JPH05136404A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH05136404A
JPH05136404A JP4096679A JP9667992A JPH05136404A JP H05136404 A JPH05136404 A JP H05136404A JP 4096679 A JP4096679 A JP 4096679A JP 9667992 A JP9667992 A JP 9667992A JP H05136404 A JPH05136404 A JP H05136404A
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neutral
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semiconductor substrate
concentration
gate electrode
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Takahisa Sakaemori
貴尚 栄森
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a micronized MOS type field-effect transistor which maintains a sufficient power of current drive by balancing reduction of both single channel effect and hot carrier effect even in a low temperature. CONSTITUTION:The following are provided: a first neutral impurity layer 8a from the surface of a semiconductor substrate down to a predetermined depth in a channel region located under a gate electrode 4 sandwiched by source/drain regions 7; and a second neutral impurity layer 8b having a concentration higher than that the first neutral impurity layer 8a so as to surround the source/drain regions except the channel region. Generation of hot carriers is suppressed by dispersion of neutral impurity in the first neutral impurity layer, and diffusion of impurity in the source/drain regions during heat treatment by the second neutral impurity layer.

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、MOS(Metal
Oxide Semiconductor)型トランジ
スタを含む半導体装置およびその製造方法に関し、特
に、半導体基板内に中性不純物層を有することにより、
MOS型トランジスタの高性能化および高信頼性化を図
る技術に関するものである。
The present invention relates to a MOS (Metal).
The present invention relates to a semiconductor device including an oxide semiconductor type transistor and a method for manufacturing the same, and in particular, by having a neutral impurity layer in a semiconductor substrate,
The present invention relates to a technique for improving the performance and reliability of a MOS transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、高い信頼性を有するMOS型電界
効果トランジスタとして、たとえば「IEEE Tra
nsactions on Electron Dev
ices,ED−27(1980)p1359」などに
示されている、図11に示すようなLDD(Light
ly Doped Drain)構造を使用するのが一
般的であった。このMOS型電界効果トランジスタは、
図11を参照して、半導体基板1のpウェル領域2表面
に、ゲート絶縁膜3を介在させてゲート電極4がパター
ニングされている。このゲート電極4の左右両側壁に
は、サイドウォールスペーサ5,5が形成され、その下
方のpウェル領域2表面には、低濃度n型不純物層6,
6が形成されている。この低濃度n型不純物層6,6
の、ゲート電極4下方に対して外側の領域には、高濃度
n型不純物層7,7が形成されている。ところで、図1
1に示すような構造には、LDD構造に特有の電流駆動
能力の劣化モード、すなわち寄生抵抗の増大が生じると
いう問題があった。この寄生抵抗の増大の原因は、低濃
度n型不純物層6,6自身の高い抵抗と、低濃度n型不
純物層6,6の上部に位置するサイドウォールスペーサ
5,5に電子が捕獲される効果とに起因している。特
に、後者のメカニズムは、低濃度n型不純物層6,6の
上方のサイドウォールスペーサ5,5に電子が捕獲され
ると、それと近接する低濃度n型不純物層6,6中の電
子が反発力で追い出され、実効的に低濃度n型不純物層
6,6の抵抗値が増大し、電流レベルが劣化するという
ものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a highly reliable MOS type field effect transistor, for example, "IEEE Tra" is used.
nsactions on Electron Dev
ices, ED-27 (1980) p1359 ”and the like, as shown in FIG. 11.
It was common to use the ly Doped Drain) structure. This MOS field effect transistor is
Referring to FIG. 11, gate electrode 4 is patterned on the surface of p well region 2 of semiconductor substrate 1 with gate insulating film 3 interposed. Sidewall spacers 5 and 5 are formed on both left and right side walls of the gate electrode 4, and a low-concentration n-type impurity layer 6 is formed on the surface of the p-well region 2 therebelow.
6 is formed. The low concentration n-type impurity layers 6 and 6
The high-concentration n-type impurity layers 7, 7 are formed in a region outside the gate electrode 4 below. By the way,
The structure shown in FIG. 1 has a problem that a deterioration mode of the current driving ability peculiar to the LDD structure, that is, an increase in parasitic resistance occurs. The cause of this increase in parasitic resistance is that electrons are trapped in the high resistance of the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 themselves and in the sidewall spacers 5 and 5 located above the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6. It is due to the effect. Particularly, in the latter mechanism, when electrons are captured by the sidewall spacers 5 and 5 above the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6, the electrons in the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 adjacent to the side-wall spacers 5 and 5 repel. That is, the resistance value of the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 is effectively increased, and the current level deteriorates.

【0003】この構造を改良したものとして、たとえば
「VLSI SYMPOSIUM1985 p116」
などに示されているMLDD(Moderately
Lightly Doped Drain)構造があ
る。これは、低濃度n型不純物層6,6の濃度を、従来
のLDD構造で採用されていた基板電流が最低になるn
型不純物の濃度よりやや高めに設定することにより、最
大電界位置をよりゲート電極4側によせ、サイドウォー
ルスペーサ5,5に電子が注入捕獲されるのを低減する
ことによって、上記劣化モードの抑制を図るものであ
る。
As an improved version of this structure, for example, "VLSI SYMPOSIUM 1985 p116".
MLDD (Moderately)
There is a Lightly Doped Drain) structure. This is because when the concentration of the low concentration n-type impurity layers 6 and 6 is such that the substrate current used in the conventional LDD structure becomes the minimum.
By setting the concentration of the type impurities slightly higher, the maximum electric field position can be set closer to the gate electrode 4 side, and the injection and trapping of electrons into the sidewall spacers 5 and 5 can be reduced, thereby suppressing the deterioration mode. Is intended.

【0004】さらに効果的に上記劣化モードを抑制する
MOS型電界効果トランジスタとして、図12に示すよ
うなゲートオーバーラップ型LDD構造を用いたもの
が、たとえば「VLSI SYMPOSIUM,198
9,p33」に示されている。この構造では、低濃度n
型不純物層6,6をゲート電極4の下方においてオーバ
ーラップさせることによって、ホットキャリアの発生す
る最大電界位置をゲート電極4の直下に移動させ、最大
電界を緩和するとともに、サイドウォールスペーサ5,
5に電子が捕獲されるのを防ぐものである。
As a MOS field effect transistor that more effectively suppresses the deterioration mode, one using a gate overlap type LDD structure as shown in FIG. 12 is disclosed in, for example, "VLSI SYMPOSIUM, 198".
9, p33 ". In this structure, low concentration n
By overlapping the type impurity layers 6 and 6 below the gate electrode 4, the maximum electric field position where hot carriers are generated is moved to directly below the gate electrode 4, and the maximum electric field is relaxed.
This is to prevent the electrons from being trapped in 5.

