JPH04287376A - Insulated-gate transistor and semiconductor integrated circuit - Google Patents

Insulated-gate transistor and semiconductor integrated circuit

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JPH04287376A
JPH04287376A JP5242991A JP5242991A JPH04287376A JP H04287376 A JPH04287376 A JP H04287376A JP 5242991 A JP5242991 A JP 5242991A JP 5242991 A JP5242991 A JP 5242991A JP H04287376 A JPH04287376 A JP H04287376A
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the junction capacitance of an insulating gate transistor so as to make the transistor higher in processing speed by eliminating the cause of carrier scattering and bringing the mobility of the carriers closer to that peculiar to a semiconductor material. CONSTITUTION:An area 5 is an insulating film which is used as the insulating film for the gate of an MOS transistor and SiO2, Si3N4, TiO2, TaO2, etc., and their composite film are used from forming the insulating film 5. A region 6 is a gate electrode made of p<+> or n<-> polysilicon. While the n<-> polysilicon is preferable for short channels, but n<+> polysilicon can also be used. It is important to allow carrier electrons 20 to run in the region 6 apart from the boundary between the film 5 and a semiconductor. Therefore, the scattering of carriers caused by the unevenness of the boundary can be reduced. In addition, the cause of the scattering of the carriers can be eliminated by controlling the width and impurity concentration of the carrier running region.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁ゲートトランジス
タ及びそれを備えた半導体集積回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate transistor and a semiconductor integrated circuit equipped with the same.

【0002】0002

【従来の技術】従来のMOS型トランジスタの1つとし
て、エンハンスメント型のMOSトランジスタ(Tr)
が知られている。
[Background Art] An enhancement type MOS transistor (Tr) is one of conventional MOS transistors.
It has been known.

【0003】0003

【発明が解決しようとする課題】従来のMOS  Tr
では、キャリアが誘起される反転チャネルの幅は〜10
0Å程度の狭い領域であり、その部分の表面に垂直の電
解EVは急峻であり、容易にキャリアの移動度が106
V/cm程度になる。このため、EVの影響がキャリア
の移動度に直接反映されていて、半導体固有の移動度よ
り遅くなっている。図11に垂直電界EVとキャリアの
移動度について示す。低電界側では基板の不純物で決ま
るクローン散乱が主体となり、中電界でフォノン散乱、
高電界で、表面荒さによる散乱により、移動度が決めら
れている。例えばSiの半導体自体における電子の移動
度μは、本来的には300°K程度でμ≒1500cm
2/V・sec程度であるが、MOS  Trでは、動
作領域である中高電界域でせいぜい300〜700cm
2/V・sec程度までしかいかない。
[Problem to be solved by the invention] Conventional MOS Tr
Then, the width of the inversion channel where carriers are induced is ~10
It is a narrow region of about 0 Å, and the electrolytic EV perpendicular to the surface of that part is steep, and the carrier mobility easily decreases to 106
It will be about V/cm. Therefore, the influence of EV is directly reflected on carrier mobility, which is slower than the mobility inherent in semiconductors. FIG. 11 shows the vertical electric field EV and carrier mobility. At low electric fields, Crohn scattering determined by impurities in the substrate dominates, and at medium electric fields, phonon scattering,
At high electric fields, the mobility is determined by scattering due to surface roughness. For example, the electron mobility μ in the Si semiconductor itself is originally around 300°K and μ≒1500cm.
2/V・sec, but in MOS Tr, it is at most 300 to 700 cm in the medium and high electric field region of operation.
It only goes up to about 2/V・sec.

【0004】従って、本発明の目的は、MOS型Trの
特性を決めている重要なパラメータであるキャリアの移
動度を改善する点にある。
Therefore, an object of the present invention is to improve the carrier mobility, which is an important parameter determining the characteristics of a MOS transistor.

【0005】本発明の別の目的は、改善されたキャリア
の移動度を示すMOS型Trを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a MOS type transistor exhibiting improved carrier mobility.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記、キャリア散乱の原
因を取り除き、半導体材料本来が有しているキャリアの
移動度に近ずけることができ、本発明によって、下記1
〜3、が達成される。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned cause of carrier scattering can be removed, carrier mobility can be approximated to that inherent in semiconductor materials, and the present invention provides the following 1.
~3 is achieved.

【0007】1.クーロン散乱を除去するためにキャリ
ア移動領域の基板の不純物濃度を低下することにより低
電界域の移動度を上げる。
1. In order to eliminate Coulomb scattering, the impurity concentration of the substrate in the carrier movement region is lowered to increase the mobility in the low electric field region.

