JPH05251696A - Mosfetおよびその製造方法 - Google Patents

Mosfetおよびその製造方法

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JPH05251696A
JPH05251696A JP27297191A JP27297191A JPH05251696A JP H05251696 A JPH05251696 A JP H05251696A JP 27297191 A JP27297191 A JP 27297191A JP 27297191 A JP27297191 A JP 27297191A JP H05251696 A JPH05251696 A JP H05251696A
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JP
Japan
Prior art keywords
mosfet
gate electrode
ion implantation
source
concentration
Prior art date
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Withdrawn
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JP27297191A
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English (en)
Inventor
Akira Uchiyama
章 内山
Toshiyuki Ochiai
利幸 落合
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ソース・ドレイン近傍部分においては基板濃
度を高く設定し、パンチスルーの抑制を効果的に行い、
チャネル部分においては濃度を低く設定して移動度低下
を抑制する。 【構成】 段差傾斜部32が形成され、濃度制御用のイ
オン注入の単位面積当りの実効的なドーズ量が低いチャ
ネル部と、段差傾斜部32の両端に隣接する段差上面a
と段差下面bが形成され、濃度制御用のイオン注入の単
位面積当りの実効的なドーズ量が高いチャネル端部と、
該チャネル端部に接するソース・ドレイン領域41,4
3を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOSFETの構造及
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Metal Oxide Semico
nductor(MOS)構造の電界効果トランジスタ
(Field Effect Transistor:
FET)(以下、MOSFETという)は、現在超LS
Iの基本素子として広く用いられている。
【0003】このようなMOSFETについては、例え
ば「超高速MOSデバイス」,培風館,昭和61年2月
10日発行,P117〜125に開示されている。以
下、従来のMOSFETについて図3および図4を用い
て説明する。図3はMOSFETの素子構造とチャネル
部深さ方向のドーパント不純物濃度プロファイルであ
り、図4はMOSFETの製造工程断面図である。
【0004】まず、図4(a)に示すように、シリコン
基板11の素子形成領域(以下、アクティブ領域とい
う)のみを窒化シリコン膜等でマスクした状態(図示せ
ず)で酸化し、素子分離用のフィールド酸化膜13を形
成する。その後、図4(b)に示すように、パンチスル
ー耐性を向上させるために、イオン注入15を行い、ゲ
ート下の基板濃度を上げる。そして、ゲート酸化膜17
を熱酸化法により成膜する。
【0005】次に、ゲートポリシリコンの成膜、ホトリ
ソエッチングによるゲート形状へのパターンニングを行
ない、図4(c)に示すように、ゲート電極19を形成
する。そして、ゲート電極19、フィールド酸化膜13
をマスクにソースドレイン用イオン注入を行ない、ソー
ス拡散層21、ドレイン拡散層23を形成する。この
後、中間絶縁膜の成膜、コンタクト開口、メタル配線形
成等の工程を経て完成となるが、説明は省略する。
【0006】動作方法については、ソース・ドレイン間
にドレイン電圧を印加しておき、ドレインに流れる電流
を、ゲートに印加するゲート電圧のオンオフで制御する
ようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、LSI
の高集積化を推し進めようとすると、以下に述べる欠点
が顕在化してきた。素子の微細化に伴い、ゲート電圧を
印加しない状態でドレイン電流が流れてしまう、いわゆ
る、パンチスルー(punchthrough)が問題
となってきた。これは、ソース及びドレイン拡散層から
延びた両方の空乏層が接触し、ゲート電極による制御な
しでソース・ドレイン間に電流が流れてしまうものであ
り、通常ゲート直下表面よりも若干深い部分で生じる。
【0008】そこで、パンチスルーを抑制するために
は、空乏層の延びを抑える必要性から、ある程度深い部
分の基板ドーパント不純物濃度を上げなければならな
い。図3に示すように、基板濃度C2 に対して、基板深
さ0〜d2 の範囲で、最大濃度C 1 となるプロファイル
で基板濃度を増大させるようにしている。しかしなが
ら、この基板濃度増大方法においては、パンチスルーが
生じる深い部分のみならず、通常のドレイン電流が流れ
る基板表面部のドーパント不純物濃度も増大してしまっ
ている。そのため表面部のドーパント不純物による散乱
が原因で移動度の低下が生じ、ドレイン電流の低下、相
互コンダクタンスの低下をもたらすことになる。これは
動作速度の低下につながり、大きな欠点となってしま
う。すなわち、基板表面からのイオン注入では、基板の
深い部分のドーパント濃度を増大させようとすると、表
面部分の濃度も必然的にある程度増大してしまうため、
パンチスルー抑制と移動度低下の抑制を同時に得ること
はできなかった。
【0009】本発明は、パンチスルーの抑制と移動度低
下の抑制を同時に得られるMOSFETおよびその製造
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第1導電型半導体基板上にゲート絶縁膜
を介してゲート電極を形成し、該ゲート電極を挟んで、
第2導電型拡散層によるソース・ドレイン領域を有する
MOSFETにおいて、段差傾斜部が形成され、濃度制
御用のイオン注入の単位面積当りの実効的なドーズ量が
低いチャネル部と、前記段差傾斜部の両端に隣接する段
