JP4917761B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、CMOSアナログ回路に適用して好適な半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device suitable for application to a CMOS analog circuit and a manufacturing method thereof.

従来から、映像や音声信号等のアナログ信号を処理する回路として、CMOSアナログ回路が用いられている。半導体装置は年々微細化、高集積化されつつあるが、このようなCMOSアナログ回路(例えば高精度アンプなどのアナログ回路)で使用されるアナログCMOSトランジスタは、いぜんゲート長が1(μm)以上のものがほとんどである。
その理由は、アナログCMOSトランジスタの微細化と、相互コンダクタンスGm、出力抵抗Rout(=dVd/dId)、1/fノイズ、閾値Vthマッチング等とがトレードオフの関係にあるからである。とは言え、低電圧、低消費電力の観点から言えば、アナログCMOSトランジスタについても微細化は正しい方向であり、短ゲート長のアナログCMOSの開発が必要となってきている。
Conventionally, CMOS analog circuits have been used as circuits for processing analog signals such as video and audio signals. Semiconductor devices are becoming finer and higher integrated year by year, but analog CMOS transistors used in such CMOS analog circuits (for example, analog circuits such as high-precision amplifiers) have a gate length of 1 (μm) or more. Most are things.
The reason is that there is a trade-off relationship between miniaturization of an analog CMOS transistor and mutual conductance Gm, output resistance Rout (= dVd / dId), 1 / f noise, threshold Vth matching, and the like. However, from the viewpoint of low voltage and low power consumption, the miniaturization of analog CMOS transistors is also in the right direction, and the development of an analog CMOS with a short gate length is required.

CMOSアナログ回路では、一般に、pMOSトランジスタや、nMOSトランジスタがその飽和領域でアナログ素子として動作、使用される。図13(A)〜(C)は、一般的なMOSトランジスタの構成例と、そのVd−Id特性を示す概念図である。
図13(A)に示すようなMOSトランジスタでは、図13(C)に示すように、当該MOSトランジスタをアナログ素子として、その飽和領域動作で使用すると、図13(B)に示すように、反転したチャネル層のピンチオフ点がどうしても高濃度のドレイン端近傍に形成されてしまう。
In a CMOS analog circuit, a pMOS transistor or an nMOS transistor generally operates and is used as an analog element in its saturation region. 13A to 13C are conceptual diagrams showing a configuration example of a general MOS transistor and its Vd-Id characteristics.
In the MOS transistor as shown in FIG. 13A, when the MOS transistor is used as an analog element in the saturation region operation as shown in FIG. 13C, the inversion is shown in FIG. 13B. The pinch-off point of the channel layer is inevitably formed in the vicinity of the high concentration drain end.

この状態で、ドレインにアナログ信号を印加すると、ドレイン電圧(Vds)の変動により直近のピンチオフ点が電位変動を引き起し、ピンチオフ点が変動する。ここで、MOSトランジスタの実効チャネル長はソースとピンチオフ点との距離で現されるので、ピンチオフ点の変動はチャネル長変調効果(CLM:Channel Length Modulation)を招く。   In this state, when an analog signal is applied to the drain, fluctuations in the drain voltage (Vds) cause potential fluctuations at the nearest pinch-off point, and the pinch-off point fluctuates. Here, since the effective channel length of the MOS transistor is expressed by the distance between the source and the pinch-off point, the fluctuation of the pinch-off point causes a channel length modulation effect (CLM: Channel Length Modulation).

つまり、ドレイン電圧が高くなると実効チャネル長が短くなり、ドレイン電流(Ids)が流れやすくなるため、図13(C)に示すように、Vd−Id特性に傾斜が発生する。即ち、出力抵抗Rout(=dVd/dId)の値が低くなってしまう。このような傾斜は、ドレイン電圧がドレイン電流となってソースに抜ける事を意味する。ドレイン電圧がドレイン電流となってソースに抜けるとは、言い換えれば、ドレイン出力アナログ信号の一部がソースに抜けて(リークして)しまうことであり、出力電圧の減少を招いてしまう。この出力電圧の減少は、アナログ信号増幅回路等の設計において、問題となる現象である。   That is, when the drain voltage is increased, the effective channel length is shortened and the drain current (Ids) easily flows, so that a slope is generated in the Vd-Id characteristic as illustrated in FIG. That is, the value of the output resistance Rout (= dVd / dId) becomes low. Such a slope means that the drain voltage becomes a drain current and escapes to the source. When the drain voltage becomes a drain current and escapes to the source, in other words, a part of the drain output analog signal escapes (leaks) to the source, leading to a decrease in the output voltage. This decrease in output voltage is a phenomenon that becomes a problem in the design of analog signal amplifier circuits and the like.

このような出力抵抗Routの劣化(低下)、即ち、ドレインコンダクタンスGds(=1/Rout)の劣化(増加)は、特に、プロセスを微細化することによってより顕著となるが、その原因は2つある。第1の原因は、トランジスタのソース側でドレイン電圧誘起による閾値Vthの低下現象(DIBL)が増大することである。また、第2の理由は、ピンチオフ点でチャネル長変調効果(CLM)が増大することである。   Such a deterioration (decrease) in the output resistance Rout, that is, a deterioration (increase) in the drain conductance Gds (= 1 / Rout) becomes more remarkable by miniaturizing the process, but there are two causes. is there. The first cause is an increase in the threshold voltage Vth reduction phenomenon (DIBL) due to drain voltage induction on the source side of the transistor. The second reason is that the channel length modulation effect (CLM) increases at the pinch-off point.

アナログCMOSトランジスタの微細化(短ゲート長化)を実現するためには、このようなDIBLとCLMの増大を抑え、ドレインコンダクタンスGdsの劣化を防止する必要がある。
ドレインコンダクタンスGdsの劣化を防止する方法としては、従来から、基板と同じ導電型の不純物をソース側だけにイオン注入する、所謂、ソース側のみの非対称ポケットインプラが知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1〜4参照。)。
In order to realize miniaturization (short gate length) of the analog CMOS transistor, it is necessary to suppress such increase of DIBL and CLM and to prevent the deterioration of the drain conductance Gds.
As a method for preventing the deterioration of the drain conductance Gds, a so-called asymmetric pocket implant only on the source side, in which an impurity having the same conductivity type as that of the substrate is ion-implanted only on the source side, has been conventionally known (for example, Patent Documents). 1. See Non-Patent Documents 1 to 4.)

このような非対称ポケットインプラによれば、ソース側の閾値Vthを高めに調整することができるので、DIBLの増大を抑えることが可能である。また、ドレイン側にポケットインプラしないのは、ドレインとチャネル間の空乏層を大きく保つことで、ピンチオフ点でのドレイン方向電界を緩和し、CLMの増大を抑える(即ち、CLMを改善する)ためである。
また、別のCLMの改善例として高耐圧に適した大きなドレイン構造での報告事例がある(例えば、非特許文献5参照。)。さらに、ソース領域のチャネルに隣接する領域だけにメタルシリサイドを有する非対称LDD構造が知られている。(例えば、特許文献2参照。)。
According to such an asymmetric pocket implanter, the source-side threshold value Vth can be adjusted to a higher value, so that an increase in DIBL can be suppressed. The reason why the pocket implantation is not performed on the drain side is that the depletion layer between the drain and the channel is kept large, the electric field in the drain direction at the pinch-off point is relaxed, and the increase in CLM is suppressed (that is, CLM is improved). is there.
As another improvement example of CLM, there is a report example of a large drain structure suitable for high withstand voltage (for example, see Non-Patent Document 5). Furthermore, an asymmetric LDD structure having a metal silicide only in a region adjacent to the channel of the source region is known. (For example, refer to Patent Document 2).

特開昭59−61185号公報JP 59-61185 A 特開平4−245642号公報JP-A-4-245642 Hemant V. Deshpande et al., VLSI Symp. Tech. Dig., pp87-88 ,2001Hemant V. Deshpande et al., VLSI Symp. Tech. Dig., Pp87-88, 2001 Hemant V. Deshpande et al.,Electron Devices Vol 49 No9 p1558 (2002)Hemant V. Deshpande et al., Electron Devices Vol 49 No9 p1558 (2002) Baohong Cheng et al., VLSI Symp. Tech. Dig., pp69-70 ,1999Baohong Cheng et al., VLSI Symp. Tech. Dig., Pp69-70, 1999 M . Miyamoto et al., Electron Devices Vol 46 No8 p1699 (1999)M. Miyamoto et al., Electron Devices Vol 46 No8 p1699 (1999) J.Mitros et al., Electron Devices Vol 48 p1751 (2001)J. Mitros et al., Electron Devices Vol 48 p1751 (2001)

ソース側だけにポケットインプラ層を備えた従来例(以下「従来例1」という。)によれば、通常のアナログCMOSトランジスタと比べて、ドレインコンダクタンスGdsの値を改善することは可能である。しかしながら、従来例1に係るMOSトランジスタをそのゲート長が0.35(μm)近傍となるまで微細化した場合には、通常のアナログCMOSトランジスタと比べて、そのドレインコンダクタンスGdsの値は、せいぜい1/3〜1/5倍程度であり、その改善度合いは十分とは言い難かった(第1の問題点)。   According to the conventional example (hereinafter referred to as “conventional example 1”) having the pocket implantation layer only on the source side, it is possible to improve the value of the drain conductance Gds as compared with a normal analog CMOS transistor. However, when the MOS transistor according to the conventional example 1 is miniaturized until the gate length is close to 0.35 (μm), the value of the drain conductance Gds is at most 1 as compared with a normal analog CMOS transistor. It was about / 3 to 1/5 times, and it was difficult to say that the degree of improvement was sufficient (first problem).

