えば約8×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第1のパンチスルーストッパ層7aが形成されており、第2のチャネル領域6b及び第2の電界緩和層9bの下面には、ピーク濃度が例えば約5×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第2のパンチスルーストッパ層7bが形成されている。
【0043】
また、電界緩和層9a、9b及びパンチスルーストッパ層7a、7bの端部に隣接して、表面濃度が例えば約5×1020(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第1のソース・ドレイン領域11a及び第2のソース・ドレイン領域11bが形成されている。
【0044】
さらに、図示しないが、シリコン基板1の上には、層間絶縁膜や配線などが形成されている。
【0045】
次に、本実施形態に係るMIS型トランジスタの製造工程について、図2及び図3を用いて説明する。
【0046】
まず、図2(a)に示されるように、P型のシリコン基板1の所定の領域に、活性領域を取り囲むようにLOCOS膜2を成長させ、シリコン基板1の活性領域内にボロンイオンを注入して、ボロンのピーク濃度が例えば約2×1017(/cm3)で深さが例えば約1.6μmのPウェル3を形成する。次に、Pウェル3の表面に、厚さが例えば85Åの第1のゲート絶縁膜4a及び第2のゲート絶縁膜4bを形成する。次に、Pウェル3に、P型不純物であるボロンをエネルギー20Kev、ドーズ量2.2×1012(atm/cm2)の条件でイオン注入してP型の第1のチャネル領域6a及び第2のチャネル領域6bを形成する。
【0047】
続いて、図2(b)に示されるように、第2のゲート絶縁膜4b上を覆うように選択的にホトレジスト5bを形成し、このホトレジスト5bをマスクとして、Pウェル4の内部にP型不純物であるボロンをエネルギー80Kev、ドーズ量1.5×1013(atm/cm2)の条件でイオン注入して、P型の第1のパンチスルーストッパ層7aを形成する。
【0048】
続いて、図2(c)に示されるように、ホトレジスト5bを除去した後に、第1のゲート絶縁膜4a上を覆うように選択的にホトレジスト5aを形成し、このホトレジスト5aをマスクとして、Pウェル4の内部にP型不純物であるボロンをエネルギー80Kev、ドーズ量1.0×1013(atm/cm2)の条件でイオン注入して、P型の第2のパンチスルーストッパ層7bを形成する。
【0049】
続いて、図3(a)に示されるように、ホトレジスト5aを除去した後に、ゲート電極となるポリシリコンをゲート絶縁膜4a、4b上に成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより第1のゲート電極8a及び第2ゲート電極8bを形成する。
【0050】
続いて、図3(b)に示されるように、ゲート電極8a、8bをマスクとして、Pウェル4の内部にN型不純物であるリンをエネルギー40Kev、ドーズ量2.2×1013(atm/cm2)の条件でイオン注入して、N型の第1の電界緩和層9a及び第2の電界緩和層9bを形成する。次に、シリコン基板1の全面に絶縁膜としての酸化膜を堆積してから異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極8a、8b及びゲート絶縁膜4a、4bの側壁に第1の絶縁体サイドウォール10a及び第2の絶縁体サイドウォール10bを形成する。この際に、Pウェル3の表面に設けられたゲート絶縁膜4a、4bのうち、ゲート電極8a、8bの下面に位置する領域以外のゲート絶縁膜4a、4bは除去される。
【0051】
続いて、図3(c)に示されるように、ゲート電極8a、8b及び絶縁体サイドウォール10a、10bをマスクとして、Pウェル4の内部にN型不純物であるヒ素をイオン注入して、N型の第1のソース・ドレイン領域11a及び第2のソース・ドレイン領域11bを形成する。
【0052】
その後、図示しないが、周知の技術を用いて、シリコン基板1上に層間絶縁膜や配線などを形成することにより、本実施形態のMIS型半導体装置は完成する。
【0053】
以上のような製造方法によれば、第1、第2のMIS型トランジスタTr1、Tr2いずれにおいても、チャネル領域6a、6b及び電界緩和層9a、9bの下面にはパンチスルーストッパ層7a、7bが形成されるが、本実施形態では、第1のパンチスルーストッパ層7aと第2のパンチスルーストッパ層7bを形成するために行うイオン注入の注入条件を互いに異ならせている。
【0054】
それにより、第1のパンチスルーストッパ層7aと第2のパンチスルーストッパ層7bとの不純物濃度を比較すると、第2のパンチスルーストッパ層7bよりも第1のパンチスルーストッパ層7aの方がより高濃度の不純物を含んでいる。
【0055】
