JPH0279474A - Mosトランジスタ - Google Patents
MosトランジスタInfo
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- JPH0279474A JPH0279474A JP23171688A JP23171688A JPH0279474A JP H0279474 A JPH0279474 A JP H0279474A JP 23171688 A JP23171688 A JP 23171688A JP 23171688 A JP23171688 A JP 23171688A JP H0279474 A JPH0279474 A JP H0279474A
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4983—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET with a lateral structure, e.g. a Polysilicon gate with a lateral doping variation or with a lateral composition variation or characterised by the sidewalls being composed of conductive, resistive or dielectric material
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はMOSトランジスタの構造に関するものである
。
。
ホットキャリア劣化耐性が要求されるMOSトランジス
タにおいては、ドレイン近傍のホットキャリア発生を低
減させるため、ゲート近傍のドレイン濃度を低下させる
構造(LDD構造)を使用していた。
タにおいては、ドレイン近傍のホットキャリア発生を低
減させるため、ゲート近傍のドレイン濃度を低下させる
構造(LDD構造)を使用していた。
しかし、一般にLDD構造を使用したMOSトランジス
タは、LDD部が高抵抗となり、動作速度が低下するこ
とが問題となっていた。
タは、LDD部が高抵抗となり、動作速度が低下するこ
とが問題となっていた。
本発明の目的は半導体装置のかかる欠点を克服し、高い
ホットキャリア劣化耐性及び優れた動作特性を有するデ
バイスを実現する構造を提供することにある。
ホットキャリア劣化耐性及び優れた動作特性を有するデ
バイスを実現する構造を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のMOSトランジスタ
においては、半導体基板表面にソース・ドレイン領域、
ゲート絶縁膜を有し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を有
するMOSトランジスタにおいて、チャンネル中央部の
ゲート材料の仕事関数φ1に比べて、p−chMOSト
ランジスタの場合は仕事関数φ2がφ□より大きく、か
つφ1+yO(1+(2ksεo qNa/ 2φF)
i′2)より小さく、n −chaos )−ランジス
タの場合は仕事関数φ2がφ工より小さく、かつφt−
Vo (1+(2ksε、qND/2φF)1/2〕よ
り大きいゲート材料 (ただしVDニドレイン電圧、kg:比誘電率、C0:
真空の誘電率、q:単位電荷、Na:アクセプター濃度
、ND:ドナー濃度、φF二基板シリコンの仕事関数と
真性シリコンの仕事関数の差) をドレイン近傍チャンネル部ゲート酸化膜上に有するも
のである。
においては、半導体基板表面にソース・ドレイン領域、
ゲート絶縁膜を有し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を有
するMOSトランジスタにおいて、チャンネル中央部の
ゲート材料の仕事関数φ1に比べて、p−chMOSト
ランジスタの場合は仕事関数φ2がφ□より大きく、か
つφ1+yO(1+(2ksεo qNa/ 2φF)
i′2)より小さく、n −chaos )−ランジス
タの場合は仕事関数φ2がφ工より小さく、かつφt−
Vo (1+(2ksε、qND/2φF)1/2〕よ
り大きいゲート材料 (ただしVDニドレイン電圧、kg:比誘電率、C0:
真空の誘電率、q:単位電荷、Na:アクセプター濃度
、ND:ドナー濃度、φF二基板シリコンの仕事関数と
真性シリコンの仕事関数の差) をドレイン近傍チャンネル部ゲート酸化膜上に有するも
のである。
n −chMOSトランジスタを例にして1本発明の詳
細な説明する。
細な説明する。
第1図は本発明の半導体装置の一例の最終構造断面図概
略である。従来と異なる点は、ゲート電極のドレイン端
以外の部分7に比較して、仕事関数の小さい材料が、ド
レイン5の近傍のチャンネル部上のゲート電極のドレイ
ン端部分6の材料に使用されているという点である。そ
うすることによって、ゲートのドレイン端以外の部分7
と等しい大きさの仕事関数を有するゲート材料を使用し
たときに比較して、ドレイン近傍に余計にキャリアΔQ
、=−Δφ、・Ci(ΔQ11は単位面積あたり誘起さ
れる電荷量の増分、Δφ工はゲート電極のドレイン端部
分6の仕事関数とドレイン以外のゲート電極の部分7の
