JPH08186179A - 相補型半導体装置 - Google Patents

相補型半導体装置

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JPH08186179A
JPH08186179A JP6338340A JP33834094A JPH08186179A JP H08186179 A JPH08186179 A JP H08186179A JP 6338340 A JP6338340 A JP 6338340A JP 33834094 A JP33834094 A JP 33834094A JP H08186179 A JPH08186179 A JP H08186179A
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JP
Japan
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well
film
transistor
semiconductor device
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JP6338340A
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Michio Mano
三千雄 眞野
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 PチャネルトランジスタとNチャネルトラン
ジスタとで特性をバランスさせ、且つ製造を容易にす
る。 【構成】 Pチャネルトランジスタ及びNチャネルトラ
ンジスタの何れのゲート電極の導電型もP型である。P
チャネルトランジスタが表面チャネル型であるので、低
い閾値電圧を得ることができて、埋め込みチャネル型と
略同等程度の電流駆動能力を得ることが可能である。一
方、Nチャネルトランジスタが埋め込みチャネル型であ
るが、閾値電圧がそれほどには大きくならず、表面チャ
ネル型に比べて電流駆動能力の低下が少ない。しかも、
ゲート電極の不純物が相互拡散せず、ゲート電極の不純
物濃度の低下による閾値電圧の変動がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本願の発明は、Pチャネルトラン
ジスタ及びNチャネルトランジスタの双方を含む相補型
半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、CMOS半導体装置の一従来例
のうちでPMOSトランジスタの部分を示している。こ
の一従来例では、Si基板11の表面に素子分離用のS
iO2膜12が形成されており、PMOSトランジスタ
13の形成領域にNウェル14が形成されている。
【0003】SiO2 膜12に囲まれているSi基板1
1の表面には、ゲート酸化膜としてのSiO2 膜15が
形成されている。そして、N+ 型の多結晶Si膜16と
WSix 膜17等とから成るポリサイド層でゲート電極
18が形成されており、このゲート電極18にはLDD
構造用の側壁がSiO2 膜21等で形成されている。
【0004】Nウェル14のうちで多結晶Si膜16下
には、N+ 型のゲート電極18の仕事関数を補正するた
めの埋め込み層であるP--領域22が形成されており、
SiO2 膜21下には、LDD部としてのP- 領域23
と所謂ポケット部としてのN- 領域24とが形成されて
いる。また、Nウェル14のうちで多結晶Si膜16及
びSiO2 膜21下以外の部分には、ソース/ドレイン
部としてのP+ 領域25が形成されている。
【0005】なお、この一従来例のうちでNMOSトラ
ンジスタ(図示せず)にも、N+ 型のゲート電極18が
用いられている。従って、PMOSトランジスタ13は
埋め込みチャネル型であり、NMOSトランジスタは表
面チャネル型である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、埋め込み層
であるP--領域22は拡散係数の大きいボロンで形成さ
れるのが一般的であるので、上述の一従来例では、ゲー
ト酸化やその後のアニールによる再拡散でP--領域22
とNウェル14との接合が深くなりがちであり、サブス
レッショルド特性つまり電流の立ち上がり特性が劣化し
易い。
【0007】このため、閾値電圧を0.5V以下にしよ
うとすると、オフ時のチャネルリーク電流が多くなり過
ぎて、CMOS回路の消費電流が多くなってしまう。従
って、上述の一従来例では、低い閾値電圧を得ることが
できなくて、高い電流駆動能力を得ることが困難であっ
た。
【0008】一方、表面チャネル型の場合は、図6
(a)に示す様に、ポケット部の有無に拘らずゲート電
極下のポテンシャルバリアの高さが均一に近いので、P
- 領域23やP+ 領域25からの不純物の横方向拡散に
よって閾値電圧が影響を受けにくい。
【0009】ところが、埋め込みチャネル型の場合は、
図6(b)に示す様に、ポケット部がある場合の閾値電
圧がソース端におけるポテンシャルバリアのみで決定さ
れるので、P- 領域23やP+ 領域25からN- 領域2
4への不純物の横方向拡散によって閾値電圧が影響を受
け易い。
【0010】しかも、P- 領域23やP+ 領域25は拡
散係数の大きいボロンで形成されるのが一般的であるの
で、閾値電圧の受ける影響が大きい。従って、上述の一
従来例では、ポケット部を形成したとしても、微細化に
