JPH1041500A - Semiconductor device and production of the same - Google Patents

Semiconductor device and production of the same

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JPH1041500A
JPH1041500A JP19075196A JP19075196A JPH1041500A JP H1041500 A JPH1041500 A JP H1041500A JP 19075196 A JP19075196 A JP 19075196A JP 19075196 A JP19075196 A JP 19075196A JP H1041500 A JPH1041500 A JP H1041500A
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gate electrode
gate
local
channel
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Mikio Mukai
幹雄 向井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively prevent a threshold voltage from being fluctuated because of the shortening of a gate length by canceling the short channel effect while utilizing the reverse short channel effect. SOLUTION: This device has a semiconductor wafer 20, source and drain regions 24a and 24b, which are formed on the surface of the wafer at a distance from each other, and a gate electrode 30 formed through a gate insulating film 28 on a channel region 26 sandwiched between the regions 24a and 24b, and local insulating regions 30a and 30b are formed at the lower end part of the gate electrode 30 confronted through the gate insulating film 28 to both terminal parts of the channel region 26 in contact with either of both the areas 24a and 24b. In order to form the local insulating parts 30a and 30b, it is better to locally perform thermal oxidation from the outside of the gate electrode 30 to the upside of both terminal parts of the channel region 26. It is preferable the heating conditions of local thermal oxidation are set within the range not to rearrange impurities in the source region 24a and the drain region 24b on the surface side of the wafer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に係わり、特に、この半導体装置を構成する
絶縁ゲート型電界効果トランジスタについて、短ゲート
長化にともなって顕在化するしきい値電圧の低下を有効
に防止する技術に関する。
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 threshold voltage of an insulated gate type field effect transistor constituting the semiconductor device, which becomes apparent as the gate length becomes shorter. The present invention relates to a technique for effectively preventing a decrease in the temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、MOS LSI(Metal Oxide Se
miconductor Large Scale IntegratedCircuit) におけ
る高集積化及び高密度化の進展にともない、MOSFE
T(Field Effect Transistor)の素子寸法がいっそう微
細化しつつある。
2. Description of the Related Art In recent years, MOS LSI (Metal Oxide Se
With the development of high integration and high density in the Large Scale Integrated Circuit (MOS), MOSFE
The element size of T (Field Effect Transistor) is becoming finer.

【0003】MOSFETの微細化により、ゲート長が
短くなるにつれて、そのしきい値電圧が低下してくる、
いわゆるロールオフ(roll-off) 効果が発生する。とく
に、ゲート長の異なるMOSFETが混載されているM
OS LSIにおいては、混在するゲート長の種類が多
いほど、MOSFETのしきい値電圧変動が一様でなく
なり、しかも、高集積化する際に多用される短ゲート長
のMOSFETほど、しきい値電圧の変動幅が大きくな
る。したがって、MOS LSIの回路設計において、
所望の特性を達成するためには、ゲート長の短縮化にと
もなうロールオフ効果(以下、「短チャネル効果」と総
称する)の発生を如何に効果的に抑制するが極めて重要
である。
With the miniaturization of MOSFETs, the threshold voltage decreases as the gate length decreases.
A so-called roll-off effect occurs. In particular, M where MOSFETs with different gate lengths are mixedly mounted
In an OS LSI, the threshold voltage fluctuation of a MOSFET becomes more non-uniform as the number of mixed gate lengths increases, and the threshold voltage of a MOSFET having a short gate length that is frequently used in high integration is increased. Becomes larger. Therefore, in the circuit design of MOS LSI,
In order to achieve desired characteristics, it is extremely important to effectively suppress the occurrence of a roll-off effect (hereinafter, collectively referred to as a "short channel effect") accompanying a reduction in gate length.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ある種のM
OSFETにおいては、ゲート長が短くなると、通常の
短チャネル効果とは逆に、しきい値電圧がいったん上昇
する、いわゆる逆短チャネル効果と呼ばれる現象が生
じ、更にゲート長が短くなると、しきい値電圧は鋭く低
下することがある(「半導体プロセス・デバイスシミュ
レション技術」リアライズ社、p.297−301参
照)。
By the way, a certain M
In the OSFET, when the gate length is shortened, a phenomenon called a so-called inverse short channel effect occurs, in which the threshold voltage once rises, contrary to the normal short channel effect. The voltage may drop sharply (see “Semiconductor Process and Device Simulation Technology” Realize, pp. 297-301).

【0005】この逆短チャネル効果の原因としては、次
の2つが挙げられている。その1つは、ソース/ドレイ
ン領域を形成する際、イオン注入によって発生する点欠
陥の影響により、ソース/ドレイン領域近傍において不
純物のパイルアップ(pile up) が生じることに起因する
と説明するものである。すなわち、このソース/ドレイ
ン領域近傍における不純物のパイルアップにより、ソー
ス/ドレイン方向に沿った表面電位がチャネル両端で低
下し、その結果、チャネル両端にしきい値電圧が高い領
域ができる。そして、ゲート長が短くなると、この領域
の占める寄与が顕著となり、全体としてのしきい値電圧
が上昇する。
The following two are cited as causes of the inverse short channel effect. One of the reasons is that when the source / drain regions are formed, a pile-up of impurities occurs near the source / drain regions due to the effect of point defects generated by ion implantation. . That is, due to the impurity pile-up near the source / drain regions, the surface potential along the source / drain direction decreases at both ends of the channel, and as a result, a region having a high threshold voltage is formed at both ends of the channel. When the gate length becomes shorter, the contribution occupied by this region becomes remarkable, and the threshold voltage as a whole increases.

【0006】他の1つは、ゲート電極の端部における微
細なゲートバーズビーク(Gate Bird's Beak) による形
状効果に起因すると説明するものである。図9(a)
は、このゲートバーズビークによる形状効果を説明する
ためのMOSFETの模式図である。このMOSFET
2では、半導体基板4表面にソース領域6aとドレイン
領域6bとが相対して形成され、これに挟まれたチャネ
ル領域8上には、ゲート酸化膜10を介してゲート電極
12が形成され、その全面が表面保護膜14で覆われて
いる。このような構造のMOSFET2において、ゲー
ト電極12の両端部下面とソース領域6a又はドレイン
領域6bとの間にバーズビーク形状のシリコン酸化膜1
6が介在していると、この部分でチャネル領域8におけ
るゲート電極12の支配能力が小さくなるため表面電位
が低下し、その結果、不純物のパイルアップの場合と同
様に、しきい値電圧が上昇する。
The other is to explain that it is caused by a shape effect due to fine gate bird's beak at the end of the gate electrode. FIG. 9 (a)
FIG. 3 is a schematic diagram of a MOSFET for explaining a shape effect by the gate bird's beak. This MOSFET
2, a source region 6 a and a drain region 6 b are formed facing each other on the surface of the semiconductor substrate 4, and a gate electrode 12 is formed on a channel region 8 interposed therebetween through a gate oxide film 10. The entire surface is covered with a surface protection film 14. In the MOSFET 2 having such a structure, a bird's beak-shaped silicon oxide film 1 is interposed between the lower surface of both ends of the gate electrode 12 and the source region 6a or the drain region 6b.
6, the dominant ability of the gate electrode 12 in the channel region 8 is reduced in this portion, so that the surface potential is lowered. As a result, the threshold voltage is increased as in the case of the impurity pile-up. I do.