また、非特許文献5に開示されたような、高耐圧に適した大きなドレイン構造の従来例(以下「従来例2」という。)によれば、通常のアナログCMOSトランジスタと比べて、CLMは改善できるものの、ドレインの接合深さXjの増大を招き、微細CMOSには使い難いという問題があった(第2の問題点)。
ところで、本発明者は、さらなる低Gdsの改良としてドレイン側の電界低減に着目し、Ldd層と、非対称構造のポケットインプラ層とを組み合わせることでトランジスタのドレインコンダクタンスGdsを2桁以上小さくできることを見出した。そして、上記第1、第2の問題点を解決するために、非対称構造のLdd層と非対称構造のポケットインプラ層の両方を含む構造の半導体装置を先に特許出願した(特願2004−196950、以下「先の出願」という。)。
Further, according to the conventional example of a large drain structure suitable for high breakdown voltage as disclosed in Non-Patent Document 5 (hereinafter referred to as “Conventional Example 2”), the CLM is improved as compared with a normal analog CMOS transistor. Although it is possible, there is a problem that the junction depth Xj of the drain is increased and it is difficult to use the fine CMOS (second problem).
By the way, the present inventor pays attention to the electric field reduction on the drain side as further improvement of low Gds, and finds that the drain conductance Gds of the transistor can be reduced by two orders of magnitude or more by combining the Ldd layer and the pocket implantation layer having an asymmetric structure. It was. In order to solve the above first and second problems, a semiconductor device having a structure including both an Ldd layer having an asymmetric structure and a pocket implant layer having an asymmetric structure has been filed (Japanese Patent Application No. 2004-196950, Hereinafter referred to as “prior application”).

しかしながら、先の出願では、ドレインコンダクタンスGdsを2桁以上小さくできるという効果が得られる一方で、チャネル層の不純物濃度がソース端からドレイン端にかけて均一であるMOSトランジスタ(以下、単に「均一構造」という。例えば、図5(A)のトランジスタのことである。)よりも、ピンチオフ電圧Vdsatが高くなってしまう、という問題点が有った(第3の問題点)。   However, in the previous application, the effect that the drain conductance Gds can be reduced by two orders of magnitude or more can be obtained, while the impurity concentration of the channel layer is uniform from the source end to the drain end (hereinafter simply referred to as “uniform structure”). For example, the transistor in FIG. 5A) has a problem that the pinch-off voltage Vdsat becomes higher (third problem).

ここで、ピンチオフ電圧とは、ゲート電極に一定電圧(Vg)を加えてチャネル層を形成し、この状態でドレイン電圧(Vd)を増加させて、ドレイン電流がほぼ一定となったとき(即ち、飽和したとき)のドレイン電圧のことである。
言い換えれば、ゲート電極に一定電圧(Vg)を加えてチャネル層を形成し、この状態でドレイン電圧(Vd)を増加させていくと、Vg−Vth=Vdで電圧が等しくなった時点で、チャネルを構成している反転層がドレイン側近傍で無くなる。このときのドレイン電圧がピンチオフ電圧である。ピンチオフ領域はドレイン側近傍で発生し、飽和領域とも呼ばれている。
Here, the pinch-off voltage means that when a constant voltage (Vg) is applied to the gate electrode to form a channel layer and the drain voltage (Vd) is increased in this state, the drain current becomes substantially constant (that is, This is the drain voltage when saturated.
In other words, when a channel layer is formed by applying a constant voltage (Vg) to the gate electrode and the drain voltage (Vd) is increased in this state, the channel becomes equal when Vg−Vth = Vd. The inversion layer constituting is eliminated in the vicinity of the drain side. The drain voltage at this time is a pinch-off voltage. The pinch-off region occurs near the drain side and is also called a saturation region.

アナログCMOSでは飽和領域の高抵抗性能を利用して増幅回路設計を行う。ピンチオフを形成するギリギリのドレイン電圧はアナログ出力電圧下限に相当し、ピンチオフ電圧が高いと、増幅出力範囲が狭まり、低電源電圧での使用し難くなる。
先の出願では、非対称構造のポケットインプラ層(非対称チャネル構造ともいえる。)によって、ソース側のチャネルインプラ濃度を濃くした(例えば、0.95volt)分、ドレイン側のチャネルインプラ濃度を薄くし(例えば、0.35volt)、チャネル全体の平均として例えばVth0.65voltとなるようにした。
In analog CMOS, an amplifier circuit is designed using the high resistance performance in the saturation region. The last drain voltage that forms the pinch-off corresponds to the lower limit of the analog output voltage. When the pinch-off voltage is high, the amplified output range is narrowed, making it difficult to use at a low power supply voltage.
In the previous application, the channel implant concentration on the source side is increased (for example, 0.95 vol) by the pocket implant layer having an asymmetric structure (also referred to as an asymmetric channel structure), and the channel implantation concentration on the drain side is decreased (for example, 0.95 volt). , 0.35 vol), and the average of the entire channel is set to Vth 0.65 volt, for example.

この例によれば、先の出願では、ドレイン側のピンチオフ電圧は、Vg=1voltの場合、0.65volt(Vg−Vth=1−0.35=0.65volt)となる。均一構造のピンチオフ電圧は0.35volt(Vg−Vth=1−0.65=0.35volt)であるから、先の出願は均一構造よりもピンチオフ電圧が0.3volt高くなってしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、MIS構造のトランジスタの微細化と、ドレイン出力アナログ信号のソースへのリークの低減を両立できるようにし、さらに、ピンチオフ電圧を低くできるようにした半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。
According to this example, in the previous application, when Vg = 1 volt, the pinch-off voltage on the drain side is 0.65 volt (Vg−Vth = 1−0.35 = 0.65 volt). Since the pinch-off voltage of the uniform structure is 0.35 volt (Vg−Vth = 1−0.65 = 0.35 volt), the previous application has a pinch-off voltage of 0.3 volt higher than that of the uniform structure.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can achieve both miniaturization of a transistor having a MIS structure and reduction of leakage to the source of a drain output analog signal, and can further reduce a pinch-off voltage. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極部と、前記ゲート電極部下から露出した半導体基板に設けられた一導電型のソース領域及びドレイン領域と、前記ソース領域及びドレイン領域に挟まれた反対導電型のチャネル領域のうち、前記ソース領域に隣接し且つ前記ドレイン領域に隣接しない特定部位に設けられた反対導電型のポケットインプラ層と、前記半導体基板の内部にあって、前記チャネル領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の下方に設けられた反対導電型のレトロチャネルインプラ領域と、からなるMIS構造のトランジスタを備え、前記ソース領域は、前記一導電型の不純物を高濃度に含む高濃度ソース層と、前記一導電型の不純物を低濃度に含み、前記高濃度ソース層の下部から当該高濃度ソース層の前記チャネル領域側の側部にかけて設けられた低濃度ソース層とを有し、前記ドレイン領域は、前記一導電型の不純物を高濃度に含む高濃度ドレイン層と、前記一導電型の不純物を低濃度に含み、前記高濃度ドレイン層の下部から当該高濃度ドレイン層の前記チャネル領域側の側部にかけて設けられた低濃度ドレイン層とを有し、前記低濃度ソース層は前記低濃度ドレイン層よりも前記一導電型の不純物を高濃度に含み、かつ、前記レトロチャネルインプラ領域は前記チャネル領域よりも前記反対導電型の不純物を高濃度に含み、かつ前記ポケットインプラ層は、前記低濃度ソース層に隣接した状態で、当該低濃度ソース層下部の前記半導体基板から前記特定部位にかけて設けられており、かつ前記レトロチャネルインプラ領域は、前記半導体基板の表面から所定の深さにおいて前記反対導電型の不純物の濃度値がピークとなる不純物濃度分布を有し、かつ前記レトロチャネルインプラ領域は、前記ポケットインプラ層に接すると共に、前記ソース領域及びドレイン領域とは離間した状態で配置されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, a gate insulating film provided over the semiconductor substrate, a gate electrode portion provided over the gate insulating film, Of the one conductivity type source region and drain region provided on the semiconductor substrate exposed from below the gate electrode portion, and the opposite conductivity type channel region sandwiched between the source region and drain region, adjacent to the source region and An opposite conductivity type pocket implant layer provided at a specific portion not adjacent to the drain region, and an opposite conductivity type provided inside the semiconductor substrate and below the channel region, the source region, and the drain region. A retro-channel implantation region of the MIS structure transistor, and the source region has a high concentration of the one conductivity type impurity. A high-concentration source layer, and a low-concentration source layer that includes the one-conductivity type impurity at a low concentration and is provided from a lower portion of the high-concentration source layer to a side portion of the high-concentration source layer on the channel region side. The drain region includes a high-concentration drain layer containing the one-conductivity type impurity at a high concentration, and a low-concentration containing the one-conductivity type impurity from the lower portion of the high-concentration drain layer. A low-concentration drain layer provided on a side portion of the channel region side, wherein the low-concentration source layer contains the impurity of the one conductivity type at a higher concentration than the low-concentration drain layer, and channel implantation region viewed including the opposite conductivity type impurity than the channel region in a high concentration, and the pocket implantation layer is in a state adjacent to the lightly doped source layer, the low concentration source layer The retro-channel implantation region is provided at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate so that the concentration value of the impurity of the opposite conductivity type peaks at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate. And the retro-channel implant region is disposed in contact with the pocket implant layer and separated from the source region and the drain region .

こで、高濃度ソース層と低濃度ソース層とを有するソース及び、高濃度ドレイン層と低濃度ドレイン層とを有するドレインとは、例えばLDD構造のソース及びドレインのことである。また、ドレイン電圧によるチャネル長変調効果CLMは(i)式で表される。
dΔL/dVds={Esat×cosh(ΔL/ξ)}-1…(i)
ξ=(3tox×Xj)1/2:チャネル微細化パラメータ
Esat:ピンチオフ点でのドレイン方向電界
ΔL:ドレイン端からピンチオフ点までの距離
Vds:ドレイン電圧
In here, a source and a high-concentration source layer and the low concentration source layer, a drain and a high concentration drain layer and the low concentration drain layer is, for example, that of the source and the drain of the LDD structure. Further, the channel length modulation effect CLM by the drain voltage is expressed by the equation (i).
dΔL / dVds = {Esat × cosh (ΔL / ξ)} −1 (i)
ξ = (3 tox × Xj) 1/2 : channel refinement parameter Esat: drain direction electric field at pinch-off point ΔL: distance from drain end to pinch-off point Vds: drain voltage

チャネル長変調効果(CLM)低減にはゲート酸化膜toxを薄膜化する以外に、ΔLの増大が有効である事が分かる。本発明ではεΔLの増大に着目した。LDD(lightly doped drain)を低濃度化すれば空乏層が増大し、ΔLが増大する。すなわち、LDDによる空乏層を含む実効ΔLeff=ΔL+Lnを増大することが可能となる。ΔLeffは実効的ドレイン空乏層幅であり、Lnはドレイン低濃度LDD中の空乏層幅である。   It can be seen that an increase in ΔL is effective for reducing the channel length modulation effect (CLM) in addition to reducing the thickness of the gate oxide film tox. In the present invention, attention is focused on an increase in εΔL. If the concentration of LDD (lightly doped drain) is lowered, the depletion layer increases and ΔL increases. That is, it is possible to increase the effective ΔLeff = ΔL + Ln including the depletion layer by LDD. ΔLeff is an effective drain depletion layer width, and Ln is a depletion layer width in the drain low concentration LDD.

