JPH0738109A - Semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0738109A
JPH0738109A JP15564293A JP15564293A JPH0738109A JP H0738109 A JPH0738109 A JP H0738109A JP 15564293 A JP15564293 A JP 15564293A JP 15564293 A JP15564293 A JP 15564293A JP H0738109 A JPH0738109 A JP H0738109A
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JP
Japan
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substrate
region
layer
gate
channel
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JP15564293A
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Japanese (ja)
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Mamoru Arimoto
護 有本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to decrease threshold voltage without lowering short channel effect and mutual conductance by preventing deterioration in characteristics by hot carrier. CONSTITUTION:An N-channel MOS transistor of LDD structure, on which a drain region 4 is formed by an N<-> layer 4a and an N<+> layer 4b is formed on a P-type substrate l. The center part of the channel part, located directly under a gate electrode 3, is composed of a P<-> layer (same as substrate 1) of almost uniform low density. On the other hand, the surface part 6 of the substrate 1 in the region, where the gate region of the end part of the channel part are overlapped, is composed of a P layer of the low density same as the substrate 1. Also, the part 7 of the prescribed depth in the substrate 1 located under the surface part 6 of the region, where the gate region and the drain region, consists of the P<+> layer of a concentration higher than that of the substrate 1.

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およびその製
造方法に係り、詳しくは、低濃度ドープドレイン(LD
D;Lightly Doped Drain )構造のMOSトランジスタ
およびその製造方法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 a method of manufacturing the same, and more particularly, to a lightly doped drain (LD).
D: Lightly Doped Drain) MOS transistor and its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の微細化に伴ってホッ
トキャリアの問題が重要になっている。
2. Description of the Related Art In recent years, the problem of hot carriers has become important with the miniaturization of semiconductor devices.

【0003】ホットキャリアとは、半導体基板である固
体内において結晶格子と熱平衡していない電子または正
孔のキャリアであって、高いエネルギーをもっている。
ホットキャリアが、MOSトランジスタのゲート酸化膜
中に注入されたり、表面準位を作ったりすると、トラン
ジスタの特性を劣化させることになる(具体的には、ト
ランジスタのしきい値電圧を正方向に移動させたり、相
互コンダクタンスを低下させたりする)。このホットキ
ャリアによるトランジスタの特性劣化は、特に、ゲート
長がサブミクロン(1μm )以下のNMOSトランジス
タにおいて顕著である。
The hot carriers are carriers of electrons or holes that are not in thermal equilibrium with the crystal lattice in the solid body which is the semiconductor substrate, and have high energy.
If hot carriers are injected into the gate oxide film of the MOS transistor or create a surface level, the characteristics of the transistor are deteriorated (specifically, the threshold voltage of the transistor is moved in the positive direction). Or reduce the mutual conductance). The characteristic deterioration of the transistor due to the hot carriers is particularly remarkable in the NMOS transistor having a gate length of submicron (1 μm) or less.

【0004】これを回避するには、ドレイン領域近傍の
電界を緩和して基板電流を減少させるのが効果的であ
り、その代表的な方法にLDD構造がある。LDD構造
では、高濃度不純物層(NチャネルMOSトランジスタ
ではn+ 層、PチャネルMOSトランジスタではp
+ 層)によるドレインの近傍に低濃度不純物層(Nチャ
ネルMOSトランジスタではn- 層、PチャネルMOS
トランジスタではp- 層)を設け、その低濃度不純物層
によってドレイン近傍の電界を緩和している。尚、LD
D構造については、西沢潤一 編:半導体研究,第26
巻「超LSI技術 デバイスプロセス その11」(発
行 工業調査会)に詳説されている。
In order to avoid this, it is effective to relax the electric field in the vicinity of the drain region to reduce the substrate current, and a typical method is the LDD structure. In the LDD structure, a high-concentration impurity layer (n + layer in the N-channel MOS transistor, p layer in the P-channel MOS transistor)
+ Low concentration impurity layer near the drain due to the layer) (in N-channel MOS transistor n - layer, P-channel MOS
In the transistor, a p layer is provided, and the electric field near the drain is relaxed by the low concentration impurity layer. In addition, LD
Regarding the D structure, Junichi Nishizawa: Semiconductor Research, No. 26
This is described in detail in the volume "VLSI Technology Device Process No. 11" (published by the Industrial Research Board).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、LDD構造
では、微細化によってゲート長が短くなる程、低濃度不
純物層の濃度を高くする必要がある(G.Krieger,et a
l., “Moderately Doped NMOS(M-LDD)-HOT electron an
d Current Drive Optimization. ”IEEE Trans.Electro
n Devices,vol.38,pp.121 〜127.参照)。
By the way, in the LDD structure, it is necessary to increase the concentration of the low concentration impurity layer as the gate length becomes shorter due to miniaturization (G. Krieger, et a.
l., “Moderately Doped NMOS (M-LDD) -HOT electron an
d Current Drive Optimization. ”IEEE Trans. Electro
n Devices, vol.38, pp.121-127.).