【0007】図9(b)は、しきい値電圧のゲート長依
存性に対し、このバーズビーク形状のシリコン酸化膜厚
をパラメータにして行なったシミュレーション結果であ
る。図中、各グラフ線は、バーズビーク形状のシリコン
酸化膜16を、ゲート絶縁膜10上方側でゲート電極1
2外側に向かって肉厚が直線状に増すモデルで近似し、
そのゲート電極12の端部における厚さ△y を変化させ
た場合を示す。ここで、近似領域の横方向の寸法△x に
ついては、O.25μmと一定とし、ゲート電極12と
ドレイン領域6b(又は、ソース領域6a)とのオーバ
ラップ部の幅を0.16μmとしている。
FIG. 9B is a simulation result of the dependence of the threshold voltage on the gate length using the bird's beak silicon oxide film thickness as a parameter. In the figure, each graph line shows a bird's beak-shaped silicon oxide film 16 on the gate insulating film 10 above the gate electrode 1.
2 Approximate with a model whose wall thickness increases linearly outward,
The case where the thickness Δy at the end of the gate electrode 12 is changed is shown. Here, the lateral dimension △ x of the approximate area is described in O.D. The width of the overlap portion between the gate electrode 12 and the drain region 6b (or the source region 6a) is set to 0.16 μm.

【0008】バーズビーク形状のシリコン酸化膜16が
存在しない場合(Δy =0)、通常の短チャネル効果に
より、ゲート長が短くなるにつれてしきい値電圧が低下
している。これに対し、バーズビーク形状のシリコン酸
化膜16を介在させ、その厚さを△y =0.05〜0.
15μmの範囲で厚くすると、まず、△y =0.05μ
mでしきい値電圧の低下の度合いは減少し、さらにシリ
コン酸化膜16を厚くすると、今度は逆にしきい値が上
昇する傾向を示す(Δy =0.1〜0.15μm)。こ
のしきい値電圧の上昇は、前述した逆短チャネル効果の
発生を示している。そして、その後、更にゲート長を短
くすると、パンチスルー気味になるため、しきい値電圧
は急速に低下する。
When the bird's beak-shaped silicon oxide film 16 does not exist (Δy = 0), the threshold voltage decreases as the gate length becomes shorter due to the usual short channel effect. On the other hand, the bird's beak-shaped silicon oxide film 16 is interposed, and the thickness is set to Δy = 0.05 to 0.2.
When the thickness is increased in the range of 15 μm, first, Δy = 0.05 μ
m, the degree of decrease in the threshold voltage decreases, and when the silicon oxide film 16 is further thickened, the threshold value tends to increase (Δy = 0.1 to 0.15 μm). This increase in the threshold voltage indicates the occurrence of the above-described inverse short channel effect. Then, if the gate length is further reduced, the punch-through tends to occur, so that the threshold voltage rapidly decreases.

【0009】以上のことから、この逆短チャネル効果を
意図的に利用することにより、短チャネル効果を打ち消
し合って、ゲート長がばらついてもしきい値電圧のばら
つきが少ない微細MOSFETの作製が可能になると考
えられる。このしきい値電圧のバラツキ制御は、原理的
に可能であるということはある程度予想されていたが、
バーズビーク形状のシリコン酸化膜を精度よく形成する
技術がなく、この形状が均一でないと却ってしきい値電
圧のバラツキを大きくするおそれも強いことから、今ま
で、具体的なデバイスとして実現されていなかった。
As described above, by intentionally utilizing the reverse short channel effect, the short channel effect can be canceled out, and a fine MOSFET having a small variation in threshold voltage even when the gate length varies can be manufactured. It is considered to be. It was expected to some extent that this threshold voltage variation control was possible in principle,
There is no technology to accurately form a bird's beak-shaped silicon oxide film, and if this shape is not uniform, there is a strong possibility that the variation in threshold voltage will be rather large, so that it has not been realized as a specific device until now. .

【0010】本発明は、上記しきい値電圧のバラツキ制
御法を効果的かつ現実的に具体化したいという要請を考
慮してなされたものであり、逆短チャネル効果を意図的
に利用することにより短チャネル効果との釣り合いを取
り、短ゲート長化してもしきい値電圧の変動が少ない半
導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of a demand for effectively and practically embodying the above-described threshold voltage variation control method, and has been made by intentionally utilizing the inverse short channel effect. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which balances with a short channel effect and has a small variation in threshold voltage even when the gate length is shortened, and a method for manufacturing the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の問題
点を解決し、上記目的を達成するために、本発明は、M
IS(Metal Insulator Semiconductor)FETにおい
て、ソース領域及びドレイン領域に接するチャネル領域
の両端部上方のゲート電極の下端部に、ゲート電極を局
所的に絶縁化した局所絶縁化部を形成させ、これにより
しきい値電圧の低下防止をねらったものである。すなわ
ち、本発明の半導体装置では、半導体基板と、半導体基
板に互いに距離をおいて形成されたソース領域及びドレ
イン領域(LDD構造の場合、低濃度不純物領域)と、
ソース領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル領域上
に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有
し、ソース領域又はドレイン領域に接する前記チャネル
領域の両端部に対し、前記ゲート絶縁膜を介して臨む前
記ゲート電極の下端部には、局所絶縁化部が形成されて
いることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and to achieve the above object, the present invention provides an M
In an IS (Metal Insulator Semiconductor) FET, a local insulating portion in which the gate electrode is locally insulated is formed at the lower end of the gate electrode above both ends of the channel region in contact with the source region and the drain region. The purpose is to prevent the threshold voltage from lowering. That is, in the semiconductor device of the present invention, a semiconductor substrate, a source region and a drain region (a low-concentration impurity region in the case of an LDD structure) formed at a distance from each other on the semiconductor substrate;
A gate electrode formed on a channel region interposed between the source region and the drain region, with a gate electrode formed therebetween with a gate insulating film interposed therebetween; A local insulating portion is formed at a lower end of the gate electrode facing through a film.

【0012】チャネル領域の中央付近では、ゲート絶縁
膜を介してゲート電極が形成されているのに対し、チャ
ネルの両端部では、ゲート絶縁膜のほかに局所絶縁化部
を介してゲート電極が形成されている。このため、ゲー
ト電極のチャネル領域からの距離が、チャネル領域の中
央部よりもその両端部において相対的に遠く、この両端
部におけるゲート電極の支配能力が小さくなるため、ソ
ース/ドレイン方向に沿った表面電位がチャネル領域の
両端部で低下し、その結果、この両端部にしきい値電圧
の高い部分ができる。そして、ゲート長が短くなるにつ
れて、このしきい値電圧の高い部分の寄与が顕著にな
り、全体としてのしきい値電圧が上昇する。したがっ
て、本発明により、逆短チャネル効果とゲート長が短く
なることに基づく通常の短チャネル効果とを釣り合わせ
て互いに相殺することができ、この結果、ゲート長があ
る程度まで短くなっても、しきい値電圧は低下しない。
Near the center of the channel region, a gate electrode is formed via a gate insulating film, whereas at both ends of the channel, a gate electrode is formed via a local insulating portion in addition to the gate insulating film. Have been. Therefore, the distance of the gate electrode from the channel region is relatively longer at both ends than at the center of the channel region, and the dominant ability of the gate electrode at both ends is reduced. The surface potential decreases at both ends of the channel region, and as a result, a portion having a high threshold voltage is formed at both ends. Then, as the gate length becomes shorter, the contribution of the portion having a higher threshold voltage becomes remarkable, and the threshold voltage as a whole increases. Therefore, according to the present invention, the inverse short channel effect and the normal short channel effect based on the shortening of the gate length can be counterbalanced with each other. As a result, even if the gate length is reduced to some extent, The threshold voltage does not decrease.