仕事関数の差、Ciは単位面積あたりのゲート酸化膜容
量)が誘起され、ドレイン近傍チャンネル部のチャンネ
ル抵抗、電位降下、及び横方向電界がすべて小さくなり
、そのため、ホットキャリア発生が低減され、デバイス
特性の劣化が抑制される。また、LDD部のような高抵
抗部が存在しないので、動作速度の低下も発生しない。
略である。従来と異なる点は、ゲート電極のドレイン端
以外の部分7に比較して、仕事関数の小さい材料が、ド
レイン5の近傍のチャンネル部上のゲート電極のドレイ
ン端部分6の材料に使用されているという点である。そ
うすることによって、ゲートのドレイン端以外の部分7
と等しい大きさの仕事関数を有するゲート材料を使用し
たときに比較して、ドレイン近傍に余計にキャリアΔQ
、=−Δφ、・Ci(ΔQ11は単位面積あたり誘起さ
れる電荷量の増分、Δφ工はゲート電極のドレイン端部
分6の仕事関数とドレイン以外のゲート電極の部分7の
仕事関数の差、Ciは単位面積あたりのゲート酸化膜容
量)が誘起され、ドレイン近傍チャンネル部のチャンネ
ル抵抗、電位降下、及び横方向電界がすべて小さくなり
、そのため、ホットキャリア発生が低減され、デバイス
特性の劣化が抑制される。また、LDD部のような高抵
抗部が存在しないので、動作速度の低下も発生しない。
しかし、ドレイン端ゲート材料の仕事関数が過剰に小さ
いとチャンネル長減少の効果のみ現われるので、特許請
求の範囲に記したように下限が存在する。
いとチャンネル長減少の効果のみ現われるので、特許請
求の範囲に記したように下限が存在する。
尚、p −chMO3FETの場合は、ゲートノ他の部
分に比較して、仕事関数の適度に大きい材料を、ドレイ
ン近傍チャンネル上のゲート材料として使用することで
、同様の効果が得られる。
分に比較して、仕事関数の適度に大きい材料を、ドレイ
ン近傍チャンネル上のゲート材料として使用することで
、同様の効果が得られる。
以下、第2図(a)〜(c)の一連の工程図を用いて、
本発明を用いたnチャンネル高融点金属ゲートMOSト
ランジスタの構造及び製造方法の典型的な一実施例につ
いて説明する。
本発明を用いたnチャンネル高融点金属ゲートMOSト
ランジスタの構造及び製造方法の典型的な一実施例につ
いて説明する。
第2図(a)は不純物濃度l XIOlsam−3のp
形シリコン(Si)基板4を用い、 LOCO5法によ
って分離領域を形成したのち、Si基板4の表面に膜厚
10nmのゲート絶縁膜8となる酸化膜を形成し、加速
電圧30keV、ドーズ量2 X to” cn−”の
条件でボロンをイオン注入したのち、さらに、スパッタ
法によって、膜厚150nmのタングステン膜10を形
成したものである。3はLOGO5を示している。次に
、第2図(b)のように膜厚14のフォトレジストを塗
布したのち、露光及びバターニングを行う。さらに、タ
ングステンwAioをフォトレジストをマスクにしてR
IE法によりパターニングする。引き続き、フォトレジ
ストを除去した後に、 CVD法によって、膜厚150
nmのポリシリコン11を形成する0次に、第2図(c
)において、膜厚1趨のフォトレジストを塗布した後に
、目合わせ精度を0.14として、ゲートタングステン
上とドレイン部チャンネル近傍に0゜2−のフォトレジ
ストを残すように露光する。RIE法によってポリシリ
コン11を150nmエツチングすると、ゲートタング
ステン10上とドレイン部チャンネル近傍に0.2−に
ポリシリコン11が残る。続いて、加速電圧100ke
V、ドーズ量2 X 101s(!+1−”の条件でヒ
素をイオン注入して、ポリシリコン11の部分へのドー
ピング及びソース9・ドレイン5の領域の形成を行う0
次に、CVD法によってシリコン酸化膜2を550n
m形成したのち窒素雰囲気中で1000℃のアニールを
10分間行う、以下は、通常のポリシリコンゲートMO
Sトランジスタのプロセスと同様にコンタクトホールを
形成し、ソース9・ドレイン5の部分及びゲート電極の
部分6,7に電横配線1を施して第1図に示すデバイス
の最終構造を得る。
形シリコン(Si)基板4を用い、 LOCO5法によ
って分離領域を形成したのち、Si基板4の表面に膜厚
10nmのゲート絶縁膜8となる酸化膜を形成し、加速
電圧30keV、ドーズ量2 X to” cn−”の
条件でボロンをイオン注入したのち、さらに、スパッタ
法によって、膜厚150nmのタングステン膜10を形
成したものである。3はLOGO5を示している。次に
、第2図(b)のように膜厚14のフォトレジストを塗
布したのち、露光及びバターニングを行う。さらに、タ
ングステンwAioをフォトレジストをマスクにしてR
IE法によりパターニングする。引き続き、フォトレジ
ストを除去した後に、 CVD法によって、膜厚150
nmのポリシリコン11を形成する0次に、第2図(c
)において、膜厚1趨のフォトレジストを塗布した後に
、目合わせ精度を0.14として、ゲートタングステン
上とドレイン部チャンネル近傍に0゜2−のフォトレジ
ストを残すように露光する。RIE法によってポリシリ
コン11を150nmエツチングすると、ゲートタング
ステン10上とドレイン部チャンネル近傍に0.2−に
ポリシリコン11が残る。続いて、加速電圧100ke
V、ドーズ量2 X 101s(!+1−”の条件でヒ
素をイオン注入して、ポリシリコン11の部分へのドー