また、MIS型トランジスタのしきい値電圧は、パンチスルーストッパ層7a、7bの不純物濃度の影響を受けて規定されるため、第2のMIS型トランジスタTr2よりも第1のMIS型トランジスタTr1の方がしきい値電圧が高くなる。
【0056】
即ち、共通のチップに設けられた複数のMIS型トランジスタ間でパンチスルーストッパ層7a、7bの不純物濃度を互いに異ならせることにより、相異なるしきい値電圧を有する複数のトランジスタTr1、Tr2を1チップ上に混在させることができる。
【0057】
そして、このパンチスルーストッパ層7a、7bは、ソース・ドレイン領域11a、11b間におけるチャネル領域6a、6bのやや深い領域に形成される空乏層の形成領域に設けられるとともにPウェル3の導電型と同じ導電型であるため、パンチスルーストッパ層7a、7bの濃度を高くすると空乏層の伸びを抑えることができる。
【0058】
よって、図4に示されるように、第1のパンチスルーストッパ層7aが形成された第1のトランジスタTr1においては、ゲート長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下するという短チャネル効果を抑制することができる。
【0059】
それにより、ゲート加工寸法のばらついたとしてもしきい値電圧のばらつきを低減することができ、高いしきい値電圧を維持することができるため、半導体装置の低消費電力化を実現することができる。
【0060】
(第2実施形態)
図5に本発明の第2実施形態に係る互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの断面構造を示す。尚、本実施形態のMIS型トランジスタの構成は、上記第1実施形態とほぼ同様であるため、第1実施形態と同等な構成については同様の符号で示す。
【0061】
上記第1実施形態では、チャネル領域6a、6b及び電界緩和層9a、9bの下面に、互いに不純物濃度が異なるパンチスルーストッパ層7a、7bを設けたが、第2実施形態では、図5に示されるように、パンチスルーストッパ層7a、7bを設けずに、電界緩和層9a、9bの下面に、ピーク濃度が例えば約4×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第1のポケット層12a及び第2のポケット層12bを設けている。
【0062】
ここで、本実施形態に係るMIS型トランジスタの製造工程について、図6及び図7を用いて説明する。
【0063】
まず、図6(a)に示されるように、P型のシリコン基板1の所定の領域に、活性領域を取り囲むようにLOCOS膜2を成長させ、シリコン基板1の活性領域内にボロンイオンを注入して、ボロンのピーク濃度が例えば約2×1017(/cm3)で深さが例えば約1.6μmのPウェル3を形成する。次に、Pウェル3の表面に、厚さが例えば85Åの第1のゲート絶縁膜4a及び第2のゲート絶縁膜4bを形成する。
【0064】
続いて、図6(b)に示されるように、Pウェル3に、P型不純物であるボロンをエネルギー20Kev、ドーズ量2.2×1012(atm/cm2)の条件でイオン注入してP型の第1のチャネル領域6a及び第2チャネル領域6bを形成する。
【0065】
続いて、図6(c)に示されるように、ゲート電極となるポリシリコンをゲート絶縁膜4a、4b上に成膜し、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより第1のゲート電極8a及び第2のゲート電極8bを形成する。
【0066】
続いて、図7(a)に示されるように、第2のゲート絶縁膜4b上を覆うように選択的にホトレジスト5bを形成し、このホトレジスト5bをマスクとして、ピーク濃度が例えば約4×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第1のポケット12aを形成するとともに、Pウェル4の内部にN型不純物であるリンをエネルギー40Kev、ドーズ量1.0×1013(atm/cm2)の条件でイオン注入して、N型の第1の電界緩和層9aを形成する。
【0067】
続いて、図7(b)に示されるように、ホトレジスト5bを除去した後に、第1のゲート絶縁膜4a上を覆うように選択的にホトレジスト5aを形成し、このホトレジスト5aをマスクとして、ピーク濃度が例えば約4×1017(/cm3)で接合深さが例えば約0.14μmの第2のポケット12bを形成するとともに、Pウェル4の内部にN型不純物であるリンをエネルギー40Kev、ドーズ量2.2×1013(atm/cm2)の条件でイオン注入して、N型の第2の電界緩和層9bを形成する。
【0068】