【0013】また、本発明の半導体装置の製造方法で
は、半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を
形成し、前記ゲート電極をマスクとして不純物イオンを
注入して前記半導体基板にソース領域及びドレイン領域
を互いに距離をおいて形成し、当該ソース領域とドレイ
ン領域と(LDD構造の場合、2つの低濃度不純物領
域)に挟まれたチャネル領域の両端部に対し、前記ゲー
ト絶縁膜を介して臨む前記ゲート電極の下端部に、当該
ゲート電極を部分的に絶縁化して局所絶縁化部を形成す
ることを特徴とする。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate electrode is formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film, and impurity ions are implanted using the gate electrode as a mask to form a source region and a source region in the semiconductor substrate. A drain region is formed at a distance from each other, and both ends of a channel region sandwiched between the source region and the drain region (in the case of the LDD structure, two low-concentration impurity regions) via the gate insulating film. A local insulating portion is formed at a lower end of the facing gate electrode by partially insulating the gate electrode.

【0014】局所絶縁化部の形成は、例えば、半導体基
板上にゲート酸化膜とゲート電極を積層させ、これらの
端面が露出した状態で、そのゲート電極の下端部を、当
該ゲート電極の外側からチャネル領域の両端部の上方に
かけて局所的に熱酸化(又は熱窒化)することにより行
なう。具体的には、例えばポリシリコン等の材料でゲー
ト電極を構成させ、酸素(又は窒素)雰囲気中で、この
ポリシリコン下部端面をめがけて、細く絞ったレーザビ
ームを所定パワーで所定時間だけ照射すること等によ
り、少なくとも表面電位低減の必要があるチャネル領域
の両端部上まで、局所絶縁化部を形成する。この際、好
ましくは、局所的な熱酸化の加熱条件が、基板表面側の
ソース領域及びドレイン領域の不純物に再配置が生じな
い範囲に設定させるとよい。MISFETについて、ソ
ース/ドレイン抵抗増大、或いはこれに起因した特性変
動を防止する趣旨である。
The local insulating portion is formed, for example, by laminating a gate oxide film and a gate electrode on a semiconductor substrate and, with their end faces exposed, lowering the lower end of the gate electrode from outside the gate electrode. This is performed by locally performing thermal oxidation (or thermal nitridation) over both ends of the channel region. Specifically, for example, a gate electrode is formed of a material such as polysilicon, and a narrowly focused laser beam is irradiated at a predetermined power for a predetermined time in an oxygen (or nitrogen) atmosphere toward the lower end surface of the polysilicon. As a result, the local insulating portion is formed at least on both ends of the channel region where the surface potential needs to be reduced. At this time, it is preferable to set the heating condition of the local thermal oxidation to a range in which the impurities in the source region and the drain region on the substrate surface side do not rearrange. This is to prevent the source / drain resistance of the MISFET from increasing or the characteristic fluctuation due to the increase.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体装置及びそ
の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。第1実施形態 図1は、本実施形態に係わる半導体装置を構成するnチ
ャネルMOSFETの概略構成を示し、同図(a)は概
略断面図、(b)はその一部拡大図、(c)は要部寸法
図である。図1(a)中、符号20は、例えばp型シリ
コン基板から構成される半導体基板を示し、その基板2
0表面には、フィールド酸化膜22が形成され、素子間
分離が行われている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor device according to the present invention and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings. First Embodiment FIG. 1 shows a schematic configuration of an n-channel MOSFET constituting a semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 1A is a schematic sectional view, FIG. 1B is a partially enlarged view thereof, and FIG. Is a main part dimensional diagram. In FIG. 1A, reference numeral 20 denotes a semiconductor substrate composed of, for example, a p-type silicon substrate, and its substrate 2
A field oxide film 22 is formed on the surface 0 to perform element isolation.

【0016】このフィールド酸化膜22によって囲まれ
た活性領域の表面には、例えばAs(砒素)等のn型不
純物が高濃度にドープされた、ソース領域24aとドレ
イン領域24bとが相対して形成されている。これによ
り、半導体基板20の活性領域の表面でこれらソース/
ドレイン領域24a,24bに挟まれるようにして、チ
ャネル領域26が形成されている。なお、図示例のよう
にデバイス構造が対象の場合は、ソース領域24aとド
レイン領域24bは相互に入れ替えてもよい。そして、
このチャネル領域26上には、ゲート酸化膜28を介し
て、例えばP(リン)等のn型不純物がドープされたポ
リシリコン膜からなるゲート電極30が形成されてい
る。
On the surface of the active region surrounded by the field oxide film 22, a source region 24a and a drain region 24b, which are heavily doped with n-type impurities such as As (arsenic), are formed facing each other. Have been. As a result, these sources /
A channel region 26 is formed between the drain regions 24a and 24b. When the device structure is a target as in the illustrated example, the source region 24a and the drain region 24b may be interchanged. And
On this channel region 26, a gate electrode 30 made of a polysilicon film doped with an n-type impurity such as P (phosphorus) is formed via a gate oxide film 28.

【0017】本発明の半導体装置では、図1(b),
(c)に拡大して示すように、ソース領域24aに接す
るチャネル領域26の端部とゲート電極30の一方の下
端部との間に介在する絶縁膜部分が、チャネル領域26
の中央付近より厚く形成されている。同様に、ドレイン
領域24bに接するチャネル領域26の端部とゲート電
極30の他方の下端部との間に介在する絶縁膜部分が、
チャネル領域26の中央付近より厚く形成されている。
更に詳しくみると、図1(c)に示すように、この膜厚
の厚い絶縁膜部分は、それぞれゲート酸化膜28と、こ
の上面に接するゲート電極30の下端コーナ部が局所的
に絶縁化されたできた局所絶縁化部30a,30bと、
から構成されている。この局所絶縁化部30a,30b
の形成方法については、後で詳述する。
In the semiconductor device of the present invention, FIG.
As shown in (c) in an enlarged manner, the insulating film portion interposed between the end of the channel region 26 in contact with the source region 24a and one lower end of the gate electrode 30 forms the channel region 26.
Is formed thicker than the vicinity of the center. Similarly, the insulating film portion interposed between the end of the channel region 26 in contact with the drain region 24b and the other lower end of the gate electrode 30 is
The channel region 26 is formed thicker than near the center.
More specifically, as shown in FIG. 1C, in the thick insulating film portion, the gate oxide film 28 and the lower end corner portion of the gate electrode 30 in contact with the upper surface are locally insulated. The resulting local insulation portions 30a, 30b;
It is composed of These local insulating portions 30a, 30b
The method of forming will be described later in detail.

【0018】このゲート電極30上の全面には、層間絶
縁膜32が成膜されている。そして、Al等の金属膜か
らなるソース電極34a及びドレイン電極34bが、層
間絶縁膜32に開口されたコンタクトホール32aを介
してソース領域24a又はドレイン領域24bの何れか
に電気的な接続をとりながら配線されている。
On the entire surface of the gate electrode 30, an interlayer insulating film 32 is formed. Then, the source electrode 34a and the drain electrode 34b made of a metal film such as Al are electrically connected to either the source region 24a or the drain region 24b via the contact hole 32a opened in the interlayer insulating film 32. Wired.