伴う短チャネル効果を抑制しにくく、サブスレッショル
ド特性が更に劣化し易くて、高い電流駆動能力を得るこ
とが更に困難であった。
【0011】なお、NMOSトランジスタにはN+ 型の
ゲート電極を用い、PMOSトランジスタにはP+ 型の
ゲート電極を用いて、NMOSトランジスタのみならず
PMOSトランジスタをも表面チャネル型にするデュア
ルゲート構造が考えられている。表面チャネル型のPM
OSトランジスタでは、埋め込みチャネル型のPMOS
トランジスタに比べて、短チャネル効果の抑制が容易で
あるので、サブスレッショルド特性が良好で低い閾値電
圧を得ることができる。
【0012】しかし、デュアルゲート構造では、ゲート
電極の不純物が相互拡散し、Pチャネルトランジスタ及
びNチャネルトランジスタの何れにおいてもゲート電極
の不純物濃度の低下による閾値電圧の変動が生じるで、
製造が容易でない。
【0013】このため、従来のCMOS半導体装置で
は、上述の様に、埋め込みチャネル型のPMOSトラン
ジスタと表面チャネル型のNMOSトランジスタとの組
み合わせを用いていた。この結果、図1からも明らかな
様に、PチャネルトランジスタとNチャネルトランジス
タとで特性がバランスしておらず、このCMOS半導体
装置を設計ルール的にバランスよく設計することができ
なかった。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の相補型半導体
装置は、Pチャネルトランジスタ26及びNチャネルト
ランジスタ27の何れのゲート電極34の導電型もP型
であることを特徴としている。
【0015】請求項2の相補型半導体装置は、請求項1
の相補型半導体装置において、P型の多結晶シリコン膜
で前記ゲート電極34が形成されていることを特徴とし
ている。
【0016】請求項3の相補型半導体装置は、請求項1
の相補型半導体装置において、P型の多結晶シリコン膜
33上にシリサイド膜17が積層されているポリサイド
層で前記ゲート電極34が形成されていることを特徴と
している。
【0017】請求項4の相補型半導体装置は、請求項1
〜3の何れかの相補型半導体装置において、前記Nチャ
ネルトランジスタ27のチャネル部に臨む接合をこのチ
ャネル部よりも高濃度の不純物領域38が覆っているこ
とを特徴としている。
【0018】
【作用】請求項1〜3の相補型半導体装置では、Pチャ
ネルトランジスタ26が表面チャネル型であるので、短
チャネル効果が生じにくい。このため、埋め込みチャネ
ル型に比べて、サブスレッショルド特性が良好で低い閾
値電圧を得ることができるので、キャリアの移動度が若
干劣るにも拘らず、埋め込みチャネル型と略同等程度の
電流駆動能力を得ることが可能である。
【0019】一方、Nチャネルトランジスタ27が埋め
込みチャネル型であるが、Nチャネルトランジスタ27
の埋め込み層32は拡散係数の小さい不純物で形成する
ことができるので、この埋め込み層32の接合を浅くす
ることができる。このため、埋め込みチャネル型のPチ
ャネルトランジスタ13ほどにはサブスレッショルド特
性が劣化しなくて閾値電圧がそれほどには大きくなら
ず、その反面、キャリアの移動度が大きいので、表面チ
ャネル型に比べて電流駆動能力の低下が少ない。
【0020】しかも、Pチャネルトランジスタ26及び
Nチャネルトランジスタ27の何れのゲート電極34の
導電型もP型であるので、デュアルゲート構造の様にゲ
ート電極34の不純物が相互拡散せず、Pチャネルトラ
ンジスタ26及びNチャネルトランジスタ27の何れに
おいてもゲート電極34の不純物濃度の低下による閾値
電圧の変動がない。
【0021】請求項4の相補型半導体装置では、Nチャ
ネルトランジスタ27が所謂ポケット部38を有してい
るが、Nチャネルトランジスタ27のソース/ドレイン
部41等は拡散係数の小さい不純物で形成することがで
きるので、ソース/ドレイン部41等からポケット部3
8への不純物の横方向拡散が少なく、ポケット部38に
よる短チャネル効果の抑制効果が大きい。このため、サ
ブスレッショルド特性が劣化しにくくて低い閾値電圧を
得ることができ、キャリアの移動度は大きいので、表面
チャネル型に比べて電流駆動能力の低下が更に少ない。
【0022】
【実施例】以下、CMOS半導体装置に適用した本願の
発明の一実施例を、図1〜4を参照しながら説明する。
なお、図2〜4に示す一実施例のうちで、図5に示した
一従来例と対応する構成部分には、図5と同一の符号を
付してある。
【0023】本実施例を製造するためには、図2に示す
様に、Si基板11の表面に通常のLOCOS法で素子
分離用のSiO2 膜12を形成した後、PMOSトラン
ジスタ26及びNMOSトランジスタ27の夫々の形成
領域にNウェル14及びPウェル31を形成する。
【0024】そして、Nウェル14及びPウェル31の
両方に対して、例えばヒ素を20keVの加速エネルギ
ー及び1〜4×1012cm-2のドーズ量でイオン注入し
て、閾値電圧を調整するためのN- 領域32を形成す
る。なお、ヒ素の代わりにリンを用いてもよく、また、
不純物のドーズ量はNウェル14及びPウェル31の不
純物濃度やゲート電極の仕事関数によって当然に微調整
する。
【0025】次に、図3に示す様に、SiO2 膜12に
囲まれているSi基板11の表面に、ゲート酸化膜とし
てのSiO2 膜15を形成する。そして、CVD法で全
面に堆積させたP+ 型の多結晶Si膜33とWSix
17等の高融点金属シリサイド膜とから成るポリサイド
