JPH08213484A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH08213484A
JPH08213484A JP7294129A JP29412995A JPH08213484A JP H08213484 A JPH08213484 A JP H08213484A JP 7294129 A JP7294129 A JP 7294129A JP 29412995 A JP29412995 A JP 29412995A JP H08213484 A JPH08213484 A JP H08213484A
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semiconductor
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drain
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Hiroyuki Yamane
宏幸 山根
Yasushi Higuchi
安史 樋口
Mitsutaka Katada
満孝 堅田
Noriyuki Iwamori
則行 岩森
Tsutomu Kawaguchi
勉 川口
Takeshi Kuzuhara
葛原  剛
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンハンスメント型のMOS構造を有する半
導体装置において、大きなリーク電流を発生させないよ
うにする。 【解決手段】 エンハンスメント型トランジスタにおい
て、ゲート電極13下のチャネル領域に形成される高濃
度P領域17を、ソース領域15bに接し、ドレイン領
域15aに接しないようにする。このことによって、ド
レイン領域15aと高濃度P領域17間のPN接合がな
くなり、リーク電流を低減することができる。また、ド
レイン領域15aと高濃度P領域17との距離は、ドレ
イン領域15aに動作電圧が印可されたときに拡がる空
乏層が、高濃度P領域17の内部に拡がったとしても、
空乏層内部の電界がアバランシェ降伏あるいはツェナー
降伏を発生させる臨界電界に達しないような距離とす
る。これによりアバランシェ降伏あるいはツェナー降伏
によるリーク電流の増大を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、MIS(Metal Ins
ulator Semiconductor) 構造を有するエンハンスメント
型の半導体装置およびその製造方法に関し、例えばRO
M(Read OnlyMemory) に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、マスクROMを構成する際には、
エンハンスメント型ROMトランジスタが用いられてい
る。この場合、イオン注入により、ゲート電極を通過
し、チャネル領域にイオンを到達させてしきい値を変化
させるいわゆるイオン注入型ROMがよく用いられてい
る。
【0003】このイオン注入型ROMをNchトランジ
スタで構成した場合の製造方法を図16により説明す
る。Nchトランジスタの場合、P型のSi単結晶基板
11を、例えば酸素ガス、あるいはH2 Oと酸素ガスの
混合ガス等の酸化性雰囲気で酸化してゲート酸化膜12
を形成し、その上に例えば高濃度のリンをドーピングし
た多結晶シリコンによりゲート電極13を形成する(図
16(a))。
【0004】次に、後述するイオン注入時に注入された
イオンがゲート電極13である多結晶シリコンをチャネ
リングしないように、シリコンの全面に非晶質の酸化
膜、窒化膜といった膜14を適当な厚さで形成した後、
ドナー不純物(例えば、ひ素、リン、あるいは両方)を
注入しドレイン領域15a、ソース領域15bを形成す
る(図16(b))。
【0005】その後、フォトレジスト16を形成し、エ
ンハンスメント型ROMとするために、例えばボロン、
BF2 等のアクセプタ不純物をチャネル領域に注入し、
基板11より高い不純物濃度の高濃度P領域17をチャ
ネル領域全面に形成する(図16(c))。その後、全
面に例えばBPSG膜よりなる層間絶縁膜18を形成
し、ドレイン領域15aおよびソース領域15bに達す
るように層間絶縁膜18及びその下のゲート酸化膜12
の一部を開口し、コンタクト孔を形成する。さらに、ア
ルミニウムなどの金属膜を蒸着、スパッタ、化学気相成
長法等により成膜し、不要部を除去してドレイン電極1
9aおよびソース電極19bを形成する(図16
(d))。
【0006】以上により、エンハンスメント型ROMが
形成される。このROMとしてのメモリ機能は、高濃度
P領域17の不純物濃度の設定により行われる。また、
このエンハンスメント型ROMを動作させる場合には、
例えば基板11とソース電極19bとを0Vに設定し、
ドレイン電極19aを1〜5Vに設定する。すなわち、
基板11とソース電極19bを同電位にし、ドレイン電
極19aをそれより高電位に設定する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして構成されるエンハンスメント型ROMにおい
て、ドレイン領域15aとチャネル領域の接する領域
で、イオン注入をしない(高濃度P領域17を形成しな
い)場合に比べ耐圧が低くなり、ドレイン領域15aか
ら基板11、あるいはソース領域15bにリーク電流が
発生するという問題が発生した。
【0008】この問題について本願発明者等が種々に検
討したところ、高濃度のN型ドレイン領域15aと高濃
度P領域17によるPN接合がドレイン領域15aとチ
ャネル領域の間で形成され、ドレイン領域15aは基板
11に対して例えば1〜5V程度高い電圧が印加される
ため、上記のPN接合によりツェナー降伏あるいはアバ
ランシェ(電子雪崩)降伏の作用が生じ、リーク電流が
大きくなるものと考えられる。
【0009】なお、チャネル領域全面に形成される高濃
度P領域17の不純物濃度は、例えば、基板11の不純
物濃度が約1016〜1017/cm3 、ドレイン領域15
a、ソース領域15bの不純物濃度が約1020/cm3
の場合、1018/cm3 オーダーのものである。従っ
て、しきい値電圧を高くするためにチャネル領域の高濃
度P領域17の不純物濃度を高くする程、前述のごとく
エンハンスメント型ROMでは、チャネル領域とドレイ
ン領域15a端部の間に大きなリーク電流が発生し、耐
圧が低くなってしまう。また、消費電力も増大してしま
う。
【0010】本発明は上記した問題に鑑みたもので、エ
ンハンスメント型のMOS構造を有する半導体装置にお
いて、リーク電流を抑制することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、発明者らは、エンハンスメント型のMOS構造を有
する半導体装置において、上記チャネル領域の高濃度P
領域17をドレイン側には形成せず、ゲート電極下から
ソース領域周辺に形成することを考案した。しかしなが
ら、ドレイン領域に高濃度P領域を形成しなくとも、高
濃度P領域の端部がドレイン領域の端部に近いと、リー
ク電流が十分低下しないことが分かった。
【0012】これは、実際に、エンハンスメント型のM
OS構造のトランジスタに動作電圧(例えば5V)を印
加した際に、ドレイン領域とチャネル領域とのPN接合
から印加電圧に応じて空乏層が拡がり、その空乏層が高
濃度P領域に達してその内部に伸びることになるが、高
濃度領域の内部では不純物濃度が高濃度になることによ
って空乏層が伸びにくくなり、その状態になると空乏層
領域内の電界強度の上昇が速まる。そして、実使用時の
定格電圧であっても空乏層内の電界がアバランシェある
いはツェナー降伏を発せさせる臨界電界に達してしま
い、リーク電流が発生すると考えられる。
【0013】従って、動作電圧が印可されたときに、ド
レイン領域とチャネル領域とのPN接合から延びる空乏
層が、たとえ高濃度P領域に達して内部に伸びたとして
も、空乏層内部の電界がアバランシェ降伏あるいはツェ
ナー降伏を発生させる臨界電界に達しないような位置に
高濃度P領域を形成するようにすればよい。すなわち、
請求項1あるいは2に記載の半導体装置は、半導体領域
上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、ソー
ス・ドレイン領域が形成されたMOS構造の半導体装置
において、ソース・ドレイン領域間のチャネル領域にチ
ャネル領域と同一導電型であって、このチャネル領域よ
りも高濃度の不純物濃度を有する高濃度領域を有し、こ
の高濃度領域が、少なくとも前記ドレイン領域と離間し
て配置されるとともに、実使用時の定格電圧が前記ドレ
インに印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半導
体領域との間に形成されるPN接合から前記半導体領域
内に拡がる空乏層内部の電界が、アバランシェ降伏を発
生させる臨界電界、あるいはツェナー降伏を発生させる
臨界電界に達しないような位置に設定されていることを
その主旨としている。これにより、たとえ空乏層が高濃
度領域に達し、その内部に伸びたとしても、空乏層内部
の電界がアバランシェあるいはツェナー降伏を発生させ
る臨界電界に達することはないから、アバランシェある
いはツェナー降伏によるリーク電流の増大を抑制するこ
とができる。
