JPH07147399A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH07147399A
JPH07147399A JP31581093A JP31581093A JPH07147399A JP H07147399 A JPH07147399 A JP H07147399A JP 31581093 A JP31581093 A JP 31581093A JP 31581093 A JP31581093 A JP 31581093A JP H07147399 A JPH07147399 A JP H07147399A
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Japan
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region
width
depletion layer
junction
substrate
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Masanori Funaki
正紀 舟木
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Victor Company of Japan Ltd
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Abstract

PURPOSE:To fully reduce capacity by setting the width in depth direction of a first region to be smaller than the total of the width of depletion layer according to gate voltage and the width of depletion layer formed inside the first region and then setting a second width in depth direction to be smaller than the total of the width of depletion layer inside the second region and the width of second and fourth depletion layers. CONSTITUTION:The width in depth direction of a region 1 is made smaller than the total of the width of depletion layer according to the gate voltage of a gate electrode 15 and the width of depletion layer formed in side the region I by pn junction of regions I and II. On the other hand, the width in depth direction of the region II is made smaller than the total of the width of depletion layer formed inside the region II by the pn junction of the regions I and II and the width of depletion layer according to the pn junction of regions II and IV, thus fully reducing capacity and achieving a low threshold voltage and a low leak current.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
にMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Ef
fect Transistor )に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Ef).
fect Transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】MOSFETは、微細化するにしたがっ
て電源電圧が下がる傾向にあり、それに伴ってしきい値
電圧も下げる必要がある。ところが、パンチスルー現象
を防止するために基板の不純物濃度を上げると、しきい
値電圧も上がってしまうので、基板と逆の導電型の不純
物を基板の表面に導入して、見掛上のしきい値電圧を下
げるようにしていた。しかしながらこの場合、見掛上の
しきい値電圧は下がるが、ゲート電圧が0Vの時のドレ
イン電流(リーク電流)値は増大してしまうという課題
があった。
2. Description of the Related Art In a MOSFET, the power supply voltage tends to decrease as it is miniaturized, and it is necessary to lower the threshold voltage accordingly. However, if the impurity concentration of the substrate is increased to prevent the punch-through phenomenon, the threshold voltage also rises.Therefore, an impurity of the conductivity type opposite to that of the substrate is introduced to the surface of the substrate to make it apparent. I tried to lower the threshold voltage. However, in this case, although the apparent threshold voltage is lowered, there is a problem that the drain current (leakage current) value is increased when the gate voltage is 0V.

【0003】そこで本発明者は、特願平5−20886
7号出願にて、ウェルの導電型とは反対の導電型を有す
る領域をゲートの下に埋め込むことにより、しきい値電
圧以下の領域でドレイン電流値を一桁下げるのに必要な
ゲート電圧を示すS係数を下げた半導体装置及びその製
造方法を提案した。この半導体装置を図11に示し、簡
単に説明する。
Therefore, the inventor of the present invention filed Japanese Patent Application No. 5-20886.
In application No. 7, by embedding a region having a conductivity type opposite to that of the well under the gate, the gate voltage required to reduce the drain current value by one digit in the region below the threshold voltage is obtained. A semiconductor device having a lower S coefficient and a method for manufacturing the same have been proposed. This semiconductor device is shown in FIG. 11 and briefly described.

【0004】このMOSFETは、ゲート電極5下に基
板1と同じ導電型を有する領域Iがあり、その下には、
基板1と反対の導電型を有する領域IIがある。また、こ
の領域IIとソース領域2との間及び領域IIとドレイン領
域3との間には、それぞれ基板1と同じ導電型を有する
領域III がある。なお、基板1を領域IVとする。したが
って、基板1をp型とすると、領域I、III 、IVはp型
となり、領域II、ソース領域2、ドレイン領域3はn型
となる。また、基板1がn型の場合には、それぞれ逆の
導電型となる。
This MOSFET has a region I having the same conductivity type as that of the substrate 1 under the gate electrode 5, and below the region I.
There is a region II which has the opposite conductivity type to the substrate 1. Further, between the region II and the source region 2 and between the region II and the drain region 3, there are regions III having the same conductivity type as that of the substrate 1. It should be noted that the substrate 1 is referred to as a region IV. Therefore, when the substrate 1 is p-type, the regions I, III and IV are p-type, and the region II, the source region 2 and the drain region 3 are n-type. When the substrate 1 is n-type, the conductivity types are opposite to each other.

