JPH07161987A - Mis type semiconductor device - Google Patents

Mis type semiconductor device

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JPH07161987A
JPH07161987A JP5307727A JP30772793A JPH07161987A JP H07161987 A JPH07161987 A JP H07161987A JP 5307727 A JP5307727 A JP 5307727A JP 30772793 A JP30772793 A JP 30772793A JP H07161987 A JPH07161987 A JP H07161987A
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JP
Japan
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region
drain
type
channel
buried channel
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Application number
JP5307727A
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Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Miyamoto
正文 宮本
Tatsuya Ishii
達也 石井
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide a buried channel type MIS type semiconductor device suitable for an analog circuit by a method wherein a drain current slightly changes by a drain voltage in a saturated region (namely, output resistance is high), and the dependence of a threshold value on the channel length and punch-through of a surface are suppressed. CONSTITUTION:An N-type impurity region 6 is formed between a p-type buried channel region 5 and a p-type drain region 4 of a MOS transistor. A PN junction by the N-type impurity region 6 provided at an end of the buried channel region 5 on the side of the drain region 4 absorbs the change in a potential by a drain voltage and a potential hardly changes in a channel inside.

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MIS(Metal-Insulator
-Semiconductor)型半導体装置に係り、特にドレイン電
圧によるドレイン電流の変化を抑えて、出力抵抗を増加
させるとともに、ゲート長によるしきい値の変動を抑え
て、半導体集積回路のアナログ回路に適合した埋込チャ
ネル型のMOS型半導体装置に関する。
The present invention relates to a MIS (Metal-Insulator)
-Semiconductor) type semiconductor device, especially by suppressing the change of drain current due to the drain voltage to increase the output resistance and suppressing the fluctuation of the threshold value due to the gate length, the embedded circuit suitable for analog circuits of semiconductor integrated circuits. The present invention relates to an embedded channel type MOS semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】CMOS集積回路では、PチャネルMO
Sトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと略す)の
ゲート電極にNチャネルMOSトランジスタ(以下、N
MOSトランジスタと略す)と同じn形のポリシリコン
が用いるほうがプロセスが容易になる。そのため、PM
OSのしきい値の絶対値をNMOSと同等にする目的
で、P型埋込チャネル5を有するMOSトランジスタ
(図2)が多く用いられている。この埋込チャネル型のM
OSトランジスタではキャリアがゲート絶縁膜と半導体
基板表面の界面から離れて埋込チャネル5の内部を走行
するので移動度が大きいメリットがあるが、ソース/ド
レイン領域4と埋込チャネル領域5の間にpn接合が無
いため、ドレイン電界の影響が埋込チャネル領域5に及
び安く、(1)ドレイン電圧によるドレイン電流の変化が
大きい(出力抵抗が小さい)、(2)チャネル表面でソース
領域とドレイン領域からの空乏層がつながるパンチスル
ーが起きやすい、(3)短チャネルでのしきい値の低下が
大きい、といった問題点がある。出力抵抗とはMOSト
ランジスタ特性の飽和領域においてドレイン電圧による
ドレイン電流の増加の傾きの逆数をとったものである。
アナログ回路では増幅器の最大電圧増幅率がMOSトラ
ンジスタの相互コンダクタンス(gm)と出力抵抗の積で
決まるため、出力抵抗の大きさはgmと同様に重要な特
性となる。従って、埋込チャネル型MOSトランジスタ
の出力抵抗が小さい点はアナログ回路では大きな問題点
となる。
2. Description of the Related Art In a CMOS integrated circuit, a P channel MO is used.
The gate electrode of the S transistor (hereinafter, abbreviated as PMOS transistor) has an N channel MOS transistor (hereinafter, N
The process becomes easier when the same n-type polysilicon as the MOS transistor) is used. Therefore, PM
A MOS transistor having a P-type buried channel 5 for the purpose of making the absolute value of the threshold value of OS equal to that of NMOS.
(Fig. 2) is often used. This embedded channel type M
In the OS transistor, the carrier has a merit that the mobility is large because the carrier travels inside the buried channel 5 away from the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate surface, but between the source / drain region 4 and the buried channel region 5. Since there is no pn junction, the influence of the drain electric field extends to the buried channel region 5, and (1) the change of the drain current due to the drain voltage is large (the output resistance is small), (2) the source region and the drain region on the channel surface. There are problems that punch-through that connects the depletion layer from (3) is likely to occur and (3) the threshold value of the short channel is greatly reduced. The output resistance is the reciprocal of the slope of increase in drain current due to drain voltage in the saturation region of MOS transistor characteristics.
In an analog circuit, the maximum voltage amplification factor of the amplifier is determined by the product of the mutual conductance (gm) of the MOS transistor and the output resistance, and thus the size of the output resistance is as important as gm. Therefore, the fact that the output resistance of the buried channel type MOS transistor is small becomes a serious problem in the analog circuit.

