JPH05198794A - Mis-type field-effect transistor - Google Patents

Mis-type field-effect transistor

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JPH05198794A
JPH05198794A JP980692A JP980692A JPH05198794A JP H05198794 A JPH05198794 A JP H05198794A JP 980692 A JP980692 A JP 980692A JP 980692 A JP980692 A JP 980692A JP H05198794 A JPH05198794 A JP H05198794A
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JP
Japan
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effect transistor
insulating film
gate
mis
field effect
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Application number
JP980692A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Okawa
正明 大河
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an MIS-type field effect transistor, reliability of which is increased by suppressing the generation of hot carriers to prevent the deterioration of device performance. CONSTITUTION:An MIS-type field-effect transistor is formed in such a manner that a gate-insulating film beneath a gate 2 is thick on a source side A1 (T1) and thin on a drain side A2, (T2), so that there is a difference in threshold voltage Vth between the thick film part A1 and the thin film part A2. Therefore, it acts just like a plurality of MIS-type field-effect transistors each having a different threshold voltage Vth, and a region in which pinch-off is liable to take place is dispersed into plural places, so that the generation of hot carriers conventionally concentrated into only drain end is dispersed and at the same time reduced, thereby preventing the deterioration of initial characteristics. Besides, the film thickness of a source of a gate-insulating film may be maintained to the same thickness as before, so that the generation of a leakage current and the increase of parasitic capacitance of a transistor may be prevented.

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、MIS型電界効果トラ
ンジスタ(MISFET)素子に適用して有効な技術に
関し、特にホットキャリアによる性能劣化の著しい、ゲ
ート長の短いMIS型電界効果トランジスタの信頼性向
上と寿命延長を図る技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique effectively applied to a MIS field effect transistor (MISFET) element, and particularly to the reliability of a MIS field effect transistor having a short gate length, which is significantly deteriorated in performance by hot carriers. Technology related to improvement and extension of life.

【0002】[0002]

【従来の技術】超高速デジタル・デバイス・シリーズ
「超高速MOSデバイス」(培風館)第259頁、図
6.34のホットキャリア抑制回路に示されるように、
ダミー素子の挿入による電圧の抵抗分割により、単体の
MIS電界効果トランジスタにかかる電圧を低減してホ
ットキャリアを抑制している。しかし、この回路構成で
はドレイン電流の最大値も制限されてしまい、高速性が
犠牲になる。
2. Description of the Related Art Ultra-high speed digital device series "Ultra-high speed MOS device" (Baifukan), page 259, as shown in FIG.
By dividing the voltage by inserting a dummy element, the voltage applied to a single MIS field effect transistor is reduced and hot carriers are suppressed. However, in this circuit configuration, the maximum value of the drain current is also limited, and high speed is sacrificed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】サブミクロン化された
MIS電界効果トランジスタ素子では、ゲート長(チャ
ネル長)が短いために、ドレイン拡散層近傍で電界強度
が大きくなる領域が生じる。このように電界強度の大き
い領域を通過したキャリアは高いエネルギーを得て、所
謂ホットキャリアを発生させる。そのためMIS電界効
果トランジスタの相互コンダクタンスの低下やしきい値
電圧の変動など初期特性を劣化させて信頼性の低下を招
く(例えばオーム社発行のLSIハンドブック66頁〜
67頁に記載)。
In the submicron MIS field effect transistor element, since the gate length (channel length) is short, there is a region where the electric field strength is large in the vicinity of the drain diffusion layer. Carriers that have passed through a region having a high electric field strength thus obtain high energy and generate so-called hot carriers. Therefore, the initial characteristics such as a decrease in the transconductance of the MIS field effect transistor and a change in the threshold voltage are deteriorated, leading to a decrease in the reliability (for example, page 66 of the LSI Handbook issued by Ohmsha).
Page 67).

【0004】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、ホットキャリアによる劣化を抑制して信頼性を高く
したMIS電界効果トランジスタ素子を提供することを
目的とする。この発明の前記ならびにそのほかの目的と
新規な特徴については、本明細書の記述及び添付図面か
ら明らかになるであろう。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a MIS field effect transistor element which suppresses deterioration due to hot carriers and has high reliability. The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、本発明のMIS電界効果トラン
ジスタは、ゲート絶縁膜の膜厚がゲート・ドレイン間で
変化するように形成されているので、反転層のでき易さ
が変化する。
The typical ones of the inventions disclosed in the present application will be outlined below. That is, since the MIS field-effect transistor of the present invention is formed so that the film thickness of the gate insulating film varies between the gate and the drain, the easiness of forming the inversion layer changes.