しかし、LDDを低濃度化するために、単純にLDDインプラ量を低減すると、ソースとドレイン間の寄生抵抗も増大してしまうので、相互コンダクタンスGmと、ドレイン電流Idsatとが低下してしまい、微細化の魅力を損ねてしまう。ここで、所定の深さとは、例えば、約0.2(μm)である However, if the LDD implantation amount is simply reduced in order to reduce the concentration of LDD, the parasitic resistance between the source and the drain also increases. Therefore, the mutual conductance Gm and the drain current Idsat are reduced, and the fineness is reduced. It will detract from the attractiveness of the process. Here, the predetermined depth is, for example, about 0.2 (μm) .

上記の半導体装置によれば、トランジスタを微細化しても寄生抵抗増大の副作用を伴わせないようにするために、LDDを非対称構造にする。つまり、低濃度ドレイン層の不純物濃度は、Esatの低減を目的に低くしておく。また、低濃度ソース層の不純物濃度は、寄生抵抗低減を目的に低濃度ドレイン層よりも高くする。さらに、このような「非対称構造のLDD」に、ソース側だけにポケットインプラ層を形成する「非対称構造のポケットインプラ層」を組み合わせる。 According to the semiconductor device described above , the LDD has an asymmetric structure in order to avoid the side effect of increasing parasitic resistance even if the transistor is miniaturized. That is, the impurity concentration of the low-concentration drain layer is set low for the purpose of reducing Esat. Further, the impurity concentration of the low concentration source layer is set higher than that of the low concentration drain layer for the purpose of reducing parasitic resistance. Further, such an “asymmetric structure LDD” is combined with a “asymmetric structure pocket implant layer” that forms a pocket implant layer only on the source side.

これにより、例えば、アナログCMOSとしては短チャネルに部類される0.35(μm)ゲート長のトランジスタにおいて、その寄生抵抗をほとんど増大させることなく、ドレイン電圧誘起Vth低下現象(DIBL)と、ピンチオフ点でのチャネル変調効果(CLM)とを同時に抑制することができる。それゆえ、従来技術と比べて、相互コンダクタンスGmや、飽和ドレイン電流Idsatをあまり低下させることなく、ドレインコンダクタンスGdsの値を減らすことができ、ドレイン出力アナログ信号のソースへのリークを小さくすることができる。   As a result, for example, in a 0.35 (μm) gate length transistor that is classified as a short channel as an analog CMOS, the drain voltage-induced Vth lowering phenomenon (DIBL) and the pinch-off point are hardly increased. The channel modulation effect (CLM) can be suppressed at the same time. Therefore, as compared with the prior art, the value of the drain conductance Gds can be reduced without significantly reducing the mutual conductance Gm and the saturation drain current Idsat, and the leakage of the drain output analog signal to the source can be reduced. it can.

また、上記の半導体装置によれば、レトロチャネルインプラ領域によって、半導体基板の内部であって、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域の下方(即ち、半導体基板の奥深い所)の不純物濃度が高くなっている。奥深い所の不純物濃度が高いと、半導体基板にバイアスが加わった時、半導体基板内の空乏層の拡がりが狭くなり、半導体基板の表面電位もより高くなる。その結果、ピンチオフ電圧を低くすることができる。 Further, according to the above-described semiconductor device, the retro channel implantation region, an internal of the semiconductor substrate, a channel region, below the source region and the drain region (i.e., deep places of the semiconductor substrate) becomes higher impurity concentration Yes. When the impurity concentration in the deep part is high, when a bias is applied to the semiconductor substrate, the spread of the depletion layer in the semiconductor substrate becomes narrow, and the surface potential of the semiconductor substrate also becomes higher. As a result, the pinch-off voltage can be lowered.

本発明の別の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置を製造する方法であって、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ソース領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ソース層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。ここで、斜めとは、半導体基板表面の鉛直線方向に対して例えば25(°)から35(°)の範囲の傾斜のことである。
上記の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極部下にある半導体基板のソース領域となる部位に一導電型の不純物をイオン注入する際に、当該ゲート電極部下にある半導体基板のドレイン領域となる部位に一導電型の不純物が入らないようにすることができる。これにより、例えば、上述した「非対称構造のLDD」を再現性良く形成することができる。
A method of manufacturing a semiconductor device according to another aspect of the present invention is a method of manufacturing the semiconductor device described above , wherein the semiconductor on the source region side is formed after the gate electrode portion is formed on the gate insulating film. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the low-concentration source layer is formed by obliquely ion-implanting one conductivity type impurity from above the substrate toward the source region of the semiconductor substrate. Here, the oblique means an inclination in a range of, for example, 25 (°) to 35 (°) with respect to the vertical line direction on the surface of the semiconductor substrate.
According to the above method for manufacturing a semiconductor device, when one conductivity type impurity is ion-implanted into a portion to be the source region of the semiconductor substrate under the gate electrode portion, the drain region of the semiconductor substrate under the gate electrode portion is formed. It is possible to prevent impurities of one conductivity type from entering the part. Thereby, for example, the above-mentioned “LDD having an asymmetric structure” can be formed with good reproducibility.

本発明のさらに別の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置を製造する方法であって、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の前記特定部位に向けて反対導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記ポケットインプラ層を形成することを特徴とするものである。
上記の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極部下にある半導体基板の特定部位に反対導電型の不純物をイオン注入する際に、当該ゲート電極部下にある半導体基板のドレイン領域となる部位に反対導電型の不純物が入らないようにすることができる。これにより、例えば、上述した「非対称構造のポケットインプラ層」を再現性良く形成することができる。
A method of manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention is a method of manufacturing the semiconductor device described above, wherein the gate electrode portion is formed on the gate insulating film, and then the source region side of the semiconductor device is manufactured. The pocket implantation layer is formed by ion-implanting impurities of opposite conductivity type obliquely from above the semiconductor substrate toward the specific portion of the semiconductor substrate.
According to the method for manufacturing a semiconductor device described above , when an impurity of an opposite conductivity type is ion-implanted into a specific portion of the semiconductor substrate under the gate electrode portion, it opposes the portion to be a drain region of the semiconductor substrate under the gate electrode portion. Conductive impurities can be prevented from entering. Thereby, for example, the “asymmetrical pocket implant layer” described above can be formed with good reproducibility.

本発明のさらに別の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置を製造する方法であって、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ドレイン領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ドレイン領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ドレイン層を形成することを特徴とするものである。
上記の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極部下にある半導体基板のドレイン領域となる部位に一導電型の不純物をイオン注入する際に、当該ゲート電極部下にある半導体基板のソース領域となる部位に一導電型の不純物が入らないようにすることができる。これにより、例えば、上述した「非対称構造のLDD」を再現性良く形成することができる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention is a method for manufacturing the semiconductor device described above, wherein the gate electrode portion is formed on the gate insulating film, and then the drain region side of the semiconductor device is manufactured. The low-concentration drain layer is formed by ion-implanting an impurity of one conductivity type obliquely from above the semiconductor substrate toward a portion to be the drain region of the semiconductor substrate.
According to the above method for manufacturing a semiconductor device, when one conductivity type impurity is ion-implanted into a portion to be the drain region of the semiconductor substrate under the gate electrode portion, the source region of the semiconductor substrate under the gate electrode portion is formed. It is possible to prevent impurities of one conductivity type from entering the part. Thereby, for example, the above-mentioned “LDD having an asymmetric structure” can be formed with good reproducibility.

本発明のさらに別の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記の何れか一の半導体装置を製造する方法であって、前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成する工程と、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ソース領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ソース層を形成する工程と、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の前記特定部位に向けて反対導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記ポケットインプラ層を形成する工程と、前記ドレイン領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ドレイン領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ドレイン層を形成する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
上記の半導体装置の製造方法によれば、例えば、上述した「非対称構造のLDD」と、「非対称構造のポケットインプラ層」とを再現性良く形成することができる。
A method of manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention is a method of manufacturing any one of the above semiconductor devices, the step of forming the gate electrode portion on the gate insulating film, and the source Forming the low-concentration source layer by obliquely ion-implanting one conductivity type impurity from above the semiconductor substrate on the region side toward the source region of the semiconductor substrate; and on the source region side Forming the pocket implant layer by obliquely implanting impurities of opposite conductivity type from above the semiconductor substrate toward the specific portion of the semiconductor substrate, and from above the semiconductor substrate on the drain region side The low-concentration drain layer is formed by ion-implanting one conductivity type impurity obliquely toward the portion to be the drain region of the semiconductor substrate. Extent and is characterized in that it comprises a.
According to the manufacturing method of the semiconductor device, for example, as "LDD asymmetric structure" described above can be formed with good reproducibility and a "pocket implantation layer of the asymmetric structure".