【0003】これらの問題点を対策した従来例(図3)と
しては、特開昭61-160975号公報にあるようにソース/
ドレイン領域4の下に高不純物濃度のポケット領域10
を設けて基板内部への空乏層の伸びを抑えて、しきい値
のドレイン電圧依存性を低減しようとするものがある。
この構造によればポケットを形成した基板領域1でのド
レイン電界による空乏層の拡がりが低減されるために、
しきい値のドレイン電圧による変化や、基板内部でのパ
ンチスルーを抑制する効果がある。
As a conventional example (FIG. 3) for solving these problems, as shown in JP-A-61-160975, a source / source
A pocket region 10 having a high impurity concentration is formed under the drain region 4.
Is provided to suppress the extension of the depletion layer into the substrate to reduce the drain voltage dependency of the threshold value.
According to this structure, since the expansion of the depletion layer due to the drain electric field in the substrate region 1 in which the pocket is formed is reduced,
It has an effect of suppressing the change of the threshold voltage due to the drain voltage and punch-through inside the substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のように基板内部
にポケットを設けた場合の効果は表面チャネル型MOS
型半導体装置にポケットを設けた場合と同じであり、基
板の内部へのドレイン電界の影響は低減できるが、埋込
チャネル構造に特有な半導体基板表面におけるドレイン
電界の影響は低減することができない。
When the pockets are provided inside the substrate as described above, the effect is the surface channel type MOS.
As in the case where the pocket type semiconductor device is provided, the influence of the drain electric field on the inside of the substrate can be reduced, but the influence of the drain electric field on the semiconductor substrate surface peculiar to the buried channel structure cannot be reduced.

【0005】従って本発明の目的とするところは、埋込
チャネル構造に特有な基板表面でのドレイン電界の影響
を低減して、出力抵抗の向上、表面パンチスルーの抑制
が可能であるとともに、しきい値のチャネル長依存性を
低減してアナログ回路に適合したMOS型半導体装置を
提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to reduce the influence of the drain electric field on the substrate surface, which is peculiar to the buried channel structure, to improve the output resistance and suppress the surface punch-through. An object of the present invention is to provide a MOS semiconductor device adapted to an analog circuit by reducing the channel length dependency of the threshold value.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明の
基本的な実施例(図1)に示すように、埋込チャネル構造
のチャネル領域(5)とは反対導電型の領域(6)をチャネ
ルの両端あるいは片端に設けてチャネル端を表面チャネ
ル化することにより達成される。
The above-mentioned object is, as shown in the basic embodiment of the present invention (FIG. 1), a region (6) of opposite conductivity type to the channel region (5) of the buried channel structure. ) Is provided at both ends or one end of the channel to make the channel end a surface channel.

【0007】[0007]

【作用】本発明では埋込チャネル領域(5)の端において
pn接合が形成されるため、ドレイン電界の作用はこの
pn接合のポテンシャル変化で奪われ、チャネル領域に
対する影響は少なくなる。
In the present invention, since the pn junction is formed at the end of the buried channel region (5), the action of the drain electric field is lost by the potential change of this pn junction, and the influence on the channel region is reduced.