【0014】また、請求項3に記載の発明においては、
動作電圧が印加されるときに、ドレイン領域とチャネル
領域とのPN接合から伸びる空乏層が高濃度P領域内に
まで伸びないように、高濃度P領域の位置を決定してい
る。このようにすることで、空乏層が、高濃度P領域に
達したとしてもその内部に伸びないため、空乏層におい
て、高濃度領域内に空乏層が伸びることによる電界強度
の上昇を抑えることができ、従って、請求項1あるいは
2に記載の半導体装置に比べ、空乏層内の電界の上昇を
より抑えることができるから、リーク電流の増大をより
抑制することができる。
【0015】同様に、請求項5に記載の発明において
は、MOS構造の半導体装置において、チャネル領域よ
りもその不純物濃度が高い高濃度領域が形成されてお
り、前記半導体領域の表面に、前記ドレイン領域の端部
と、この端部から所定距離隔てて前記高濃度領域の端部
が形成されており、前記ドレイン領域の端部と前記高濃
度領域の端部の間の領域の濃度は、前記ドレイン領域お
よび高濃度領域の濃度よりも低いものであり、さらに、
前記所定距離は、実使用時の定格電圧が前記ドレインに
印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半導体領域
との間に形成されるPN接合から前記半導体領域内に拡
がる空乏層が、前記高濃度領域の内部に拡がらないよう
な距離に設定されるようにしている。
【0016】従って、定格電圧が印加されて空乏層が拡
がっても、高濃度領域内部には、空乏層が拡がらないた
め、請求項1あるいは2に記載の半導体装置に比べ、空
乏層内の電界の上昇をより抑えることができるから、リ
ーク電流の増大をより抑制することができる。また、請
求項4や請求項6においては、高濃度領域の端部の位
置、あるいは高濃度領域の端部とドレイン領域の端部と
の距離を、定格電圧が印加される実使用時に、ドレイン
領域と半導体領域との間に形成されるPN接合から空乏
層が高濃度領域に向かって拡がっても、空乏層が高濃度
領域に到達しないように設定している。
【0017】従って、定格電圧が印加されて空乏層が拡
がったとしても、空乏層が高濃度領域に達しないのであ
るから、請求項3あるいは5に記載の半導体装置に比
べ、より確実に空乏層内部での電界強度の上昇を抑制
し、リーク電流の増大を抑制することができる。また、
請求項9に記載の半導体装置においては、高濃度領域
が、さらにソース領域およびドレイン領域のいずれから
も離間して形成されている。従って、ドレイン領域、ソ
ース領域のいずれに、半導体領域に対して高い電位を印
加しても大きなリーク電流が発生することはない。従っ
て、リーク電流の増大を抑制することができる。
【0018】また、請求項10および11に記載の半導
体装置によれば、MIS型メモリとして用いている。従
って、待機時におけるリーク電流を抑制することがで
き、無駄な消費電力を抑制することができる。また、請
求項11に記載の半導体装置によれば、実使用時にオン
状態にならないMIS型メモリとして用いている。この
場合、常にオフ状態のメモリとなるため、常に電流が流
れないメモリとなる。従って、通常動作において、電流
の流れることのないメモリとして、リーク電流を抑制す
ることができるため、無駄な消費電力を抑制することが
できる。
【0019】また、請求項12あるいは13の半導体装
置の製造方法によれば、半導体領域上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極が形成され、ソース・ドレイン領域が
形成されたMOS構造の半導体装置において、ソース・
ドレイン領域間のチャネル領域に、このチャネル領域と
同一導電型であって、このチャネル領域よりも高濃度の
不純物濃度を有する高濃度領域をイオン注入により形成
する際に、イオン注入のマスクを、ドレイン領域全てを
覆うとともに、ゲート電極の所定領域までを覆うように
形成している。そして、前記イオン注入時の前記マスク
の作用により、前記マスクで覆われない領域において、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を通過する加速エ
ネルギーで第1導電型の不純物がイオン注入されて、高
濃度領域の端部を、少なくとも前記ドレイン領域と離間
して形成するとともに、実使用時の定格電圧が前記ドレ
イン領域に印加されるときに、前記ドレイン領域と前記
半導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導体
領域内に拡がる空乏層内部の電界が、アバランシェある
いはツェナー降伏を発生させる電界に達しないような位
置に形成している。
【0020】従って、定格電圧が印加されて空乏層が拡
がっても、上述したようにリーク電流が増大することの
ない半導体装置を容易に製造することができる。また、
請求項14に記載の半導体装置の製造方法においては、
前記イオン注入時のマスクの作用により、高濃度領域の
端部を、実使用時の定格電圧が前記ドレイン領域に印加
されるときに、前記ドレイン領域と前記半導体領域との
間に形成されるPN接合から前記半導体領域内に拡がる
空乏層が前記高濃度領域内に伸びないような位置に容易
に形成することができる。従って、請求項12あるいは
13に記載の半導体装置に比べ、よりリーク電流の増大
を抑制することが確実な半導体装置の製造方法を提供で
きる。
【0021】また、請求項15に記載の半導体装置の製
造方法においては、前記イオン注入時のマスクの作用に
より、高濃度領域の端部を、少なくとも前記ドレイン領
域と離間して形成するとともに、その端部が、実使用時
の定格電圧が前記ドレインに印加されるときに、前記ド
レイン領域と前記半導体領域との間に形成されるPN接
合から前記半導体領域内に拡がる空乏層が到達しないよ
うな位置に容易に形成することができる。従って、請求
項14に記載の半導体装置に比べ、よりリーク電流の増
大を抑制することができる半導体装置の製造方法を提供
できる。
【0022】また、請求項16あるいは17に記載の半
導体装置の製造方法によれば、上記高濃度領域の形成に
おいて、高濃度領域の端部の位置の設定に際し、上記マ
スクとイオン注入の注入角度によりコントロールしてい
る。従って、高濃度領域の端部の位置の設定の自由度を
大きくすることができる。すなわち、マスクを形成する
パターンを変更することなく、自由に高濃度領域の端部
の位置を決定することができる。
【0023】また、請求項18に記載の半導体装置の製
造方法によれば、前記イオン注入のマスクの作用によ
り、高濃度領域を、ソース領域およびドレイン領域のい
ずれからも離間して形成することができる。従って、ド
レイン領域、ソース領域のいずれに、半導体領域に対し
て高い電位を印加しても大きなリーク電流が発生するこ
とのない半導体装置を容易に製造することができる。
【0024】また、請求項19に記載の半導体装置の製
造方法によれば、高濃度領域を形成するための斜めイオ
ン注入を、パターニングによって現れるゲート電極の側
壁のみを通過するようにしている。これにより、ドレイ
ン領域への高濃度領域の拡がりをより抑えることが可能
になる。従って、上記空乏層が実動作時の定格電圧によ
り高濃度領域に向かって拡がる際にも、さらに高濃度領
域に到達しにくくなる。よって、ゲート電極幅を微細化
し、半導体装置を小型化することができる。また、請求
項20に記載の半導体装置の製造方法によれば、ゲート
電極を、主なゲート電極材料と、この主なゲート電極材
料よりも不純物イオンが通過しにくいイオン注入阻止電
極材料とが積層形成されている。
【0025】従って、高濃度領域を形成する斜めイオン
注入の際に、ゲート電極の側壁からイオン注入される不
純物イオンのうち、イオン注入阻止電極材料から注入さ
れる不純物イオンは半導体領域に到達することができ
ず、イオン注入阻止電極材料の下の主なゲート電極材料
の側壁から注入される不純物イオンのみが半導体領域に
到達することができる。
【0026】従って、高濃度領域のドレイン領域側の端
部を、請求項19に記載の半導体装置におけるその端部
よりもソース領域側に近づけることができる。すなわ
ち、本項の半導体装置の製造方法によれば、請求項19
の半導体装置の製造方法の場合に比べて、定格電圧印加
時に、より空乏層が高濃度領域に到達しにくくなる。従
って、請求項19により製造される半導体装置よりもゲ
ート電極幅を狭めることが可能となり、半導体装置をさ
らに小型化することができる。
【0027】また、請求項21に記載の半導体装置の製
造方法によれば、主なゲート電極材料がシリコン系の材
料からなり、また、イオン注入阻止電極材料が金属とシ
リコンとの金属化合物からなる。従って、ゲート電極と
しての抵抗を低下させることができ、ゲート電極をより
微細化する際にもゲート電極の抵抗値の上昇を抑えるこ
とができる。
【0028】また、請求項22に記載の半導体装置の製
造方法によれば、主なゲート電極材料とイオン注入阻止
電極材料とを積層して同時にパターニングするようにし
ている。従って、容易に積層構造のゲート電極を形成す
ることができる。また、請求項23に記載の半導体装置
の製造方法によれば、主なゲート電極材料をパターニン
グしてゲート電極パターンを形成し、このゲート電極ゲ
ート電極をマスクとしてソース領域およびドレイン領域
を形成した後、金属材料をゲート電極パターン、ソース
領域及びドレイン領域上に堆積し熱処理を行っている。