【0005】一方、MOS型電界効果トランジスタにお
いて、シリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)などの
中性不純物をソース/ドレイン領域の不純物層形成前に
注入し、図13に示すように中性不純物層8を形成して
おくと、ソース/ドレイン領域のn型不純物の縦方向あ
るいは横方向の拡散が抑制され、短チャネル効果に起因
する特性の劣化が抑制されることが、たとえば「IEE
E ElectronDevice Letters,
VOL.9,No.7,1988 p343」に記載さ
れている。この文献には、Geドープの効果を示すデー
タとして、図14(a)(b)に示すようなグラフが掲
載されている。図14(a)には、リンドープのみ(注
入エネルギ45KeV,ドーズ量2.5×101 5 /c
2 )の場合と、同じリンドープにGeドープ(注入エ
ネルギ125KeV,ドーズ量5.0×101 5 /cm
2 )を加えた場合について、900℃,12分間のアニ
ール処理後の、半導体基板の深さ方向の不純物濃度分布
が示されている。また図14(b)には、それぞれの場
合についての、しきい値電圧変化(ΔVt h )の実効チ
ャネル長依存性を示している。
On the other hand, in a MOS type field effect transistor, neutral impurities such as silicon (Si) and germanium (Ge) are injected before the formation of the impurity layers in the source / drain regions, and as shown in FIG. Forming No. 8 suppresses vertical or horizontal diffusion of n-type impurities in the source / drain regions and suppresses deterioration of characteristics due to the short channel effect.
E Electron Device Letters,
VOL. 9, No. 7, 1988 p343 ". In this document, graphs as shown in FIGS. 14A and 14B are posted as data showing the effect of Ge doping. FIG. 14A shows only phosphorus doping (implantation energy 45 KeV, dose amount 2.5 × 10 15 / c).
m 2 ) and Ge doping (implantation energy 125 KeV, dose 5.0 × 10 15 / cm 2)
The impurity concentration distribution in the depth direction of the semiconductor substrate after annealing at 900 ° C. for 12 minutes is shown for the case where 2 ) is added. Further, FIG. 14B shows the effective channel length dependency of the threshold voltage change (ΔV th ) in each case.

【0006】また、特にGeなどの中性不純物をチャネ
ル領域もしくはその一部に注入したトランジスタが、ホ
ットキャリアの抑制に効果があることが、たとえば「I
EEE Electron Device Lette
rs,VOL.11,No.1,1990 p45」に
記載されている。
Further, a transistor in which a neutral impurity such as Ge is injected into a channel region or a part thereof is particularly effective in suppressing hot carriers.
EEE Electron Device Letter
rs, VOL. 11, No. 1, 1990 p45 ".

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のLDD構造は、
低濃度n型不純物層6,6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、濃度勾配が穏やかにな
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より顕著であ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(Vt h
がチャネル長(L)が小さくなるにつれて急速に落下す
る現象が引き起こされる。実際に使用するチャネル長
(L)がこのVt h の落下現象が生ずる領域にある場
合、その落下が急激であればあるほど、チャネル長の製
造ばらつきがトランジスタ特性に大きな変動を起こし、
性能歩留りを大きく低減する。そこで、短チャネル効果
を抑えるためにリンの注入量を少なくしようとすれば、
低濃度n型不純物層6,6の抵抗(寄生抵抗)が増加
し、電流駆動能力の劣化を招来するという問題もあっ
た。
The conventional LDD structure is
Since the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 are formed of phosphorus, which is an impurity with a large diffusion coefficient, the concentration gradient becomes gentle and the electric field relaxation effect is large, but the short-channel effect is more remarkable in the miniaturized transistor. There was a problem that there was. That is, the threshold voltage (V th ) of the transistor
Occurs as the channel length (L) becomes smaller. When the actually used channel length (L) is in the region where this V th drop phenomenon occurs, the sharper the drop, the more the channel length manufacturing variation causes the transistor characteristics to fluctuate greatly.
Significantly reduce performance yield. Therefore, if we try to reduce the injection amount of phosphorus in order to suppress the short channel effect,
There is also a problem that the resistance (parasitic resistance) of the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 is increased, resulting in deterioration of current driving capability.

【0008】上記オーバーラップ型LDD構造において
も、リンで形成された低濃度n型不純物層の濃度は、短
チャネル効果を抑制するためにはあまり高くすることが
できない。そこで、低濃度n型不純物層を拡散係数の小
さい砒素で形成する試みが考えられ、それによってリン
のときよりもVt h の落下現象は大幅に改善し、また寄
生抵抗を低くすることができる。しかしながら、拡散係
数の小さい砒素では十分な濃度勾配を形成することがで
きず、電界緩和効果が十分ではないために、ホットキャ
リアによる基板電流を十分に低減することが困難であっ
た。
Even in the overlap type LDD structure described above, the concentration of the low concentration n-type impurity layer formed of phosphorus cannot be increased so much as to suppress the short channel effect. Therefore, an attempt to form the low-concentration n-type impurity layer with arsenic having a small diffusion coefficient can be considered, whereby the phenomenon of dropping V th can be significantly improved and the parasitic resistance can be reduced as compared with the case of phosphorus. However, arsenic having a small diffusion coefficient cannot form a sufficient concentration gradient and the electric field relaxation effect is not sufficient, so that it is difficult to sufficiently reduce the substrate current due to hot carriers.

【0009】また、従来の各LDD構造は、いずれもホ
ットキャリアの発生率をその緩和された電界の効果で抑
制するが、低温になるとフォノン散乱が減り、再びホッ
トキャリアの発生率が増加してくる。したがって、ホッ
トキャリア特性は依然として劣化するという問題があっ
た。
In each of the conventional LDD structures, the generation rate of hot carriers is suppressed by the effect of the relaxed electric field, but at low temperatures, phonon scattering is reduced and the generation rate of hot carriers increases again. come. Therefore, there is a problem that the hot carrier characteristics are still deteriorated.

【0010】Geなどの中性不純物をチャネル領域もし
くはその一部に注入したシングルドレイントランジスタ
は、ホットキャリアの抑制に効果があるものの、その効
果はLDD構造の効果の数分の1程度であり、Geなど
の中性不純物のみによってサブミクロンレベルのトラン
ジスタのホットキャリア効果の低減を図るには限界があ
った。
A single drain transistor in which a neutral impurity such as Ge is injected into a channel region or a part thereof has an effect of suppressing hot carriers, but the effect is about a fraction of the effect of the LDD structure. There is a limit to reducing the hot carrier effect of a submicron level transistor by using only neutral impurities such as Ge.

【0011】また、このような短チャネル効果を抑制す
るためのGe注入量は、101 9 〜102 0 /cm3
度が必要となるが、このような高い濃度の中性不純物の
チャネル領域への注入は、チャネル領域に欠陥またはス
トレスを発生させ、トランジスタ特性に大きな影響を及
ぼす。すなわち、ソース/ドレイン領域のn型不純物の
縦方向もしくは横方向の拡散を抑制し、短チャネル効果
を抑えるための最適注入量と、ホットキャリアの抑制の
ためにチャネル領域に注入する最適注入量とは相違する
ため、1回の注入では双方の最適条件を満たせないとい
う問題点があった。
Further, the Ge implantation amount for suppressing such a short channel effect needs to be about 10 19 to 10 20 / cm 3, and a channel region of such a high concentration of neutral impurities is required. Implantation causes defects or stress in the channel region, which has a great influence on the transistor characteristics. That is, the optimum injection amount for suppressing the vertical or horizontal diffusion of the n-type impurities in the source / drain regions and suppressing the short channel effect, and the optimum injection amount for injecting into the channel region for suppressing the hot carriers. However, there is a problem that the optimum conditions cannot be satisfied by one injection.