【0008】図4はMOSトランジスタのチャネル方向
のポテンシャル変化を示す。図4に示す如く、従来では
ドレイン電圧によってチャネル領域の内部までポテンシ
ャルが低下し、その結果、ソース側でもバリアの高さが
低下してしきい値の低下やドレイン電流の増加を起こ
す。また、短チャネルにおいては、しきい値の低下やパ
ンチスルーが起きやすい。これに対し本発明では図4に
示す如く、ドレイン領域(4)の側の埋込チャネル領域
(5)の端に設けた反対導電型の領域(6)によるpn接合
により、ドレイン電圧によるポテンシャルの変化が吸収
され、チャネル内部にはポテンシャルの変化は少ない。
すなわち、pn接合で囲われた埋込チャネル領域(5)は
ソースおよびドレイン4の電界の影響が小さいため、出
力抵抗が大きく、しきい値のチャネル長依存性が小さ
く、表面パンチスルーが起きにくくなる。本発明のその
他の目的と特徴は、以下の実施例から明らかとなろう。
FIG. 4 shows the potential change of the MOS transistor in the channel direction. As shown in FIG. 4, in the prior art, the drain voltage lowers the potential inside the channel region, and as a result, the height of the barrier also lowers on the source side, resulting in a lower threshold and an increase in drain current. Further, in the short channel, lowering of the threshold value and punch through are likely to occur. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 4, the buried channel region on the drain region (4) side is formed.
The potential change due to the drain voltage is absorbed by the pn junction formed by the opposite conductivity type region (6) provided at the end of (5), and the potential change is small inside the channel.
That is, since the buried channel region (5) surrounded by the pn junction is less affected by the electric field of the source and drain 4, the output resistance is large, the channel length dependency of the threshold value is small, and surface punch-through hardly occurs. Become. Other objects and features of the present invention will be apparent from the following examples.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。実施例ではシリコンMOSトランジスタを用いて説
明したが、他の半導体材料を用いたMOS型半導体装置
でも動作原理は同じである。また、実施例では主にp型
MOSトランジスタを例に説明したが、n型MOSトラ
ンジスタでも動作原理は同じである。また形成方法にお
いても、用いる不純物を反対導電型に変えれば同様にし
てn型MOSトランジスタを形成することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Although the embodiment has been described by using the silicon MOS transistor, the operating principle is the same for MOS type semiconductor devices using other semiconductor materials. Further, in the embodiments, the description has been mainly given of the p-type MOS transistor as an example, but the operating principle is the same for the n-type MOS transistor. Also in the forming method, an n-type MOS transistor can be similarly formed by changing the impurities used to have opposite conductivity types.

【0010】本発明の基本的な実施例を図1に示す。
尚、1はn型シリコン基板、2は素子分離絶縁膜、3は
n型ゲートポリシリコン、4はp型ソース/ドレイン領
域、5はp型埋込チャネル領域、6は電界ストッパーと
してのn型領域、7はゲート絶縁膜、8は層間絶縁膜、
9はソース、ドレインの金属配線である。このように、
埋込チャネル型構造のチャネル領域5のチャネル端にチ
ャネル領域5とは反対導電型(n型)の領域6を設けてこ
の部分6をn型ゲートポリシリコンによる表面反転を生
じる表面チャネルにしてある。これによりチャネル領域
5とソース/ドレイン領域4の間にpn接合が形成され
るため、ドレイン電圧の影響が領域6のpn接合により
吸収され、また、ソース/ドレイン領域4からのキャリ
ア(本実施例では正孔)の滲み出しも低減される。従って
出力抵抗の向上、表面パンチスルーの低減、しきい値の
チャネル長依存性の低減が可能となる。形成方法はゲー
ト電極3を加工するところまでは通常の埋込チャネル型
MOSトランジスタと同じであり、ゲート電極3を加工
後にゲート電極3をマスクとした斜めイオン打ち込みに
よりチャネル端にチャネル領域5を打ち消して反対導電
型の領域6を形成する。斜めイオン打ち込みの代わりに
垂直イオン打ち込みを行ない、その後熱工程により横方
向に不純物を拡散させても良い。その後ソースドレイン
領域4をイオン打ち込みにより形成し、後は通常のMO
Sトランジスタの工程に添って形成すれば良い。
A basic embodiment of the present invention is shown in FIG.
1 is an n-type silicon substrate, 2 is an element isolation insulating film, 3 is n-type gate polysilicon, 4 is p-type source / drain region, 5 is p-type buried channel region, and 6 is n-type as an electric field stopper. Region, 7 is a gate insulating film, 8 is an interlayer insulating film,
Reference numeral 9 is a source / drain metal wiring. in this way,
A region 6 having a conductivity type (n-type) opposite to that of the channel region 5 is provided at the channel end of the channel region 5 of the buried channel type structure, and this portion 6 is used as a surface channel which causes surface inversion by the n-type gate polysilicon. . As a result, a pn junction is formed between the channel region 5 and the source / drain region 4, so that the influence of the drain voltage is absorbed by the pn junction in the region 6, and carriers from the source / drain region 4 (in the present embodiment) are used. Then, the seepage of holes) is also reduced. Therefore, it is possible to improve the output resistance, reduce the surface punch-through, and reduce the channel length dependency of the threshold value. The formation method is the same as that of a normal buried channel type MOS transistor up to the point of processing the gate electrode 3. After the gate electrode 3 is processed, the channel region 5 is canceled at the channel end by oblique ion implantation using the gate electrode 3 as a mask. To form a region 6 of opposite conductivity type. Vertical ion implantation may be performed instead of oblique ion implantation, and then impurities may be diffused laterally by a thermal process. After that, the source / drain region 4 is formed by ion implantation, and then the normal MO is formed.
It may be formed according to the process of the S transistor.