続いて、図7(c)に示されるように、ホトレジスト5aを除去した後に、シリコン基板1の全面に絶縁膜としての酸化膜を堆積してから異方性エッチングを行うことにより、ゲート電極8a、8b及びゲート絶縁膜4a、4bの側壁に絶縁体サイドウォール10a、10bを形成する。この際に、Pウェル3の表面に設けられたゲート絶縁膜4a、4bのうち、ゲート電極8a、8bの下面に位置する領域以外のゲート絶縁膜4a、4bは除去される。次に、ゲート電極8a、8b及び絶縁体サイドウォール10a、10bをマスクとして、Pウェル4の内部にN型不純物であるヒ素をイオン注入して、N型の第1のソース・ドレイン領域11a及び第2のソース・ドレイン領域11bを形成する。
【0069】
その後、図示しないが、周知の技術を用いて、シリコン基板1上に層間絶縁膜や配線などを形成することにより、本実施形態のMIS型半導体装置は完成する。
【0070】
以上のような製造方法によれば、第1、第2のMIS型トランジスタTr1、Tr2いずれにおいても、ゲート電極8a、8bの端部直下近傍のシリコン基板1には電界緩和層9a、9bが形成されるが、本実施形態では、第1の電界緩和層9aと第2の電界緩和層9bを形成するために行うイオン注入の注入条件を互いに異ならせている。
【0071】
それにより、第1の電界緩和層9aと第2の電界緩和層9bとの不純物濃度を比較すると、第1の電界緩和層9aよりも第2の電界緩和層9bの方がより高濃度の不純物を含んでいる。
【0072】
また、本実施形態では、電界緩和層9a、9bの導電型とポケット層12a、12bの導電型とが反対となるように形成しているため、電界緩和層9a、9bの不純物濃度を低くするとポケット層12a、12bの不純物濃度が相対的に高くなり、電界緩和層9a、9bの不純物濃度を高くするとポケット層12a、12bの不純物濃度が相対的に低くなる。
【0073】
そして、MIS型トランジスタのしきい値電圧は、ポケット層12a、12bの不純物濃度の影響を受けて規定されるため、第2のMIS型トランジスタTr2よりも第1のMIS型トランジスタTr1の方がしきい値電圧が高くなる。
【0074】
即ち、共通のチップに設けられた複数のMIS型トランジスタ間でポケット層12a、12bの不純物濃度を互いに異ならせることにより、相異なるしきい値電圧を有する複数のトランジスタTr1、Tr2を1チップ上に混在させることができる。
【0075】
そして、このポケット層12a、12bは、ソース・ドレイン領域11a、11b間におけるチャネル領域6a、6bのやや深い領域に形成される空乏層の形成領域に設けらるとともにPウェル3の導電型と同じ導電型であるため、電界緩和層9a、9bの不純物濃度を低くすることでポケット層12a、12bの不純物濃度を高くすると空乏層の伸びを抑えることができる。
【0076】
よって、図8に示されるように、第1の電界緩和層9aが形成された第1のトランジスタTr1においては、ゲート長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下するという短チャネル効果を抑制することができる。
【0077】
それにより、ゲート加工寸法のばらついたとしてもしきい値電圧のばらつきを低減することができ、高いしきい値電圧を維持することができるため、半導体装置の低消費電力化を実現することができる。
【0078】
(他の実施形態)
また、チャネル領域6a、6b及び電界緩和層9a、9bの下面にパンチスルーストッパ層7a、7bを設けた構造のMIS型トランジスタにおいて、第1のトランジスタTr1に形成された電界緩和層9aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成された電界緩和層9bの不純物濃度よりも低くすることにより、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0079】
また、チャネル領域6a、6b及び電界緩和層9a、9bの下面にパンチスルーストッパ層7a、7bを設けた構造のMIS型トランジスタにおいて、第1のトランジスタTr1に形成された電界緩和層9aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成された電界緩和層9bの不純物濃度よりも低くするとともに、第1のトランジスタTr1に形成されたパンチスルーストッパ層7aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成されたパンチスルーストッパ層7bの不純物濃度よりも高くすることにより、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0080】
また、電界緩和層9a、9bの下面にポケット層12a、12bを設けた構造のMIS型トランジスタにおいて、第1のトランジスタTr1に形成された第1のポケット層12aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成された第2のポケット層12bの不純物濃度よりも高くすることにより、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0081】
