JPH0652738B2 - Insulated gate type field effect transistor - Google Patents

Insulated gate type field effect transistor

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JPH0652738B2
JPH0652738B2 JP60097305A JP9730585A JPH0652738B2 JP H0652738 B2 JPH0652738 B2 JP H0652738B2 JP 60097305 A JP60097305 A JP 60097305A JP 9730585 A JP9730585 A JP 9730585A JP H0652738 B2 JPH0652738 B2 JP H0652738B2
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insulating film
gate electrode
field effect
effect transistor
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晃寛 仁田山
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は絶縁ゲート型電界効果トランジスタに係り、特
にドレイン領域内のゲート電極近傍に低不純物濃度層を
持つトランジスタ構造に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulated gate field effect transistor, and more particularly to a transistor structure having a low impurity concentration layer near a gate electrode in a drain region.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年の半導体集積回路の高集積化、素子の微細化は目覚
ましいものがある。絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(以下、単にMOSトランジスタと略称する)を用いた
集積回路では特に素子の微細化が進み、このため、素子
内部の電界強度が非常に大きいものとなっている。この
様なMOSトランジスタにおいては、チャネルでのキャ
リアは強電界により加速され、これによりドレイン領域
近傍で高エネルギー・キャリアが生成され、これがゲー
ト絶縁膜中に捕獲されるとしきい値電圧や相互コンダク
タンスが変化してしまう。これは、ホット・キャリア効
果と呼ばれている。この効果により、素子特性、引いて
はこの様な素子を用いた集積回路の特性が著しく損われ
る。
In recent years, high integration of semiconductor integrated circuits and miniaturization of elements have been remarkable. In an integrated circuit using an insulated gate field effect transistor (hereinafter, simply referred to as a MOS transistor), the element is particularly miniaturized, so that the electric field strength inside the element is very large. In such a MOS transistor, carriers in the channel are accelerated by a strong electric field, and high energy carriers are generated in the vicinity of the drain region, and trapped in the gate insulating film, the threshold voltage and transconductance are increased. It will change. This is called the hot carrier effect. This effect significantly impairs the device characteristics, and thus the characteristics of the integrated circuit using such an element.

このホット・キャリア効果に対する対策として、ドレイ
ン領域のゲート電極近傍に低不純物濃度層を設けるトラ
ンジスタ構造が提案されている。その一つとして、いわ
ゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造がある。この
LDD構造を用いると、ドレイン領域端部の低不純物濃
度層の存在により、ドレイン領域近傍の強電界が緩和さ
れ、この結果ホット・キャリアの生成が抑制される。
As a countermeasure against this hot carrier effect, a transistor structure has been proposed in which a low impurity concentration layer is provided in the drain region near the gate electrode. One of them is a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure. When this LDD structure is used, the strong electric field in the vicinity of the drain region is relaxed due to the existence of the low impurity concentration layer at the end of the drain region, and as a result, the generation of hot carriers is suppressed.

