JPH05335568A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH05335568A
JPH05335568A JP13874992A JP13874992A JPH05335568A JP H05335568 A JPH05335568 A JP H05335568A JP 13874992 A JP13874992 A JP 13874992A JP 13874992 A JP13874992 A JP 13874992A JP H05335568 A JPH05335568 A JP H05335568A
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JP
Japan
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layer
diffusion layer
depth
substrate
junction
Prior art date
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Application number
JP13874992A
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English (en)
Inventor
Tomohisa Mizuno
智久 水野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 埋込み不純物層によるソース・ドレイン拡散
層のジャンクション容量の増加を抑制することができ、
高速化及び高集積化が可能な半導体装置を提供するこ
と。 【構成】 p型シリコン基板11上にゲート酸化膜13
を介して設けられたゲート電極14と、基板11のチャ
ネル領域下部に設けられ、基板11よりも高い不純物濃
度を有するp+ 型の埋込み不純物層12と、チャネル領
域を挟んで設けられたn+ 型のソース・ドレイン拡散層
とを備えた半導体装置において、ソース・ドレイン拡散
層を、チャネル領域に接する第1の拡散層15及びその
外側の第2の拡散層17から形成し、且つ第1の拡散層
15のpn接合の深さを埋込み不純物層12の深さより
も浅くし、第2の拡散層17のpn接合の深さを埋込み
不純物層12の深さよりも深く形成したことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係わり、
特にMOSトランジスタ構造の改良をはかった半導体装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、nチャネルMOSFETは図3に
示すように構成されている。p型シリコン基板1上にゲ
ート酸化膜3を介してゲート電極4が形成され、ゲート
電極4下のチャネル領域を挟んでn+ 拡散層(ソース・
ドレイン領域)5が形成されている。また、シリコン基
板1中には、ソース・ドレイン領域間のパンチスルー現
象を防止するために、比較的不純物濃度の高いp+ 型埋
込み不純物層2が設けられている。
【0003】図3に示す従来構造のMOSFETでは、
ソース・ドレインn+ 拡散層5に接する不純物層2の濃
度Npが濃いため、ソース・ドレインn+ 拡散層5の空
乏層幅は低く抑えられ短チャネル効果抑制に効果があ
る。しかし、ソース・ドレインn+ 拡散層5のジャンク
ション容量Cj が増大する。即ち、Cj はNpによって
次のように現される。 Cj =S{ε・q・Np/2(Vbi+V)}1/2 … (1)
【0004】ここで、Sはn+ 拡散層5の面積(特に、
+ 拡散層5と不純物層2との接合面積)、εはSiの
誘電率、qは電荷、Vbiはn+ 拡散層5と不純物層2の
ビルトイン電位、Vはソース・ドレインに印加する電圧
である。
【0005】上記(1) 式よりジャンクション容量Cj は
Np1/2 に比例するため、ソース・ドレイン間のパンチ
スルーを抑制するために不純物層2の濃度Npを増加す
るとCj が増大してしまうことになる。従って、MOS
FETの交流動作の場合、Npを上げると高速動作が困
難となり、従来技術のMOSFETでは高速で且つ高集
積化を達成するのは非常に困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように従来、基板
内にパンチスルー防止及び短チャネル効果抑制のための
埋込み不純物層を設けた構造においては、不純物層の濃
度Npを上げるとソース・ドレインのジャンクション容
量Cj が大きくなり、高集積化と共に高速化をはかるこ
とは困難であった。
【0007】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、埋込み不純物層による
ソース・ドレインのジャンクション容量の増加を抑制す
ることができ、高速化及び高集積化が可能な半導体装置
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ソース
・ドレイン領域を2種のpn接合深さを有する拡散層で
形成して、ソース・ドレイン拡散層と埋込み不純物層と
の接合面積を減らすことにある。
【0009】即ち本発明は、第1導電型の半導体基板上
にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、半導
体基板のチャネル領域下部に設けられ、該基板よりも高
い不純物濃度を有する第1導電型の埋込み不純物層と、
チャネル領域を挟んで設けられた2導電型のソース・ド
レイン拡散層とを備えた半導体装置において、ソース・
ドレイン拡散層を、チャネル領域に接する第1の拡散層
及びその外側の第2の拡散層から形成し、且つ第1の拡
散層のpn接合の深さを埋込み不純物層の深さよりも浅
く、第2の拡散層のpn接合の深さを埋込み不純物層の
深さと同じ又はそれよりも深く形成したことを特徴とす
る。
【0010】また本発明は、上記半導体装置の製造方法
において、第1導電型の半導体基板の表面に第1導電型
不純物をイオン注入して埋込み不純物層を形成したの
ち、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、次いでゲート電極をマスクとして半導体基板に