【0005】そして、領域Iの深さ方向幅W1は、ゲー
ト電圧による空乏層幅Wgと領域IIの接合による空乏層
幅Wj1の合計よりも小さくしているが(W1<Wg+W
j1)、領域IIの深さ方向幅W2は任意としている。この
ことにより、領域Iは動作時に反転状態となり、キャリ
アの伝導を担当するチャネル領域となり、領域Iの不純
物濃度によって、このMOSFETのしきい値電圧が制
御される。また、領域IIは、領域Iとpn接合している
ので、領域Iをこの接合により空乏化させる。したがっ
て、領域IIは、ゲート電極5に電圧をかけたときの領域
Iの空乏化を助け、ゲート電極5から見た見掛上の容量
を低減させている。また、同時にしきい値電圧を低減し
ている。
The width W1 in the depth direction of the region I is smaller than the sum of the width Wg of the depletion layer due to the gate voltage and the width Wj1 of the depletion layer due to the junction of the region II (W1 <Wg + W).
j1), the width W2 in the depth direction of the region II is arbitrary. As a result, the region I becomes an inversion state during operation and becomes a channel region in charge of carrier conduction, and the threshold voltage of this MOSFET is controlled by the impurity concentration of the region I. Since the region II has a pn junction with the region I, the region I is depleted by this junction. Therefore, the region II helps depletion of the region I when a voltage is applied to the gate electrode 5, and reduces the apparent capacitance seen from the gate electrode 5. At the same time, the threshold voltage is reduced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記した特願平5−2
08867号出願では、領域IIの濃度と深さ方向の幅を
任意の値で良いとしていたが、領域IIの濃度を十分に濃
くして、深さ方向の幅を十分に広く採ると、領域IIが空
乏化しなくなり、領域Iにおけるチャネルの空乏層がこ
の領域IIで止まってしまい、ゲート電極の電界がこれ以
上広がらず、容量が十分に低下しないという課題があっ
た。そこで本発明は、領域IIを完全に空乏化する条件下
で製造することにより、空乏層が基板(領域IV)まで広
がって、容量を十分に低減させることのできる半導体装
置を提供することを目的とする。
[Patent Document 1] Japanese Patent Application No. 5-2
In the 08867 application, the concentration of the region II and the width in the depth direction may be set to arbitrary values, but if the concentration of the region II is sufficiently high and the width in the depth direction is sufficiently wide, the region II Is no longer depleted, the channel depletion layer in the region I stops in this region II, the electric field of the gate electrode does not spread further, and there is a problem that the capacitance does not sufficiently decrease. Therefore, the present invention aims to provide a semiconductor device in which the depletion layer extends to the substrate (region IV) and the capacitance can be sufficiently reduced by manufacturing the region II under the condition of being completely depleted. And

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、第1の導電型を有する半導体基板上に薄
いゲート絶縁膜を挟んで形成されたゲート電極と、この
ゲート絶縁膜の下方でこのゲート電極の両側に設けられ
た第2の導電型を有するソース領域及びドレイン領域
と、を備えた半導体装置において、前記ゲート絶縁膜の
下方で前記ゲート絶縁膜と前記ソース領域及び前記ドレ
イン領域に接しないようにして前記基板内に形成された
第2の導電型を有する第2の領域と、第1の導電型を有
して前記ゲート絶縁膜とこの第2の領域との間に形成さ
れる第1の領域と、第1の導電型を有して前記第2の領
域と前記ソース領域及び前記ドレイン領域との間にそれ
ぞれ形成され、前記ソース領域による空乏層幅と、前記
第2の領域とのpn接合による空乏層の幅とを合計した
幅よりも大きい幅の第3の領域とを有し、前記第1の領
域の幅が前記ゲート電極に電圧をかけた時に形成される
空乏層の幅と前記第2の領域とのpn接合により前記第
1の領域内に形成される空乏層の幅との合計よりも小さ
く、かつ、前記第2の領域の幅が前記第1の領域とのp
n接合により前記第2の領域内に形成される空乏層の幅
と第4の領域となる前記基板とのpn接合による空乏層
の幅との合計よりも小さいことを特徴とする半導体装置
を提供しようとするものである。
As means for achieving the above object, a gate electrode formed on a semiconductor substrate having a first conductivity type with a thin gate insulating film sandwiched between the gate electrode and a gate electrode below the gate insulating film. And a source region and a drain region having a second conductivity type provided on both sides of the gate electrode, the gate insulating film, the source region, and the drain region below the gate insulating film. Between the gate insulating film and the second region having the first conductivity type and the second region having the second conductivity type formed in the substrate so as not to come into contact with the second region. A first region having a first conductivity type and formed between the second region and the source region and the drain region, respectively, and a depletion layer width due to the source region; Pn with the area A width of a depletion layer formed when a voltage is applied to the gate electrode, It is smaller than the sum of the width of the depletion layer formed in the first region by the pn junction with the second region, and the width of the second region is p with the first region.
Provided is a semiconductor device characterized by being smaller than the sum of the width of a depletion layer formed in the second region by an n-junction and the width of a depletion layer formed by a pn junction in the fourth region with the substrate. Is what you are trying to do.