【0008】2.キャリア伝導領域の電界強度を下げ、
且つ、キャリアとじ込め領域の幅を広げることにより、
中電界域の移動度を上げる。
2. Lower the electric field strength in the carrier conduction region,
In addition, by expanding the range of carrier containment area,
Increase mobility in medium electric field region.

【0009】3.酸化膜と半導体界面付近にキャリアを
存在させず、界面の表面荒さの散乱を低下させることに
よって、高電界域の移動度を改善する。
3. Mobility in the high electric field region is improved by not allowing carriers to exist near the interface between the oxide film and the semiconductor, and by reducing scattering due to the surface roughness of the interface.

【0010】0010

【実施例】図1は本発明の特徴を最もより表わすMOS
型トランジスタの断面図を示している。
[Example] Figure 1 shows a MOS that best represents the features of the present invention.
2 shows a cross-sectional view of a type transistor.

【0011】領域1は、P型の基板であり、1014〜
1018cm−3までよい。
[0011] Region 1 is a P-type substrate, and contains 1014 to 1014.
Good up to 1018 cm-3.

【0012】領域2は、n−領域であり、1×1017
cm−3より低い濃度にし、クーロン散乱により移動度
の低下を行なう必要がある。領域3は領域2より不純物
濃度を高くすることにより、表面付近に反転キャリアが
とじ込められないようにする。濃度は1015〜101
9cm−3の範囲である。
Region 2 is an n-region and has a size of 1×10 17
It is necessary to make the concentration lower than cm-3 and reduce the mobility by Coulomb scattering. Region 3 has a higher impurity concentration than region 2 to prevent inverted carriers from being trapped near the surface. Concentration is 1015-101
It is in the range of 9 cm-3.

【0013】領域4はMOSトランジスタのソースある
いはドレインとなる1018〜1021cm−3近傍の
n+領域とする。
Region 4 is an n+ region in the vicinity of 1018 to 1021 cm-3, which becomes the source or drain of the MOS transistor.

【0014】領域5は絶縁膜で、MOS  Trのゲー
ト用絶縁膜である。SiO2、Si3N4、TiO2、
TaO2その他及びその複合膜等が使用できる。
Region 5 is an insulating film, which is an insulating film for the gate of the MOS Tr. SiO2, Si3N4, TiO2,
TaO2 and other films and composite films thereof can be used.

【0015】領域6はゲート電極であり、P+又はn+
のポリシリコン、n+が短チャネルでは望ましいがn+
ポリSiでもよい。又はシリサイド、ポリサイド、高融
点金属又はその複合膜等が使用できる。
Region 6 is a gate electrode and is P+ or n+
polysilicon, n+ is desirable for short channels, but n+
Poly-Si may also be used. Alternatively, silicide, polycide, high melting point metal, or a composite film thereof can be used.

【0016】領域200は配線、層間等分離する絶縁膜
、領域100はソース、ドレインにオーミック電極配線
となるAL、Al−Si、Cu、ポリSi、シリサイド
等の材料を用いる。
The region 200 uses a material such as AL, Al--Si, Cu, poly-Si, or silicide, which becomes the ohmic electrode wiring for the source and drain.

【0017】図2は、図1のA−A′部の電位図を示す
FIG. 2 shows a potential diagram of the section AA' in FIG.

【0018】図中で20がキャリアである電子を模式的
に表わしている。本発明で重要なのはキャリア電子20
が絶縁膜と半導体界面から離れて走行することが重要で
ある。これにより、界面の凹凸によるキャリアの散乱を
減少することができる。
In the figure, 20 schematically represents an electron, which is a carrier. What is important in the present invention is the carrier electron 20
It is important that the insulator travels away from the insulating film and semiconductor interface. This makes it possible to reduce carrier scattering due to the unevenness of the interface.

【0019】さらに、そのキャリアの走行領域の幅及び
不純物濃度の制御によりキャリアの散乱原因を取り除く
ことができる。
Furthermore, the cause of carrier scattering can be removed by controlling the width of the carrier travel region and the impurity concentration.