【0029】これにより、金属材料と主なゲート電極材
料との間に前記金属化合物を形成するとともに、ソース
領域およびドレイン領域との間にもシリコンと金属材料
との化合物を形成することができる。すなわち、ゲート
電極とソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を同時に
行うことができる。また、請求項24に記載の半導体装
置の製造方法によれば、半導体領域上にゲート絶縁膜を
介してゲート電極が形成され、ソース・ドレイン領域が
形成されたMOS構造の半導体装置において、ソース・
ドレイン領域間のチャネル領域に、このチャネル領域と
同一導電型であって、このチャネル領域よりも高濃度の
不純物濃度を有する高濃度領域をイオン注入により形成
する際に、イオン注入のマスクを、ドレイン領域全てを
覆うとともに、ゲート電極の所定領域までを覆うように
形成している。そして、前記イオン注入時の前記マスク
の作用により、前記マスクで覆われない領域において、
前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を通過する加速エ
ネルギーで第1導電型の不純物がイオン注入されて、前
記半導体領域の表面に、前記高濃度領域の端部と前記ド
レイン領域の端部とが所定距離隔てて形成されており、
この所定距離が実使用時の定格電圧が前記ドレイン領域
に印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半導体領
域との間に形成されるPN接合から前記半導体領域内に
拡がる空乏層が、前記高濃度領域内部に拡がらないよう
な距離に設定している。
【0030】従って、定格電圧が印加されて空乏層が拡
がったとしても、上記リーク電流が増大することのない
半導体装置を製造することができる。また、請求項25
に記載の半導体装置の製造方法によれば、マスクの作用
により、前記高濃度領域の端部と前記ドレイン領域の端
部との距離を、実使用時の定格電圧が前記ドレイン領域
に印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半導体領
域との間に形成されるPN接合から前記半導体領域内に
拡がる空乏層が、前記高濃度領域に到達しないように形
成している。
【0031】従って、定格電圧が印加されて空乏層が拡
がったとしても、高濃度領域には到達しないのであるか
ら、請求項24に記載の半導体装置の製造方法に比べ、
より確実にリーク電流の増大を抑制することのできる半
導体装置を製造できる。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って説明する。図1は、本発明の第1実施例を示す
ものであり、エンハンスメント型トランジスタの1つで
ある半導体記憶装置としてのROMの断面図を示すもの
である。P型の半導体基板(あるいは基板に形成したP
ウェル領域)11の上にゲート酸化膜12を有し、さら
にその上に多結晶シリコンゲート電極13を備えたMO
Sトランジスタにおいて、アクセプタ不純物(例えばボ
ロン)の注入により形成される高濃度P領域17をソー
ス領域15bの近傍にのみ形成し、高濃度P領域17が
ドレイン領域15aに接しない構成としている。
【0033】図1中のドレイン領域15a、ソース領域
15bのそれぞれの周辺にある点線で示す領域は、ドレ
イン電圧を5V、ゲート電圧、ソース電圧および基板電
圧を0Vにしたときの空乏層の拡がりを示すものであ
る。ソース領域15b側に拡がる空乏層dep2は、あまり
拡がらないが、ドレイン領域15a側に拡がる空乏層de
p1は、空乏層dep2よりも拡がっている。また、空乏層de
p1は、ゲート電極13下であって半導体基板11表面に
おいて、高濃度P領域17側へ伸びていることが分か
る。
【0034】本実施例においては、高濃度P領域の端部
を、実使用時における定格電圧(動作電圧)が印加され
るとき、ドレイン領域15aとチャネル領域との間に形
成されるPN接合から伸びる空乏層が高濃度P領域17
に達し、その内部に伸びたとしても、空乏層内の電界が
アバランシェあるいはツェナー降伏を発生させる臨界電
界に達しないような位置に形成されている。
【0035】従って、動作電圧(例えば5V)が印加さ
れても、空乏層内の電界がアバランシェあるいはツェナ
ー降伏を発生させる臨界電界に達することはないから、
それらによるリーク電流の増大を防止することができ
る。よって、高濃度P領域17の不純物濃度を高くして
しきい値電圧を高くした場合であっても、それによりチ
ャネル領域とドレイン領域15aの端部の間には大きな
リーク電流が発生せず、従来技術に比べて耐圧を大きく
することができる。尚、アバランシェ降伏となるかツェ
ナー降伏となるかは、ドレイン領域15aと、このドレ
イン領域15aに接するチャネル領域あるいは高濃度P
領域の不純物濃度によって変わる。すなわち、不純物濃
度が高いとき、半導体のエネルギーバンドは大きく曲が
り、電子が価電子帯から伝導帯に遷移してしまうトンネ
リング現象によって大量の電流が流れるようになる。こ
の効果をトンネル効果といい、このトンネル効果による
降伏をツェナー降伏という。また、不純物濃度があまり
高くないときは、トンネリング現象を起こすようなエネ
ルギーバンド状態となる前に、強い電界によって電子の
衝突イオン化現象が発生することで大量の電流が流れる
ようになる。このような降伏をアバランシェ降伏とい
う。また、アバランシェ降伏とツェナー降伏は、混在し
て発生することもある。
【0036】次に、上記エンハンスメント型トランジス
タの製造方法を図2を用いて説明する。図2(a)、
(b)に示す工程は、図16(a)、(b)に示すもの
と同じである。図2(c)の工程において、ゲート電極
13上の所定位置からドレイン領域15aをマスクとな
るフォトレジスト16で覆い、その後、アクセプタ不純
物(例えば、ボロン)をイオン注入し、活性化のための
熱処理を施すことにより、ゲート電極13下の基板11
のソース近傍のみにアクセプタ不純物濃度の高い高濃度
P領域17を形成する。
【0037】このイオン注入のイオンドーズ量、加速電
圧を適当に変え、高濃度P領域17の濃度を所望の値に
設定すれば、しきい値電圧を所望の値に設定できる。具
体的にはイオンのプロジェクティドレンジRp がゲート
酸化膜12、ゲート電極13と膜14を通過する加速エ
ネルギーに設定すると、再現性よくしきい値電圧を制御
することが可能である。
【0038】すなわち、フォトレジスト16にて覆われ
ていない領域において、ゲート電極13およびゲート酸
化膜を通過させてイオン注入し、高濃度P領域17を形
成しているため、安定してしきい値をシフトさせること
ができるとともに、ゲート電極を通過させるようにして
いることで、ソース側近傍のみに高濃度P領域を形成す
る場合であっても イオン注入量を変更するだけで、容
易にしきい値のシフト量を多くすることができる。これ
は、ゲート電極をマスクとしてイオン注入し、熱拡散に
よって高濃度P領域を形成する場合には非常に困難な点
を解消できるものである。
【0039】このプロジェクティドレンジRp は、イオ
ン注入の注入深さを示す値であり、最も注入されたイオ
ン量の多い深さを示すものである。従って、イオン注入
される領域には、当然分布を有するものであり、深さ方
向に対する広がり(標準偏差)をΔRp とし、横方向に
対する広がり(標準偏差)をΔRpxとする。従って、イ
オン注入の際には、このΔRp やΔRpxを考慮して、イ
オン注入の加速エネルギーやフォトレジストの位置ある
いはイオン注入の注入角度を調節する必要がある。例え
ば、高濃度P領域の形成領域を変更する場合には、注入
角度を変更してやれば、フォトレジストのパターンを変
える必要がなくなることもある。
【0040】また、このときゲート電極13上でフォト
レジスト16を被覆する距離(ドレイン領域端部からフ
ォトレジスト端部までの距離)dとしては、ドレイン領
域15aとチャネル領域との境界から加速エネルギーに
対応する横方向広がり標準偏差ΔRpx程度を考慮して、
次のように設定する必要がある。すなわち、ドレイン領
域15aに動作電圧(例えば5.0V)が印可されたと
きに、ドレイン領域15aとP型の半導体基板11との
間に形成されるPN接合から空乏層が拡がる。そして、
この空乏層がたとえ高濃度P領域17に到達したとして
も、空乏層の伸びが高濃度P領域17の端部にて停止
し、空乏層が高濃度P領域17の内部に拡がらないよう
な距離とする必要がある。そうすることにより、高濃度
P領域17内部に空乏層が伸びることによる空乏層内部
での電界強度の上昇を抑えることができるため、リーク
電流の増大を抑制することができる。
【0041】また、空乏層が拡がってきても、上記動作
電圧では高濃度P領域17の端部に到達しないような距
離であれば、より確実にリーク電流の増大を抑制するこ
とができる。尚、上記動作電圧は、特許請求の範囲でい
う実使用時の定格電圧のことを表す。具体的には多結晶
シリコンで形成された厚さ350nmのゲート電極13
と100nmの膜14を通過させる場合は、距離dとし
ては0.05μm以上が適当である。
【0042】また、ドレイン領域15aをフォトレジス
ト16で覆いドレイン領域15a近傍まで高濃度P領域
17が形成されないようにすることで、ドレイン領域1
5aから基板11、あるいはソース領域15bへのリー
ク電流の発生を防ぐことができる。また、図3に示すよ