【0019】つぎに、本発明の半導体装置の製造方法
を、図1に示すnチャネルMOSFETを例に、図面を
参照しながら説明する。ここで、図2〜5は、それぞれ
図1に示すnチャネルMOSFETの各製造過程を示す
概略断面図である。まず、p型Si基板等の半導体基板
20を用意し、その半導体基板20上に、例えばLOC
OS(Local Oxidation of Silicon) 法を用いて、フィ
ールド酸化膜22を選択的に形成する。フィールド酸化
膜22を形成するには、まずパッド用酸化膜,窒化シリ
コン膜などの酸化阻止膜を、この順に積層し、これらを
ドライエッチングにより所定パターンに加工した後、L
OCOS酸化を行なう。これにより、素子間分離が達成
される。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings, using the n-channel MOSFET shown in FIG. 1 as an example. Here, FIGS. 2 to 5 are schematic cross-sectional views showing respective manufacturing steps of the n-channel MOSFET shown in FIG. First, a semiconductor substrate 20 such as a p-type Si substrate is prepared.
The field oxide film 22 is selectively formed by using an OS (Local Oxidation of Silicon) method. In order to form the field oxide film 22, first, an oxidation prevention film such as a pad oxide film and a silicon nitride film are laminated in this order, and these are processed into a predetermined pattern by dry etching.
Perform OCOS oxidation. Thereby, isolation between elements is achieved.

【0020】つぎに、必要に応じてチャネルストッパ用
のイオン注入を行い、そのアニール後に、上記酸化阻止
膜を除去し、この上から熱酸化法等を用いて、ゲート酸
化膜28を成膜する。これにより、フィールド酸化膜2
2によって囲まれた活性領域上が、ゲート酸化膜28で
被膜される。ゲート酸化膜28の膜厚は、特に限定はな
いが、例えば7〜15nm程度、ここでは14nmに設
定される。
Next, if necessary, ion implantation for a channel stopper is performed. After the annealing, the oxidation preventing film is removed, and a gate oxide film 28 is formed thereon by using a thermal oxidation method or the like. . Thereby, the field oxide film 2
The active region surrounded by 2 is covered with a gate oxide film 28. The thickness of the gate oxide film 28 is not particularly limited, but is set to, for example, about 7 to 15 nm, here, 14 nm.

【0021】次いで、例えばCVD(Chemical Vapor D
eposition)法を用いて、全面にポリシリコン膜を堆積し
た後、このポリシリコン層に例えばP(リン)をドープ
して低抵抗化する。そしてフォトリソグラフィ技術及び
エッチング技術を用いて、ポリシリコン膜を所定の形状
にパターニングし、ゲート酸化膜28上に導電化ポリシ
リコン膜からなるゲート電極30を形成する。ゲート電
極30の材質は、本発明では後で絶縁化が可能な材料を
選択する必要がある。
Next, for example, CVD (Chemical Vapor D)
After a polysilicon film is deposited on the entire surface by using an eposition method, the polysilicon layer is doped with, for example, P (phosphorus) to reduce the resistance. Then, using a photolithography technique and an etching technique, the polysilicon film is patterned into a predetermined shape, and a gate electrode 30 made of a conductive polysilicon film is formed on the gate oxide film 28. In the present invention, the material of the gate electrode 30 needs to be selected from materials that can be insulated later.

【0022】このゲート電極30およびフィールド酸化
膜22をマスクに、またゲート酸化膜28をスルー膜と
して、イオン注入法により活性領域表面にソース領域2
4aおよびドレイン領域24bを形成する。具体的に
は、例えばAsイオンを高濃度に注入した後、注入イオ
ンを電気的に活性化するための熱処理を行う。これによ
り、半導体基板20表面に、相対するソース領域24a
とドレイン領域24bとが、ゲート電極30に対して自
己整合的に形成される。なお、主に熱処理のため、ソー
ス領域24aとドレイン領域24bとは、ゲート電極3
0の下に回り込み、若干幅のオーバラップ部が形成され
る。そして、これらソース領域24aおよびドレイン領
域24bとに挟まれた活性領域に、チャネル領域26が
形成される。
Using the gate electrode 30 and the field oxide film 22 as a mask and the gate oxide film 28 as a through film, the source region 2 is formed on the active region surface by ion implantation.
4a and the drain region 24b are formed. Specifically, for example, after As ions are implanted at a high concentration, a heat treatment for electrically activating the implanted ions is performed. As a result, the opposite source region 24a is formed on the surface of the semiconductor substrate 20.
And drain region 24b are formed in self-alignment with gate electrode 30. Note that, mainly due to heat treatment, the source region 24a and the drain region 24b are
It wraps around below 0 to form a slightly overlapped portion. Then, a channel region 26 is formed in the active region sandwiched between the source region 24a and the drain region 24b.

【0023】ここまでの工程は、通常のnチャネルMO
SFETの標準的な製造プロセスと同様であるが、本発
明では、ゲート電極30の局所絶縁化工程が新たに挿入
される。すなわち、図3に示すように、例えば酸素雰囲
気中でレーザー光等の照射により、ゲート酸化膜28に
接したゲート電極30の両下端部付近を局所的に熱酸化
する。これにより、ゲート電極30の両下端部がくさび
状に絶縁化された局所絶縁化部30a,30bが形成さ
れる。
The steps up to here are the same as those of a normal n-channel MO.
This is the same as the standard manufacturing process of the SFET, but in the present invention, a local insulating step of the gate electrode 30 is newly inserted. That is, as shown in FIG. 3, the vicinity of both lower ends of the gate electrode 30 in contact with the gate oxide film 28 is locally thermally oxidized by, for example, irradiation with a laser beam or the like in an oxygen atmosphere. Thereby, local insulated portions 30a and 30b in which both lower ends of the gate electrode 30 are insulated in a wedge shape are formed.

【0024】このレーザ光の照射条件(ビームスポット
径,エネルギー密度,照射時間等)は、チャネル領域2
6の両端部上で、ゲート酸化膜28と局所絶縁化部30
a,30bとの厚み合計を如何なる値に設定するか等に
よって決まる。まず、図1に示すように、この局所絶縁
化部30a,30bについて、そのゲート長方向の幅Δ
x と最大厚みΔy 、ゲート電極30との境界プロファイ
ルは、当該MOSFETのゲート長との関連で決められ
る。そして、例えば図9(b)に示すシミュレーション
結果、或いは実測値データから、ゲート長に応じ、また
図1のオーバラップ部の幅Wも考慮して、上記局所絶縁
化部30a,30bの大きさをどの程度にするかが決ま
り、これに基づいて、最適なレーザ光の照射条件が選定
される。
The irradiation conditions of the laser beam (beam spot diameter, energy density, irradiation time, etc.)
6, the gate oxide film 28 and the local insulating portion 30
It is determined by what value the total thickness of a and 30b is set to. First, as shown in FIG. 1, the local insulating portions 30a and 30b have a width Δ in the gate length direction.
The boundary profile between x, the maximum thickness Δy, and the gate electrode 30 is determined in relation to the gate length of the MOSFET. For example, based on the simulation result shown in FIG. 9B or the measured data, the sizes of the local insulating portions 30a and 30b are determined according to the gate length and in consideration of the width W of the overlap portion in FIG. Is determined, and based on this, the optimum laser beam irradiation conditions are selected.

