JPH04196170A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH04196170A
JPH04196170A JP32169990A JP32169990A JPH04196170A JP H04196170 A JPH04196170 A JP H04196170A JP 32169990 A JP32169990 A JP 32169990A JP 32169990 A JP32169990 A JP 32169990A JP H04196170 A JPH04196170 A JP H04196170A
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JP
Japan
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layer
depth
source
conductivity type
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JP32169990A
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English (en)
Inventor
Sumiko Oshida
押田 澄子
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (概 要] 埋め込みチャネル型MOSトランジスタおよびその製造
方法に関し。
埋め込みチャネル内のキャリア数の減少および電流駆動
能力の低下を招くことなくパンチスルー耐圧を高めるこ
とを目的とし。
第1のデバイス構造は、基板の導電型と逆の導電型のチ
ャネルドープ種をイオン注入することによってしきい値
電圧を制御するMOSトランジスタであって、ソース拡
散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に形成され
、基板の導電型と同じ導電型で不純物濃度が低く2基板
表面からの深さが浅い第1層と、該第1Nの下に形成さ
れ、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が第1層よ
りも高く、基板表面からの深さがソース・ドレイン拡散
領域の拡散深さとほぼ同じの第2層とを有するように構
成し。
第2のデバイス構造は、基板の導電型と逆の導電型のチ
ャネルドープ種をイオン注入することによってしきい値
電圧を制御するM OS +−ランシスタであって、ソ
ース拡散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に形
成され、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が低く
、基板表面からの深さが浅い第1層と、該第1層の下に
形成され、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が第
1層よりも高く、基板表面からの深さがソース・ドレイ
ン拡散領域の拡散深さとほぼ同じの第2層とを有するよ
うに構成し。
製造方法は、基板の導電型と逆の導電型のチャネルドー
プ種をイオン注入することによってしきい値電圧を制御
するMO3+−ランジスタの製造方法であって、チャネ
ルドープ種をイオン注入する加速エネルギーを1 チャ
ネルドープ濃度のピークがソース・ドレイン拡散領域の
拡散深さと同程度の深さに位置するように設定すると共
に、注入されたイオンを低温で熱処理して活性化させる
ように構成する。
〔産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置およびその製造方法、特に埋め込
みチャネル型Mo5t・う〉′ジスタおよびその製造方
法に関する。
近年、ICの高集積化に伴って、ICを構成するデバイ
スもますまず微細化が進んでいる。その結果、VLSI
で用いられるMO3+−ランジスタにおいては、単に耐
圧を考慮するだけでなく、短チヤネル効果、デバイス性
能、集積密度、製造プロセスなどさまざまな要素を考慮
して設羽を行う必要がある。