【0008】[0008]

【作用】本発明者は、種々実験を行った結果、領域IIを
形成する際に導入する不純物の注入量を可変することに
より、領域IIが完全に空乏化する場合と、そうでない場
合があることが判った。したがって、不純物の注入量を
適当な値にとって、領域IIが完全に空乏化するようにす
れば、S係数が下がり、半導体装置の容量を十分に低減
させることができる。以下、このことについて実施例中
で詳細に説明する。
As a result of conducting various experiments, the present inventor may or may not completely deplete the region II by varying the implantation amount of impurities introduced when forming the region II. I knew that. Therefore, if the region II is completely depleted with the impurity implantation amount set to an appropriate value, the S coefficient is lowered and the capacitance of the semiconductor device can be sufficiently reduced. Hereinafter, this will be described in detail in Examples.

【0009】[0009]

【実施例】本発明の半導体装置の一実施例を説明するた
めに、以下に示すような条件で図1に示すようなMOS
FETを製造して実験を行った。図1に構成を示すMO
SFETは、LDD構造を有するMOSFETであり、
その特性は、先に出願した整理番号405001060
号「半導体装置」(平成5年11月9日出願)に詳しく
記載されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to explain one embodiment of a semiconductor device of the present invention, a MOS as shown in FIG. 1 under the following conditions.
An FET was manufactured and an experiment was conducted. MO whose configuration is shown in FIG.
SFET is a MOSFET having an LDD structure,
Its characteristics are the reference number 405001060 filed earlier.
No. “Semiconductor device” (filed on November 9, 1993).

【0010】このMOSFETの構成を簡単に説明する
と、ゲート電極15の両側には、非導電性のサイドスペ
ーサ16があり、ゲート酸化膜14を介したゲート電極
15下に基板11と同じ導電型を有する領域Iがある。
そして、その下には、基板11と反対の導電型を有する
領域IIがある。また、この領域IIとソース領域12との
間及び領域IIとドレイン領域13との間には、それぞれ
基板11と同じ導電型を有する領域III がある。さら
に、領域Iとソース領域12との間及び領域Iとドレイ
ン領域13との間には、LDD領域17が形成されてい
る。なお、基板11を領域IVとする。したがって、基板
11をp型とすると、領域I、III 、IVはp型となり、
領域II、ソース領域12、ドレイン領域13、LDD領
域17はn型となる。また、基板11がn型の場合に
は、それぞれ逆の導電型となる。
To briefly describe the structure of this MOSFET, there are non-conductive side spacers 16 on both sides of the gate electrode 15, and the same conductivity type as that of the substrate 11 is provided under the gate electrode 15 via the gate oxide film 14. There is a region I that has.
Then, below that, there is a region II having a conductivity type opposite to that of the substrate 11. Further, between the region II and the source region 12 and between the region II and the drain region 13, there are regions III having the same conductivity type as the substrate 11, respectively. Further, the LDD region 17 is formed between the region I and the source region 12 and between the region I and the drain region 13. It should be noted that the substrate 11 is defined as a region IV. Therefore, if the substrate 11 is p-type, the regions I, III and IV are p-type,
The region II, the source region 12, the drain region 13, and the LDD region 17 are n-type. When the substrate 11 is n-type, the conductivity types are opposite to each other.