うに、マスクパターン(図中の点線で示す領域)のソー
ス領域15b端からの距離xは0より大きい値を取り、
ソース領域15bとの重なりの度合いが減少しないよう
にする。この場合、レジストずれを考慮して余裕ある値
にする。それにより、レジストずれによるしきい値電圧
のばらつきを抑制でき、比較的安定した値を得ることが
できる。
【0043】その後、フォトレジスト16を取り除き、
全面に例えばPSG、BPSG膜等の層間絶縁膜18を
例えば化学気相成長法、スパッタ法、蒸着法等により形
成し、ドレインおよびソース電極となる部分を開孔して
アルミニウムなどの金属を蒸着し不要部を除去してドレ
イン電極19aおよびソース電極19bを形成する(図
2(d))。
【0044】以上により、図1に示したエンハンスメト
型トランジスタが製造される。図4に、高濃度P領域を
形成する際のフォトレジスト16の覆う位置を変化させ
てイオン注入した際のしきい値電圧の変化とリーク電流
の変化を示す。図4(a)は、フォトレジスト16の位
置を変化させるとき、ドレイン領域15aの端部と高濃
度P領域17の端部との距離dが変化することを示す模
式図である。尚、今回のサンプルは、高濃度P領域17
は、ドーズ量が1.5×1014cm-2で、加速電圧が1
45kevにてボロンイオンを注入して形成すること
で、不純物濃度が4.5×1018cm-3の不純物濃度に
設定されている。また、ゲート電極長を1.0μmに形
成したものであるが、実際には、ドレイン領域15aと
ソース領域15bは、横方向の拡散により、それぞれ
0.1μm程度ゲート電極13下に拡散しているため、
実効チャネル長に対応する実質的なゲート電極長は、
0.8μmとなる。図4(a)の模式図では、実効チャ
ネル長に対応する実質的なゲート電極長を図示したもの
である。従って、図4(b)に示すグラフの0.4μm
の位置が実質的なゲート電極の中央になる。
【0045】図4(b)は、フォトレジスト位置を変化
させて形成したサンプルにおいて、ドレイン領域15a
にROMの動作電圧と同じ5Vの電圧を印可したとき
に、しきい値電圧およびリーク電流がどのように変化す
るかをシミュレーションデータと実測データにて表した
グラフである。尚、グラフ中で、シミュレーション結果
は点線で示し、実測値は黒丸で示す。また、実測値はサ
ンプル数n=5のときの平均値である。また、イオン注
入時の横方向への拡がりは、フォトレジスト16の端部
に対して約0.1μmだけドレイン領域側に拡がる。
【0046】図4(b)で、グラフの横軸であるフォト
レジスト位置において、0μmの位置は、図4(a)に
示すフォトレジスト16がドレイン領域15a側のゲー
ト電極端に位置するときであり、この状態でイオン注入
すると、高濃度P領域17は、不純物イオンの横方向の
拡がりにより、ドレイン領域15aに十分に接すること
になる。
【0047】図4(b)のグラフから、シミュレーショ
ン結果及び実測値の両方において、フォトレジスト16
の位置が0.2μmよりも小さくなると、(高濃度P領
域17がドレイン領域15aに近づくと)急激にリーク
電流が増大することが分かる。これは、ドレイン領域1
5a側から伸びる空乏層が、高濃度P領域17に達し、
その高濃度P領域17の内部に空乏層が拡がり、空乏層
内部での電界強度が高まることによって、アバランシェ
あるいはツェナー降伏を発生させる臨界電界に達してし
まい、リーク電流が増大するものと考えられる。
【0048】このグラフから高濃度P領域は、ドレイン
領域15aから所定距離だけ離す必要があることが分か
る。その所定距離は、動作電圧がドレイン領域15aに
印加されたとき、ドレイン領域15aから拡がる空乏層
が高濃度P領域に到達して、その内部に空乏層が拡がっ
たとしても、空乏層内の電界が臨界電界に達しないよう
な距離に設定されていることが必要である。
【0049】しかしながら、動作電圧が印加されたと
き、ドレイン領域15a側から伸びる空乏層が高濃度P
領域内部に伸びてしまうと、電界強度の上昇が速まり、
空乏層内部の電界が臨界電界に達しやすくなり、アバラ
ンシェ降伏やツェナー降伏によるリーク電流の発生する
可能性が高くなる。従って、動作電圧が印加されたとき
に、ドレイン領域15a側から伸びる空乏層が高濃度P
領域に到達したとしても、その内部に空乏層が拡がらな
いような距離にすれば、空乏層が高濃度P領域内に拡が
ることによって生じる電界強度の上昇を抑制することが
でき、アバランシェ降伏やツェナー降伏によるリーク電
流がより発生しにくくなる。その結果、リーク電流の増
大を確実に抑制することができることになる。
【0050】さらに、その距離を空乏層が高濃度P領域
に到達しないようにすれば、動作電圧が印加されても、
半導体基板11におけるチャネル領域内部にしか空乏層
が伸びないため、高濃度P領域による空乏層内の電界強
度の上昇を確実になくすことができ、従って、空乏層内
の電界がアバランシェあるいはツェナー降伏を発生させ
る臨界電界に達する可能性がさらに低下することにな
り、リーク電流の増大をさらに確実に抑制することがで
きる。
【0051】図5には、図4(a)に示すようなサンプ
ルのうち、フォトレジスト16の位置を図4(b)に示
す0.5μmの位置、すなわち、実質的なゲート電極中
心(0.4μm)よりも0.1μmだけソース領域15
b寄りに設定して高濃度P領域を図4(a)に示すもの
と同じ条件にて作成したサンプルによる、しきい値電圧
特性(図5(a))とリーク電圧特性(図5(b))を
示す。尚、このとき、ドレイン領域15aと高濃度P領
域との距離dは、イオン注入されたボロンイオンが横方
向に0.1μm拡がるため、0.4μmとなる。
【0052】図5(a)は、ゲート電圧を変化させたと
きのドレイン電流を表したグラフである。図5(a)か
ら、しきい値電圧は、高濃度P領域を形成する前は、し
きい値電圧Vt が0.8Vであったものが、高濃度P領
域を形成した後には、しきい値電圧がVt が8Vとメモ
リとして十分機能することが分かる。図5(b)は、ゲ
ート電極には電圧を印可しない状態で、ドレイン電圧を
変化させたときにドレインから流れる電流、即ちリーク
電流を表したグラフである。図5(b)から、リーク電
流(ドレイン電流)は、同じ条件で、ドレイン領域15
aまで高濃度P領域を形成した従来のサンプルでは、動
作電圧の5V付近でリーク電流が、1×10-9〜1×1
-6Aと非常に大きいのに対し、本実施例のサンプルで
は動作電圧の5Vでは、リーク電流が1×10-11 程度
と非常に小さいことが分かる。そして、ドレイン電圧が
10V程度までリーク電流を低く抑えることができる。
また、ソース領域15bの近傍に高濃度P領域を形成す
る場合(図5(b)中の「イオン注入有り」)と、高濃
度P領域を形成しない場合(図5(b)中の「イオン注
入無し」)とでは、リーク電流の程度がほとんど同じで
あり、本実施例のサンプルは、リーク電流が非常に小さ
く抑えられていることが良く分かる。
【0053】また、図6に従来のエンハンスメント型R
OMと本実施例のエンハンスメント型ROMのリーク特
性評価結果を示す。このROMのしきい値電圧は11V
である。従来技術ではリーク電流が1mA程度流れメモ
リとしては使用不可能であるのに対し、本実施例ではリ
ーク電流が10pA以下のレベルであり、実用上リーク
電流は全く問題はない。
【0054】図7,8に上述したような本実施例のエン
ハンスメント型トランジスタをNOR型ROMに用いた
ものを示す。図7は、NOR型ROMの平面パターン図
の一部を示すものである。NOR型ROMは、ソース領
域を共通としてトランジスタが接続されており、CSは
共通ソース領域であり、Sc はソース引き出し電極であ
る。また、d1a〜d1e,d2a〜d2eは各ドレイン領域を
表し、D1a〜D1e,D2a〜D2eは各ドレイン引き出し電
極を表す。また、g1 ,g2 はゲート電極を表し、
1 ,G2 はそれぞれゲート引き出し電極を表す。ま
た、各引き出し電極の中にある四角形の領域は、各引き
出し電極と、ドレイン領域、共通ソース領域、ゲート電
極とのコンタクト領域を表す。
【0055】そして、図中に示す17が上記実施例の高
濃度P領域に対応する。この高濃度P領域17は、共通
ソース領域側のみに形成されており、また、図3に示す
パターンと同様に、ゲート電極g1 に接している共通ソ
ースCSのソース領域端よりも大きくなるようにxが設
定されている。図8は、図7に示すパターン図のA−
A’断面図を示すものであり、ゲート電極g1 側のトラ
ンジスタにおいて、共通ソース領域CS近傍のみに高濃
度P領域17が形成されている。尚、このROMにおい
ては、電界緩和のために、ドレイン領域やソース領域よ
りも不純物濃度の低いLDD領域が、ソース領域および
ドレイン領域よりもゲート電極下に位置するように形成
されている。実使用時にいては、ドレイン領域に動作電
圧5Vが印可され、共通ソース領域および基板Sub
は、グランド電位とされる。このとき、ゲート電極g1
に読み出し電圧が印可されたとしても、高濃度P領域1
7によって、しきい値電圧が高められているので、ドレ
イン領域d1bと共通ソース領域CSとの間にはチャネル
が形成されないため、電流は流れず、ドレイン領域d1b
の電位は5Vのままである。一方、ゲート電極g2 に読
み出し電圧が印可されると、共通ソース領域CSのゲー
ト電極g 2 側には高濃度P領域17は存在していないた
め、ドレイン領域d2bと共通ソース領域CSとの間にチ
