JPH0564458B2 - - Google Patents

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JPH0564458B2
JPH0564458B2 JP59089415A JP8941584A JPH0564458B2 JP H0564458 B2 JPH0564458 B2 JP H0564458B2 JP 59089415 A JP59089415 A JP 59089415A JP 8941584 A JP8941584 A JP 8941584A JP H0564458 B2 JPH0564458 B2 JP H0564458B2
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Kazuhiro Komori
Kosuke Okuyama
Norio Suzuki
Hisao Katsuto
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7833Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's
    • H01L29/7836Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with lightly doped drain or source extension, e.g. LDD MOSFET's; DDD MOSFET's with a significant overlap between the lightly doped extension and the gate electrode
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は内部抵抗の低減と耐圧の向上を図つた
オフセツト構造のMIS型電界効果トランジスタ
(MISFET)に関するものである。
〔背景技術〕
MISFETのドレイン耐圧を向上するために、
ゲート電極とドレイン領域との間にオフセツト領
域を設けたLDD(Lighly Doped Drain)構造と
称するオフセツト構造のMISFETが提案されて
いる(IEEE TRANSACTION ON
ELECTRON DEVICES、VOL.ED 29、pp590
−595、APRIL 1982)。例えば、第1図に示すよ
うに、半導体基板1の主面上にゲート絶縁膜2を
介してゲート電極3をパターニング形成した上で
不純物を低濃度にイオン打込みし、その後ゲート
電極3の側部にサイドウオール4を形成して今度
は高濃度に不純物をイオン打込みすることによ
り、低濃度のオフセツト部5を介して高濃度のソ
ース・ドレイン領域6を配置したLDD構造の
MISFET7を完成できる。
このLDD構造によれば、低濃度に形成したオ
フセツト部5の作用によりドレイン領域6とゲー
ト電極3との間の電界を緩和してドレイン耐圧の
向上を図る一方で、チヤネルをドレイン領域6に
接続してMISFETの動作を保障することになる。
しかしながら、このLDD構造について本発明
者が検討を加えたところ、オフセツト部5の濃度
が高くなると耐圧が低下されることになり、逆に
濃度を低くするとオフセツト部5の抵抗が増大し
てMISFETの相互コンダクタンス(gm)が低下
され、両特性を共に満足させるためにはオフセツ
ト部の濃度の設定が極めて難かしいものになるこ
とが明らかになつた。
一方、LDD構造はオフセツト部5を設けるた
めにMISFETの全長が大きくなり、素子の微細
化に不利となる。特に、半導体装置(LSI等)に
おいて耐圧が問題となる素子数は全体の一部であ
るのに拘らず全素子をLDD構造にすることは高
集積化の障害になり、かつ他の素子のgm向上の
支障となる。このようなことから、一部の素子の
みをLDD構造とし、他の素子(耐圧に問題の生
じない素子)は通常のMIS構造にすることも考え
られているが、ソース・ドレイン領域の形成に際
して両素子を別個の工程で形成するのでは工程数
をいたずらに増大して製造工率が低下する一方、
両素子を同時に形成するのでは不純物濃度が両者
間で調整し難く、所望の特性を得ることが難かし
い。
〔発明の目的〕
本発明の目的はドレイン耐圧を向上する一方で
内部抵抗を低減して相互コンダクタンスの向上を
図り、かつLDD構造以外のMISFETとの製造マ
ツチングを可能にして半導体装置の微細化および
高集積化を達成することのできるMIS型電界効果
トランジスタを提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面からあき
らかになるであろう。
〔発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なも
のの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
すなわち、本発明は、第1導電型の半導体基体
主面に形成されたゲート絶縁膜と、そのゲート絶
縁膜上に形成されたゲート電極と、ゲート電極下
の前記半導体基体主面部分を挟むようにその半導
体基板主面内に形成された前記第1導電型とは反
対の導電型を示す第2導電型のソースおよびドレ