層をパターニングして、ゲート電極34を形成する。多
結晶Si膜33に対する不純物の導入は、イオン注入で
も、CVD時の添加でもよい。
【0026】次に、図4に示す様に、ゲート電極34及
びSiO2 膜12をマスクにした不純物のイオン注入
で、Nウェル14及びPウェル31にLDD部としての
P領域35及びN領域36を形成する。また、ゲート電
極34及びSiO2 膜12をマスクにした不純物の斜め
回転イオン注入で、Nウェル14及びPウェル31にポ
ケット部としてのN領域37及びP領域38を形成す
る。
【0027】その後、LDD構造用の側壁をSiO2
21等でゲート電極34に形成し、ゲート電極34及び
SiO2 膜12、21をマスクにした不純物のイオン注
入で、Nウェル14及びPウェル31にソース/ドレイ
ン部としてのP+ 領域25及びN+ 領域41を形成す
る。
【0028】そして、層間絶縁膜42を全面に堆積さ
せ、P+ 領域25及びN+ 領域41に達するコンタクト
孔43を層間絶縁膜42に開孔し、Al配線等の金属配
線(図示せず)を形成して、本実施例を完成させる。以
上の様にして製造した本実施例では、PMOSトランジ
スタ26が表面チャネル型であり、NMOSトランジス
タ27が埋め込みチャネル型である。
【0029】しかし、NMOSトランジスタ27では、
埋め込み層であるN- 領域32が拡散係数の小さいヒ素
で形成されているので、ゲート酸化やその後のアニール
による再拡散でも、N- 領域32とPウェル31との接
合が、図5に示した一従来例のPMOSトランジスタ1
3におけるP--領域22とNウェル14との接合ほどに
は深くならず、サブスレッショルド特性が劣化しにく
い。
【0030】しかも、N領域36やN+ 領域41も拡散
係数の小さいヒ素で形成されているので、これらのN領
域36やN+ 領域41からP領域38への不純物の横方
向拡散が少なくて閾値電圧が影響を受けにくい。従っ
て、本実施例では、ポケット部であるP領域38による
短チャネル効果の抑制効果が一従来例のPMOSトラン
ジスタ13よりも大きく、サブスレッショルド特性が更
に劣化しにくい。
【0031】この結果、図1からも明らかな様に、PM
OSトランジスタ26とNMOSトランジスタ27とで
特性がバランスしており、このCMOS半導体装置を設
計ルール的にバランスよく設計することができる。な
お、以上の実施例ではゲート電極34がポリサイド層で
形成されているが、多結晶Si膜33のみでゲート電極
が形成されていてもよい。
【0032】
【発明の効果】請求項1〜3の相補型半導体装置では、
表面チャネル型のPチャネルトランジスタで埋め込みチ
ャネル型と略同等程度の電流駆動能力を得ることが可能
であり、埋め込みチャネル型のNチャネルトランジスタ
においても表面チャネル型に比べて電流駆動能力の低下
が少ないので、PチャネルトランジスタとNチャネルト
ランジスタとで特性がバランスしており、設計ルール的
にバランスよく設計することができる。
【0033】しかも、Pチャネルトランジスタ及びNチ
ャネルトランジスタの何れにおいてもゲート電極の不純
物濃度の低下による閾値電圧の変動がないので、製造が
容易である。
【0034】請求項4の相補型半導体装置では、埋め込
みチャネル型のNチャネルトランジスタにおいても表面
チャネル型に比べて電流駆動能力の低下が更に少ないの
で、更に高い電流駆動能力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】表面チャネル型及び埋め込みチャネル型のPM
OSトランジスタ及びNMOSトランジスタにおける特
性の概念を示すグラフである。
【図2】本願の発明の一実施例を製造するための初期の
工程を示すCMOS半導体装置の側断面図である。
【図3】一実施例を製造するための中期の工程を示すC
MOS半導体装置の側断面図である。
【図4】一実施例を製造するための終期の工程を示すC
MOS半導体装置の側断面図である。
【図5】本願の発明の一従来例における要部の側断面図
である。
【図6】MOSトランジスタにおけるポテンシャルを示
す概念図であり、(a)は表面チャネル型の場合、
(b)は埋め込みチャネル型の場合である。
【符号の説明】
17 WSix 膜 26 PMOSトランジスタ 27 NMOSトランジスタ 33 多結晶Si膜 34 ゲート電極 38 P領域

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Pチャネルトランジスタ及びNチャネル
    トランジスタの何れのゲート電極の導電型もP型である
    ことを特徴とする相補型半導体装置。
  2. 【請求項2】 P型の多結晶シリコン膜で前記ゲート電
    極が形成されていることを特徴とする請求項1記載の相
    補型半導体装置。
  3. 【請求項3】 P型の多結晶シリコン膜上にシリサイド
    膜が積層されているポリサイド層で前記ゲート電極が形
    成されていることを特徴とする請求項1記載の相補型半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 前記Nチャネルトランジスタのチャネル
    部に臨む接合をこのチャネル部よりも高濃度の不純物領
    域が覆っていることを特徴とする請求項1〜3の何れか
    1項に記載の相補型半導体装置。
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