本発明のさらに別の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する前に、前記チャネル領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる部分が開口されたフォトレジストのマスクを前記半導体基板上に形成する工程と、前記マスクが形成された前記半導体基板に反対導電型の不純物をイオン注入して前記レトロチャネルインプラ領域を形成する工程とを備え、前記レトロチャネルインプラ領域を形成する工程では、前記半導体基板の表面から所定の深さにおいて前記反対導電型の不純物の濃度値がピークとなるようにそのイオン注入条件を設定しておくことを特徴とするものである。
上記の半導体装置の製造方法によれば、レトロチャネルインプラ領域を半導体基板の奥深い所に形成することができる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to still another aspect of the present invention is the method for manufacturing a semiconductor device described above , wherein the channel region, the source region, and the source region are formed before forming the gate insulating film on the semiconductor substrate. A step of forming a photoresist mask on the semiconductor substrate in which a portion serving as the drain region is opened; and an ion of an impurity of an opposite conductivity type is implanted into the semiconductor substrate on which the mask is formed to form the retro channel implantation region In the step of forming the retro channel implantation region, the ion implantation conditions are set so that the concentration value of the impurity of the opposite conductivity type reaches a peak at a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate. It is characterized by setting.
According to the above method for manufacturing a semiconductor device, the retro-channel implant region can be formed in a deep place in the semiconductor substrate.

本発明によれば、低濃度ソース層の方が低濃度ドレイン層よりも不純物濃度が高い非対称構造のLDDと、半導体基板と同じ導電型の不純物がソース側のチャネル領域だけに導入された非対称構造のポケットインプラ層との両方を備える。このような構成によって、相互コンダクタンスGmをあまり低下させずに、ドレインコンダクタンスGds(=dId/dVd)を十分小さくすることが可能である。
また、本発明によれば、レトロチャネルインプラ領域によって、半導体基板の奥深い所の不純物濃度が高くなっている。奥深い所の不純物濃度が高いと、半導体基板にバイアスが加わった時、半導体基板内の空乏層の拡がりが狭くなり、半導体基板の表面電位もより高くなる。その結果、ピンチオフ電圧を低くすることができる。
According to the present invention, an LDD having an asymmetric structure in which a low concentration source layer has a higher impurity concentration than a low concentration drain layer, and an asymmetric structure in which an impurity having the same conductivity type as that of a semiconductor substrate is introduced only in a channel region on the source side. With both pocket implant layer. With such a configuration, the drain conductance Gds (= dId / dVd) can be made sufficiently small without significantly reducing the mutual conductance Gm.
In addition, according to the present invention, the impurity concentration in the deep part of the semiconductor substrate is increased by the retro channel implantation region. When the impurity concentration in the deep part is high, when a bias is applied to the semiconductor substrate, the spread of the depletion layer in the semiconductor substrate becomes narrow, and the surface potential of the semiconductor substrate also becomes higher. As a result, the pinch-off voltage can be lowered.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法について説明する。
(1)MOSトランジスタ100の構造
図1は本発明の実施形態に係るMOSトランジスタ100の構成例を示す断面図である。このMOSトランジスタ100は、例えばCMOSアナログ回路を構成する一素子である。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1) Structure of MOS Transistor 100 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a MOS transistor 100 according to an embodiment of the present invention. The MOS transistor 100 is one element constituting, for example, a CMOS analog circuit.

図1に示すように、このN型のMOSトランジスタ100は、シリコン基板1と、このシリコン基板1に設けられた素子分離層43と、この素子分離層43によって素子分離された領域のシリコン基板1に設けられたP型のウェル拡散層(P−well)5と、ウェル拡散層5上に設けられたゲート酸化膜15と、このゲート酸化膜15上に設けられたゲート電極13と、このゲート電極13下から露出したシリコン基板1に設けられたN型のソース60及びドレイン70と、サイドウォールスペーサ33と、レトロチャネルインプラ領域(層)20と、を含んだ構成となっている。   As shown in FIG. 1, the N-type MOS transistor 100 includes a silicon substrate 1, an element isolation layer 43 provided on the silicon substrate 1, and a silicon substrate 1 in a region isolated by the element isolation layer 43. P-type well diffusion layer (P-well) 5 provided on the gate diffusion film 5, a gate oxide film 15 provided on the well diffusion layer 5, a gate electrode 13 provided on the gate oxide film 15, and the gate The structure includes an N-type source 60 and drain 70 provided on the silicon substrate 1 exposed from below the electrode 13, a sidewall spacer 33, and a retro channel implantation region (layer) 20.

図1において、素子分離層43は例えばシリコン酸化膜からなるものであり、例えばLOCOS法によって形成されたものである。また、ウェル拡散層5は、例えばボロンがイオン注入され、熱拡散されて形成されたものである。さらに、ゲート酸化膜15は、例えば熱酸化により形成されるシリコン酸化膜である。また、ゲート電極13は、例えばリン等の導電型不純物がドープされたポリシリコンからなるものである。このゲート電極13のゲート長は、例えば0.35(μm)である。なお、ゲート電極13下の、シリコン基板1表面近傍(P--)の不純物濃度は、例えば約1E+17(/cm3)である。 In FIG. 1, the element isolation layer 43 is made of, for example, a silicon oxide film, and is formed by, for example, the LOCOS method. The well diffusion layer 5 is formed, for example, by boron ion implantation and thermal diffusion. Furthermore, the gate oxide film 15 is a silicon oxide film formed by thermal oxidation, for example. The gate electrode 13 is made of polysilicon doped with a conductive impurity such as phosphorus. The gate length of the gate electrode 13 is, for example, 0.35 (μm). The impurity concentration near the surface of the silicon substrate 1 (P ) under the gate electrode 13 is, for example, about 1E + 17 (/ cm 3 ).

図1に示すように、ソース60及びドレイン70は、いわゆるLDD構造を成している。ソース60は、N型の高濃度層(N+層)61と、N型の低濃度層(N-層)63とから構成されており、N-層63はN+層61とウェル拡散層5との間に設けられている。ドレイン70は、N型の高濃度層(N+層)71と、このN+層71よりもN型不純物の濃度が低く、かつソース側のN-層63よりもさらにN型不純物の濃度が低い低濃度層(N--層)73とから構成されている。N--層73は、N+層71とウェル拡散層5との間に設けられている。N+層61,71は、例えばヒ素等のN型不純物で構成されている。また、N-層63と、N--層73は、例えばリン等のN型不純物で構成されている。 As shown in FIG. 1, the source 60 and the drain 70 have a so-called LDD structure. The source 60 includes an N-type high concentration layer (N + layer) 61 and an N-type low concentration layer (N layer) 63, and the N layer 63 includes the N + layer 61 and a well diffusion layer. 5 is provided. The drain 70 has an N-type high-concentration layer (N + layer) 71, an N-type impurity concentration lower than that of the N + layer 71, and an N-type impurity concentration higher than that of the N layer 63 on the source side. low low concentration layer - and an (N layer) 73. N layer 73 is provided between N + layer 71 and well diffusion layer 5. The N + layers 61 and 71 are made of N-type impurities such as arsenic, for example. Further, the N layer 63 and the N layer 73 are made of an N-type impurity such as phosphorus.

さらに、このソース60及びドレイン70に挟まれたP型のチャネル領域のうち、N-層63に隣接し、かつN--層73に隣接しない特定部位に、P型のポケットインプラ層(P-層)80が設けられている。このP-層80は、例えばボロン等のP型不純物で構成されている。
また、図1に示すように、レトロチャネルインプラ領域20は、シリコン基板1の内部にあって、P-層80及びP--を含むチャネル領域と、ソース60とドレイン70との下方に連続して設けられている。このレトロチャネルインプラ領域20は、例えば、ボロン等のP型不純物で構成されており、その不純物濃度はシリコン基板1の表面から深さ約0.2(μm)のところで約1E+18(/cm3)のピークとなっている。チャネル領域(P--)が約1E+17(/cm3)の低濃度層であるのに対して、レトロチャネルインプラ領域20はそのピーク位置での不純物濃度が約1E+18(/cm3)であり、高濃度層となっている。
Further, in the P-type channel region sandwiched between the source 60 and the drain 70, a P-type pocket implant layer (P − is formed at a specific portion adjacent to the N layer 63 and not adjacent to the N layer 73. Layer) 80 is provided. The P layer 80 is made of a P-type impurity such as boron.
Further, as shown in FIG. 1, the retro channel implantation region 20 is located inside the silicon substrate 1 and is continuous below the channel region including the P layers 80 and P , the source 60 and the drain 70. Is provided. The retro channel implantation region 20 is made of, for example, a P-type impurity such as boron, and the impurity concentration is about 1E + 18 (/ cm 3 ) at a depth of about 0.2 (μm) from the surface of the silicon substrate 1. It has become a peak. Channel region (P -) whereas it is low-density layer of about 1E + 17 (/ cm 3) , retro channel implantation region 20 is an impurity concentration at the peak position of about 1E + 18 (/ cm 3) , It is a high concentration layer.

図2は、P-層80、N-層63及びN--層73のチャネル方向への張り出し長さを示す断面図である。図2に示すように、N-層63のゲート電極13下まで張り出した部分の長さをL1としたとき、L1は例えば250(Å)程度である。また、P-層80の、N-層63のチャネル側端部からゲート電極13下まで張り出した部分の長さをL2としたとき、L2は例えば1000(Å)程度である。さらに、N--層73のゲート電極13下まで張り出した部分の長さをL3としたとき、L3は例えば250(Å)程度である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the length of the P layer 80, the N layer 63, and the N layer 73 extending in the channel direction. As shown in FIG. 2, when the length of the portion of the N layer 63 extending to the bottom of the gate electrode 13 is L1, L1 is about 250 (Å), for example. Further, when the length of the portion of the P layer 80 that extends from the channel side end of the N layer 63 to below the gate electrode 13 is L2, L2 is about 1000 (例 え ば), for example. Further, N - when the length of the overhanging portion to the bottom gate electrode 13 of the layer 73 was set to L3, L3 is, for example, about 250 (Å).

図2に示すように、このMOSトランジスタ100ではP-層80がN-層63のチャネル側端部からゲート電極13下まで張り出しているので、MOSトランジスタ100の閾値Vthは同じチャネル領域でもソース側とドレイン領域とでは異なり、ソース側のチャネル領域(即ち、P-層80)の方がドレイン側のチャネル領域(即ち、P−well5)よりも閾値Vthが高くなっている。 As shown in FIG. 2, in this MOS transistor 100, since the P layer 80 extends from the channel side end of the N layer 63 to below the gate electrode 13, the threshold value Vth of the MOS transistor 100 is the source side even in the same channel region. Unlike the drain region, the source-side channel region (that is, the P layer 80) has a higher threshold value Vth than the drain-side channel region (that is, the P-well 5).

