JPH0714065B2 - Mos型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Mos型半導体装置及びその製造方法

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JPH0714065B2 JP2068636A JP6863690A JPH0714065B2 JP H0714065 B2 JPH0714065 B2 JP H0714065B2 JP 2068636 A JP2068636 A JP 2068636A JP 6863690 A JP6863690 A JP 6863690A JP H0714065 B2 JPH0714065 B2 JP H0714065B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は特にLDD(lightly doped drain)構造のMOS
FET(MOS型電界効果トランジスタ)に関する。
(従来の技術) LDD(lightly doped drain)構造は、Nチャネル型MOS
FETにおいて、ホットキャリヤによる特性変動を防止す
るための手段として用いられていることは周知である。
第5図は従来のLDD構造のNチャネル型MOS FETの構成を
示す断面図である。P型のシリコン基板51上に、例えは
150Åのゲート酸化膜52を介してゲート電極53が形成さ
れている。基板上にはこのゲート電極53を隔ててソー
ス,ドレイン領域が形成されている。これらソース,ド
レイン領域は、上記基板51表面にゲート電極53をマスク
としてイオン注入された低濃度のN型の不純物からなる
N-型領域54、及びゲート電極53とその側壁に残存させた
酸化膜55をマスクとしてイオン注入された高濃度のN型
の不純物からなるN+型領域56により構成されている。
このようなLDD構造では、S.Ogura et al.,IEEE Trans.E
lectron Devices,“Dsign and characteristics of the
lightly doped drainsource (LDD) insulated gate
fieldeffect transistor"ED-27,P.1359(1980)に記載
されているように、高い電圧をドレイン側に加えても、
ドレイン側のN-型領域54のため、ドレイン空乏層のピー
ク電界強度が緩和される。従って、ドレイン近傍でのホ
ットキャリヤのインパクトイオン化が抑制され、新たな
キャリヤの発生が減少するので、高電圧が印加されても
高信頼性が達成される。
しかも、H.Ishiuchi et al.,IEEE Trans.Electron Devi
ces,“Measurement of intrinsic capacitance of ligh
tly doped drain (LDD) MOS FET'S"ED−32,p.2238(1
985)に記載されているように、ゲート電極53の側壁に
残された酸化膜55がソース,ドレイン間を離す効果があ
るためにゲート寄生容量を低く抑えることができる。
しかしながら、通常構造のソース,ドレイン領域と比べ
て、上記N-型領域54は不純物濃度が低いため、常にこの
N-型領域54中の空乏層の広がりが大きい。これにより、
寄生ドレイン抵抗が生じ、初期特性からドレイン電流ID
は通常構造のものに比べて低下し、駆動能力が劣化する
という欠点がある。
(発明が解決しようとする課題) このように従来では、LDD構造のMOS FETは寄生ドレイン
抵抗が入り、通常構造のものに比べて駆動能力が劣化す
るという欠点がある。
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的は、高駆動能力かつ高信頼のMOS型半導
体装置及びその製造方法を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明のMOS型半導体装置は、半導体基板上に被覆さ
れた第1の絶縁膜と、前期第1の絶縁膜上に選択的に形
成されたゲート電極と、前期ゲート電極を隔てて形成さ
れたゲート電極側面下周辺の基板表面における比較的濃
度の不純物拡散領域とゲート電極外側の基板表面におけ
る比較的高濃度の不純物拡散領域とから構成される二重
拡散構造のソース,ドレイン領域と、前記ゲート電極の
側壁として前記低濃度の不純物拡散領域上に形成された
第1の誘電率を有する第1の物質と、前記ゲート電極の
側壁として前記第1の物質を覆うように前記低濃度の不
純物拡散領域と高濃度の不純物領域との境界とその周辺
上に形成された前記第1の誘電率よりも低い第2の誘電
率を有する第2の物質とを具備したことを特徴とする。
この発明のMOS型半導体装置の製造方法は、第1導電型
の半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記