【0006】しかしながら、ゲート長を短くして低濃度
不純物層の濃度を高くすることは、ショートチャネル効
果を促進させることにつながる。ショートチャネル効果
が生じると、しきい値電圧が低下して所望の値が得られ
なくなり、期待される回路動作ができなくなる上に、消
費電力も増大する。さらにショートチャネル効果が激し
くなると、パンチスルーを起こしてMOSトランジスタ
として動作しなくなってしまう。パンチスルーとは、ド
レイン側の空乏層が延びてゲート下のポテンシャルがゲ
ート電圧で制御できなくなり、ドレイン電圧を上げるに
従ってゲート電圧が0Vでもドレイン電流が流れてしま
う現象である。
However, shortening the gate length and increasing the concentration of the low concentration impurity layer leads to promotion of the short channel effect. When the short channel effect occurs, the threshold voltage is lowered, a desired value cannot be obtained, the expected circuit operation cannot be performed, and the power consumption is increased. If the short channel effect becomes more severe, punch-through will occur and the MOS transistor will not operate. Punch-through is a phenomenon in which the depletion layer on the drain side extends and the potential under the gate cannot be controlled by the gate voltage, and as the drain voltage is increased, the drain current flows even if the gate voltage is 0V.

【0007】これを解決する方法として、特開平3−2
36279号公報に開示されるように、チャネル部分の
表面濃度を低くし、深いところを高濃度にする方法(一
般に、カウンタードープ方式と呼ばれる)が提案されて
いる。同公報では、通常より高濃度にボロンを注入して
形成したPウェルにヒ素をイオン注入することで、チャ
ネル部分の表面濃度を低くすると共に、しきい値電圧の
制御を行っている。
As a method for solving this, Japanese Patent Laid-Open No. 3-2
As disclosed in Japanese Patent No. 36279, there has been proposed a method (generally called a counter-doping method) in which the surface concentration of the channel portion is lowered and the deep portion is made highly concentrated. In this publication, arsenic is ion-implanted into a P-well formed by injecting boron at a higher concentration than usual to reduce the surface concentration of the channel portion and control the threshold voltage.

【0008】このカウンタードープ方式では、ドレイン
領域の電界強度の最大点がドレインの拡散深さの半分よ
り深いところになる。その結果、ドレイン領域の電界強
度の最大点が電流パスからずれる上にゲート酸化膜から
離れるため、ホットキャリアがゲート酸化膜中に注入さ
れるのを防ぐことができる。
In this counter-doping method, the maximum electric field strength of the drain region is deeper than half the diffusion depth of the drain. As a result, the maximum electric field strength of the drain region deviates from the current path and separates from the gate oxide film, so that hot carriers can be prevented from being injected into the gate oxide film.

【0009】しかしながら、カウンタードープ方式は、
ショートチャネル効果については改善できるものの、相
互コンダクタンスの大幅な低下を引き起こさせることが
報告されている(一瀬勝彦 他:“カウンタードープ型
NMOSFET特性”,1992秋季応用物理学会予稿集,1
7p-ZS-1.p.654. 参照)。この報告によると、カウンタ
ードープ方式では、表面電界以外の要因によって相互コ
ンダクタンスが低下しており、その要因としては、不純
物散乱によるキャリア移動度の低下が考えられるとして
いる。
However, the counter-doping method is
Although it is possible to improve the short-channel effect, it has been reported that it causes a significant decrease in transconductance (Katsuhiko Ichinose et al .: “Counter-doped NMOSFET characteristics”, 1992 Autumn Meeting of the Applied Physics Society, 1
7p-ZS-1.p.654.). According to this report, in the counter-doping method, the transconductance decreases due to factors other than the surface electric field, and it is considered that the decrease in carrier mobility due to impurity scattering is a possible cause.

【0010】すなわち、ホットキャリアによる相互コン
ダクタンスの低下を防ぐためにLDD構造にしているに
も関わらず、カウンタードープ方式を併用すると、相互
コンダクタンスが従来構造よりも低下してしまうという
問題があった。
That is, although the LDD structure is used to prevent the reduction of the mutual conductance due to hot carriers, there is a problem that when the counter-doping method is used together, the mutual conductance becomes lower than that of the conventional structure.