【0006】[0006]

【作用】MIS電界効果トランジスタにおいて、ゲート
絶縁膜の膜厚がゲート下で変化するように形成されるの
で、見かけ上、しきい値電圧Vthの異なる複数のトラン
ジスタが形成されたようにふるまう。従って、膜厚の厚
い部分でのしきい値電圧Vth1が高くなり、ゲート電圧
印加時にピンチオフが発生しやすい領域も複数箇所に分
割され、従来ドレイン端の一箇所に集中して発生してい
たホットキャリアの発生が低減される。
In the MIS field effect transistor, since the film thickness of the gate insulating film is formed so as to change under the gate, it behaves as if a plurality of transistors having different threshold voltages Vth were formed. Therefore, the threshold voltage Vth 1 becomes high in the thick film portion, and the region where pinch-off is likely to occur when the gate voltage is applied is divided into a plurality of places, which are conventionally concentrated in one place at the drain end. Generation of hot carriers is reduced.

【0007】[0007]

【実施例】(第1実施例)以下、本発明の第1実施例を
図1及び図2を参照して詳細に説明する。図1は、本発
明に係るMIS電界効果トランジスタ素子1の構造を示
す断面図。図2は、このMIS電界効果トランジスタ素
子1のソース・ドレイン間に所定の電圧が印加されたと
きのMISFETの動作状態を示す断面図である。図1
に示すように、本発明のMIS電界効果トランジスタ素
子1はゲート電極2下のゲート絶縁膜3が、ソース領域
6側の厚い(T1)領域A1とドレイン領域5側の薄い
(T2)領域A2の2つの領域に分けられて形成されて
いる。このように、ソース領域6側の膜厚T1をドレイ
ン領域5側の膜厚T2に対して厚くすることによって、
ゲート電界強度に差ができ、ドレイン側では反転層(チ
ャネル)7ができやすく(図2)、ソース側ではできに
くい特性を持つようになる。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a MIS field effect transistor element 1 according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing an operating state of the MISFET when a predetermined voltage is applied between the source and drain of the MIS field effect transistor element 1. Figure 1
As shown in FIG. 3, in the MIS field effect transistor device 1 of the present invention, the gate insulating film 3 under the gate electrode 2 has a thick (T1) region A1 on the source region 6 side and a thin (T2) region A2 on the drain region 5 side. It is formed by being divided into two regions. Thus, by increasing the film thickness T1 on the source region 6 side with respect to the film thickness T2 on the drain region 5 side,
There is a difference in the electric field strength of the gate, the inversion layer (channel) 7 is easily formed on the drain side (FIG. 2), and it is difficult to form on the source side.

【0008】図2に示すように、ソース・ドレイン間に
所定の電圧を印加し、ゲート印加電圧を上昇させると、
先ずゲート絶縁膜3の薄い領域下(A2)でのゲート電
界強度が増し、A2領域に反転層(チャネル)が形成さ
れる(図2の7a)。更にゲート印加電圧が上昇する
と、ゲート絶縁膜3の厚い領域下(A1)にも反転層
(チャネル)が形成される(図2の7b)。このため、
通常構造のMIS電界効果トランジスタ素子ではピンチ
オフがドレイン付近でのみ発生するに対し、ピンチオフ
が発生しやすい領域8が分割される。 このようにピン
チオフが発生し得る領域がゲート絶縁膜3下の複数箇所
(2箇所)に分散されると、ドレイン近傍での電圧勾配
が軽減されてホットキャリアの発生が抑制され、MIS
電界効果トランジスタ素子の初期特性からの劣化,耐久
性の低下が抑えられ、信頼性も高まる。
As shown in FIG. 2, when a predetermined voltage is applied between the source and drain and the gate applied voltage is raised,
First, the gate electric field strength under the thin region (A2) of the gate insulating film 3 increases, and an inversion layer (channel) is formed in the A2 region (7a in FIG. 2). When the voltage applied to the gate is further increased, an inversion layer (channel) is also formed under the thick region (A1) of the gate insulating film 3 (7b in FIG. 2). For this reason,
In the MIS field-effect transistor element having the normal structure, the pinch-off occurs only near the drain, whereas the region 8 where the pinch-off easily occurs is divided. When the regions where pinch-off may occur are dispersed at a plurality of locations (two locations) under the gate insulating film 3 in this manner, the voltage gradient in the vicinity of the drain is reduced, the generation of hot carriers is suppressed, and MIS is generated.
Deterioration of the field effect transistor element from the initial characteristics and deterioration of durability are suppressed, and reliability is also improved.

