JPH1074941A - 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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JPH1074941A
JPH1074941A JP23054396A JP23054396A JPH1074941A JP H1074941 A JPH1074941 A JP H1074941A JP 23054396 A JP23054396 A JP 23054396A JP 23054396 A JP23054396 A JP 23054396A JP H1074941 A JPH1074941 A JP H1074941A
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JP
Japan
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ion implantation
threshold voltage
punch
transistor
semiconductor device
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JP23054396A
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English (en)
Inventor
Hideki Doi
秀機 土井
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一度のチャネルドープによってしきい値電圧
とパンチスルーとの制御を同時に行っており、トランジ
スタの設計自由度が低いという問題点があった。 【解決手段】 第1のチャネルドープをソース・ドレイ
ン領域6下端より深い位置にイオン注入位置7を持つよ
うにしてパンチスルーを防止し、第2のチャネルドープ
をソース・ドレイン領域6下端より浅い位置にイオン注
入位置8を持つようにしてしきい値電圧の制御を行う。 【効果】 イオン注入量およびイオン注入エネルギーを
それぞれ独立して定めることができ、トランジスタの設
計の自由度を増大することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置および
その製造方法に関し、特に自由度の高い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。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の多様化に伴い様々な
デバイスが要求されるようになってきた。これらのデバ
イスに含まれているMOSトランジスタもそれらの用途
に応じて様々な特性が要求されている。
【0003】図3は従来のNMOSトランジスタの構造
を示す断面図である。図に示すように、シリコン基板1
に分離酸化膜2を形成し、まず、1回目のボロンのイオ
ン注入を行って分離酸化膜2直下のイオン濃度を高くす
ることによりMOSトランジスタ間の分離を確立する
(以下、この注入をチャネルカットと称す)。3はチャ
ネルカットによるイオン注入位置である。
【0004】次に、2回目のボロンのイオン注入を行う
ことによりパンチスルーを防止し、しきい値電圧を決定
する(以下、この注入をチャンネルドープと称す)。4
はチャネルドープによるイオン注入位置である。その
後、ゲート電極5を形成し、ゲート電極5およびサイド
ウォールをマスクとしてイオン注入することによってL
DD型ソース・ドレイン領域6を形成する。
【0005】このとき、チャネルカットによる注入深さ
pAは分離酸化膜2におけるシリコン基板1表面から
の深さtによって決まり、分離酸化膜2の存在しない素
子形成領域におけるチャネルカットによるイオン注入位
置3は分離酸化膜2直下より1.1〜1.2倍深い位置
となる。また、チャネルドープによる注入深さRpBは
しきい値電圧を制御し、かつパンチスルーを防止する必
要があるのでほぼ、ソース・ドレイン領域6の深さxj
程度となり、 RpA≒(1.1〜1.2)×t RpB≒xj という関係にある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のMOSトランジ
スタの構造は以上のようであり、ゲート長が比較的長い
トランジスタの場合は精度的にも問題がなく工程数も少
なくてすむことから一度のチャネルドープによってしき
い値電圧とパンチスルーとの制御を同時に行っていた。
ところがトランジスタのゲート長が短くなってくると、
しきい値電圧を下げるためにチャネルドープの注入量を
少なくすると、MOSトランジスタがパンチスルーを起
こしてしまい、逆に、パンチスルーを防ぐためにチャネ
ルドープの注入量を大きくするとしきい値電圧が高くな
ってしまい、トランジスタ特性を選択する設計自由度が
低いという問題点があった。
【0007】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、しきい値電圧とパンチスルーと
の制御を良好に行え、設計自由度の高い高性能なMOS
トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的
としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体装置は、MOSトランジスタのチャネル領域に