【0020】MOSトランジスタのドレイン電流は近似
的に次式で表わされる。線形領域で   IDL=μeff・W/L・εOX/TOX・VD
(VG−Vth)  (1)飽和領域で   IDS=1/2μeff・W/L・εOX/TOX
(VG−Vth)2  (2)但し、ID2、ID5:
線形、飽和、領域のドレイン電流μeff:実効移動度
、W:ゲート幅、L:ゲート長εOX:酸化膜の誘電率
、TOX:酸化膜の厚みVD:ドレイン電圧、VG:ゲ
ート電圧、Vth:しきい値電圧
The drain current of a MOS transistor is approximately expressed by the following equation. In the linear region IDL=μeff・W/L・εOX/TOX・VD
(VG-Vth) (1) In the saturation region IDS=1/2μeff・W/L・εOX/TOX
(VG-Vth)2 (2) However, ID2, ID5:
Linear, saturated, region drain current μeff: effective mobility, W: gate width, L: gate length εOX: dielectric constant of oxide film, TOX: thickness of oxide film VD: drain voltage, VG: gate voltage, Vth: threshold voltage

【0021】超高集積化されるMOSトランジスタにお
いては、一般的にゲート幅Lを小さくすることが最も重
要視されている。それに従ってTOXの薄膜化、且つ、
ソースドレインのパンチスルーを防止するためにチャネ
ル部の不純物密度も行なわれている。不純物密度を上げ
ているためにキャリア移動度を下げている。
In MOS transistors that are highly integrated, the most important thing is generally to reduce the gate width L. Accordingly, the TOX film is made thinner, and
The impurity density in the channel portion is also controlled to prevent source/drain punch-through. Carrier mobility is reduced because the impurity density is increased.

【0022】我々は、上記のデバイスの駆動力を増大さ
せるために、キャリアの移動度μeffを改善する。
[0022] We improve the carrier mobility μeff in order to increase the driving force of the above device.

【0023】又、μeffを改善することで、キャリア
の走行時間が短かくなることにより、デバイスの高速化
にも大きく寄与する。
Furthermore, by improving μeff, the transit time of carriers is shortened, which greatly contributes to speeding up the device.

【0024】MOSトランジスタにおける一般的に述べ
られているキャリア散乱について述べ、本発明を説明し
てゆく。
The present invention will be explained by describing carrier scattering, which is generally mentioned in a MOS transistor.

【0025】最もよく知られているキャリアの散乱は、
第1に格子振動すなわちフォノンによる散乱、第2に基
板の不純物イオンによる散乱がある。フォノンによる散
乱ではドリフト電界の低いときには μLα(m*)−5/2T−3/2  (3)のように
温度Tの−3/2乗に比例、有効質量(m*)には−5
/2乗に比例する。不純物イオン散乱による移動度μi
は μiα(m*)−1/2N−1IT3/2  (4)の
ように、T3/2に比例、イオン化した不純物濃度NI
に逆比例する。
The most well-known carrier scattering is
The first is scattering due to lattice vibrations, that is, phonons, and the second is scattering due to impurity ions in the substrate. In scattering by phonons, when the drift electric field is low, it is proportional to the temperature T to the -3/2 power as μLα (m*) -5/2T-3/2 (3), and the effective mass (m*) is -5
/proportional to the square. Mobility μi due to impurity ion scattering
is proportional to T3/2, as μiα(m*)-1/2N-1IT3/2 (4), and the ionized impurity concentration NI
is inversely proportional to.

【0026】両者が混在するときの移動度μはμ=(1
/μl+1/μi)−1  (5)で表わされる。低温
ではμiが支配的で、高温ではμlが支配的である。図
4は不純物密度に対するキャリアの移動度を示している
The mobility μ when both are mixed is μ=(1
/μl+1/μi)−1 (5) At low temperatures, μi is dominant, and at high temperatures, μl is dominant. FIG. 4 shows carrier mobility versus impurity density.

【0027】望ましくは1016α以下でないと、半導
体固有に近い移動度は出すことができない。1017c
m−3以上において、顕著に移動度が低下していること
が明らかである。半導体基板内部における移動度につい
ての説明であるが、MOSトランジスタは表面デバイス
であるため、他の特有な現象が表れる。
[0027] Unless it is desirably 1016α or less, a mobility close to that inherent in semiconductors cannot be achieved. 1017c
It is clear that the mobility decreases significantly above m-3. Regarding the mobility inside the semiconductor substrate, since the MOS transistor is a surface device, other unique phenomena appear.