【0009】以上詳述したように、この第1の実施例に
係るMIS電界効果トランジスタ1は、ゲート下でゲー
ト絶縁膜3の膜厚Tが変化するように形成されるので
(T1,T2)、膜厚の薄い部分A2と厚い部分A1と
で電圧印加時の垂直電界の強さが異なり、見かけ上、し
きい値電圧Vthが異なる(Vth1,Vth2)複数のトラ
ンジスタが形成されたように振る舞う。従って、ソース
6側の膜厚を厚くすることにより、この厚い膜厚部分A
1でのしきい値電圧Vth1が高くなり、この部分にチャ
ネルが形成されにくくなる。従って、ピンチオフが発生
しやすい領域も複数箇所に分散され、このため従来1箇
所に集中して発生していたホットキャリア発生が分散さ
れて、初期特性の劣化が防止される。また、ゲート絶縁
膜3はソース6側で膜厚を従来通りの膜厚T1に維持で
きるので、リーク電流の増加やトランジスタの寄生容量
の増大が生じない。
As described above in detail, the MIS field effect transistor 1 according to the first embodiment is formed so that the film thickness T of the gate insulating film 3 changes under the gate (T1, T2). , The thin film portion A2 and the thick film portion A1 have different vertical electric field strengths when a voltage is applied, and it behaves as if a plurality of transistors having different threshold voltages Vth (Vth1, Vth2) are formed. . Therefore, by increasing the film thickness on the source 6 side, this thick film thickness portion A
The threshold voltage Vth1 at 1 becomes high, and it becomes difficult to form a channel at this portion. Therefore, the region where pinch-off is likely to occur is also dispersed at a plurality of locations, so that the generation of hot carriers, which has conventionally been concentrated at one location, is dispersed, and deterioration of initial characteristics is prevented. Further, since the gate insulating film 3 can maintain the film thickness on the source 6 side at the film thickness T1 as in the conventional case, an increase in leak current and an increase in parasitic capacitance of the transistor do not occur.

【0010】図3から図5は、図1に示したMIS電界
効果トランジスタの製造工程例を示すための半導体素子
縦断面図である。上記階段状ゲート絶縁膜3を形成する
に当たっては、 半導体基板4の上に薄い部分のゲート絶縁膜9をシリ
コン半導体基板の酸化により形成する。この上に、窒化
シリコン(Si34)等のマスク材料10を堆積しパタ
ーンニングを行い、図3に示す半導体素子断面構造を得
る。 再びシリコン基板の酸化を行うと、マスク材料に覆わ
れていない部分の酸化膜が厚くなり、段差のあるゲート
絶縁膜が形成された図4に示す半導体素子構造を得る。 その後、マスク材料10をエッチング等で除去し、多
結晶シリコン等のゲート材料12を堆積する。 ゲート材料のパタ−ンニングを行ってゲート電極を形成
し、ソース・ドレイン部分の不純物を導入して、図5に
示すMIS電界効果トランジスタ素子構造を得る。
3 to 5 are vertical cross-sectional views of a semiconductor device for showing an example of manufacturing steps of the MIS field effect transistor shown in FIG. In forming the stepped gate insulating film 3, a thin portion of the gate insulating film 9 is formed on the semiconductor substrate 4 by oxidizing the silicon semiconductor substrate. A mask material 10 such as silicon nitride (Si 3 N 4 ) is deposited on this and patterning is performed to obtain a semiconductor element cross-sectional structure shown in FIG. When the silicon substrate is oxidized again, the oxide film in the portion not covered with the mask material becomes thick, and the semiconductor device structure shown in FIG. 4 in which the gate insulating film with steps is formed is obtained. After that, the mask material 10 is removed by etching or the like, and a gate material 12 such as polycrystalline silicon is deposited. The gate material is patterned to form a gate electrode, and impurities in the source / drain portions are introduced to obtain the MIS field effect transistor element structure shown in FIG.