また、図2に示すように、レトロチャネルインプラ領域20の深さ方向への長さをd4としたとき、d4は例えば3000(Å)程度である。
図1に戻って、サイドウォールスペーサ33は、例えばシリコン酸化膜からなるものである。図1に示すように、このサイドウォールスペーサ33は、シリコン基板1に設けられたN-層63上と、N--層73上とに設けられている。
As shown in FIG. 2, when the length of the retro channel implantation region 20 in the depth direction is d4, d4 is about 3000 (Å), for example.
Returning to FIG. 1, the sidewall spacer 33 is made of, for example, a silicon oxide film. As shown in FIG. 1, the sidewall spacers 33 are provided on the N layer 63 and the N layer 73 provided on the silicon substrate 1.

(2)MOSトランジスタ100の製造方法
次に、このMOSトランジスタ100の製造方法について説明する。
図3(A)〜図4(C)は、MOSトランジスタ100の製造方法を示す工程図である。ここでは、最短ゲート長が0.35(μm)のCMOSプロセスを用いて、NMOSトランジスタ100を製造する場合について説明する。
図3(A)に示すように、シリコン基板1に素子分離層43とウェル拡散層5とを形成した後で、シリコン基板1上にレトロチャネルインプラ領域20形成用のレジストパターン21を形成し、トランジスタ領域(即ち、素子領域)以外の領域を覆う。
(2) Manufacturing Method of MOS Transistor 100 Next, a manufacturing method of the MOS transistor 100 will be described.
FIGS. 3A to 4C are process diagrams showing a method for manufacturing the MOS transistor 100. Here, a case where the NMOS transistor 100 is manufactured using a CMOS process with a minimum gate length of 0.35 (μm) will be described.
As shown in FIG. 3A, after the element isolation layer 43 and the well diffusion layer 5 are formed on the silicon substrate 1, a resist pattern 21 for forming the retro-channel implant region 20 is formed on the silicon substrate 1, The region other than the transistor region (that is, the element region) is covered.

次に、このレジストパターン21をマスクにシリコン基板1にボロン(B)を低濃度にイオン注入して、その表面近傍(即ち、浅い所)に閾値Vth調整用のP--を形成する。さらに、このレジストパターン21をマスクにシリコン基板1にボロン等をイオン注入して、その奥深い所にレトロチャネルインプラ領域20を形成する。レトロチャネルインプラ領域20を形成するためのイオン注入条件は、例えば、イオン種:ボロン(B)、ドーズ量:1.2E+14(/cm2)、注入エネルギ:150(kev)、注入角度(Tilt):7°である。このようなイオン注入条件によって、レトロチャネルインプラ領域20のピーク位置はシリコン基板1の表面から深さ約0.2(μm)の所となる。 Next, boron (B) is ion-implanted into the silicon substrate 1 at a low concentration using the resist pattern 21 as a mask, and P for adjusting the threshold Vth is formed in the vicinity of the surface (that is, in a shallow place). Further, boron or the like is ion-implanted into the silicon substrate 1 using the resist pattern 21 as a mask, and a retro channel implantation region 20 is formed at a deep location. The ion implantation conditions for forming the retro channel implantation region 20 are, for example, ion species: boron (B), dose amount: 1.2E + 14 (/ cm 2 ), implantation energy: 150 (kev), implantation angle (Tilt). : 7 °. Under such ion implantation conditions, the peak position of the retro-channel implant region 20 is at a depth of about 0.2 (μm) from the surface of the silicon substrate 1.

閾値調整用のイオン注入とレトロチャネルインプラとを終えた後で、シリコン基板1にアッシング処理を施して、レジストパターン21を取り除く。
次に、図3(B)に示すように、シリコン基板1の表面にゲート酸化膜15を例えば65(nm)程度の厚さに形成する。続いて、図3(C)に示すように、このゲート酸化膜15上にポリシリコン膜13´を形成する。そして、このポリシリコン膜13´をパターニングしてゲート電極13を形成する。このゲート電極13の長さ(即ち、ゲート長)は、例えば0.35(μm)程度である。
After the ion implantation for threshold adjustment and the retro channel implantation are completed, the silicon substrate 1 is subjected to an ashing process, and the resist pattern 21 is removed.
Next, as shown in FIG. 3B, a gate oxide film 15 is formed on the surface of the silicon substrate 1 to a thickness of, for example, about 65 (nm). Subsequently, as shown in FIG. 3C, a polysilicon film 13 ′ is formed on the gate oxide film 15. Then, the polysilicon film 13 ′ is patterned to form the gate electrode 13. The length of the gate electrode 13 (that is, the gate length) is, for example, about 0.35 (μm).

次に、図4(A)に示すように、素子分離領域を覆い、かつ素子領域を露出させるレジストパターン45をシリコン基板1上に形成する。そして、このレジストパターン45と、ゲート電極13とをマスクにシリコン基板1にリン等をイオン注入して、ソースとなる領域のシリコン基板1にN-層63を形成する。このイオン注入工程では、シリコン基板1のソース側上方から傾斜を付けてリンをイオン注入して、ゲート電極13のソース側端部からドレイン方向へ斜めに入った位置までN-層63を形成する。 Next, as shown in FIG. 4A, a resist pattern 45 that covers the element isolation region and exposes the element region is formed on the silicon substrate 1. Then, using this resist pattern 45 and the gate electrode 13 as a mask, phosphorus or the like is ion-implanted into the silicon substrate 1 to form an N layer 63 on the silicon substrate 1 in the source region. In this ion implantation step, phosphorus is ion-implanted from above the source side of the silicon substrate 1 to form the N layer 63 from the source side end of the gate electrode 13 to a position obliquely entering the drain direction. .

-層63を形成するためのイオン注入条件は、例えば、イオン種:リン(P)、ドーズ量:2E+13(/cm2)、注入エネルギ:30(kev)、注入角度(Tilt):30°である。このようなイオン注入条件によって、シリコン基板1の表面からの深さがd1、ゲート電極13下への張り出した部分の長さがL1となるように、N-層63を形成する。d1は例えば500(Å)である。また、このイオン注入によって、図4(A)に示すように、シリコン基板1のドレインとなる領域であって、ゲート電極13下から離隔した部分にも、N-層63が形成される。 The ion implantation conditions for forming the N layer 63 are, for example, ion species: phosphorus (P), dose amount: 2E + 13 (/ cm 2 ), implantation energy: 30 (kev), implantation angle (Tilt): 30 °. It is. Under such ion implantation conditions, the N layer 63 is formed so that the depth from the surface of the silicon substrate 1 is d1 and the length of the protruding portion below the gate electrode 13 is L1. d1 is, for example, 500 (Å). Further, by this ion implantation, as shown in FIG. 4A, an N layer 63 is also formed in a region which becomes the drain of the silicon substrate 1 and is separated from the bottom of the gate electrode 13.

次に、図4(B)に示すように、ゲート電極13をマスクにシリコン基板1にボロン等をイオン注入して、P-層80を形成する。このイオン注入工程では、シリコン基板1のソース側上方から傾斜を付けてボロンをイオン注入し、ゲート電極13のソース側端部からドレイン方向へ斜めに深く入った位置までP-層80を形成する。P-層80を形成するためのイオン注入条件は、例えば、イオン種:ボロン(B)、ドーズ量:6E+12(/cm2)、注入エネルギ:50(kev)、注入角度(Tilt):30°である。 Next, as shown in FIG. 4B, boron or the like is ion-implanted into the silicon substrate 1 using the gate electrode 13 as a mask to form a P layer 80. In this ion implantation step, boron is ion-implanted with an inclination from above the source side of the silicon substrate 1, and the P layer 80 is formed from the source side end of the gate electrode 13 to a position obliquely deep in the drain direction. . The ion implantation conditions for forming the P layer 80 are, for example, ion species: boron (B), dose: 6E + 12 (/ cm 2 ), implantation energy: 50 (kev), implantation angle (Tilt): 30 °. It is.

このようなイオン注入条件によって、シリコン基板1の表面からの深さがd2、N-層63のドレイン側端部からゲート電極13下への張り出した部分の長さがL2となるように、P-層80を形成する。d2は例えば2500(Å)である。また、このイオン注入によって、図4(B)に示すように、シリコン基板1のドレインとなる領域の下方であって、ゲート電極13下から離隔した部分にも、P-層80が形成される。 Under such ion implantation conditions, the depth from the surface of the silicon substrate 1 is d2, and the length of the protruding portion from the drain side end of the N layer 63 to the bottom of the gate electrode 13 is L2. - forming a layer 80. For example, d2 is 2500 (Å). Further, by this ion implantation, as shown in FIG. 4B, a P layer 80 is also formed below the region to be the drain of the silicon substrate 1 and in a portion separated from the bottom of the gate electrode 13. .

-層63、P-層80を形成した後で、図4(C)に示すように、ゲート電極13をマスクにシリコン基板1にリン等をイオン注入して、ドレインとなる領域のシリコン基板1にN--層73を形成する。このイオン注入工程では、シリコン基板1のドレイン側上方から傾斜を付けてリンをイオン注入して、ゲート電極13のドレイン側端部からソース方向へ斜めに入った位置までN--層73を形成する。 After forming the N layer 63 and the P layer 80, as shown in FIG. 4C, phosphorus or the like is ion-implanted into the silicon substrate 1 using the gate electrode 13 as a mask, and the silicon substrate in the region to be the drain 1, an N 2 layer 73 is formed. In this ion implantation step, phosphorus is ion-implanted with a slope from the drain side above the silicon substrate 1, N from the drain side end portion of the gate electrode 13 to a position entered obliquely to the source direction - form a layer 73 To do.