【0012】この発明は、上記のようなLDD構造トラ
ンジスタおよび耐ホットキャリア用Ge注入トランジス
タ双方の問題点を解消するためになされたもので、単チ
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、微細化さ
れたトランジスタを得るとともに、低温でも、電流駆動
能力を十分維持しながらホットキャリア効果を低減する
微細化された半導体装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the problems of both the LDD structure transistor and the Ge carrier injection transistor for hot carrier resistance as described above, and can reduce both the single channel effect and the hot carrier effect. An object of the present invention is to obtain a miniaturized transistor having balanced high performance and high reliability, and to obtain a miniaturized semiconductor device which reduces a hot carrier effect while sufficiently maintaining a current driving capability even at a low temperature. ..

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半
導体基板と、この半導体基板主表面にゲート絶縁膜を介
して形成されたゲート電極と、このゲート電極の左右両
側壁の直下近傍から外側にかけて形成された、第2導電
型の不純物層からなるソース/ドレイン領域とを備えた
MOS型電界効果トランジスタを含んでいる。この半導
体装置の特徴は、ソース/ドレイン領域に挟まれたゲー
ト電極直下に位置するチャネル領域を除き、ソース/ド
レイン領域の下方を包囲するように、いずれの導電型と
しても作用しない中性の不純物を注入して形成された中
性不純物層を有している点である。
In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor device of the present invention comprises a first conductivity type semiconductor substrate having a main surface and a gate insulating film formed on the main surface of the semiconductor substrate. It includes a MOS field effect transistor having a gate electrode and a source / drain region formed of an impurity layer of the second conductivity type, which is formed from the vicinity immediately below the left and right side walls of the gate electrode to the outside. This semiconductor device is characterized by neutral impurities that do not act as any conductivity type so as to surround the lower side of the source / drain region except for the channel region located immediately below the gate electrode sandwiched between the source / drain regions. It has a neutral impurity layer formed by implanting.

【0014】チャネル領域の半導体基板主表面から所定
の深さにかけて、上記中性不純物領域よりも低濃度の中
性不純物領域をさらに備えていることが好ましい。
It is preferable that the channel region further includes a neutral impurity region having a concentration lower than that of the neutral impurity region, extending from the main surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth.

【0015】ソース/ドレイン領域の下方を包囲する中
性不純物層は、101 9 〜102 0 /cm3 の濃度のG
eを含み、より低濃度の中性不純物層は、101 6 〜1
1 9 /cm3 の濃度のGeを含むことが好ましい。
The neutral impurity layer surrounding the source / drain regions has a G concentration of 10 19 to 10 20 / cm 3.
The neutral impurity layer containing e and having a lower concentration is 10 16 to 1
Preferably it contains 0 1 9 / cm 3 concentration of Ge.

【0016】上記構造を有する半導体装置の第1の中性
不純物層は、ゲート絶縁膜やゲート電極を形成する前
に、半導体基板表面全面に、その表面から所定の深さに
かけて中性不純物を照射することによって形成される。
その後ゲート電極がパターニングされた後、このゲート
電極をマスクとして、半導体基板表面に対して所定の傾
斜角をなす方向から中性不純物を照射し、第2の中性不
純物層を形成する。次に、ゲート電極のみあるいはゲー
ト電極とその上に形成されるサイドウォールスペーサの
双方をマスクとして、半導体基板表面に対して所定の方
向から第2導電型不純物を注入することにより、ソース
/ドレイン領域を形成する。
In the first neutral impurity layer of the semiconductor device having the above structure, before forming the gate insulating film and the gate electrode, the entire surface of the semiconductor substrate is irradiated with neutral impurities from the surface to a predetermined depth. Is formed by
Then, after the gate electrode is patterned, the second neutral impurity layer is formed by irradiating the surface of the semiconductor substrate with neutral impurities from a direction forming a predetermined tilt angle with the gate electrode as a mask. Next, by using the gate electrode alone or both the gate electrode and the sidewall spacer formed thereon as a mask, the second conductivity type impurity is implanted into the surface of the semiconductor substrate from a predetermined direction to form the source / drain regions. To form.

【0017】[0017]

【作用】本発明の半導体装置の構造によれば、ソース/
ドレイン領域の下方が中性不純物層で包囲されることに
より、第2導電型不純物層の拡散が抑えられ、短チャネ
ル化に伴うしきい値電圧の低下を抑制することができ
る。これは、十分に高濃度に注入された中性不純物によ
って、半導体基板を構成するシリコン単結晶などがアモ
ルファス化し、第2導電型不純物の注入時のチャネリン
グあるいは熱処理時の拡散が抑えられることによるもの
である。
According to the structure of the semiconductor device of the present invention, the source / source
Since the lower side of the drain region is surrounded by the neutral impurity layer, the diffusion of the second conductivity type impurity layer is suppressed, and the decrease in the threshold voltage due to the shortening of the channel can be suppressed. This is because the neutral impurities injected in a sufficiently high concentration make the silicon single crystal or the like constituting the semiconductor substrate amorphous and suppress the channeling during the implantation of the second conductivity type impurities or the diffusion during the heat treatment. Is.

【0018】一方、この第2導電型不純物層の不純物の
拡散が抑えられると、チャネル近傍の濃度勾配をより急
激にすることになり、電界緩和効果を弱めることにな
る。本発明の好ましい実施例における、ホットキャリア
の発生するチャネル領域に付加的にドープしたより低濃
度の中性不純物層は、このホットキャリア抑制効果の弱
まった分を電界緩和効果とは別の効果によって補強する
ものである。すなわち、中性不純物によってチャネル領
域に付加的に導入された中性不純物散乱により、ホット
キャリアからエネルギを奪い、また酸化膜へ抜けるホッ
トキャリアの散乱角度の偏りを防ぐなどの効果によっ
て、ホットキャリアの発生が抑制される。特にこの中性
不純物散乱は、中性不純物がGeの場合、大多数のチャ
ネルキャリアの平均自由工程に比べて比較的長い平均自
由工程のホットキャリアに対して、大きな確率で発生す
ることが報告されている。したがって中性不純物自身
は、電流の駆動能力をほとんど低下させることがない。
On the other hand, if the diffusion of impurities in the second-conductivity-type impurity layer is suppressed, the concentration gradient in the vicinity of the channel becomes steeper, and the electric field relaxation effect is weakened. In the preferred embodiment of the present invention, the lower-concentration neutral impurity layer additionally doped in the channel region where hot carriers are generated has a weakening effect of the hot carrier suppression effect by an effect different from the electric field relaxation effect. It is to reinforce. That is, the neutral impurities are additionally introduced into the channel region by the neutral impurities, so that the energy is taken from the hot carriers by the scattering of the hot carriers and the bias of the scattering angle of the hot carriers passing through to the oxide film is prevented. Occurrence is suppressed. In particular, it has been reported that, when Ge is used as the neutral impurity, this neutral impurity scattering occurs with a high probability for hot carriers having a relatively long mean free process as compared with the mean free process of the majority of channel carriers. ing. Therefore, the neutral impurities themselves hardly reduce the current driving ability.

【0019】また、チャネル領域に付加的に形成さた中
性不純物層の濃度は、その領域にストレスを発生させる
ことがないように、かつトランジスタ特性に大きく影響
を及ぼすことがないように、第2の中性不純物層よりも
低い適切な濃度に設定されている。
Further, the concentration of the neutral impurity layer additionally formed in the channel region should be such that stress is not generated in that region and the transistor characteristics are not significantly affected. 2 is set to an appropriate concentration lower than that of the neutral impurity layer.

