JPH04255234A - 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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JPH04255234A
JPH04255234A JP3951991A JP3951991A JPH04255234A JP H04255234 A JPH04255234 A JP H04255234A JP 3951991 A JP3951991 A JP 3951991A JP 3951991 A JP3951991 A JP 3951991A JP H04255234 A JPH04255234 A JP H04255234A
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JP
Japan
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impurity layer
concentration impurity
gate electrode
semiconductor device
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP3951991A
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English (en)
Inventor
Takahisa Sakaemori
貴尚 栄森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPH04255234A publication Critical patent/JPH04255234A/ja
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は半導体装置およびその
製造方法に関し、特にその高性能化および高信頼性化を
図った電界効果トランジスタとその製法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、高信頼性を有するMOS型電界効
果トランジスタとして、例えばIEEE Transa
ctions on Electron Device
s,ED−27(1980)p.1359 などに示さ
れているLDD(Lightly Doped Dra
in)構造が広く使われてきた。図2(a) は従来の
LDD構造のNMOS型電界効果トランジスタの一例を
示す図であり、図において、1はP型基板、2はPウェ
ル、4はn+ 活性領域(高濃度不純物層)、5はゲー
ト絶縁膜、6はゲート電極、7はサイドウォール絶縁膜
、10はn− 活性領域(中濃度不純物層)である。こ
の構造のn− 領域10部分の不純物としては砒素より
も拡散係数の大きいリンを使用するのが一般的であった
。また、LDD構造には特有の電流駆動能力の劣化モー
ドがあり、これはこのLDD構造に特有のゲート端とn
+ 領域4端ではさまれたn− 領域10上に電子が捕
獲され、n− 領域10の抵抗が増大することに起因し
ていた。この構造を改良したものとして、例えばVLS
I symposium 1985 p.116 など
に示されているMLDD(Moderately Li
ghtly Doped Drain) 構造がある。 これはn− 領域の濃度を、基板電流が最低になるn−
 領域の濃度よりやや高めに設定することにより、ゲー
ト端とn+ 領域端ではさまれたn− 領域の電界を緩
和し、上記電流駆動能力の劣化モードを抑制するもので
ある。
【0003】一方、上記のゲート端とn+ 領域端では
さまれたn− 領域上に電子が捕獲され、n− 領域の
抵抗が増大する問題に対応できる電界効果トランジスタ
として最近ゲートオーバーラップ型LDD構造を用いた
ものが、例えばVLSI symposium1989
 p.33に示されている。図2(b) はゲートオー
バーラップ型LDD構造のNMOS型電界効果トランジ
スタの一例を示す図であり、図2(a) と同一符号は
同一部分を示す。この構造ではホットキャリアの発生す
るソース・ドレイン間の最大電界位置をゲート直下に設
定することによって、最大電界が緩和され、かつゲート
端とn+ 領域4端ではさまれたn− 領域10上に電
子が捕獲されるのを防ぐものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のLDD構造は、
n− 領域を拡散係数の大きい不純物であるリンで形成
しているため、濃度勾配が緩やかになり電界緩和効果が
大きい反面、微細化トランジスタでは短チャネル効果が
激しくなるという問題があった。すなわち、トランジス
タのしきい値電圧(Vth)が、トランジスタ長(L)
が小さくなるにつれ急速に落下(roll−off) 
する現象が引き起こされる。
【0005】図3は中濃度不純物層(n− 領域)にリ
ンもしくは砒素を用いたNMOS型LDDトランジスタ
のしきい値電圧のトランジスタ長依存性を実測したグラ
フを示す図である。実際に使用するトランジスタ長がこ
のroll−off領域にある場合、その落下が激しけ
れば激しい程、トランジスタ長の製造ばらつきでトラン
ジスタ特性に大きな変動が起こり、性能歩留まりが大き
く低減する。そこで短チャネル効果を抑えるためリンの
注入量を小さくすればよいが、そうするとn− 領域の