【0028】通常MOSの表面近傍の表面に垂直方向の
電位図は、図3(左図は右図F部の拡大図)に示す如く
であり、キャリアは位置エネルギφ(x)と運エネルギ
ー1/2mvx2の和で表わされる。すなわち、xの谷
の方向に電子は加速される。そのため、x方向の電界で
加速され高いエネルギーをもった電子は表面に衝突し運
動エネルギーを失って熱平衝状態にもどり、ランダムな
方向に散乱される。そのために、y方向に流れているキ
ャリアの移動度は低下する。これを分散散乱モデルと言
い、モデルに従うと   μSS/μB=1−e×p(α2)〔1−erf(
α)〕  (6)但し、μB:バルク移動度、μSS:
分散散乱移動度
The potential diagram in the direction perpendicular to the surface near the surface of a normal MOS is as shown in FIG. /2mvx2. That is, the electrons are accelerated in the direction of the valley of x. Therefore, high-energy electrons accelerated by the electric field in the x direction collide with the surface, lose kinetic energy, return to a thermal equilibrium state, and are scattered in random directions. Therefore, the mobility of carriers flowing in the y direction decreases. This is called the distributed scattering model, and according to the model, μSS/μB=1−e×p(α2)[1−erf(
α)] (6) However, μB: bulk mobility, μSS:
Dispersion scattering mobility

【0029】[0029]

【外1】 k:ボルツマン定攻、T:絶対温度、EX:垂直電界、
τ:緩和時間である。垂直電界Exが大となると、散乱
が大となり、μeffは低下する。
[Outside 1] k: Boltzmann constant attack, T: absolute temperature, EX: vertical electric field,
τ: Relaxation time. As the vertical electric field Ex increases, scattering increases and μeff decreases.

【0030】表面の起伏による散乱も表面特有の散乱メ
カニズムとして重要なメカニズムである。Si−SiO
2界面は完全に平坦とは言えず、高さ数nm、周期〜1
0nmのわずかな起伏が存在する。この起伏の程度は表
面における電子波の波長(〜10nm)に比べて無視で
きない値であるため、電子はこの起伏によって散乱をう
ける。
Scattering due to surface undulations is also an important scattering mechanism unique to the surface. Si-SiO
2 The interface cannot be said to be completely flat, with a height of several nm and a period of ~1
There are slight undulations of 0 nm. Since the degree of this undulation is a value that cannot be ignored compared to the wavelength of the electron wave (~10 nm) on the surface, electrons are scattered by this undulation.

【0031】定性的には図11に示したような電界依存
性となる。これらのすべての問題を解決しようとするの
が本発明である。図1の断面図に示した如く、ゲート電
極Fの不純物分布を作成し、図2に示した如くのポテン
シャル分布にし、キャリアを界面から離れた位置で走行
させる。本質的な点は、キャリアの走行領域の不純物濃
度の低い領域で作成する。不純物濃度は1017cm−
3以下がよく、さらに望ましくは1016cm−3以下
がよい。 この濃度以下とすることにより、不純物散乱を低下させ
る。n−領域の深さは少なくとも、ソース、ドレイン領
域より浅くし、ソース、ドレインのパンチスルーはおさ
える必要がある。
Qualitatively, the electric field dependence is as shown in FIG. The present invention attempts to solve all these problems. The impurity distribution of the gate electrode F is created as shown in the cross-sectional view of FIG. 1, the potential distribution is made as shown in FIG. 2, and the carriers are caused to travel at a position away from the interface. The essential point is to create a region where the impurity concentration is low in the carrier travel region. The impurity concentration is 1017cm-
It is preferably 3 or less, more preferably 1016 cm-3 or less. By keeping the concentration below this level, impurity scattering is reduced. The depth of the n- region must be at least shallower than that of the source and drain regions, and punch-through of the source and drain must be suppressed.

【0032】n−領域はオフ・ゲート電圧時には空乏化
した、ノーマリ・オフ型MOSトランジスタにしておく
エンハンスメント型トランジスタである。従来の埋め込
み型MOS  Trと異なり、n領域ゲート電圧印加と
電極と半導体のフェルミ電位を考慮に入れない場合は、
半導体Pn接合による空乏層の拡がりだけを考えに入れ
ればよい。Pn接合のn型領域に拡がる空乏層厚みは、
The n-region is an enhancement type transistor that is depleted when the gate voltage is off, making it a normally off type MOS transistor. Unlike conventional embedded MOS Tr, if the n-region gate voltage application and the Fermi potential of the electrode and semiconductor are not taken into account,
It is only necessary to consider the expansion of the depletion layer due to the semiconductor Pn junction. The thickness of the depletion layer extending to the n-type region of the Pn junction is

【0033】[0033]

【外2】 で表わされる。Vbi:拡散電位、NA、ND:P、n
型不純物濃度、εS:誘電率、q:電荷
It is expressed as [Example 2]. Vbi: diffusion potential, NA, ND: P, n
Type impurity concentration, εS: permittivity, q: charge

【0034】n型であるので、領域1と領域3のP型の
不純物濃度をP1、P2とすると、n型領域の厚みは、
少なくとも   xn(ND)<xnl(ND、NAl)+xn2(
ND、NA2)  (9)としなければならない。
Since it is an n-type, if the P-type impurity concentrations of regions 1 and 3 are P1 and P2, the thickness of the n-type region is
At least xn(ND)<xnl(ND, NAl)+xn2(
ND, NA2) (9).