【0011】このMOSFETの製造方法を図2(A)
〜(F)と共に説明する。まず、同図(A)に示すよう
に、領域IVである不純物濃度1.5×1016cm-3のp型
基板11の表面に厚さ500A(オングストローム)の
ゲート酸化膜14aを形成し、このゲート酸化膜14a
を通して基板11にB(ボロン)を注入電圧25KeV 、
注入量4×1012cm-2で注入した後、P(リン)を12
0KeV の注入電圧で、適当な注入量で注入すると、ゲー
ト酸化膜14aの下に、領域IとなるBの注入された層
18が形成され、さらにその下に、領域IIとなるPの注
入された層19が形成される。なお、この不純物の熱処
理は、後述するソース領域12及びドレイン領域13の
活性化のための熱処理と同時に行って、領域I,IIを形
成する。
A method of manufacturing this MOSFET is shown in FIG.
(F) will be described together. First, as shown in FIG. 3A, a gate oxide film 14a having a thickness of 500 A (angstrom) is formed on the surface of the p-type substrate 11 having an impurity concentration of 1.5 × 10 16 cm -3 which is the region IV. This gate oxide film 14a
Injecting B (boron) into the substrate 11 through the voltage of 25 KeV,
After injecting with an injection amount of 4 × 10 12 cm -2 , P (phosphorus) is added to 12
When an appropriate amount of implantation is performed with an implantation voltage of 0 KeV, a B-implanted layer 18 which will be a region I is formed below the gate oxide film 14a, and a P-region which is a region II is further implanted below the layer 18. Layer 19 is formed. The heat treatment of the impurities is performed at the same time as the heat treatment for activating the source region 12 and the drain region 13 described later to form regions I and II.

【0012】そして、同図(B)に示すように、B,P
の注入後、ゲート酸化膜14aを除去してからゲート酸
化膜14をつけ直し、ポリシリコン薄膜を成膜してか
ら、これをエッチングして、0.4μmのゲート電極1
5を形成する。さらに、同図(C)に示すように、ゲー
ト電極15をマスクとして、領域IIの形成された深さ位
置にBを注入電圧40KeV 、注入量5×1012cm-2で注
入し、領域III を形成する。その後、同図(D)に示す
ように、ゲート電極15をマスクとして、注入電圧25
KeV 、注入量4×1013cm-2でAsを注入して、Bの注
入された層18の表面側にLDD領域17となるn-
20を形成する。
Then, as shown in FIG.
After the implantation, the gate oxide film 14a is removed, the gate oxide film 14 is attached again, a polysilicon thin film is formed, and then this is etched to form a gate electrode 1 having a thickness of 0.4 μm.
5 is formed. Further, as shown in FIG. 3C, B is implanted into the depth position where the region II is formed at a implantation voltage of 40 KeV and a dose of 5 × 10 12 cm -2 using the gate electrode 15 as a mask to form a region III. To form. Then, as shown in FIG. 3D, the implantation voltage 25 is used with the gate electrode 15 as a mask.
An n layer 20 to be the LDD region 17 is formed on the surface side of the B-implanted layer 18 by implanting As with KeV and an implantation dose of 4 × 10 13 cm −2 .

【0013】そして、同図(E)に示すように、サイド
スペーサ16を形成する。このサイドスペーサ16は、
SiO2 膜を全面に成膜してRIE法などの異方性エッ
チングを行うことにより、形成することができる。この
状態で、同図(F)に示すように、ゲート電極15及び
サイドスペーサ16をマスクとして、注入電圧50KeV
、注入量1×1015cm-2でAsを注入して、n- 層2
0及びBの注入された層18のサイドスペーサ16の下
側よりも外側にソース領域12とドレイン領域13とを
形成する。最後に、900℃で40分間の熱処理を行う
ことにより、図1に示すようなMOSFETを製造する
ことができる。
Then, as shown in FIG. 3E, the side spacer 16 is formed. This side spacer 16 is
It can be formed by forming a SiO 2 film on the entire surface and performing anisotropic etching such as RIE. In this state, as shown in FIG. 6F, the injection voltage is 50 KeV with the gate electrode 15 and the side spacer 16 as a mask.
, N layer 2 by implanting As with a dose of 1 × 10 15 cm −2
The source region 12 and the drain region 13 are formed outside the lower side spacer 16 of the layer 18 into which 0 and B are implanted. Finally, by performing heat treatment at 900 ° C. for 40 minutes, a MOSFET as shown in FIG. 1 can be manufactured.

【0014】このようにして製造したMOSFETの不
純物濃度を示した断面図を図3に示す。なお、紙面垂直
方向のゲート幅は30μmであり、領域IIとなる層19
を形成する際のリン(P)注入の不純物注入量を3.8
×1012cm-2としたときのものである。同図に示すよう
に、領域I、ソース領域12及びドレイン領域13は、
表面からの深さ0.1μmまでの間に形成されており、
領域II,III は、その下側の深さ0.2μmまでの間に
形成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing the impurity concentration of the MOSFET thus manufactured. The gate width in the direction perpendicular to the plane of the drawing is 30 μm, and the layer 19 to be the region II is
The impurity implantation amount of phosphorus (P) implantation for forming
It is when it is set to × 10 12 cm -2 . As shown in the figure, the region I, the source region 12 and the drain region 13 are
It is formed up to a depth of 0.1 μm from the surface,
Regions II and III are formed on the lower side up to a depth of 0.2 μm.