【0025】また、レーザ光の照射条件を決めるに際し
ては、ソース領域24aやドレイン領域24bの不純物
に再配置が起こらないようにすることも考慮されなけれ
ばならない。なぜなら、この不純物の再配置が起こる
と、MOSFETのソース/ドレイン抵抗増大、或いは
これに起因した特性劣化のおそれが強いことから、これ
を防止するためである。この意味では、レーザ光源とし
てはエネルギー密度が高く高温短時間アニールが可能な
エキシマレーザ光をパルス印加して用いるとよい。
In determining the laser beam irradiation conditions, it is necessary to consider that the impurities in the source region 24a and the drain region 24b are not rearranged. This is because, if the rearrangement of the impurities occurs, there is a strong possibility that the source / drain resistance of the MOSFET is increased or the characteristics are degraded due to the increase. In this sense, it is preferable to use an excimer laser beam which has a high energy density and can be annealed at high temperature for a short time by pulse application as a laser light source.

【0026】以上より、ゲート電極30の両下端部と活
性領域表面との間に介在するシリコン酸化膜18の膜厚
を、その両端側で見かけ上、厚くしたと同様な効果が得
られる。この効果については、本実施形態の最後に述べ
る。なお、この局所絶縁化部30a,30bは、酸化膜
に限らず、例えば窒素雰囲気中でレーザ照射して得られ
る窒化膜、或いは酸窒化膜や他の種類の絶縁膜であって
もよい。
As described above, the same effect as when the thickness of the silicon oxide film 18 interposed between the lower ends of the gate electrode 30 and the surface of the active region is apparently increased at both ends. This effect will be described at the end of this embodiment. The local insulating portions 30a and 30b are not limited to oxide films, and may be, for example, a nitride film obtained by laser irradiation in a nitrogen atmosphere, an oxynitride film, or another type of insulating film.

【0027】つぎの図4の工程では、異方性エッチング
により、ゲート電極30の上面及び側面、並びに活性領
域上のシリコン酸化膜28を除去して、ゲート電極30
の下にのみ、シリコン酸化膜28と局所絶縁化部30
a,30bとを残存させる。次いで、図5の工程では、
例えばCVD法を用いて全面に層間絶縁膜32を堆積し
た後、ソース領域24a及びドレイン領域24b上にコ
ンタクトホール32aを開口する。
In the next step of FIG. 4, the upper and side surfaces of the gate electrode 30 and the silicon oxide film 28 on the active region are removed by anisotropic etching.
Only under the silicon oxide film 28 and the local insulating portion 30.
a and 30b are left. Next, in the step of FIG.
After depositing the interlayer insulating film 32 on the entire surface by using, for example, the CVD method, a contact hole 32a is opened on the source region 24a and the drain region 24b.

【0028】その後は、例えばスパッタ法を用いて、全
面にAl等の金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ
技術及びエッチング技術を用いて、この金属膜を所定形
状にパターニングする。これにより、図1に示すよう
に、コンタクトホール32aを介して、ソース領域24
a及びドレイン領域24bにそれぞれ接続したソース電
極34a及びドレイン電極34bが形成され、図1に示
すnチャネルMOSFETの作製工程が終了する。
After that, a metal film such as Al is formed on the entire surface by, for example, a sputtering method, and then the metal film is patterned into a predetermined shape by using a photolithography technique and an etching technique. Thereby, as shown in FIG. 1, the source region 24 is formed through the contact hole 32a.
The source electrode 34a and the drain electrode 34b connected to the a and drain regions 24b, respectively, are formed, and the fabrication process of the n-channel MOSFET shown in FIG. 1 is completed.

【0029】以上のように、本実施形態に係わるnチャ
ネルMOSFETでは、ソース領域24a及びドレイン
領域24bに接するチャネル領域26の両端部の上方
で、ゲート電極膜28上のゲート電極30の下端部に、
局所絶縁化部30a,30bが形成されている。このた
め、ゲート電極30のチャネル領域26からの距離は、
チャネル領域の中央部よりもその両端部において相対的
に遠くなり、チャネル領域26の両端部におけるゲート
電極30の支配能力が小さくなる。その結果、ソース/
ドレイン方向に沿った表面電位がチャネル領域26の両
端部で低下し、この両端部にしきい値電圧が高い領域が
できる。そして、ゲート電極30の長さ、即ちゲート長
が短くなるにつれて、この領域の占める寄与が顕著にな
り、全体としてしきい値電圧が上昇する逆短チャネル効
果が生じる。
As described above, in the n-channel MOSFET according to the present embodiment, the lower end of the gate electrode 30 on the gate electrode film 28 is located above both ends of the channel region 26 in contact with the source region 24a and the drain region 24b. ,
Local insulating portions 30a and 30b are formed. Therefore, the distance of the gate electrode 30 from the channel region 26 is
Both ends are relatively farther than the center of the channel region, and the ability of the gate electrode 30 to be controlled at both ends of the channel region 26 is reduced. As a result,
The surface potential along the drain direction decreases at both ends of the channel region 26, and a region having a high threshold voltage is formed at both ends. Then, as the length of the gate electrode 30, that is, the gate length becomes shorter, the contribution occupied by this region becomes remarkable, and an inverse short channel effect occurs in which the threshold voltage increases as a whole.

【0030】したがって、この逆短チャネル効果とゲー
ト長が短くなることに基づく通常の短チャネル効果とを
釣り合わせて互いに相殺することができ、この結果、ゲ
ート長がある程度まで短くなっても、しきい値電圧の低
下が防止される。
Therefore, the reverse short channel effect and the normal short channel effect based on the shortening of the gate length can be balanced and cancel each other. As a result, even if the gate length becomes short to some extent, The threshold voltage is prevented from lowering.

【0031】また、本実施形態に係るnチャネルMOS
FETの製造方法によれば、通常のnチャネルMOSF
ETの製造工程に、図3に示すゲート電極30の局所的
な絶縁化工程を追加しているに過ぎず、新たなフォトマ
スク工程を使用するフォトリソグラフィ工程等の追加を
必要としないため、この局所的な絶縁化工程以外に、製
造に要する時間やコストも従来の場合と殆ど変わること
なく、逆短チャネル効果を利用して短チャネル効果を相
殺させ、しきい値電圧の変動が小さい微細nチャネルM
OSFETを製造することができる。
The n-channel MOS according to the present embodiment
According to the method of manufacturing the FET, the normal n-channel MOSF
Since only a local insulating process of the gate electrode 30 shown in FIG. 3 is added to the ET manufacturing process, it is not necessary to add a photolithography process or the like using a new photomask process. In addition to the local insulating process, the time and cost required for the manufacturing are almost the same as those of the conventional case, and the short channel effect is canceled by using the inverse short channel effect, and the fluctuation of the threshold voltage is small. Channel M
OSFETs can be manufactured.