【0035】表面のP+高濃度領域(3)は50〜10
0Å以上にする。少なくとも走行キャリアの平均自由工
程以上にして、SiO2とSiの界面で散乱する確率を
小さくする方がよい。不純物濃度については、領域2の
1桁以上にした方がよい。酸化膜と半導体の界面は空乏
化していても、中性でもよい。
[0035] The P+ high concentration region (3) on the surface is 50 to 10
The thickness should be 0 Å or more. It is better to minimize the probability of scattering at the interface between SiO2 and Si by making the mean free path at least greater than the mean free path of the traveling carriers. Regarding the impurity concentration, it is better to set it to one digit or more of that in region 2. The interface between the oxide film and the semiconductor may be depleted or neutral.

【0036】領域3も空乏化している方がゲート容量が
低くなり、高速対応となり、すぐれている。ゲート電極
に電圧を印加していった時、誘起キャリアが領域3に生
成されてはならない。領域2に生成されなければならな
い。すなわち、自由キャリアを生成するには、本来その
領域の不純物濃度によってきまるフェルミ・レベルφF
を−2φF以上にしたときに強い反転が生じ、MOSト
ランジスタを動作させるキャリアが生じる。n型領域の
場合は禁制帯の中間より上にあれば、自由キャリアを生
成しはじめる。
If region 3 is also depleted, the gate capacitance will be lower and high speed operation will be possible, which is superior. When voltage is applied to the gate electrode, induced carriers must not be generated in region 3. Must be generated in area 2. In other words, in order to generate free carriers, the Fermi level φF, which is originally determined by the impurity concentration in the region, is required to generate free carriers.
When the value is set to -2φF or more, a strong inversion occurs, and carriers that operate the MOS transistor are generated. In the case of an n-type region, free carriers begin to be generated if the region is above the middle of the forbidden band.

【0037】図5は、Siに対して横軸温度(°K)、
縦軸フェルミレベルの変化を示している。図中、n型、
P型に対する不純物密度をパラメータとしている。領域
2のn型半導体領域ではEF−Eiで表わされるフェル
ミレベルが中間より上にあれば、自由キャリアはMOS
トランジスタのソースから供給される。EF−Eiが0
.3lV程度になると1015cm−3程度の自由キャ
リアが供給される。領域3のP+領域に自由キャリアを
生成するには、例えば、P+=1018cm−3とする
と、12φFにするには+1.0lV程度にしないと自
由キャリアが領域3に生成できないことが図5から説明
できる。
FIG. 5 shows the horizontal axis temperature (°K) for Si;
The vertical axis shows changes in the Fermi level. In the figure, n-type,
The impurity density for P type is used as a parameter. In the n-type semiconductor region of region 2, if the Fermi level expressed by EF-Ei is above the middle, free carriers are
Supplied from the source of the transistor. EF-Ei is 0
.. At about 3 lV, free carriers of about 1015 cm-3 are supplied. In order to generate free carriers in the P+ region of region 3, for example, if P+ = 1018 cm-3, it is explained from FIG. can.

【0038】図6が図1のA→A′方向断面の理想的不
純物密度分布である。表面に濃度の高いP+領域、濃度
の低いキャリア走行領域、中間的濃度の基板領域の3領
域より成っている。(図6中、実線は理想段階状分布、
破線は実際の不純物分布)。
FIG. 6 shows an ideal impurity density distribution in the cross section in the direction A→A' of FIG. The surface consists of three regions: a P+ region with a high concentration, a carrier traveling region with a low concentration, and a substrate region with an intermediate concentration. (In Figure 6, the solid line is the ideal stepwise distribution,
The dashed line is the actual impurity distribution).

【0039】しきい値電圧は、近似的に次のように示す
ことができる。
The threshold voltage can be approximately expressed as follows.

【0040】まず表面の2領域の不純物の積分値DIを
とり
First, take the integral value DI of impurities in two regions on the surface.