【0015】そして、チャネル部の深さ方向の不純物プ
ロファイルを示すと、図4に示すグラフのようになる。
このグラフの縦軸は不純物濃度を対数表示したものであ
り、横軸は深さを示している。同図及び図3から、深さ
0.1μmまでの間に形成されているピークは、領域I
のp型不純物の濃度を示しており、次の0.1〜0.2
μmの間のピークは、領域IIのn型不純物の濃度、それ
より深い部分は、基板11(領域IV)のp型不純物の濃
度を示していることが判り、それぞれの深さ位置で、そ
れぞれの領域が形成されていることを確認することがで
きる。
The impurity profile in the depth direction of the channel portion is shown in the graph of FIG.
The vertical axis of this graph is a logarithmic representation of the impurity concentration, and the horizontal axis is the depth. From FIG. 3 and FIG. 3, the peak formed up to the depth of 0.1 μm is the region I.
Shows the concentration of p-type impurities of
It can be seen that the peak between μm indicates the concentration of the n-type impurity in the region II, and the deeper portion indicates the concentration of the p-type impurity in the substrate 11 (region IV). It is possible to confirm that the area is formed.

【0016】また、ゲート電極15が0Vのときのポテ
ンシャル・プロファイルを図5に示す。同図の縦軸は電
圧であり、横軸は深さである。同図からは、表面から深
さ0.35μm前後まで電圧が変化している(空乏層と
なっている)ことが判り、このことから、n型の領域II
の部分でも空乏層が広がって、基板11(領域IV)にま
で達していることが判る。
FIG. 5 shows the potential profile when the gate electrode 15 is 0V. In the figure, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents depth. From the figure, it can be seen that the voltage changes from the surface to a depth of about 0.35 μm (becomes a depletion layer), which indicates that the n-type region II
It can be seen that the depletion layer spreads even in the area of, reaching the substrate 11 (region IV).

【0017】そして、ドレイン電圧が0.05Vのとき
のドレイン電流−ゲート電圧特性を図6に示し、このド
レイン電流を対数表示にしたものを図7に示す。図6よ
り、しきい値電圧は約0.4Vと小さな値となっている
ことが判り、図7のグラフの傾きから、S係数が約7
0.3mV/decであることが判る。この値は、通常のMO
SFETに比較して非常に小さく、しきい値電圧が低い
にもかかわらず、ゲート電極15が0Vのときのドレイ
ン電流であるリーク電流が約25.1pAであり、ゲー
ト幅1μm当たり1pA以下と非常に小さな値となって
いる。
FIG. 6 shows the drain current-gate voltage characteristic when the drain voltage is 0.05 V, and FIG. 7 shows the drain current in logarithmic display. It can be seen from FIG. 6 that the threshold voltage is a small value of about 0.4 V, and from the slope of the graph in FIG.
It can be seen that it is 0.3 mV / dec. This value is a normal MO
Despite being much smaller than the SFET and having a low threshold voltage, the leak current, which is the drain current when the gate electrode 15 is 0 V, is about 25.1 pA, which is extremely low at 1 pA or less per 1 μm gate width. Has a small value.

【0018】ところが、領域IIを形成する際のリンの不
純物注入量を5×1012cm-2にすると、図8に示すゲー
ト電極15が0Vのときのポテンシャル・プロファイル
から判るように、深さ0.1〜0.2μmの間で電圧が
安定しており、空乏層が基板11まで達していないこと
が判る。その結果、S係数を調べてみると約110mV/d
ecという非常に大きな値となっていた。
However, when the impurity implantation amount of phosphorus at the time of forming the region II is set to 5 × 10 12 cm -2 , as shown in the potential profile when the gate electrode 15 shown in FIG. It can be seen that the voltage is stable between 0.1 and 0.2 μm and the depletion layer does not reach the substrate 11. As a result, when examining the S coefficient, about 110 mV / d
It was a very large value of ec.