〔従来の技術] 基板の導電型と逆の導電型のチャネルト−プ種をイオン
注入することによってしきい値電圧を制御するMO3+
・ランジスタは、埋め込のチャネル型デバイスとなる。
第9回に、埋め込めチャネル型PMO5I−ランジスタ
のデバイス構造(同図(a))とチャネル部分の不純物
プロファイル(同図(b))を示す。
この場合、チャネルトープ種として、ボロンなどのn型
不純物を用いる。
第10図に、埋め込めチャネル型NMOSトランジスタ
のデバイス構造(同図(a))とチャネル部分の不純物
プロファイル(同図(b))を示す。この場合、チャネ
ルドープ種として、リンなどのn型不純物を用いる。
埋め込みチャネル型MO3I・ランジスクは、第9図お
よび第10図かられかるように、チャネルが基板表面で
はなく、基板内部に存在する。その結果、埋め込みチャ
ネル内のキャリアは基板表面のSi  5iOz界面の
影響を受けにくくなるので、移動度が増加し、電流駆動
能力が増大する。
(発明が解決しようとする課題〕 埋め込みチャネル型MO3+−ランジスタには。
前述した長所がある反面9次の欠点がある。
(1)埋め込みチャネルの位置が深くなり、基板表面か
ら遠ざかるほどゲート電圧の影響が小さくなる。
(2)基板表面でのチャネル方向の構造が、  PMO
8ではり”−p−p” 、NMo3ではnl −n−n
゛となっておりPN接合が存在しない。その結果、チャ
ネルに及ぼずトルイン電圧の影響が大きくなり、短チヤ
ネル効果が生じゃすい。
(3)短チヤネル化に伴っζ、しきい値電圧の低下、サ
ブスレンショルト特性の劣化、パンチスルー耐圧の低下
が生じる。
これらの欠点を克服するために、PN接合をできるだけ
浅く形成して表面チャネル型に近づける方法がある。し
がし、この方法には、基板表面の5j−3iOz界面の
影響を受けにくい埋め込みチャネル内のキャリア数が減
少し、電流駆動能力が低下する。という問題がある。
本発明は、この問題点を解決して、埋め込みチャネル内
のキャリア数の減少および電流駆動能力の低下を招くこ
となくパンチスルー耐圧の低下を防止した。半導体装置
およびその製造方法、特に埋め込めチャネル型Mos+
−ランジスタおよびその製造方法を提供することを目的
とする。
(課題を解決するための手段〕 上記の目的を達成するために1本発明に係る半導体装置
およびその製造方法は1次のように構成する。
第1のデバイス構造は、基板の導電型と逆の導電型のチ
ャネルドープ種をイオン注入するごとによってしきい値
電圧を制御するMo3I−ランジスタであって、ソース
拡散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に形成さ
れ、基板の導電型と同じ導電型で不純物濃度が低く、基
板表面からの深さが浅い第11と、該第1層の下に形成
され、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が第1層
よりも高く、基板表面からの深さがソース・ドレイン拡
散領域の拡散深さとほぼ同じの第2層とを有するように
構成する。
第2のデバイス構造は、基板の導電型と逆の導電型のチ
ャネルドープ種をイオン注入することによってしきい値
電圧を制御するMo3I−ランジスタであって、ソース
拡散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に形成さ
れ、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が低く、基
板表面からの深さが浅い第1層と、該第1層の下に形成
され、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が第1層
よりも高く、基板表面からの深さがソース・ドレイン拡
散領域の拡散深さとほぼ同じの第2層とを有するように
構成する。
製造方法は、基板の導電型と逆の導電型のチャネルドー
プ種をイオン注入することによってしきい値電圧を制御
するMo3)ランジスタの製造方法であって、チャネル
ドープ種をイオン注入する加速エネルギーを、チャネル
ドープ濃度のピークがソース・ドレイン拡散領域の拡散
深さと同程度の深さに位置するように設定すると共に、
注入されたイオンを低温で熱処理して活性化させるよう