--層73を形成するためのイオン注入条件は、例えば、イオン種:リン(P)、ドーズ量:5E+12(/cm2)、注入エネルギ:30(kev)、注入角度(Tilt):30°である。このようなイオン注入条件によって、シリコン基板1の表面からの深さがd3、ゲート電極13下への張り出した部分の長さがL3となるように、N--層73を形成する。d3は例えば500(Å)である。また、このイオン注入によって、図4(C)に示すように、シリコン基板1のソースとなる領域であって、ゲート電極13下から離隔した部分にも、N--層73が形成される。 The ion implantation conditions for forming the N 2 layer 73 are, for example, ion species: phosphorus (P), dose: 5E + 12 (/ cm 2 ), implantation energy: 30 (kev), implantation angle (Tilt): 30 °. Under such ion implantation conditions, the N layer 73 is formed so that the depth from the surface of the silicon substrate 1 is d3 and the length of the protruding portion below the gate electrode 13 is L3. For example, d3 is 500 (Å). In addition, by this ion implantation, as shown in FIG. 4C, an N layer 73 is also formed in a region which becomes a source of the silicon substrate 1 and is separated from the bottom of the gate electrode 13.

図4(C)において、N--層73を形成した後は、通常のCMOS形成プロセスと同じである。即ち、ゲート電極13の側壁にサイドウォールスペーサ33(図1参照。)をSiNで形成する。次に、素子分離領域を覆い、かつ素子領域を露出させるレジストパターン47と、サイドウォールスペーサ33と、ゲート電極13とをマスクにして、シリコン基板1にヒ素等のN型不純物をイオン注入する。 In FIG. 4 (C), N - after forming the layer 73 is the same as a normal CMOS fabrication process. That is, sidewall spacers 33 (see FIG. 1) are formed of SiN on the side walls of the gate electrode 13. Next, N-type impurities such as arsenic are ion-implanted into the silicon substrate 1 using the resist pattern 47 that covers the element isolation region and exposes the element region, the sidewall spacer 33, and the gate electrode 13 as a mask.

そして、このヒ素等のN型不純物がイオン注入されたシリコン基板1をN2雰囲気下で950(℃)、2分間アニールしてN+層61及び71(図1参照。)を形成する。その後、ソース及びドレインの表面と、ゲート電極13の表面とにTiサリサイドを形成する。さらに、図示しない層間絶縁膜と、メタル配線とを形成して、図1に示したMOSトランジスタ100を完成させる。 Then, the silicon substrate 1 into which N-type impurities such as arsenic have been ion-implanted is annealed at 950 (° C.) for 2 minutes in an N 2 atmosphere to form N + layers 61 and 71 (see FIG. 1). Thereafter, Ti salicide is formed on the surfaces of the source and drain and the surface of the gate electrode 13. Further, an interlayer insulating film (not shown) and a metal wiring are formed to complete the MOS transistor 100 shown in FIG.

(3)従来例及び先の出願(特願2004−196950)と、本発明との比較
図5(A)〜(B)は、各種NMOSトランジスタの断面構造を模式的に示す図である。図5(A)はソース及びドレインがチャネル領域を挟んで対称である通常のNMOS(即ち、均一構造。Conventional)、図5(B)は上記非特許文献1〜4等で開示された従来例1、図5(C)は先の出願(特願2004−196950)に係るNMOS、図5(D)は本発明に係るNMOSである。
(3) Comparison between Conventional Example and Previous Application (Japanese Patent Application No. 2004-196950) and the Present Invention FIGS. 5A to 5B are diagrams schematically showing cross-sectional structures of various NMOS transistors. FIG. 5A shows a normal NMOS (that is, uniform structure, conventional) in which the source and the drain are symmetric with respect to the channel region, and FIG. 5B shows a conventional example disclosed in Non-Patent Documents 1 to 4 above. 1. FIG. 5C shows an NMOS according to the previous application (Japanese Patent Application No. 2004-196950), and FIG. 5D shows an NMOS according to the present invention.

図5(A)のトランジスタは、その特性としてドレインコンダクタンスGdsが大きく、ピンチオフ電圧のシフト量Vxが小さい。ここで、ピンチオフ電圧のシフト量とは、理論値とのズレのことである。理論ピンチオフ電圧はVdsat=Vgs−Vthである。この場合のVthとはチャネル平均のVthである。Gds低減の目的で不純物濃度に偏りを形成した事で、ドレイン近傍ピンチオフ点でのVthが低くなり、実効的Vgs−Vthが大きくなり、ピンチオフ点が高めシフトする。また、図5(B)のトランジスタは、その特性としてGdsが中くらいであり、Vxが大きい。図5(C)のトランジスタは、その特性としてGdsが小さく、Vxが大きい。図5(D)のトランジスタ(本発明)は、その特性としてGdsが小さく、Vxも小さい。以下では、本発明において、Gdsを小さくでき、かつVxも小さくできる理由について説明する。なお、図6、図7、図11、図12の各図において、図5(A)〜(D)の各トランジスタが示す特性データをそれぞれ(A)〜(D)と図示する。   The transistor of FIG. 5A has a large drain conductance Gds and a small pinch-off voltage shift amount Vx as characteristics. Here, the shift amount of the pinch-off voltage is a deviation from the theoretical value. The theoretical pinch-off voltage is Vdsat = Vgs−Vth. The Vth in this case is the channel average Vth. By forming a bias in the impurity concentration for the purpose of reducing Gds, Vth at the pinch-off point near the drain decreases, effective Vgs−Vth increases, and the pinch-off point increases and shifts. In addition, the transistor of FIG. 5B has medium characteristics of Gds and a large Vx. The characteristics of the transistor in FIG. 5C are small in Gds and large in Vx. The transistor (the present invention) in FIG. 5D has small Gds and small Vx as characteristics. The reason why Gds can be reduced and Vx can be reduced in the present invention will be described below. 6, 7, 11, and 12, the characteristic data indicated by the transistors in FIGS. 5A to 5D are respectively illustrated as (A) to (D).

図6は、図5(A)〜(C)の各トランジスタにおいて、実際に測定されたIds−Vds特性を示す図である。図6の横軸がドレイン電圧Vds(volt)で、縦軸がドレイン電流(A)である。また、ここでは、各トランジスタをゲート寸法(W/L)=15/0.35(μm)、Vgs−Vth=0.3(volt)、Vth≒0.68(volt)に設定した。
図6に示すように、図5(B)及び図5(C)の各トランジスタは、Vdsの増加に対してIdsの増加量は僅かであり、平坦な特性を示している。
FIG. 6 is a diagram showing the Ids-Vds characteristics actually measured in each of the transistors in FIGS. The horizontal axis in FIG. 6 is the drain voltage Vds (volt), and the vertical axis is the drain current (A). Further, here, each transistor is set to have a gate size (W / L) = 15 / 0.35 (μm), Vgs−Vth = 0.3 (volt), and Vth≈0.68 (volt).
As shown in FIG. 6, each of the transistors in FIGS. 5B and 5C has a flat characteristic with a small increase in Ids with respect to an increase in Vds.

図7は、図6において、IdsとVdsとの微分値Gds(=dIds/dVds)と、Vdsとの特性を示すである。図7の横軸がドレイン電圧Vds(volt)で、縦軸がドレインコンダクタンスGds(A/volt)である。また、各トランジスタの設定は図6と同じである。図6に示すように、図5(B)に示したトランジスタよりも図5(C)に示したトランジスタの方が、より低いGds(高ゲイン)を示している。なお、図7中のVxが問題のピンチオフ電圧のシフト量を示す値である。   FIG. 7 shows the characteristic of the differential value Gds (= dIds / dVds) between Ids and Vds and Vds in FIG. The horizontal axis of FIG. 7 is the drain voltage Vds (volt), and the vertical axis is the drain conductance Gds (A / volt). The setting of each transistor is the same as in FIG. As shown in FIG. 6, the transistor shown in FIG. 5C shows lower Gds (high gain) than the transistor shown in FIG. 5B. Note that Vx in FIG. 7 is a value indicating the shift amount of the pinch-off voltage in question.

図8は、VxとGdsのトレードオフの関係を示す図である。図8の横軸がドレイン電圧Vds(volt)で、縦軸がドレインコンダクタンスGds(A/volt)である。先の出願(即ち、図5(C)のトランジスタ)では、Gdsを下げる代わりに、ピンチオフ電圧のシフト量(Vx)が高くなっていた(1点鎖線)。この問題解決のターゲットとして、本発明者は、低Gds且つ低Vxの両立をターゲットとした(破線)。   FIG. 8 is a diagram illustrating a trade-off relationship between Vx and Gds. The horizontal axis of FIG. 8 is the drain voltage Vds (volt), and the vertical axis is the drain conductance Gds (A / volt). In the previous application (that is, the transistor of FIG. 5C), the shift amount (Vx) of the pinch-off voltage is increased (one-dot chain line) instead of decreasing Gds. As a target for solving this problem, the present inventor aimed to achieve both low Gds and low Vx (broken line).

図9は、トレードオフのメカニズムを説明する図である。
図9に示すピンチオフ点では、不純物のドーピング濃度が低いため、Vthが下がり、ピンチオフ電圧が大きくなる(=シフト量Vx大)。即ち、図9中のPで示すポケットインプラ層のインプラ量(ポケットインプラ量)を減らすと、ソースからドレインにかけての平均Vth維持するため、ピンチオフ点のドーピング濃度を高くでき、ピンチオフ電圧を低減できる。しかし、ポケットインプラは低Gds特性の確保に重要な役目(DIBL:Drain Induced Barrior Lowering Effectの抑制)が有るため、ポケットインプラ量の減少はGdsの増大という弊害を招いてしまう。
FIG. 9 is a diagram for explaining a trade-off mechanism.
At the pinch-off point shown in FIG. 9, since the impurity doping concentration is low, Vth decreases and the pinch-off voltage increases (= shift amount Vx large). That is, if the implantation amount (pocket implantation amount) of the pocket implantation layer indicated by P in FIG. 9 is reduced, the average Vth from the source to the drain is maintained, so that the doping concentration at the pinch-off point can be increased and the pinch-off voltage can be reduced. However, since the pocket implanter has an important role in securing low Gds characteristics (suppression of DIBL: Drain Induced Barrier Lowering Effect), a decrease in the amount of pocket implant causes an adverse effect of an increase in Gds.