イン領域とを有し、そのドレイン領域は、その一
部が前記ゲート電極の一部下にまで延びて形成さ
れて成る、高濃度の第2導電型の第1領域とその
第1領域を囲みその第1領域よりも深くかつ低濃
度の第2導電型の第2領域と、前記ゲート電極の
側部から離間してかつ前記第1領域に接するよう
に形成されて成る、その第1領域よりも高濃度で
あつて前記第2領域よりも深い第2導電型の第3
領域とで構成されているものである。かかる構成
により、全体としてLDD構造による耐圧の向上
を図ると共に比較的に高濃度の層により抵抗の低
減を図つてgmの低下を防止し、かつ両層の不純
物濃度の自由度が増大できることから他の素子と
のマツチングを容易に行なうことができ、実質的
に高集積の半導体装置の製造を可能にするもので
ある。
〔実施例〕
第2図は本発明のMISFETの基本構成図であ
り、第3図A〜Cはその製造工程図である。即
ち、第3図Aのように、例えばP型シリコン基板
10の表面にゲート絶縁膜11を形成し、その上
にメタル又はポリシリコンのゲート電極12をパ
ターニング形成する。そして、先ずP(りん)を
セルフアライン法により低濃度にイオン打込み
し、次いでAs(ひ素)を同様な方法により比較的
高い濃度にイオン打込みする。そして、これを活
性化すれば、PとAsの拡散速度の違いにより同
図Bのように第2領域となる若干深い低濃度
(N-)層13と、第1領域となる浅くて比較的高
濃度(N)層14とからなる2層構造が形成できる。
次いで、全面にCVD法等によりSiO2膜15を形
成しかつこれをRIEエツチング処理することによ
り同図Cのようにゲート電極の両側にサイドウオ
ール16を形成する。その上で、Asを今度は高
濃度にイオン打込みしかつこれを活性化すること
により、第2図に示すようにオフセツト構造の第
3領域となる高濃度(N+)のソース・ドレイン
領域17を形成でき、先のオフセツト領域の2層
13,14とでLDD構造を構成する。因みに、
低濃度層13のPのドーズ量は5×1012〜1×
1013/cm-2、比較的高濃度層14のAsのドーズ量
は5×1012〜1×1013/cm-2cm2、ソース・ドレイ
ン領域17のAsのドーズ量は1×1016/cm-2とし
ている。また、各層13,14および領域17の
深さ(第2図D1,D2,D3)は夫々0.1μm、0.15〜
0.2μm、0.3μm程度である。
したがつて、この基本構成のLDD構造の
MISFETによれば、ゲート電極12に対してソ
ース・ドレイン領域17はオフセツトされてお
り、かつそのオフセツト領域の基板下側に向けて
低濃度層13が形成されているので、ゲート、ド
レイン間の電界の緩和を図り耐圧の向上が達成で
きる。一方、オフセツト領域の基板表面側には比
較的に高い濃度層14が形成されているのでこの
領域における抵抗の増大を抑止し、相互コンダク
タンス(gm)の低下を防止することができる。
これにより、相反する耐圧とgmの問題を一挙に
解消することができる。
第4図および第5図は本発明をEP−ROMに適
用した実施例であり、例えばEPROMのメモリセ
ル21にX又はY選択用の低耐圧MOSFET2
2,22…と高耐圧MOSFET23を接続した回
路構成とし、これを同一プロセスで製造する例で
ある。即ち、メモリセル21としてフローテイン
グゲート型MOS構造を、低耐圧用22には一般
的なMOS構造を、高耐圧用23にはLDD構造を
夫々採用し、特に数の多いメモリセル21や低耐
圧MOSFET22の微細化による高集積化を図つ
ている。
先ず、第5図Aのようにメモリセル21、低耐
圧MOSFET22、高耐圧MOSFET23いずれ
もP型シリコン基板24上にゲート絶縁膜25を
形成し、その上にポリシリコン膜をパターニング
してゲート電極26,27とフローテイングゲー
ト28を形成する。表面を酸化してSiO2膜29
を形成後、セルフアライン法によりPとAsを続
いてイオン打込みする。Pのドーズ量は5×
1012/cm2、Asのドーズ量は5×1012〜1×1013
cm2である。次にこれを活性化して低濃度層31と
比較的高濃度層32を形成した後に、同図Bのよ
うに全面にポリシリコン膜を形成しかつパターニ
ングすることによりメモリセル21のフローテイ
ングゲート28上にのみコントロールゲート30
を形成する。そして、表面酸化後に同図Cのよう
にフオトレジスト膜をパターニングして高耐圧
MOSFET23のゲート電極26のドレイン側の
部分にのみフオトレジストマスク33を形成し、
しかる上で全面にAsを高濃度にイオン打込みす
る。Asのドーズ量は1×1016/cm2である。そし
て、これを活性化すれば、同図Dのように、夫々
ソース・ドレイン領域34,35,36が形成で
きる。この場合、高耐圧MOSFET23のドレイ
ン領域34aとゲート電極26とはオフセツトさ
れ、オフセツト領域に形成された低濃度層31と
比較的高濃度層32とで2層のLDD構造とされ
ている。また、メモリセル21と低耐圧
MOSFET22のソース・ドレイン領域36,3
5は前述の比較的高濃度層32を吸収した非オフ
セツト構造であるが、PとAsの拡散の相違によ
り夫々P層、As層31,36と31,35の2
層構造とされる。このため、必要なチヤネル長
Leffを得るためには△L(P層の長さ)だけゲー
ト長Lgを大きくしなければならないが、Pのド