しかしこのLDD構造のMOSトランジスタは、ホット
・キャリア効果の抑制によりしきい値電圧の変化をある
程度小さくすることはできるが、相互コンダクタンスの
変化量を抑制する効果が余り認められない。これは、ド
レイン近傍で発生したホット・キャリアがゲート電極側
壁部の絶縁膜中に捕獲されると、その静電気力によりチ
ャネル電流が基板下方に押しやられて、実効的な直列抵
抗が大きくなるためである。
However, in this MOS transistor having the LDD structure, the change in threshold voltage can be reduced to some extent by suppressing the hot carrier effect, but the effect of suppressing the amount of change in transconductance is not recognized so much. This is because if hot carriers generated near the drain are trapped in the insulating film on the side wall of the gate electrode, the electrostatic force pushes the channel current down the substrate, increasing the effective series resistance. is there.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明は上記した点に鑑みなされたもので、ホット・キ
ャリア効果による相互コンダクタンスの低下を抑制でき
るようにした高信頼性のMOSトランジスタを提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a highly reliable MOS transistor capable of suppressing a decrease in mutual conductance due to a hot carrier effect.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明にかかるMOSトランジスタは、ドレイン領域の
ゲート電極近傍に低不純物濃度層を有する絶縁ゲート型
電界効果トランジスタにおいて、前記低不純物濃度層上
にドレイン領域の多数キャリアと逆極性の電荷を保持し
た帯電層を設け、この帯電層を前記ゲート電極および前
記低不純物濃度層とから分離する第1の絶縁膜を設け、
前記ゲート電極の側壁部に、前記帯電層を覆うべく第2
の絶縁膜を設けたことを特徴とする。
The MOS transistor according to the present invention is an insulated gate field effect transistor having a low impurity concentration layer in the vicinity of a gate electrode in a drain region, wherein the low impurity concentration layer holds a charge having a polarity opposite to that of majority carriers in the drain region. A layer is provided, and a first insulating film is provided to separate the charging layer from the gate electrode and the low impurity concentration layer,
A second side wall of the gate electrode is formed to cover the charging layer.
Is provided.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によるMOSトランジスタでは、帯電層の静電気
力によりドレイン近傍のチャネル電流の経路が基板表面
部に維持され、相互コンダクタンスの低下が抑制され
る。またホット・キャリア効果によりドレイン近傍のゲ
ート電極側壁部絶縁膜内にホット・キャリアが捕獲され
るとしても、これは帯電層内の逆極性の電荷と再結合す
るため、チャネル電流が基板表面から下方に押しやられ
るまでには時間がかかる。従って相互コンダクタンスの
劣化速度が従来構造に比べて遅くなり、その分信頼性向
上が図られる。
In the MOS transistor according to the present invention, the electrostatic force of the charging layer maintains the channel current path in the vicinity of the drain on the surface of the substrate and suppresses the decrease in mutual conductance. Even if hot carriers are trapped in the gate electrode sidewall insulating film near the drain due to the hot carrier effect, they recombine with charges of opposite polarity in the charging layer, so that the channel current flows downward from the substrate surface. It takes time to be pushed to. Therefore, the deterioration rate of the mutual conductance is slower than that of the conventional structure, and the reliability can be improved accordingly.

〔発明の実施例〕Example of Invention

先ず、参考例について説明する。 First, a reference example will be described.

第1図は一参考例のLDD構造MOSトランジスタであ
る。11はp型Si基板であり、この基板上にゲート絶
縁膜12を介して多結晶シリコン膜によるゲート電極1
3が形成されている。ソース,ドレイン領域は、ゲート
電極13をマスクとして拡散形成された低不純物濃度層
であるn型層14,15と、ゲート電極13の側壁に
残した絶縁膜19をマスクとして拡散形成された高不純
物濃度のn型層16,17とにより構成されている。
このようなLDD構造において本実施例では、少なくと
もドレイン側のn型層15表面に接して正電荷を保持
した帯電層18を設けている。
FIG. 1 shows an LDD structure MOS transistor of one reference example. Reference numeral 11 denotes a p-type Si substrate, on which a gate electrode 1 made of a polycrystalline silicon film with a gate insulating film 12 interposed therebetween.
3 is formed. The source / drain regions are formed by diffusing the n -type layers 14 and 15 which are low impurity concentration layers diffused using the gate electrode 13 as a mask and the insulating film 19 left on the sidewalls of the gate electrode 13 as a mask. It is composed of n + type layers 16 and 17 having an impurity concentration.
In this embodiment, in such an LDD structure, the charging layer 18 holding a positive charge is provided in contact with at least the surface of the n type layer 15 on the drain side.

第2図(a)〜(e)はこの様な構造を得るための製造
工程例である。p型Si基板11に、周知の工程に従っ
て熱酸化によるゲート絶縁膜12を介して多結晶シリコ
ン膜によるゲート電極13を形成し、ゲート電極13を
マスクとしてイオン注入を行なってゲート電極13に自
己整合されたn型層14,15を形成する((a
))。次に全面に正電荷帯電層18を形成する
((b))。この帯電層は、この参考例ではCVD法に
よるシリコン窒化膜である。CVDによるシリコン窒化
膜はその堆積時に自然に正の電荷が帯電することが知ら
れている。この後全面にCVD法によりシリコン酸化膜
19を堆積する((c))。そしてRIEなどの異方性
エッチング法によりシリコン酸化膜19とシリコン窒化
膜18の積層膜を全面エッチングし、これをゲート電極
13の側壁部にのみ残す((d))。この後、ゲート電
極13とその側壁のシリコン酸化膜19をマスクとして
イオン注入を行なってソース,ドレイン領域に高不純物
濃度n型層16,17を形成する((e))。
FIGS. 2A to 2E are examples of manufacturing steps for obtaining such a structure. A gate electrode 13 made of a polycrystalline silicon film is formed on a p-type Si substrate 11 through a gate insulating film 12 by thermal oxidation according to a well-known process, and ion implantation is performed using the gate electrode 13 as a mask to self-align with the gate electrode 13. N type layers 14 and 15 are formed ((a
)). Next, the positively charged layer 18 is formed on the entire surface ((b)). This charging layer is a silicon nitride film formed by the CVD method in this reference example. It is known that a silicon nitride film formed by CVD is naturally charged with positive charges during its deposition. After that, a silicon oxide film 19 is deposited on the entire surface by the CVD method ((c)). Then, the laminated film of the silicon oxide film 19 and the silicon nitride film 18 is entirely etched by an anisotropic etching method such as RIE, and this is left only on the side wall of the gate electrode 13 ((d)). Then, ion implantation is performed using the gate electrode 13 and the silicon oxide film 19 on the side wall thereof as a mask to form high impurity concentration n + type layers 16 and 17 in the source and drain regions ((e)).