パンチスルー防止用としきい値電圧制御用との2つのイ
オン注入位置を有するようにしたものである。
【0009】この発明の請求項2に係る半導体装置は、
しきい値電圧制御用イオン注入位置がパンチスルー防止
用注入位置よりもシリコン基板表面側に位置するもので
ある。
【0010】この発明の請求項3に係る半導体装置は、
パンチスルー防止用イオン注入位置としきい値電圧制御
用イオン注入位置とのシリコン基板表面よりの深さをR
p1,Rp2とし、上記シリコン基板表面よりソース・ド
レイン領域下端までの深さをxjとしたとき、 Rp1=αxj(1<α<2) Rp2=βxj(0<β<1) であるようにしたものである。
【0011】この発明の請求項4に係る半導体装置は、
p2=γxj(0<γ<0.6)であるようにしたも
のである。
【0012】この発明の請求項5に係る半導体装置の製
造方法は、シリコン基板またはウエル上に分離絶縁膜を
形成する工程と、上記分離絶縁膜直下にトランジスタ間
分離用イオン注入位置がくるように上記分離絶縁膜によ
って分離された素子形成領域にイオン注入する工程と、
後工程で形成されるソース・ドレイン領域下端よりも深
い位置にパンチスルー防止用イオン注入位置がくるよう
に上記素子形成領域にイオン注入する工程と、上記ソー
ス・ドレイン領域下端よりも浅い位置にしきい値電圧制
御用イオン注入位置がくるように上記素子形成領域にイ
オン注入する工程と、上記素子形成領域にゲート電極を
形成する工程と、上記ゲート電極をマスクとしてソース
・ドレイン領域を形成する工程とを備えるようにしたも
のである。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図1はこの発明のNMOSトランジスタ
の構造を示す断面図であり、図2は図1の製造方法を示
す工程断面図である。図2に従って順次説明を行う。
【0014】まず、図2(a)に示すように、シリコン
基板1にLOCOS法により分離絶縁膜である分離酸化
膜2を形成する。次に、図2(b)に示すように、1回
目のボロンのイオン注入であるチャネルカットを行うこ
とによりMOSトランジスタ間の分離を確立する。3は
このチャネルカットによるイオン注入位置である。
【0015】次に、図2(c)に示すように、2回目の
ボロンのイオン注入を行うことによりパンチスルーを防
止する(以下、この注入を第1のチャネルドープと称
す)。7はこの第1のチャネルドープによるイオン注入
位置である。さらに、3回目のボロンのイオン注入を行
うことによりしきい値電圧を決定する(以下、この注入
を第2のチャンネルドープと称す)。8はこの第2のチ
ャネルドープによるイオン注入位置である。この第1の
チャネルドープと第2のチャネルドープとの工程順序は
逆であってもよい。
【0016】次に、図2(d)に示すように、ゲート電
極5を形成する。次に、図1に示すように、ゲート電極
5およびサイドウォールをマスクとしてイオン注入する
ことによってLDD型ソース・ドレイン領域6を形成
し、NMOSトランジスタを形成する。
【0017】このとき、チャネルカットによる注入深さ
pAは分離酸化膜2におけるシリコン基板1表面から
の深さtによって決まり、第1のチャネルドープによる
注入深さRp1および第2のチャネルドープによる注入
深さRp2はソース・ドレイン領域6の深さxjによっ
て決定されており、最小のイオン注入量で最大の効果を
あげるためにはRp1はxjより深く、Rp2はxjより
浅く形成されることになる。したがって、 RpA=(1.1〜1.2)t Rp1=αxj(1<α<2) Rp2=βxj(0<β<1) という構造を成している。
【0018】従って、第1のチャネルドープの注入量を
大きくし、第2のチャネルドープの注入量を小さくする
ことによってパンチスルーを起こすことなく低しきい値
電圧化を無理なく行うことができる。
【0019】つまり、第1のチャネルドープと第2のチ
ャネルドープとにおいてイオン注入量およびイオン注入
エネルギーをそれぞれ独立して定めることによって、し
きい値電圧の制御とパンチスルーの防止とを独立して行
うことができるので、MOSトランジスタの特性を選択
する設計の自由度を増大することができる。
【0020】実施の形態2.DRAMなどのメモリーデ
バイスにMOSトランジスタを使用する場合、基板の表
面濃度が濃い場合、基板にバックバイアスをかけたとき
にしきい値電圧が増加してしまうという基板効果が問題
となってきている。
【0021】そこで、第2のチャネルドープの注入深さ
p2を実施の形態1の場合よりシリコン基板1の表面
に近づけて(Rp2=γxj(0<γ<0.6))ボロ
ンをイオン注入する事によって必要なイオン注入量を少
なくすることができ、シリコン基板1表面のイオン濃度
の増加を抑えて基板効果を低減することができる。さら
に、このとき、第1のチャネルドープの注入深さRp
をできるだけ深くし、注入量はできるだけ小さく(注入
量が0の場合も含む)すればさらに基板効果を低減する
ことができる。
【0022】従って、DRAMにおいて低電源電圧化が
進んでも基板効果の低減ができるMOSトランジスタを
提供することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、MOS
トランジスタのチャネル領域にパンチスルー防止用とし
きい値電圧制御用との2つのイオン注入位置を有するよ
うにしたので、イオン注入量およびイオン注入エネルギ
ーをそれぞれ独立して制御することができMOSトラン
ジスタの設計の自由度が増大する。
【0024】また、しきい値電圧制御用イオン注入位置