【0011】また、近年、半導体装置の高速化を図るた
めに電源電圧を低くすることが求められているが、それ
に応じて、しきい値電圧も低くする必要がでてきた。従
って、ホットキャリアによるしきい値電圧の正方向の移
動を防ぐだけでなく、より積極的にしきい値電圧を低下
させなければならない。
Further, in recent years, it has been required to lower the power supply voltage in order to increase the speed of the semiconductor device, and accordingly, the threshold voltage also needs to be lowered. Therefore, not only the positive shift of the threshold voltage due to hot carriers must be prevented, but also the threshold voltage must be lowered more positively.

【0012】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、ホットキャリアによる
特性劣化を防いだ上で、ショートチャネル効果および相
互コンダクタンスの低下を起こさせることなく、しきい
値電圧を低下させることができる半導体装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to prevent characteristic deterioration due to hot carriers and to prevent a short channel effect and a reduction in mutual conductance. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce the threshold voltage.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、ゲート直下の
チャネル部分の中央部の基板不純物プロファイルと、チ
ャネル部分の端部のゲート領域とドレイン領域とがオー
バーラップする領域の基板不純物プロファイルとが異な
り、そのゲート領域とドレイン領域とがオーバーラップ
する領域における基板の表面部分の不純物濃度が低く、
当該表面部分の下の基板の内部の所定の深さまでの部分
の不純物濃度が高いことをその要旨とする。
According to the present invention, a substrate impurity profile in a central portion of a channel portion immediately below a gate and a substrate impurity profile in a region where a gate region and a drain region at an end portion of the channel portion overlap each other are provided. In contrast, the impurity concentration of the surface portion of the substrate in the region where the gate region and the drain region overlap is low,
The gist is that the impurity concentration of the portion under the surface portion up to a predetermined depth inside the substrate is high.

【0014】[0014]

【作用】従って、本発明によれば、ゲート領域とドレイ
ン領域とがオーバーラップする領域に対して、カウンタ
ードープ方式を適用していることになる。すなわち、ホ
ットキャリアの大部分はゲート絶縁膜と基板との界面で
発生するが、本発明では、その界面部分(前記ゲート領
域とドレイン領域とがオーバーラップする領域における
基板の表面部分)を低濃度にしている。そのため、ゲー
ト絶縁膜と基板との界面におけるホットキャリアの発生
を抑制することができ、結果として、ホットキャリアの
大部分を抑制することができる。これにより、ホットキ
ャリアによる特性劣化を防いだ上でショートチャネル効
果を解決することができる。
Therefore, according to the present invention, the counter-doping method is applied to the region where the gate region and the drain region overlap. That is, most of the hot carriers are generated at the interface between the gate insulating film and the substrate, but in the present invention, the interface portion (the surface portion of the substrate in the region where the gate region and the drain region overlap) has a low concentration. I have to. Therefore, generation of hot carriers at the interface between the gate insulating film and the substrate can be suppressed, and as a result, most of the hot carriers can be suppressed. As a result, the short channel effect can be solved while preventing the characteristic deterioration due to hot carriers.

【0015】また、チャネル部分の中央部の基板不純物
プロファイルと、チャネル部分の端部のゲート領域とド
レイン領域とがオーバーラップする領域の基板不純物プ
ロファイルとが異なるため、チャネル部分全体にカウン
タードープ方式を適用した場合において問題となる相互
コンダクタンスの低下は起こらない。
Further, since the substrate impurity profile of the central portion of the channel portion and the substrate impurity profile of the region where the gate region and the drain region of the end portion of the channel portion overlap each other are different, the counter doping method is applied to the entire channel portion. When applied, no problem of reduction in transconductance occurs.

【0016】さらに、チャネル部分の端部の構造に関係
なく、チャネル部分の中央部に対するしきい値制御を独
立して行うことができるため、容易にしきい値電圧を低
下させることができる。
Further, the threshold voltage can be controlled independently for the central portion of the channel portion regardless of the structure of the end portion of the channel portion, so that the threshold voltage can be easily lowered.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明をNチャネルMOSトランジス
タに具体化した一実施例を図1〜図6に従って説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is embodied in an N-channel MOS transistor will be described below with reference to FIGS.