この製造工程によれば、ドレイン側だけでなく、ソース
側にも対称的に帯電層18が形成される。第1図ではこ
のソース側の帯電層を省略しているが、これは高電界が
かからないソース側では本質的には無用であるためであ
る。ただ、このように両方に帯電層を設けておけば、集
積回路内でいずれをソース,ドレインとして用いる場合
にも有効である、という利点がある。
According to this manufacturing process, the charging layer 18 is symmetrically formed not only on the drain side but also on the source side. The source side charging layer is omitted in FIG. 1 because it is essentially useless on the source side where a high electric field is not applied. However, providing a charging layer on both sides in this way has the advantage that it is effective regardless of which is used as the source or drain in the integrated circuit.

この参考例のMOSトランジスタでは、ドレイン側のn
型層15上に設けた正電荷帯電層18により、ホット
・エレクトロン効果による相互コンダクタンスの低下が
抑制され、微細化した場合の信頼性向上が図られる。
In the MOS transistor of this reference example, n on the drain side
The positively charged layer 18 provided on the type layer 15 suppresses a decrease in mutual conductance due to the hot electron effect, and improves reliability in the case of miniaturization.

第3図は本発明の一実施例のLDD構造MOSトランジ
スタである。基本的な構造は第1図のものと同じであ
り、従って第1図と対応する部分には第1図と同じ符号
を付してある。第1図のものと異なる点は、第1図では
帯電層18がn型層表面に接して形成されているのに
対して、この実施例では薄い絶縁膜20を介して帯電層
18が形成されていることである。
FIG. 3 shows an LDD structure MOS transistor according to an embodiment of the present invention. The basic structure is the same as that of FIG. 1, and therefore the parts corresponding to those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 differs from that of FIG. 1 in that the charging layer 18 is formed in contact with the surface of the n + -type layer in FIG. 1, whereas in this embodiment the charging layer 18 is formed via a thin insulating film 20. Is being formed.

第4図(a)〜(e)はこのMOSトランジスタの製造
工程例である。この製造工程も基本的に先の参考例の第
2図(a)〜(e)と同じであり、従って第2図(a)
〜(e)と対応する部分にはこれと同じ符号を付して詳
細な説明は省略する。先の製造工程と異なる点は、第4
図(b)において帯電層18を形成する前に薄い絶縁膜
として予め熱酸化等によるシリコン酸化膜20を形成し
ていることである。
4A to 4E show an example of the manufacturing process of this MOS transistor. This manufacturing process is also basically the same as FIG. 2 (a) to (e) of the above-mentioned reference example, and therefore FIG.
Parts corresponding to (e) are assigned the same reference numerals and detailed explanations thereof are omitted. The difference from the previous manufacturing process is the fourth
In FIG. 6B, the silicon oxide film 20 is previously formed as a thin insulating film by thermal oxidation or the like before forming the charging layer 18.

この実施例によっても、帯電層18による静電気力が絶
縁膜20を介してドレイン側のn型層15を流れる電
流を表面に引き寄せる働きをし、従って先の参考例と同
様の効果が得られる。
Also in this embodiment, the electrostatic force due to the charging layer 18 works to attract the current flowing through the n -type layer 15 on the drain side to the surface through the insulating film 20, and therefore the same effect as the above-mentioned reference example can be obtained. .