【0011】次に第2の実施例を図5に示す。本実施例
ではチャネル端の反対導電型領域6の他にチャネル領域
5の下にn型高不純物濃度埋込層11を設けたものであ
る。この埋込層11はパンチスルーストッパとして働
き、短チャネルにおけるパンチスルーの低減、しきい値
のチャネル長依存性を低減する効果がある。n型領域6
とn型埋込層11との効果が合わさることにより、短チ
ャネルにおいて出力抵抗の向上、パンチスルーの低減、
しきい値のチャネル長依存性の低減の効果がさらに大き
くなる。形成方法は、素子分離領域2を形成後にイオン
打ち込みにより高濃度埋込層11を形成し、次にチャネ
ル領域5をイオン打ち込みで形成する。ゲート酸化膜7
を形成した後p+ポリシリコンを堆積してゲート電極3
を加工する。その後のプロセスは第1の実施例と同じで
斜めイオン打ち込みにより領域6を形成した後、通常の
MOSトランジスタのプロセスに従って形成する。
Next, a second embodiment is shown in FIG. In this embodiment, an n-type high impurity concentration buried layer 11 is provided below the channel region 5 in addition to the opposite conductivity type region 6 at the channel end. The buried layer 11 functions as a punch-through stopper, and has effects of reducing punch-through in a short channel and reducing the channel length dependency of the threshold value. n-type region 6
And the effect of the n-type buried layer 11 are combined, the output resistance is improved in the short channel, the punch-through is reduced,
The effect of reducing the channel length dependency of the threshold is further enhanced. The forming method is to form the high-concentration buried layer 11 by ion implantation after forming the element isolation region 2, and then form the channel region 5 by ion implantation. Gate oxide film 7
And then p + polysilicon is deposited to form the gate electrode 3
To process. The subsequent process is the same as that of the first embodiment, and after forming the region 6 by oblique ion implantation, it is formed according to the process of a normal MOS transistor.

【0012】第3の実施例を図6に示す。本実施例では
ソース/ドレイン領域4の下にn型高不純物濃度のポケ
ット10を形成したものである。ポケット10もパンチ
スルーストッパとして働き、短チャネルにおけるパンチ
スルーの低減、しきい値のチャネル長依存性を低減する
効果がある。効果は第2の実施例と同じく、短チャネル
において出力抵抗の向上、パンチスルーの低減、しきい
値のチャネル長依存性の低減が可能になる。形成方法は
ゲート電極3を加工するところまでは通常の埋込チャネ
ル型MOSトランジスタと同じであり、ゲート電極3を
加工後にゲート電極3をマスクとした高エネルギー(本
実施例ではリン200keV)斜めイオン打ち込みによ
りポケット10を形成し、次に低エネルギー(本実施例
ではリン50keV)の斜めイオン打ち込みによりチャ
ネル端にチャネル領域5を打ち消して反対導電型の領域
6を形成する。その後、ソース/ドレイン領域4をイオ
ン打ち込みにより形成し、後は通常のMOSトランジス
タの工程に添って形成する。
A third embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the n-type high impurity concentration pocket 10 is formed under the source / drain region 4. The pocket 10 also functions as a punch-through stopper, and has the effect of reducing punch-through in the short channel and reducing the channel length dependency of the threshold value. As in the case of the second embodiment, it is possible to improve the output resistance in the short channel, reduce punch-through, and reduce the dependence of the threshold on the channel length. The method for forming the gate electrode 3 is the same as that of a normal buried channel type MOS transistor up to the point of processing, and high energy (phosphorus 200 keV in this embodiment) oblique ions using the gate electrode 3 as a mask after the gate electrode 3 is processed. The pocket 10 is formed by implantation, and then the channel region 5 is canceled at the channel end by oblique ion implantation of low energy (phosphorus 50 keV in this embodiment) to form the region 6 of opposite conductivity type. After that, the source / drain region 4 is formed by ion implantation, and thereafter, the source / drain region 4 is formed in accordance with a normal MOS transistor process.

【0013】次にSOI構造に本発明の第4の実施例を
図7に示す。酸化膜12上のシリコンの厚さは0.1μ
mでチャネル内ではゲート電圧0Vで完全に空乏化して
いている。埋込チャネル型と完全空乏化の効果によりゲ
ート酸化膜界面の電界強度が低いので移動度が上昇す
る。この時チャネル端にチャネル領域5とは反対導電型
の領域6を設けることにより出力抵抗の上昇や、表面パ
ンチスルーの低減、しきい値のチャネル長依存性の低減
が可能となる。形成方法はウェハ張り合わせ等で形成さ
れたSOI基板上に第1の実施例と同じ方法で形成すれ
ば良い。
Next, FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention having an SOI structure. The thickness of silicon on the oxide film 12 is 0.1 μm.
At m, the channel is completely depleted at a gate voltage of 0V. Due to the effect of the buried channel type and complete depletion, the electric field strength at the interface of the gate oxide film is low, so that the mobility is increased. At this time, by providing the region 6 of the opposite conductivity type to the channel region 5 at the channel end, it is possible to increase the output resistance, reduce the surface punch-through, and reduce the channel length dependency of the threshold value. The forming method may be the same as that of the first embodiment on the SOI substrate formed by wafer bonding or the like.