【0018】図1は、本実施例のNチャネルMOSトラ
ンジスタの断面図である。低濃度のp- 層から成るp型
単結晶シリコン基板1上には、LDD構造のNチャネル
MOSトランジスタが形成されている。すなわち、基板
1上には、ゲート酸化膜2を介してゲート電極3が形成
されている。また、基板1の表面には、ゲート電極3を
挟むように、ドレイン領域またはソース領域(以下、説
明の便宜上、ドレイン領域とする)4が形成されてい
る。そして、ゲート酸化膜2およびゲート電極3の側壁
には、シリコン酸化膜によるサイドウォール・スペーサ
5が形成されている。
FIG. 1 is a sectional view of an N-channel MOS transistor of this embodiment. An LDD structure N-channel MOS transistor is formed on a p-type single crystal silicon substrate 1 formed of a low concentration p layer. That is, the gate electrode 3 is formed on the substrate 1 via the gate oxide film 2. In addition, a drain region or a source region (hereinafter, referred to as a drain region for convenience of description) 4 is formed on the surface of the substrate 1 so as to sandwich the gate electrode 3. Then, sidewall spacers 5 made of a silicon oxide film are formed on the sidewalls of the gate oxide film 2 and the gate electrode 3.

【0019】サイドウォール・スペーサ5の直下とその
近傍のドレイン領域4は、低濃度のn- 層4aから成っ
ている。一方、サイドウォール・スペーサ5から離れた
部分のドレイン領域4は、高濃度のn+ 層4bから成っ
ている。このn- 層4aとn + 層4bとからドレイン領
域4が構成される点については、一般的なLDD構造と
同じである。
Immediately below the side wall spacer 5 and its side
The drain region 4 in the vicinity has a low concentration of n.-Made of layer 4a
ing. On the other hand, it was separated from the sidewall spacer 5
The drain region 4 of the portion is a high concentration n+Made of layer 4b
ing. This n-Layers 4a and n +Layer 4b and drain region
Regarding the point that region 4 is composed,
Is the same.

【0020】ゲート電極3直下のチャネル部分の中央部
は、LDD構造でない従来構造のNチャネルMOSトラ
ンジスタと同様に、ほぼ均一な低濃度のp- 層(基板1
と同じ)から成っている。
The central portion of the channel portion just below the gate electrode 3 has a substantially uniform low-concentration p - layer (the substrate 1) as in the conventional N-channel MOS transistor having no LDD structure.
Same as).

【0021】一方、チャネル部分の端部のゲート領域と
ドレイン領域とがオーバーラップする領域における基板
1の表面部分6は、基板1と同程度の低濃度のp- 層か
ら成っている。また、ゲート領域とドレイン領域とがオ
ーバーラップする領域における表面部分6の下の基板1
の内部の所定の深さまでの部分7は、基板1に比べて高
濃度のp+ 層から成っている。
On the other hand, the surface portion 6 of the substrate 1 in the region where the gate region and the drain region at the end of the channel portion overlap each other is composed of a p layer having the same low concentration as the substrate 1. Further, the substrate 1 under the surface portion 6 in the region where the gate region and the drain region overlap each other
The portion 7 up to a predetermined depth inside is formed of a p + layer having a higher concentration than that of the substrate 1.

【0022】次に、このように構成された本実施例のN
チャネルMOSトランジスタの製造工程について説明す
る。 工程1(図2参照):P型単結晶シリコン基板1上に、
しきい値電圧を制御するための通常のチャネル注入を行
い、基板1を低濃度のp- 層にする(図示略)。これに
より、しきい値電圧の制御をする。
Next, the N of the present embodiment constructed as described above is used.
The manufacturing process of the channel MOS transistor will be described. Step 1 (see FIG. 2): On the P-type single crystal silicon substrate 1,
Normal channel implantation for controlling the threshold voltage is performed to make the substrate 1 a low concentration p layer (not shown). This controls the threshold voltage.

【0023】そして、基板1の表面にゲート酸化膜2を
形成する。このゲート酸化膜2の形成にはどのような方
法(酸化法、CVD法、PVD法など)を用いてもよ
い。次に、ゲート酸化膜2の上にゲート電極3を形成す
る。このゲート電極3の形成にはどのような材質(ポリ
シリコンゲート、ポリサイドゲート、金属ゲートなど)
を用いてもよい。
Then, a gate oxide film 2 is formed on the surface of the substrate 1. Any method (oxidation method, CVD method, PVD method, etc.) may be used for forming the gate oxide film 2. Next, the gate electrode 3 is formed on the gate oxide film 2. What material is used to form this gate electrode 3 (polysilicon gate, polycide gate, metal gate, etc.)
May be used.