【0019】一方、領域IIを形成する際のリンの不純物
注入量を3×1012cm-2にすると、図9に示すゲート電
極15が0Vのときのポテンシャル・プロファイルから
判るように、深さ0.1〜0.3μmの間では電圧が変
化しているが、深さ0.05μm付近では電圧が安定し
ており、領域IIは空乏化しているが、領域Iは完全に空
乏化していないことが判る。この結果、特性が通常のM
OSFETと同じになって、S係数が約90mV/decと劣
化した値となっていた。
On the other hand, when the phosphorus impurity implantation amount when forming the region II is set to 3 × 10 12 cm -2 , as shown in the potential profile when the gate electrode 15 shown in FIG. Although the voltage changes between 0.1 and 0.3 μm, the voltage is stable near the depth of 0.05 μm, and the region II is depleted, but the region I is not completely depleted. I understand. As a result, the characteristics are normal M
It became the same as OSFET, and the S coefficient was a deteriorated value of about 90 mV / dec.

【0020】ここで、領域IIを形成する際のリンの注入
量を横軸にとり、S係数を縦軸にとると、図10に示す
ようになり、ある一定のリンの注入量のところでS係数
が低くなっているので、低しきい値電圧で低リーク電流
のMOSFETを得るのに、最適な注入量が存在してい
ることが判る。このMOSFETの場合は、(3.6〜
4.4)×1012cm-2の範囲である。また、この注入量
の範囲は、領域Iと領域IIとが完全に空乏化する量の範
囲であり、このとき、S係数が低い値となって、MOS
FETの容量が低減する。そして、領域Iと領域IIの深
さの合計は、空乏層の深さ(幅)よりも小さい値となっ
ている。
Here, when the abscissa represents the phosphorus injection amount and the S coefficient represents the vertical axis when forming the region II, the result is as shown in FIG. 10, and the S coefficient is obtained at a certain phosphorus injection amount. Therefore, it can be seen that there is an optimum implantation amount for obtaining a MOSFET having a low threshold voltage and a low leakage current. In the case of this MOSFET, (3.6-
4.4) It is in the range of 10 12 cm -2 . Further, the range of this implantation amount is the range of the amount in which the regions I and II are completely depleted. At this time, the S coefficient becomes a low value, and the MOS
The capacity of the FET is reduced. The total depth of the regions I and II is smaller than the depth (width) of the depletion layer.

【0021】したがって、図1及び図3に示した本発明
の半導体装置の一実施例であるMOSFETにおける各
領域の条件は、次のようになる。領域Iの深さ方向幅W
1は、ゲート電圧による空乏層幅Wgと領域I,IIのp
n接合により領域I内に形成される空乏層幅Wj1a との
合計よりも小さくする(W1<Wg+Wj1a )。領域II
の深さ方向幅W2は、領域I,IIのpn接合により領域
II内に形成される空乏層幅Wj1b と領域II,IVのpn接
合による空乏層幅Wj2との合計よりも小さくする(W2
<Wj1b +Wj2)。領域III の深さ方向幅W3は、領域
IIの深さ方向幅W2よりも大きくする(W3>W2)。
領域III の横方向幅W13は、領域IIのソース領域12に
よる空乏層幅Wdと領域IIとの接合による空乏層幅Wj3
の合計よりも大きくする(W13>Wd+Wj3)。さら
に、望ましい条件として、領域IVの基板濃度N4を他の
全ての領域I,II,III の濃度N1,N2,N3よりも
薄くする(N4<N1,N2,N3)。
Therefore, the conditions of each region in the MOSFET which is one embodiment of the semiconductor device of the present invention shown in FIGS. 1 and 3 are as follows. Depth direction width W of region I
1 is the depletion layer width Wg due to the gate voltage and p of the regions I and II.
The width is made smaller than the sum of the depletion layer width Wj1a formed in the region I by the n-junction (W1 <Wg + Wj1a). Area II
The width W2 in the depth direction is defined by the pn junction of the regions I and II.
It is made smaller than the sum of the depletion layer width Wj1b formed in II and the depletion layer width Wj2 due to the pn junction of the regions II and IV (W2
<Wj1b + Wj2). The width W3 in the depth direction of the region III is
It is made larger than the width W2 in the depth direction of II (W3> W2).
The lateral width W13 of the region III is the depletion layer width Wj3 due to the junction between the depletion layer width Wd of the source region 12 of the region II and the region II.
(W13> Wd + Wj3). Further, as a desirable condition, the substrate concentration N4 in the region IV is made thinner than the concentrations N1, N2, N3 in all the other regions I, II, III (N4 <N1, N2, N3).