【0041】[0041]

【外3】[Outer 3]

【0042】(11)式によって、しきい値電圧の変化
分が近似的に求めることができる。但し、これは、空乏
層厚みx0lがx2より深く、かつ、P+の表面層が空
乏化した場合である。最終的しきい値は Vth=Vth(N3)+ΔVth  (12)と表わ
すことができる。基板濃度N3によって決まるVth(
N3)をΔVthだけシフトすることに近い。
The amount of change in the threshold voltage can be approximately determined by equation (11). However, this is the case where the depletion layer thickness x0l is deeper than x2 and the P+ surface layer is depleted. The final threshold can be expressed as Vth=Vth(N3)+ΔVth (12). Vth(
N3) by ΔVth.

【0043】ΔVth=0とすることは容易で、DI=
0とするようにN1、N2、x1、x2を設定すること
でできる。そのときは基板の濃度によって、Vthを決
めることができる。又、電極に使用した材料によって、
半導体とのフェルミレベルの差φmsが異なるが、それ
に応じて、しきい値制御も表面のP+の濃度厚みの制御
によって式(11)を使って容易に行なうことができる
It is easy to set ΔVth=0, and DI=
This can be done by setting N1, N2, x1, and x2 to be 0. In that case, Vth can be determined depending on the concentration of the substrate. Also, depending on the material used for the electrode,
Although the Fermi level difference φms with respect to the semiconductor is different, the threshold value can be easily controlled according to the difference by controlling the concentration thickness of P+ on the surface using equation (11).

【0044】図1の製造工程 (1)P型基板1(1014〜1018cm−3)ある
いはP型領域を拡散法等により作成した後、エピタキシ
ャル法により厚み1μm以下程度で不純物濃度1017
cm−3以下でn領域2を作成する。 (2)素子分離領域50を選択酸化法等を使って作成(
3)ゲート酸化膜あるいは絶縁層5を酸化法等によって
作成。 (4)表面にイオン注入法によってBF+2を5KlV
〜100KlV程度の加速電圧で、1E11〜1E13
cm−2程度のドーズ量でイオン注入する。熱処理は8
00〜900℃の熱処理あるいは950〜1050℃程
度の急速加熱(RTA)法により行なう。 (5)ゲート電極6をP+ポリシリコンを推積後、パタ
ーニングにより作成。 (6)ゲート電極6をマスクにしてセルフアラインによ
って、リン(P+)あるいはヒ素(A+S)等の不純物
をイオン注入後、RTA熱処理した後、作成。 (7)層間分離、配線分離用の絶縁膜200を推積後、
アニールしてから、コンタクト穴をあける。 (8)金属電極をスパッタ、あるいは化学推積(CVD
)法によって推積後、パターニングして作成。
Manufacturing process in FIG. 1 (1) After a P-type substrate 1 (1014 to 1018 cm-3) or a P-type region is created by a diffusion method or the like, an impurity concentration of 1017 is formed to a thickness of about 1 μm or less by an epitaxial method.
Create n region 2 below cm-3. (2) Create element isolation region 50 using selective oxidation method etc. (
3) Create a gate oxide film or insulating layer 5 by an oxidation method or the like. (4) BF+2 is applied to the surface at 5KlV by ion implantation method.
~1E11~1E13 at an accelerating voltage of about 100KlV
Ion implantation is performed at a dose of about cm-2. Heat treatment is 8
This is carried out by heat treatment at 00 to 900°C or rapid heating (RTA) method at about 950 to 1050°C. (5) Gate electrode 6 is created by patterning after depositing P+ polysilicon. (6) Created after ion implantation of impurities such as phosphorus (P+) or arsenic (A+S) by self-alignment using the gate electrode 6 as a mask, followed by RTA heat treatment. (7) After estimating the insulating film 200 for interlayer separation and wiring separation,
After annealing, drill the contact holes. (8) Metal electrodes are sputtered or chemically deposited (CVD)
) method, and then patterned and created.

【0045】図1の素子は上記のプロセスにより作成さ
れる。
The device of FIG. 1 is fabricated by the process described above.

【0046】しかし、CMOS、B:CMOS等のプロ
セスでは、さらに複雑に改良されてゆく。
However, in processes such as CMOS and B:CMOS, improvements are becoming more complex.

【0047】本発明で最も重要なのは、領域2、3の不
純物濃度、厚みであって、不純物分布を保持するために
低温エピタキシャル法(800〜950℃)、低温熱処
理(800〜950℃)、RTA法の適用が必要である
What is most important in the present invention is the impurity concentration and thickness of regions 2 and 3, and in order to maintain the impurity distribution, low-temperature epitaxial method (800-950°C), low-temperature heat treatment (800-950°C), RTA Application of the law is necessary.

【0048】図7は本発明のMOSFETの移動度を示
している。(図中の特性曲線71)。
FIG. 7 shows the mobility of the MOSFET of the present invention. (Characteristic curve 71 in the figure).