【0024】工程2(図3参照):注入エネルギー;2
00KeV ,ドーズ量;5×1012cm -2,傾斜角;60°
の条件により、ゲート電極3およびゲート酸化膜2をマ
スクとして、基板1にヒ素の回転斜めイオン注入を行
う。
Step 2 (see FIG. 3): implantation energy; 2
00 KeV, dose; 5 × 1012cm -2, Tilt angle; 60 °
The gate electrode 3 and gate oxide film 2 are
As a mask, rotating oblique ion implantation of arsenic is performed on the substrate 1.
U

【0025】これにより、露出している基板1の表面部
分だけでなく、ゲート酸化膜2に覆われている基板1の
表面部分におけるゲート酸化膜2の端部の下側部分11
a(すなわち、前記チャネル部分の端部のゲート領域と
ドレイン領域とがオーバーラップする領域における基板
1の表面部分6)に、低濃度のn- 層11が形成され
る。
As a result, not only the exposed surface portion of the substrate 1 but also the lower portion 11 of the end portion of the gate oxide film 2 in the surface portion of the substrate 1 covered with the gate oxide film 2 is exposed.
A low-concentration n layer 11 is formed in a (that is, the surface portion 6 of the substrate 1 in the region where the gate region and the drain region at the end of the channel portion overlap).

【0026】工程3(図4参照):注入エネルギー;5
0KeV ,ドーズ量;1×1013cm-2,傾斜角;30°の
条件により、ゲート電極3およびゲート酸化膜2をマス
クとして、基板1にボロンの回転斜めイオン注入を行
う。
Step 3 (see FIG. 4): implantation energy; 5
Under the conditions of 0 KeV, dose amount: 1 × 10 13 cm -2 , and inclination angle: 30 °, the substrate 1 is subjected to rotational oblique ion implantation of boron using the gate electrode 3 and the gate oxide film 2 as a mask.

【0027】これにより、基板1の内部の所定の深さま
での部分には、基板1に比べて高濃度のp+ 層12が形
成される。また、低濃度のn- 層11は、P型不純物で
あるボロンの注入により、基板1と同程度の低濃度のp
- 層13になる。すなわち、ゲート電極3直下のチャネ
ル部分の中央部以外の活性領域において、基板1の表面
部分(つまり、図1に示す表面部分6)は低濃度(p-
層13)、基板1の内部の所定の深さまでの部分(つま
り、図1に示す部分7)は高濃度(p+ 層12)にな
る。これは、ゲート電極3直下のチャネル部分の中央部
を除く、チャネル部分の端部のゲート領域とドレイン領
域とがオーバーラップする領域に対して、カウンタード
ープ方式を適用していることに外ならない。
As a result, the p + layer 12 having a higher concentration than that of the substrate 1 is formed in the portion of the substrate 1 up to a predetermined depth. Further, the low-concentration n layer 11 has a low-concentration p − level similar to that of the substrate 1 due to the implantation of boron, which is a P-type impurity.
- made to layer 13. That is, in the active region other than the central portion of the channel portion immediately below the gate electrode 3, the surface portion of the substrate 1 (that is, the surface portion 6 shown in FIG. 1) has a low concentration (p
The layer 13) and the portion to the predetermined depth inside the substrate 1 (that is, the portion 7 shown in FIG. 1) have a high concentration (p + layer 12). This is no exception to the fact that the counter-doping method is applied to the region where the gate region and the drain region at the end of the channel portion overlap, except for the central portion of the channel portion directly below the gate electrode 3.

【0028】工程4(図5参照):CVD法により、基
板1の表面に、ゲート酸化膜2およびゲート電極3に対
応するだけの膜厚のTEOS膜を形成する。そして、全
面エッチバック法により、ゲート酸化膜2およびゲート
電極3の側壁のTEOS膜だけが残るように、形成した
TEOS膜を除去する。その残ったTEOS膜がサイド
ウォール・スペーサ5になる。
Step 4 (see FIG. 5): A TEOS film having a film thickness corresponding to the gate oxide film 2 and the gate electrode 3 is formed on the surface of the substrate 1 by the CVD method. Then, the formed TEOS film is removed by the entire surface etch-back method so that only the TEOS film on the sidewalls of the gate oxide film 2 and the gate electrode 3 remains. The remaining TEOS film becomes the sidewall spacer 5.

【0029】工程5(図6参照):注入エネルギー;5
0KeV ,ドーズ量;8×1013cm-2,傾斜角;15°の
条件により、サイドウオール・スペーサ5をマスクとし
て、基板1に燐の回転斜めイオン注入を行う。
Step 5 (see FIG. 6): implantation energy; 5
Under the conditions of 0 KeV, dose amount: 8 × 10 13 cm -2 , and inclination angle: 15 °, the substrate 1 is subjected to rotational oblique ion implantation of phosphorus using the sidewall spacers 5 as a mask.