【0022】そして、これらの条件により、次のように
なる。領域Iは、動作時に反転状態となり、キャリアの
伝導を担当するチャネル領域となる。そして、領域Iの
不純物濃度によって、このMOSFETのしきい値電圧
が制御される。領域IIは、領域I及び基板11(領域I
V)とそれぞれpn接合しているので、領域I、領域II
自身及び領域IVの表面近傍をこの接合により空乏化させ
ている。したがって、領域IIは、ゲート電極15に電圧
をかけたときの空乏化を助長して、ゲート電極15から
見た見掛上の容量を低減させている。また、同時にしき
い値電圧を低減している。
Then, depending on these conditions, the following is obtained. The region I becomes an inversion state during operation and becomes a channel region responsible for carrier conduction. The threshold voltage of this MOSFET is controlled by the impurity concentration in the region I. The area II includes the area I and the substrate 11 (area I
V) and pn junction respectively, so region I and region II
This junction and the vicinity of the surface of the region IV are depleted. Therefore, the region II promotes depletion when a voltage is applied to the gate electrode 15 and reduces the apparent capacitance seen from the gate electrode 15. At the same time, the threshold voltage is reduced.

【0023】領域III は、ソース領域12の空乏層が広
がって、領域IIとソース領域12が導通することを防止
する。さらに、領域III は、領域Iと領域IVとをつない
で領域Iの電位を安定させている。領域IVの不純物濃度
は、ソース領域12とドレイン領域13の容量を決定す
る。パンチスルーの防止は、領域III が行っているの
で、領域IVの不純物濃度はこのことを考慮せずに決める
ことができ、ソース領域12とドレイン領域13の容量
を減らすために低濃度にする。
The region III prevents the depletion layer of the source region 12 from spreading and the region II and the source region 12 from becoming conductive. Further, the region III connects the regions I and IV to stabilize the potential of the region I. The impurity concentration of the region IV determines the capacitance of the source region 12 and the drain region 13. Since the punch-through is prevented by the region III, the impurity concentration of the region IV can be determined without taking this into consideration, and the impurity concentration of the source region 12 and the drain region 13 is made low to reduce the capacitance.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の半導体装置は、第1の領域の幅
がゲート電極に電圧をかけた時に形成される空乏層の幅
と第2の領域とのpn接合により第1の領域内に形成さ
れる空乏層の幅との合計よりも小さく、かつ、第2の領
域の幅が第1の領域とのpn接合により第2の領域内に
形成される空乏層の幅と第4の領域となる基板とのpn
接合による空乏層の幅との合計よりも小さいので、空乏
層が基板にまで広がって、半導体装置の容量を十分に低
減することができる。その結果、低しきい値電圧で低リ
ーク電流となるという効果がある。
According to the semiconductor device of the present invention, the width of the first region is within the first region due to the pn junction between the width of the depletion layer formed when a voltage is applied to the gate electrode and the second region. It is smaller than the sum of the width of the depletion layer formed, and the width of the second region is the width of the depletion layer formed in the second region by the pn junction with the first region and the fourth region. Pn with the substrate
Since it is smaller than the sum of the width of the depletion layer due to the junction, the depletion layer spreads to the substrate, and the capacitance of the semiconductor device can be sufficiently reduced. As a result, there is an effect that a low threshold voltage results in a low leak current.

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

【図1】本発明の半導体装置の一実施例を示す構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図2】(A)〜(F)は半導体装置の製造方法の一例
を示す工程図である。
2A to 2F are process diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device.

【図3】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of a semiconductor device of the present invention.

【図4】チャネル部の深さ方向の不純物プロファイルを
示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing an impurity profile in the depth direction of a channel portion.

【図5】リンの不純物注入量を3.8×1012cm-2にし
たときのポテンシャル・プロファイルを示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a potential profile when an impurity implantation amount of phosphorus is set to 3.8 × 10 12 cm −2 .

【図6】ドレイン電流−ゲート電圧特性を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing drain current-gate voltage characteristics.

【図7】ドレイン電流−ゲート電圧特性を示すグラフで
ある。
FIG. 7 is a graph showing drain current-gate voltage characteristics.

【図8】リンの不純物注入量を5×1012cm-2にしたと
きのポテンシャル・プロファイルを示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a potential profile when the impurity implantation amount of phosphorus is set to 5 × 10 12 cm −2 .