第1の絶縁膜上に選択的に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比較的低濃度の第2
導電型の不純物を導入し低濃度拡散領域を形成する工程
と、前面に前記第1の絶縁膜より誘電率が大きい第2の
絶縁膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記
第2の絶縁膜を前記ゲート電極側壁として残存させる工
程と、前面に前記第2の絶縁膜より誘電率が小さい第3
の絶縁膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前
記第3の絶縁膜を前記ゲート電極側壁として前記第2の
絶縁膜上を覆うように残存させる工程と、前記ゲート電
極及び第2、第3の絶縁膜をマスクとして比較的高濃度
の第2導電型の不純物を導入し前記第2の絶縁膜下の低
濃度拡散領域にオーバラップしないように高濃度拡散領
域を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
(作用) N-領域上のゲート電極側壁はゲート酸化膜より誘電率の
大きい第2の絶縁膜で形成する。また、N+領域とN-領域
とがオーバラップする領域上のゲート電極側壁は第2の
絶縁膜より誘電率の小さい第3の絶縁膜で形成する。こ
れら2層のゲート電極側壁により、ゲート・フリンジン
グ電界によるドレイン電界が緩和され、かつLDD層中の
寄生ドレイン抵抗を迎える。しかも、N+領域上は誘電率
の小さい第3の絶縁膜であるため、ゲート寄生容量を低
く抑えることができる。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明す
る。
第1図(a)及び(b)は、この発明の一実施例方法に
係るLDD構造のNチャネルMOS FETの製造工程を順次示す
断面図である。
P型のシリコン基板1を熱酸化して、この基板1上に10
0Åのゲート酸化膜2を形成する。次に、酸化膜2上にC
VD法(chemical vapor deposition)等によりポリシリ
コンを堆積し、パターニングしてゲート電極3を形成す
る。次に、このゲート電極3をマスクに、リンを例え
ば、ドーズ量5×1013cm-2でイオン注入して、低濃度の
N型の不純物が導入されてなるN-型領域4を形成する
(第1図(a))。
次に、上記ゲート酸化膜4より誘電率が大きな絶縁膜、
例えば、Ta2O5膜5を500Å程度、減圧CVD法等により形
成する。その後、RIE法(reactive ion etching)でエ
ッチングすることにより、ゲート電極3の側壁にTa2O5
膜5が残存させる。続いて、上記Ta2O5膜5より誘電率
が小さい絶縁膜、例えば、CVD法によるSiO2膜6を1000
Å程度堆積する。再びRIE法でエッチングすることによ
り、ゲート電極3の側壁にTa2O5膜5とSiO2膜6の2種
類の誘電体層が形成される。
その後、ヒ素をドーズ量5×1015cm-2でイオン注入し
て、高濃度のN型の不純物が導入されてなるN+型領域7
を形成する。この場合、N+型領域7の横方向の拡散広が
りが、高い誘電率を有するTa2O5膜5下にまでかからな
いようにする。(第1図(b))。
上記実施例によれば、ゲート電極3の側壁のうち内側の
側壁は高い誘電率を有した絶縁膜(Ta2O5膜5)を用い
ているので、ゲート電極3の側面での電界が非常に強く
なる。なお、N-型領域4を形成した後、熱酸化して基板
1上にさらに酸化膜を形成してからゲート側壁構造を形
成してもよい。
第2図はホットキャリヤの発生が最も多くなるVg=1/2V
d=3V(Vg:ゲート電圧、Vd:ドレイン電圧)のバイアス
条件において、LDD構造のゲート電極の側壁の比誘電率
εを1〜30まで増大させたときの基板の横方向(X)の
電界の強さを示す特性曲線である。ゲート側面下を基準
点(0.0)として表している。比誘電率εが大きくなる
ほどシリコン基板表面の最大電界が減少し、かつ高電界
領域の幅(矢印A)が小さくなっている。
すなわち、ゲート電極側壁の比誘電率εが大きくなるほ
どホットキャリヤの生成が減少し、ドレイン電界が緩和
される。
しかも、シリコン基板1の表面上のゲート酸化膜2は誘
電率の大きい側壁を直接基板に接触させる構成よりも必
然的にエネルギギャップを大きくし、また、ホットキャ
リアの平均自由行程よりも厚く形成されているため、ゲ
ート電極側壁へのホットキャリヤの注入確率が抑えられ
る。
一方、第3図のVg=Vd=3Vのバイアス条件における基板
の横方向(X)の電子密度の特性曲線によれば、上述し
たようにゲート電極3の側壁の比誘電率εを1〜30と増
大させることによって、ゲート電極3の側面での電界が
強くなる。これに伴い、N-領域4の基板表面での電界が
強まり、N-領域4での電子濃度が増大する。
すなわち、N-領域での電子濃度がεの増大と共に増加
し、N-領域での空乏層が小さくなる。従って、LDD構造
特N-領域有のN-領域での寄生抵抗が減少する。