【0011】また、図16に示すように、半導体基板4
上に薄いゲート絶縁膜9を形成後、絶縁材料11を堆積
してパターンニングを行うことによっても、階段状のゲ
ート絶縁膜を形成することができる。
Further, as shown in FIG. 16, the semiconductor substrate 4
The stepwise gate insulating film can also be formed by forming the thin gate insulating film 9 on the upper surface and then depositing the insulating material 11 and performing patterning.

【0012】図6及び図7は夫々、図1に示した第1実
施例に係るMIS電界効果トランジスタの第1及び第2
の変形例を示す。このうち図6は、図1の実施例におい
て2段の階段状に形成されたゲート絶縁膜3を、さらに
細かい段差を有する階段状(図示例では4段階)のゲー
ト絶縁膜3aに形成し、この上にゲート電極を形成した
点(該ゲート電極2aは少なくともその下面が階段状と
なる)が上記第1の実施例と異なる。この変形例のよう
にゲート絶縁膜3aの膜厚を多段階に変化させることに
より、第1実施例より更に、トランジスタの初期特性の
劣化が抑えられる。尚、ゲート絶縁膜の膜厚を多段にす
るためには図3及び図4に示す工程を、繰返し行えばよ
い。
FIGS. 6 and 7 are respectively the first and second MIS field effect transistors according to the first embodiment shown in FIG.
A modification of is shown. Of these, in FIG. 6, the gate insulating film 3 formed in a two-step structure in the embodiment of FIG. 1 is formed into a step-shaped (four steps in the illustrated example) gate insulating film 3a having finer steps. The point that a gate electrode is formed thereon (at least the lower surface of the gate electrode 2a is stepped) is different from the first embodiment. By changing the film thickness of the gate insulating film 3a in multiple stages as in this modification, the deterioration of the initial characteristics of the transistor can be further suppressed as compared with the first embodiment. The steps shown in FIGS. 3 and 4 may be repeated to increase the thickness of the gate insulating film.

【0013】図7は、第1実施例の第2の変形例に係る
半導体装置の断面図である。この第2の変形例の半導体
装置にあってはゲート電極2b下のゲート酸化膜3bの
膜厚がソース領域6側からドレイン領域5側に向かって
徐々に薄くなるように構成されている。このようにゲー
ト絶縁膜3bの膜厚を連続的に変化させることによっ
て、第1実施例(図1)又は第1の変形例(図6)にお
いて、ホットキャリア発生の集中する領域が実質的に無
くなって、当該MIS電界効果トランジスタの初期特性
の劣化防止が図られる。尚、この様なゲート絶縁膜を形
成するには、シリコン基板の熱酸化時のバーズビークや
低融点材料のリフローを利用すればよい。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment. In the semiconductor device of the second modification, the film thickness of the gate oxide film 3b below the gate electrode 2b is gradually reduced from the source region 6 side toward the drain region 5 side. By continuously changing the film thickness of the gate insulating film 3b as described above, in the first embodiment (FIG. 1) or the first modification (FIG. 6), the region where hot carrier generation is concentrated is substantially reduced. The loss of the initial characteristics of the MIS field-effect transistor can be prevented. In order to form such a gate insulating film, bird's beak at the time of thermal oxidation of the silicon substrate or reflow of a low melting point material may be used.

【0014】(第2実施例)図8は、本発明の第2の実
施例のMIS電界効果トランジスタ13の断面図であ
る。この第2の実施例に示すMIS電界効果トランジス
タ13は、第1実施例を実現するために、セルフアライ
メントのサイドウォール形成技術をゲート絶縁膜の段差
を形成するために用いたものである。即ち、このMIS
電界効果トランジスタ13では、ゲート電極14を本来
のゲート電極本体14aと、この両側面に設けられる導
電性のゲートサイドウォール部14bとで構成し、前記
サイドウォール14bの下端面がゲート電極本体14a
の下端面より下側に突出するように形成して、段差を有
するゲート絶縁膜15を得るようにしている。MIS電
界効果トランジスタ13をこの様な構成とすることで第
1実施例と同様の効果を期待できる。このようなMIS
電界効果トランジスタは、ゲート電極下でゲート絶縁膜
厚を変化させる工程が不要なので、ゲート長が短いMI
S電界効果トランジスタへの適用が容易であり、集積回
路の高集積化、高速化により有効である。
(Second Embodiment) FIG. 8 is a sectional view of a MIS field effect transistor 13 according to a second embodiment of the present invention. The MIS field-effect transistor 13 shown in the second embodiment uses a self-alignment sidewall forming technique for forming a step in a gate insulating film in order to realize the first embodiment. That is, this MIS
In the field effect transistor 13, the gate electrode 14 is composed of the original gate electrode body 14a and conductive gate sidewall portions 14b provided on both side surfaces thereof, and the lower end surface of the sidewall 14b is the gate electrode body 14a.
The gate insulating film 15 is formed so as to project downward from the lower end surface of the gate insulating film 15. With the MIS field effect transistor 13 having such a structure, the same effect as that of the first embodiment can be expected. MIS like this
Since the field effect transistor does not require a step of changing the gate insulating film thickness under the gate electrode, the MI having a short gate length is used.
It is easy to apply to the S field effect transistor, and is more effective for higher integration and higher speed of the integrated circuit.