抵抗(寄生抵抗)が増加し、電流駆動能力の劣化を招く
。上記ゲートオーバーラップ型LDD構造においても、
リンで形成されたn− 領域の濃度は同じ理由であまり
高く注入できなくなるという問題点があった。
【0006】一方、n− 領域を砒素で形成する試みが
考えられるが、この場合リンのときよりも寄生抵抗を低
くでき電流駆動能力を向上できるものの、拡散係数の小
さい砒素では十分な濃度勾配が形成できずホットキャリ
アによる基板電流を十分に低減できない。すなわち電界
緩和効果が十分でないこととなる。
【0007】従来の半導体装置は以上のように構成され
ているので、n−領域をリンで形成しているため短チャ
ネル効果を低減できないなどの問題点があった。
【0008】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、トレードオフの関係にある短チ
ャネル効果の低減とホットキャリア効果の低減の双方を
バランスした高性能および高信頼性を有する半導体装置
およびその製造方法を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
装置は、中濃度不純物層(n− 領域)を拡散係数の異
なる2種の不純物、例えば、リンと砒素から構成したも
のである。
【0010】また、この発明にかかる半導体装置の製造
方法は、ゲート電極をマスクにして、半導体基板面の法
線に対して傾けた方向から注入する斜めイオン注入法に
より互いに拡散係数の異なる2種の不純物を注入して、
先端がゲート電極の下に潜りこむような中濃度不純物層
を形成するようにしたものである。
【0011】
【作用】この発明においては、半導体装置の中濃度不純
物層を拡散係数の異なる2種の不純物で形成したので、
短チャネル効果とホットキャリアの発生をバランスよく
制御することができる。
【0012】また、この発明においては、中濃度不純物
層を斜めイオン注入法により形成し、かつ高濃度不純物
層を自己整合的に形成したので、上述のようなメリット
を持つ装置を、工程を殆ど増加させることなく得ること
ができる。
【0013】
【実施例】図1は本発明の一実施例による半導体装置の
製造方法を示す図で、NMOS型電界効果トランジスタ
に本発明を適用したものを示す図である。図において、
1はP型基板、2はPウェル、3はリンと砒素からなる
n− 活性領域(中濃度不純物層)、4はn+ 活性領
域(高濃度不純物層)、5はゲート絶縁膜、6はゲート
電極、7はサイドウォール絶縁膜である。まず図1(a
) に示すように、半導体基板上の所要箇所にゲート電
極をパターニングにより形成し、砒素を図4(b) に
示した注入条件、30KeV,2E13/cm2 の3
0度回転注入によって活性領域およびゲート端部下に注
入する。その後、図1(b) に示すように、リンを図
4(b) に示した例えば●#2の注入条件、30Ke
V,8.5E12/cm2 の45度回転注入によって
活性領域およびゲート端部下に注入する。さらに図1(
c) に示すように、サイドウォール絶縁膜7を形成し
た後、砒素で例えば4E15/cm2 程度のn+ 不
純物を注入する。その後、900度程度の熱処理でアニ
ールすることにより、図1(d) に示すゲートオーバ
ーラップ型LDD構造のNMOS型電界効果トランジス
タが得られる。
【0014】このように本実施例は中濃度不純物層(n
− 領域)3にリンと砒素とそれぞれ適切な条件で重ね
て注入したものである。すなわち拡散係数の小さい砒素
で熱処理による表面濃度の低下を防ぎ、寄生抵抗の増加
を防ぐとともに、拡散係数の大きいリンでn− 領域3
に不純物濃度の勾配をつけるようにしたものである。こ
のときリンの濃度を少なく設定することにより、短チャ
ネル効果を低減させる。
【0015】図4はホットキャリア効果の目安である最
大基板電流と短チャネル効果の目安であるしきい値電圧
(Vth)のroll−offを測定した結果を従来例
および本実施例の双方について示す図であり、n− 領
域がリンもしくは砒素の一方のみで形成されたLDD型
トランジスタにおいて、最大基板電流としきい値電圧(
Vth)のroll−offを測定した結果を図4の◎
(As−LDD)及び○(P−LDD)で示す。ここで
いうしきい値電圧のroll−offとは、L=10μ
mとL=0.6μmのトランジスタのしきい値電圧の差
をとったものである。この結果から従来のP−LDDで
は最大基板電流がよく抑えられている反面、しきい値電
圧のroll−offが大きく、また、従来のAs−L
DDでは逆にしきい値電圧のroll−offはよく抑
えられている反面、最大基板電流が大きくなっているの
がわかる。
【0016】これに対し、図4に示した●#1〜#3は
本発明によるLDDトランジスタの試作結果である。砒
素の注入条件は30KeV,2E13/cm2 の30
度回転注入、リンの注入条件は30KeV,45度回転
注入で注入量を4.2E12/cm2 から1.4E1
3/cm2 まで振っている。これら●#1〜#3は、
◎(As−LDD)および○(P−LDD)を結ぶ線上
に位置しており、ホットキャリア特性の信頼性から決ま
る最大基板電流の上限値および、トランジスタ長のプロ
セス的なばらつき幅から決まるroll−offの上限
値双方を満たすLDDトランジスタのパラメータのメニ
ューがこのグラフより与えられる。
【0017】このように、この実施例によれば、中濃度
不純物層3への注入は、リン,砒素ともに回転注入を用