【0030】このN型不純物である燐の回転斜めイオン
注入により、p+ 層12およびp-層13におけるドレ
イン領域4に対応する部分(つまり、p+ 層12および
-層13から、図1に示す部分7および表面部分6を
除いた部分)は低濃度のn-層14になる。
[0030] By rotation oblique ion implantation of phosphorus is this N-type impurity, p + layer 12 and p - portion corresponding to the drain region 4 in the layer 13 (i.e., p + layer 12 and p - the layer 13, FIG. 1 (A portion other than the portion 7 and the surface portion 6 shown in FIG. 3) becomes a low concentration n layer 14.

【0031】工程6(図1参照):注入エネルギー;8
0KeV ,ドーズ量;5×1015cm-2の条件により、サイ
ドウオール・スペーサ5をマスクとして、基板1に対し
て垂直にヒ素のイオン注入を行う。
Step 6 (see FIG. 1): implantation energy; 8
Arsenic ions are vertically implanted into the substrate 1 by using the sidewall spacers 5 as a mask under the conditions of 0 KeV and a dose amount of 5 × 10 15 cm -2 .

【0032】これにより、低濃度のn- 層14における
サイドウォール・スペーサ5から離れた部分は高濃度の
+ 層4bになる。 工程7:熱処理を行うことにより、注入した不純物を適
宜に拡散させて所望の不純物プロファイルになるように
する。これにより、図1に示す構造を得ることができ
る。
As a result, the portion of the low-concentration n layer 14 distant from the sidewall spacer 5 becomes the high-concentration n + layer 4b. Step 7: By performing heat treatment, the implanted impurities are appropriately diffused so as to have a desired impurity profile. As a result, the structure shown in FIG. 1 can be obtained.

【0033】このように本実施例においては、ゲート電
極3直下のチャネル部分の中央部に対しては通常のチャ
ネル注入によるしきい値制御を行い、そのチャネル部分
の中央部を低濃度(p- 層)にすることにより、しきい
値電圧を低下させている。そして、当該チャネル部分の
中央部を除く、チャネル部分の端部のゲート領域とドレ
イン領域とがオーバーラップする領域に対してだけ、カ
ウンタードープ方式を適用している。すなわち、ゲート
領域とドレイン領域とがオーバーラップする領域におけ
る基板1の表面部分6は低濃度(p- 層)にし、基板1
の内部の所定の深さまでの部分7は高濃度(p+ 層)に
している。
As described above, in the present embodiment, the threshold value control by the normal channel implantation is performed on the central portion of the channel portion directly below the gate electrode 3, and the central portion of the channel portion has a low concentration (p The layer) reduces the threshold voltage. Then, the counter-doping method is applied only to the region where the gate region and the drain region at the end of the channel portion overlap, except for the central portion of the channel portion. That is, the surface portion 6 of the substrate 1 in the region where the gate region and the drain region overlap each other has a low concentration (p layer),
The portion 7 up to a predetermined depth inside is made to have a high concentration (p + layer).

【0034】従って、本実施例では、特開平3−236
279号公報と同様に、ホットキャリアによる特性劣化
を防いだ上でショートチャネル効果を解決することがで
きる。すなわち、ホットキャリアの大部分はゲート酸化
膜2と基板1との界面で発生するが、本実施例では、そ
の界面部分(すなわち、表面部分6)を低濃度にしてい
る。そのため、ゲート酸化膜2と基板1との界面におけ
るホットキャリアの発生を抑制することができ、結果と
して、ホットキャリアの大部分を抑制することができ
る。これにより、ドレイン領域4の電界強度の最大点が
ドレインの拡散深さの半分より深いところになる。その
結果、ドレイン領域4の電界強度の最大点が電流パスか
らずれる上にゲート酸化膜2から離れるため、ホットキ
ャリアがゲート酸化膜2中に注入されるのを防ぐことが
できる。
Therefore, in this embodiment, Japanese Patent Laid-Open No. 3-236 is used.
Similar to Japanese Patent No. 279, the short channel effect can be solved while preventing characteristic deterioration due to hot carriers. That is, most of the hot carriers are generated at the interface between the gate oxide film 2 and the substrate 1, but in this embodiment, the interface portion (that is, the surface portion 6) has a low concentration. Therefore, generation of hot carriers at the interface between the gate oxide film 2 and the substrate 1 can be suppressed, and as a result, most of the hot carriers can be suppressed. As a result, the maximum point of the electric field strength of the drain region 4 is deeper than half the diffusion depth of the drain. As a result, the maximum electric field strength of the drain region 4 deviates from the current path and is separated from the gate oxide film 2, so that hot carriers can be prevented from being injected into the gate oxide film 2.