【0015】図9と図10は、上記第2実施例に示した
MIS電界効果トランジスタ13の製造工程のうち、本
来のゲート電極をなす本体14aの側面に導電性のサイ
ドウォール14bを形成して、新たなゲート電極14を
形成するまでの工程を示す段面図である。上記ゲート電
極14は以下の手順で形成される。 先ず、半導体基板4に厚め(本体14aの下側の厚い
絶縁膜の膜厚に相当)のゲート絶縁膜16を形成してお
き、この上にゲート材料を堆積させた後パターンニング
を施してゲート電極14aを形成する。さらにこのゲー
ト電極14aをマスクとして、ゲート絶縁膜16のエッ
チングを行い、図9に示す半導体素子構造を得る。 図9に示す構造の半導体装置の全面に導電性の層(例
えばポリシリコン層)を堆積させ、これに上方より異方
性エッチングを行って、導電性のサイドウォール(14
b)構造を得る。このように構成されたサイドウォール
14bは導電性であるためゲート電極14aと協働し
て、新たなゲート電極14として機能する。これにソー
ス領域・ドレイン領域への不純物の導入を行って図10
に示すMIS電界効果トランジスタ素子構造を得る。
9 and 10 show that in the manufacturing process of the MIS field effect transistor 13 shown in the second embodiment, the conductive side wall 14b is formed on the side surface of the main body 14a forming the original gate electrode. FIG. 6 is a step view showing a process up to forming a new gate electrode 14. The gate electrode 14 is formed by the following procedure. First, a thick gate insulating film 16 (corresponding to the film thickness of the thick insulating film on the lower side of the main body 14a) is formed on the semiconductor substrate 4, and a gate material is deposited on the gate insulating film 16 and then patterned to form a gate. The electrode 14a is formed. Further, the gate insulating film 16 is etched using the gate electrode 14a as a mask to obtain the semiconductor element structure shown in FIG. A conductive layer (for example, a polysilicon layer) is deposited on the entire surface of the semiconductor device having the structure shown in FIG. 9, and anisotropic etching is performed on the conductive layer to form conductive sidewalls (14).
b) Get the structure. Since the sidewall 14b thus configured is conductive, it cooperates with the gate electrode 14a to function as a new gate electrode 14. Then, impurities are introduced into the source region / drain region to form the structure shown in FIG.
The MIS field effect transistor device structure shown in FIG.

【0016】(第3実施例)図11は、ゲート長を短く
して高集積化を図りつつ、第1実施例のゲート絶縁膜3
のソース領域6側の特徴(形状)、即ち、ゲート絶縁膜
を、従来の物に比して厚くした第3の実施例のMIS電
界効果トランジスタ17の断面を示す。このMIS電界
効果トランジスタはソース領域6側でゲート絶縁膜18
の膜厚が厚いためリーク電流の発生、並びに、ゲート電
極の寄生容量の低減が図られる。
(Third Embodiment) FIG. 11 shows the gate insulating film 3 of the first embodiment while shortening the gate length to achieve high integration.
5 shows a cross section of the MIS field effect transistor 17 of the third embodiment in which the characteristic (shape) on the source region 6 side, that is, the gate insulating film is thicker than the conventional one. This MIS field effect transistor has a gate insulating film 18 on the source region 6 side.
Since the film thickness is large, a leak current is generated and the parasitic capacitance of the gate electrode is reduced.