ーズ量を例えば前述のように設定すれば△Lを最
小限に抑えた状態で高耐圧MOSFET23に必要
なソース・ドレイン領域(特にドレイン領域34
aとオフセツト領域の各層31,32)の不純物
濃度を得ることができ、全てのMOSFETのマツ
チングをとることができる。
本実施例によれば、メモリセル21、低耐圧
MOSFET22、高耐圧MOSFET23を夫々同
一の不純物イオン打込み、拡散工程で形成でき、
しかも高耐圧MOSFET23はオフセツト領域を
2層構造のLDD構造とする一方、メモリセル2
1、低耐圧MOS22においては非オフセツト構
造で各素子の長さを必要最小限の長さに形成で
き、かつ全ての素子において所要の不純物濃度を
確保することができる。勿論、高耐圧MOSFET
23にあつては、前例と同様に耐圧の向上を図る
一方で相互コンダクタンスの低下を防止すること
ができるのである。
〔効果〕
(1) オフセツト構造のMISFETのオフセツト領
域を比較的に深い低濃度層と、浅くかつ比較的
に高濃度の層とで2層構造に構成しているの
で、低濃度層の作用によつて耐圧の向上を図る
一方で、比較的高濃度層の作用によつて低抵抗
化を図り相互コンダクタンスの低下を防止で
き、相反する問題を一挙に解決することができ
る。
(2) オフセツト構造を2層構造としているので、
不純物濃度、特に低濃度層の濃度に自由度が生
じ、通常のMISFETとのマツチングがとれて
同一工程での製造が可能となり、製造効率の向
上が達成できる。
(3) オフセツト構造と非オフセツト構造の各
MOSFETを同一工程でかつ良好なマツチング
で形成できるので、耐圧を必要としない
MOSFETを全て非オフセツト構造にして素子
の微細化を図り、高集積化を達成できる。
以上本発明者によつてなされた発明を実施例に
もと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、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。たとえば、不純物のドーズ量や各層の深さ
寸法等は要求される特性に応じて適宜変更でき
る。また、オフセツト構造の製造プロセスも従来
利用されている方法をそのまま利用することがで
きる。
〔利用分野〕 以上の説明では主として本発明者によつてなさ
れた発明をその背景となつた利用分野である
EPROMに適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、高耐圧MISFET
と低耐圧MISFETが存在している半導体装置の
全てに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はLDD構造を説明する断面図、第2図
は本発明の基本構造の断面図、第3図A〜Cはそ
の製造方法を示す断面工程図、第4図は一実施例
の回路の一部を示す図、第5図A〜Dはその製造
工程および完成状態を示すための断面工程図であ
る。 10……シリコン基板、11……ゲート絶縁
膜、12……ゲート電極、13……低濃度層、1
4……比較的高濃度層、16……サイドウオー
ル、17……ソース・ドレイン領域、21……メ
モリセル(FAMOS)、22……低耐圧
MOSFET、23……高耐圧MOSFET、24…
…P型シリコン基板、25……ゲート絶縁膜、2
6,27……ゲート電極、28……フローテイン
グゲート、29……SiO2膜、30……コントロ
ールゲート、31……低濃度層、32……比較的
高濃度層、33……フオトレジスト膜、34,3
5,36……ソース・ドレイン領域、34a……
ドレイン領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電型の半導体基体主面に形成されたゲ
    ート絶縁膜と、そのゲート絶縁膜上に形成された
    ゲート電極と、ゲート電極下の前記半導体基体主
    面部分を挟むようにその半導体基板主面内に形成
    された前記第1導電型とは反対の導電型を示す第
    2導電型のソースおよびドレイン領域とを有し、
    そのドレイン領域は、その一部が前記ゲート電極
    の一部下にまで延びて形成されて成る、高濃度の
    第2導電型の第1領域とその第1領域を囲みその
    第1領域よりも深くかつ低濃度の第2導電型の第
    2領域と、前記ゲート電極の側部から離間してか
    つ前記第1領域に接するように形成されて成る、
    その第1領域よりも高濃度であつて前記第2領域
    よりも深い第2導電型の第3領域とで構成されて
    いることを特徴とするMIS型電界効果トランジス
    タ。 2 前記ドレイン領域側の前記ゲート電極の側部
    にはサイドウオール部を有し、前記第1領域と前
    記第2領域とがそのサイドウオール部下に位置さ
    れて成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の電界効果トランジスタ。
JP59089415A 1984-05-07 1984-05-07 Mis型電界効果トランジスタ Granted JPS60234367A (ja)

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