第2導電型の不純物をドーピングし、pn接合の深さが
埋込み不純物層の深さよりも浅い第1の拡散層を形成
し、次いでゲート電極の側部に絶縁膜を形成し、次いで
ゲート電極及び絶縁膜をマスクとして半導体基板に第2
導電型の不純物をドーピングし、pn接合の深さが埋込
み不純物層の深さと同じ又はそれよりも深い第2の拡散
層を形成することを特徴とする。
【0011】さらに本発明は、上記半導体装置の製造方
法における埋込み不純物層の形成工程の代りに、第1導
電型の半導体基板の表面に該基板よりも不純物濃度の高
い第1導電型の第1の半導体層(埋込み不純物層)をエ
ピタキシャル成長したのち、この第1の半導体層上に該
層よりも不純物濃度の低い第1導電型の第2の半導体層
をエピタキシャル成長するようにした方法である。
【0012】
【作用】本発明によれば、埋込み不純物層の深さと第1
及び第2の拡散層のpn接合の深さとの関係を上記のよ
うに設定しているので、不純物濃度の高い埋込み不純物
層がチャネル内部のみでソース・ドレイン拡散層に接
し、ソース・ドレイン拡散層の底部は不純物濃度の低い
基板に接することになる。このため、埋込み不純物層の
濃度を高くしても、ソース・ドレイン拡散層のジャンク
ション容量の増大を極めて少なくすることができる。従
って、高集積化と共に高速化をはかることが可能とな
る。
【0013】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
【0014】図1、は本発明の一実施例に係わるMOS
FETの製造工程を示す断面図である。まず、図1
(a)に示すように、不純物濃度5×1016cm-3のp
型シリコン基板11の表面にボロン(B)イオンを注入
することによって、シリコン基板11中に比較的濃い最
大濃度1×1018cm-3で深さ0.1μmのp+ 型埋込
み不純物層12を形成する。ここで、イオン注入におけ
る加速電圧を最適に設定することにより、基板11の表
面の不純物濃度を殆ど上げることなく、基板11の内部
のみに埋込み不純物層12を形成することができる。
【0015】次いで、図1(b)に示すように、シリコ
ン基板11を熱酸化して厚さ5nmのゲート酸化膜13
を形成する。続いて、全面にポリシリコン膜を形成した
後、これをパターニングしてゲート電極14を形成す
る。その後、ゲート電極14をマスクとして砒素(A
s)イオンを加速エネルギー5keVで注入し、基板1
1の表面に不純物濃度5×1019cm-3,深さ50nm
のn+ 層(第1の拡散層)15を形成する。
【0016】次いで、図1(c)に示すように、全面に
絶縁膜16を堆積した後、これをエッチバックしてゲー
ト電極14の側壁部分に幅50nmの絶縁膜16を残
す。続いて、ゲート電極14及び側壁絶縁膜16をマス
クとしてAsイオンを注入し、不純物濃度2×1020
-3,深さ0.15μmのn+ 層(第2の拡散層)17
を形成する。これにより、第1及び第2の拡散層15,
17をソース・ドレインとするMOSFETが作成され
る。
【0017】かくして製造されたMOSFETにおいて
は、不純物濃度の高い埋込み不純物層12はチャネル内
部のみに存在するため、第2の拡散層17の大部分は低
濃度のシリコン基板11に接している。従って、ソース
・ドレインのジャンクション容量Cj は前記 (1)式に従
って低減化できる。例えば、上記実施例では、Cj は約
1/4.5に低減化できることになる。なお、図1の構
造において、n+ 拡散層15,17と低濃度の基板11
との接合部分のCj への寄与は極めて小さく、n+ 拡散
層15,17と高濃度の不純物層12との接合部分Cj
への寄与は大きいため、前記 (1)式のSが等価的に小さ
くなってCj を低減化することができるのである。
【0018】また、埋込み不純物層12をイオン注入に
よりチャネル領域の底部に形成しているので、チャネル
領域表面の不純物濃度が高くなり、移動度が低下する等
の不都合はない。さらに、埋込み不純物層12のピーク
濃度を第1の拡散層のpn接合深さよりも深くしている
ので、埋込み不純物層12の不純物が基板表面にしみ出
して移動度が低下する等の不都合も避けることができ
る。
【0019】また、本実施例では、ソース・ドレインを
pn接合深さの異なる2種の拡散層15,17で形成し
ているが、これは次のような理由による。即ち、ソース
・ドレインと高濃度の不純物層12との接合面積を少な
くするには、必ずしも第2の拡散層17を設ける必要は
なく、図2に示すように第1の拡散層15を埋込み不純
物層12よりも深く形成すればよい。しかし、この場
合、拡散層15の基板11と接する部分がソース・ドレ
イン間で近付くことになり、パンチスルー防止効果が小
さく、短チャネル効果が生じることになる。これに対し
本実施例では、チャネル側をpn接合深さの浅い第1の
拡散層15、その外側をpn接合深さの深い第2の拡散
層17で形成しているので、パンチスルーの防止効果が
大きく、短チャネル効果の抑制に有効である。
【0020】このように本実施例によれば、ソース・ド
レインをpn接合深さの異なる2種の拡散層15,17
で形成し、第1の拡散層15のpn接合深さを埋込み不
純物層12の深さよりも浅くし、第2の拡散層17のp
n接合深さを埋込み不純物層12の深さよりも深くして
いるので、ソース・ドレイン拡散層におけるジャンクシ
ョン容量Cj を低減することができる。さらに、図3の
従来素子と同様にパンチスルーの防止効果が大きく、短
チャネル効果の抑制に有効である。従って、高速且つ微
細化可能なMOSFETが実現できる。また、ゲート電
極14の側壁にエッチバックで絶縁膜16を残す技術を
用いることにより、第1及び第2の拡散層15,17を
セルフアラインで形成することができる利点もある。
【0021】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、埋込み不純物層を第2の
拡散層より先に形成したが、第2の拡散層の形成と同時
に又は後に、半導体基板に対して斜めからBイオンを注
入して埋込み不純物層を形成することも可能である。ま
た、実施例では埋込み不純物層をイオン注入によって形
成したが、エピタキシャル成長を利用することもでき