がパンチスルー防止用注入位置よりもシリコン基板表面
側に位置するので、パンチスルーを起こすことなく低し
きい値電圧化を無理なく行うことができる。
【0025】また、パンチスルー防止用イオン注入位置
としきい値電圧制御用イオン注入位置とのシリコン基板
表面よりの深さをRp1,Rp2とし、上記シリコン基板
表面よりソース・ドレイン領域下端までの深さをxjと
したとき、 Rp1=αxj(1<α<2) Rp2=βxj(0<β<1) であるようにしたので、イオン注入量およびイオン注入
エネルギーをそれぞれ独立して定めることができ、しき
い値電圧の制御とパンチスルーの防止とを独立して最小
のイオン注入量で行うことができるので、MOSトラン
ジスタの設計の自由度を増大することができる。
【0026】また、Rp2=γxj(0<γ<0.6)
であるようにしたので、イオン注入量が少なくてすみ、
基板表面の濃度を低く保てるので基板効果を低減するこ
とができる。
【0027】また、シリコン基板またはウエル上に分離
絶縁膜を形成する工程と、上記分離絶縁膜直下にトラン
ジスタ間分離用イオン注入位置がくるように上記分離絶
縁膜によって分離された素子形成領域に、イオン注入す
る工程と、後工程で形成されるソース・ドレイン領域下
端よりも深い位置に、パンチスルー防止用イオン注入位
置がくるように上記素子形成領域にイオン注入する工程
と、上記ソース・ドレイン領域下端よりも浅い位置にし
きい値電圧制御用イオン注入位置がくるように上記素子
形成領域にイオン注入する工程と、上記素子形成領域に
ゲート電極を形成する工程と、上記ゲート電極をマスク
としてソース・ドレイン領域を形成する工程とを備える
ようにしたので、イオン注入量およびイオン注入エネル
ギーをそれぞれ独立して定めることができ、しきい値電
圧の制御とパンチスルーの防止とを独立して行うことが
できるので、MOSトランジスタの設計の自由度を増大
することができる製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明のNMOSトランジスタの構造を示
す断面図である。
【図2】 図1の製造方法を示す工程断面図である。
【図3】 従来のNMOSトランジスタの構造を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板、2 分離酸化膜、3 チャネルカッ
トによるイオン注入位置、5 ゲート電極、6 ソース
・ドレイン領域、7 第1のチャネルドープによるイオ
ン注入位置、8 第2のチャネルドープによるイオン注
入位置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分離絶縁膜によって分離されたシリコン
    基板またはウエルの素子形成領域上にゲート電極を備
    え、上記素子形成領域内にソース・ドレイン領域を備え
    たMOSトランジスタを有する半導体装置において、 上記MOSトランジスタのチャネル領域にパンチスルー
    防止用としきい値電圧制御用との2つのイオン注入位置
    を有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 しきい値電圧制御用イオン注入位置がパ
    ンチスルー防止用イオン注入位置よりもシリコン基板表
    面側に位置することを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 パンチスルー防止用イオン注入位置とし
    きい値電圧制御用イオン注入位置とのシリコン基板表面
    よりの深さをRp1,Rp2とし、上記シリコン基板表面
    よりソース・ドレイン領域下端までの深さをxjとした
    とき、 Rp1=αxj(1<α<2) Rp2=βxj(0<β<1) であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 Rp2=γxj(0<γ<0.6)であ
    ることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 シリコン基板またはウエル上に分離絶縁
    膜を形成する工程と、上記分離絶縁膜直下にトランジス
    タ間分離用イオン注入位置がくるように上記分離絶縁膜
    によって分離された素子形成領域にイオン注入する工程
    と、後工程で形成されるソース・ドレイン領域下端より
    も深い位置にパンチスルー防止用イオン注入位置がくる
    ように上記素子形成領域にイオン注入する工程と、上記
    ソース・ドレイン領域下端よりも浅い位置にしきい値電
    圧制御用イオン注入位置がくるように上記素子形成領域
    にイオン注入する工程と、上記素子形成領域にゲート電
    極を形成する工程と、上記ゲート電極をマスクとしてソ
    ース・ドレイン領域を形成する工程とを備えた半導体装
    置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006093507A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR100850172B1 (ko) 2007-07-25 2008-08-04 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 그의 제조 방법

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