に構成する。
〔作 用〕
本発明の原理を第1図および第2図を用いて説明する。
第1のデバイス構造は、第1図(a)および第2図(a
)に対応する。
第1図(a)のPMO3+−ランジスタに即して説明す
ると、p゛゛ソース拡散領域とp゛型トドレイン拡散領
域の間の基板表面に基板と同じ導電型で不純物濃度が低
く、基板表面からの深さが浅いn−層と、このn−層の
下に基板と逆の導電型で不純物濃度が高く、基板表面が
らの深さがソース・ドレイン拡散領域の拡散深さとほぼ
同じの2層とが形成されている。その結果、基板表面の
チャネル方向の構造はp”−n−−−p’ と成ってい
るので、n−層がドレイン電圧の影響を緩和し。
表面パンチスルー耐圧を高める。そして、n−層下に形
成された2層が充分な厚みを持った埋め込みチャネル2
成っているので2埋め込みチャネル内のキャリアが減少
しないから、高い電流駆動能力を維持することが可能に
なる。
第2図(a)のNMO3)ランジスクの場合。
導電型が逆になるだけで、その原理は前述した第1図(
a)のPMOSトランジスタの場合と同様である。
第2のデバイス構造は、第1図(C)および第2図(C
)に対応する。
第1図(C)のPMO31ランシスタに即して説明する
と、p゛型ソース拡散領域とP“型ドレイン拡散領域と
の間の基板表面に基板と逆の導電型で不純物濃度が低く
、基板表面からの深さが浅いp−層と、このP−層の下
に基板と逆の導電型で不純物濃度が高く、基板表面から
の深さがソース・ドレイン拡散領域の拡散深さとほぼ同
じの2層とが形成されている。その結果、基板表面のチ
ャネル方向の構造はp”−p−−p” と成っているの
で、p−層がドレイン電圧の影響を緩和し。
表面パンチスルー耐圧を高める。そして、p−層下に形
成されたP層が充分な厚みを持った埋め込みチャネルと
成っているので2埋め込みチャネル内のキャリアが減少
しないから、高い電流駆動能力を維持することが可能に
なる。
第2図(c)のNMO3)ランジスタの場合。
導電型が逆になるだけで、その原理は前述した第1図(
C)のPMO3iランジスクの場合と同様である。
〔実 施 例〕
第1図は1本発明に係るPMO3+・ランジスタである
同図(a)は基板表面の低不純物濃度層(第1層)が基
板の導電型と同じ導電型のデバイス構造を示す。同図(
b)は、チャネル部分の不純物ブロファ・イルである。
n”型の第1層の厚さをW。
埋め込みチャネルとしてのp型の第2層のj〃さをw 
2.  p n型のソース・ドレイン拡散領域の拡散深
さをχ4とすると、Xl−wI十w2となっている。
同図(c)は基板表面の低不純物濃度層(第1層)か基
板の導電型と逆の導電型のデバイス構造を示す。同図(
d)は、ヂャ茅ル部分の不純物プロファイルである。p
−型の第1層の厚さをwl。
埋め込みチャネルとしてのp型の第2層の厚さを’Nz
、p’型のソース・ドレイン拡散領域の拡散深さをχ、
とすると、χ1ζw、−fw2となっている。
第2図は1本発明に係るNMO3I−ランシスタである
同図(a)は基板表面の低不純物濃度層(第1層)が基
板の導電型と同じ導電型のデバイス構造を示す。同図(
b)は、チャネル部分の不純物プロファイルである。p
−型の第1層の厚さをW、。
埋め込みチャネルとしてのn型の第2層の厚さをw2.
n”型のソース・ドレイン拡散領域の拡散深さをXj 
とすると1 XJ′−、wl ]−W2となっている。
同図(c)は基板表面の低不純物濃度層(第1層)が基
板の導電型と逆の導電型のデバイス構造を示す。同図(
d)は、チャネル部分の不純物プロファイルである。n
−型の第1層の厚さをwl。
埋め込めチャネルとしてのn型の第2層の厚さをWz、
n”型のソース・ドレイン拡散領域の拡散深さをXJと
すると、Xj ζw、−1−w2 となっている。
次に9本発明に係る埋め込のチャネル型MO3)・ラン
ジスタの製造方法を説明する。
デバイス各部のパラメータを第3図に示すように設定し
た。すなわち、基板はn型で不純物濃度3 X ] O
”cm−”、  ソース−1”レイン拡散領域は高濃度
のP層型で拡散深さx i −o、 1μm、ゲート酸
化膜の厚さり。x−9,2n m、ゲート電極の厚さは
1900人、チャネルドーグ種はBF2でドーズ量1.