【0049】これは、従来の通常のn型MOSFETに
比較し、向上している(従来のMOSの特性は特性曲線
72である)。
This is improved compared to a conventional normal n-type MOSFET (the characteristic of the conventional MOS is a characteristic curve 72).

【0050】(他の実施例)図8は第2の実施例である
(Other Embodiments) FIG. 8 shows a second embodiment.

【0051】n−領域の濃度が極めて低い場合、例えば
1015cm−3より低い場合は空乏層Xが拡がりやす
いため、ソースドレインよりもn−領域は深くてもよい
When the concentration of the n- region is extremely low, for example lower than 1015 cm-3, the depletion layer X tends to expand, so the n- region may be deeper than the source and drain.

【0052】このようなデバイスでは素子分離領域の下
にチャネルストップ領域10を必ず入れる必要が出てく
る。ソース・ドレイン下の空乏層Xの容量も極めて減少
し、高速化可能である。SOIにおいてと同様な効果が
生ずる。
In such a device, it becomes necessary to insert a channel stop region 10 under the element isolation region. The capacitance of the depletion layer X under the source/drain is also significantly reduced, making it possible to increase the speed. A similar effect occurs as in SOI.

【0053】図9は2の領域の上層にn領域をさらに作
成し、P+n領域の電界を急にしている。但し、n−n
−領域全体共全部空乏化している。2と2′が反対にな
っていても、かまわない。
In FIG. 9, an n region is further formed above the region 2, and the electric field in the P+n region is made steeper. However, n-n
-The entire region is completely depleted. It doesn't matter if 2 and 2' are opposite.

【0054】図10はリセス型MOSトランジスタの実
施例である。短チャネル化において有利である。同様に
n−中はチャネル領域は少なくとも空乏化している。
FIG. 10 shows an embodiment of a recessed MOS transistor. This is advantageous in shortening the channel. Similarly, the channel region is at least depleted in n-.

【0055】本発明は、n型MOSトランジスタについ
て記述したが、P型MOSトランジスタに適用できるの
は当然である。その場合本発明の実施例において、nと
P型はすべて反対となる。
Although the present invention has been described with respect to an n-type MOS transistor, it is of course applicable to a p-type MOS transistor. In that case, in embodiments of the present invention, the n and p types are all opposites.

【0056】又、Si材料のみについて述べたが他のG
aAS、GaP等、他の材料についても適用できるのは
明らかである。
[0056]Although only the Si material has been described, other G
It is clear that other materials such as aAS and GaP can also be used.

【0057】[0057]

【発明の効果】・界面散乱、電界緩和、イオン散乱の低
減により、移動度が昇上する。−gmが大となる。
[Effects of the invention] - Mobility increases by reducing interface scattering, electric field relaxation, and ion scattering. -gm becomes large.

【0058】・ドレイン側の電界も緩和されるため、ソ
ース、ドレイン間耐圧も昇上する。このため、短チャネ
ルデバイスにしたとき、ホットキャリアの生成も少なく
なる。ゲートとドレイン間の電界分布がゆるやかにする
ことができる。LDD構造のように直列抵抗が高くなら
ない。LDDはソース側にn−領域の直列抵抗をソース
の中に有してしまう。本発明では、n−は空乏化してい
るチャネルであり、直列抵抗として作用しない。
- Since the electric field on the drain side is also relaxed, the withstand voltage between the source and drain also increases. Therefore, when a short channel device is used, fewer hot carriers are generated. The electric field distribution between the gate and drain can be made gentle. Unlike the LDD structure, the series resistance does not increase. The LDD has an n-region series resistance in the source on the source side. In the present invention, n- is a depleted channel and does not act as a series resistance.

【0059】・ドレイン下も空乏化する型のMOSトラ
ンジスタでは、接合容量が減少し、超高速化に対応でき
るデバイスとなる。又、この型ではドレイン耐圧もさら
に増加する。
[0059] In a type of MOS transistor in which the region below the drain is also depleted, the junction capacitance is reduced and the device becomes compatible with ultra-high speed. In addition, this type also further increases drain breakdown voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明のMOS型トランジスタの断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a MOS transistor of the present invention.

【図2】図1のA−A′部の電位図。FIG. 2 is a potential diagram of the section AA' in FIG. 1;

【図3】運動エネルギーの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of kinetic energy.

【図4】不純物密度に対するキャリア移動度の図。FIG. 4 is a diagram of carrier mobility versus impurity density.

【図5】Siにおける温度(°/C)に対するフェルミ
レベルの変化を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing changes in Fermi level with respect to temperature (°/C) in Si.