【0032】上記説明中で言及した以外の事項に、特に
限定はなく、本発明の範囲内で種々に改変できる。たと
えば、図4のゲート酸化膜28のエッチオフ工程は、必
ずしも必要でなく、ゲート酸化膜28を全面につけたま
まにしておき、図5のコンタクトホール32aの開口時
に同時に開口させてもよい。
Items other than those mentioned in the above description are not particularly limited, and can be variously modified within the scope of the present invention. For example, the etch-off step of the gate oxide film 28 in FIG. 4 is not always necessary, and the gate oxide film 28 may be left on the entire surface and may be opened simultaneously with the opening of the contact hole 32a in FIG.

【0033】第2実施形態 本実施形態は、LDD構造のnチャネルMOSFETに
本発明を適用した場合である。ここで、図6(a)は本
実施形態に係るLDD構造のnチャネルMOSFETを
示す断面図であり、同図(b)はその一部拡大図、同図
(c)は要部寸法図である。なお、上記した第1実施形
態と同一の構成要素は、同一の符号を付して、その説明
を省略する。
Second Embodiment This embodiment is a case where the present invention is applied to an n-channel MOSFET having an LDD structure. Here, FIG. 6A is a sectional view showing an n-channel MOSFET having an LDD structure according to the present embodiment, FIG. 6B is a partially enlarged view thereof, and FIG. is there. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0034】図6(a)に示すnチャネルMOSFET
は、基本的には上記図1(a)に示すnチャネルMOS
FETと同様の構造をしており、ソース/ドレイン領域
がLDD構造を有している点が異なる。上記した第1実
施形態で、ゲート電極30に自己整合的に形成されてい
たのは、高濃度に不純物をドープしたソース領域24a
及びドレイン領域24bであった。これに対し、本実施
形態では、ゲート電極30に両側の活性領域表面に、低
濃度に不純物がドープされた低濃度不純物領域25a,
25b(ここでは、「LDD領域」と指称する)が、ゲ
ート電極30に自己整合的で、互いに相対して形成され
ている。また、このLDD領域25a,25bからゲー
ト電極30外側に所定距離おいて、高濃度不純物領域2
3a,23bが配置されている。そして、これら高濃度
不純物領域23a,23bと、LDD領域25a,25
bとにより、ソース領域24a及びドレイン領域24b
がそれぞれ構成されている。
An n-channel MOSFET shown in FIG.
Is basically an n-channel MOS shown in FIG.
It has the same structure as the FET, except that the source / drain region has an LDD structure. In the first embodiment, the gate electrode 30 is formed in a self-aligned manner by using the source region 24a doped with a high concentration of impurities.
And the drain region 24b. On the other hand, in the present embodiment, the low concentration impurity regions 25a,
25b (herein, referred to as “LDD region”) are self-aligned with the gate electrode 30 and are formed opposite to each other. Further, a predetermined distance from the LDD regions 25a and 25b to the outside of the gate electrode 30 is provided, and the high concentration impurity region 2
3a and 23b are arranged. Then, these high-concentration impurity regions 23a, 23b and LDD regions 25a, 25
b, the source region 24a and the drain region 24b
Are respectively constituted.

【0035】したがって、図6(b),(c)に拡大し
て示すように、両LDD領域25a,25bに接するチ
ャネル領域26の両端部の上方に、ゲート電極30の下
端部が一部絶縁化されてできた局所絶縁化部30a,3
0bが形成されている。この局所絶縁化部30a,30
bの詳細、及びその形成法は前述した第1実施形態の場
合と同様である。
Therefore, as shown in FIGS. 6B and 6C, the lower end of the gate electrode 30 is partially insulated above both ends of the channel region 26 in contact with both LDD regions 25a and 25b. Localized insulation parts 30a, 3 formed
0b is formed. The local insulating portions 30a, 30
The details of b and the method of forming it are the same as those in the first embodiment.

【0036】このようなLDD構造のnチャネルMOS
FETの形成は、第1実施形態と同様にして、まず半導
体基板20上にフィールド酸化膜22を形成し、ゲート
酸化膜28を成膜し、この上にゲート電極30を形成す
る。そして、図7に示すように、形成したゲート電極3
0をマスクにして、LDD領域25a,25bをイオン
注入法により形成する。
An n-channel MOS having such an LDD structure
As in the first embodiment, a field oxide film 22 is formed on a semiconductor substrate 20, a gate oxide film 28 is formed, and a gate electrode 30 is formed thereon. Then, as shown in FIG. 7, the formed gate electrode 3
Using 0 as a mask, LDD regions 25a and 25b are formed by ion implantation.

【0037】つぎに、本実施形態では、ゲート電極30
の側壁に側壁スペーサ層(サイドウォール40)を形成
する。サイドウォール40を形成するには、まず、窒化
シリコン膜等からなるサイドウォール構成材を成膜し、
この表面からRIE(Riactive Ion Etching; 反応性イ
オンエッチング) 等の異方性エッチングを施す。この異
方性エッチングにより、ゲート電極30の側壁のみに窒
化シリコン膜等が残存され、これにより、サイドウォ−
ル40が形成される。
Next, in the present embodiment, the gate electrode 30
A side wall spacer layer (side wall 40) is formed on the side wall. To form the side wall 40, first, a side wall constituent material made of a silicon nitride film or the like is formed,
Anisotropic etching such as RIE (Reactive Ion Etching) is performed from this surface. By this anisotropic etching, a silicon nitride film or the like is left only on the side wall of the gate electrode 30, thereby forming a sidewall.
Is formed.

【0038】そして、図7に示すように、形成したサイ
ドウォール40、及びフィールド酸化膜22、ゲート電
極30をマスクとしたイオン注入法により、自己整合的
に高濃度不純物領域23a,23bを基板表面に相対し
て形成する。イオン注入のソースとしては、例えばAs
イオンを用いることができ、その後に注入イオンの電気
的な活性化するための熱処理を行うことは、前記した第
1実施形態の場合と同様である。これにより、高濃度不
純物領域23a,23bと、低濃度不純物領域としての
LDD領域25a,25bとから、それぞれ構成される
ソース領域24a及びドレイン領域24bとが相対して
形成される。そして、これらソース領域24aとドレイ
ン領域24bのうち、特に本実施形態では、両LDD領
域25a,25bに挟まれた活性領域表面がチャネル領
域26となる。
Then, as shown in FIG. 7, the high-concentration impurity regions 23a and 23b are self-aligned by ion implantation using the formed sidewall 40, field oxide film 22, and gate electrode 30 as a mask. Formed relative to As a source for ion implantation, for example, As
Ions can be used, and then heat treatment for electrically activating the implanted ions is performed in the same manner as in the first embodiment. As a result, the source region 24a and the drain region 24b respectively formed from the high-concentration impurity regions 23a and 23b and the LDD regions 25a and 25b as low-concentration impurity regions are formed to face each other. Of the source region 24a and the drain region 24b, the surface of the active region sandwiched between the LDD regions 25a and 25b becomes the channel region 26, particularly in the present embodiment.

【0039】つぎに、図8に示すように、サイドウォー
ル40のみを、ゲート酸化膜28に対し選択的に除去
し、表面に露出したゲート電極30の両下端部を、第1
実施形態と同様な方法により、局所的に絶縁化する。そ
の後は、特に図示しないが、第1実施形態と同様に、ゲ
ート酸化膜エッチオフ工程(図4参照)、層間絶縁膜3
2の堆積およびコンタクトホール32aの開口工程(図
5参照)を経て、図6に示すように、ソース電極34a
およびドレイン電極34bが配線されて、当該LDD構
造を有するMOSFETの作製工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 8, only the side wall 40 is selectively removed with respect to the gate oxide film 28, and both lower ends of the gate electrode 30 exposed on the surface are removed by the first step.
Insulation is locally performed in the same manner as in the embodiment. Thereafter, although not particularly shown, as in the first embodiment, a gate oxide film etch-off step (see FIG. 4), an interlayer insulating film 3
After the deposition of the second electrode 2 and the step of opening the contact hole 32a (see FIG. 5), as shown in FIG.
Then, the wiring of the drain electrode 34b is completed, and the manufacturing process of the MOSFET having the LDD structure ends.