ャネルが形成されて電流が流れ、ドレイン領域d2bは、
ほぼグランド電位となる。
【0056】図9に本発明の第2実施例を示す。この第
2実施例においては、ドレイン領域15a、ソース領域
15bいずれにも高濃度P領域17が接しないようにし
たものである。なお、図9は、図2(c)の工程に対応
する部分を示している。この図9に示す工程により得ら
れるエンハンスメト型ROMにおいては、ドレイン領域
15a、ソース領域15bのいずれに、基板11に対し
て高い電位を印加しても高いリーク電流が発生すること
はない。また、ソースとドレインを逆に使用できるた
め、回路設計上自由度が向上するという特徴を有してい
る。
【0057】図10に本発明の第3実施例を示す。この
第3実施例は、上記第1実施例に対し、しきい値電圧を
上昇させるためのイオン注入を斜め方向(注入角θとし
て45度程度を用いる)から行い、高濃度P領域17を
形成したものである。なお、図10は、図2(c)の工
程に対応する部分を示している。
【0058】この場合、イオン注入の際の加速電圧(あ
るいは加速エネルギー)を調節して、つまり、ゲート電
極13の側面131から注入されたイオンが主にチャネ
ル領域に到達し、ゲート電極13の上面132から注入
されたイオンはチャネル領域には到達しないように設定
すれば、ソース領域15bの近傍のみにイオンが到達
し、第1実施例と同様の効果が得られる。
【0059】図11を用いて、イオン注入における加速
電圧の調節方法の考えを示す。イオン注入の注入深さ
は、一般にプロジェクティドレンジRp で表される。し
かしながら、注入されるイオンは深さ方向に対して分布
があり、その標準偏差をΔRp とすると、例えば今回の
ように、ゲート電極上面から注入されるイオンは、基板
のチャネル領域には到達せず、ゲート電極の側面から注
入されるイオンは、チャネル領域に到達するというよう
に、イオンの注入深さを厳密に考える場合には、この標
準偏差分を考慮して加速エネルギーを設定する必要があ
る。
【0060】そのときの注入深さをRp +nΔRp とす
る。ただし、n>0であり、この式は、プロジェクティ
ドレンジの標準偏差ΔRp のn倍を含めて注入深さを考
えるようにしたものである。また、上式で標準偏差の何
倍まで考慮するかは、要求されるトランジスタ特性から
考えればよい。図11(a)に示すように、基板Sub
に対して斜めからイオン注入する場合、基板Sub対し
て垂直な方向とのなす角を注入角θとし、図10のゲー
ト酸化膜12とゲート電極13および膜14の厚さの和
をtとすると、ゲート電極の角部Ed(図10では膜1
4の角部Ed)から注入角θ方向に見た基板までの幾何
学的距離はt/cos θとなる。
【0061】図11(b)に示すように、注入深さがR
p +nΔRp >t/cos θのときは、ゲート電極の側面
からだけでなく、ゲート電極上面から注入されるイオン
もゲート電極を通過して、基板Subに達することにな
る。また、図11(c)に示すように、注入深さがRp
+nΔRp =t/cos θのときは、ゲート電極の上面か
ら注入されたイオンは、ちょうど基板Subの表面に到
達してしまう。
【0062】そこで、図11(d)に示すように、Rp
+nΔRp <t/cos θとすれば、ゲート電極上面から
注入されたイオンはゲート電極中のみに注入されること
になり、基板Subの表面に達することはない。従っ
て、この条件で斜めイオン注入を行うことが要求され
る。このような斜めイオン注入を行うことにより、高濃
度P領域17は図に示すようにソース領域15b近傍に
形成され、ドレイン領域15aへの拡がり抑えることが
できるため、高濃度P領域17がドレイン領域15aに
接することが一層なくなる。従って、ゲート電極13の
幅をより狭めることができ、よって、トランジスタの小
型化が図れることになる。
【0063】また、上記第1実施例では、フォトレジス
ト16の位置により、ドレイン領域15aと高濃度P領
域17との位置関係を決定するものであるため、フォト
レジストのゲート電極上での位置精度が要求されるが、
本実施例によれば、ゲート電極13の上面がフォトレジ
スト16に代わるマスクとなるわけであるから、フォト
レジストのゲート電極上での位置精度は要求されない。
ドレイン領域15aが完全に覆われるようにすればよ
い。
【0064】さらに、図10ではフォトレジスト16が
ドレイン領域15aとゲート電極13上の一部に被覆さ
れた例を示している。しかしながら、イオン注入する領
域が一方向に決まっている場合で、しかも高濃度P領域
17がドレイン拡散深さより深くならない場合、あるい
はドレイン領域にイオン注入されない条件に設定可能な
場合はフォトレジスト16を設ける必要はない。
【0065】また、第1実施例と同一のしきい値を実現
する際、注入するイオンの加速エネルギーを第1実施例
に比べて小さくすることができるため、注入されたイオ
ンによるゲート酸化膜12への損傷を低減することが可
能になる。図12に本発明の第4実施例を示す。この第
4実施例は、上記第3実施例と同様に、イオン注入を斜
め方向から行い、高濃度P領域17を形成したものであ
る。なお、図12は、図2(c)の工程に対応する部分
を示している。
【0066】第3実施例と異なる点は、ゲート電極13
がポリシリコン部13aとタングステンシリサイド(W
Si2 )部13bとの積層構造になっている点である。
WSi2 はシリコンに比べプロジェクティドレンジが小
さい。例えば、WSi2 におけるプロジェクティドレン
ジをRp(WSi2) 、シリコンのプロジェクティドレンジを
p(Si) とすると、ボロンイオン(B+ )を100ke
vの加速エネルギーで注入する場合、Rp(WSi2) =14
40Åとなり、Rp(Si) =2968Åとなる。つまり、
p(WSi2) は、Rp(Si) の1/2程度である。すなわ
ち、同じ加速エネルギーであれば、ボロンイオンは、W
Si2 の中では、シリコン中を通過するときの1/2の
距離しか侵入しないことになる。従って、ゲート電極1
3の側面のみを通過してイオン注入する際には、WSi
2 がイオン注入時のイオン注入阻止領域となり、ゲート
電極の上面からのイオンが基板に注入されることを確実
に防止できる。
【0067】さらに、ゲート電極の側面においてもポリ
シリコンの側面131aから注入されるイオンは、基板
表面に到達できたとしても、WSi2 の側面131bを
通過するイオンは、基板表面に達することはない。従っ
て、ゲート電極の側面の下半分から注入されるイオンの
み基板表面に到達することができるため、高濃度P領域
17を、よりソース領域15bの近傍に形成することが
可能となる。
【0068】よって、かなりの微細化が進んでも実施例
1で示したようなリーク電流の増大を抑制する構造とし
て対応できる。このことは、単に本発明のしきい値電圧
を調節するための高濃度P領域を形成するための製法に
とどまらず、例えば図8に示したソース領域及びドレイ
ン領域と同じ導電型で、電界を緩和させるためのLDD
領域を形成する際にも有効である。さらには、ソース領
域やドレイン領域を形成する場合にも実効チャネル長を
精度よく形成する上で有効な製法となる。
【0069】つまり、ゲート電極の側面を通過させるよ
うなイオン注入を行い、ゲート電極下に配置される不純
物領域を形成するときに、微細化に伴って、不純物領域
の端部の位置精度をより高めることが要求される場合に
は、図12のWSi2 の側面131bにて、プロジェク
ティドレンジを急激に変化させることができるため、不
純物領域の端部を精度良く形成することができる。これ
によって、例えばしきい値ばらつきを抑制する効果が得
られる。
【0070】すなわち、第3実施例のように加速電圧に
よりプロジェクティドレンジを調整する場合には、ゲー
ト電極の膜厚ばらつき、注入されるイオンに与えられる
加速エネルギーのばらつき、ゲート電極の膜質の微妙な
変化等の理由により、たとえ加速電圧を調節したとして
も、形成される高濃度P領域の端部の分布はそれなりに
大きくなってしまう。それを本実施例のようにゲート電
極の表面あるいは途中で、同じ加速電圧であればプロジ
ェクティドレンジが異なる部材を設けることにより、そ
の部材を境にイオン注入されるチャネル領域と、イオン
注入されない領域とが明確に分かれることになる。単に
イオン注入の横方向の拡がりだけを考えればよい。従っ
て、高濃度P領域の端部を精度良く形成することができ
るのである。また、第3実施例同様、フォトレジスト1
6の位置精度は要求されず、フォトレジストを形成する
必要のある場合(第3実施例で説明している場合のこと
を言う)、ドレイン領域15aが完全に覆われるような
精度で十分である。
【0071】また、WSi2 は、金属化合物であるた
め、ゲート電極の抵抗値を低下させる効果もある。以上
をまとめると、上述のようにゲート電極を積層構造にし
て、上層部に金属化合物を用いることは、単にゲート電
極の抵抗値を低下させるのみではなく、注入される不純
物を基板表面に到達しないようにすることができるた
め、第3実施例のようにエネルギーのみで通過させるイ
オン注入をするときに比べ、より高精度に不純物領域の
端部の位置決めが可能となる効果がある。
【0072】また、上記効果を得るためには、積層構造
のゲート電極を必ずしもポリシリコンとWSi2 との積
層構造にする必要はなく、上層部が下層部よりも重い原
子量を含む材料を用いればよい。これは、イオン注入さ