 I X 1012cm−2である。
以下にチャネルドープ時の加速エネルギーおよび熱処理
条件を変えて得られた結果を示す。
(ケース1.第4図) これは、低加速エネルギー(25keV)、高温熱処理
の場合である。
第4図かられかるように、基板表面に低不純物濃度層が
形成されていない。
(ケース2.第5図) ごれは、低加速エネルギー(25keV)、低温熱処理
の場合である。
第5図かられかるように、基板表面に低不純物濃度層が
形成されていない。
(ケース3.第6図) これば、高加速エネルギー(100keV)。
高温熱処理の場合である。
第6図かられかるように、基板表面に低不純物濃度層が
形成されていない。
(ケース4.第7図) これは、高加速エネルギ=(]00keV)。
低温熱処理の場合である。
第7図かられかるように、基板表面に深さの浅いp−型
の低不純物濃度層(第1層)が形成され。
その下に基板表面からの深さがソース・ドレイン拡散領
域の深さxJとほぼ同じ深さのp型の埋め込みチャネル
層(第2層)が形成されている。すなわち、このケース
の条件でヂャネルIS−プを行うと2本発明の埋め込み
チャネル型MO3+・ランジスタを形成することができ
る。
チャネルドープの条件を電流駆動能力の観点から示した
ものが、第8図のドレイン電流−加速エネルギー特性を
示す図である。バイアス条件は。
V G −−−V o = 3.3 [Vコ、  VS
LI8 ””0 [V]である。
同図において、横軸はチャネルドープ種であるBF2の
加速エネルギー[keV]、縦軸ば1ζレイン電流[X
 10−’A] 、X印は高温処理のもの。
・印は低温処理のものをそれぞれ示している。
第8図から、高加速エネルギーでイオン注入を行い、低
温で熱処理を行うと、高い電流駆動能力が得られること
がわかる。
〔発明の効果] 本発明によれば、基板の導電型と逆の導電型のチャネル
トープ種をイオン注入することによってしきい値電圧を
制御する埋め込みチャネル型MOSトランジスタにおい
て、埋め込みチャネル内のキャリア数の減少および電流
駆動能力の低下を招くことなくパンチスルー耐圧を高め
ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るr’MO3l−ランジスタを示す
図。 第2図は本発明に係るNMO3l・ランジスタを示す図
。 第3図はチャネルト−プの様子を示す図。 第4図はチャネル部分の不純物プロファイル(その1)
を示す図。 第5図はチャネル部分の不純物プロファイル(その2)
を示す図、 第6図はチャネル部分の不純物プロファイル(その3)
を示す図。 第7図はチャネル部分の不純物ブl」ファイル(その4
)を示す図。 第8図はドレイン電流−加速エネルギー特性を示す図。 第9図は埋め込みチャネル型r’MO3)ランジスタを
示す図。 第10図は埋め込みチャネル型NMOSトランジスタを
示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板の導電型と逆の導電型のチャネルドープ種を
    イオン注入することによってしきい値電圧を制御するM
    OSトランジスタであって、 ソース拡散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に
    形成され、基板の導電型と同じ導電型で不純物濃度が低
    く、基板表面からの深さが浅い第1層と、 該第1層の下に形成され、基板の導電型と逆の導電型で
    不純物濃度が第1層よりも高く、基板表面からの深さが
    ソース・ドレイン拡散領域の拡散深さとほぼ同じの第2
    層 とを有することを特徴とする半導体装置。
  2. (2)基板の導電型と逆の導電型のチャネルドープ種を
    イオン注入することによってしきい値電圧を制御するM
    OSトランジスタであって、 ソース拡散領域とドレイン拡散領域との間の基板表面に
    形成され、基板の導電型と逆の導電型で不純物濃度が低
    く、基板表面からの深さが浅い第1層と、 該第1層の下に形成され、基板の導電型と逆の導電型で
    不純物濃度が第1層よりも高く、基板表面からの深さが
    ソース・ドレイン拡散領域の拡散深さとほぼ同じの第2
    層 とを有することを特徴とする半導体装置。
  3. (3)基板の導電型と逆の導電型のチャネルドープ種を
    イオン注入することによってしきい値電圧を制御するM
    OSトランジスタの製造方法であって、 チャネルドープ種をイオン注入する加速エネルギーを、
    チャネルドープ濃度のピークがソース・ドレイン拡散領
    域の拡散深さと同程度の深さに位置するように設定する
    と共に、注入されたイオンを低温で熱処理して活性化さ
    せる ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994019830A1 (en) * 1993-02-23 1994-09-01 Thunderbird Technologies, Inc. High saturation current, low leakage current fermi threshold field effect transistor
JP2001119020A (ja) * 1999-10-20 2001-04-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置およびその製造方法
JP2013247347A (ja) * 2012-05-29 2013-12-09 Canon Inc 半導体装置及びその製造方法
WO2016009838A1 (ja) * 2014-07-15 2016-01-21 ソニー株式会社 増幅装置、半導体装置、製造方法、電子機器

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