本発明は上記した実施例に限られない。例えば帯電層と
してCVDによるシリコン窒化膜の他、同様に堆積時に
正帯電する他の材料を用いることができる。またpチャ
ネルのMOSトランジスタの場合には帯電層として負荷
電するものを用いればよい。帯電層として、膜形成後、
イオンビームや電子ビームなどにより強制帯電させたも
のを用いることもできる。また第3図の実施例の構造の
場合、帯電層として多結晶シリコン膜等の導電膜に帯電
させたものを用いてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, other than the silicon nitride film formed by CVD as the charging layer, another material that is similarly positively charged at the time of deposition can be used. In the case of a p-channel MOS transistor, a charging layer may be used as a charging layer. After forming the film as the charging layer,
It is also possible to use one that is forcibly charged by an ion beam or an electron beam. In the case of the structure of the embodiment shown in FIG. 3, a conductive layer such as a polycrystalline silicon film may be used as the charging layer.

また実施例ではLDD構造の場合を説明したが、ドレイ
ン近傍に低不純物濃度層を有する他の構造例えばGDD
(Graded and Diffused Drain)構造のMOSトランジ
スタ等にも同様に本発明を適用することができる。更に
実施例ではドレイン,ソース近傍の低不純物濃度層を浅
く形成しているが、これを高不純物濃度層より深くした
場合にも本発明は有効である。
In addition, although the case of the LDD structure has been described in the embodiment, another structure having a low impurity concentration layer near the drain, for example, GDD.
The present invention can be similarly applied to a MOS transistor having a (Graded and Diffused Drain) structure. Further, in the embodiment, the low impurity concentration layer near the drain and the source is formed shallow, but the present invention is also effective when it is deeper than the high impurity concentration layer.

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

第1図は本発明の一参考例のMOSトランジスタを示す
図、第2図(a)〜(e)はその製造工程例を示す図、
第3図は一実施例のMOSトランジスタを示す図、第4
図(a)〜(e)はその製造工程例を示す図である。 11……p型Si基板、12……ゲート絶縁膜、13…
…ゲート電極、14,15……n型層(低不純物濃度
層)、16,17……n型層(高不術物濃度層)、1
8……正電荷帯電層(CVDシリコン窒化膜)、19,
20……シリコン酸化膜。
FIG. 1 is a diagram showing a MOS transistor according to a reference example of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (e) are diagrams showing an example of the manufacturing process thereof.
FIG. 3 is a diagram showing a MOS transistor of one embodiment, FIG.
Drawing (a)-(e) is a figure showing the example of the manufacturing process. 11 ... p-type Si substrate, 12 ... gate insulating film, 13 ...
... Gate electrode, 14, 15 ... n - type layer (low impurity concentration layer), 16,17 ... n + -type layer (high non-native object concentration layer), 1
8 ... Positively charged layer (CVD silicon nitride film), 19,
20 ... Silicon oxide film.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ドレイン領域のゲート電極近傍に低不純物
濃度層を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタにお
いて、 前記低不純物濃度層上にドレイン領域の多数キャリアと
逆極性の電荷を保持した帯電層を設け、 この帯電層を前記ゲート電極および前記低不純物濃度層
とから分離する第1の絶縁膜を設け、 前記ゲート電極の側壁部に、前記帯電層を覆うべく第2
の絶縁膜を設け、前記第1の絶縁膜、前記帯電層および
前記第2の絶縁膜により、ゲート側壁絶縁膜が構成され
ていることを特徴とする絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタ。
1. An insulated gate field effect transistor having a low impurity concentration layer near a gate electrode in a drain region, wherein a charging layer holding a charge having a polarity opposite to that of majority carriers in the drain region is provided on the low impurity concentration layer. A first insulating film is provided to separate the charging layer from the gate electrode and the low impurity concentration layer, and a second insulating film is formed on a side wall of the gate electrode to cover the charging layer.
2. An insulated gate field effect transistor, characterized in that a gate side wall insulating film is constituted by the first insulating film, the charging layer and the second insulating film.
【請求項2】前記帯電層はCVD法により堆積されたシ
リコン窒化膜である特許請求の範囲第1項記載の絶縁ゲ
ート型電界効果トランジスタ。
2. The insulated gate field effect transistor according to claim 1, wherein the charging layer is a silicon nitride film deposited by a CVD method.
JP60097305A 1985-05-08 1985-05-08 Insulated gate type field effect transistor Expired - Lifetime JPH0652738B2 (en)

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JPS61256670A JPS61256670A (en) 1986-11-14
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