ピング及びソース9・ドレイン5の領域の形成を行う0
次に、CVD法によってシリコン酸化膜2を550n
m形成したのち窒素雰囲気中で1000℃のアニールを
10分間行う、以下は、通常のポリシリコンゲートMO
Sトランジスタのプロセスと同様にコンタクトホールを
形成し、ソース9・ドレイン5の部分及びゲート電極の
部分6,7に電横配線1を施して第1図に示すデバイス
の最終構造を得る。
実施例において、タングステンの仕事関数は。
真性なシリコンの仕事関数とほぼ同じである。−方、ヒ
素を十分ドーピングしたポリシリコンの仕事関数は、真
空ととシリコン伝導帯のエネルギー準位の差、即ち、シ
リコンのelectron affinityにほぼ等
しい。従って、ゲート電極の仕事関数は。
素を十分ドーピングしたポリシリコンの仕事関数は、真
空ととシリコン伝導帯のエネルギー準位の差、即ち、シ
リコンのelectron affinityにほぼ等
しい。従って、ゲート電極の仕事関数は。
ゲートのドレイン端以外のゲート電極の部分7と比べて
ドレイン端で0.5 e V程小さく、デバイスON状
態では、その分だけ余計にドレイン端チャンネル部に電
荷ΔQ、、=−Δφ1・Ci(ΔQ、は単位面積あたり
誘起される電荷量の増分、Δφ、はゲートのドレイン端
部分6の仕事関数とドレイン端以外のゲート電極の部分
7の仕事関数の差、Ciは単位面積あたりのゲート酸化
膜容量)を誘起する。
ドレイン端で0.5 e V程小さく、デバイスON状
態では、その分だけ余計にドレイン端チャンネル部に電
荷ΔQ、、=−Δφ1・Ci(ΔQ、は単位面積あたり
誘起される電荷量の増分、Δφ、はゲートのドレイン端
部分6の仕事関数とドレイン端以外のゲート電極の部分
7の仕事関数の差、Ciは単位面積あたりのゲート酸化
膜容量)を誘起する。
本発明のMOSトランジスタの特徴は、デバイスON状
態のとき、チャンネル中央部に比べてドレイン近傍チャ
ンネル部に多量のキャリアを誘起させるように、ドレイ
ン近傍のゲート電極材料の仕事関数を選択したという点
である。従って、ドレイン近傍チャンネル部の電界の最
大値は減少し、ホットキャリア発生に起因するデバイス
の劣化は抑制される。また、 LDD部のような高抵抗
部が存在しないので、動作速度の低下も起こらない。
態のとき、チャンネル中央部に比べてドレイン近傍チャ
ンネル部に多量のキャリアを誘起させるように、ドレイ
ン近傍のゲート電極材料の仕事関数を選択したという点
である。従って、ドレイン近傍チャンネル部の電界の最
大値は減少し、ホットキャリア発生に起因するデバイス
の劣化は抑制される。また、 LDD部のような高抵抗
部が存在しないので、動作速度の低下も起こらない。
なお、本実施例ではnチャンネル高融点金属ゲートMO
Sトランジスタを示したが、本発明は明らかにnチャン
ネル高融点金属ゲートMOSトランジスタ特有のもので
はなく、一般のMOSトランジスタに応用でき、従って
、本発明の原理を用いる、これら一般のMOSトランジ
スタの構造は当然すべて本発明の範囲に含まれる。
Sトランジスタを示したが、本発明は明らかにnチャン
ネル高融点金属ゲートMOSトランジスタ特有のもので
はなく、一般のMOSトランジスタに応用でき、従って
、本発明の原理を用いる、これら一般のMOSトランジ
スタの構造は当然すべて本発明の範囲に含まれる。
本発明のMOSトランジスタの構造は、ポットキャリア
劣化対策のため、デバイスON状態のとき、チャンネル
中央部のゲート材料に比べてドレイン近傍に、p −c
haos トランジスタの場合は仕事関数が大きく、n
−chaos トランジスタの場合は仕事関数の小さ
いゲート材料を形成することを特徴とするMOSトラン
ジスタの構造であり、 LDD部造を採用したときに比
較してLDD部に起因する高抵抗によるデバイス動作速
度の低下が存在せず、動作特性が向上するという点で著
しく有効である。
劣化対策のため、デバイスON状態のとき、チャンネル
中央部のゲート材料に比べてドレイン近傍に、p −c
haos トランジスタの場合は仕事関数が大きく、n
−chaos トランジスタの場合は仕事関数の小さ
いゲート材料を形成することを特徴とするMOSトラン
ジスタの構造であり、 LDD部造を採用したときに比
較してLDD部に起因する高抵抗によるデバイス動作速
度の低下が存在せず、動作特性が向上するという点で著
しく有効である。
第1図は本発明のMOSトランジスタ構造の典型的な一
例の概略断面図、第2図(a)〜(c)は本発明のn
−chaos トランジスタ製造方法の一実施例を示す
一連の工程の断面図である。 1・・・電極配線膜 2・・・cvDシリコン
酸化膜3・・・LOGO54・・・p形シリコン基板5
・・・ドレイン 6・・・ドレイン端ゲート電極の部分 7・・・ゲート電極の部分 8・・・ゲート絶縁膜9・
・・ソース 1o・・・タングステン膜1
1・・・ポリシリコン
例の概略断面図、第2図(a)〜(c)は本発明のn
−chaos トランジスタ製造方法の一実施例を示す
一連の工程の断面図である。 1・・・電極配線膜 2・・・cvDシリコン
酸化膜3・・・LOGO54・・・p形シリコン基板5
・・・ドレイン 6・・・ドレイン端ゲート電極の部分 7・・・ゲート電極の部分 8・・・ゲート絶縁膜9・
・・ソース 1o・・・タングステン膜1
1・・・ポリシリコン