【0020】また、一般に中性不純物による散乱には温
度依存性がなく、低温動作の後でフォノン散乱が抑えら
れてチャネルキャリアの平均エネルギが上がったとして
も、依然として有効に作用し、ホットキャリアの発生を
抑制する効果がある。
Further, generally, the scattering due to neutral impurities has no temperature dependence, and even if the phonon scattering is suppressed and the average energy of the channel carrier is increased after the low temperature operation, the effect still remains effective and the hot carrier It has the effect of suppressing the generation.

【0021】上記作用効果を有効に発生させるために
は、ソース/ドレイン領域の下方を包囲する中性不純物
層には101 9 〜102 0/cm3 の濃度のGeを含
み、チャネル領域に付加的に形成された中性不純物層に
は101 6 〜101 9 の濃度のGeを含むことが好まし
い。
In order to effectively generate the above-mentioned effects, the neutral impurity layer surrounding the source / drain regions contains Ge at a concentration of 10 19 to 10 20 / cm 3 , and the channel region contains Ge. The additionally formed neutral impurity layer preferably contains Ge at a concentration of 10 16 to 10 19 .

【0022】本発明の半導体装置の製造方法において、
ゲート絶縁膜やゲート電極を形成する前の半導体基板表
面に、まず中性不純物を照射して第1の中性不純物層を
形成するのは、ゲート絶縁膜を形成した後にチャネル領
域に中性不純物を注入すると、ゲート絶縁膜へのダメー
ジが生じるからである。
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention,
The first neutral impurity layer is formed by first irradiating the surface of the semiconductor substrate before forming the gate insulating film and the gate electrode with the neutral impurity, to form the first neutral impurity layer in the channel region after forming the gate insulating film. This is because the implantation of Al causes damage to the gate insulating film.

【0023】[0023]

【実施例】以下本発明の第1の実施例の半導体装置につ
いて、図1に基づいて説明する。図1に示す半導体装置
は、ゲートオーバーラップ型LDD構造を有するnMO
S型電界効果トランジスタに本発明を適用したものであ
る。図1を参照して、シリコン単結晶などからなる半導
体基板1に形成されたpウェル2の表面には、ゲート絶
縁膜3を介在させてゲート電極4がパターニングされて
いる。pウェル2の表面から所定の深さにかけて、低濃
度n型不純物層6,6が、リンイオンを注入することに
より、ゲート電極4とオーバーラップさせて形成されて
いる。この低濃度n型不純物層6,6に隣接して、ゲー
ト電極4の左右両側壁直下から外側にかけては、砒素イ
オンなどが注入された高濃度n型不純物層7,7が形成
されている。ゲート電極4の左右量側壁には、高濃度n
型不純物層7,7の砒素などを注入する際のマスクとな
るサイドウォールスペーサ5,5が形成されている。ま
た、低濃度n型不純物層6,6および高濃度n型不純物
層7,7は、ゲート電極4中央直下のチャネル領域を除
いて、101 9 〜102 0 /cm3 のゲルマニウムをド
ープした第2の中性不純物層8bによって包囲されてい
る。さらに、低濃度n型不純物層6,6に挟まれたチャ
ネル領域においては、pウェル2の表面から0.1μm
程度の深さにかけて、101 6 〜101 9 /cm3 のゲ
ルマニウムをドープした第1の中性不純物層8aが形成
されている。
EXAMPLE A semiconductor device according to a first example of the present invention will be described below with reference to FIG. The semiconductor device shown in FIG. 1 is an nMO having a gate overlap type LDD structure.
The present invention is applied to an S-type field effect transistor. Referring to FIG. 1, a gate electrode 4 is patterned with a gate insulating film 3 interposed on the surface of a p-well 2 formed on a semiconductor substrate 1 made of silicon single crystal or the like. Low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 are formed from the surface of the p-well 2 to a predetermined depth so as to overlap the gate electrode 4 by implanting phosphorus ions. Adjacent to the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6, high-concentration n-type impurity layers 7 and 7 in which arsenic ions and the like are implanted are formed from directly below the left and right side walls of the gate electrode 4 to the outside. A high concentration n is formed on the right and left side walls of the gate electrode 4.
Sidewall spacers 5 and 5 serving as masks when implanting arsenic or the like of the type impurity layers 7 and 7 are formed. Further, the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 and the high-concentration n-type impurity layers 7 and 7 are doped with germanium of 10 19 to 10 20 / cm 3 except for the channel region directly below the center of the gate electrode 4. It is surrounded by the second neutral impurity layer 8b. Furthermore, in the channel region sandwiched by the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6, 0.1 μm from the surface of the p well 2
Toward the degree of depth, the first neutral impurity layer 8a doped with germanium 10 1 6 ~10 1 9 / cm 3 is formed.

【0024】上記第1の実施例のMOS型トランジスタ
を含む半導体装置においては、LDD構造の低濃度n型
不純物層6,6を低濃度に保ったまま、低濃度n型不純
物層6,6および高濃度n型不純物層7,7を第2の中
性不純物層8bによって包囲したことにより、低濃度n
型不純物層の寄生抵抗を低く抑えて電流駆動能力を堅く
維持した状態で、高濃度の中性元素によるリンイオンの
チャネリングおよび拡散を抑制する効果によって、トラ
ンジスタのしきい値電圧の急激な落下現象などの短チャ
ネル効果を抑制することができる。図10に示すグラフ
は、図1に示す実施例の場合と、図12に示す従来のゲ
ートオーバーラップ型LDDトランジスタの場合につい
てしきい値電圧のチャネル長依存性を対比し、本発明の
効果を示したものである。
In the semiconductor device including the MOS transistor of the first embodiment described above, the low-concentration n-type impurity layers 6, 6 and the low-concentration n-type impurity layers 6, 6 of the LDD structure are kept low. Since the high-concentration n-type impurity layers 7 and 7 are surrounded by the second neutral impurity layer 8b,
Sudden drop of the threshold voltage of the transistor due to the effect of suppressing the phosphorus ion channeling and diffusion due to the high concentration of neutral elements while maintaining the current drive capability firmly by suppressing the parasitic resistance of the impurity layer The short channel effect of can be suppressed. The graph shown in FIG. 10 compares the effect of the present invention with the channel length dependency of the threshold voltage in the case of the embodiment shown in FIG. 1 and in the case of the conventional gate overlap type LDD transistor shown in FIG. It is shown.