る。例えば、基板上に不純物濃度の高い第1の半導体層
(埋込み不純物層)をエピタキシャル成長し、その上に
不純物濃度の低い第2の半導体層をエピタキシャル成長
することにより、図1(a)と略同様構造が得られる。
【0022】また、第2の拡散層のpn接合の深さは必
ずしも埋込み不純物層の深さよりも深くする必要はな
く、同じであってもよい。さらに、各部の導電型を逆に
してpチャネルMOSFETに適用できるのは勿論のこ
とである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ソ
ース・ドレイン領域を2種のpn接合深さを有する拡散
層で形成し、ソース・ドレイン拡散層と埋込み不純物層
との接合面積を減らすことにより、埋込み不純物層によ
るソース・ドレイン領域のジャンクション容量の増加を
抑制することができ、高速化及び高集積化が可能な半導
体装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わるMOSFETの製造
工程を示す断面図、
【図2】ソース・ドレインの深さを一定としたMOSF
ETの概略構成を示す断面図、
【図3】従来のMOSFETの概略構成を示す断面図。
【符号の説明】
11…p型シリコン基板(半導体基板)、 12…p+ 層(埋込み不純物層)、 13…ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)、 14…ゲート電極、 15…n+ 層(第1の拡散層)、 16…側壁絶縁膜、 17…n+ 層(第2の拡散層)。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1導電型の半導体基板上にゲート絶縁膜
    を介して設けられたゲート電極と、前記基板のチャネル
    領域下部に設けられ、該基板よりも高い不純物濃度を有
    する第1導電型の埋込み不純物層と、前記チャネル領域
    を挟んで設けられ、該チャネル領域に接する第1の拡散
    層及びその外側の第2の拡散層からなる第2導電型のソ
    ース・ドレイン拡散層とを具備し、 第1の拡散層のpn接合の深さは前記埋込み不純物層の
    深さよりも浅く、第2の拡散層のpn接合の深さは前記
    埋込み不純物層の深さと同じ又はそれよりも深いことを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記埋込み不純物層はイオン注入により形
    成され、該不純物層の最大濃度に達する深さは、第1の
    拡散層のpn接合の深さよりも深いことを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】第1導電型の半導体基板の表面に第1導電
    型不純物をイオン注入して埋込み不純物層を形成する工
    程と、前記基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を
    形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記基
    板に第2導電型の不純物をドーピングし、pn接合の深
    さが前記埋込み不純物層の深さよりも浅い第1の拡散層
    を形成する工程と、前記ゲート電極の側部に絶縁膜を形
    成する工程と、前記ゲート電極及び絶縁膜をマスクとし
    て前記基板に第2導電型の不純物をドーピングし、pn
    接合の深さが前記埋込み不純物層の深さと同じ又はそれ
    よりも深い第2の拡散層を形成する工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】第1導電型の半導体基板の表面に該基板よ
    りも不純物濃度の高い第1導電型の第1の半導体層をエ
    ピタキシャル成長する工程と、第1の半導体層上に該層
    よりも不純物濃度の低い第1導電型の第2の半導体層を
    エピタキシャル成長する工程と、第2の半導体層上にゲ
    ート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、前記
    ゲート電極をマスクとして第2導電型の不純物をドーピ
    ングし、pn接合の深さが第1の半導体層の底部よりも
    浅い第1の拡散層を形成する工程と、前記ゲート電極の
    側部に絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート電極及び絶
    縁膜をマスクとして第2導電型の不純物をドーピング
    し、pn接合の深さが第1の半導体層の底部と同じ又は
    それよりも深い第2の拡散層を形成する工程とを含むこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP13874992A 1992-05-29 1992-05-29 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH05335568A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5594264A (en) * 1994-12-16 1997-01-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha LDD semiconductor device with peak impurity concentrations
US5623154A (en) * 1994-10-25 1997-04-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having triple diffusion

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US5623154A (en) * 1994-10-25 1997-04-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having triple diffusion
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