【0017】かかる構成のMIS電界効果トランジスタ
17は以下のような手順で形成される。先ず、半導体
基板4に薄い絶縁膜(例えばシリコンの熱酸化膜)19
を形成しておき、この上に高融点金属やシリサイド等の
ゲート電極材料を堆積する。ゲート材料のパターンニン
グを行いゲート電極20aを形成する。次に、シリコン
基板の熱酸化または絶縁物の堆積を行うことにより、ゲ
ート電極20a以外の部分の絶縁膜を厚くして(ゲート
電極本体20aの下側の膜厚のみ薄くしておく)図12
に示す構造を得る。 次に図10と同様に導電性サイドウォール20bを形
成し、ソース・ドレイン領域の不純物導入を行い、図1
3に示すMIS電界効果トランジスタ17を形成する。
このように形成されたMIS電界効果トランジスタ17
は、ゲート絶縁膜18の形状、即ち、ゲート電極20の
下端面が階段状になる。特に、ゲート絶縁膜18の厚さ
がソース領域6側で厚くなっているため、トランジスタ
の寄生容量を小さく抑えることができ、更にトンネル効
果によるリーク電流の発生も防ぐことができるようにな
る。また、図12の構造を得るまでの段階で予めインプ
ラ等により、ゲート電極のドレイン側のみに不純物の導
入を行うことにより、トランジスタ電流の低下等が生じ
ることもない。
The MIS field effect transistor 17 having such a structure is formed by the following procedure. First, a thin insulating film (for example, a silicon thermal oxide film) 19 is formed on the semiconductor substrate 4.
Is formed, and a gate electrode material such as refractory metal or silicide is deposited on this. The gate material is patterned to form the gate electrode 20a. Next, the silicon substrate is thermally oxidized or an insulator is deposited to thicken the insulating film in the portion other than the gate electrode 20a (only the film thickness below the gate electrode body 20a is thinned).
The structure shown in is obtained. Next, as in the case of FIG. 10, conductive sidewalls 20b are formed and impurities are introduced into the source / drain regions.
The MIS field effect transistor 17 shown in 3 is formed.
The MIS field effect transistor 17 thus formed
Shows that the shape of the gate insulating film 18, that is, the lower end surface of the gate electrode 20 is stepwise. In particular, since the thickness of the gate insulating film 18 is thicker on the source region 6 side, the parasitic capacitance of the transistor can be suppressed to a small value, and the leak current due to the tunnel effect can be prevented. In addition, by implanting impurities only in the drain side of the gate electrode in advance until the structure shown in FIG. 12 is obtained, the transistor current does not decrease.

【0018】図14は図8に示す第2実施例の変形例、
図15は図11に示す第3実施例の変形例である。各作
成工程のサイドウォール形成後、ゲート電極の中心部を
パターンニングして、不純物導入を行い、2つのMIS
電界効果トランジスタとしている。図15では中心がド
レイン、図14ではソースである。また、ゲート電極中
心部をパターンニングする代わりに中心部に仮の材料を
形成しておき、ゲート電極本体及びそのサイドウォール
を、仮の材料への二重のサイドウォールとして形成した
後、仮の材料をエッチングにより取り去る事により同様
な構造を実現できる。
FIG. 14 is a modification of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 15 is a modification of the third embodiment shown in FIG. After forming the sidewalls in each fabrication process, the central portion of the gate electrode is patterned and impurities are introduced to form two MISs.
It is used as a field effect transistor. In FIG. 15, the center is the drain, and in FIG. 14, the source. Further, instead of patterning the central portion of the gate electrode, a temporary material is formed in the central portion, the gate electrode body and its sidewall are formed as double sidewalls to the temporary material, and then the temporary material is formed. A similar structure can be achieved by etching away the material.

【0019】以上本発明によってなされた発明を実施例
に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を脱却しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。また、上述の
各実施例のMIS電界効果トランジスタを製造するにあ
たっては、例示の製造プロセスに限ること無く、他の種
々のプロセスが使用可能である。
Although the invention made by the present invention has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Needless to say. Further, when manufacturing the MIS field effect transistor of each of the above-described embodiments, various other processes can be used without being limited to the exemplified manufacturing process.