【0014】次に領域6をドレイン端にのみ設けた第5
の実施例を図8に示す。この構造ではドレイン電界の影
響がチャネル領域5とは反対導電が他領域6により緩和
されるので、出力抵抗の向上、しきい値のドレイン電圧
依存性を低減することができる。ソース側に領域6を設
けないことにより、しきい値の上昇や移動度の低下が第
1の実施例よりも小さくてすむ。形成方法は第1の実施
例で斜めイオン打ち込みにより領域6を形成する際にフ
ォトマスクによりソース側を覆うことにより可能にな
る。
Next, a fifth region in which the region 6 is provided only at the drain end
An example of is shown in FIG. In this structure, the influence of the drain electric field is mitigated by the conductivity of the other region 6 opposite to that of the channel region 5, so that the output resistance can be improved and the drain voltage dependency of the threshold value can be reduced. By not providing the region 6 on the source side, the increase in threshold value and the decrease in mobility can be made smaller than in the first embodiment. The formation method is made possible by covering the source side with a photomask when forming the region 6 by oblique ion implantation in the first embodiment.

【0015】次に本発明をパワーMOSFETに適用し
た第6の実施例を図9に示す。通常パワーMOSFET
ではパンチスルー耐圧を向上させるため表面チャネル型
が用いられるが、本発明を用いればパンチスルー耐圧の
向上ができるので、埋込チャネル型を採用でき、移動度
の向上によるオン抵抗の低減、高周波特性の向上を図る
ことができる。通常の横型パワーMOSFETのチャネ
ル領域をpウェル16とチャネル領域15により埋込チ
ャネル型とし、n型の低不純物濃度のオフセット領域1
8と接するドレイン側にチャネル領域15とは反対導電
型(p型)の領域6を設けてある。この構造により表面で
のパンチスルーを抑えることができるため、埋込チャネ
ル型の効果により移動度が上昇し、オン抵抗の低減、遮
断周波数の向上をはかることができる。形成方法は、p
−/p+のエピタキシャル形成の基板にウェル領域16
を形成するためのイオン打ち込みを行ない次に素子分離
領域2を形成する。チャネル領域15をイオン打ち込み
で形成したあと、酸化によりゲート酸化膜7を形成し、
次にp+ポリシリコンゲート電極19を形成した後、フ
ォトマスクによりドレイン側のみに斜めイオン打ち込み
により領域6を形成する。ここでゲート電極の材料は高
周波特性の改善のため、モリブデンやタングステン等の
金属でも良い。次に全面イオン打ち込みによりオフセッ
ト領域7を形成し、ソース/ドレイン領域14を形成す
る。その後は通常の配線工程を通して完成する。
Next, FIG. 9 shows a sixth embodiment in which the present invention is applied to a power MOSFET. Normal power MOSFET
The surface channel type is used in order to improve the punch-through withstand voltage, but since the punch-through withstand voltage can be improved by using the present invention, the buried channel type can be adopted, the ON resistance is reduced by the improvement in mobility, and the high frequency characteristics are improved. Can be improved. A channel region of a normal lateral power MOSFET is a buried channel type with a p-well 16 and a channel region 15, and an n-type low impurity concentration offset region 1
A region 6 having a conductivity type (p-type) opposite to that of the channel region 15 is provided on the drain side in contact with 8. Since punch-through on the surface can be suppressed by this structure, the mobility is increased by the effect of the buried channel type, the on-resistance can be reduced, and the cutoff frequency can be improved. The formation method is p
The well region 16 is formed on the substrate for the epitaxial formation of − / p +.
Then, the element isolation region 2 is formed. After forming the channel region 15 by ion implantation, the gate oxide film 7 is formed by oxidation,
Next, after forming the p + polysilicon gate electrode 19, a region 6 is formed by oblique ion implantation only on the drain side using a photomask. Here, the material of the gate electrode may be a metal such as molybdenum or tungsten in order to improve high frequency characteristics. Next, an offset region 7 is formed by ion implantation on the entire surface, and a source / drain region 14 is formed. After that, it is completed through a normal wiring process.