【図6】図1のA−A′方向断面の不純物密度分布図。6 is an impurity density distribution diagram of a cross section taken along line A-A' in FIG. 1. FIG.

【図7】本発明のMOSFETのキャリア移動度を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing carrier mobility of the MOSFET of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例の断面図。FIG. 8 is a sectional view of a second embodiment of the invention.

【図9】本発明の第3の実施例の断面図。FIG. 9 is a sectional view of a third embodiment of the invention.

【図10】本発明の第4の実施例の断面図。FIG. 10 is a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図11】実効電界に対するキャリア移動度を示す図。FIG. 11 is a diagram showing carrier mobility versus effective electric field.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  少なくとも第1の導電型で高不純物密
度のソースとドレイン領域、ソースドレインの間にある
チャネル領域、該チャネル領域を少なくともおおってい
る絶縁層、該絶縁層に近接している導電材料からなるゲ
ート電極を有する絶縁ゲートトランジスタにおいて、該
チャネル領域が、絶縁層に近接した第1導電型と反対導
電型の低抵抗の第2導電型の第1チャネル領域と、該第
1チャネル領域に隣接した高抵抗の第1導電型の第2チ
ャネル領域と、該第2チャネル領域に隣接した第2導電
型の第3チャネル領域を有することを特徴とする絶縁ゲ
ートトランジスタ。
1. A source and drain region of at least a first conductivity type and high impurity density, a channel region between the source and drain, an insulating layer at least covering the channel region, and a conductive layer adjacent to the insulating layer. In an insulated gate transistor having a gate electrode made of a material, the channel region includes a first channel region of a low resistance second conductivity type opposite the first conductivity type and close to the insulating layer, and the first channel region An insulated gate transistor comprising: a high-resistance second channel region of a first conductivity type adjacent to the second channel region; and a third channel region of the second conductivity type adjacent to the second channel region.
【請求項2】  少なくとも第1の導電型で高不純物密
度のソースとドレイン領域、ソースドレインの間にある
チャネル領域、該チャネル領域を少なくともおおってい
る絶縁層、該絶縁層に近接している導電材料からなるゲ
ート電極を有する絶縁ゲートトランジスタを備えた半導
体集積回路において、該チャネル領域が、絶縁層に近接
した第1導電型と反対導電型の低抵抗の第2導電型の第
1チャネル領域と、該第1チャネル領域に隣接した高抵
抗の第1導電型の第2チャネル領域と、該第2チャネル
領域に隣接した第2導電型の第3チャネル領域を有する
絶縁ゲート型トランジスタを備えた半導体集積回路。
2. A source and drain region of at least a first conductivity type and high impurity density, a channel region between the source and drain, an insulating layer at least covering the channel region, and a conductive layer adjacent to the insulating layer. In a semiconductor integrated circuit including an insulated gate transistor having a gate electrode made of a material, the channel region is a first channel region of a low resistance second conductivity type opposite to the first conductivity type and adjacent to the insulating layer. , a semiconductor comprising an insulated gate transistor having a high resistance second channel region of a first conductivity type adjacent to the first channel region, and a third channel region of a second conductivity type adjacent to the second channel region. integrated circuit.
【請求項3】  少なくともゲート印加電圧が零におい
て、前記第2チャネル領域が空乏化しているMISトラ
ンジスタを含む集積回路である請求項2の半導体集積回
路。
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the semiconductor integrated circuit includes an MIS transistor in which the second channel region is depleted at least when the gate applied voltage is zero.
【請求項4】  第1チャネル領域と第2チャネル領域
の間に、第1導電型の第4チャネル領域を有したMIS
トランジスタを含む集積回路である請求項2又は3の半
導体集積回路。
4. An MIS having a fourth channel region of the first conductivity type between the first channel region and the second channel region.
4. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, which is an integrated circuit including a transistor.
【請求項5】  ゲート印加されて動作時にチャネル部
の電位分布が表面で高く、キャリアは界面より少なくと
もキャリアの平均自由行程より深い所で流されるMIS
トランジスタを含む集積回路である請求項2の半導体集
積回路。
5. MIS in which the potential distribution of the channel portion is high at the surface during operation with gate voltage applied, and carriers are flowed at a depth deeper than the interface and at least the mean free path of the carriers.
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 2, which is an integrated circuit including a transistor.
【請求項6】  前記MISトランジスタカレエンハン
スメント型MISトランジスタである請求項5の半導体
集積回路。
6. The semiconductor integrated circuit according to claim 5, wherein said MIS transistor is a current enhancement type MIS transistor.
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