【0020】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景に適用した場合について説明し
たが、この発明はそれに限定されるものではなく、MI
S電界効果トランジスタ一般に利用することができる。
In the above description, the case where the invention made by the present inventor is mainly applied to the background has been described, but the present invention is not limited thereto, and MI
The S field effect transistor can be generally used.

【0021】[0021]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
のとおりである。即ち、本発明の半導体装置は、そのM
IS電界効果トランジスタが、ゲート絶縁膜の膜厚がゲ
ート下で変化するように形成されるので、見かけ上しき
い値電圧Vthが異なる複数のMOSトランジスタが形成
されたようにふるまい、ピンチオフが発生しやすい領域
も複数箇所に分散され、従来ドレイン端一箇所に集中し
て発生していたホットキャリアの発生が分散されると共
に軽減されて、初期特性の劣化が抑制される。又、ゲー
ト絶縁膜のソースの膜厚を従来通りの膜厚に維持できる
ので、リーク電流の発生やトランジスタの寄生容量の増
大が生じることもない。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, the semiconductor device of the present invention is
Since the IS field effect transistor is formed such that the film thickness of the gate insulating film changes under the gate, it behaves as if a plurality of MOS transistors having different apparent threshold voltages Vth were formed, and pinch-off occurred. The easy regions are also dispersed in a plurality of locations, and the generation of hot carriers, which has conventionally been concentrated in one location at the drain end, is dispersed and mitigated, and the deterioration of the initial characteristics is suppressed. In addition, since the source film thickness of the gate insulating film can be maintained at the conventional film thickness, there is no occurrence of leak current or increase of the parasitic capacitance of the transistor.

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

【図1】本発明の第1実施例に係るMIS電界効果トラ
ンジスタの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a MIS field effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明のMIS電界効果トランジスタのソース
・ドレイン間に所定の電圧が印加されたときのMIS電
界効果トランジスタの動作状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an operating state of the MIS field effect transistor when a predetermined voltage is applied between the source and drain of the MIS field effect transistor of the present invention.

【図3】第1実施例のMIS電界効果トランジスタ1の
製造工程のうち、ゲート絶縁膜9にマスク材料10をの
せ、パターンニングした状態を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a mask material 10 is placed on the gate insulating film 9 and patterned in the manufacturing process of the MIS field effect transistor 1 of the first embodiment.

【図4】図3に示す半導体素子に熱酸化処理を施し、階
段状のゲート酸化膜を形成した状態を示す断面図であ
る。
4 is a cross-sectional view showing a state in which a stepwise gate oxide film is formed by subjecting the semiconductor element shown in FIG. 3 to thermal oxidation treatment.

【図5】図4に示す半導体素子のマスク材料を除去後ゲ
ート電極を形成し、ソース・ドレインに不純物を導入し
てMIS電界効果トランジスタが完成した状態を示す段
面図である。
5 is a step view showing a state in which a gate electrode is formed after removing the mask material of the semiconductor element shown in FIG. 4 and impurities are introduced into a source / drain to complete a MIS field effect transistor.

【図6】本発明の第1実施例のゲート酸化膜を4段階に
形成した第1の変形例を示す段面図である。
FIG. 6 is a step view showing a first modification example in which a gate oxide film according to the first embodiment of the present invention is formed in four steps.

【図7】ゲート絶縁膜をソース側からドレイン側に向か
って徐々に薄く形成した第2の変形例を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second modified example in which the gate insulating film is gradually thinned from the source side toward the drain side.

【図8】本発明の第2の実施例のMIS電界効果トラン
ジスタ13の断面図である。
FIG. 8 is a sectional view of a MIS field effect transistor 13 according to a second embodiment of the present invention.

【図9】第2の実施例のMIS電界効果トランジスタ1
3の製造工程のうち、半導体基板に厚いゲート絶縁膜を
形成し、この上に形成されたゲート電極本体をマスクと
してエッチングを行って薄いゲート絶縁膜を形成した状
態を示す断面図である。
FIG. 9 is a MIS field effect transistor 1 according to a second embodiment.
3 is a cross-sectional view showing a state in which a thick gate insulating film is formed on a semiconductor substrate and a thin gate insulating film is formed by etching using a gate electrode main body formed on the thick gate insulating film as a mask in the manufacturing process of 3.