い、ゲートオーバーラップ型LDD構造を形成したので
、ソース・ドレイン間の最大電界位置をゲート電極6の
内側に設定でき、ホットキャリアがゲート側壁のサイド
ウォール絶縁膜7にトラップされるのを防御できる。 よって、駆動能力の劣化が抑えられ、ホットキャリア耐
性の強いNMOS型電界効果トランジスタが得られる。 また、中濃度不純物層3を斜めイオン注入法により形成
し、かつ高濃度不純物層4を自己整合的に形成したので
、上述のようなメリットを持つ装置を、工程を殆ど増加
させることなく得られる。
【0018】なお、上記実施例ではn− 領域に拡散係
数の異なる不純物としてリンと砒素を用いたが、他の不
純物、例えばアンチモンなどを用いてもよい。
【0019】また、不純物の1つが他の不純物の拡散を
抑えるような中性不純物、例えばゲルマニウムであって
もよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0020】さらに、上記実施例ではN型のゲートオー
バーラップ型LDDを得るようにしたが、通常のLDD
に適用してもよく、また、導電型もN型に限るものでな
いことは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば中濃度
不純物層を拡散係数の異なる2種の不純物で形成したの
で、短チャネル効果とホットキャリアの発生をバランス
よく制御する半導体装置が得られる効果がある。
【0022】また、この発明によれば、中濃度不純物層
を斜めイオン注入法により互いに拡散係数の異なる2種
の不純物を注入して形成し、かつ高濃度不純物層を自己
整合的に形成したので、短チャネル効果とホットキャリ
アの発生をバランスよく制御する半導体装置が得られる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるNMOS型電界効果ト
ランジスタに適用した半導体装置の製造方法示す図であ
る。
【図2】図2(a) は従来のLDD構造のNMOS型
電界効果トランジスタの一例を示す図、図2(b) は
従来のゲートオーバーラップ型LDD構造のNMOS型
電界効果トランジスタの一例を示す図である。
【図3】中濃度不純物層(n− 領域)にリンもしくは
砒素を用いたNMOS型LDDトランジスタのしきい値
電圧のトランジスタ長依存性を実測したグラフを示す図
である。
【図4】本発明の実施例を含むさまざまな注入条件によ
るトランジスタを用い、最大基板電流としきい値電圧の
roll−offを測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
1    P型基板 2    Pウェル 3    リンと砒素からなるn− 活性領域(中濃度
不純物層) 4    n+ 活性領域(高濃度不純物層)5   
 ゲート絶縁膜 6    ゲート電極 7    サイドウォール絶縁膜 10  リンのみからなるn− 活性領域(中濃度不純
物層)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板表面に形成されたゲート絶
    縁膜と、該ゲート絶縁膜の表面上に形成されたゲート電
    極と、上記半導体基板上にこのゲート電極に対して自己
    整合的に形成された、上記半導体基板と反対導電型の中
    濃度不純物層と高濃度不純物層の2つの領域からなるソ
    ース,ドレインを有するMOS型トランジスタにおいて
    、中濃度不純物層が互いに拡散係数の異なる2種の不純
    物からなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】  中濃度不純物層がリンと砒素からなる
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】  半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形
    成する工程と、該ゲート絶縁膜の表面上にゲート電極を
    形成する工程と、該ゲート電極をマスクにして、半導体
    基板面の法線に対して傾けた方向から注入する斜めイオ
    ン注入法により互いに拡散係数の異なる2種の不純物を
    注入して、先端がゲート電極の下に潜りこむような中濃
    度不純物層を形成する工程と、上記ゲート電極をマスク
    として不純物を注入して高濃度不純物層を形成し、中濃
    度不純物層と高濃度不純物層の2つの領域からなるソー
    ス,ドレインを有するMOS型トランジスタを形成する
    工程と含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003046079A (ja) * 2001-07-27 2003-02-14 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6455865A (en) * 1987-08-26 1989-03-02 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device
JPH01212471A (ja) * 1988-02-19 1989-08-25 Mitsubishi Electric Corp Mos型トランジスタ及びその製造方法

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