【0035】加えて、本実施例では、チャネル部分の端
部のゲート領域とドレイン領域とがオーバーラップする
領域に対してだけカウンタードープ方式を適用し、チャ
ネル部分の中央部に対しては通常のチャネル注入による
しきい値制御を行っている。そのため、本実施例によれ
ば、特開平3−236279号公報のようなチャネル部
分全体にカウンタードープ方式を適用した場合において
問題となる相互コンダクタンスの低下が起こることはな
い。
In addition, in this embodiment, the counter-doping method is applied only to the region where the gate region and the drain region at the end of the channel portion overlap with each other, and the counter-doping method is applied to the central portion of the channel portion. The threshold is controlled by channel injection. Therefore, according to the present embodiment, the transconductance, which is a problem when the counter-doping method is applied to the entire channel portion as in JP-A-3-236279, does not occur.

【0036】さらに、本実施例では、チャネル部分の中
央部に対するしきい値制御により、LDD構造のn-
4aやカウンタードープ方式を適用した各部分6,7と
は関係なく、独立にしきい値電圧を設定することができ
る。そのため、本実施例によれば、容易にしきい値電圧
を低下させることができる。
Further, in the present embodiment, the threshold control is performed independently of the n layer 4a of the LDD structure and each of the portions 6 and 7 to which the counter-doping method is applied by controlling the threshold of the central portion of the channel portion. The voltage can be set. Therefore, according to this embodiment, the threshold voltage can be easily lowered.

【0037】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、以下のように実施してもよい。 1)工程7において一括した熱処理を行うのではなく、
各工程2,3,5,6においてそれぞれ熱処理を行うよ
うにする。
The present invention is not limited to the above embodiment, but may be carried out as follows. 1) Rather than performing a collective heat treatment in step 7,
Heat treatment is performed in each of the steps 2, 3, 5, and 6.

【0038】2)工程3を先に行い、その後で工程2を
行う。このとき、工程2および工程3でそれぞれ熱処理
を行う場合には、工程3の熱処理を省略し、工程2の熱
処理と兼用して行ってもよい。
2) Step 3 is performed first, and then step 2 is performed. At this time, when the heat treatment is performed in each of step 2 and step 3, the heat treatment in step 3 may be omitted and the heat treatment in step 2 may also be performed.

【0039】3)工程1,4,5,6を先に行い、その
後で工程2および工程3を行う。 4)工程3の回転斜めイオン注入を基板に垂直なイオン
注入に置き換え、注入したボロンを熱処理によって所定
領域まで拡散させるようにする。
3) Steps 1, 4, 5 and 6 are carried out first, and then steps 2 and 3 are carried out. 4) The rotating oblique ion implantation in step 3 is replaced with ion implantation perpendicular to the substrate, and the implanted boron is diffused to a predetermined region by heat treatment.

【0040】5)工程1,2,3,5,6において注入
する各不純物(ボロン、ヒ素、燐)を、同じ導伝型の他
の不純物に置き換える(例えば、ボロン→インジウム、
ヒ素→アンチモン、ヒ素→燐、など)。
5) The impurities (boron, arsenic, phosphorus) implanted in the steps 1, 2, 3, 5, 6 are replaced with other impurities of the same conductivity type (for example, boron → indium,
Arsenic → antimony, arsenic → phosphorus, etc.).

【0041】6)n- 層4aを省略し、n+ 層4bだけ
からドレイン領域4を構成する。この場合はLDD構造
ではなくなるため、ホットキャリアの抑制効果について
は上記実施例に比べて若干劣るものの、ほぼ同じ効果を
得ることができる。
6) The n layer 4a is omitted, and the drain region 4 is formed only from the n + layer 4b. In this case, since the LDD structure is not used, the effect of suppressing hot carriers is slightly inferior to that of the above-mentioned embodiment, but almost the same effect can be obtained.

【0042】7)工程4〜工程6はLDD構造を作成す
るための工程であるため、この工程4〜工程6を、LD
D構造の作成方法として公知な以下のまたはの方法
に置き換える。
7) Since steps 4 to 6 are steps for forming an LDD structure, these steps 4 to 6 are LD
The following or method known as a method for creating the D structure is replaced.

【0043】まず、基板1に垂直なイオン注入を行い
低濃度のn- 層4aを形成する。次に、サイドウォール
・スペーサ5を形成する。続いて、サイドウォール・ス
ペーサ5をマスクとして、基板1に垂直なイオン注入を
行い高濃度のn+ 層4bを形成する。
First, ion implantation perpendicular to the substrate 1 is performed to form a low concentration n - layer 4a. Next, the sidewall spacers 5 are formed. Subsequently, using the sidewall spacers 5 as a mask, ions are implanted perpendicularly to the substrate 1 to form a high-concentration n + layer 4b.