【図9】リンの不純物注入量を3×1012cm-2にしたと
きのポテンシャル・プロファイルを示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a potential profile when the impurity implantation amount of phosphorus is set to 3 × 10 12 cm −2 .

【図10】リンの不純物注入量とS係数との関係を示す
グラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the impurity implantation amount of phosphorus and the S coefficient.

【図11】従来例を示す構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11 基板 2,12 ソース領域 3,13 ドレイン領域 4,14,14a ゲート絶縁膜 5,15 ゲート電極 16 サイドスペーサ 17 LDD領域 18 Bの注入された層(領域I) 19 Pの注入された層(領域II) 20 n- 1, 11 substrate 2, 12 source region 3, 13 drain region 4, 14, 14a gate insulating film 5, 15 gate electrode 16 side spacer 17 LDD region 18 B implanted layer (region I) 19 P implanted Layer (Region II) 20 n - layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の導電型を有する半導体基板上に薄い
ゲート絶縁膜を挟んで形成されたゲート電極と、このゲ
ート絶縁膜の下方でこのゲート電極の両側に設けられた
第2の導電型を有するソース領域及びドレイン領域と、
を備えた半導体装置において、 前記ゲート絶縁膜の下方で前記ゲート絶縁膜と前記ソー
ス領域及び前記ドレイン領域に接しないようにして前記
基板内に形成された第2の導電型を有する第2の領域
と、 第1の導電型を有して前記ゲート絶縁膜とこの第2の領
域との間に形成される第1の領域と、 第1の導電型を有して前記第2の領域と前記ソース領域
及び前記ドレイン領域との間にそれぞれ形成され、前記
ソース領域による空乏層幅と、前記第2の領域とのpn
接合による空乏層の幅とを合計した幅よりも大きい幅の
第3の領域とを有し、 前記第1の領域の幅が前記ゲート電極に電圧をかけた時
に形成される空乏層の幅と前記第2の領域とのpn接合
により前記第1の領域内に形成される空乏層の幅との合
計よりも小さく、かつ、前記第2の領域の幅が前記第1
の領域とのpn接合により前記第2の領域内に形成され
る空乏層の幅と第4の領域となる前記基板とのpn接合
による空乏層の幅との合計よりも小さいことを特徴とす
る半導体装置。
1. A gate electrode formed by sandwiching a thin gate insulating film on a semiconductor substrate having a first conductivity type, and a second conductivity provided below the gate insulating film on both sides of the gate electrode. A source region and a drain region having a mold;
A second region having a second conductivity type formed in the substrate so as not to contact the gate insulating film and the source region and the drain region below the gate insulating film. A first region having a first conductivity type and formed between the gate insulating film and the second region; and a second region having a first conductivity type and the second region. Pn between the depletion layer formed by the source region and the drain region and formed between the source region and the drain region.
A third region having a width larger than the sum of the width of the depletion layer due to the junction, the width of the first region and the width of the depletion layer formed when a voltage is applied to the gate electrode; The width of the second region is smaller than the sum of the width of the depletion layer formed in the first region by the pn junction with the second region, and the width of the second region is the first region.
Is smaller than the sum of the width of the depletion layer formed in the second region by the pn junction with the region and the width of the depletion layer formed by the pn junction with the substrate that becomes the fourth region. Semiconductor device.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2001082379A1 (en) * 2000-04-21 2001-11-01 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
KR100499308B1 (en) * 1996-02-07 2005-11-09 썬더버드 테크놀로지스, 인코포레이티드 Short-Channel Fermi-Threshold Field Effect Transistor with a Drain Field Termination Region and Its Manufacturing Method
JP2007257827A (en) * 2007-04-27 2007-10-04 Spansion Llc Nonvolatile semiconductor storage device and method for storing data in nonvolatile semiconductor storage device
US7400016B2 (en) 2001-01-18 2008-07-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device realizing characteristics like a SOI MOSFET

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100499308B1 (en) * 1996-02-07 2005-11-09 썬더버드 테크놀로지스, 인코포레이티드 Short-Channel Fermi-Threshold Field Effect Transistor with a Drain Field Termination Region and Its Manufacturing Method
WO2001082379A1 (en) * 2000-04-21 2001-11-01 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
US7400016B2 (en) 2001-01-18 2008-07-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device realizing characteristics like a SOI MOSFET
JP2007257827A (en) * 2007-04-27 2007-10-04 Spansion Llc Nonvolatile semiconductor storage device and method for storing data in nonvolatile semiconductor storage device

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