【0016】次に本発明をCMOS(相補型MOSトラ
ンジスタ)構造に適用した第7の実施例を図10に示
す。尚、17はp型電界ストッパー領域、6はn型電界
ストッパー領域、24はP+ポケット、23はN+ポケ
ットである。本実施例ではPMOSトランジスタにn+
ポリシリコンゲート3を用いるとともに、NMOSトラ
ンジスタにはp+ポリシリコンゲート4を用いて全ての
MOSトランジスタを埋込チャネル型として移動度の向
上による高速化を図っている。ここでゲート材料3、4
に窒化チタンを用いれば仕事関数がn+ポリシリコンと
p+ポリシリコンとの間の値なので、NMOSとPMO
Sの両方を埋込チャネルにするのが容易になる。もちろ
んn+ポリシリコンのみにしてNMOSを表面チャネル
型にすることも可能であり、その場合には領域17は不
要である。また、ホットキャリア対策のあためLDD(L
ightly Doped Drain)構造を採用しており、このLDD
領域として、NMOSではn−領域25、PMOSでは
p−領域23を設けている。本実施例によれば出力抵抗
が大きく、移動度が高いのでアナログおよびアナログ/
デジタル混在集積回路に適し、かつ高速なCMOS構造
を提供することができる。
Next, FIG. 10 shows a seventh embodiment in which the present invention is applied to a CMOS (complementary MOS transistor) structure. Reference numeral 17 is a p-type electric field stopper region, 6 is an n-type electric field stopper region, 24 is a P + pocket, and 23 is an N + pocket. In this embodiment, n + is added to the PMOS transistor.
The polysilicon gate 3 is used, and the p + polysilicon gate 4 is used as the NMOS transistor to make all the MOS transistors a buried channel type to improve the mobility and thereby increase the speed. Here the gate material 3, 4
If titanium nitride is used as the material, the work function is a value between n + polysilicon and p + polysilicon, so NMOS and PMO
It is easy to make both S into buried channels. Of course, it is possible to make the NMOS a surface channel type by using only n + polysilicon, and in that case, the region 17 is unnecessary. In addition, LDD (L
ightly Doped Drain) structure is adopted, and this LDD
As the region, an n-region 25 is provided for the NMOS and a p-region 23 is provided for the PMOS. According to this embodiment, since the output resistance is large and the mobility is high, analog and analog /
It is possible to provide a high-speed CMOS structure suitable for a digital mixed integrated circuit.

【0017】第7の実施例の形成方法を図11に示す。
まず通常のCMOSプロセスに従い、pウェル領域21
とnウェル領域20を形成し、素子分離領域2を形成す
る。次にn型チャネル領域15を形成するためリンのイ
オン打ち込み、p型チャネル領域5を形成するためボロ
ンのイオン打ち込みを行なう(図11(a))。ゲート酸化
で酸化膜7を形成後、ポリシリコンを堆積してイオン打
ち込みによりn+ポリシリコン19とp+ポリシリコン
3とし、エッチング工程によりゲート電極を形成する。
次にフォトマスクによりNMOSに対してボロンのイオ
ン打ち込み(70keV)によりポケット領域24と斜め
イオン打ち込み(30keV)により領域17を形成して
チャネル端を表面チャネル型とする。さらにリンのイオ
ン打ち込みによりLDD構造のn−層25を形成する。
次にPMOSに関しても同様にフォトマスクを用いリン
のイオン打ち込み(200keV)によりポケット領域1
0を形成し、斜めイオン打ち込み(80keV)により領
域6を形成する。さらにボロンのイオン打ち込みにより
LDD構造p−層23を形成する(図11b)。次にゲー
ト電極の側壁にサイドウォール22を形成し、NMOS
には砒素をイオン打ち込みしてソース/ドレイン14を
形成し、PMOSにはボロンをイオン打ち込みしてソー
スドレイン4を形成する(図11c)。その後層間絶縁膜
8をデポジションし、アルミ配線層10を付けて完成す
る(図11d)。
FIG. 11 shows the forming method of the seventh embodiment.
First, according to a normal CMOS process, the p well region 21
Then, the n-well region 20 is formed and the element isolation region 2 is formed. Next, phosphorus is ion-implanted to form the n-type channel region 15, and boron is ion-implanted to form the p-type channel region 5 (FIG. 11A). After forming the oxide film 7 by gate oxidation, polysilicon is deposited and ion implantation is performed to obtain n + polysilicon 19 and p + polysilicon 3, and a gate electrode is formed by an etching process.
Next, a pocket 17 is formed by ion implantation of boron (70 keV) into the NMOS by a photomask, and a region 17 is formed by oblique ion implantation (30 keV) to make the channel end a surface channel type. Further, an n-layer 25 having an LDD structure is formed by ion implantation of phosphorus.
Next, for the PMOS, similarly, a photomask is used and phosphorus ion implantation (200 keV) is performed to form the pocket region 1.
0 is formed, and the region 6 is formed by oblique ion implantation (80 keV). Further, an LDD structure p-layer 23 is formed by boron ion implantation (FIG. 11b). Next, a sidewall 22 is formed on the sidewall of the gate electrode, and an NMOS is formed.
Arsenic is ion-implanted into the source / drain 14 and boron is ion-implanted into the PMOS to form the source / drain 4 (FIG. 11c). After that, the interlayer insulating film 8 is deposited, and the aluminum wiring layer 10 is attached to complete the process (FIG. 11d).