下記(ii)〜(iV)式は、ピンチオフ電圧のシフト量(Vx)の低減方法を導く式である。
Vdsat=(Vgs−Vth)/(1+δ) …(ii)
δ=γ/(2√(φb+Vsb) …(iii)
γ=(2・ε・q・Na)/Cox …(iV)
上記式において、Vdsat:ピンチオフ電圧
δ:表面電位の高まりの程度を示す係数
φb:PN接合でのビルトインポテンシャル
Vsb:基板バイアス電圧(この場合はVdとWELL電位との差)
γ:基板効果
ε:シリコンの誘電率
q:電子の電荷
Na:チャネル下の空乏層中不純物濃度
Cox:ゲート酸化膜の容量
The following equations (ii) to (iV) are equations for deriving a method for reducing the pinch-off voltage shift amount (Vx).
Vdsat = (Vgs−Vth) / (1 + δ) (ii)
δ = γ / (2√ (φb + Vsb) (iii)
γ = (2 · ε · q · Na) / Cox (iV)
In the above formula, Vdsat: pinch-off voltage
δ: coefficient indicating the degree of increase in surface potential
φb: Built-in potential at PN junction
Vsb: substrate bias voltage (in this case, the difference between Vd and WELL potential)
γ: Substrate effect
ε: Dielectric constant of silicon
q: Electron charge
Na: impurity concentration in the depletion layer under the channel
Cox: Capacitance of gate oxide film

図10に示すように、レトロチャネルインプラで、表面より深い位置に不純物ドーピング(NMOSではボロン、PMOSではリン、ヒ素)を行うと、基板表面濃度は変えないため、反転層形成のVthには影響小さく、奥深い所のみ不純物ボロンを濃くできる。奥深い所の不純物濃度は、基板(NMOSではPWELL)にバイアスが加わった時、基板効果γ((iV)式参照。)によって、基板内の空乏層の拡がりに影響する。不純物濃度が高い程、空乏層の拡がりが狭くなり、表面電位もより高くなる。表面電位の高まりの程度を示す係数が(iii)式のδである。δが大きくなると、(ii)式の分子(Vgs−Vth)がたとえ大きくても、分母のδが大きいため、結果としてピンチオフ電圧Vdsatが小さくなる。   As shown in FIG. 10, when impurity doping (boron in NMOS, phosphorus, arsenic in PMOS) is performed at a position deeper than the surface with a retro-channel implanter, the substrate surface concentration does not change, so that it affects the Vth of inversion layer formation. Impurity boron can be concentrated only in small and deep areas. The deep impurity concentration affects the spread of the depletion layer in the substrate due to the substrate effect γ (see equation (iV)) when a bias is applied to the substrate (PWELL in NMOS). The higher the impurity concentration, the narrower the depletion layer spreads and the higher the surface potential. A coefficient indicating the degree of increase of the surface potential is δ in the formula (iii). When δ increases, even if the numerator (Vgs−Vth) in the formula (ii) is large, δ of the denominator is large, and as a result, the pinch-off voltage Vdsat decreases.

図11は、図5(A)、(C)、(D)の各トランジスタにおいて、Ids−Vds特性のシミュレーション結果を示す図である。図11の横軸がドレイン電圧Vds(volt)で、縦軸がドレイン電流(A)である。ここでは、各トランジスタをゲート寸法(W/L)=1/0.35(μm)、Vgs−Vth=0.3(volt)、Vth≒0.68(volt)に設定した。   FIG. 11 is a diagram illustrating a simulation result of Ids-Vds characteristics in each of the transistors in FIGS. 5A, 5C, and 5D. The horizontal axis of FIG. 11 is the drain voltage Vds (volt), and the vertical axis is the drain current (A). Here, the gate dimensions (W / L) = 1 / 0.35 (μm), Vgs−Vth = 0.3 (volt), and Vth≈0.68 (volt) were set for each transistor.

また、図12は、図5(A)、(C)、(D)の各トランジスタにおいて、Gds−Vds特性のシミュレーション結果を示す図である。図12の横軸がドレイン電圧Vds(volt)で、縦軸がドレインコンダクタンスGds(A/volt)である。図12において、各トランジスタの設定は図11と同じである。
図11に示すように、図5(D)のトランジスタ(本発明)は、図5(A)、(C)に示した各トランジスタよりもIdsが若干低下する。しかしながら、図12に示すように、図5(C)のトランジスタ(先の出願)と較べ、殆ど同じ低Gds性能で、且つ、問題のピンチオフ電圧のシフト量Vxを約0.15(volt)低減できている。この特性は、今後の低電圧での回路構成を有利にするものである。
FIG. 12 is a diagram showing a simulation result of Gds-Vds characteristics in each of the transistors in FIGS. 5A, 5C, and 5D. The horizontal axis in FIG. 12 is the drain voltage Vds (volt), and the vertical axis is the drain conductance Gds (A / volt). In FIG. 12, the setting of each transistor is the same as in FIG.
As shown in FIG. 11, the Ids of the transistor of FIG. 5D (the present invention) is slightly lower than that of each of the transistors shown in FIGS. However, as shown in FIG. 12, compared with the transistor of FIG. 5C (previous application), it has almost the same low Gds performance, and the shift amount Vx of the pinch-off voltage in question is reduced by about 0.15 (volt). is made of. This characteristic is advantageous for future circuit configurations at low voltages.

(4)まとめ
このように、本発明の実施形態に係るMOSトランジスタ100によれば、MOSトランジスタ100を微細化してもソース60及びドレイン70間の寄生抵抗を増大させないようにするために、ソース60及びドレイン70を非対称構造のLDDにする。つまり、図1に示したように、N--層73の不純物濃度は、Esatの低減を目的に低くしておく。また、N-層63の不純物濃度は、寄生抵抗低減を目的にN--層73よりも高くする。さらに、この非対称構造のLDDに、ソース側だけにP-層80を形成する「非対称構造のポケットインプラ層」を組み合わせる。
(4) Summary As described above, according to the MOS transistor 100 according to the embodiment of the present invention, in order not to increase the parasitic resistance between the source 60 and the drain 70 even if the MOS transistor 100 is miniaturized, the source 60 And the drain 70 is an LDD having an asymmetric structure. That is, as shown in FIG. 1, N - impurity concentration of the layer 73 is kept low in order to reduce the Esat. Further, the impurity concentration of the N layer 63 is made higher than that of the N layer 73 for the purpose of reducing parasitic resistance. Further, an asymmetrical pocket implant layer that forms the P layer 80 only on the source side is combined with this asymmetrical LDD.

これにより、アナログCMOSトランジスタとしては短チャネルに部類される0.35(μm)ゲート長のトランジスタにおいて、その寄生抵抗をほとんど増大させることなく、ドレイン電圧によって誘起される閾値Vthの低下現象(DIBL)と、ピンチオフ点でのチャネル変調効果(CLM)とを同時に抑制することができる。それゆえ、従来技術と比べて、相互コンダクタンスGmや、飽和ドレイン電流Idsatをあまり低下させることなく、ドレインコンダクタンスGdsの値を減らすことができ、ドレイン出力アナログ信号のソースへのリークを小さくすることができる。   As a result, in a 0.35 (μm) gate length transistor that is classified as a short channel as an analog CMOS transistor, the threshold voltage Vth reduction phenomenon (DIBL) induced by the drain voltage is hardly increased. And the channel modulation effect (CLM) at the pinch-off point can be suppressed at the same time. Therefore, as compared with the prior art, the value of the drain conductance Gds can be reduced without significantly reducing the mutual conductance Gm and the saturation drain current Idsat, and the leakage of the drain output analog signal to the source can be reduced. it can.

また、このMOSトランジスタ100によれば、レトロチャネルインプラ領域20によって、シリコン基板1の内部であって、チャネル領域、ソース60及びドレイン70の下方(即ち、シリコン基板1の奥深い所)の不純物濃度が高くなっている。奥深い所の不純物濃度が高いと、シリコン基板1にバイアスが加わった時、シリコン基板1内の空乏層の拡がりが狭くなり、シリコン基板1の表面電位もより高くなる。その結果、ピンチオフ電圧Vdsat(即ち、シフト量Vx)を低くすることができる。
つまり、先の出願(特願2004−196950)と比べて、ドレインコンダクタンスGdsとピンチオフ電圧Vdsatとのトレードオフの関係を軽減することができる。
Further, according to the MOS transistor 100, the retro channel implantation region 20 causes the impurity concentration inside the silicon substrate 1 to be below the channel region, the source 60 and the drain 70 (that is, deep in the silicon substrate 1). It is high. When the impurity concentration in the deep part is high, when a bias is applied to the silicon substrate 1, the spread of the depletion layer in the silicon substrate 1 becomes narrow, and the surface potential of the silicon substrate 1 becomes higher. As a result, the pinch-off voltage Vdsat (that is, the shift amount Vx) can be lowered.
That is, the trade-off relationship between the drain conductance Gds and the pinch-off voltage Vdsat can be reduced as compared with the previous application (Japanese Patent Application No. 2004-196950).

この実施形態では、N型が本発明の一導電型に対応し、P型が本発明の反対導電型に対応している。また、シリコン基板1が本発明の半導体基板に対応し、ゲート酸化膜15が本発明のゲート絶縁膜に対応している。さらに、ゲート電極13が本発明のゲート電極部に対応し、MOSトランジスタ100が本発明のMIS構造のトランジスタに対応している。また、P-層80が本発明のポケットインプラ層に対応し、N-層63が本発明の低濃度ソース層に対応している。そして、N--層73が本発明の低濃度ドレイン層に対応している。 In this embodiment, the N type corresponds to one conductivity type of the present invention, and the P type corresponds to the opposite conductivity type of the present invention. The silicon substrate 1 corresponds to the semiconductor substrate of the present invention, and the gate oxide film 15 corresponds to the gate insulating film of the present invention. Further, the gate electrode 13 corresponds to the gate electrode portion of the present invention, and the MOS transistor 100 corresponds to the MIS structure transistor of the present invention. The P layer 80 corresponds to the pocket implant layer of the present invention, and the N layer 63 corresponds to the low concentration source layer of the present invention. The N 2 layer 73 corresponds to the low concentration drain layer of the present invention.