れる不純物は、原子量の軽い領域を通過するときよりも
原子量の重い領域を通過するときの方が散乱されやす
く、プロジェクティドレンジが小さくなるためである。
また、電極としての性質を考えれば抵抗値の低い金属材
料を用いるとよい。
【0073】また、ゲート電極の下層部がシリコン系の
材料からなるときは、イオン遮断層となるゲート電極の
上層部として、シリコンよりも原子量が重く、シリサイ
ドを形成するような材料を用いることができる。例え
ば、WSi2 ,MoSi2 ,TiSi2 ,CoSi2
がある。これらW,Mo,Ti,CoはSiよりも原子
量が重いため、注入されたイオンの侵入を抑制する能力
が高い。他にもSiよりも原子量の重い金属であればイ
オン遮断層となるゲート電極の上層部として適用可能で
ある。
【0074】次に、図13及び図14を用いて図12に
示す半導体装置の製造方法に関連した製造工程を示す。
図13(a)の工程において、P型Si基板(あるいは
Pウェル)11を用意し、ゲート酸化膜12を形成す
る。次にゲート電極を形成するために、ポリシリコン1
3aを堆積する。その後、図13(b)の工程におい
て、ポリシリコン13aの上部にイオン遮断層として例
えばWSi2 からなるシリサイド(金属珪化物)層13
bをスパッタ蒸着法、またはCVD法にて形成する。そ
の後、図13(c)の工程において、異方性エッチング
を行いポリシリコン13aとシリサイド層13bとをパ
ターニングし、ゲート電極13’としてのポリサイド
(金属珪化物とポリシリコンの2層構造)が形成され
る。その後、図13(d)の工程において、必要に応じ
て酸化膜14を形成する。その後、N型不純物であるヒ
素あるいはリンあるいはその両方をイオン注入してドレ
イン領域15a、ソース領域15bを形成する。
【0075】次に、図14(a)の工程において、フォ
トレジスト16を形成した状態で、ROMデータ書き込
み、すなわち、しきい値を上昇させるためのボロンのイ
オン注入を行う。この場合、ボロンイオンの入射角度、
加速電圧(加速エネルギー)、ドーズ量の関係により、
確実にドレイン領域15aの端部から、第1実施例で説
明したような所定距離を隔てて高濃度P領域17を形成
できる。また、ソース領域15bからの距離、濃度を所
望の値にすることで、しきい値電圧を所望の値に設定す
ることができる。その後、図14(b)の工程におい
て、フォトレジスト16を剥離し、全面に例えばPS
G、BPSG膜等の層間絶縁膜18を例えば化学気相成
長法、スパッタ法、蒸着法等により形成し、ドレインお
よびソース電極となる部分を開孔してアルミニウムなど
の金属を蒸着し不要部を除去してドレイン電極19aお
よびソース電極19bを形成する。
【0076】また、シリサイド層13bを形成する別の
方法を図15に示す。これは、サリサイドプロセスを表
すものである。図15(a)の工程において、P型半導
体基板(あるいはP型ウェル領域)11上にゲート酸化
膜12及びゲート電極の一部となるポリシリコン13a
をパターニングした状態で、スパッタ法あるいはCVD
法により酸化膜等の絶縁膜を全面に堆積し、エッチバッ
クを行うことにより、ポリシリコン13aの側面にサイ
ドウォール20を形成し、その後、イオン注入を行い、
ドレイン領域15a及びソース領域15bを形成する。
【0077】その後、図15(b)の工程において、
W,Mo,Ti,Co等のシリコンよりも原子量の重い
金属材料20を全面にスパッタ蒸着法で成膜する。その
後、図15(c)の工程において、熱処理を行うこと
で、ポリシリコン13a、ドレイン領域15a、ソース
領域15bの上部に反応層22,23a,23bが形成
される。その後、図15(d)の工程において、選択ウ
ェットエッチングにより金属材料20の未反応領域を除
去し、その後の熱処理によりポリシリコン13a上にシ
リサイド層13bが形成される。また、同時にドレイン
領域15a、ソース領域15b上にもシリサイド層24
a,24bが形成される。その後の工程は、図14と同
様の工程であり、省略する。
【0078】図13、14あるいは図15に示されるエ
ンハンスメント型ROMの形成方法においては、イオン
遮断層となるシリサイド層13bによりほぼ完全にゲー
ト電極上面から注入されるイオンの侵入を阻止すること
ができる。これにより、ばらつきが少なく、確実で、安
定したしきい値電圧の設定が可能となる。そして、イオ
ン遮断層となるシリサイド層13bの存在により、高濃
度P領域の端部を高精度に所望の位置に設定できるた
め、ゲート電極幅が0.5μm程度まで微細化が進んで
も、リーク電流の増大を抑えつつ、しきい値電圧を所望
の値まで上昇させることが可能となる。また、図示して
いないLDD構造を形成する際や、単にソース領域、ド
レイン領域を形成する際にも、同様のことがいえる。
【0079】また、上記した種々の実施例では、エンハ
ンスメント型トランジスタをNchトランジスタで構成
するものを示したが、導電型を全て逆にし上記のエンハ
ンスメント型トランジスタをPchトランジスタで製造
しても全く同様の効果が実現できる。この場合、構造と
しては図1と同じになり、P型のソース、ドレイン領域
に対し、チャネル領域に高濃度N領域が形成される。こ
のようにPchトランジスタとした場合には、ドレイン
領域がマイナス側で大きな電圧が印加されるため、ドレ
イン領域と高濃度N領域が接していると、その間のPN
接合によりリーク電流の問題が生じる。従って、高濃度
N領域は、図1に示すものと同様、ドレイン領域と離間
して形成される。
【0080】すなわち、高濃度P(あるいはN)領域
は、ドレイン領域側あるいはソース領域側に形成される
PN接合のうち、通常動作においてより大きい逆バイア
スが印加されるPN接合から離間して形成されるもので
ある。なお、上記した実施例では、本発明に係る半導体
装置をROMに適用するものについて示したが、他の半
導体記憶装置(例えばEPROMなどの2層ゲート電極
構造のメモリ)にも適用が可能であるだけでなく、ロジ
ック回路で用いられるMOS構造の半導体装置において
も同様に適用し得るものである。
【0081】また、上記種々の実施例では、基板(P型
半導体基板)にトランジスタを形成しているが、半導体
基板に形成した、いわゆるウェル領域に形成しても良
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るNOR型ROMにお
けるエンハンスメント型トランジタの断面図である。
【図2】図1に示すエンハンスメント型トランジタの製
造方法を示す工程図である。
【図3】マスクパターンの配置を説明するための説明図
である。
【図4】(a)は、エンハンスメント型トランジスタの
断面図である。(b)は、高濃度Pを形成するときのマ
スク位置を変化させたときのしきい値あるいはリーク電
流を表すグラフである。
【図5】(a)は、従来と第1実施例のものとのしきい
値評価結果を示すグラフである。(b)は、従来と第1
実施例のものとのドレイン電圧を変化させたときのリー
ク電流を表すグラフである。
【図6】従来と第1実施例のものとのリーク特性評価結
果を示すグラフである。
【図7】NOR型ROMの平面パターンを示す図であ
る。
【図8】図7のNOR型ROMのA−A’断面図であ
る。
【図9】本発明の第2実施例を示す一工程図である。
【図10】本発明の第3実施例を示す一工程図である。
【図11】プロジェクティドレンジと注入深さを表す図
である。
【図12】本発明の第4実施例を示す一工程図である。
【図13】本発明の第4実施例を示す工程図である。
【図14】本発明の第4実施例を示す工程図である。
【図15】本発明の第4実施例を示す工程図である。
【図16】従来のROMにおけるエンハンスメント型ト
ランジタの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 ゲート酸化膜 13 ゲート電極 15a ドレイン領域 15b ソース領域 17 高濃度P領域 13a ポリシリコン 13b シリサイド層 d ドレイン領域と高濃度P領域との距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/78 301 M (72)発明者 岩森 則行 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 川口 勉 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 葛原 剛 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体領域と、 この半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、 前記半導体領域における前記ゲート電極下のチャネル領
    域を挟んで前記半導体領域の表面に形成された第2導電
    型のソース領域、ドレイン領域と、 前記チャネル領域に形成され前記半導体領域の不純物濃
    度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領
    域とを備えたエンハンスメント型の半導体装置におい
    て、 前記高濃度領域は、少なくとも前記ドレイン領域と離間
    して配置されるとともに、実使用時の定格電圧が前記ド
    レイン領域に印加されるときに、前記ドレイン領域と前