【0018】図12はドレイン電流−ドレイン電圧特性
における本発明の効果を示す。本発明のトランジスタ全
体のしきい値を従来と同じにして比較するとチャネル領
域5のしきい値は従来よりも低くなるため、非飽和領域
のドレイン電流は同じゲート電圧に対して多く流れる。
一方、飽和領域では、従来のドレイン電流がドレイン電
圧の増加に伴って増加するのに対し、本発明ではドレイ
ン電圧によらずほぼ一定のドレイン電流が流れ、出力抵
抗が大きくなっていることが分かる。
FIG. 12 shows the effect of the present invention on the drain current-drain voltage characteristic. Comparing the threshold voltage of the entire transistor of the present invention with that of the conventional one, the threshold value of the channel region 5 becomes lower than that of the conventional one, so that a large amount of drain current flows in the non-saturated region for the same gate voltage.
On the other hand, in the saturation region, the conventional drain current increases as the drain voltage increases, whereas in the present invention, a substantially constant drain current flows regardless of the drain voltage and the output resistance increases. .

【0019】また、本発明では、図13に示すように、
しきい値のチャネル長依存性においても表面パンチスル
ーを抑えるため短チャネルでのしきい値低下が少ない。
Further, in the present invention, as shown in FIG.
Even in the dependence of the threshold value on the channel length, the threshold value drop in the short channel is small because surface punch-through is suppressed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
飽和領域においてドレイン電圧によるドレイン電流変化
が小さく、すなわち出力抵抗が大きく、また、しきい値
のチャネル長による変動や表面パンチスルーを抑えて短
チャネル化が可能な埋込チャネル型MOS型半導体装置
が可能になる。これによりアナログ回路でも微細化した
埋込チャネル型MOS型半導体装置の使用が可能とな
り、増幅器の増幅率の増加や高周波特性の向上ができ
る。
As described above, according to the present invention, the drain current change due to the drain voltage is small in the saturation region, that is, the output resistance is large, and the fluctuation of the threshold value due to the channel length and the surface punch-through are suppressed. A buried channel type MOS semiconductor device capable of suppressing a short channel can be realized. As a result, it is possible to use a miniaturized buried channel type MOS semiconductor device even in an analog circuit, and it is possible to increase the amplification factor of the amplifier and the high frequency characteristics.

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

【図1】本発明の基本的構造を持つ第1の実施例の断面
構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view of a first embodiment having a basic structure of the present invention.

【図2】従来の埋込チャネル型MOSトランジスタの断
面構造を示す。
FIG. 2 shows a sectional structure of a conventional buried channel type MOS transistor.

【図3】チャネル両端のソース/ドレイン近傍にポケッ
トを設けた従来例の断面構造を示す。
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a conventional example in which pockets are provided near the source / drain at both ends of the channel.

【図4】本発明と次浦井例のMOSトランジスタのチャ
ネル方向に沿ったポテンシャルの変化を示す。
FIG. 4 shows changes in potential along the channel direction of the MOS transistor of the present invention and the following Urai example.

【図5】本発明の第2の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 5 is a sectional structural view showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 6 is a sectional structural view showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 7 is a sectional structural view showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 8 is a sectional structural view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 9 is a sectional structural view showing a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第7の実施例を示す断面構造図であ
る。
FIG. 10 is a sectional structural view showing a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第7の実施例の素子構造の形成方法
を示す工程図である。
FIG. 11 is a process drawing showing the method for forming the device structure according to the seventh embodiment of the present invention.

【図12】本発明のドレイン電流−ドレイン電圧特性に
おける効果を示す。
FIG. 12 shows the effect of the present invention on drain current-drain voltage characteristics.