なお、この実施形態では、MOSトランジスタ100がNMOSの場合について説明したが、本発明はNMOSに限られることはなく、例えばPMOSでも良い。PMOSの場合には、P型が本発明の「一導電型」に対応し、N型が本発明の「反対導電型」に対応する。
また、本発明は最短ゲート長が0.35(μm)以外のCMOSプロセスにも適用でき、0.35(μm)のCMOSプロセスの場合と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, the case where the MOS transistor 100 is an NMOS has been described. However, the present invention is not limited to an NMOS, and may be, for example, a PMOS. In the case of PMOS, the P type corresponds to the “one conductivity type” of the present invention, and the N type corresponds to the “opposite conductivity type” of the present invention.
The present invention can also be applied to a CMOS process having a minimum gate length other than 0.35 (μm), and the same effect as in the case of a CMOS process with 0.35 (μm) can be obtained.

実施形態に係るMOSトランジスタ100の構成例を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a MOS transistor 100 according to an embodiment. -層80、N-層63及びN--層73のチャネル方向への張り出し長さを示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the overhang length in the channel direction of a P layer 80, an N layer 63, and an N layer 73. MOSトランジスタ100の製造方法を示す工程図(その1)である。FIG. 6 is a process diagram (part 1) illustrating the method for manufacturing the MOS transistor 100; MOSトランジスタ100の製造方法を示す工程図(その2)である。FIG. 6 is a process diagram (part 2) illustrating the method for manufacturing the MOS transistor 100; 各種NMOSトランジスタの断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure of various NMOS transistors. Ids−Vds特性の実測値を示す図である。It is a figure which shows the measured value of an Ids-Vds characteristic. Gds−Vds特性の実測値を示す図である。It is a figure which shows the actual value of a Gds-Vds characteristic. VxとGdsのトレードオフの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the trade-off of Vx and Gds. トレードオフのメカニズムを説明する図である。It is a figure explaining the mechanism of trade-off. レトロチャネルインプラによる基板効果γ大の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the board | substrate effect (gamma) large by retro channel implantation. Ids−Vds特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of an Ids-Vds characteristic. Gds−Vds特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of a Gds-Vds characteristic. 一般的なMOSトランジスタの構成例と、そのVd−Id特性を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structural example of a general MOS transistor, and its Vd-Id characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
5 ウェル拡散層
13 ゲート電極
13´ ポリシリコン膜
15 ゲート酸化膜
20 レトロチャネルインプラ領域
21,45,47 レジストパターン
33 サイドウォールスペーサ
43 素子分離層
60 ソース
61 N+層(高濃度ソース層)
63 N-層(低濃度ソース層)
70 ドレイン
71 N+層(高濃度ドレイン層)
73 N--層(低濃度ソース層)
80 P-層(ポケットインプラ層)
100 MOSトランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 5 Well diffused layer 13 Gate electrode 13 'Polysilicon film 15 Gate oxide film 20 Retro channel implantation regions 21, 45, 47 Resist pattern 33 Side wall spacer 43 Element isolation layer 60 Source 61 N + layer (high concentration source layer )
63 N layer (low concentration source layer)
70 drain 71 N + layer (high concentration drain layer)
73 N - layer (low concentration source layer)
80 P - layer (pocket implantation layer)
100 MOS transistor

Claims (6)

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極部と、
前記ゲート電極部下から露出した半導体基板に設けられた一導電型のソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域及びドレイン領域に挟まれた反対導電型のチャネル領域のうち、前記ソース領域に隣接し且つ前記ドレイン領域に隣接しない特定部位に設けられた反対導電型のポケットインプラ層と、
前記半導体基板の内部にあって、前記チャネル領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の下方に連続して設けられた反対導電型のレトロチャネルインプラ領域と、
からなるMIS構造のトランジスタを備え、
前記ソース領域は、前記一導電型の不純物を高濃度に含む高濃度ソース層と、前記一導電型の不純物を低濃度に含み、前記高濃度ソース層の下部から当該高濃度ソース層の前記チャネル領域側の側部にかけて設けられた低濃度ソース層とを有し、
前記ドレイン領域は、前記一導電型の不純物を高濃度に含む高濃度ドレイン層と、前記一導電型の不純物を低濃度に含み、前記高濃度ドレイン層の下部から当該高濃度ドレイン層の前記チャネル領域側の側部にかけて設けられた低濃度ドレイン層とを有し、
前記低濃度ソース層は前記低濃度ドレイン層よりも前記一導電型の不純物を高濃度に含み、かつ、
前記レトロチャネルインプラ領域は前記チャネル領域よりも前記反対導電型の不純物を高濃度に含み、かつ
前記ポケットインプラ層は、前記低濃度ソース層に隣接した状態で、当該低濃度ソース層下部の前記半導体基板から前記特定部位にかけて設けられており、かつ
前記レトロチャネルインプラ領域は、
前記半導体基板の表面から所定の深さにおいて前記反対導電型の不純物の濃度値がピークとなる不純物濃度分布を有し、かつ
前記レトロチャネルインプラ領域は、
前記ポケットインプラ層に接すると共に、前記ソース領域及びドレイン領域とは離間した状態で配置されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor substrate;
A gate electrode portion provided on the gate insulating film;
A source region and a drain region of one conductivity type provided in a semiconductor substrate exposed from below the gate electrode portion;
Of the opposite conductivity type channel region sandwiched between the source region and the drain region, the opposite conductivity type pocket implant layer provided in a specific portion adjacent to the source region and not adjacent to the drain region;
A retro-channel implant region of an opposite conductivity type provided inside the semiconductor substrate and continuously provided below the channel region, the source region, and the drain region;
MIS structure transistor consisting of
The source region includes a high-concentration source layer containing the one-conductivity type impurity at a high concentration and a low-concentration source containing the one-conductivity type impurity from the lower portion of the high-concentration source layer. A low-concentration source layer provided over the region side,
The drain region includes a high-concentration drain layer containing the one-conductivity type impurity in a high concentration and a low-concentration impurity containing the one-conductivity type impurity from the lower portion of the high-concentration drain layer to the channel of the high-concentration drain layer. A low-concentration drain layer provided over the region side,
The low-concentration source layer contains the impurity of the one conductivity type at a higher concentration than the low-concentration drain layer; and
The retro channel implantation region viewed contains a high concentration of the opposite conductivity type impurity than the channel region, and said pocket implantation layer, the state adjacent to the lightly doped source layer, the low concentration source layer below the the semiconductor substrate is provided over the said specific sites and said retro channel implantation region,
The density value of said opposite conductivity type impurity on the surface from a predetermined depth of the semiconductor substrate have a impurity concentration distribution becomes a peak, and
The retro channel implantation region is
A semiconductor device, wherein the semiconductor device is in contact with the pocket implant layer and is separated from the source region and the drain region .
請求項1に記載の半導体装置を製造する方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ソース領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ソース層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1 ,
After the gate electrode portion is formed on the gate insulating film, one conductivity type impurity is obliquely ion-implanted from above the semiconductor substrate on the source region side toward the source region of the semiconductor substrate. Thus, the low concentration source layer is formed.
請求項1に記載の半導体装置を製造する方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の前記特定部位に向けて反対導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記ポケットインプラ層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1 ,
After forming the gate electrode portion on the gate insulating film, ion implantation of impurities of opposite conductivity type obliquely from above the semiconductor substrate on the source region side toward the specific portion of the semiconductor substrate, A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the pocket implant layer is formed.
請求項1に記載の半導体装置を製造する方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成した後で、前記ドレイン領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ドレイン領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ドレイン層を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1 ,
After the gate electrode portion is formed on the gate insulating film, one conductivity type impurity is obliquely ion-implanted from above the semiconductor substrate on the drain region side toward a portion to be the drain region of the semiconductor substrate. Thus, the method of manufacturing a semiconductor device, wherein the low-concentration drain layer is formed.
請求項1に記載の半導体装置を製造する方法であって、
前記ゲート絶縁膜上に前記ゲート電極部を形成する工程と、
前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ソース領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ソース層を形成する工程と、
前記ソース領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の前記特定部位に向けて反対導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記ポケットインプラ層を形成する工程と、
前記ドレイン領域側の前記半導体基板上方から当該半導体基板の該ドレイン領域となる部位に向けて一導電型の不純物を斜めにイオン注入することにより、前記低濃度ドレイン層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing the semiconductor device according to claim 1 ,
Forming the gate electrode portion on the gate insulating film;
Forming the low-concentration source layer by obliquely ion-implanting one conductivity type impurity from above the semiconductor substrate on the source region side toward the source region of the semiconductor substrate;
Forming the pocket implant layer by obliquely implanting ions of opposite conductivity type from above the semiconductor substrate on the source region side toward the specific portion of the semiconductor substrate;
Forming the low-concentration drain layer by obliquely ion-implanting one conductivity type impurity from above the semiconductor substrate on the drain region side toward a portion to be the drain region of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記半導体基板上に前記ゲート絶縁膜を形成する前に、
前記チャネル領域、前記ソース領域及び前記ドレイン領域となる部分が開口されたフォトレジストのマスクを前記半導体基板上に形成する工程と、
前記マスクが形成された前記半導体基板に反対導電型の不純物をイオン注入して前記レトロチャネルインプラ領域を形成する工程とを備え、
前記レトロチャネルインプラ領域を形成する工程では、
前記半導体基板の表面から所定の深さにおいて前記反対導電型の不純物の濃度値がピークとなるようにそのイオン注入条件を設定しておくことを特徴とする請求項から請求項の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法。
Before forming the gate insulating film on the semiconductor substrate,
Forming a photoresist mask on the semiconductor substrate in which the channel region, the source region, and the drain region are opened; and
A step of ion-implanting an impurity of an opposite conductivity type into the semiconductor substrate on which the mask is formed to form the retro-channel implant region,
In the step of forming the retro channel implantation region,
One of claims 2 5, characterized in that to keep the concentration value of said opposite conductivity type impurity on the surface from a predetermined depth of the semiconductor substrate is set the ion implantation conditions such that the peak A method for manufacturing a semiconductor device according to one item.
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