Claims (1)
- (1)半導体基板表面にソース・ドレイン領域、ゲート
絶縁膜を有し、ゲート絶縁膜上にゲート電極を有するM
OSトランジスタにおいて、チャンネル中央部のゲート
材料の仕事関数φ_1に比べて、p−chMOSトラン
ジスタの場合は仕事関数φ_2がφ_1より大きく、か
つφ_1+V_D〔1+(2k_sε_oqNa/2φ
_F)^1^/^2〕より小さく、n−chMOSトラ
ンジスタの場合は仕事関数φ_2がφ_1より小さく、
かつφ_1−V_D〔1+(2k_sε_oqN_D/
2φ_F)^1^/^2〕より大きいゲート材料(ただ
しV_D:ドレイン電圧、k_s:比誘電率、ε_o:
真空の誘電率、q:単位電荷、Na:アクセプター濃度
、N_D:ドナー濃度、φ_F:基板シリコンの仕事関
数と真性シリコンの仕事関数の差) をドレイン近傍チャンネル部ゲート酸化膜上に有するこ
とを特徴とするMOSトランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23171688A JPH0279474A (ja) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Mosトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23171688A JPH0279474A (ja) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Mosトランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0279474A true JPH0279474A (ja) | 1990-03-20 |
Family
ID=16927897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23171688A Pending JPH0279474A (ja) | 1988-09-14 | 1988-09-14 | Mosトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0279474A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5593218A (en) * | 1991-05-31 | 1997-01-14 | Fukuyama Gomu Kogyo Kabushiki Gaisha | Highly elastic rubber crawler |
EP0856892A2 (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-05 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | MOSFET and manufacturing method thereof |
JP2001156288A (ja) * | 1999-11-25 | 2001-06-08 | Toyota Motor Corp | 半導体装置 |
JP2004253541A (ja) * | 2003-02-19 | 2004-09-09 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置 |
KR20170042558A (ko) * | 2014-08-19 | 2017-04-19 | 인텔 코포레이션 | 측방으로 서서히 변화되는 일함수를 가지는 트랜지스터 게이트 금속 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59121979A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-14 | Nec Corp | 高耐圧絶縁ゲ−ト型半導体装置 |
JPS6273668A (ja) * | 1985-09-27 | 1987-04-04 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1988
- 1988-09-14 JP JP23171688A patent/JPH0279474A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017527989A (ja) * | 2014-08-19 | 2017-09-21 | インテル・コーポレーション | 横方向漸変仕事関数を有するトランジスタゲート金属 |
EP3183752A4 (en) * | 2014-08-19 | 2018-03-21 | Intel Corporation | Transistor gate metal with laterally graduated work function |
US10192969B2 (en) | 2014-08-19 | 2019-01-29 | Intel Corporation | Transistor gate metal with laterally graduated work function |
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