また、電界緩和層9a、9bの下面にポケット層12a、12bを設けた構造のMIS型トランジスタにおいて、第1のトランジスタTr1に形成された第1のポケット層12aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成された第2のポケット層12bの不純物濃度よりも高くするとともに、第1のトランジスタTr1に形成された電界緩和層9aの不純物濃度を、第2のトランジスタTr2に形成された電界緩和層9bの不純物濃度よりも低くすることにより、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0082】
尚、本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【0083】
例えば、上記各実施形態では、シリコン基板1上に2種類のMIS型トランジスタTr1、Tr2を設けた半導体装置について説明したが、これに限られるものではなく、3種類以上のMIS型トランジスタを設けた半導体装置でもよい。
【0084】
また、上記各実施形態では、nチャネル型のMIS型トランジスタについて説明したが、これに限られるものではなく、Pチャネル型MIS型トランジスタにも適用することができる。
【0085】
また、上記のPウェル4、チャネル領域6a、6b、パンチスルーストッパ層7a、7b、電界緩和層9a、9b、ソース・ドレイン領域11a、11bの各導電型は、それと逆になっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの断面構造である。
【図2】(a)から(c)は、図1に示すMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図3】(a)から(c)は、図2に続く図1に示すMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係るMIS型トランジスタにおけるゲート長と飽和しきい値電圧との関係を示すグラフである。
【図5】本発明の第2実施形態に係る互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの断面構造である。
【図6】(a)から(c)は、図5に示すMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図7】(a)から(c)は、図6に続く図5に示すMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係るMIS型トランジスタにおけるゲート長と飽和しきい値電圧との関係を示すグラフである。
【図9】(a)から(c)は、従来技術における互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図10】(a)から(c)は、図9に続く従来技術における互いにしきい値電圧が異なる2つのトランジスタを有したMIS型トランジスタの製造工程を示す図である。
【図11】従来技術のMIS型トランジスタにおけるゲート長と飽和しきい値電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1…シリコン基板、
2…LOCOS膜、
3…Pウェル、
4a、4b…ゲート絶縁膜、
5a、5b…ホトレジスト、
6a、6b…チャネル領域、
7、7a、7b…パンチスルーストッパ層、
8a、8b…ゲート電極、
9、9a、9b…電界緩和層、
10a、10b…絶縁体サイドウォール、
11a、11b…ソース・ドレイン領域、
12a、12b…ポケット層。
Claims (4)
- 半導体基板上に形成された第1導電型のウェルと、
前記ウェルの所定領域上に形成された第1のゲート電極と、前記ウェルにおける前記第1のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第1のソース領域及び第1のドレイン領域と、を備えた第1のトランジスタと、
前記ウェルの所定領域上に形成された第2のゲート電極と、前記ウェルにおける前記第2のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第2のソース領域及び第2のドレイン領域と、を備えた第2のトランジスタと、
を有した半導体装置において、
前記第1のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で前記第1のソース領域と前記第1のドレイン領域に隣接して配置され前記ウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第1のパンチスルーストッパ層と、前記第2のトランジスタにおけるチャネル形成領域より深い位置で前記第2のソース領域と前記第2のドレイン領域に隣接して配置され前記ウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第2のパンチスルーストッパ層とを備え、