【0025】一方、低濃度n型不純物層6,6の不純物
濃度拡散が抑えられる効果は、LDD構造にとっては、
濃度勾配を急激に変化させる方向に作用することにな
り、電界緩和効果を多少弱めることになる。ホットキャ
リアの発生するチャネル領域に付加的に、第2の中性不
純物層8bよりも低い濃度でGeを注入して形成した第
1の中性不純物層8aは、このホットキャリア抑制効果
の弱まった分を電界緩和効果とは別の効果で補強するも
のである。すなわち、Ge元素によりチャネル領域に付
加的に導入された中性不純物散乱による、ホットキャリ
アからエネルギを奪いかつ酸化膜へ抜けるホットキャリ
アの散乱角度の偏りを防ぐなどの効果により、ホットキ
ャリアの発生が抑えられ、かつ信頼性が向上する。この
Ge元素による中性不純物散乱は、大多数を占めるチャ
ネルキャリアの平均自由工程に比べ、比較的長い平均自
由工程のホットキャリアに対して大きな確率で発生す
る。したがって、Ge元素自身は電流の駆動能力をほと
んど低下させない。また、第1の中性不純物層8aのG
e濃度を第2の中性不純物層8bよりも低くするのは、
チャネル近傍において半導体基板1表面にストレスを発
生させないようにしてトランジスタ特性を大きく変化さ
せないようにするためである。
On the other hand, the effect of suppressing the diffusion of the impurity concentration of the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 is, in the LDD structure,
It acts in the direction of abruptly changing the concentration gradient, and the electric field relaxation effect is somewhat weakened. In addition to the channel region where hot carriers are generated, the first neutral impurity layer 8a formed by implanting Ge at a concentration lower than that of the second neutral impurity layer 8b has a weakened effect of suppressing hot carriers. The component is reinforced by an effect different from the electric field relaxation effect. That is, the generation of hot carriers is caused by the effect of absorbing the energy from the hot carriers and preventing the scattering of the scattering angle of the hot carriers leaking to the oxide film due to the scattering of the neutral impurities additionally introduced into the channel region by the Ge element. It is suppressed and reliability is improved. Neutral impurity scattering due to the Ge element occurs with a high probability for hot carriers in a relatively long mean free path, as compared with the mean free path of channel carriers that occupy the majority. Therefore, the Ge element itself hardly lowers the current driving ability. In addition, G of the first neutral impurity layer 8a
The e concentration is made lower than that of the second neutral impurity layer 8b,
This is because stress is not generated on the surface of the semiconductor substrate 1 in the vicinity of the channel so that the transistor characteristics are not significantly changed.

【0026】また、一般に中性不純物による散乱には、
温度依存性がなく、低温動作の下でフォノン散乱が抑え
られたチャネルキャリアの平均エネルギが上がったとし
ても、依然として有効に作用し、ホットキャリアの発生
を抑制する効果がある。
In general, scattering due to neutral impurities is
Even if the average energy of the channel carrier, which has no temperature dependence and suppresses phonon scattering under low temperature operation, increases, it still works effectively and has an effect of suppressing the generation of hot carriers.

【0027】次に、本実施例の半導体装置の製造方法に
ついて、図2ないし図7に基づいて説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0028】本実施例においては、まず、半導体基板1
のpウェル2の領域の表面全面に、中性不純物としての
Geを照射し、pウェル2の表面から約0.1μmの深
さにかけて、101 6 〜101 9 /cm3 の濃度の中性
不純物層8aを形成する(図2)。
In this embodiment, first, the semiconductor substrate 1
Ge as a neutral impurity is irradiated on the entire surface of the region of the p-well 2 in a concentration of 10 16 to 10 19 / cm 3 over a depth of about 0.1 μm from the surface of the p-well 2. Forming an impurity layer 8a (FIG. 2).

【0029】次に、第1の中性不純物層8aを形成した
pウェル2表面に、熱酸化法によってゲート絶縁膜3を
形成し、さらにその上に所定厚さの多結晶シリコン層な
どからなる導電層を形成した後、フォトリソグラフィ技
術およびエッチングによってパターニングし、ゲート電
極4を形成する(図3)。
Next, a gate insulating film 3 is formed on the surface of the p well 2 in which the first neutral impurity layer 8a is formed by a thermal oxidation method, and a polycrystalline silicon layer or the like having a predetermined thickness is further formed thereon. After forming the conductive layer, patterning is performed by photolithography and etching to form the gate electrode 4 (FIG. 3).

【0030】次に、ゲート電極4をマスクとして、pウ
ェル2の表面に平行な面内において半導体基板1を回転
させながら、pウェル2表面に対してたとえば45°程
度の角度をなす方向から中性不純物としてのGeを照射
し、pウェル2表面から所定の深さにかけて、濃度が1
1 9 〜102 0/cm3 の第2の中性不純物層8bを
形成する(図4)。
Next, while rotating the semiconductor substrate 1 in a plane parallel to the surface of the p-well 2 using the gate electrode 4 as a mask, the surface of the p-well 2 is centered at a direction of, for example, about 45 °. Ge as a conductive impurity is irradiated and the concentration becomes 1 from the surface of the p-well 2 to a predetermined depth.
A second neutral impurity layer 8b of 0 19 to 10 20 / cm 3 is formed (FIG. 4).

【0031】次に、やはりゲート電極4をマスクとし
て、半導体基板1をその表面に平行な面内において回転
させながら、半導体基板1表面に対してたとえば45°
などの所定の傾斜角をなす方向から、リンなどのn型不
純物を照射し、第2の中性不純物層8bの内側の領域
に、低濃度n型不純物層6,6を形成する(図5)。
Next, with the gate electrode 4 used as a mask, the semiconductor substrate 1 is rotated in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 1, and the surface of the semiconductor substrate 1 is, for example, 45 °.
Is irradiated with an n-type impurity such as phosphorus from a direction forming a predetermined inclination angle such as to form the low-concentration n-type impurity layers 6 and 6 in the region inside the second neutral impurity layer 8b (FIG. 5). ).

【0032】次に、半導体基板1全面にCVD法などに
よってシリコン酸化膜を所定の厚さに堆積させ、これに
異方性エッチングを施すことにより、ゲート電極4の左
右両側壁に所定幅のサイドウォールスペーサ5,5を形
成する(図6)。その後、このサイドウォールスペーサ
5,5とゲート電極4をマスクとして、半導体基板1を
その表面に平行な面内において回転させながら、半導体
基板1表面に対して所定の傾斜角をなす方向からたとえ
ば砒素イオンなどのn型不純物を注入し、第2の中性不
純物層8bの領域の内側に高濃度n型不純物層7,7を
形成する(図7)。
Next, a silicon oxide film is deposited to a predetermined thickness on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a CVD method or the like, and anisotropic etching is applied to the left and right side walls of the gate electrode 4 so that side walls having a predetermined width are formed. Wall spacers 5 and 5 are formed (FIG. 6). After that, while using the side wall spacers 5 and 5 and the gate electrode 4 as a mask, the semiconductor substrate 1 is rotated in a plane parallel to the surface of the semiconductor substrate 1 from a direction that forms a predetermined inclination angle with respect to the surface of the semiconductor substrate 1. N-type impurities such as ions are implanted to form high-concentration n-type impurity layers 7 and 7 inside the region of the second neutral impurity layer 8b (FIG. 7).

【0033】なお、本実施例の製造工程におてい、ゲー
ト絶縁膜やゲート電極を形成する前に、pウェル2表面
にGe元素を注入してまず第1の中性不純物層を形成し
たのは、ゲート絶縁膜を形成した後にGeを注入する
と、ゲート絶縁膜へのダメージが生ずるからである。
In the manufacturing process of this embodiment, the Ge element is implanted into the surface of the p well 2 to form the first neutral impurity layer before the gate insulating film and the gate electrode are formed. The reason is that if Ge is implanted after the gate insulating film is formed, the gate insulating film is damaged.

【0034】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。本実施例は、図9に示すように、そのソース/ド
レイン領域が3重構造のLDD構造を有するものであ
る。すなわち、上記第1の実施例における高濃度n型不
純物領域7,7の領域に、中性不純物層9,9およびそ
れに隣接する高濃度n型不純物層10,10を形成した
ものである。この3重構造を適用することにより、さら
に短チャネル効果の抑制を効果的に図ることができる。
この3重構造を有するLDD構造トランジスタの効果に
ついては、すでに種々の文献において報告されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the source / drain regions have a triple LDD structure. That is, the neutral impurity layers 9 and 9 and the high-concentration n-type impurity layers 10 and 10 adjacent to the neutral impurity layers 9 and 9 are formed in the regions of the high-concentration n-type impurity regions 7 and 7 in the first embodiment. By applying this triple structure, it is possible to effectively suppress the short channel effect.
The effects of the LDD structure transistor having the triple structure have already been reported in various documents.