しかも、N+層上は低い誘電率の絶縁膜(SiO2膜6)のた
め、第4図(符号は第1図に準ずる)に示すようなゲー
ト・フリンジング電界によって生じる寄生容量C1,C2
存在するが、ゲート側面とN+領域7との寄生容量C2を迎
えることもできるという利点がある。従って、LDD構造
のMOSトランジスタの高性能化に寄与する。
[発明の効果] 以上詳述しよたようにこの発明によれば、N-領域上の高
誘電率のゲート電極側壁、N-領域上の低誘電率のゲート
電極側壁と、誘電率の異なる2層構造のゲート電極側壁
により、ゲート・フリンジング電界によるドレイン電界
の緩和、かつLDD層中の寄生ドレイン抵抗の抑制が達成
される。しかも、N+領域上のゲート電極側壁は誘電率が
小さくされているのでゲート寄生容量を低く抑えること
ができる。この結果、高駆動能力かつ高信頼のMOS型半
導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)はそれぞれこの発明の一実施例方
法によるLDD構造のMOS FETの製造工程を順次示す断面
図、第2図は基板の横方向の広がりに対する電界の強さ
を示す特性曲線図、第3図は基板の横方向の広がりに対
する電子密度の特性曲線図、第4図は第1図(b)の一
部の断面図、第5図は従来のLDD構造のMOS FETの構成を
示す断面図である。 1……P型シリコン基板、2……ゲート酸化膜、3……
ゲート電極、4……N-型領域、5……Ta2O5膜、6……S
iO2膜、7……N+型領域。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に被覆された第1の絶縁膜
    と、 前記第1の絶縁膜上に選択的に形成されたゲート電極
    と、 前記ゲート電極を隔てて形成されたゲート電極側面下周
    辺の基板表面における比較的低濃度の不純物拡散領域と
    ゲート電極外側の基板表面における比較的高濃度の不純
    物拡散領域とから構成される二重拡散構造のソース,ド
    レイン領域と、 前記ゲート電極の側壁として前記低濃度の不純物拡散領
    域上に形成された前記第1の絶縁膜の誘電率よりも大き
    い第1の誘電率を有する第1の物質と、 前記ゲート電極の側壁として前記第1の物質を覆うよう
    に前記低濃度の不純物拡散領域と高濃度の不純物領域と
    の境界とその周辺上に形成された前記第1の誘電率より
    も小さい第2の誘電率を有する第2の物質と を具備したことを特徴とするMOS型半導体装置。
  2. 【請求項2】前記第1及び第2の物質が絶縁物であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のMOS型半導体装置。
  3. 【請求項3】前記第2の物質がSiO2であり、第1の物質
    がSiO2の誘電率よりも大きな誘電率を有する物質である
    ことを特徴とする請求項1記載のMOS型半導体装置。
  4. 【請求項4】前記第1の物質がSi3N4もしくはTa2O5であ
    り、 前記第2の物質がSiO2であることを特徴とする請求項1
    記載のMOS型半導体装置。
  5. 【請求項5】前記第1の絶縁膜は少なくとも前記第1の
    物質と半導体基板との間に延在し、この第1の物質より
    バンドギャップが大きいことを特徴とする請求項1記載
    のMOS型半導体装置。
  6. 【請求項6】前記第1の絶縁膜がSiO2であり、少なくと
    も前記第1の物質と半導体基板との間に延在した部分の
    膜厚がホットキャリヤの平均自由行程よりも厚く形成さ
    れていることを特徴とする請求項5記載のMOS型半導体
    装置。
  7. 【請求項7】第1導電型の半導体基板上に第1の絶縁膜
    を形成する工程と、 前記第1の絶縁膜上に選択的に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比較的低濃度の第2導電
    型の不純物を導入し低濃度拡散領域を形成する工程と、 全面に前記第1の絶縁膜より誘電率が大きい第2の絶縁
    膜を堆積する工程と、 異方性エッチングにより前記第2の絶縁膜を前記ゲート
    電極側壁として残存させる工程と、 全面に前記第2の絶縁膜より誘電率が小さい第3の絶縁
    膜を堆積する工程と、異方性エッチングにより前記第3
    の絶縁膜を前記ゲート電極側壁として前記第2の絶縁膜
    上を覆うように残存させる工程と、 前記ゲート電極及び第2、第3の絶縁膜をマスクとして
    比較的高濃度の第2導電型の不純物を導入し前記第2の
    絶縁膜下の低濃度拡散領域にオーバラップしないように
    高濃度拡散領域を形成する工程と を具備したことを特徴とするMOS型半導体装置の製造方
    法。
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