前記第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度と前記第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度とを互いに異ならせることにより、前記第1のトランジスタのしきい値電圧と前記第2のトランジスタのしきい値電圧とを互いに異ならせたことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1のトランジスタは、前記第1のソース領域と前記第1のドレイン領域との間の前記チャネル形成領域において少なくとも前記第1のドレイン領域に隣接して配置され、前記第1のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第1の電界緩和層を備え、
前記第2のトランジスタは、前記第2のソース領域と前記第2のドレイン領域との間の前記チャネル形成領域において少なくとも前記第2のドレイン領域に隣接して配置され、前記第2のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第2の電界緩和層を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度が前記第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度よりも高い場合には前記第1の電界緩和層の不純物濃度は前記第2の電界緩和層の不純物濃度よりも低く、前記第1のパンチスルーストッパ層の不純物濃度が前記第2のパンチスルーストッパ層の不純物濃度よりも低い場合には前記第1の電界緩和層の不純物濃度は前記第2の電界緩和層の不純物濃度よりも高くされていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 半導体基板上に形成された第1導電型のウェルと、
前記ウェルの所定領域上に形成された第1のゲート電極と、前記ウェルにおける前記第1のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第1のソース領域及び第1のドレイン領域と、を備えた第1のトランジスタと、
前記ウェルの所定領域上に形成された第2のゲート電極と、前記ウェルにおける前記第2のゲート電極の端部下方に互いに独立に配置された第2導電型の第2のソース領域及び第2のドレイン領域と、を備えた第2のトランジスタと、
を有した半導体装置において、
前記第1のトランジスタのチャネル形成領域において少なくとも前記第1のドレイン領域側に前記第1のドレイン領域に隣接して配置され、前記第1のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第1の電界緩和層と、前記第2のトランジスタのチャネル形成領域において少なくとも前記第2のドレイン領域側に前記第2のドレイン領域に隣接して配置され、前記第2のドレイン領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第2の電界緩和層と、
前記第1のトランジスタにおける前記チャネル形成領域より深い位置で前記第1のソース領域または前記第1のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置され前記ウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第1のポケット層と、前記第2のトランジス タにおける前記チャネル形成領域より深い位置で前記第2のソース領域または前記第2のドレイン領域の少なくともどちらか一方に隣接して配置され前記ウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型の第2のポケット層とを備え、
前記第1の電界緩和層の不純物濃度と前記第2の電界緩和層の不純物濃度とを互いに異ならせることにより、前記第1のトランジスタのしきい値電圧と前記第2のトランジスタのしきい値電圧とを互いに異ならせるとともに、
前記第1の電界緩和層の不純物濃度が前記第2の電界緩和層の不純物濃度よりも高い場合には前記第1のポケット層の不純物濃度を前記第2のポケット層の不純物濃度よりも低く、前記第1の電界緩和層の不純物濃度が前記第2の電界緩和層の不純物濃度よりも低い場合には前記第1のポケット層の不純物濃度を前記第2のポケット層の不純物濃度よりも高くしたことを特徴とする半導体装置。
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