【0035】図9に示した第2の実施例の半導体装置の
製造方法は、図2ないし図6の工程については上記第1
の実施例と共通であり、その後のソース/ドレイン領域
の形成工程のみが異なる。すなわち、サイドウォールス
ペーサ5,5を形成した後、上記第1の実施例において
図7に示した工程よりもより低いドーズ量で、リンまた
は砒素などのn型不純物を斜め回転イオン注入し、中濃
度n型不純物層9,9を形成する(図8)。
In the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 9, the steps of FIGS.
This embodiment is the same as the first embodiment, and only the subsequent source / drain region forming process is different. That is, after forming the sidewall spacers 5 and 5, an n-type impurity such as phosphorus or arsenic is obliquely rotated and ion-implanted at a dose lower than that of the step shown in FIG. 7 in the first embodiment. Concentration n-type impurity layers 9 and 9 are formed (FIG. 8).

【0036】次に、砒素などのn型不純物を、半導体基
板1表面に垂直の方向から照射し、サイドウォールスペ
ーサ5,5およびゲート電極4をマスクとしてpウェル
2表面に注入することにより、高濃度n型不純物層1
0,10を形成し、図9に示す構造が完成する。
Next, an n-type impurity such as arsenic is irradiated from a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 1 and is injected into the surface of the p-well 2 by using the sidewall spacers 5 and 5 and the gate electrode 4 as a mask to increase the height. Concentration n-type impurity layer 1
0 and 10 are formed, and the structure shown in FIG. 9 is completed.

【0037】なお、上記各実施例において、第一の中性
不純物層8aを、チャネル領域全域に形成したが、たと
えばドレイン領域近傍の電界が最大となる領域のみなど
の、チャネル領域の一部に形成することによっても、同
様の作用効果を奏することができる。
In each of the above embodiments, the first neutral impurity layer 8a is formed over the entire channel region. However, for example, only in the region near the drain region where the electric field is maximum, a part of the channel region is formed. By forming the same, the same operational effect can be achieved.

【0038】また、第2の中濃度不純物層8b,8bや
低濃度n型不純物層6,6などの形成において、不純物
を半導体基板1表面に対して所定角度傾斜する方向から
注入する際に、半導体基板1をその表面に平行の面内に
おいて回転させたが、半導体基板1を静止させた状態
で、不純物の照射方向を、ゲート電極4の一方の側壁側
の斜め上方からと、他方の側壁側の斜め上方からのそれ
ぞれについて同一時間不純物を注入することによって
も、所望の不純物層を得ることができる。
In the formation of the second medium-concentration impurity layers 8b, 8b and the low-concentration n-type impurity layers 6, 6, etc., when impurities are implanted from a direction inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the semiconductor substrate 1, Although the semiconductor substrate 1 was rotated in a plane parallel to the surface thereof, with the semiconductor substrate 1 stationary, the irradiation direction of impurities was changed from diagonally above one side wall of the gate electrode 4 to the other side wall. A desired impurity layer can also be obtained by injecting impurities from the diagonally upper side for the same time.

【0039】次に、本発明の第3の実施例の半導体装置
とその製造方法について、図15ないし図20 に基づい
て説明する。
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS.

【0040】本実施例は、本発明をシングルソース/ド
レイン構造のトランジスタに適用したものである。本実
施例の半導体装置は、図15に示すように、ソース/ド
レイン領域に低濃度n型不純物層6が存在しないことを
除いて、図1に示した構造とほぼ同様である。したがっ
て、その構造の詳細な説明は省略する。
In this embodiment, the present invention is applied to a transistor having a single source / drain structure. As shown in FIG. 15, the semiconductor device of this example has substantially the same structure as that shown in FIG. 1 except that the low concentration n-type impurity layer 6 does not exist in the source / drain regions. Therefore, detailed description of the structure is omitted.

【0041】本実施例の構造においては、電界緩和効果
によるホットキャリアの発生を抑制する作用は有しない
が、従来のシングルソース/ドレイン構造トランジスタ
に比べると、高濃度n型不純物層7,7の熱拡散が抑制
され、やはり短チャネル効果を抑制することができる。
更に、チャネル領域に形成した第1の中性不純物層8a
は、図1に基づいた上記説明と同様の作用により、ホッ
トキャリア発生を抑制する効果を有する。
Although the structure of this embodiment does not have the effect of suppressing the generation of hot carriers due to the electric field relaxation effect, it has a higher concentration of the n-type impurity layers 7 and 7 than the conventional single source / drain structure transistor. Thermal diffusion is suppressed, and the short channel effect can be suppressed.
Further, the first neutral impurity layer 8a formed in the channel region
Has the effect of suppressing the generation of hot carriers by the same operation as described above with reference to FIG.

【0042】本実施例の半導体装置は、たとえば図16
ないし図20に示す工程によって形成される。まず、図
16を参照して、半導体基板1のpウェル2の領域の表
面全面に、中性不純物としてのGeを注入し、pウェル
2の表面から約0.1μmの深さにかけて、101 6
101 9 /cm3 の濃度の第1の中性不純物層8aを形
成する。次に、図17を参照して、第1の中性不純物層
8aを形成したpウェル2表面に、熱酸化法によってゲ
ート絶縁膜3を形成し、さらにその上に所定厚さの多結
晶シリコン層などからなる導電層を形成した後、フォト
リソグラフィ技術およびエッチングによってパターニン
グし、ゲート電極4を形成する。ここまでは、上記第1
の実施例の製造工程において図2および図3を参照して
説明した工程と同様である。
The semiconductor device of this embodiment is shown in FIG.
Through the steps shown in FIG. First, with reference to FIG. 16, Ge as a neutral impurity is implanted into the entire surface of the region of p well 2 of semiconductor substrate 1 to reach a depth of about 0.1 μm from the surface of p well 2 for 10 1 6 ~
A first neutral impurity layer 8a having a concentration of 10 19 / cm 3 is formed. Next, referring to FIG. 17, a gate insulating film 3 is formed on the surface of the p well 2 in which the first neutral impurity layer 8a is formed by a thermal oxidation method, and polycrystalline silicon having a predetermined thickness is further formed thereon. After forming a conductive layer including layers, patterning is performed by a photolithography technique and etching to form the gate electrode 4. Up to this point, the first
The manufacturing process of this embodiment is the same as the process described with reference to FIGS.

【0043】次に、図18を参照して、ゲート電極4を
マスクとして、pウェル2の表面に対して垂直に、中性
不純物としてのGeを注入し、pウェル2表面から所定
の深さにかけて、第2の中性不純物層8b,8bを形成
する。その後、ゲート電極4の外表面を含む半導体基板
1上全面に所定厚さの絶縁膜層を形成し、さらに異方性
エッチングを施して、図19に示すようにサイドウォー
ルスペーサ5,5を形成する。
Then, referring to FIG. 18, Ge as a neutral impurity is implanted perpendicularly to the surface of p well 2 using gate electrode 4 as a mask, and a predetermined depth is formed from the surface of p well 2. Then, the second neutral impurity layers 8b and 8b are formed. After that, an insulating film layer having a predetermined thickness is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 including the outer surface of the gate electrode 4, and anisotropic etching is further performed to form sidewall spacers 5 and 5 as shown in FIG. To do.