【0040】以上、説明してきた第2の実施の形態に係
るLDD構造のnチャネルMOSFETによれば、前記
した第1実施形態と同様な効果を奏する。とくに、本実
施形態では、本発明の特徴である局所絶縁化工程で、そ
の加熱条件を、下層側の不純物領域の不純物に再配置が
生じない範囲に設定されるようにするのが望ましい。な
ぜなら、局所絶縁化のためにレーザ光等で局所加熱する
下層側の不純物領域は、本実施形態の場合、不純物濃度
が低く、しかも比較的に浅いLDD領域25a,25b
であることから、第1実施形態に比べて、この不純物の
再配置が生じやすいと考えられるからである。
According to the LDD structure n-channel MOSFET according to the second embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In particular, in the present embodiment, it is desirable to set the heating condition in the local insulating step, which is a feature of the present invention, to a range in which the rearrangement does not occur in the impurities in the lower impurity region. This is because, in the case of the present embodiment, the impurity regions on the lower layer side, which are locally heated by laser light or the like for local insulation, have low impurity concentrations and are relatively shallow LDD regions 25a, 25b.
Therefore, it is considered that the rearrangement of the impurities is more likely to occur than in the first embodiment.

【0041】なお、本実施形態の説明において言及した
以外の事項に、特に限定はなく、本発明の範囲内で種々
に変更できる。たとえば、上記したように、局所絶縁化
工程の加熱条件が不純物に再配置を生じさせない範囲で
設定できる場合、図7のサイドウォール40や高濃度不
純物領域23a,23bの形成前、即ちゲート電極30
をマスクにLDD領域25a,25bを形成後、その活
性化アニール前に、局所絶縁化のためのレーザ光照射を
行なって局所絶縁化部30a,30bを形成してもよ
い。この場合、サイドウォール40は最後まで除去する
必要がなく、その構成膜材もゲート酸化膜28との選択
性をもたせる必要もないことから、サイドウォール40
を酸化シリコン膜等で構成でき、材質の選択幅が広いと
いった利点がある。
The matters other than those mentioned in the description of the present embodiment are not particularly limited, and can be variously changed within the scope of the present invention. For example, as described above, when the heating conditions in the local insulating step can be set within a range that does not cause rearrangement of impurities, before the formation of the sidewalls 40 and the high-concentration impurity regions 23a and 23b in FIG.
After the LDD regions 25a and 25b are formed using the mask as a mask and before the activation annealing, laser beam irradiation for local insulation may be performed to form the local insulating portions 30a and 30b. In this case, it is not necessary to remove the sidewall 40 to the end, and it is not necessary to provide the constituent film material with selectivity to the gate oxide film 28.
Can be constituted by a silicon oxide film or the like, and there is an advantage that a material selection range is wide.

【0042】上記第1,2の実施形態においては、とも
にnチャネルMOSFETの場合について述べたが、本
発明はpチャネルMOSFETにも適用できることは言
うまでもない。また、本発明は、ゲート酸化膜28の代
わりに、他のゲート絶縁膜を使用する各種MISFET
にも適用できる。
In the first and second embodiments, the case where the n-channel MOSFET is used has been described. However, it goes without saying that the present invention can be applied to the p-channel MOSFET. The present invention also provides various MISFETs using other gate insulating films instead of the gate oxide films 28.
Also applicable to

【0043】[0043]

【発明の効果】以上、詳細に説明してきたように、本発
明に係わる半導体装置によれば、MISFETにおい
て、ソース領域及びドレイン領域に接するチャネル領域
の両端部とゲート電極との間に、ゲート絶縁膜上のゲー
ト電極下端部を局所的に絶縁化した局所絶縁化部が形成
されていることにより、意図的に逆短チャネル効果を生
じさせている。したがって、ゲート長が短くなることに
基づく短チャネル効果と逆短チャネル効果とを釣り合わ
せて互いに相殺することができ、この結果、短ゲート長
化にともなってしきい値電圧の変動が少ないMISFE
Tを実現できる。
As described above in detail, according to the semiconductor device of the present invention, in the MISFET, the gate insulation is provided between both ends of the channel region in contact with the source region and the drain region and the gate electrode. The formation of the local insulating portion in which the lower end portion of the gate electrode on the film is locally insulated causes the reverse short channel effect to occur intentionally. Therefore, the short-channel effect and the inverse short-channel effect based on the shortened gate length can be counterbalanced with each other, and as a result, the MISFE having a small variation in the threshold voltage with the shortened gate length.
T can be realized.

【0044】また、ゲート長の異なるMISFETが混
載されているLSIにおいて、ゲート長の異なるトラン
ジスタごとのしきい値電圧の変動を抑制し、回路設計上
の所望の特性を達成することが可能となる。さらに、チ
ャネル領域の両端部とゲート電極の両下端部との間に、
それぞれ、ゲート絶縁膜より膜厚の厚い絶縁膜が介在し
ていることにより、ゲート電極の端部下面における電界
集中が緩和させるため、MISFETの信頼性を向上さ
せることができる。
Further, in an LSI in which MISFETs having different gate lengths are mixedly mounted, it is possible to suppress fluctuations in the threshold voltage of each transistor having a different gate length and to achieve desired characteristics in circuit design. . Further, between both ends of the channel region and both lower ends of the gate electrode,
Since an insulating film having a thickness greater than that of the gate insulating film intervenes, the concentration of the electric field on the lower surface of the end of the gate electrode is reduced, so that the reliability of the MISFET can be improved.

【0045】一方、本発明に係わる半導体装置の製造方
法によれば、通常のMISFETの製造工程に、ゲート
電極の下端部を局所的に絶縁化する工程を追加している
に過ぎず、新たなフォトマスクを使用するフォトリソグ
ラフィ工程等の追加を必要としないため、この局所的な
絶縁化工程以外、製造に要する時間やコストも従来の場
合と殆ど変わることなく、短ゲート長化してもしきい値
電圧の変動が少ないLDD構造のMISFETを容易
に、低コストで製造することができる。
On the other hand, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, only a step of locally insulating the lower end of the gate electrode is added to the normal MISFET manufacturing process. Since there is no need for an additional photolithography process using a photomask, the time and cost required for manufacture are almost the same as in the conventional case, except for this local insulating process. An MISFET having an LDD structure with little voltage fluctuation can be easily manufactured at low cost.

【0046】以上より、本発明によって、特性や信頼性
の低下及び大幅なコスト増を招くことなく、MISFE
Tのゲート長を更に短くすることが可能になり、これが
MISFETを有する半導体装置の更なる高集積化及び
高性能化に大きく貢献するものと期待される。
As described above, according to the present invention, MISFE can be realized without deteriorating characteristics and reliability and significantly increasing costs.
The gate length of T can be further reduced, and this is expected to greatly contribute to higher integration and higher performance of a semiconductor device having a MISFET.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係わるnチャネルMO
SFETを示す概略を示し、同図(a)は断面図、同図
(b)は一部拡大図、同図(c)は要部寸法図である。
FIG. 1 is an n-channel MO according to a first embodiment of the present invention.
1A is a cross-sectional view, FIG. 1B is a partially enlarged view, and FIG. 1C is a main part dimensional diagram.