【図10】図9に示す構造の半導体素子にサイドウォー
ル材料を堆積し、異方性エッチングを行って導電性のサ
イドウォール構造を形成した状態を示す断面図である。
10 is a cross-sectional view showing a state in which a sidewall material is deposited on the semiconductor element having the structure shown in FIG. 9 and anisotropic etching is performed to form a conductive sidewall structure.

【図11】本発明の第3の実施例のMIS電界効果トラ
ンジスタ17の断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a MIS field effect transistor 17 according to a third embodiment of the present invention.

【図12】第3実施例のMIS電界効果トランジスタ1
7の製造工程のうち、半導体基板に薄いゲート絶縁膜を
形成し、この上に形成されたゲート電極本体をマスクと
して熱処理を行って厚いゲート絶縁膜を形成した状態を
示す断面図である。
FIG. 12 is a MIS field effect transistor 1 according to a third embodiment.
7 is a cross-sectional view showing a state in which a thin gate insulating film is formed on a semiconductor substrate and a thick gate insulating film is formed by heat treatment using the gate electrode body formed thereon as a mask in the manufacturing process of 7.

【図13】図12の半導体素子に、導電性サイドウォー
ルを形成して、MIS電界効果トランジスタを完成した
状態を示す断面図である。
13 is a cross-sectional view showing a state in which conductive sidewalls are formed on the semiconductor element of FIG. 12 to complete a MIS field effect transistor.

【図14】図8のゲート電極を分離して、2つのMIS
電界効果トランジスタを形成した変形例を示す断面図で
ある。
FIG. 14 shows two MISs with the gate electrode of FIG. 8 separated.
It is sectional drawing which shows the modification which formed the field effect transistor.

【図15】図11のゲート電極を分離して、2つのMI
S電界効果トランジスタを形成した変形例を示す断面図
である。
FIG. 15 shows two MIs by separating the gate electrode of FIG.
It is sectional drawing which shows the modification which formed the S field effect transistor.

【図16】第1実施例に係る図4以外のゲート絶縁膜の
形成方法の変形例を示す断面図である。
16 is a cross-sectional view showing a modified example of the method of forming the gate insulating film other than that of FIG. 4 according to the first embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,13,17 MIS電界効果トランジスタ 2,14,20 ゲート電極 3,15,18 ゲート絶縁膜 4 半導体基板 5 ドレイン領域 6 ソース領域 7 反転層(チャネル) 8 ピンチオフ領域 9,19 薄いゲート絶縁膜 10 マスク材料 11,16,21 厚いゲート絶縁膜 T1 厚いゲート酸化膜 T2 薄いゲート酸化膜 A1 ゲート絶縁膜の厚い領域 A2 ゲート絶縁膜の薄い領域1, 13, 17 MIS field effect transistor 2, 14, 20 Gate electrode 3, 15, 18 Gate insulating film 4 Semiconductor substrate 5 Drain region 6 Source region 7 Inversion layer (channel) 8 Pinch off region 9, 19 Thin gate insulating film 10 Mask material 11, 16, 21 Thick gate insulating film T 1 Thick gate oxide film T 2 Thin gate oxide film A 1 Thick region of gate insulating film A 2 Thin region of gate insulating film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート絶縁膜の膜厚が、ソース・ドレイ
ン間で変化するように形成されていることを特徴とする
MIS型電界効果トランジスタ。
1. A MIS-type field effect transistor, wherein a film thickness of a gate insulating film is formed so as to change between a source and a drain.
【請求項2】 ゲート絶縁膜の膜厚が少なくともドレイ
ン端で薄くなるように形成されていることを特徴とする
請求項1記載のMIS型電界効果トランジスタ。
2. The MIS type field effect transistor according to claim 1, wherein the gate insulating film is formed so as to be thin at least at a drain end.
【請求項3】 ゲート絶縁膜の膜厚が少なくともソース
端で厚くなるように形成されていることを特徴とする請
求項1記載のMIS型電界効果トランジスタ。
3. The MIS field effect transistor according to claim 1, wherein the gate insulating film is formed so that the film thickness is increased at least at the source end.
【請求項4】 ゲート電極に導電性サイドウォールを形
成して、ゲート絶縁膜の膜厚が、ソース・ドレイン間で
変化するようにしたことを特徴とする請求項1記載のM
IS型電界効果トランジスタ。
4. The M according to claim 1, wherein a conductive sidewall is formed on the gate electrode so that the thickness of the gate insulating film varies between the source and the drain.
IS type field effect transistor.
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