【0044】次に、図20を参照して、ゲート電極4お
よびサイドウォールスペーサ5,5をマスクとして、n
型不純物であるリンを注入し、pウェル2表面から、第
2の中性不純物層8b,8bよりも浅い深さにかけて、
ソース/ドレイン領域となる高濃度n型不純物層7,7
を形成する。その後、不純物を活性化するための熱処理
を施すと、図15に示す構造のシングルソース/ドレイ
ントランジスタが完成する。
Next, referring to FIG. 20, using the gate electrode 4 and the sidewall spacers 5 and 5 as a mask, n
Injecting phosphorus, which is a type impurity, from the surface of the p-well 2 to a depth shallower than the second neutral impurity layers 8b and 8b,
High-concentration n-type impurity layers 7 and 7 to be source / drain regions
To form. Then, a heat treatment for activating the impurities is performed to complete the single source / drain transistor having the structure shown in FIG.

【0045】本実施例の製造方法によれば、斜め注入を
用いることなく、垂直注入のみにより、比較的簡単な工
程で、本発明を適用したシングルソース/ドレイン構造
のトランジスタを形成することができる。
According to the manufacturing method of this embodiment, a single source / drain structure transistor to which the present invention is applied can be formed in a relatively simple process by only vertical implantation without using oblique implantation. ..

【0046】次に、本発明の半導体装置のデバイスへの
代表的適用例について、図21を参照して説明する。図
21には、DRAM(Dynamic Random
Access Memory)のメモリセルに本発明を
適用した構造が示されている。
Next, a typical application example of the semiconductor device of the present invention to a device will be described with reference to FIG. FIG. 21 shows a DRAM (Dynamic Random).
A structure in which the present invention is applied to a memory cell of Access Memory is shown.

【0047】このメモリセルは、半導体基板1のpウェ
ル2表面の、フィールド絶縁膜16によって分離された
活性領域上に形成され、主として、本発明を適用したL
DDトランジスタとキャパシタとから構成される。LD
Dトランジスタは、ワード線となるゲート電極4、ソー
ス/ドレイン領域となる低濃度n型不純物層6,6およ
び高濃度n型不純物層7,7を含み、さらに、上記第1
の実施例と同様に、第1の中性不純物層8aと第2の中
性不純物層8bとを有している。右側の高濃度n型不純
物層7表面上には、キャパシタの下部電極11が接続さ
れ、その上に、誘電体層12を挟んで上部電極13が形
成されている。ゲート電極4および上部電極13上に
は、層間絶縁膜14が形成され、その表面にはアルミニ
ウムなどの導電層からなるビット線15が形成されてい
る。このビット線15は、層間絶縁膜14に設けられた
コンタクトホールにおいて、左側の高濃度n型不純物層
7表面と接続されている。
The memory cell is formed on the surface of the p-well 2 of the semiconductor substrate 1 on the active region separated by the field insulating film 16.
It is composed of a DD transistor and a capacitor. LD
The D transistor includes a gate electrode 4 serving as a word line, low concentration n-type impurity layers 6 and 6 serving as source / drain regions, and high concentration n-type impurity layers 7 and 7, and further includes the first
Similar to the first embodiment, it has a first neutral impurity layer 8a and a second neutral impurity layer 8b. The lower electrode 11 of the capacitor is connected on the surface of the high-concentration n-type impurity layer 7 on the right side, and the upper electrode 13 is formed on the lower electrode 11 with the dielectric layer 12 interposed therebetween. An interlayer insulating film 14 is formed on the gate electrode 4 and the upper electrode 13, and a bit line 15 made of a conductive layer such as aluminum is formed on the surface thereof. The bit line 15 is connected to the surface of the left high-concentration n-type impurity layer 7 through a contact hole formed in the interlayer insulating film 14.

【0048】このように、本発明によるLDDトランジ
スタをDRAMのメモリセルに適用することにより、短
チャネル効果に伴うホットキャリアのキャパシタへの侵
入などが防止され、ソフトエラーの生じない良好な特性
のメモリセルを実現することができる。
As described above, by applying the LDD transistor according to the present invention to a memory cell of a DRAM, intrusion of hot carriers into the capacitor due to the short channel effect is prevented, and a memory having good characteristics with no soft error. A cell can be realized.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、付加
的に注入された1種類の濃度の中性不純物によって、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、微細化
されたトランジスタを得ることができる。また、低温に
おいても、電流駆動能力を十分維持しながら、ホットキ
ャリア効果を低減する効果をも得ることができる。
As described above, according to the present invention, by additionally implanting one type of concentration of neutral impurities, a high performance that balances the reduction of the short channel effect and the reduction of the hot carrier effect is achieved. Further, a miniaturized transistor having high reliability can be obtained. Further, even at a low temperature, it is possible to obtain the effect of reducing the hot carrier effect while sufficiently maintaining the current driving capability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施例におけるゲートオーバー
ラップ型LDDトランジスタの断面構造を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a gate overlap type LDD transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第1工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a first step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG.

【図3】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第2工程を示す断面図である。
3 is a cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG.

【図4】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第3工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第4工程を示す断面図である。
5 is a cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG.

【図6】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第5工程を示す断面図である。
6 is a sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG.

【図7】図1に示した実施例の半導体装置の製造方法の
第6工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the semiconductor device of the embodiment shown in FIG. 1.

【図8】本発明の第2の実施例におけるゲートオーバー
ラップ型LDDトランジスタの製造方法の、中濃度n型
不純物層の形成工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step of forming a medium-concentration n-type impurity layer in a method of manufacturing a gate overlap LDD transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施例におけるゲートオーバー
ラップ型LDDトランジスタの製造方法の、高濃度n型
不純物層の形成工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of forming a high-concentration n-type impurity layer in the method of manufacturing a gate overlap LDD transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図10】従来のゲートオーバーラップ型LDDトラン
ジスタおよび本発明の第1の実施例におけるゲートオー
バーラップ型LDDトランジスタの、しきい値電圧とチ
ャネル長との関係をグラフに示す図である。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the threshold voltage and the channel length of the conventional gate overlap type LDD transistor and the gate overlap type LDD transistor in the first embodiment of the present invention.

【図11】従来の、ゲートオーバーラップ型ではないL
DD構造を有するMOS型電界効果トランジスタの断面
構造を示す図である。
FIG. 11 is a conventional non-gate overlap type L
It is a figure which shows the cross-section of the MOS field effect transistor which has DD structure.

【図12】従来のゲートオーバーラップ型のLDD構造
MOS電界効果トランジスタの、断面構造を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional gate overlap type LDD structure MOS field effect transistor.

【図13】SiやGeなどの中性不純物を注入すること
により単チャネル効果の特性を図った、従来のゲートオ
ーバーラップ型LDD構造MOS電界効果トランジスタ
の断面構造を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional gate overlap type LDD structure MOS field effect transistor in which a characteristic of a single channel effect is obtained by implanting a neutral impurity such as Si or Ge.