【図13】本発明のしきい値のチャネル長依存性におけ
る効果を示す。
FIG. 13 shows the effect of the present invention on the channel length dependence of the threshold value.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…シリコン基板、2…素子分離絶縁膜、3…n型ポリ
シリコンゲート電極、4…p+ソース、ドレイン領域、
5…p−チャネル領域、6…n−ドレイン電界ストッ
パ、7…ゲート絶縁膜、8…層間絶縁膜、9…金属配
線、10…n+ポケット、11…高濃度埋込層、12…
絶縁膜基板、13…p−/p+エピタキシャル基板、1
4…n+ソース、ドレイン領域、15…n−チャネル領
域、16…pウェル、17…p−ドレイン電界ストッ
パ、18…nオフセット高耐圧化層、19…p+ポリシ
リコンゲート電極、20…nウェル、21…pウェル、
22…サイドウォール絶縁膜、23…p−LDD層、2
4…p+ポケット、25…n−LDD層。
1 ... Silicon substrate, 2 ... Element isolation insulating film, 3 ... N-type polysilicon gate electrode, 4 ... P + source, drain region,
5 ... p-channel region, 6 ... n- drain electric field stopper, 7 ... gate insulating film, 8 ... interlayer insulating film, 9 ... metal wiring, 10 ... n + pocket, 11 ... high-concentration buried layer, 12 ...
Insulating film substrate, 13 ... p- / p + epitaxial substrate, 1
4 ... n + source / drain region, 15 ... n-channel region, 16 ... p well, 17 ... p-drain electric field stopper, 18 ... n offset high breakdown voltage layer, 19 ... p + polysilicon gate electrode, 20 ... n well, 21 ... p-well,
22 ... Sidewall insulating film, 23 ... p-LDD layer, 2
4 ... p + pocket, 25 ... n-LDD layer.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】埋込チャネル型のMIS型半導体装置にお
いて、 上記埋込チャネル領域とドレイン領域との間に上記埋込
チャネル領域および上記ドレイン領域と反対導電型のド
レイン側反対導電型領域を具備したことを特徴とするM
IS型半導体装置。
1. A buried channel type MIS type semiconductor device, comprising: the buried channel region and a drain side opposite conductivity type region opposite conductivity type to the drain region between the buried channel region and the drain region. M characterized by having done
IS type semiconductor device.
【請求項2】上記埋込チャネル領域とソース領域との間
に上記埋込チャネル領域および上記ソース領域と反対導
電型のソース側反対導電型領域を更に具備したことを特
徴とする請求項1に記載のMIS型半導体装置。
2. The source side opposite conductivity type region having a conductivity type opposite to that of the buried channel region and the source region is further provided between the buried channel region and the source region. The MIS type semiconductor device described.
【請求項3】上記埋込チャネル領域よりも深い半導体基
板の内部に上記反対導電型の高不純物濃度埋込層が上記
ソース領域と上記ドレイン領域とに接続する如く形成さ
れたことを特徴とする請求項2に記載のMIS型半導体
装置。
3. A high impurity concentration buried layer of the opposite conductivity type is formed inside a semiconductor substrate deeper than the buried channel region so as to be connected to the source region and the drain region. The MIS type semiconductor device according to claim 2.
【請求項4】上記埋込チャネル領域よりも深い半導体基
板の内部に、上記ソース領域と上記ドレイン領域のそれ
ぞれに接続する如く形成された上記反対導電型の高不純
物濃度ポケット層を2個具備することを特徴とする請求
項2に記載のMIS型半導体装置。
4. A semiconductor substrate deeper than the buried channel region is provided with two high impurity concentration pocket layers of the opposite conductivity type formed so as to be connected to the source region and the drain region, respectively. The MIS type semiconductor device according to claim 2, wherein
【請求項5】絶縁体上に設けた半導体層に、上記埋込チ
ャネル領域、上記ソース領域、上記ドレイン領域、上記
ソース側反対導電型領域、上記ドレイン側反対導電型領
域が形成されてなることを特徴とする請求項2から請求
項4までのいずれかに記載のMIS型半導体装置。
5. A semiconductor layer provided on an insulator, wherein the buried channel region, the source region, the drain region, the source-side opposite conductivity type region, and the drain-side opposite conductivity type region are formed. The MIS type semiconductor device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that:
【請求項6】上記ドレイン領域と上記ドレイン側反対導
電型領域との間には上記ドレイン領域と同一導電型の低
不純物濃度のオフセット層を設けたことを特徴とする請
求項1に記載のMIS型半導体装置。
6. The MIS according to claim 1, wherein an offset layer of the same conductivity type as the drain region and having a low impurity concentration is provided between the drain region and the drain side opposite conductivity type region. Type semiconductor device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002009283A (en) * 2000-04-19 2002-01-11 Seiko Instruments Inc Semiconductor device and its manufacturing method
US8674437B2 (en) 2012-01-17 2014-03-18 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

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