    記半導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導
    体領域内に拡がる空乏層内部の電界が、アバランシェ降
    伏を発生させる臨界電界に達しないような位置に設定さ
    れていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 第1導電型の半導体領域と、 この半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、 前記半導体領域における前記ゲート電極下のチャネル領
    域を挟んで前記半導体領域の表面に形成された第2導電
    型のソース領域、ドレイン領域と、 前記チャネル領域に形成され前記半導体領域の不純物濃
    度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領
    域とを備えたエンハンスメント型の半導体装置におい
    て、 前記高濃度領域は、少なくとも前記ドレイン領域と離間
    して配置されるとともに、実使用時の定格電圧が前記ド
    レイン領域に印加されるときに、前記ドレイン領域と前
    記半導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導
    体領域内に拡がる空乏層内部の電界が、トンネル効果に
    よるツェナー降伏を発生させる臨界電界に達しないよう
    な位置に設定されていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 第1導電型の半導体領域と、 この半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、 前記半導体領域における前記ゲート電極下のチャネル領
    域を挟んで前記半導体領域の表面に形成された第2導電
    型のソース領域、ドレイン領域と、 前記チャネル領域に形成され前記半導体領域の不純物濃
    度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領
    域とを備えたエンハンスメント型の半導体装置におい
    て、 前記高濃度領域は、少なくとも前記ドレイン領域と離間
    して配置されるとともに、その端部が、実使用時の定格
    電圧が前記ドレイン領域に印加されるときに、前記ドレ
    イン領域と前記半導体領域との間に形成されるPN接合
    から前記半導体領域内に拡がる空乏層が、この高濃度領
    域の内部まで拡がらないような位置に設定されているこ
    とを特徴とする半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1導電型の半導体領域と、 この半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、 前記半導体領域における前記ゲート電極下のチャネル領
    域を挟んで前記半導体領域の表面に形成された第2導電
    型のソース領域、ドレイン領域と、 前記チャネル領域に形成され前記半導体領域の不純物濃
    度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領
    域とを備えたエンハンスメント型の半導体装置におい
    て、 前記半導体領域の表面に、前記ドレイン領域の端部と、
    この端部から所定距離隔てて前記高濃度領域の端部が形
    成されており、前記ドレイン領域の端部と前記高濃度領
    域の端部の間の領域の濃度は、前記ドレイン領域および
    高濃度領域の濃度よりも低いものであり、 さらに、前記所定距離は、実使用時の定格電圧が前記ド
    レインに印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半
    導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導体領
    域内に拡がる空乏層が、前記高濃度領域の内部に拡がら
    ないような距離に設定されていることを特徴とする半導
    体装置。
  5. 【請求項5】 前記高濃度領域は、少なくとも前記ドレ
    イン領域と離間して配置されるとともに、その端部が、
    実使用時の定格電圧が前記ドレインに印加されるとき
    に、前記ドレイン領域と前記半導体領域との間に形成さ
    れるPN接合から前記半導体領域内に拡がる空乏層が到
    達しないような位置に設定されている請求項3に記載の
    半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記所定距離は、実使用時の定格電圧が
    前記ドレインに印加されるときに、前記ドレイン領域と
    前記半導体領域との間に形成されるPN接合から前記半
    導体領域内に拡がる空乏層が、前記高濃度領域に到達し
    ないような距離に設定されている請求項4に記載の半導
    体装置。
  7. 【請求項7】 前記高濃度領域の端部と前記ドレイン領
    域の端部との間の領域は前記半導体領域の表面領域であ
    ることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記
    載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記高濃度領域は前記ソース領域と接し
    て形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のい
    ずれか1つに記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 第1導電型の半導体領域と、 この半導体領域上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲ
    ート電極と、 前記半導体領域における前記ゲート電極下のチャネル領
    域を挟んで前記半導体領域の表面に形成された第2導電
    型のソース領域、ドレイン領域と、 前記チャネル領域に形成され前記半導体基板の不純物濃
    度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領
    域とを備えたエンハンスメント型の半導体装置におい
    て、 前記高濃度領域は、前記ソース領域および前記ドレイン
    領域と離間して形成されている請求項1乃至7のいずれ
    か1つに記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記高濃度領域の不純物濃度によりM
    IS型メモリとして機能させることを特徴とする請求項
    1乃至9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記高濃度不純物領域の不純物濃度に
    より、前記実使用時の定格電圧でオン状態にならないM
    IS型メモリとして機能させることを特徴とする請求項
    1乃至9のいずれか1つに記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 第1導電型の半導体領域上にゲート絶
    縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側に第2導電型のソース領域、ドレ
    イン領域を形成する工程と、 前記ゲート電極上の前記ドレイン領域側所定位置から前
    記ドレイン領域全てを覆うようにマスクした後、イオン
    注入を行い、前記ゲート電極下の前記半導体領域表面に
    前記半導体領域の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有
    する第1導電型の高濃度領域を形成する工程とを備え
    て、エンハンスメント型の半導体装置を製造する方法で
    あって、 前記高濃度領域を形成する工程において、前記高濃度領
    域は、前記イオン注入時の前記マスクの作用により、前
    記マスクで覆われない領域において、前記ゲート電極及
    び前記ゲート絶縁膜を通過する加速エネルギーで第1導
    電型の不純物がイオン注入されることで、少なくとも前
    記ドレイン領域と離間して配置されるとともに、実使用
    時の定格電圧が前記ドレイン領域に印加されるときに、
    前記ドレイン領域と前記半導体領域との間に形成される
    PN接合から前記半導体領域内に拡がる空乏層内部の電
    界が、アバランシェ降伏を発生させる臨界電界に達しな
    いような位置に設定されることを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  13. 【請求項13】 第1導電型の半導体領域上にゲート絶
    縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側に第2導電型のソース領域、ドレ
    イン領域を形成する工程と、 前記ゲート電極上の前記ドレイン領域側所定位置から前
    記ドレイン領域全てを覆うようにマスクした後、イオン
    注入を行い、前記ゲート電極下の前記半導体領域表面に