【図14】(a)は、図12および図13に示した従来
のゲートオーバーラップ型LDD構造トランジスタの、
基板表面からの深さ方向の不純物拡散のシミュレーショ
ン結果および実験データを示す図、(b)は、両者のし
きい値電圧の実効チャネル長依存性を示した図である。
14 (a) is a diagram of the conventional gate overlap LDD structure transistor shown in FIG. 12 and FIG.
The figure which shows the simulation result and the experimental data of the impurity diffusion of the depth direction from a substrate surface, (b) is a figure which showed the effective channel length dependence of both threshold voltages.

【図15】本発明の第3の実施例における半導体装置の
構造を示す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第3の実施例の半導体装置の製造方
法の、第1の工程を示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing a first step of a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図17】同第2工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the second step.

【図18】同第3工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing the same third step.

【図19】同第4工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the same as the fourth step.

【図20】同第5工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the fifth step.

【図21】本発明の第1の実施例を適用した、DRAM
のメモリセルの構造を示す断面図である。
FIG. 21 is a DRAM to which the first embodiment of the present invention is applied.
3 is a cross-sectional view showing the structure of the memory cell of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 pウェル 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 サイドウォールスペーサ 6 低濃度n型不純物層 7 高濃度n型不純物層 8a 第1の中性不純物層 8b 第2の中性不純物層 なお、図中、同一番号を付した部分は、同一または相当
の要素を示す。
1 semiconductor substrate 2 p well 3 gate insulating film 4 gate electrode 5 sidewall spacer 6 low concentration n-type impurity layer 7 high concentration n-type impurity layer 8a first neutral impurity layer 8b second neutral impurity layer In the figure, the parts with the same numbers indicate the same or corresponding elements.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主表面を有する第1導電型の半導体基板
と、 この半導体基板表面の前記主表面上にゲート絶縁膜を介
して形成されたゲート電極と、 このゲート電極の左右両側壁の直下近傍から外側にかけ
て形成された、第2導電型の不純物拡散層からなるソー
ス/ドレイン領域とを備えたMOS型トランジスタを含
む半導体装置において、 前記ゲート電極直下の前記ソース/ドレイン領域に挟ま
れたチャネル領域を除き、前記ソース/ドレイン領域の
下方を包囲するように、前記第1導電型あるいは前記第
2導電型のいずれの導電型としても作用しない中性の不
純物を注入して形成された中性不純物層を有することを
特徴とする半導体装置。
1. A first-conductivity-type semiconductor substrate having a main surface, a gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate surface via a gate insulating film, and immediately below both left and right side walls of the gate electrode. In a semiconductor device including a MOS transistor having a source / drain region formed of a second conductivity type impurity diffusion layer formed from the vicinity to the outside, a channel sandwiched by the source / drain region immediately below the gate electrode. Neutral formed by implanting a neutral impurity that does not act as either the first conductivity type or the second conductivity type so as to surround the lower part of the source / drain region except the region. A semiconductor device having an impurity layer.
【請求項2】 前記チャネル領域の、前記半導体基板の
前記主表面から所定の深さにかけて形成された、前記中
性不純層よりも低濃度の中性不純物層をさらに備えたこ
とを特徴とする半導体装置。
2. A neutral impurity layer having a concentration lower than that of the neutral impurity layer formed in the channel region to a predetermined depth from the main surface of the semiconductor substrate. Semiconductor device.
【請求項3】 前記ソース/ドレイン領域の下方を包囲
する前記中性不純物層は、101 9 〜102 0 /cm3
の濃度のGeを含み、前記低濃度の中性不純物層は、1
1 6 〜101 9 /cm3 の濃度のGeを含むことを特
徴とする請求項2記載の半導体装置。
3. The neutral impurity layer surrounding the lower part of the source / drain regions is 10 19 to 10 20 / cm 3.
And the low concentration neutral impurity layer contains 1
The semiconductor device according to claim 2, wherein Ge is contained in a concentration of 0 16 to 10 19 / cm 3 .
【請求項4】 少なくとも表面から所定の深さにかけて
第1導電型の領域を有する半導体基板上の少なくともチ
ャネル領域に中性不純物を注入し、前記半導体基板の表
面から所定の深さにかけて、所定濃度の第1の中性不純
物層を形成する工程と、 前記半導体基板表面に、ゲート絶縁膜を介在させて、所
定パターンのゲート電極を形成する工程と、 このゲート電極をマスクとして、前記半導体基板表面に
中性不純物を注入し、前記ゲート電極の下方のチャネル
領域を除いて、前記半導体基板表面から所定の深さにか
けて、所定濃度で第2の中性不純物層を形成する工程
と、 前記ゲート電極の左右両側壁に、所定厚さのサイドウォ
ールスペーサを形成する工程と、 前記ゲート電極および前記サイドウォールスペーサをマ
スクとして、第2導電型不純物を前記半導体基板表面に
注入し、前記第2の中性不純物層の内側において、前記
半導体基板表面から所定の深さにかけて所定濃度の第2
導電型不純物層を形成する工程とを備えた半導体装置の
製造方法。
4. A neutral impurity is implanted into at least a channel region of a semiconductor substrate having a region of the first conductivity type at least to a predetermined depth from the surface, and a predetermined concentration is provided from the surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth. Forming a first neutral impurity layer, and forming a gate electrode having a predetermined pattern on the surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and using the gate electrode as a mask, the surface of the semiconductor substrate Forming a second neutral impurity layer at a predetermined concentration from the surface of the semiconductor substrate to a predetermined depth except for the channel region below the gate electrode, and injecting a neutral impurity into the gate electrode. Forming sidewall spacers of a predetermined thickness on both left and right side walls of the second conductive layer, and using the gate electrode and the sidewall spacers as a mask Impurities are implanted into the semiconductor substrate surface, inside of the second neutral impurity layer, said second predetermined concentration of the semiconductor substrate surface to a prescribed depth
And a step of forming a conductivity type impurity layer.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08306923A (en) * 1995-05-09 1996-11-22 Hyundai Electron Ind Co Ltd Manufacture of transistor of semiconductor element
US6020228A (en) * 1996-12-13 2000-02-01 Hitachi, Ltd. CMOS device structure with reduced short channel effect and memory capacitor
KR100325287B1 (en) * 1994-01-25 2002-07-06 박종섭 Semiconductor device and fabricating method thereof
KR20030003381A (en) * 2001-06-30 2003-01-10 주식회사 하이닉스반도체 Method of manufacturing of PMOS FET
KR100441699B1 (en) * 2000-10-19 2004-07-27 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 SUPER-HALO FORMATION IN FETs
JP2007189166A (en) * 2006-01-16 2007-07-26 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its process for fabrication

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01196818A (en) * 1988-02-02 1989-08-08 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01196818A (en) * 1988-02-02 1989-08-08 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100325287B1 (en) * 1994-01-25 2002-07-06 박종섭 Semiconductor device and fabricating method thereof
JPH08306923A (en) * 1995-05-09 1996-11-22 Hyundai Electron Ind Co Ltd Manufacture of transistor of semiconductor element
US6020228A (en) * 1996-12-13 2000-02-01 Hitachi, Ltd. CMOS device structure with reduced short channel effect and memory capacitor
US6566719B1 (en) 1996-12-13 2003-05-20 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit
KR100441699B1 (en) * 2000-10-19 2004-07-27 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 SUPER-HALO FORMATION IN FETs
KR20030003381A (en) * 2001-06-30 2003-01-10 주식회사 하이닉스반도체 Method of manufacturing of PMOS FET
JP2007189166A (en) * 2006-01-16 2007-07-26 Fujitsu Ltd Semiconductor device and its process for fabrication

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