差上面と段差下面に形成され、濃度制御用のイオン注入
の単位面積当りの実効的なドーズ量が高いチャネル端部
と、該チャネル端部に接するソース・ドレイン領域を設
けるようにしたものである。
【0011】また、第1導電型半導体基板上にゲート絶
縁膜を介してゲート電極を形成し、該ゲート電極を挟ん
で、第2導電型拡散層によるソース・ドレイン領域を有
するMOSFETの製造方法において、基板に段差傾斜
部及び該段差傾斜部に接する水平部を形成する工程と、
該段差傾斜部及び水平部に濃度制御用のイオン注入を行
う工程と、前記段差傾斜部及び該段差傾斜部に隣接する
水平部にゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極を
マスクとしてソース・ドレイン領域を形成する工程とを
施すようにしたものである。
【0012】
【作用】本発明によれば、上記したように、基板に予め
エッチング等により傾斜を有する段差を形成し、その
後、濃度制御用のイオン注入を全面に行なうことで、傾
斜部の単位面積当りの実効的なドーズ量を下げて、この
部分をチャネルとするようにしたものである。段差上
面、段差下面の水平部分にはソース・ドレイン及びこれ
に接するチャネル端部が形成されるようにし、このチャ
ネル端部には段差傾斜部よりも実効的に高いドーズ量の
濃度制御用イオン注入を行う。
【0013】したがって、ソース・ドレインからの空乏
層の延びを抑制し、同時に移動度低下をも抑制すること
ができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。なお、説明に用いる各図はこれ
ら発明を理解できる程度に各構成部分の寸法、形状、配
置関係等を概略的に示してある。図1は本発明の実施例
を示すMOSFETの平面図、図2はそのMOSFET
の製造工程断面図である。ここでは、NMOSFETを
例にして説明するがPMOSFETであっても同様に考
えることができる。
【0015】図1において、32は段差傾斜部、33は
フィールド酸化膜、39はゲート酸化膜、41,43は
ソース・ドレイン拡散層である。まず、図2(a)に示
すように、p型シリコン基板25の領域27の部分にレ
ジスト等のエッチングマスクを設け(図示なし)、ドラ
イエッチングにより基板を深さDまでエッチングする。
この時、傾斜段差部32にできる角度をAとする。ここ
ではAが概ね60度程度となるように形成している。ま
た、29は段差上部、31は段差下部である。ここで、
深さDは最終的にゲート長を決定す要素となるものであ
り、角度Aとともに設計に応じて設定することができ
る。
【0016】次に、アクティブ領域のみ窒化シリコン膜
等でマスクした状態(図示なし)で酸化し、素子分離用
のフィールド酸化膜33を0.3〜0.7μm程度成膜
形成する。次に、図2(b)に示すように、全面を90
0℃〜1100℃程度の酸化雰囲気で酸化して、アクテ
ィブ領域シリコン表面にゲート酸化膜35を3〜20n
m程度の膜厚で形成する。その後、パンチスルー抑制の
ためのイオン注入37を例えば、ボロンB+ をドーズ量
1012〜1013cm- 2 、加速エネルギー30〜100
keV程度で行う。これにより、基板のドーパント濃度
を増大させる。
【0017】その後、全面にn+ ポリシリコンの成膜を
行ない、段差傾斜部およびそれに隣接する段差上面a、
段差下面bに位置するようにゲート電極パターンニング
を施して、図2(c)に示すように、ゲート電極39を
形成する。そして、ゲート電極39、フィールド酸化膜
33をマスクにして、ヒ素As+ を1015cm- 2 程度
のドーズでイオン注入して、ソース・ドレイン拡散層4
1,43を形成する。なお、図2(c)は図1のA−A
線断面を示している。
【0018】ここまでの工程により、本発明のMOSF
ETの要部は形成されるが、この後中間絶縁膜の成膜、
コンタクトの開口、メタル配線の形成、表面保護膜の形
成等行うことでMOSFETは完成となる。以上の工程
により、形成されたNMOSFETの基板部分ドーパン
ト不純物プロファイルについて図2を例に述べる。
【0019】傾斜段差の角度Aを60度としたので、イ
オン注入37を主平面に対して垂直方向とすると、段差
傾斜部32の長さl2 は平面的に見た段差傾斜部32の
長さl1 に対して2倍となる。すなわち、段差傾斜部3
2においては、段差上部29、段差下部31に比べて、
同量のイオン注入が2倍の面積に対して行なわれること
から、基板単位面積当りの注入量は1/2となる。
【0020】ゲート端部のソース・ドレインに接する部
分の基板濃度については、イオン注入は垂直方向から行
なわれるので1/2とはならずに、高濃度に保たれてい
る。なお、上記の例では角度Aを60度、イオン注入を
垂直方向としたが、これらの角度は任意に設定、組合せ
が可能である。これらの設定を変えることにより、段差
傾斜部と段差上部、段差下部の実効的なイオン注入ドー
ズ量の差を変化させることができる。
【0021】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ソース・ドレイン近傍部分においては基板濃度
を高く設定できるため、パンチスルーの抑制を効果的に
行なうことができ、また、チャネル部分においては濃度
を低くできるため、移動度低下を抑制することができ
る。
【0023】すなわち、従来不可能であったパンチスル
ーと移動度低下の同時抑制を可能にすることができる。
また、段差部分にゲートを形成するようにしたので、平
面的に見た長さが同一であっても実効的なゲート長を長
くすることができるので、より効果的にパンチスルーを
抑制することができる利点もある。
【0024】これにより、微細で高性能なMOSFET
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すMOSFETの平面図で
ある。
【図2】本発明の実施例を示すMOSFETの製造工程
断面図である。
【図3】従来のMOSFETの素子構造とチャネル部深
さ方向のドーパント不純物濃度プロファイルを示す図で
ある。
【図4】従来のMOSFETの製造工程断面図である。
【符号の説明】
25 p型シリコン基板 32 傾斜段差部 29 段差上部 31 段差下部 33 素子分離用のフィールド酸化膜 35 ゲート酸化膜 37 イオン注入 a 段差上面 b 段差下面 39 ゲート電極 41,43 ソース・ドレイン拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7377−4M H01L 29/78 301 P