    前記半導体領域の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有
    する第1導電型の高濃度領域を形成する工程とを備え
    て、エンハンスメント型の半導体装置を製造する方法で
    あって、 前記高濃度領域を形成する工程において、前記高濃度領
    域は、前記イオン注入時の前記マスクの作用により、前
    記マスクで覆われない領域において、前記ゲート電極及
    び前記ゲート絶縁膜を通過する加速エネルギーで第1導
    電型の不純物がイオン注入されることで、少なくとも前
    記ドレイン領域と離間して配置されるとともに、実使用
    時の定格電圧が前記ドレイン領域に印加されるときに、
    前記ドレイン領域と前記半導体領域との間に形成される
    PN接合から前記半導体領域内に拡がる空乏層内部の電
    界が、トンネル効果によるツェナー降伏を発生させる臨
    界電界に達しないような位置に設定されることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 第1導電型の半導体領域上にゲート絶
    縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側に第2導電型のソース領域、ドレ
    イン領域を形成する工程と、 前記ゲート電極上の前記ドレイン領域側所定位置から前
    記ドレイン領域全てを覆うようにマスクした後、イオン
    注入を行い、前記ゲート電極下の前記半導体領域表面に
    前記半導体領域の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有
    する第1導電型の高濃度領域を形成する工程とを備え
    て、エンハンスメント型の半導体装置を製造する方法で
    あって、 前記高濃度領域を形成する工程において、前記高濃度領
    域は、前記イオン注入時の前記マスクの作用により、前
    記マスクで覆われない領域において、前記ゲート電極及
    び前記ゲート絶縁膜を通過する加速エネルギーで第1導
    電型の不純物がイオン注入されて、前記ドレイン領域と
    の間で離間して形成されるとともに、その端部が、実使
    用時の定格電圧が前記ドレインに印加されるときに、前
    記ドレイン領域と前記半導体領域との間に形成されるP
    N接合から前記半導体領域内に拡がる空乏層が、前記高
    濃度領域の内部に拡がらないような位置に設定されるこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記高濃度領域を形成する工程におい
    て、前記高濃度領域は、前記イオン注入時の前記マスク
    の作用により、前記ドレイン領域との間で離間して形成
    されるとともに、その端部が、実使用時の定格電圧が前
    記ドレインに印加されるときに、前記ドレイン領域と前
    記半導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導
    体領域内に拡がる空乏層が到達しないような位置に設定
    される請求項12乃至14のいずれかに記載の半導体装
    置の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記高濃度領域を形成する工程は、前
    記マスクの作用と前記イオン注入の前記半導体領域に対
    する角度により、前記高濃度領域の端部の位置をコント
    ロールすることを特徴とする請求項12乃至15のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記イオン注入を行う工程は、前記半
    導体基板の表面に対し斜め方向から前記イオン注入を行
    うものである請求項12乃至15のいずれかに記載の半
    導体装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記高濃度領域を形成する工程は、前
    記マスクを、前記ゲート電極の中央領域を除く前記ドレ
    イン領域側および前記ソース電極側に形成し、このマス
    クの作用により、前記高濃度領域を前記ドレイン領域お
    よび前記ソース領域の両方に対し離間して形成する工程
    であることを特徴とする請求項12乃至15に記載の半
    導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記ゲート電極を形成する工程は、前
    記ゲート絶縁膜上にゲート電極材料を堆積し、パターニ
    ングすることによって現れる側壁により前記ゲート電極
    の幅が設定されるものであり、さらに、前記イオン注入
    を行う工程は、前記第1導電型の不純物が、前記ゲート
    電極の側壁のみを通過し、前記ゲート絶縁膜を通過して
    前記半導体領域にイオン注入される工程である請求項1
    7に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記ゲート電極を形成する工程は、主
    なゲート電極材料と、この主なゲート電極材料に比べ、
    不純物イオンが通過しにくいイオン注入阻止電極材料と
    を積層形成する工程である請求項19に記載の半導体装
    置。
  21. 【請求項21】 前記主なゲート電極材料がシリコン系
    材料からなり、前記イオン注入阻止電極材料が金属とシ
    リコンとの金属化合物からなる請求項20に記載の半導
    体装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記ゲート電極を形成する工程は、前
    記主なゲート電極材料を前記ゲート絶縁膜上に堆積し、
    その上に前記イオン注入阻止電極材料を堆積した後にパ
    ターニングし、ゲート電極を形成する請求項20あるい
    は21に記載の半導体記装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記ゲート電極を形成する工程は、前
    記主なゲート電極材料を堆積後、パターニングしてゲー
    ト電極パターンを形成し、このゲート電極パターンをマ
    スクとしてソース領域およびドレイン領域を形成した
    後、金属材料をゲート電極パターン、ソース領域及びド
    レイン領域上に堆積し熱処理を行うことにより前記金属
    化合物を形成する請求項22に記載の半導体装置の製造
    方法。
  24. 【請求項24】 第1導電型の半導体領域上にゲート絶
    縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、 前記ゲート電極の両側に第2導電型のソース領域、ドレ
    イン領域を形成する工程と、 前記半導体領域表面の前記ソース領域、ドレイン領域間
    のチャネル領域に前記半導体領域の不純物濃度よりも高
    い不純物濃度を有する第1導電型の高濃度領域を形成す
    る工程とを備えて、エンハンスメント型の半導体装置を
    製造する方法において、 前記高濃度領域を形成する工程は、前記イオン注入時の
    前記マスクの作用により、前記マスクで覆われない領域
    において、前記ゲート電極及び前記ゲート絶縁膜を通過
    する加速エネルギーで第1導電型の不純物がイオン注入
    されて、前記半導体領域の表面に、前記高濃度領域の端
    部と前記ドレイン領域の端部とが所定距離隔てて形成さ
    れるものであるとともに、実使用時の定格電圧が前記ド
    レインに印加されるときに、前記ドレイン領域と前記半
    導体領域との間に形成されるPN接合から前記半導体領
    域内に拡がる空乏層が前記高濃度領域内部に拡がらない
    ような距離に設定されることを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  25. 【請求項25】 前記高濃度領域を形成する工程は、前
    記高濃度領域の端部と前記ドレイン領域の端部とが所定
    距離隔てて形成されるものであるとともに、実使用時の
    定格電圧が前記ドレイン領域に印加されるときに、前記
    ドレイン領域と前記半導体領域との間に形成されるPN
    接合から前記半導体領域内に拡がる空乏層が到達しない
    ような距離に設定される請求項24に記載の半導体装置
    の製造方法。
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KR100840659B1 (ko) * 2006-09-06 2008-06-24 동부일렉트로닉스 주식회사 디이모스 소자의 제조 방법
JP2010016282A (ja) * 2008-07-07 2010-01-21 Nec Electronics Corp 半導体装置およびその製造方法
WO2012049789A1 (ja) * 2010-10-15 2012-04-19 パナソニック株式会社 不揮発性半導体記憶装置
JP2012114209A (ja) * 2010-11-24 2012-06-14 On Semiconductor Trading Ltd 半導体装置及びその製造方法

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