【図2】図1のMOSFETの製造過程を示す概略断面
図であり、特にソース/ドレイン領域形成後の段階を示
す。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET of FIG. 1, particularly showing a stage after formation of source / drain regions.

【図3】同概略断面図であり、特に局所絶縁化工程にお
けるレーザ光照射段階を示す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view, particularly showing a laser beam irradiation stage in a local insulating process.

【図4】同概略断面図であり、特にゲート電極周囲のゲ
ート絶縁膜のエッチオフ後の段階を示す。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view, particularly showing a stage after etching off a gate insulating film around a gate electrode.

【図5】同概略断面図であり、特に層間絶縁膜のコンタ
クトホール開口後の段階を示す。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view, particularly showing a stage after opening a contact hole in an interlayer insulating film.

【図6】本発明の第2実施形態に係わるLDD構造を有
するnチャネルMOSFETの概略を示し、同図(a)
は断面図、同図(b)は一部拡大図、同図(c)は要部
寸法図である。
FIG. 6 schematically shows an n-channel MOSFET having an LDD structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
1 is a sectional view, FIG. 1B is a partially enlarged view, and FIG. 1C is a main part dimensional view.

【図7】図6のMOSFETの製造過程を示す概略断面
図であり、特にソース/ドレイン領域形成後の段階を示
す。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the MOSFET of FIG. 6, particularly showing a stage after formation of source / drain regions.

【図8】同概略断面図であり、特に局所絶縁化工程にお
けるレーザ光照射段階を示す。
FIG. 8 is a schematic sectional view, particularly showing a laser beam irradiation step in a local insulating step.

【図9】逆短チャネル効果を説明図であり、同図(a)
は模式図、同図(b)はシミュレーション結果を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram for explaining the inverse short channel effect, and FIG.
Is a schematic diagram, and FIG. 4B is a diagram showing a simulation result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…半導体基板、22…フィールド酸化膜、23a,
23b…高濃度不純物領域、24a…ソース領域、24
b…ドレイン領域、25a,25b…LDD領域(低濃
度不純物領域)、26…チャネル領域、28…ゲート酸
化膜(ゲート絶縁膜)、30…ゲート電極、30a,3
0b…局所絶縁化部、32…層間絶縁膜、32a…コン
タクトホール、34a…ソース電極、34b…ドレイン
電極、40…サイドウォール(絶縁スペーサ)、Δx …
局所絶縁化部のゲート長方向の幅、Δy …局所絶縁化部
の最大厚み、t…ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)の膜
厚、W…ソース/ドレイン領域とゲート電極とのオーバ
ラップ部の幅。
20: semiconductor substrate, 22: field oxide film, 23a,
23b: high concentration impurity region, 24a: source region, 24
b: drain region, 25a, 25b: LDD region (low concentration impurity region), 26: channel region, 28: gate oxide film (gate insulating film), 30: gate electrode, 30a, 3
0b: Local insulating portion, 32: interlayer insulating film, 32a: contact hole, 34a: source electrode, 34b: drain electrode, 40: sidewall (insulating spacer), Δx:
Width in the gate length direction of the local insulating portion, Δy: maximum thickness of the local insulating portion, t: thickness of the gate oxide film (gate insulating film), W: width of the overlapping portion between the source / drain region and the gate electrode width.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 半導体基板に互いに距離をおいて形成されたソース領域
及びドレイン領域と、 ソース領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル領域上
に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、を
有する半導体装置であって、 ソース領域又はドレイン領域に接する前記チャネル領域
の両端部に対し、前記ゲート絶縁膜を介して臨む前記ゲ
ート電極の下端部には、局所絶縁化部が形成されている
半導体装置。
A semiconductor substrate, a source region and a drain region formed on the semiconductor substrate at a distance from each other, and a channel region formed between the source region and the drain region via a gate insulating film. A semiconductor device comprising: a gate electrode; and a local insulating portion at a lower end of the gate electrode facing the source region or the drain region through the gate insulating film with respect to both ends of the channel region. A semiconductor device in which is formed.
【請求項2】 前記ソース領域と前記ドレイン領域と
は、それぞれ高濃度不純物領域と低濃度不純物領域とか
ら構成され、 前記局所絶縁化部が臨む前記チャネル領域の両端部に、
それぞれソース領域又はドレイン領域の低濃度不純物領
域が隣設されている請求項1記載の半導体装置。
2. The source region and the drain region each include a high-concentration impurity region and a low-concentration impurity region, and at both ends of the channel region facing the local insulating portion,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low-concentration impurity regions of the source region and the drain region are provided adjacent to each other.
【請求項3】 半導体基板上にゲート絶縁膜を介してゲ
ート電極を形成し、 前記ゲート電極をマスクとして半導体基板に不純物を導
入してソース領域及びドレイン領域を互いに距離をおい
て形成し、 当該ソース領域とドレイン領域とに挟まれたチャネル領
域の両端部に対し、前記ゲート絶縁膜を介して臨む前記
ゲート電極の下端部に、当該ゲート電極を部分的に絶縁
化して局所絶縁化部を形成する半導体装置の製造方法。
3. A gate electrode is formed on a semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and impurities are introduced into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to form a source region and a drain region at a distance from each other. A local insulating portion is formed by partially insulating the gate electrode at the lower end of the gate electrode facing the both ends of the channel region sandwiched between the source region and the drain region via the gate insulating film. Semiconductor device manufacturing method.
【請求項4】 前記ソース領域と前記ドレイン領域との
形成時には、 前記ゲート電極をマスクとして半導体基板に不純物を導
入して低濃度不純物領域を互いに距離をおいて形成し、 当該ゲート電極の低濃度不純物領域側の両側壁に絶縁ス
ペーサを形成した後、当該絶縁スペーサをマスクとして
半導体基板に不純物を導入して高濃度不純物領域を形成
する請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
4. When forming the source region and the drain region, an impurity is introduced into a semiconductor substrate using the gate electrode as a mask to form low-concentration impurity regions at a distance from each other. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein after forming insulating spacers on both side walls on the side of the impurity region, impurities are introduced into the semiconductor substrate using the insulating spacer as a mask to form a high-concentration impurity region.
【請求項5】 前記局所絶縁化部の形成時には、前記ゲ
ート絶縁膜上の前記ゲート電極の下端部を、当該ゲート
電極の外側から前記チャネル領域の両端部の上方にかけ
て局所的に熱酸化する請求項3に記載の半導体装置の製
造方法。
5. The method according to claim 1, wherein, when forming the local insulating portion, a lower end of the gate electrode on the gate insulating film is locally thermally oxidized from outside the gate electrode to above both ends of the channel region. Item 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to Item 3.
【請求項6】 前記局所的な熱酸化は、その加熱条件
が、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物に再
配置が生じない範囲に設定される請求項5に記載の半導
体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the heating condition of the local thermal oxidation is set within a range in which rearrangement of impurities in the source region and the drain region does not occur.
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