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型半導体基板上にゲート絶縁膜
    を介してゲート電極を形成し、該ゲート電極を挟んで、
    第2導電型拡散層によるソース・ドレイン領域を有する
    MOSFETにおいて、 (a)段差傾斜部が形成され、濃度制御用のイオン注入
    の単位面積当りの実効的なドーズ量が低いチャネル部
    と、 (b)前記段差傾斜部の両端に隣接する段差上面と段差
    下面に形成され、濃度制御用のイオン注入の単位面積当
    りの実効的なドーズ量が高いチャネル端部と、 (c)該チャネル端部に接するソース・ドレイン領域を
    具備することを特徴とするMOSFET。
  2. 【請求項2】 第1導電型半導体基板上にゲート絶縁膜
    を介してゲート電極を形成し、該ゲート電極を挟んで、
    第2導電型拡散層によるソース・ドレイン領域を有する
    MOSFETの製造方法において、 (a)基板に段差傾斜部及び該段差傾斜部に接する水平
    部を形成する工程と、 (b)該段差傾斜部及び水平部に濃度制御用のイオン注
    入を行う工程と、 (c)前記段差傾斜部及び該段差傾斜部に隣接する水平
    部にゲート電極を形成する工程と、 (d)該ゲート電極をマスクとしてソース・ドレイン領
    域を形成する工程とを施すMOSFETの製造方法。
JP27297191A 1991-10-22 1991-10-22 Mosfetおよびその製造方法 Withdrawn JPH05251696A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101100430B1 (ko) * 2005-11-17 2011-12-30 삼성전자주식회사 p-MOS를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN107195680A (zh) * 2017-05-10 2017-09-22 南京邮电大学 一种mosfet结构

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101100430B1 (ko) * 2005-11-17 2011-12-30 삼성전자주식회사 p-MOS를 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법
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Legal Events

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Effective date: 19990107