【0044】まず、工程4と同様にサイドウォール・
スペーサ5を形成する。次に、サイドウォール・スペー
サ5をマスクとして、基板1に垂直なイオン注入を行い
高濃度のn+ 層4bを形成する。続いて、サイドウォー
ル・スペーサ5を除去する。そして、基板1に垂直なイ
オン注入を行い低濃度のn- 層4aを形成する。その
後、再び、サイドウォール・スペーサ5を形成する。
First, as in step 4,
The spacer 5 is formed. Next, using the sidewall spacers 5 as a mask, ions are implanted perpendicularly to the substrate 1 to form a high-concentration n + layer 4b. Then, the sidewall spacers 5 are removed. Then, ion implantation perpendicular to the substrate 1 is performed to form a low concentration n layer 4a. After that, the sidewall spacers 5 are formed again.

【0045】8)基板1にPウェルを形成し、そのPウ
ェルに上記実施例と同様なNチャネルトランジスタを形
成する。 9)上記実施例の導電気を逆にして、PチャネルMOS
トランジスタに具体化する。
8) A P-well is formed on the substrate 1, and an N-channel transistor similar to that in the above embodiment is formed in the P-well. 9) Reverse the conductive gas of the above embodiment to obtain a P channel MOS.
Embody it in a transistor.

【0046】10)上記1)〜9)を適宜に組み合わせ
て実施する。
10) The above 1) to 9) are appropriately combined and carried out.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ホ
ットキャリアによる特性劣化を防いだ上で、ショートチ
ャネル効果および相互コンダクタンスの低下を起こさせ
ることなく、しきい値電圧を低下させることができると
いう優れた効果がある。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to prevent the characteristic deterioration due to hot carriers and to reduce the threshold voltage without causing the short channel effect and the decrease in the mutual conductance. It has the excellent effect that

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

【図1】本発明の一実施例のNチャネルMOSトランジ
スタの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an N-channel MOS transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】一実施例の製造工程を説明するための断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the embodiment.

【図3】一実施例の製造工程を説明するための断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the example.

【図4】一実施例の製造工程を説明するための断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the example.

【図5】一実施例の製造工程を説明するための断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the embodiment.

【図6】一実施例の製造工程を説明するための断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型単結晶シリコン基板 3 ゲート電極 6 チャネル部分の端部のゲート領域とドレイン領域と
がオーバーラップする領域における基板1の表面部分 7 ゲート領域とドレイン領域とがオーバーラップする
領域における表面部分6の下の基板1の内部の所定の深
さまでの部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 p-type single crystal silicon substrate 3 gate electrode 6 surface part of substrate 1 in a region where a gate region and a drain region at an end of a channel part overlap 7 surface part 6 in a region where a gate region and a drain region overlap Under the substrate 1 to a predetermined depth

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート(3)直下のチャネル部分の中央
部の基板不純物プロファイルと、チャネル部分の端部の
ゲート領域とドレイン領域とがオーバーラップする領域
の基板不純物プロファイルとが異なり、そのゲート領域
とドレイン領域とがオーバーラップする領域における基
板(1)の表面部分(6)の不純物濃度が低く、当該表
面部分(6)の下の基板(1)の内部の所定の深さまで
の部分(7)の不純物濃度が高いことを特徴とする半導
体装置。
1. A substrate impurity profile in a central portion of a channel portion immediately below a gate (3) and a substrate impurity profile in a region where a gate region and a drain region at an end portion of the channel portion overlap each other are different from each other. The impurity concentration of the surface portion (6) of the substrate (1) in the region where the drain region and the drain region overlap is low, and a portion (7) below the surface portion (6) up to a predetermined depth inside the substrate (1). 3.) A semiconductor device having a high impurity concentration of.
【請求項2】 ゲート電極(3)をマスクとして、基板
(1)と異なる導伝型の不純物を、基板(1)に対して
所定の角度で回転斜めイオン注入する工程と、 ゲート電極(3)をマスクとして、基板(1)と同じ導
伝型の不純物を、基板(1)にイオン注入する工程とを
備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製
造方法。
2. A step of ion-implanting a conductive impurity different from that of the substrate (1) at a predetermined angle with respect to the substrate (1) using the gate electrode (3) as a mask, and the gate electrode (3). 3.) The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of: ion-implanting into the substrate (1) the same conductivity type impurity as that of the substrate (1).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR980006509A (en) * 1996-06-29 1998-03-30 김주용 MOS transistor and manufacturing method thereof
KR100749270B1 (en) * 2001-12-21 2007-08-13 매그나칩 반도체 유한회사 CMOS Image sensor and method for fabricaing the same

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